JP2003527577A - System and method for quantifying nonlinearity in an interferometric measurement system - Google Patents

System and method for quantifying nonlinearity in an interferometric measurement system

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、干渉測定システムにより生成された干渉信号におけるたとえば循環誤差などの非線形性を量化する干渉測定システムおよび方法を特徴とする。上記システムおよび方法は複数のドップラー偏移の各々に対する干渉信号を分析することで、その他の場合には主干渉信号とスペクトル的に重畳し得る非線形性を区別し、かつ、種々のドップラー偏移における測定値に対する非線形性の寄与を補間する。時変干渉信号、または、時変干渉信号から抽出された位相は、フーリエ変換されると共に、少なくとも幾つかの非線形性はフーリエ変換された信号の2乗絶対値(すなわちパワースペクトル)におけるピークと関連付けられる。斯かるピークの各々の周波数におけるフーリエ変換の振幅および位相は、関連する非線形性を量化すべく使用される。量化された非線形性は、システムにより光路長測定値を補正すべく使用される。量化されたひとつ以上の非線形性の大きさの変化もまた、干渉測定システムの構成要素の劣化を識別すべく使用され得る。 (57) SUMMARY The present invention features an interference measurement system and method that quantifies non-linearities, such as, for example, cyclic errors, in an interference signal generated by the interference measurement system. The systems and methods described above analyze the interference signal for each of the plurality of Doppler shifts to distinguish non-linearities that may otherwise be spectrally superimposed with the main interference signal, and to provide for various Doppler shifts. Interpolate the contribution of nonlinearity to the measured values. The time-varying interference signal, or the phase extracted from the time-varying interference signal, is Fourier transformed and at least some non-linearities are associated with peaks in the squared absolute value (ie, power spectrum) of the Fourier transformed signal. Can be The magnitude and phase of the Fourier transform at each frequency of such peaks is used to quantify the associated non-linearities. The quantified nonlinearity is used by the system to correct the optical path length measurement. A change in the magnitude of one or more of the quantified non-linearities can also be used to identify degradation of components of the interferometric system.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 発明の背景 本発明は、たとえばリゾグラフィスキャナまたはステッパ(stepper)
システムにおけるマスクステージまたはウェーハステージなどの測定対象物の変
位を測定する変位測定干渉計および分散干渉計などの干渉計、および、波長を監
視して気体の固有特性を決定する干渉計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is directed to, for example, lithographic scanners or steppers.
The present invention relates to an interferometer such as a displacement measuring interferometer and a dispersion interferometer that measure a displacement of a measurement target such as a mask stage or a wafer stage in a system, and an interferometer that monitors a wavelength to determine an intrinsic characteristic of gas.

【0002】 変位測定干渉計は光干渉信号に基づき、基準対象物に対する測定対象物の位置
の変化を監視する。上記干渉計は、基準対象物から反射された参照ビームに対し
、測定対象物から反射された測定ビームを重畳して干渉させることで上記光干渉
信を生成する。
The displacement measuring interferometer monitors changes in the position of the measuring object with respect to the reference object based on the optical interference signal. The interferometer generates the optical interference signal by superimposing and interfering the measurement beam reflected from the measurement object with the reference beam reflected from the reference object.

【0003】 多くの用途において上記測定ビームおよび参照ビームは、直交偏光性および異
なる周波数を有する。異なる周波数はたとえば、レーザ・ゼーマン分割により、
音響光学変調により、または、複屈折素子などを使用してレーザの内部で生成さ
れ得る。直交偏光性により偏光ビームスプリッタは、測定ビームおよび参照ビー
ムを測定対象物および基準対象物に対してそれぞれ指向すると共に、反射された
測定ビームおよび参照ビームを結合し、重畳した出射測定ビームおよび出射参照
ビームを形成する。この重畳した出射ビームは出力ビームを形成し、該出力ビー
ムは引き続き偏光子を通過する。この偏光子は、出射測定ビームおよび出射参照
ビームを混合して混合ビームを形成する。この混合ビーム内の出射測定ビームお
よび出射参照ビームの成分は相互に干渉することから、混合ビームの強度は出射
測定ビームおよび出射参照ビームの相対位相により変化する。上記混合ビームの
時間依存強度は検出器が測定し、該検出器はその強度に比例する電気干渉信号を
生成する。測定ビームおよび参照ビームは異なる周波数を有することから、上記
電気干渉信号は、出射測定ビームおよび出射参照ビームの各周波数間の差に等し
いビート周波数を有する“ヘテロダイン”信号を含んでいる。たとえば測定対象
物を含むステージを並進することで測定経路および基準経路の長さが相互に変化
するなら、測定されたビート周波数は2vnp/λに等しいドップラー偏移を含
み、式中、vは測定対象物および基準対象物の相対速度、λは測定ビームおよび
参照ビームの波長であり、nは光線が進行する空気または真空などの媒体の屈折
率であり、かつ、pは基準対象物および測定対象物に対する通過の回数である。
また測定対象物の相対位置の変化は、測定された干渉信号の位相の変化に対応し
、2πの位相変化はλ/(np)の距離変化Lに実質的に等しく、此処でLはた
とえば測定対象物を含むステージまでの距離および該ステージからの距離の変化
などの往復距離変化である。
In many applications, the measurement and reference beams have orthogonal polarities and different frequencies. The different frequencies are, for example, laser-Zeeman splitting
It can be generated by acousto-optic modulation, or inside the laser using birefringent elements or the like. Due to the orthogonal polarization, the polarization beam splitter directs the measurement beam and the reference beam with respect to the measurement object and the reference object, respectively, and combines the reflected measurement beam and the reference beam to form a superposed measurement beam and a reference beam. Form a beam. The superposed exit beam forms an output beam which subsequently passes through the polarizer. The polarizer mixes the outgoing measurement beam and the outgoing reference beam to form a mixed beam. Since the components of the outgoing measurement beam and the outgoing reference beam in this mixed beam interfere with each other, the intensity of the mixed beam changes depending on the relative phase of the outgoing measurement beam and the outgoing reference beam. The time-dependent intensity of the mixed beam is measured by a detector, which produces an electrical interference signal proportional to the intensity. Since the measurement beam and the reference beam have different frequencies, the electrical interference signal contains a "heterodyne" signal having a beat frequency equal to the difference between the respective frequencies of the emitted measurement beam and the emitted reference beam. If the lengths of the measurement path and the reference path change relative to each other, for example by translating a stage containing the object to be measured, the measured beat frequency includes a Doppler shift equal to 2 vnp / λ, where v is the measurement Relative velocities of the object and the reference object, λ is the wavelength of the measurement beam and the reference beam, n is the index of refraction of a medium such as air or vacuum in which the light beam travels, and p is the reference object and the measurement object. The number of passages for an object.
The change in the relative position of the measurement object corresponds to the change in the phase of the measured interference signal, and the phase change of 2π is substantially equal to the distance change L of λ / (np), where L is, for example, measured. A round-trip distance change such as a change in the distance to the stage including the object and a change in the distance from the stage.

【0004】 残念乍ら、この等式条件は常に正確ではない。多くの干渉計は、“循環誤差(
cyclic error)”として公知の非線形性を含む。循環誤差は、測定
された干渉信号の位相および/または強度に対する寄与として表現され得ると共
に、光路長pnLの変化に正弦波的依存性を有する。特に、位相における1次循
環誤差は(2πpnL)/λの正弦波的依存性を有し、位相の2次循環誤差は2
(2πpnL)/λの正弦波的依存性を有する。高次の循環誤差もまた表現され
得る。
Unfortunately, this equality condition is not always exact. Many interferometers use the “circular error (
known as "cyclic error". Circular error can be expressed as a contribution to the phase and / or intensity of the measured interfering signal and has a sinusoidal dependence on the change in optical path length pnL. , The first-order cyclic error in the phase has a sinusoidal dependence of (2πpnL) / λ, and the second-order cyclic error in the phase is 2
It has a sinusoidal dependence of (2πpnL) / λ. Higher order cyclic errors can also be represented.

【0005】 循環誤差は、名目的に参照ビームを形成する入力ビームの一部が測定経路に沿
って伝搬しかつ/またはの名目的に測定ビームを形成する入力ビームの一部が基
準経路に沿って伝搬する、という“ビーム混合(beam mixing)”に
より引き起こされ得る。斯かるビーム混合は、各入力ビームの偏光性における楕
円率と、直交偏光された各入力ビームをそれぞれ基準経路および測定経路に沿っ
て導向すべく使用される偏光ビームスプリッタにおける不完全さなどの干渉計構
成要素における不完全さとにより引き起こされ得る。ビーム混合および結果的な
循環誤差の故に、測定された干渉信号の位相における変化と、基準経路および測
定経路間の相対光路長pnLとの間に厳密な線形関係は無い。もし補償されなけ
れば、ビーム混合により引き起こされた循環誤差は干渉計により測定された距離
変化の精度を制限する可能性がある。循環誤差はまた、干渉計内において不都合
な多重反射を生成する透過的表面における不完全さ、および、干渉計内でビーム
の不都合な楕円性を引き起こす逆反射体および/または位相遅延プレートなどの
構成要素における不完全さによっても生成され得る。循環誤差の理論的原因に関
する概略的文献に関しては、たとえばApplied Optics、37、6
696−6700、1998におけるC.W.WuおよびR.D.Deslat
tesの“Analytical modelling of the per
iodic nonlinearity in heterodyne int
erferometry”を参照されたい。
Circular error is caused by a portion of the input beam nominally forming the reference beam propagating along the measurement path and / or a portion of the input beam nominally forming the measurement beam along the reference path. Can be caused by "beam mixing" of propagating through. Such beam mixing is due to interference such as ellipticity in the polarization of each input beam and imperfections in the polarizing beam splitter used to direct each orthogonally polarized input beam along the reference and measurement paths, respectively. It can be caused by imperfections in the meter components. Due to beam mixing and consequent cyclic error, there is no strict linear relationship between the change in the phase of the measured interference signal and the relative optical path length pnL between the reference and measurement paths. If not compensated, the cyclic error caused by beam mixing can limit the accuracy of range changes measured by the interferometer. Circular errors also cause imperfections in the transmissive surface that produce unwanted multiple reflections in the interferometer, and configurations such as retroreflectors and / or phase delay plates that cause the unwanted ellipticity of the beam in the interferometer. It can also be generated by imperfections in the elements. For a general literature on the theoretical causes of cyclic errors, see, for example, Applied Optics, 37, 6
696-6700, 1998. W. Wu and R.W. D. Deslat
tes's “Analytical modeling of the per”
iodic non-linearity in heterodyne int
Refer to "erferometry".

【0006】 分散測定用途において光路長測定は、たとえば532nmおよび1064nm
などの複数の波長にて行われると共に、距離測定干渉計の測定経路における気体
の分散を測定すべく使用される。分散測定(dispersion measu
rement)は、距離測定干渉計により測定された光路長を物理的長さへと変
換すべく使用され得る。斯かる変換は重要であり得る、と言うのも、測定対象物
までの物理的距離が不変でも、気体乱流により、かつ/または、測定アーム(m
easurement arm)内の気体の平均密度の変化により、測定された
光路長の変化が引き起こされ得るからである。外因的な分散測定に加え、光路長
から物理的長さへ変換するためには気体の内因的値(intrinsic va
lue)を知る必要がある。係数Γは、適切な内因的値であると共に、分散干渉
測定において使用される波長に対する気体の逆分散率(reciprocal
dispersive power)である。係数Γは、別個にまたは文献値に
基づき測定され得る。干渉計における循環誤差はまた、分散測定および係数Γの
測定にも寄与する。循環誤差は更に、ビームの波長を測定かつ/または監視すべ
く使用される干渉測定値をも劣化し得る。
In dispersion measurement applications, optical path length measurements include, for example, 532 nm and 1064 nm.
Is used for measuring the dispersion of gas in the measurement path of a distance measuring interferometer. Dispersion measurement
element) can be used to convert the optical path length measured by the distance measuring interferometer into a physical length. Such a conversion can be important, because the gas turbulence and / or the measurement arm (m
This is because changes in the average density of the gas in the easurement arm can cause changes in the measured optical path length. In addition to the extrinsic dispersion measurement, in order to convert the optical path length to the physical length, the intrinsic value of the gas is calculated.
need to know lue). The coefficient Γ is a proper intrinsic value and also the reciprocal dispersion of the gas with respect to the wavelength used in the dispersion interferometry.
dispersive power). The coefficient Γ can be measured separately or based on literature values. The cyclic error in the interferometer also contributes to the dispersion measurement and the measurement of the coefficient Γ. Circulation errors can also degrade interferometric measurements used to measure and / or monitor the wavelength of the beam.

【0007】 (発明の要約) 本発明は、干渉信号におけるたとえば循環誤差などの非線形性を量化する干渉
測定システムおよび方法を特徴とする。非線形性は、ビーム混合、多重反射、お
よび、非線形信号処理電子機器などの干渉測定システムの特性により引き起こさ
れる。非線形性は、光路長差に対する線形関係から干渉信号の位相を逸脱させる
という付加項を干渉信号内に生成する。本システムおよび方法によれば、非線形
性の寄与に対する測定値を補正することで、変位測定、波長測定および分散測定
の精度が改善され得る。更に、これまでは認識されなかった非線形性の原因が識
別されて定式化される。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention features an interferometry system and method that quantifies non-linearities in interfering signals, such as cyclic errors. Non-linearities are caused by the properties of interferometric systems such as beam mixing, multiple reflections, and non-linear signal processing electronics. Non-linearity creates an additional term in the interference signal that deviates the phase of the interference signal from the linear relationship to the optical path length difference. According to the present system and method, the accuracy of the displacement measurement, the wavelength measurement, and the dispersion measurement can be improved by correcting the measurement value for the non-linearity contribution. In addition, previously unrecognized sources of non-linearity are identified and formulated.

【0008】 本システムおよび方法は、異なる光路長差に対応する干渉信号の複数の測定値
を分析して非線形性を量化する。特定実施例において、時変干渉信号、または、
時変干渉信号から抽出された位相はフーリエ変換されると共に、フーリエ変換さ
れた信号の2乗絶対値(square modulus)におけるピークに対し
て少なくとも幾つかの非線形性が関連付けられる。斯かるピークの各々の周波数
におけるフーリエ変換の振幅および位相は、関連非線形性を量化すべく使用され
る。各ピークの周波数と、それが区別(resolve)されるか否かは典型的
に、光路長差の変化の速度すなわちドップラー偏移に依存する。故に本システム
および方法は多くの場合、複数のドップラー偏移の各々に対する複数の時変干渉
信号を分析することで、その他の場合には明らかとならないこともある非線形性
を区別すると共に、異なるドップラー偏移における測定値に対する非線形性の寄
与を補間する。たとえば非線形性の寄与は、測定対象物が静止しておりまたは方
向を変化しているとき、すなわちドップラー偏移がゼロであるかゼロを通過して
いるときの測定値に対して補間され得る。
The present system and method analyzes multiple measurements of interfering signals corresponding to different optical path length differences to quantify non-linearity. In a particular embodiment, the time varying interference signal, or
The phase extracted from the time-varying interference signal is Fourier transformed and at least some non-linearity is associated with the peak in the squared modulus of the Fourier transformed signal. The magnitude and phase of the Fourier transform at each frequency of such peaks are used to quantify the associated nonlinearity. The frequency of each peak and whether it is resolved or not is typically dependent on the rate of change of the optical path length difference, the Doppler shift. Therefore, the present systems and methods often analyze multiple time-varying interfering signals for each of multiple Doppler shifts to distinguish non-linearities that may not otherwise be apparent, as well as different Doppler shifts. Interpolate the contribution of non-linearity to the measured value in the shift. For example, the non-linearity contribution may be interpolated to the measured value when the object being measured is stationary or changing direction, i.e. when the Doppler shift is zero or passes through zero.

【0009】 概略的に、ひとつの見地において本発明は干渉測定システムを特徴とする。該
干渉測定システムは、動作の間に、光路長差を画成する別体の経路に沿って2つ
のビームを導向してから各ビームを結合し、重畳する1対の出射ビームを生成す
る干渉計と、上記重畳する1対の出射ビームの間の光干渉に応答しかつ上記光路
長差を表す干渉信号s(t)を生成する検出器と、該検出器に連結された解析器
とを含む。上記信号s(t)は、上記2つのビームの間に存在し得る周波数分割
(frequency splitting)ωと上記光路長差の変化の速度に
より定められるドップラー偏移・ψとの合計に等しい周波数を有する主項を含む
。当該干渉測定システムの特性により上記信号s(t)は、上記周波数分割ωと
ドップラー偏移・ψとの合計に等しくない周波数を各々が有する付加項を更に含
む。動作の間に上記解析器は、i)ドップラー偏移の値により主項および少なく
とも1個の付加項がスペクトル的に分離されるというs(t)の値に基づき少な
くとも1個の付加項を量化し、かつ、ii)量化された少なくとも1個の付加項
を用いて、ドップラー偏移の値により主項および少なくとも1個の付加項がスペ
クトル的に重畳するというs(t)の別の値に対応する光路長差の変化を評価す
る。
In general, in one aspect, the invention features an interferometric measurement system. During operation, the interferometric system directs two beams along separate paths defining an optical path length difference and then combines the beams to produce an interfering pair of exit beams. A detector for generating an interference signal s (t) representative of the optical path length difference and responsive to optical interference between the pair of superposed outgoing beams; and an analyzer coupled to the detector. Including. The signal s (t) has a frequency equal to the sum of the frequency splitting ω that may exist between the two beams and the Doppler shift ψ defined by the rate of change of the optical path length difference. Including the main item. Due to the characteristics of the interferometric system, the signal s (t) further comprises an additional term, each having a frequency that is not equal to the sum of the frequency division ω and the Doppler shift ψ. During operation, the analyzer quantifies at least one additional term i) based on the value of s (t) such that the value of the Doppler shift causes the main term and at least one additional term to be spectrally separated. And ii) using at least one quantified additional term, another value of s (t) such that the value of the Doppler shift causes the main term and the at least one additional term to be spectrally superimposed. Evaluate the corresponding change in optical path length difference.

【0010】 上記干渉測定システムは以下の特徴の任意のものを含み得る。 上記検出器は、光検出器、増幅器およびアナログ/デジタル変換器を含み得る
。2つのビーム間の周波数分割は非ゼロとされ得る。少なくとも1個の付加項は
複数の付加項を含み得る。
The interferometry system may include any of the following features. The detectors may include photodetectors, amplifiers and analog / digital converters. The frequency division between the two beams can be non-zero. The at least one additional term may include multiple additional terms.

【0011】 少なくとも1個の付加項を量化すべく上記解析器は表現s(t)∝cos(ω
t+ψ+ζ1,0,1,0 )+NLに基づきs(t)の値に対するドップラー偏移・ψ
を計算可能であり、式中、NLは付加項の初期量化であって、ψ=Lknであり
、Lは物理的経路長差であり、kは波数であり、nは屈折率であり、ωは2つの
ビーム間の角周波数分割であり、tは時間であり、かつ、ζ1,0,1,0 は位相オフ
セットである。初期量化はNL=0であり得る。
In order to quantify at least one additional term, the analyzer described above uses the expression s (t) ∝cos (ω
t + ψ + ζ 1,0,1,0 ) + NL based on the Doppler shift ψ for the value of s (t)
Where NL is the initial quantification of the additional term, ψ = Lkn, L is the physical path length difference, k is the wave number, n is the refractive index, and ω Is the angular frequency division between the two beams, t is the time, and ζ 1,0,1,0 is the phase offset. The initial quantification may be NL = 0.

【0012】 上記解析器は、各付加項を考慮したs(t)の表現の対応係数を評価すること
により少なくとも1個の付加項を量化し得る。たとえば、s(t)の上記表現は
以下のように表現可能であり:
The analyzer may quantify at least one additional term by evaluating the corresponding coefficient of the representation of s (t) considering each additional term. For example, the above representation of s (t) can be expressed as:

【0013】[0013]

【数6】 ωは2つのビーム間の角周波数分割であり、ω’u'は検出器、解析器および2
つのビームの線源の内の少なくともひとつにより引き起こされると共にωに等し
くない周波数であり、Lは物理的経路長差であり、λは第1集合におけるビーム
の波長であり、nは屈折率であり、cは真空中の光速であり、かつ、tは時間で
ある。主項はa1,0,1,0 cos(ωt+ψ+ζ1,0,1,0 )に対応すると共に付加
項は残りの項に対応する。振幅av およびBv ならびに位相ζv はs(t)の表
現に対する各係数を定義し、vは一般的添数を意味する添字である。
[Equation 6] ω is the angular frequency division between the two beams, and ω'u ' is the detector, analyzer and 2
Is a frequency caused by at least one of the sources of the two beams and is not equal to ω, L is the physical path length difference, λ is the wavelength of the beam in the first set, and n is the index of refraction. , C is the speed of light in a vacuum, and t is time. The main term corresponds to a 1,0,1,0 cos (ωt + ψ + ζ 1,0,1,0 ) and the additional term corresponds to the remaining terms. The amplitudes a v and B v and the phase ζ v define each coefficient for the representation of s (t), and v is a subscript that means a general index.

【0014】 少なくとも1個の付加項を量化すべく上記解析器は、所定集合のs(t)の各
値に対応する周波数スペクトルを計算し、かつ、s(t)の表現における各シヌ
ソイドの内で主項に対応しないひとつのシヌソイドの引数の時間に関する導関数
に等しい角周波数〜ωにて、もしくは、〜ωのエイリアス〜ωA にて、上記周波
数スペクトルの振幅および位相に基づき少なくとも1個の付加項に対する係数を
評価し得る。たとえば、上記周波数スペクトルは所定集合のs(t)の各値のフ
ーリエ変換であり得る。代替的に上記周波数スペクトルはα(t)のフーリエ変
換とされ得ると共に、s(t)はα(t)をs(t)の位相としてs(t)=A
(t)cos(α(t))として表現される。もし上記解析器が〜ωのエイリア
ス〜ωA において上記周波数スペクトルの振幅および位相に基づき少なくとも1
個の付加項に対する各係数を評価するなら、上記エイリアス周波数は
In order to quantify at least one additional term, the analyzer calculates a frequency spectrum corresponding to each value of s (t) of a given set, and calculates each of the sinusoids in the representation of s (t). in at prime time equal angular frequency to the derivative related ~Omega arguments sinusoidal one which does not correspond or at ~Omega alias ~Omega a, at least one based on the frequency spectrum amplitude and phase The coefficients for the additional terms can be evaluated. For example, the frequency spectrum may be a Fourier transform of each value of a given set of s (t). Alternatively, the frequency spectrum may be a Fourier transform of α (t) and s (t) is s (t) = A where α (t) is the phase of s (t).
It is expressed as (t) cos (α (t)). If the analyzer has at least 1 based on the amplitude and phase of the frequency spectrum at ~ ω alias ~ ω A.
To evaluate each coefficient for the additional terms, the alias frequency is

【0015】[0015]

【数7】 を満足する正の整数rに対する[Equation 7] For a positive integer r satisfying

【0016】[0016]

【数8】 として表現可能であり、その場合に上記検出器はナイキスト周波数ωNyを定め
るサンプリング速度を有する。各係数を評価すべく、たとえば、〜ωはu’≠0
に対するω+ω’u'のひとつとされ得るものであり、〜ωはq(ω+・ψ)のひ
とつとされ得るものであり、または、〜ωは、p≠1、かつ、u=0のときには
p≠0に対するuω+p・ψ+p+ ・ψのひとつとされ得る。
[Equation 8] , Where the detector has a sampling rate that defines the Nyquist frequency ω Ny . To evaluate each coefficient, for example, ~ ω is u '≠ 0.
To ω + ω ′ u ′ , and ˜ω can be one of q (ω + · ψ), or ˜ω is p ≠ 1 and u = 0. It can be one of uω + p · ψ + p + · ψ for ≠ 0.

【0017】 少なくとも1個の付加項に対する各係数を評価すべく、上記解析器は上記角周
波数〜ωにて上記周波数スペクトルの振幅および位相を正規化することで・ψの
少なくともひとつの非ゼロの導関数を考慮し得る。
In order to evaluate each coefficient for at least one additional term, the analyzer normalizes the amplitude and phase of the frequency spectrum at the angular frequency ω by at least one non-zero value of ψ. The derivative can be considered.

【0018】 上記解析器は、主周波数から付加的周波数をスペクトル的に分離するに十分な
ほどドップラー偏移が大きいという第1集合のs(t)の各値に基づき少なくと
も1個の付加項を量化してから、ドップラー偏移は第1集合の各値と異なると共
に主周波数から付加的周波数をスペクトル的に分離するに十分なほど大きいとい
う第2集合のs(t)の各値に基づき上記少なくとも1個の付加項を更に量化し
得る。上記解析器は次に、各集合のs(t)の各値に対する量化の値を補間する
ことにより、少なくとも1個の付加項をドップラー偏移の関数として量化し得る
The analyzer may determine at least one additional term based on each value of s (t) of the first set that has a Doppler shift large enough to spectrally separate the additional frequency from the dominant frequency. Based on each value of s (t) of the second set that after quantification, the Doppler shift is different from each value of the first set and is large enough to spectrally separate the additional frequency from the main frequency. At least one additional term may be further quantified. The analyzer may then quantify at least one additional term as a function of Doppler shift by interpolating the quantification value for each value of s (t) in each set.

【0019】 上記解析器は、各々の集合が異なるドップラー偏移に対応するという複数の集
合のs(t)の各値に基づき、ドップラー偏移に関して評価された係数の各々の
依存性を決定し得る。
The analyzer determines the dependence of each of the evaluated coefficients on the Doppler shift based on each value of s (t) of the multiple sets, each set corresponding to a different Doppler shift. obtain.

【0020】 上記少なくとも1個の付加項は複数の付加項とされ得ると共に、上記複数の付
加項を量化すべく上記解析器は、対応する複数の角周波数〜ωv またはそれらの
エイリアスにおける周波数スペクトルの振幅および位相に基づき上記複数の付加
項の各々に対する係数を評価可能である。各〜ωv はs(t)の表現における各
シヌソイドの内で主項に対応しないひとつのシヌソイドの引数の時間に関する導
関数に等しい。斯かる実施例において上記解析器は、qは奇数でありかつjはq
/2−1より小さな負でない整数として、B1,0,1,0,q,q-2jおよびζ1,0,1,0,q, q-2j の少なくとも幾つかに対応する係数を評価することでB1,0,1,0,q,1 および
ζ1,0,1,0,q,1 (たとえばゼロ周波数シフト誤差)を決定し得る。
The at least one additional term may be a plurality of additional terms, and the analyzer may quantify the plurality of additional terms by using a frequency spectrum at a corresponding plurality of angular frequencies ˜ω v or their aliases. The coefficient for each of the plurality of additional terms can be evaluated based on the amplitude and the phase of the. Each ~ ω v is equal to the time derivative of the argument of one sinusoid that does not correspond to the principal term within each sinusoid in the representation of s (t). In such an embodiment, the analyzer is such that q is odd and j is q.
Evaluate the coefficients corresponding to at least some of B 1,0,1,0, q, q-2j and ζ 1,0,1,0, q, q-2j as non-negative integers smaller than / 2-1. By doing so, B 1,0,1,0, q, 1 and ζ 1,0,1,0, q, 1 (for example, zero frequency shift error) can be determined.

【0021】 上記解析器は、s(t)∝cos(ωt+ψ+ζ1,0,1,0 )+NL(ψ,・ψ
)と自己矛盾のないψ=Lknに対する値を決定することでs(t)の他の値に
対応する光路長差の変化を評価し得る。NLは量化された少なくとも1個の付加
項を表現し、Lは物理的経路長差であり、kは波数であり、nは屈折率であり、
ωは2つのビーム間の角周波数差であり、tは時間であり、かつ、ζ1,0,1,0
位相オフセットである。たとえば上記解析器は、ψに対する値の評価を反復的に
改善することでψに対する値を決定し得る。
The above-mentioned analyzer is s (t) ∝cos (ωt + ψ + ζ 1,0,1,0 ) + NL (ψ, · ψ
), The change in optical path difference corresponding to other values of s (t) can be evaluated by determining a value for ψ = Lkn that is self-consistent with. NL represents at least one quantified addition term, L is a physical path length difference, k is a wave number, n is a refractive index,
ω is the angular frequency difference between the two beams, t is the time, and ζ 1,0,1,0 is the phase offset. For example, the analyzer may determine the value for ψ by iteratively improving the evaluation of the value for ψ.

【0022】 上記解析器は評価された光路長の変化を用いて、物理的経路長の変化を決定し
、分散の変化を決定し、気体の内因的値を決定し、または、各ビームの波長を監
視し得る。
The analyzer uses the estimated change in optical path length to determine the change in physical path length, the change in dispersion, the intrinsic value of the gas, or the wavelength of each beam. Can be monitored.

【0023】 概略的に他の見地において本発明は、動作の間に、光路長差を画成する別体の
経路に沿って2つのビームを導向してから各ビームを結合し、重畳する1対の出
射ビームを生成する干渉計と、上記重畳する1対の出射ビームの間の光干渉に応
答して干渉を表す信号s(t)を生成する検出器と、該検出器に連結された解析
器とを含む干渉測定システムを特徴とする。上記信号s(t)は上記光路長差の
関数である。当該干渉測定システムの特性により上記信号s(t)は表現s(t
)=acos(ωt+ψ+ζ)から逸脱し、式中、ψ=Lknであり、Lは物理
的経路長差であり、kは波数であり、nは屈折率であり、ωは2つのビーム間に
存在し得る角周波数差であり、tは時間であり、aはψに関して一定である振幅
であり、かつ、ζはψおよび・ψに関して一定である位相オフセットである。動
作の間に上記解析器は、i)光路長差の変化の速度がゼロでない(・ψ≠0)と
いう少なくともひとつの集合のs(t)の各値をフーリエ変換し、このフーリエ
変換は該フーリエ変換の2乗絶対値に等しいパワースペクトルを定義しており、
ii)ω+・ψと異なると共に上記パワースペクトルのピークに対応する周波数
にて上記フーリエ変換の振幅および位相に基づき少なくとも幾つかの偏差を量化
し、かつ、iii)量化された上記偏差を用い、s(t)の特定値に対応する光
路長差の変化を評価する。
In general, in another aspect, the invention directs two beams along separate paths defining an optical path length difference during operation and then combines and superimposes each beam. An interferometer for producing a pair of outgoing beams, a detector for producing a signal s (t) representative of the interference in response to optical interference between the pair of overlapping outgoing beams, and a detector coupled to the detector. And an interferometric measurement system including an analyzer. The signal s (t) is a function of the optical path length difference. Due to the characteristics of the interferometry system, the signal s (t) is represented as s (t
) = Acos (ωt + ψ + ζ), where ψ = Lkn, L is the physical path length difference, k is the wavenumber, n is the index of refraction, and ω is between the two beams. Is a possible angular frequency difference, t is time, a is an amplitude that is constant with respect to ψ, and ζ is a phase offset that is constant with respect to ψ and · ψ. During operation, the analyzer i) Fourier transforms each value of s (t) of at least one set in which the rate of change of optical path length difference is not zero (.ψ ≠ 0). It defines a power spectrum equal to the squared absolute value of the Fourier transform,
ii) quantify at least some deviations based on the amplitude and phase of the Fourier transform at a frequency different from ω + · ψ and corresponding to the peak of the power spectrum, and iii) using the quantized deviations, s The change in the optical path length difference corresponding to the specific value of (t) is evaluated.

【0024】 概略的に他の見地において本発明は、動作の間に、光路長差を画成する別体の
経路に沿って2つのビームを導向してから各ビームを結合し、重畳する1対の出
射ビームを生成する干渉計と、上記重畳する1対の出射ビームの間の光干渉に応
答して干渉を表す信号s(t)を生成する検出器と、該検出器に連結された解析
器とを含む干渉測定システムを特徴とする。上記信号s(t)は上記光路長差の
関数である。当該干渉測定システムの特性により上記信号s(t)は表現s(t
)=acos(ωt+ψ+ζ)から逸脱し、式中、ψ=Lknであり、Lは物理
的経路長差であり、kは波数であり、nは屈折率であり、ωは2つのビーム間に
存在し得る角周波数差であり、tは時間であり、aはψに関して一定である振幅
であり、ζはψおよび・ψに関して一定である位相オフセットであり、かつ、s
(t)はα(t)をs(t)の位相としてs(t)=A(t)cos(α(t)
)として表現され得る。動作の間に上記解析器は、i)s(t)に対する位相α
(t)を抽出し、ii)光路長差の変化の速度がゼロでない(・ψ≠0)という
少なくともひとつの集合のα(t)の各値をフーリエ変換し、このフーリエ変換
は該フーリエ変換の2乗絶対値に等しいパワースペクトルを定義しており、ii
i)ω+・ψと異なると共に上記パワースペクトルのピークに対応する周波数に
て上記フーリエ変換の振幅および位相に基づき少なくとも幾つかの偏差を量化し
、かつ、iv)量化された上記偏差を用い、s(t)の特定値に対応する光路長
差の変化を評価する。
In general, in another aspect, the invention directs two beams along separate paths defining an optical path length difference during operation and then combines and superimposes each beam. An interferometer for producing a pair of outgoing beams, a detector for producing a signal s (t) representative of the interference in response to optical interference between the pair of overlapping outgoing beams, and a detector coupled to the detector. And an interferometric measurement system including an analyzer. The signal s (t) is a function of the optical path length difference. Due to the characteristics of the interferometry system, the signal s (t) is represented as s (t
) = Acos (ωt + ψ + ζ), where ψ = Lkn, L is the physical path length difference, k is the wavenumber, n is the index of refraction, and ω is between the two beams. Possible angular frequency difference, t is time, a is an amplitude that is constant with respect to ψ, ζ is a phase offset that is constant with respect to ψ and · ψ, and s
(T) is s (t) = A (t) cos (α (t) where α (t) is the phase of s (t).
). During operation, the analyzer calculates i) the phase α for s (t)
(T) is extracted, and ii) each value of α (t) of at least one set in which the speed of change in optical path length difference is not zero (· ψ ≠ 0) is Fourier-transformed. Defines a power spectrum equal to the squared absolute value of
i) quantify at least some deviations based on the amplitude and phase of the Fourier transform at a frequency different from ω + · ψ and corresponding to the peak of the power spectrum, and iv) using the quantized deviations, s The change in the optical path length difference corresponding to the specific value of (t) is evaluated.

【0025】 概略的に他の見地において本発明は、動作の間に、光路長差を画成する別体の
経路に沿って2つのビームを導向してから各ビームを結合し、重畳する1対の出
射ビームを生成する干渉計と、上記重畳する1対の出射ビームの間の光干渉に応
答しかつ上記光路長差を表す干渉信号s(t)を生成する検出器と、該検出器に
連結された解析器と、該解析器に連結された警報機構とを含む干渉測定システム
を特徴とする。上記信号s(t)は、上記2つのビームの間に存在し得る周波数
分割ωと上記光路長差の変化の速度により定められるドップラー偏移・ψとの合
計に等しい周波数を有する主項を含む。当該干渉測定システムの特性により上記
信号s(t)は上記周波数分割ωとドップラー偏移・ψとの合計に等しくない周
波数を各々が有する付加項を更に含む。動作の間に上記解析器は、上記信号s(
t)の周波数を監視し、かつ、上記付加項の内のひとつの付加項に対応する周波
数の振幅が閾値を超えたときにシステム劣化を表す信号を生成する。上記警報機
構は上記システム劣化信号に応答する。
In general, in another aspect, the invention directs two beams along separate paths defining an optical path length difference during operation and then combines and superimposes each beam. An interferometer for producing a pair of outgoing beams, a detector for producing an interference signal s (t) representing the optical path length difference in response to optical interference between the pair of overlapping outgoing beams, and the detector. An interferometric measurement system including an analyzer coupled to the analyzer and an alarm mechanism coupled to the analyzer. The signal s (t) contains a principal term having a frequency equal to the sum of the frequency division ω that may exist between the two beams and the Doppler shift ψ defined by the rate of change of the optical path length difference. . Due to the characteristics of the interferometry system, the signal s (t) further comprises additional terms each having a frequency that is not equal to the sum of the frequency division ω and the Doppler shift ψ. During operation, the analyzer causes the signal s (
The frequency of t) is monitored, and a signal indicating system deterioration is generated when the amplitude of the frequency corresponding to one of the additional terms exceeds a threshold value. The alert mechanism is responsive to the system degradation signal.

【0026】 上記干渉測定システムは以下の特徴の任意のものを含み得る。 上記警報機構は、視覚的ディスプレイ、音響的システム、警報灯およびプリン
タの少なくともひとつを含み得る。 s(t)における周波数を監視すべく、上記解析器は少なくともひとつの集合
のs(t)の各値をフーリエ変換し得る。代替的に、s(t)はα(t)をs(
t)の位相としてs(t)=A(t)cos(α(t))と表現されるものとし
て、上記解析器は少なくともひとつの集合のs(t)の各値から位相α(t)を
抽出し、かつ、抽出された位相α(t)をフーリエ変換することでs(t)にお
ける周波数を監視し得る。
The interferometry system may include any of the following features. The alarm mechanism may include at least one of a visual display, an acoustic system, a warning light and a printer. To monitor the frequency at s (t), the analyzer may Fourier transform each value of s (t) in at least one set. Alternatively, s (t) replaces α (t) with s (
Assuming that the phase of t) is expressed as s (t) = A (t) cos (α (t)), the above-mentioned analyzer calculates the phase α (t) from each value of s (t) of at least one set. , And the frequency at s (t) can be monitored by Fourier transforming the extracted phase α (t).

【0027】 上記解析器は、ドップラー偏移の値により主項および少なくとも1個の付加項
がスペクトル的に分離されるというs(t)の値に基づきs(t)における周波
数を監視し得る。
The analyzer may monitor the frequency at s (t) based on the value of s (t) that the main term and at least one additional term are spectrally separated by the value of the Doppler shift.

【0028】 上記信号s(t)は、本発明の前述の見地に関して上記に示された累和計算に
より表現され得る。システム劣化を表す信号を生成するか否かを決定すべく、上
記解析器は閾値を、u’≠0に対する周波数ω+ω’u'、周波数q(ω+・ψ)
、または、p≠1、かつ、u=0のときにはp≠0に対する周波数uω+p・ψ
+p+ ・ψの内のひとつの周波数の振幅と比較し得る。
The signal s (t) may be represented by the cumulative sum calculation given above with respect to the above aspect of the invention. In order to determine whether or not to generate a signal indicating system deterioration, the above-mentioned analyzer sets thresholds to frequency ω + ω ′ u ′ for u ′ ≠ 0 and frequency q (ω + · ψ).
, Or, if p ≠ 1 and u = 0, the frequency uω + p · ψ for p ≠ 0
It can be compared with the amplitude of one of the frequencies + p + ψ.

【0029】 概略的に、他の見地において本発明は、動作の間に、周波数分割ωを有する第
1集合の2つのビームと、ωに等しくない周波数分割ωT を有する第2集合の2
つのビームとを提供する線源と、動作の間に、上記第1集合の第1ビームと上記
第2集合の第1ビームとを測定経路に沿って導向しかつ上記第1集合の第2ビー
ムと上記第2集合の第2ビームとを基準経路に沿って導向してから両集合のビー
ムを結合して出力ビームを形成する干渉計であって、上記測定経路および基準経
路は光路長差を画成する干渉計と、上記出力ビームにおける各ビーム間の光干渉
に応答し、上記光路長差の関数である上記干渉を表す信号S(t)を生成する検
出器と、該検出器に連結された解析器とを含む干渉測定システムを特徴とする。
上記第2集合のビームが存在しない場合に上記信号S(t)は、上記周波数分割
ωと上記光路長差の変化の速度により定められるドップラー偏移・ψとの合計に
等しい周波数における主項を含むs(t)に等しい。当該干渉測定システムにお
ける特性により主周波数と同一の周波数にてs(t)に寄与する各ゼロ周波数シ
フト循環誤差(zero−frequency−shift cyclic e
rror)が引き起こされる。上記第2集合のビームが存在する場合、s(t)
に対するゼロ周波数シフト循環誤差寄与を生成する上記特性はS(t)の周波数
スペクトルにおける多重線を生成し、該多重線はω−ωT だけ離間された各近傍
ピークを有する。動作の間に上記解析器は、S(t)における各周波数を区別し
て上記多重線を識別すると共に、上記多重線における少なくともひとつのピーク
の振幅および位相に基づき少なくともひとつのゼロ周波数シフト循環誤差を量化
する。
In general, in another aspect, the invention provides, during operation, two beams of a first set having a frequency division ω and two beams of a second set having a frequency division ω T not equal to ω.
A source for providing two beams and, during operation, directing the first beam of the first set and the first beam of the second set along a measurement path and the second beam of the first set. And a second beam of the second set along a reference path and combining the beams of both sets to form an output beam, wherein the measurement path and the reference path have an optical path length difference. A defining interferometer, a detector responsive to optical interference between the beams in the output beam, and a signal S (t) representative of the interference as a function of the optical path length difference, coupled to the detector. And an interferometric measurement system including the analyzed analyzer.
In the absence of the second set of beams, the signal S (t) has a principal term at a frequency equal to the sum of the frequency division ω and the Doppler shift ψ defined by the rate of change of the optical path length difference. Equal to s (t) inclusive. Due to the characteristics of the interferometry system, each zero-frequency shift cyclic error contributing to s (t) at the same frequency as the main frequency.
error) is triggered. If the second set of beams is present, then s (t)
The above property of producing a zero frequency shift cyclic error contribution to S produces a multiplet in the frequency spectrum of S (t), which has respective neighboring peaks separated by ω-ω T. During operation, the analyzer discriminates between each frequency in S (t) to identify the multiplex and at least one zero frequency shift cyclic error based on the amplitude and phase of at least one peak in the multiplex. Quantify.

【0030】 上記干渉測定システムは以下の特徴の任意のものを含み得る。 上記解析器は、上記多重線における複数のピークの各々の振幅および位相に基
づき複数のゼロ周波数シフト循環誤差を量化し得る。上記解析器は上記線源にも
連結され得ると共に、該解析器は上記線源を以て上記第2集合のビームではなく
上記第1集合のビームを上記干渉計に選択的に提供し得る。上記解析器が上記線
源を以て上記第2集合のビームではなく上記第1集合のビームを上記干渉計に選
択的に提供する場合、上記解析器は、s(t)と、量化された各ゼロ周波数シフ
ト循環誤差の内の少なくともひとつのゼロ周波数シフト循環誤差とに基づき上記
光路長差を決定し得る。代替的に上記解析器は、S(t)と、量化された各ゼロ
周波数シフト循環誤差の内の少なくともひとつのゼロ周波数シフト循環誤差とに
基づき光路長差を決定し得る。
The interferometric measurement system may include any of the following features. The analyzer may quantify the zero frequency shift cyclic error based on the amplitude and phase of each of the peaks in the multiline. The analyzer may also be coupled to the source and the analyzer may selectively provide the interferometer with the first set of beams rather than the second set of beams with the source. If the analyzer selectively provides the interferometer with the first set of beams rather than the second set of beams with the source, the analyzer includes s (t) and each zero quantified. The optical path length difference can be determined based on at least one of the frequency shift cyclic errors and the zero frequency shift cyclic error. Alternatively, the analyzer may determine the optical path length difference based on S (t) and at least one zero frequency shift cyclic error of each quantified zero frequency shift cyclic error.

【0031】 上記解析器は少なくともひとつの集合のS(t)の各値をフーリエ変換するこ
とでS(t)における各周波数を区別し得る。代替的に、S(t)はαS (t
)をS(t)の位相としてS(t)=AS (t)cos(αS (t))として
表現されると共に、上記解析器は、S(t)から位相αS (t)を抽出して少
なくともひとつの集合のαS (t)の各値をフーリエ変換することでS(t)
の各周波数を区別し得る。
The analyzer can distinguish each frequency in S (t) by Fourier transforming each value of S (t) of at least one set. Alternatively, S (t) is α S (t
) Is expressed as S (t) = A S (t) cos (α S (t)) where S (t) is the phase of S (t). By extracting and Fourier-transforming each value of α S (t) of at least one set, S (t)
Each frequency can be distinguished.

【0032】 上記多重線は上記主周波数におけるピークを含み得る。周波数分割は各々上記
ナイキスト周波数未満とされ得ると共に、その場合に上記検出器はナイキスト周
波数を定める速度にてS(t)の値をサンプリングする。上記第1集合のビーム
の平均周波数と上記第2集合のビームの平均周波数との間の差は上記ナイキスト
周波数より大きくされ得る。たとえば上記周波数分割は、ω<ωNy、ωT <ωNy および│ω−ωT │≪ω、たとえば│ω−ωT │<(ω/100)を満足し得る
The multiline may include peaks at the dominant frequency. Each frequency division can be below the Nyquist frequency, in which case the detector samples the value of S (t) at a rate that defines the Nyquist frequency. The difference between the average frequencies of the first set of beams and the second set of beams may be greater than the Nyquist frequency. For example the frequency division, ω <ω Ny, ω T <ω Ny and │ω-ω T │«ω, for example can satisfy │ω-ω T │ <(ω / 100).

【0033】 上記線源は第1および第2レーザを含み得ると共に、上記第1集合のビームは
上記第1レーザから導出されかつ上記第2集合のビームは上記第2レーザから導
出される。更に、上記線源は第1および第2レーザと第1および第2音響光学変
調器とを含み得ると共に、上記第1集合のビームは上記第1レーザおよび上記第
1音響光学変調器から導出されかつ上記第2集合のビームは上記第2レーザおよ
び上記第2音響光学変調器から導出される。代替的に、上記線源はレーザと第1
および第2音響光学変調器とを含み、上記レーザから導出された第1ビームは上
記第1音響光学変調器を通過して上記第1集合のビームを生成し、かつ、上記レ
ーザから導出された第2ビームは上記第2音響光学変調器を通過して上記第2集
合のビームを生成する。たとえば、上記レーザから導出された上記第1および第
2ビームは該レーザの隣接縦モードに対応し得る。
The source may include first and second lasers, the first set of beams being derived from the first laser and the second set of beams being derived from the second laser. Further, the source may include first and second lasers and first and second acousto-optic modulators, and the first set of beams is derived from the first lasers and the first acousto-optic modulators. And the second set of beams is derived from the second laser and the second acousto-optic modulator. Alternatively, the source is a laser and a first
And a second acousto-optic modulator, wherein the first beam derived from the laser passes through the first acousto-optic modulator to produce the first set of beams and is derived from the laser. The second beam passes through the second acousto-optic modulator to produce the second set of beams. For example, the first and second beams derived from the laser may correspond to adjacent longitudinal modes of the laser.

【0034】 上記解析器は、複数のドップラー偏移の各々に対するS(t)における周波数
多重線を区別すると共に、ドップラー偏移に対する、量化されたゼロ周波数シフ
ト循環の依存性を量化し得る。動作の間に上記解析器は、上記多重線の振幅が閾
値を超えたときにシステム劣化を表す信号を生成し得る。当該システムは、上記
解析器に連結されて上記システム劣化信号に応答する警報機構を更に含み得る。
たとえば上記警報機構は、視覚的ディスプレイ、音響スピーカ、プリンタおよび
警報灯の少なくともひとつを含み得る。
The analyzer can distinguish the frequency multiplex in S (t) for each of the plurality of Doppler shifts and quantify the dependence of the quantified zero frequency shift cycling on the Doppler shift. During operation, the analyzer may generate a signal representative of system degradation when the amplitude of the multiplex exceeds a threshold. The system may further include an alarm mechanism coupled to the analyzer and responsive to the system degradation signal.
For example, the alert mechanism may include at least one of a visual display, an acoustic speaker, a printer and a warning light.

【0035】 最後に、上記信号s(t)は、本発明の前述の見地に関して上記に示された累
和計算により表現可能であり、その場合、量化されたゼロ周波数シフト循環誤差
は、q=3,5,7…の内のひとつに対するB1,0,1,0,q,1 およびζ1,0,1,0,q, 1 に対応し得る。
Finally, the signal s (t) can be represented by the cumulative sum calculation given above with respect to the previous aspect of the invention, where the quantified zero frequency shift cyclic error is q = B 1,0,1,0, q, 1 and ζ 1,0,1,0, q, 1 for one of 3, 5, 7 ...

【0036】 概略的に、他の見地において本発明は、干渉計、検出器および解析器を含む干
渉測定システムを特徴とする。動作の間に上記干渉計は、光路長差を画成する別
体の経路に沿って2つのビームを導向してから各ビームを結合し、重畳する1対
の出射ビームを生成する。上記検出器は上記重畳する1対の出射ビーム間の光干
渉に応答し、光路長差を表す干渉信号s(t)を生成する。上記信号s(t)は
、上記2つのビームの間に存在し得る周波数分割ωと上記光路長差の変化の速度
により定められるドップラー偏移・ψとの合計に等しい周波数を有する主項を含
む。当該干渉測定システムの特性により上記信号s(t)は上記周波数分割ωと
ドップラー偏移・ψとの合計に等しくない周波数を各々が有する付加項を更に含
む。上記解析器は上記検出器に連結されると共に、動作の間に、i)上記信号s
(t)の一連の値に対して窓関数を適用し、ii)窓化された一連の値をフーリ
エ変換し、このフーリエ変換は該フーリエ変換の2乗絶対値に等しいパワースペ
クトルを定義しており、かつ、iii)上記周波数分割ωとドップラー偏移・ψ
との合計に等しくない周波数におけるパワースペクトル内の少なくともひとつの
ピークに基づき少なくとも1個の付加項を識別する。
In general, in another aspect, the invention features an interferometric measurement system that includes an interferometer, a detector, and an analyzer. During operation, the interferometer directs the two beams along separate paths that define the optical path length difference and then combines the beams to produce a pair of overlapping exit beams. The detector is responsive to optical interference between the pair of overlapping output beams and produces an interference signal s (t) representative of the optical path length difference. The signal s (t) contains a principal term having a frequency equal to the sum of the frequency division ω that may exist between the two beams and the Doppler shift ψ defined by the rate of change of the optical path length difference. . Due to the characteristics of the interferometry system, the signal s (t) further comprises additional terms each having a frequency that is not equal to the sum of the frequency division ω and the Doppler shift ψ. The analyzer is coupled to the detector and during operation i) the signal s
Applying a window function to the series of values of (t), and ii) Fourier transforming the series of windowed values, the Fourier transform defining a power spectrum equal to the squared absolute value of the Fourier transform. And iii) the frequency division ω and Doppler shift ψ
Identify at least one additional term based on at least one peak in the power spectrum at a frequency not equal to the sum of and.

【0037】 上記干渉測定システムは以下の特徴の任意のものを含み得る。 上記窓関数は上記s(t)の一連の値の振幅を減少し得る、と言うのも、該数
列はその端点のいずれかに近づくからである。代替的にまたは付加的に上記窓関
数は、少なくとも1個の付加項の周波数に対し、周波数分割ωとドップラー偏移
・ψとの合計に等しい周波数を排除し得る。
The interferometry system may include any of the following features. The window function can reduce the amplitude of the series of values of s (t), since the sequence approaches any of its endpoints. Alternatively or additionally, the window function may reject frequencies equal to the sum of the frequency division ω and the Doppler shift ψ for the frequencies of the at least one additional term.

【0038】 更に、動作の間に上記解析器は、パワースペクトルにおける少なくともひとつ
のピークの周波数にて上記フーリエ変換の振幅および位相に基づき少なくとも1
個の付加項を量化し得る。上記解析器は更に量化された付加項を用いて、s(t
)の特定値に対応する光路長差の変化を評価し得る。上記解析器はまた、評価さ
れた光路長差の変化を用いて、物理的経路長の変化を決定する、分散の変化を決
定する、気体の内因的値を決定する、および、各ビームの波長を監視する、の内
の少なくともひとつを行い得る。
Further, during operation, the analyzer is based on the amplitude and phase of the Fourier transform at a frequency of at least one peak in the power spectrum.
Individual additional terms can be quantified. The analyzer uses s (t
The change in optical path length difference corresponding to the specific value of) can be evaluated. The analyzer also uses the estimated change in optical path length difference to determine the change in physical path length, the change in dispersion, the intrinsic value of the gas, and the wavelength of each beam. You can do at least one of the following:

【0039】 同様に、上記解析器は上記識別された付加項の振幅が閾値を超えたときにシス
テム劣化を表す信号を更に生成可能であり、かつ、上記干渉測定システムは更に
、上記解析器に連結された警報機構であって上記システム劣化信号に応答する警
報機構を含み得る。たとえば上記警報機構は、視覚的ディスプレイ、音響的シス
テム、警報灯およびプリンタの少なくともひとつを含み得る。
Similarly, the analyzer can further generate a signal representative of system degradation when the amplitude of the identified additional term exceeds a threshold, and the interferometric system further includes the analyzer. A coupled alarm mechanism may be included that is responsive to the system degradation signal. For example, the alert mechanism may include at least one of a visual display, an acoustic system, a warning light and a printer.

【0040】 概略的に他の見地において本発明は、干渉計、検出器および解析器を含む干渉
測定システムを特徴とする。動作の間に上記干渉計は、光路長差を画成する別体
の経路に沿って2つのビームを導向してから各ビームを結合し、重畳する1対の
出射ビームを生成する。上記検出器は上記重畳する1対の出射ビーム間の光干渉
に応答し、光路長差を表す干渉信号s(t)を生成する。上記信号s(t)は、
上記2つのビームの間に存在し得る周波数分割ωと上記光路長差の変化の速度に
より定められるドップラー偏移・ψとの合計に等しい周波数を有する主項を含む
。当該干渉測定システムの特性により上記信号s(t)は上記周波数分割ωとド
ップラー偏移・ψとの合計に等しくない周波数を各々が有する付加項を更に含む
。上記解析器は上記検出器に連結されると共に、低域通過フィルタを含む。動作
の間に上記解析器は、i)上記信号s(t)に基づきドップラー偏移の値を追尾
し、ii)追尾されたドップラー偏移の値に基づき各付加項の内のひとつの付加
項の周波数〜ω’v を計算し、iii)s(t)cos(〜ω’v t)に等しい
第1同調フィルタ信号およびs(t)sin(〜ω’v t)に等しい第2同調フ
ィルタ信号を生成し、かつ、iv)上記低域通過フィルタを介して上記各同調フ
ィルタ信号を通過させて〜ω’v に対応する付加項を量化する。
In general, in another aspect, the invention features an interferometric measurement system that includes an interferometer, a detector, and an analyzer. During operation, the interferometer directs the two beams along separate paths that define the optical path length difference and then combines the beams to produce a pair of overlapping exit beams. The detector is responsive to optical interference between the pair of overlapping output beams and produces an interference signal s (t) representative of the optical path length difference. The signal s (t) is
It includes a principal term having a frequency equal to the sum of the frequency split ω that may exist between the two beams and the Doppler shift ψ defined by the rate of change of the optical path length difference. Due to the characteristics of the interferometry system, the signal s (t) further comprises additional terms each having a frequency that is not equal to the sum of the frequency division ω and the Doppler shift ψ. The analyzer is coupled to the detector and includes a low pass filter. During operation, the analyzer i) tracks the value of the Doppler shift based on the signal s (t), and ii) one of each additional term based on the value of the tracked Doppler shift. frequency ~ω 'v were calculated, iii) s (t) cos (~ω' v t) equal to the first tuning filter signal and s (t) sin (~ω ' v t) equal second tuning filter Generate a signal, and iv) pass each tuned filter signal through the low pass filter to quantify the additional term corresponding to ~ ω ' v .

【0041】 上記干渉測定システムは以下の特徴の任意のものを含み得る。 動作の間に上記解析器は、追尾されたドップラー偏移の値と上記検出器のサン
プリング速度により定められるナイキスト周波数とに基づき各付加項の内のひと
つの付加項の周波数〜ω’v を計算し得る。上記解析器はまた、少なくともひと
つの他の付加項の周波数に基づいて付加的な同調フィルタ信号を生成して、少な
くともひとつの他の付加項を量化し得る。上記解析器はまた、上記量化された付
加項を用いて、s(t)の特定値に対応する光路長差の変化を評価し得る。上記
解析器はまた、評価された光路長差の変化を用いて、物理的経路長の変化を決定
する、分散の変化を決定する、気体の内因的値を決定する、および、各ビームの
波長を監視する、の内の少なくともひとつを行い得る。
The interferometric measurement system may include any of the following features. During operation, the analyzer calculates the frequency ~ ω ' v of one of the additional terms based on the value of the tracked Doppler shift and the Nyquist frequency defined by the sampling rate of the detector. You can The analyzer may also generate an additional tuned filter signal based on the frequency of the at least one other additional term to quantify the at least one other additional term. The analyzer may also use the quantified additive term to evaluate the change in optical path length difference corresponding to a particular value of s (t). The analyzer also uses the estimated change in optical path length difference to determine the change in physical path length, the change in dispersion, the intrinsic value of the gas, and the wavelength of each beam. You can do at least one of the following:

【0042】 同様に、上記解析器は上記量化された付加項の振幅が閾値を超えたときにシス
テム劣化を表す信号を更に生成可能であり、かつ、上記干渉測定システムは更に
、上記解析器に連結された警報機構であって上記システム劣化信号に応答する警
報機構を含み得る。たとえば上記警報機構は、視覚的ディスプレイ、音響的シス
テム、警報灯およびプリンタの少なくともひとつを含み得る。
Similarly, the analyzer may further generate a signal representative of system degradation when the amplitude of the quantified additional term exceeds a threshold, and the interferometric system may further include in the analyzer. A coupled alarm mechanism may be included that is responsive to the system degradation signal. For example, the alert mechanism may include at least one of a visual display, an acoustic system, a warning light and a printer.

【0043】 概略的に他の見地において本発明は、干渉計、検出器および解析器を含む干渉
測定システムを特徴とする。動作の間に上記干渉計は、光路長差を画成する別体
の経路に沿って2つのビームを導向してから各ビームを結合し、重畳する1対の
出射ビームを生成する。上記検出器は上記重畳する1対の出射ビーム間の光干渉
に応答し、光路長差を表す干渉信号s(t)を生成する。上記信号s(t)は、
上記2つのビームの間に存在し得る周波数分割ωと上記光路長差の変化の速度に
より定められるドップラー偏移・ψとの合計に等しい周波数を有する主項を含む
。当該干渉測定システムの特性により上記信号s(t)は上記周波数分割ωとド
ップラー偏移・ψとの合計に等しくない周波数を各々が有する付加項を更に含む
。上記解析器は上記検出器に連結されると共に、動作の間に該解析器は、i)少
なくとも幾つかの付加項に対する量化を提供し、ii)少なくともひとつの集合
のs(t)の各値をフーリエ変換し、かつ、iii)周波数ω+・ψにおける上
記フーリエ変換の振幅および位相に基づき上記光路長差に対する値を評価すると
共に、上記所定集合のs(t)の各値に対応するドップラー偏移・ψに基づき周
波数ω+・ψにおける上記フーリエ変換に寄与する付加項に対する量化の値を評
価する。
In general, in another aspect, the invention features an interferometric measurement system that includes an interferometer, a detector, and an analyzer. During operation, the interferometer directs the two beams along separate paths that define the optical path length difference and then combines the beams to produce a pair of overlapping exit beams. The detector is responsive to optical interference between the pair of overlapping output beams and produces an interference signal s (t) representative of the optical path length difference. The signal s (t) is
It includes a principal term having a frequency equal to the sum of the frequency split ω that may exist between the two beams and the Doppler shift ψ defined by the rate of change of the optical path length difference. Due to the characteristics of the interferometry system, the signal s (t) further comprises additional terms each having a frequency that is not equal to the sum of the frequency division ω and the Doppler shift ψ. The analyzer is coupled to the detector and during operation the analyzer provides i) quantification for at least some additional terms, and ii) each value of s (t) of at least one set. And iii) evaluating the value for the optical path length difference based on the amplitude and phase of the Fourier transform at the frequency ω + ψ, and performing Doppler deviation corresponding to each value of s (t) in the predetermined set. Evaluate the quantification value for the additional term that contributes to the Fourier transform at the frequency ω + · ψ based on the shift · ψ.

【0044】 上記干渉測定システムは以下の特徴の任意のものを含み得る。 動作の間に上記解析器は、上記所定集合のs(t)の各値に対応するドップラ
ー偏移・ψと上記検出器のサンプリング速度に対応するナイキスト周波数とに基
づき、上記量化におけるいずれの付加項が周波数ω+・ψにおけるフーリエ変換
に寄与するかを識別し得る。同様に上記解析器は、評価された光路長差の変化を
用いて、物理的経路長の変化を決定する、分散の変化を決定する、気体の内因的
値を決定する、および、各ビームの波長を監視する、の内の少なくともひとつを
行い得る。
The interferometry system may include any of the following features. During operation, the analyzer determines which addition in the quantification is based on the Doppler shift .psi. Corresponding to each value of s (t) in the predetermined set and the Nyquist frequency corresponding to the sampling rate of the detector. It can be identified whether the terms contribute to the Fourier transform at the frequency ω + · ψ. Similarly, the analyzer uses the estimated change in optical path length difference to determine the change in physical path length, the change in dispersion, the intrinsic value of the gas, and the At least one of wavelength monitoring may be performed.

【0045】 概略的に他の見地において本発明は、ウェーハを支持するステージと、空間的
にパターン化された放射線を上記ウェーハ上に作像する照射システムと、上記作
像された放射線に対する上記ステージの位置を調節する位置決めシステムと、上
記ステージの位置を測定する前述の干渉測定システムのいずれかとを含む、ウェ
ーハ上の集積回路の作製に使用されるリソグラフィシステムを特徴とする。
In general, in another aspect, the invention features a stage for supporting a wafer, an illumination system for imaging spatially patterned radiation onto the wafer, and the stage for the imaged radiation. A lithographic system used in the fabrication of integrated circuits on a wafer, including a positioning system for adjusting the position of the stage and any of the interferometric measuring systems described above for measuring the position of the stage.

【0046】 概略的に他の見地において本発明は、ウェーハを支持するステージと、放射線
線源、マスク、位置決めシステム、レンズアセンブリ、および前述の上記干渉測
定システムのいずれかを含む照射システムとを含み、動作の間に上記線源は上記
マスクを介して放射線を導向して空間的にパターン化された放射線を生成し、上
記位置決めシステムは上記線源からの放射線に対して上記マスクの位置を調節し
、上記レンズアセンブリは上記空間的にパターン化された放射線を上記ウェーハ
上に作像し、かつ、上記干渉測定システムは上記線源からの放射線に対する上記
マスクの位置を測定する、ウェーハ上の集積回路の作製に使用されるリソグラフ
ィシステムを特徴とする。
In general, in another aspect, the invention includes a wafer supporting stage and an illumination system including a radiation source, a mask, a positioning system, a lens assembly, and any of the interferometric systems described above. During operation, the source directs radiation through the mask to produce spatially patterned radiation and the positioning system adjusts the position of the mask with respect to radiation from the source. The lens assembly images the spatially patterned radiation onto the wafer, and the interferometric system measures the position of the mask relative to the radiation from the source integrated on the wafer. It features a lithographic system used to create the circuit.

【0047】 概略的に他の見地において本発明は、基板にパターン形成する書込みビームを
提供する線源と、上記基板を支持するステージと、上記基板に対して上記書込み
ビームを供給するビーム導向アセンブリと、上記ステージおよび上記ビーム導向
アセンブリを相互に対して位置決めする位置決めシステムと、上記ビーム導向ア
センブリに対する上記ステージの位置を測定する前述の上記干渉測定システムの
いずれかとを含む、リソグラフィマスクの作製に用いられるビーム書込みシステ
ムを特徴とする。
In general, in another aspect, the invention features a source for providing a writing beam for patterning a substrate, a stage for supporting the substrate, and a beam steering assembly for providing the writing beam to the substrate. And a positioning system for positioning the stage and the beam steering assembly with respect to each other, and any of the interferometric measurement systems described above for measuring the position of the stage with respect to the beam steering assembly. Featured beam writing system.

【0048】 更なる見地において本発明は、上述の各システムに基づく干渉測定方法、リソ
グラフィ方法およびビーム書込み方法を特徴とする。斯かる方法の概略的見地は
、以下に記述される。
In a further aspect, the invention features an interferometry method, a lithographic method and a beam writing method based on each of the above systems. A general aspect of such a method is described below.

【0049】 ひとつの見地において本発明は、干渉測定システムと共に用いられる干渉測定
方法を特徴とする。該干渉測定方法は、別体の経路に沿って2つのビームを導向
する工程と、上記ビームを結合して重畳する1対の出射ビームを生成する工程で
あって、上記別体の経路は光路長差を画成する工程と、上記重畳する1対の出射
ビームの間の光干渉を測定して上記光路長差を表す干渉信号s(t)を生成する
工程であって、上記信号s(t)は、上記2つのビームの間に存在し得る周波数
分割ωと上記光路長差の変化の速度により定められるドップラー偏移・ψとの合
計に等しい周波数を有する主項を含み、上記干渉測定システムの特性により上記
信号s(t)は上記周波数分割ωとドップラー偏移・ψとの合計に等しくない周
波数を各々が有する付加項を更に含む工程と、ドップラー偏移の値により主項お
よび少なくとも1個の付加項がスペクトル的に分離されるというs(t)の値に
基づき少なくとも1個の付加項を量化する工程と、量化された少なくとも1個の
付加項を用いて、ドップラー偏移の値により主項および少なくとも1個の付加項
がスペクトル的に重畳するというs(t)の別の値に対応する光路長差の変化を
評価する工程と、を含む。
In one aspect, the invention features an interferometry method for use with an interferometry system. The interferometric method comprises the steps of directing two beams along a separate path and combining the beams to produce a pair of exit beams that are superimposed, wherein the separate path is the optical path. A step of defining a length difference and a step of measuring optical interference between the pair of superposed outgoing beams to generate an interference signal s (t) representing the optical path length difference, the signal s ( t) includes a principal term having a frequency equal to the sum of the frequency division ω that may exist between the two beams and the Doppler shift ψ defined by the rate of change of the optical path length difference, and the interferometric measurement Due to the characteristics of the system, the signal s (t) further comprises an additional term each having a frequency that is not equal to the sum of the frequency division ω and the Doppler shift ψ, and depending on the value of the Doppler shift the main term and at least the One additional term is the spectrum Quantifying at least one additional term based on the value of s (t) to be separated into, and using the quantified at least one additional term, the main term and at least one by the value of the Doppler shift Evaluating the change in the optical path length difference corresponding to another value of s (t) that the additional term of is spectrally superimposed.

【0050】 他の見地において本発明は、干渉測定システムと共に用いられる干渉測定方法
を特徴とする。該干渉測定方法は、別体の経路に沿って2つのビームを導向する
工程と、上記ビームを結合して重畳する1対の出射ビームを生成する工程であっ
て、上記別体の経路は光路長差を画成する工程と、上記重畳する1対の出射ビー
ムの間の光干渉を測定して上記光路長差を表す干渉信号s(t)を生成する工程
であって、上記信号s(t)は、上記2つのビームの間に存在し得る周波数分割
ωと上記光路長差の変化の速度により定められるドップラー偏移・ψとの合計に
等しい周波数を有する主項を含み、上記干渉測定システムの特性により上記信号
s(t)は上記周波数分割ωとドップラー偏移・ψとの合計に等しくない周波数
を各々が有する付加項を更に含む工程と、上記信号s(t)の周波数を監視する
工程と、上記各付加項の内のひとつの付加項に対応する周波数の振幅が閾値を超
えたときに操作者に警告する工程とを含む。
In another aspect, the invention features an interferometry method for use with an interferometry system. The interferometric method comprises the steps of directing two beams along a separate path and combining the beams to produce a pair of exit beams that are superimposed, wherein the separate path is the optical path. A step of defining a length difference and a step of measuring optical interference between the pair of superposed outgoing beams to generate an interference signal s (t) representing the optical path length difference, the signal s ( t) includes a principal term having a frequency equal to the sum of the frequency division ω that may exist between the two beams and the Doppler shift ψ defined by the rate of change of the optical path length difference, and the interferometric measurement Due to the characteristics of the system, the signal s (t) further comprises an additional term each having a frequency that is not equal to the sum of the frequency division ω and the Doppler shift ψ, and monitoring the frequency of the signal s (t). And one of the additional items above When the amplitude of the frequency corresponding to the pressurized section exceeds a threshold value and a step of alerting the operator.

【0051】 他の見地において本発明は、干渉測定システムと共に用いられる干渉測定方法
を特徴とする。該干渉測定方法は、周波数分割ωを有する第1集合の2つのビー
ムと、ωに等しくない周波数分割ωT を有する第2集合の2つのビームとを提供
する工程と、上記第1集合の第1ビームと上記第2集合の第1ビームとを測定経
路に沿って導向しかつ上記第1集合の第2ビームと上記第2集合の第2ビームと
を基準経路に沿って導向する工程と、両集合のビームを結合して出力ビームを形
成する工程であって、上記測定経路および基準経路は光路長差を画成する工程と
、上記出力ビームにおける各ビーム間の光干渉を測定し、上記光路長差の関数で
ある上記干渉を表す信号S(t)を生成する工程と、上記第2集合のビームが存
在しない場合に上記信号S(t)は、上記周波数分割ωと上記光路長差の変化の
速度により定められるドップラー偏移・ψとの合計に等しい周波数における主項
を含むs(t)に等しく、当該干渉測定システムにおける特性により主周波数と
同一の周波数にてs(t)に寄与する各ゼロ周波数シフト循環誤差が引き起こさ
れ、上記第2集合のビームが存在する場合、s(t)に対するゼロ周波数シフト
循環誤差寄与を生成する上記特性はS(t)の周波数スペクトルにおける多重線
を生成し、該多重線はω−ωT だけ離間された各近傍ピークを有し、S(t)に
おける各周波数を区別して上記多重線を識別する工程と、上記多重線における少
なくともひとつのピークの振幅および位相に基づき少なくともひとつのゼロ周波
数シフト循環誤差を量化する工程とを含む。
In another aspect, the invention features an interferometry method for use with an interferometry system. The method of interferometry comprises providing two beams of a first set having a frequency division ω and two beams of a second set having a frequency division ω T not equal to ω; Directing a first beam and a first beam of the second set along a measurement path and a second beam of the first set and a second beam of the second set along a reference path; Combining the beams of both sets to form an output beam, the measuring path and the reference path defining an optical path length difference; and measuring optical interference between the beams in the output beam, Generating a signal S (t) representing the interference as a function of the optical path length difference, the signal S (t) in the absence of the second set of beams being the frequency division ω and the optical path length difference. Doppler shift determined by the rate of change of A characteristic in the interferometric system that causes each zero frequency shift cyclic error to contribute to s (t) at the same frequency as the main frequency is equal to s (t) including the main term at a frequency equal to the sum of ψ. , The characteristic that produces a zero frequency shift cyclic error contribution to s (t) produces a multiplex in the frequency spectrum of S (t) when the second set of beams is present, and the multiplex is ω-ω. Identifying each of the multiple lines by distinguishing each frequency in S (t) with each neighboring peak separated by T, and at least one zero frequency based on the amplitude and phase of at least one peak in the multiple line Quantifying shift cyclic error.

【0052】 概略的に他の見地において本発明は、別体の経路に沿って2つのビームを導向
する工程と、上記ビームを結合して重畳する1対の出射ビームを生成する工程で
あって、上記別体の経路は光路長差を画成する工程と、上記重畳する1対の出射
ビームの間の光干渉を測定して上記光路長差を表す干渉信号s(t)を生成する
工程であって、上記信号s(t)は、上記2つのビームの間に存在し得る周波数
分割ωと上記光路長差の変化の速度により定められるドップラー偏移・ψとの合
計に等しい周波数を有する主項を含み、干渉測定システムの特性により上記信号
s(t)は上記周波数分割ωとドップラー偏移・ψとの合計に等しくない周波数
を各々が有する付加項を更に含む工程と、上記信号s(t)の一連の値に対して
窓関数を適用する工程と、窓化された一連の値をフーリエ変換する工程であって
、このフーリエ変換は該フーリエ変換の2乗絶対値に等しいパワースペクトルを
定義する工程と、上記周波数分割ωとドップラー偏移・ψとの合計に等しくない
周波数におけるパワースペクトル内の少なくともひとつのピークに基づき少なく
とも1個の付加項を識別する工程とを含む干渉測定方法を特徴とする。
In general, in another aspect, the invention comprises directing two beams along separate paths and combining the beams to produce a pair of exit beams for superposition. , The separate path defines an optical path length difference, and measuring optical interference between the pair of overlapping exit beams to generate an interference signal s (t) representing the optical path length difference. Where the signal s (t) has a frequency equal to the sum of the frequency division ω that may exist between the two beams and the Doppler shift ψ defined by the rate of change of the optical path length difference. Said signal s (t) further comprising a main term, each signal having a frequency that is not equal to the sum of said frequency division ω and Doppler shift ψ due to the characteristics of the interferometry system, said signal s (t) The window function is applied to a series of values of (t). And Fourier transforming a series of windowed values, the Fourier transform defining a power spectrum equal to the squared absolute value of the Fourier transform, the frequency division ω and the Doppler shift. -Identifying at least one additional term based on at least one peak in the power spectrum at a frequency not equal to the sum of ψ and the interference measurement method.

【0053】 概略的に他の見地において本発明は、別体の経路に沿って2つのビームを導向
する工程と、上記ビームを結合して重畳する1対の出射ビームを生成する工程で
あって、上記別体の経路は光路長差を画成する工程と、上記重畳する1対の出射
ビームの間の光干渉を測定して上記光路長差を表す干渉信号s(t)を生成する
工程であって、上記信号s(t)は、上記2つのビームの間に存在し得る周波数
分割ωと上記光路長差の変化の速度により定められるドップラー偏移・ψとの合
計に等しい周波数を有する主項を含み、干渉測定システムの特性により上記信号
s(t)は上記周波数分割ωとドップラー偏移・ψとの合計に等しくない周波数
を各々が有する付加項を更に含む工程と、上記信号s(t)に基づきドップラー
偏移の値を追尾する工程と、追尾されたドップラー偏移の値に基づき各付加項の
内のひとつの付加項の周波数〜ω’v を計算する工程と、s(t)cos(〜ω
v t)に等しい第1同調フィルタ信号およびs(t)sin(〜ω’v t)に
等しい第2同調フィルタ信号を生成する工程と、上記低域通過フィルタを介して
上記各同調フィルタ信号を通過させて〜ω’v に対応する付加項を量化する工程
と、を含む干渉測定方法を特徴とする。
In general, in another aspect, the invention comprises directing two beams along separate paths and combining the beams to produce a pair of exit beams for superposition. , The separate path defines an optical path length difference, and measuring optical interference between the pair of overlapping exit beams to generate an interference signal s (t) representing the optical path length difference. Where the signal s (t) has a frequency equal to the sum of the frequency division ω that may exist between the two beams and the Doppler shift ψ defined by the rate of change of the optical path length difference. Said signal s (t) further comprising a main term, each signal having a frequency that is not equal to the sum of said frequency division ω and Doppler shift ψ due to the characteristics of the interferometry system, said signal s (t) The value of the Doppler shift based on (t) A step of tail, and calculating the frequency ~ω 'v of one additional section of the additional term on the basis of the tracked values of the Doppler shift, s (t) cos (~ω
'V t) equal to the first tuning filter signal and s (t) sin (~ω' v t and generating an equal second tuning filter signal), the low pass through the filter above each tuning filter signal And quantifying the additional term corresponding to ω ′ v .

【0054】 概略的に他の見地において本発明は、別体の経路に沿って2つのビームを導向
する工程と、上記ビームを結合して重畳する1対の出射ビームを生成する工程で
あって、上記別体の経路は光路長差を画成する工程と、上記重畳する1対の出射
ビームの間の光干渉を測定して上記光路長差を表す干渉信号s(t)を生成する
工程であって、上記信号s(t)は、上記2つのビームの間に存在し得る周波数
分割ωと上記光路長差の変化の速度により定められるドップラー偏移・ψとの合
計に等しい周波数を有する主項を含み、干渉測定システムの特性により上記信号
s(t)は上記周波数分割ωとドップラー偏移・ψとの合計に等しくない周波数
を各々が有する付加項を更に含む工程と、少なくとも幾つかの付加項に対する量
化を提供する工程と、少なくともひとつの集合のs(t)の各値をフーリエ変換
する工程と、周波数ω+・ψにおける上記フーリエ変換の振幅および位相に基づ
き上記光路長差に対する値を評価すると共に、上記所定集合のs(t)の各値に
対応するドップラー偏移・ψに基づき周波数ω+・ψにおける上記フーリエ変換
に寄与する付加項に対する量化の値を評価する工程と、を含む干渉測定システム
を特徴とする。
In general, in another aspect, the invention comprises directing two beams along separate paths and combining the beams to produce a pair of exit beams for superposition. , The separate path defines an optical path length difference, and measuring optical interference between the pair of superposed outgoing beams to generate an interference signal s (t) representing the optical path length difference. Where the signal s (t) has a frequency equal to the sum of the frequency division ω that may exist between the two beams and the Doppler shift ψ defined by the rate of change of the optical path length difference. At least some further comprising a main term, the signal s (t) each having a frequency that is not equal to the sum of the frequency division ω and the Doppler shift ψ due to the characteristics of the interferometry system. Provides quantification for the additional terms in Fourier transforming each value of s (t) of at least one set, evaluating the value for the optical path length difference based on the amplitude and phase of the Fourier transform at the frequency ω + · ψ, and performing the predetermined set. Evaluating the value of quantification for the additional term contributing to the Fourier transform at the frequency ω + · ψ based on the Doppler shift / ψ corresponding to each value of s (t) of .

【0055】 更なる見地において本発明は、ステージ上にウェーハを支持する工程と、空間
的にパターン化された放射線を上記ウェーハ上に作像する工程と、上記作像され
た放射線に対する上記ステージの位置を調節する工程と、前述の干渉測定方法の
いずれかを用いて上記ステージの相対位置を測定する工程と、を含むリソグラフ
ィ方法を特徴とする。
In a further aspect, the invention includes supporting a wafer on a stage, imaging spatially patterned radiation on the wafer, and aligning the stage with the imaged radiation. A lithographic method comprising adjusting the position and measuring the relative position of the stage using any of the interferometry methods described above.

【0056】 他の見地において本発明は、ウェーハを支持する工程と、線源からマスクへと
放射線を導向して空間的にパターン化された放射線を生成する工程と、上記放射
線に対して上記マスクを位置決めする工程と、前述の干渉測定方法のいずれかを
用いて上記放射線に対する上記マスクの位置を測定する工程と、上記空間的にパ
ターン化された放射線を上記ウェーハ上に作像する工程と、を含むリソグラフィ
方法を特徴とする。
In another aspect, the invention includes supporting a wafer, directing radiation from a source to a mask to produce spatially patterned radiation, and the mask to the radiation. Positioning the step of measuring the position of the mask with respect to the radiation using any of the interferometric measuring methods described above, and imaging the spatially patterned radiation on the wafer, And a lithographic method including.

【0057】 他の見地において本発明は、基板にパターン形成する書込みビームを提供する
工程と、上記基板をステージ上に支持する工程と、上記基板に対して上記書込み
ビームを供給する工程と、上記書込みビームに対して上記ステージを位置決めす
る工程と、前述の干渉測定方法のいずれかを用いて上記ステージの相対位置を測
定する工程と、を含むビーム書込み方法を特徴とする。
In another aspect, the invention comprises providing a writing beam for patterning a substrate, supporting the substrate on a stage, providing the writing beam to the substrate, A beam writing method is characterized by including the step of positioning the stage with respect to the writing beam and the step of measuring the relative position of the stage using any of the interference measurement methods described above.

【0058】 本発明の各実施例は多くの利点を含み得る。たとえば各実施例は、他の場合に
は干渉測定による変位測定または分散測定を劣化し得る非線形性を識別して量化
し得る。量化された非線形性は、干渉測定値を補正することでその精度を相当に
改善すべく使用され得る。更に、本発明のシステムおよび方法を用いれば干渉計
は更に安価に作成され得る、と言うのも、非線形性の可能性を減少するための高
価な光学的構成要素は必要でなく、また検出用電子機器における非線形性を最小
化する必要もないからである。更に本発明のシステムおよび方法を用いることに
より、干渉計の1個以上の構成要素の性能の劣化が検出され得ると共にたとえば
計画された保守の一部として修正処理が実施され得ることから、不適切なモード
において干渉計を作動させた結果として妥当な動作時間を相当に無駄にする可能
性が低減される。非線形性を量化するという本発明の各実施例によれば、測定対
象物が迅速に走査または工程移動されるというオンライン用途の間に通常的に必
要とされる干渉測定の迅速な補正が許容される。非線形性の量化、および、干渉
測定の補正における該量化の使用は、光学的距離測定、分散測定、波長測定、お
よび、干渉計の測定アームにおける気体の逆分散率Γなどの光学的固有特性の測
定に適用され得る。これに加えて上記干渉測定システムは、リソグラフィおよび
マスク書込み用途において使用され得る。
Embodiments of the invention may include many advantages. For example, each embodiment may identify and quantify non-linearities that would otherwise degrade interferometric displacement or dispersion measurements. The quantified non-linearity can be used to significantly improve its accuracy by correcting the interferometric measurements. In addition, interferometers can be made more inexpensively using the systems and methods of the present invention, since expensive optical components to reduce the possibility of non-linearity are not required, and for detection. This is because it is not necessary to minimize the non-linearity in the electronic device. Further, by using the system and method of the present invention, performance degradation of one or more components of the interferometer may be detected and a remedial action may be performed, for example, as part of planned maintenance, which is inappropriate. The likelihood of significantly wasting reasonable operating time as a result of operating the interferometer in different modes is reduced. The embodiments of the present invention, which quantify non-linearities, allow for rapid correction of interferometric measurements, which is typically required during on-line applications where the measurement object is rapidly scanned or step-moved. It The quantification of non-linearities and the use of the quantification in the correction of interferometric measurements has led to optical distance measurements, dispersion measurements, wavelength measurements, and optical intrinsic properties such as the inverse dispersion rate Γ of the gas in the measuring arm of the interferometer. It can be applied to measurements. Additionally, the interferometric measurement system may be used in lithography and mask writing applications.

【0059】 他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および請求の範囲から明らかとなろ
う。 (詳細な説明) 周期的誤差などの非線形性は、干渉法データから抽出された変位および/また
は分散測定の精度を低下させる可能性がある。非線形性は、線源および干渉計の
光学部品における欠陥から、かつ、光電検出器、増幅器またはアナログ−デジタ
ル変換器など、検出電子部品における非線形性から生じる可能性がある。このよ
うな非線形性の原因を最小限にすることは可能である可能性があるが、本発明の
一態様は、干渉法測定の精度を、非線形性を定量化すること、および定量化され
た非線形性を使用すること、干渉法信号(または、干渉法信号から導出された情
報)を非線形性について補正して、それにより、たとえば変位または分散など、
関心のある測定の精度を向上させることによって、向上させることを提案する。
本発明のもう1つの態様は、干渉計システムのある構成要素の劣化を、干渉計シ
ステムの非線形性を定量化すること、および構成要素が劣化しているかどうかを
、定量化された非線形性の大きさの変化に基づいて監視することによって、検出
することを提案する。このような機能を提供する干渉法システムを以下で一般に
記載し、その後、より特定の実施形態をより詳細に記載する。
Other features and advantages will be apparent from the following detailed description and claims. DETAILED DESCRIPTION Non-linearities such as periodic errors can reduce the accuracy of displacement and / or dispersion measurements extracted from interferometry data. Non-linearities can result from defects in the optics of the source and interferometer and from non-linearities in the detection electronics, such as photoelectric detectors, amplifiers or analog-to-digital converters. Although it may be possible to minimize the cause of such non-linearities, one aspect of the invention is that the accuracy of interferometric measurements, quantifying non-linearities, and quantified Using non-linearity, the interferometric signal (or information derived from the interferometric signal) is corrected for non-linearity, so that, for example, displacement or dispersion,
It is proposed to improve by improving the accuracy of the measurement of interest.
Another aspect of the invention is to quantify the degradation of certain components of the interferometer system, the non-linearity of the interferometer system, and to determine whether the components are degraded. We propose to detect by monitoring based on size changes. Interferometry systems that provide such functionality are generally described below, followed by more specific embodiments.

【0060】 図1を参照すると、干渉法システム10が、線源(source)20、干渉計30
、検出器40および解析器50を含む。線源20は、1つまたは複数のビーム2
5を干渉計30に提供するためのレーザを含む。分散干渉法では、ビーム25が
少なくとも2つのビームを含み、これらは、たとえば1064nmおよび532
nmの異なる波長のものである。光学的距離変位測定では、単一の波長で十分で
ある。ヘテロダインの干渉法技術を1つまたは複数の異なる波長で使用するとき
、線源20は、周波数分割を、1つまたは複数の異なる波長での各ビームの成分
の間に導入する。たとえば、1つまたは複数の音響光学変調器を使用して周波数
分割を導入することができ、あるいは別法として、線源がゼーマン分裂レーザを
含んで周波数分割を生成することができる。周波数分割成分はしばしば、直交偏
光を有するようになされる。周波数分割成分を干渉計30に送信することができ
、そこでこれらが測定および参照ビームに分離される。別法として、線源20が
空間的に周波数分割成分を分離し、空間的に分離された成分を干渉計30に送信
することができ、そこでこれらが測定および参照ビームとなる。
Referring to FIG. 1, an interferometry system 10 includes a source 20, an interferometer 30.
, Detector 40 and analyzer 50. The source 20 comprises one or more beams 2
A laser is included to provide 5 to interferometer 30. In dispersive interferometry, beam 25 comprises at least two beams, which are, for example, 1064 nm and 532.
nm of different wavelengths. A single wavelength is sufficient for optical distance displacement measurements. When using heterodyne interferometry techniques at one or more different wavelengths, the source 20 introduces a frequency division between the components of each beam at one or more different wavelengths. For example, one or more acousto-optic modulators can be used to introduce frequency division, or alternatively the source can include a Zeeman split laser to produce frequency division. The frequency division components are often made to have orthogonal polarizations. The frequency division components can be transmitted to interferometer 30, where they are separated into measurement and reference beams. Alternatively, source 20 may spatially separate the frequency-divided components and send the spatially separated components to interferometer 30, where they become the measurement and reference beams.

【0061】 干渉計30はいかなるタイプの干渉計にすることもでき、たとえば、差動平面
鏡干渉計、複光路干渉計またはマイケルソンタイプの干渉計である。干渉計を、
たとえば、光学的経路長の変化、物理的経路長の変化、屈折率の変化、ビームの
波長の変化、または経路長に沿った固有のガス特性を監視するように設計するこ
とができる。干渉計は、参照ビームを参照経路(これは参照対象に接触すること
ができる)に沿うように向けて送り、測定ビームを、測定対象(たとえば、リソ
グラフィステージ)に接触する測定経路に沿うように向けて送り、次いで、参照
および測定ビームを結合して、射出ビーム35のオーバーラッピングペアを形成
する。分散干渉法の応用例では、異なる各波長について射出ビームのオーバーラ
ッピングペアがある。
The interferometer 30 can be any type of interferometer, for example a differential plane mirror interferometer, a double pass interferometer or a Michelson type interferometer. Interferometer,
For example, it can be designed to monitor optical path length changes, physical path length changes, refractive index changes, beam wavelength changes, or unique gas properties along the path length. The interferometer directs the reference beam along a reference path (which may contact the reference object) and directs the measurement beam along a measurement path that contacts the measurement object (eg, lithographic stage). Directed and then combined the reference and measurement beams to form an overlapping pair of exit beams 35. In distributed interferometry applications, there is an overlapping pair of exit beams for each different wavelength.

【0062】 射出ビームのオーバーラッピングペアの間の干渉は、参照および測定経路の間
の光学的経路長における相対的な差についての情報を含む。いくつかの実施形態
では、参照経路が固定され、したがって、光学的経路長の差の変化が、測定経路
の光学的経路長の変化に対応する。しかし、他の実施形態では、参照および測定
経路の光学的経路長が変化している可能性がある。たとえば、参照経路が、干渉
計に相対的に移動する可能性のある参照対象(たとえば、列参照)に接触するこ
とができる。この後者の場合、光学的経路長の差の変化が、参照対象に相対的な
測定対象の位置の変化に対応する。
The interference between the overlapping pairs of exit beams contains information about the relative difference in optical path length between the reference and measurement paths. In some embodiments, the reference path is fixed, so changes in the optical path length difference correspond to changes in the optical path length of the measurement path. However, in other embodiments, the optical path lengths of the reference and measurement paths may have changed. For example, the reference path may contact a reference object (eg, a column reference) that may move relative to the interferometer. In this latter case, the change in the difference in optical path length corresponds to the change in the position of the measuring object relative to the reference object.

【0063】 参照および測定ビームが直交偏光を有するとき、射出ビームのオーバーラッピ
ングペアの少なくとも1つの中間偏光の強度が選択されて、光学干渉が生成され
る。たとえば、偏光子を干渉計30内に位置付けて、射出ビームのオーバーラッ
ピングペアの偏光を混合することができ、これが次いで検出器40へ送信される
。別法として、偏光子を検出器40内に位置付けることができる。検出器40は
、射出ビームのオーバーラッピングペアの選択された偏光の強度を測定して、干
渉信号を生成する。ビームの一部を、参照および測定経路に沿って送られる前に
互いに結合して、重複する射出ビームの参照ペアを供給することができ、これが
使用されて参照干渉信号が供給される。
When the reference and measurement beams have orthogonal polarizations, the intensity of at least one intermediate polarization of the overlapping pair of exit beams is selected to produce optical interference. For example, a polarizer can be positioned within interferometer 30 to mix the polarizations of overlapping pairs of exit beams, which are then transmitted to detector 40. Alternatively, the polarizer can be located within the detector 40. The detector 40 measures the intensity of selected polarizations of the overlapping pair of exit beams and produces an interference signal. Portions of the beams can be combined with one another before being sent along the reference and measurement paths to provide a reference pair of overlapping exit beams, which is used to provide a reference interference signal.

【0064】 検出器40は光検出器を含み、これは、射出ビームのオーバーラッピングペア
の選択された偏光の強度を測定するものであり、さらに、プリアンプおよびアナ
ログ−デジタル変換器などの電子部品を含み、これらは光検出器からの出力を増
幅し、光学干渉に対応するデジタル信号s(t)を生成するものである。分散干
渉法の応用例では、デジタル信号s(t)が、射出ビームのオーバーラッピング
ペアのそれぞれについて生成され(異なる波長に対応する)、これは検出器40
内で多数の光検出チャネルを使用することによって行われる。
The detector 40 comprises a photodetector, which measures the intensity of selected polarizations of the overlapping pair of exit beams and which further comprises electronic components such as preamplifiers and analog-to-digital converters. Including, they amplify the output from the photodetector and produce a digital signal s (t) corresponding to optical interference. In a distributed interferometry application, a digital signal s (t) is generated (corresponding to different wavelengths) for each overlapping pair of exit beams, which detector 40
This is done by using multiple photo-detection channels within.

【0065】 信号s(t)にはいかなる非線形性もなく、一定のオフセット強度を無視する
ものであり、これをs(t)=a cos(ωt+ψ+ζ)として表すことがで
き、ただしψ=Lknであり、Lは参照および測定経路の間の物理的経路長の差
であり、kは測定ビームの波数であり、nは干渉計内の屈折率であり、ωは、い
ずれかのドップラーシフトの導入前の測定および参照ビームの間の角分割周波数
差であり、tは時間であり、aはψに関して一定である振幅であり、ζはψおよ
び・ψに関して一定である位相オフセットであり、ただし・ψは時間に関してψ
の一次導関数である。ホモダインの応用例では、s(t)についての式における
ビーム成分の間の分割周波数差がゼロであり、すなわちω=0であり、正確にバ
ックグラウンド信号を光学干渉から分離するために、検出器40は、多数の位相
オフセットについての干渉を測定するための多数の光検出チャネルを含み、位相
オフセットは検出器40内で導入される。
The signal s (t) has no non-linearity and ignores the constant offset strength, which can be expressed as s (t) = a cos (ωt + ψ + ζ), where ψ = Lkn Yes, L is the physical path length difference between the reference and measurement paths, k is the wavenumber of the measurement beam, n is the index of refraction in the interferometer, and ω is the introduction of either Doppler shift. Is the angular division frequency difference between the previous measurement and reference beams, t is the time, a is the amplitude that is constant with respect to ψ, ζ is the phase offset that is constant with respect to ψ and ψ is ψ with respect to time
Is the first derivative of. In the homodyne application, the split frequency difference between the beam components in the equation for s (t) is zero, ie ω = 0, and to accurately separate the background signal from the optical interference, the detector 40 includes multiple photodetection channels for measuring interference for multiple phase offsets, which are introduced in the detector 40.

【0066】 信号s(t)が解析器50に送信され、これは位相ψ=Lknをs(t)から
抽出し、これはヘテロダイン周波数分割差または参照干渉信号の線源によって供
給された参照位相を使用して行われるものであり、解析器は測定および参照経路
の間の光学的長さの差の変化を決定することができる。さらに、追加の波長に対
応する信号を使用して、解析器は分散測定を行い、物理的経路長の差の測定を決
定し、かつ/または測定経路におけるガスの固有の特性を測定することができる
The signal s (t) is sent to the analyzer 50, which extracts the phase ψ = Lkn from s (t), which is the reference phase provided by the source of the heterodyne frequency division difference or reference interference signal. The analyzer can determine the change in optical length difference between the measurement and reference paths. In addition, using signals corresponding to additional wavelengths, the analyzer can make dispersion measurements, determine measurements of differences in physical path lengths, and / or measure the unique properties of the gas in the measurement path. it can.

【0067】 解析器50はコンピュータまたはデジタルプロセッサを含み、これは、以下で
非線形性の定量化に関して記載する位相抽出および他の解析ステップを実行する
ためのものである。たとえば、本明細書で記載した数および記号のステップを、
たとえば、当技術分野において周知の方法に従って、デジタル信号プロセッサ(
DSP)において実行されるデジタルプログラムに変換することができる。デジ
タルプログラムを、ハードディスクなどのコンピュータ可読媒体に格納すること
ができ、これを解析器におけるコンピュータプロセッサによって実行可能にする
ことができる。別法として、適切な解析ステップをデジタルプログラムに変換す
ることができ、これは、これらのステップを実行する解析器内の専用電子回路に
ハードワイヤードされる。このような専用電子回路を所与の数または記号の解析
手順に基づいて生成するための方法も、当技術分野において周知である。
The analyzer 50 includes a computer or digital processor, for performing the phase extraction and other analysis steps described below with respect to non-linearity quantification. For example, the number and symbol steps described herein are
For example, according to methods known in the art, a digital signal processor (
It can be converted into a digital program executed in a DSP). The digital program can be stored on a computer-readable medium such as a hard disk, which can be executed by a computer processor in the analyzer. Alternatively, the appropriate analysis steps can be converted into a digital program, which is hardwired into dedicated electronic circuitry within the analyzer that performs these steps. Methods for generating such specialized electronic circuits based on a given number or symbolic analysis procedure are also well known in the art.

【0068】 ビーム25におけるビーム混合および強度変動、干渉計30における欠陥、お
よび、検出器40およびその中の電子部品における非線形性はすべて、非線形性
を信号s(t)において生成する可能性がある。非線形性は信号s(t)を式s
(t)=a cos(ωt+ψ+ζ)から導出させ、たとえば、上述の周期的誤
差は追加の項をこの式に導入する可能性があり、これはap1 cos(ωt+p
ψ+ζp1)などであり、ただしp=2、3、...である。さらに、pは、干渉
計30内に多数の経路があるとき、分数値において取ることができる。ビーム2
5における強度変動は追加の項をこの式に導入する可能性があり、これはau'p1 cos(ωt+ωu't+pψ+ζu'p1)などであり、ただしu’=0、1、.
..である。角周波数ωu'は、たとえば、線源20における電源の切り替え周波
数から生じる可能性がある。ヘテロダインの応用例では、ビーム混合も追加の項
を生じる可能性があり、これはap0 cos(pψ+ζ10)などであり、ヘテロ
ダイン周波数分割に関連付けられた測定および参照ビームの間の小さい波ベクト
ル差に対処する項もある可能性がある。さらに、検出器40およびその中の電子
部品の出力および周波数応答における非線形性が、追加の項を導入し、優位項a
cos(ωt+ψ+ζ)を上述の項と混合する。たとえば、非線形性のいくつ
かを説明する、s(t)についての式は、以下の形式を取ることができる。
Beam mixing and intensity variations in beam 25, defects in interferometer 30, and non-linearities in detector 40 and the electronics therein can all produce non-linearities in signal s (t). .. The non-linearity transforms the signal s (t) into the equation s
Deriving from (t) = a cos (ωt + ψ + ζ), for example, the above cyclic error can introduce an additional term into this equation, which is a p1 cos (ωt + p
ψ + ζ p1 ), etc., where p = 2, 3 ,. . . Is. Furthermore, p can be taken in fractional values when there are multiple paths in interferometer 30. Beam 2
Intensity Variations 5 may introduce additional term in this equation, which is a u'p1 cos (ωt + ω u 't + pψ + ζ u'p1) and the like, provided that u' = 0, 1,.
. . Is. The angular frequency ω u ′ may result, for example, from the switching frequency of the power supply in the source 20. In heterodyne applications, beam mixing can also introduce additional terms, such as a p0 cos (p ψ + ζ 10 ), which results in a small wave vector difference between the measurement and reference beams associated with heterodyne frequency division. There may also be a section dealing with. In addition, non-linearities in the output and frequency response of detector 40 and the electronics therein introduce additional terms, leading to a dominant term a
Mix cos (ωt + ψ + ζ) with the above term. For example, the equation for s (t), which explains some of the non-linearities, can take the form:

【0069】[0069]

【数9】 式中、p=1、2、3、...であり、分数値であり、u=0または1であり、
q=1、2、3、...であり、「q」指数は検出器40における非線形性に関
連付けられる。しかし、上のs(t)についての式は、検出器における非線形が
周波数に依存しないと仮定する。そうでなかった場合、上の式における展開の結
果生じる各項が、その項の周波数に依存する位相シフトおよび振幅を含む可能性
がある。この式はさらに、検出器40におけるアナログ−デジタル変換器の有限
サンプリングレートによって複雑にされる可能性があり、これはs(t)のデジ
タル表現においてエイリアシングを引き起こす可能性がある。
[Equation 9] Where p = 1, 2, 3 ,. . . Is a fractional value, u = 0 or 1, and
q = 1, 2, 3 ,. . . And the “q” index is associated with the non-linearity at the detector 40. However, the above equation for s (t) assumes that the non-linearity at the detector is frequency independent. If not, each term resulting from the expansion in the above equation may contain a phase-dependent phase shift and amplitude of that term. This equation can be further complicated by the finite sampling rate of the analog-to-digital converter in detector 40, which can cause aliasing in the digital representation of s (t).

【0070】 説明されない場合、s(t)への非線形性の寄与が、干渉信号から抽出される
光学的距離の差の情報の精度を劣化させる可能性がある。しばしば、精度が劣化
される程度は、・ψ、または測定および参照対象の相対速度によって決まり、こ
れはたとえばドップラーシフトである。たとえば、大きいドップラーシフトでは
、ψの変化を、ω+・ψでのs(t)のフーリエ変換の位相から決定することに
より、周波数空間においてω+・ωから、たとえば、2・ψ、ω+2・ψ、ω+
3・ψ、2ω+2・ψで分離されたピークを有するこれらの非線形性からの寄与
が最小化される。しかし、より小さいドップラーシフトでは、多数の非線形性か
らの寄与が、s(t)の電力スペクトルにおけるω+・ψでの優位ピークと重複
し、電力スペクトルはs(t)のフーリエ変換の2乗絶対値である。重複は特に
・ψ=0であるときに大きく、これはたとえば、測定および参照対象の相対位置
が静止しているとき、または、測定および参照対象の相対速度が符号を変更する
ときである。さらに、ドップラーシフトが、非線形性の周波数を、s(t)の電
力スペクトルにおける優位ピークのものから分離するときでさえ、非線形性の周
波数のエイリアスがω+・ψでの優位ピークと重複する可能性がある。さらに、
非線形性の大きさおよび位相、たとえば、Bqupおよびζupも、・ψにより変
化する可能性があり、これはたとえば、検出電子部品の周波数依存応答があるた
めである。
If not accounted for, the non-linearity contribution to s (t) can degrade the accuracy of the optical distance difference information extracted from the interfering signal. Often, the degree to which the accuracy is degraded depends on ψ, or the relative velocity of the measurement and reference objects, which is, for example, the Doppler shift. For example, for large Doppler shifts, by determining the change in ψ from the phase of the Fourier transform of s (t) at ω + · ψ, from ω + · ω in the frequency space, eg, 2 · ψ, ω + 2 · ψ, ω +
The contributions from these nonlinearities with peaks separated by 3 · ψ, 2ω + 2 · ψ are minimized. However, at smaller Doppler shifts, the contributions from many non-linearities overlap with the dominant peak at ω + · ψ in the power spectrum of s (t), and the power spectrum is the squared absolute of the Fourier transform of s (t). It is a value. The overlap is particularly large when ψ = 0, for example when the relative position of the measurement and reference object is stationary or when the relative velocity of the measurement and reference object changes sign. Furthermore, even when the Doppler shift separates the non-linear frequency from that of the dominant peak in the power spectrum of s (t), the non-linear frequency alias can overlap with the dominant peak at ω + · ψ. There is. further,
The magnitude and phase of the non-linearity, eg, B q a up and ζ up, can also change with .psi. Because of the frequency dependent response of the sensing electronics, for example.

【0071】 さらに、いくつかの非線形性は、・ψの値に関わらず、優位ピークと厳密に重
複する周波数を有する。このような非線形性をゼロ周波数シフト周期的誤差と呼
ぶことができる。たとえば、上のq=3についての式におけるs(t)の展開に
おいて、B33 11 cos3(ωt+ψ+ζ11)は、優位周波数での項を生じる
。類似の方法で、たとえば、u=1、p=2項とu=0、p=1項の間のq=2
の展開における差の混合は、優位周波数での項を生じる。
Furthermore, some non-linearities have frequencies that exactly overlap the dominant peak, regardless of the value of ψ. Such non-linearity can be called a zero frequency shift periodic error. For example, in the expansion of s (t) in the equation for q = 3 above, B 3 a 3 11 cos 3 (ωt + ψ + ζ 11 ) yields a term at the dominant frequency. In a similar way, for example, q = 2 between u = 1, p = 2 terms and u = 0, p = 1 terms.
The mixing of the differences in the expansion of yields a term at the dominant frequency.

【0072】 解析器50は非線形性を、多数の光学的経路長の差についてのs(t)の値に
基づいて定量化する。いくつかの実施形態では、非線形性は、たとえば上の式で
示したような、s(t)についての式における追加の正弦項として表される。他
の実施形態では、非線形性は、s(t)における追加の位相項Ψにおいて表され
、ただしs(t)=A(t)cos(ωt+ψ+Ψ+ζ)であり、位相項Ψを、
上のs(t)についての式の正弦において示したものと類似の引数を有する一連
の正弦として表すことができる。いずれの場合も、各非線形性が、その対応する
正弦の振幅および位相を推定することによって定量化され、振幅および位相は非
線形性についての係数を定義する。別法として、係数を、非線形性に対応する引
数を共に有するサインおよびコサイン項の振幅によって定義することができる。
The analyzer 50 quantifies the non-linearity based on the value of s (t) for multiple optical path length differences. In some embodiments, the non-linearity is represented as an additional sine term in the equation for s (t), eg, as shown in the equation above. In another embodiment, the non-linearity is represented in an additional phase term Ψ in s (t), where s (t) = A (t) cos (ωt + ψ + Ψ + ζ) and the phase term Ψ is
It can be represented as a series of sines with arguments similar to those shown in the sine of the equation for s (t) above. In each case, each non-linearity is quantified by estimating its corresponding sinusoidal amplitude and phase, where the amplitude and phase define the coefficients for the non-linearity. Alternatively, the coefficients can be defined by the amplitudes of the sine and cosine terms which together have an argument corresponding to the non-linearity.

【0073】 オペレーション中に、解析器50が(オフセット位相ζ11に相対的な)ψを、
干渉信号s(t)および定量化された非線形性または定量化された非線形性につ
いての最初の推測から決定し、これは反復プロセスを使用することによって、た
とえば、最初に非線形性がないと仮定してψを決定すること、および次いで、干
渉信号からのψについての改善された値を、先に決定されたψの値に対応する非
線形性の寄与を含めることによって反復的に決定することによって行う。解析器
はまた・ψについての値を、干渉信号s(t)および定量化された非線形性また
は定量化された非線形性についての最初の推測に基づいて決定することもできる
During operation, the analyzer 50 calculates ψ (relative to the offset phase ζ 11 ) by
Determine from the interference signal s (t) and the quantified non-linearity or a first guess about the quantified non-linearity, by using an iterative process, for example assuming that there is no non-linearity first. To determine ψ, and then iteratively determine an improved value for ψ from the interfering signal by including the non-linearity contribution corresponding to the previously determined value of ψ. . The analyzer may also determine a value for ψ based on the interference signal s (t) and the quantified nonlinearity or an initial guess for the quantified nonlinearity.

【0074】 非線形性が一連の正弦として式s(t)において表される実施形態では、解析
器50が非線形性の係数を、1つまたは複数の非線形の周波数ピークを優位周波
数ω+・ψからスペクトルで分離させる・ψの実質的に一定の値に対応するs(
t)の値をフーリエ変換することによって推定し、それにより非線形性を定量化
することができる。解析器はω+・ψでの優位ピークを識別し、残りのピークを
非線形性に関連付け、各非線形性についての係数を、その対応するピークの複素
振幅、および必要である場合は、フーリエ変換における・ψのより高次の導関数
の効果を説明する正規化の要素から決定する。解析器50はこれらのステップを
、・ψの同じ実質的に一定の値に対応するs(t)の値の追加のセットについて
繰り返し、すべてのセットからの決定された係数を平均化(あるいは「フィルタ
リング」)して、非線形性の定量化を改善することができる。
In an embodiment in which the non-linearity is represented in equation s (t) as a series of sine, the analyzer 50 calculates the non-linearity coefficient from the dominant frequency ω + · ψ from the dominant frequency ω + · ψ. And s () corresponding to a substantially constant value of ψ.
The value of t) can be estimated by Fourier transforming, which allows the non-linearity to be quantified. The analyzer identifies the dominant peak at ω + · ψ and associates the remaining peaks with the non-linearity, and the coefficient for each non-linearity, the complex amplitude of its corresponding peak, and, if necessary, in the Fourier transform Determine from factors of normalization that account for the effects of higher order derivatives of ψ. The analyzer 50 repeats these steps for an additional set of values of s (t) corresponding to the same substantially constant value of ψ, averaging the determined coefficients from all sets (or “ Filtering ”) to improve the quantification of non-linearities.

【0075】 次いで、解析器50は、先行するパラグラフにおけるステップを、・ψの異な
る実質的に一定の値に対応するs(t)の値について繰り返す。このような値の
フーリエ変換は、・ψの第1の実質的に一定の値に対応するs(t)の値のフー
リエ変換において解決されなかった非線形性についてのピークを生成することが
でき、解析器が、先に解決されなかった非線形性についての係数を決定すること
を可能にする。これらのステップをさらに、・ψの追加の実質的に一定の各値に
対応するs(t)の値について繰り返すことができる。さらに、解析器50は、
・ψの異なる実質的に一定の各値に対応するs(t)の値について決定された係
数の値を補間して、・ψにおける各非線形性がある場合は、その依存性を決定す
ることができる。
The analyzer 50 then repeats the steps in the preceding paragraph for values of s (t) corresponding to different substantially constant values of • ψ. The Fourier transform of such a value can generate a peak for the non-resolved nonlinearity in the Fourier transform of the value of s (t) corresponding to the first substantially constant value of ψ, Allows the analyzer to determine the coefficients for previously unresolved nonlinearities. These steps can be further repeated for values of s (t) corresponding to each additional substantially constant value of ψ. Furthermore, the analyzer 50
Interpolating the values of the coefficients determined for the values of s (t) corresponding to different substantially constant values of ψ, and determining the dependence of each non-linearity in ψ, if any. You can

【0076】 非線形性が、s(t)=A(t)cos(ωt+ψ+Ψ+ζ)の位相Ψにおけ
る一連の正弦として表される他の実施形態では、解析器50が非線形性の係数を
、・ψの多数の実質的に一定の各値に対応するs(t)の値の位相α(ただし、
α=ωt+ψ+Ψ+ζ)をフーリエ変換することによって、推定する。そうでな
い場合、解析は上述のものに類似する。さらなる実施形態では、ωt、〜ψおよ
び〜Ψのいかなる組み合わせをも、αから、フーリエ変換を行う前に差し引くこ
とができ、ただし、〜ψおよび〜ΨはそれぞれψおよびΨのおよその推測である
In another embodiment, where the non-linearity is represented as a series of sines in the phase Ψ of s (t) = A (t) cos (ωt + ψ + Ψ + ζ), the analyzer 50 calculates the coefficient of non-linearity as The phase α of the value of s (t) corresponding to a number of substantially constant values (where
Estimate by Fourier transforming α = ωt + ψ + ψ + ζ). Otherwise, the analysis is similar to that described above. In a further embodiment, any combination of ωt, ˜ψ and ˜ψ can be subtracted from α before the Fourier transform is performed, where ˜ψ and ˜ψ are approximate estimates of ψ and ψ, respectively. .

【0077】 分散の応用例、またはガスの固有の屈折特性が測定されている応用例では、検
出器40が、多数の各波長λについての信号sλ(t)を解析器50に送信する
。解析器50による非線形性の定量化は、上で要約したものと類似の方法におい
て、1つまたは複数の信号sλ(t)に基づかせることができる。さらに、非線
形性の定量化によって提供された、向上された精度のため、干渉法システム10
をマイクロリソグラフィおよびビーム書き込みシステムにおいて使用することが
できるので有利である。
In dispersion applications, or where the intrinsic refraction properties of the gas are being measured, the detector 40 sends a number of signals s λ (t) to the analyzer 50 for each wavelength λ. The non-linearity quantification by the analyzer 50 can be based on the one or more signals s λ (t) in a manner similar to that summarized above. Further, because of the improved accuracy provided by the non-linearity quantification, the interferometry system 10
Can be used in microlithography and beam writing systems.

【0078】 非線形性の大きさは、干渉法システムの構成要素が劣化するにつれて、経時的
に変化する可能性がある。たとえば、光学および電子構成要素は経時的に変化す
る可能性があり、これはたとえば、酷使、不完全な設計、または、湿度、埃およ
び温度などの環境的な要因のためである。さらに、環境的妨害がシステムの光学
的アラインメントを劣化させる可能性がある。
The magnitude of the non-linearity can change over time as the components of the interferometry system degrade. For example, optical and electronic components can change over time, for example due to overuse, imperfect design, or environmental factors such as humidity, dust and temperature. In addition, environmental disturbances can degrade the optical alignment of the system.

【0079】 再度図1を参照すると、このような劣化を識別するため、解析器50は、定量
化された非線形性を経時的に監視して、1つまたは複数の定量化された非線形性
の大きさにおいていずれかの突然または漸次の増大があるかどうかを決定する。
たとえば、解析器は、s(t)またはs(t)の位相αのいずれかの周波数スペ
クトルを監視し、いつ優位周波数ω+・ψ以外の周波数でのピークが受け入れ可
能な閾値レベルを超えるかを決定することができる。そうであった場合、解析器
50がシステム劣化を示す信号55を警告メカニズム60に送信する。警告メカ
ニズムが、システム劣化を示す信号55に応答し、これは、ユーザに対して、干
渉法システムの1つまたは複数の構成要素が受け入れ可能なレベルを超えて劣化
している可能性があることを警告することによって行う。たとえば、警告メカニ
ズム60は、信号55に応答して誤差メッセージを表示する1つまたは複数のビ
デオモニタ、信号55に応答して音声警告信号を生成するサウンドシステムまた
はサイレン、信号55に応答して誤差メッセージを印刷するプリンタ、および信
号55に応答して光を放つか、あるいは色を変えるライトを含むことができる。
警告メカニズム60を、たとえば、リソグラフィまたはビーム書き込みシステム
など、関連システムに結合することもでき、信号55に応答して関連システムを
シャットダウンさせることができる。
Referring again to FIG. 1, in order to identify such degradations, the analyzer 50 monitors the quantified non-linearity over time to identify one or more of the quantified non-linearities. Determine if there is any sudden or gradual increase in size.
For example, the analyzer may monitor the frequency spectrum of either s (t) or the phase α of s (t) to determine when peaks at frequencies other than the dominant frequency ω + · ψ exceed acceptable threshold levels. You can decide. If so, the analyzer 50 sends a signal 55 to the alert mechanism 60 indicating system degradation. A warning mechanism responds to the signal 55 indicative of system degradation, which may indicate to the user that one or more components of the interferometry system have degraded beyond acceptable levels. By warning. For example, the alert mechanism 60 may include one or more video monitors that display an error message in response to the signal 55, a sound system or siren that produces an audio alert signal in response to the signal 55, and an error in response to the signal 55. A printer that prints the message and a light that emits light or changes color in response to signal 55 may be included.
The alerting mechanism 60 can also be coupled to an associated system, such as, for example, a lithographic or beam writing system, and can shut down the associated system in response to the signal 55.

【0080】 解析器50における閾値レベルを、操作員によってあらかじめ設定して、特定
の応用例のための受け入れ可能なレベルを定義することができる。さらに、操作
員が多数の閾値レベルをあらかじめ設定することができ、それぞれが特定の非線
形性に対応し、たとえば、s(t)またはs(t)の位相αの周波数スペクトル
における非線形性の対応する周波数である。さらに、特定の非線形性についても
、解析器50は非線形性の大きさを多数の閾値レベルと比較し、信号55に、閾
値レベルが超えられている対応する劣化の程度を指示させることができる。この
実施形態に応じて、解析器50は非線形性を定量化し、定量化された非線形性を
使用して、光学的経路長の差の測定を補正し、システム劣化を、s(t)(また
はs(t)の位相α)またはその両方の周波数スペクトルにおける非線形性の大
きさに基づいて監視することができる。
The threshold level in the analyzer 50 can be preset by the operator to define an acceptable level for a particular application. Furthermore, the operator can preset a number of threshold levels, each corresponding to a particular non-linearity, for example a non-linearity in the frequency spectrum of s (t) or phase α of s (t). Frequency. Further, for a particular non-linearity, the analyzer 50 can compare the non-linearity magnitude to a number of threshold levels and cause the signal 55 to indicate the corresponding degree of degradation at which the threshold level is exceeded. Depending on this embodiment, the analyzer 50 quantifies the non-linearity and uses the quantified non-linearity to correct the measurement of the optical path length difference and reduce the system degradation to s (t) (or It can be monitored based on the magnitude of the non-linearity in the frequency spectrum of the phase α of s (t) or both.

【0081】 特定の実施形態の詳細な記載が以下に続く。これらはいくつかの詳細において
異なるが、開示された実施形態は、そうでない場合、多数の共通の要素を共有し
、本来、最終用途の応用例のタイプに応じて、かつ、周期的誤差による非線形性
の効果について測定かつ補正するために使用される手順のタイプに応じて、いく
つかの異なるカテゴリに入る。
A detailed description of particular embodiments follows. Although these differ in some details, the disclosed embodiments otherwise share many common elements and are inherently non-linear, depending on the type of end use application and due to cyclic error. There are several different categories depending on the type of procedure used to measure and correct for sexual effects.

【0082】 いくつかの異なるカテゴリのうち、第1のカテゴリの実施形態は、1つの波長
により動作する距離測定干渉計を含み、周期的誤差の効果が決定され、補償され
る。周期的誤差の効果は、電子干渉信号のフーリエ変換の解析から決定され、電
子干渉信号は、偏光混合された参照および測定ビームを干渉計から検出すること
によって生成される。
Of the several different categories, embodiments of the first category include range-measuring interferometers operating with one wavelength to determine and compensate for the effects of periodic errors. The effect of the periodic error is determined from the analysis of the Fourier transform of the electronic interference signal, which is produced by detecting polarization-mixed reference and measurement beams from the interferometer.

【0083】 いくつかの異なるカテゴリのうち、第2のカテゴリの実施形態は、1つの波長
により動作する距離測定干渉計を含み、周期的誤差の効果は、部分的には電子干
渉信号の位相のフーリエ変換の解析から決定された、周期的誤差の測定された効
果を使用して補償される。電子干渉信号は、偏光混合された参照および測定ビー
ムを干渉計から検出することによって生成される。
Of the several different categories, embodiments of the second category include range-measuring interferometers operating with one wavelength, and the effect of periodic error is partly due to the phase of the electronic interference signal. It is compensated using the measured effect of the cyclic error, determined from the analysis of the Fourier transform. The electronic interference signal is generated by detecting polarization-mixed reference and measurement beams from an interferometer.

【0084】 いくつかの異なるカテゴリのうち、第3のカテゴリの実施形態は、分散、また
は分散および距離測定関連信号における周期的誤差の効果を補償するための装置
および方法を含む。周期的誤差の効果は、電子干渉信号のフーリエ変換の解析か
ら決定され、電子干渉信号は、偏光混合された参照および測定ビームを分散測定
および距離測定干渉計から検出することによって生成される。距離測定干渉計の
測定経路におけるガスの効果は、分散干渉法ベースの手順によって補正される。
Of the several different categories, the third category of embodiments includes an apparatus and method for compensating for the effects of dispersion, or dispersion and distance measurement related signals, of periodic errors. The effect of the periodic error is determined from the analysis of the Fourier transform of the electronic interference signal, which is produced by detecting polarization-mixed reference and measurement beams from a dispersive and range-measuring interferometer. The effect of gas on the measurement path of the range finding interferometer is corrected by a distributed interferometry-based procedure.

【0085】 いくつかの異なるカテゴリのうち、第4のカテゴリの実施形態は、分散関連信
号における、かつ、距離測定干渉法の分散関連信号および距離測定関連信号にお
ける、周期的誤差の効果を測定かつ補償するための装置および方法を含む。分散
干渉法が、距離測定干渉法の測定された光学的距離におけるガスの効果を決定す
るために使用され、分散関連信号における、かつ距離測定関連信号における周期
的誤差の効果を検出かつ補償するための装置および方法が使用される。周期的誤
差の効果は、分散測定関連信号または分散測定および距離測定関連信号において
、測定された周期的誤差の効果を使用して補償される。測定された周期的誤差の
効果は、電子干渉信号の位相のフーリエ変換の解析から決定され、電子干渉信号
は、偏光混合された参照および測定ビームを距離測定および/または分散測定干
渉計から検出することによって生成される。
Of the several different categories, the fourth category of embodiments measures and effects the effects of cyclic errors on the dispersion-related signals and on the distance-related interferometry dispersion-related signals and distance-related signals. An apparatus and method for compensation are included. Dispersive interferometry is used to determine the effect of gas on the measured optical distance of range finding interferometry, to detect and compensate for the effect of periodic errors on the dispersion related signal and on the range finding related signal. Apparatus and method are used. The effect of the cyclic error is compensated in the dispersion measurement-related signal or the dispersion measurement and distance measurement-related signal using the effect of the measured cyclic error. The effect of the measured periodic error is determined from the analysis of the Fourier transform of the phase of the electronic interference signal, which detects the polarization-mixed reference and measurement beams from the distance measuring and / or dispersive measuring interferometer. Is generated by

【0086】 いくつかの異なるカテゴリのうち、第5のカテゴリの実施形態は、分散測定関
連信号および屈折性測定関連信号、または固有のガスの光学特性を決定するため
に使用された屈折性測定関連信号における、周期的誤差を測定かつ補正するため
の装置および方法を含む。いくつかの異なるカテゴリのうち、第5のカテゴリの
実施形態は、光学ビームの波長を決定かつ/または監視するために使用された、
波長測定および/または関連信号における周期的誤差を測定かつ補正するための
装置および方法も含む。
Of the several different categories, embodiments of the fifth category are dispersion measurement related signals and refraction measurement related signals, or refraction measurement related signals used to determine the optical properties of the unique gas. An apparatus and method for measuring and correcting periodic errors in a signal. Of the several different categories, the fifth category of embodiments was used to determine and / or monitor the wavelength of the optical beam,
It also includes apparatus and methods for measuring and correcting for periodic errors in wavelength measurement and / or related signals.

【0087】 図2aは概略的形式において、本発明の第1の実施形態による装置および方法
を示す。第1の実施形態は、第1のカテゴリの実施形態からのものである。図2
aに示した干渉計は、偏光ヘテロダインのシングルパス干渉計である。第1の実
施形態はヘテロダインのシステムを含むが、本発明は容易にホモダインのシステ
ムにおける使用のために適合され、参照および測定ビームが、いずれかのドップ
ラーシフトの導入の前に、同じ周波数を有する。この装置には幅広い範囲の線源
のための応用例があるが、以下の記載は、例として光学測定システムに関連して
行われる。
FIG. 2a shows, in schematic form, an apparatus and a method according to a first embodiment of the invention. The first embodiment is from the first category of embodiments. Figure 2
The interferometer shown in a is a polarization heterodyne single pass interferometer. Although the first embodiment includes a heterodyne system, the present invention is readily adapted for use in a homodyne system, where the reference and measurement beams have the same frequency prior to the introduction of either Doppler shift. . Although this device has applications for a wide range of sources, the following description is made by way of example in the context of optical measurement systems.

【0088】 図2aを参照すると、線源101から放射された光ビーム107が変調器10
3を通過して光ビーム109になる。変調器103は、ドライバ105によって
励起される。線源101は、レーザまたはコヒーレント放射の同様の線源である
ことが好ましく、偏光されることが好ましく、波長λ2を有する。変調器103
はたとえば、選択的にビーム107の偏光成分を変調するための追加の光学部品
を有する音響光学デバイス、または音響光学デバイスの組み合わせにすることが
できる。変調器103は、ビーム107の1つの直線偏光成分の発振周波数を、
直交直線偏光成分に関してf2の量だけシフトすることが好ましく、非周波数お
よび周波数シフト成分の偏光の方向はそれぞれ、図2aの面に対して平行および
直交である。発振周波数f2はドライバ105によって決定される。
Referring to FIG. 2 a, the light beam 107 emitted from the source 101 is modulated by the modulator 10.
3 to become the light beam 109. The modulator 103 is excited by the driver 105. The source 101 is preferably a laser or similar source of coherent radiation, is preferably polarized and has a wavelength λ 2 . Modulator 103
Can be, for example, an acousto-optic device having additional optics for selectively modulating the polarization component of beam 107, or a combination of acousto-optic devices. The modulator 103 changes the oscillation frequency of one linearly polarized light component of the beam 107 to
It is preferable to shift by an amount of f 2 with respect to the orthogonal linearly polarized light components, the directions of polarization of the non-frequency and frequency-shifted components being parallel and orthogonal to the plane of FIG. The oscillation frequency f 2 is determined by the driver 105.

【0089】 レーザなどの線源101を、様々な周波数変調装置および/またはレーザのい
ずれかにすることもできる。たとえば、レーザを、ヘリウム−ネオンレーザなど
のガスレーザにすることができ、これは、当業者に知られている様々な従来の技
術のいずれかにおいて安定されたものであり、たとえば、T.Baer他の「F
requency Stabilization of a 0.633μm
He−Ne−longitudinal Zeeman Laser」、App
lied Optics、19、3173〜3177(1980年)、1975
年6月10日発行のBurgwald他の米国特許第3,889,207号、お
よび1972年5月9日発行のSandstrom他の米国特許第3,662,
279号を参照されたい。別法として、レーザを、当業者に知られている様々な
従来の技術のいずれかにおいて安定されたダイオードレーザ周波数にすることが
でき、たとえば、T.OkoshiおよびK.Kikuchiの「Freque
ncy Stabilization of Semiconductor L
asers for Heterodyne−type Optical Co
mmunication Systems」、Electronic Lett
ers、16、179〜181(1980年)、および、S.Yamaqguc
hiおよびM.Suzukiの「Simultaneous Stabiliz
ation of the Frequency and Power of
an AlGaAs Semiconductor Laser by Use
of the Optogalvanic Effect of Krypt
on」、IEEE J.Quantum Electronics、QE−19
、1514〜1519(1983年)を参照されたい。
The source 101, such as a laser, can also be any of a variety of frequency modulators and / or lasers. For example, the laser can be a gas laser, such as a helium-neon laser, which is stabilized in any of the various conventional techniques known to those skilled in the art, such as T.S. Baer et al. "F
frequency Stabilization of a 0.633 μm
He-Ne-longitudinal Zeeman Laser ", App
Lied Optics, 19, 3173-3177 (1980), 1975
U.S. Pat. No. 3,889,207 to Burgwald et al., Issued Jun. 10, 1975, and U.S. Pat. No. 3,662, Sandstrom et al., Issued May 9, 1972.
See No. 279. Alternatively, the laser can be a diode laser frequency stabilized in any of a variety of conventional techniques known to those skilled in the art, such as T.S. Okoshi and K.K. Kikuchi's "Freque"
ncy Stabilization of Semiconductor L
asers for Heterodyne-type Optical Co
mmunication Systems ", Electronic Lett
ers, 16, 179-181 (1980) and S.H. Yamaqguc
hi and M.D. Suzuki's "Simultaneous Stabilize"
ation of the Frequency and Power of
an AlGaAs Semiconductor Laser by Use
of the Opticalvanic Effect of Krypt
on ”, IEEE J. Quantum Electronics, QE-19
, 1514-1519 (1983).

【0090】 2つの光周波数を、以下の技術のうち1つによって生成することができる。す
なわち、(1)ゼーマン分裂レーザの使用であり、たとえば、1969年7月2
9日発行のBagley他の米国特許第3,458,259号、G.Bouwh
uisの「Interferometrie Mit Gaslasers」、
Ned.T.Natuurk、34、225〜232(1968年8月)、19
72年4月18日発行のBagley他の米国特許第3,656,853号、お
よびH.Matsumotoの「Recent interferometri
c measurements using stabilized lase
rs」、Precision Engineering、6(2)、87〜94
(1984年)を参照されたい。(2)音響光学ブラッグセルのペアの使用であ
り、たとえば、Y.OhtsukaおよびK.Itohの「Two−frequ
ency Laser Interferometer for Small
Displacement Measurements in a Low F
requency Range」、Applied Optics、18(2)
、219〜224(1979年)、N.Massie他の「Measuring
Laser Flow Fields With a 64−Channel
Heterodyne Interferometer」、Applied
Optics、22(14)、2141〜2151(1983年)、Y.Oht
sukaおよびM.Tsubokawaの「Dynamic Two−freq
uency Interferometry for Small Displ
acement Measurements」、Optics and Las
er Technology、16、25〜29(1984年)、H.Mats
umotoの前記の書、1996年1月16日発行のP.Dirksen他の米
国特許第5,485,272号、N.A.RizaおよびM.M.K.Howl
aderの「Acousto−optic system for the g
eneration and control of tunable low
−frequency signals」、Opt.Eng.、35(4),9
20〜925(1996年)を参照されたい。(3)単一の音響光学ブラッグセ
ルのペアの使用であり、たとえば、所有者が同じである1987年8月4日発行
のG.E.Sommargrenの米国特許第4,684,828号、所有者が
同じである1987年8月18日発行のG.E.Sommargrenの米国特
許第4,687,958号、P.Dirksen他の前記の書を参照されたい。
(4)2つの縦モードのランダムに偏光されたヘリウム−ネオンレーザの使用で
あり、たとえば、J.B.FergusonおよびR.H.Morrisの「S
ingle Mode Collapse in 6328 ・A HeNe
Lasers」、Applied Optics、17(18)、2924〜2
929(1978年)を参照されたい。(5)レーザの内部の複屈折要素などの
使用であり、たとえば、V.EvtuhovおよびA.E.Siegmanの「
A “Twisted−Mode” Technique for Obtai
ning Axially Uniform Energy Density
in a Laser Cavity」、Applied Optics、4(
1)、142〜143(1965年)を参照されたい。または、1998年4月
17日出願の「Apparatus to Transform Two No
n−Parallel Propagating Optical Beam
Components into Two Orthogonally Pol
arized Beam Components」という名称の米国特許出願第
09/061,928号、および、2000年2月18日出願の「Appara
tus for Generating Linearly−Orthogon
ally Polarized Light Beams」という名称の米国特
許出願第09/507,529号に記載されたシステムの使用であり、これらは
共にHenry A.Hillによるものであり、両出願の内容は参照により本
明細書に組み込まれる。
Two optical frequencies can be generated by one of the following techniques. That is, (1) use of a Zeeman splitting laser, for example, July 2, 1969.
U.S. Pat. No. 3,458,259, issued to Bagley et al. Bouwh
ui's "Interferometry Mit Gaslasers",
Ned. T. Nature, 34, 225-232 (August 1968), 19
U.S. Pat. No. 3,656,853 to Bagley et al., Issued April 18, 1972; Matsumoto's “Recent interferometri”
c measurements using stabled case
rs ", Precision Engineering, 6 (2), 87-94.
(1984). (2) Use of a pair of acousto-optic Bragg cells, for example Y. Ohtsuka and K.K. Itoh's "Two-frequ
energy Laser Interferometer for Small
Displacement Measurements in a Low F
request Range ", Applied Optics, 18 (2)
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Laser Flow Fields With a 64-Channel
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suka and M.M. Tsubokawa's "Dynamic Two-freq"
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er Technology, 16, 25-29 (1984), H. et al. Mats
Umoto, supra, P.P., published Jan. 16, 1996. Dirksen et al., U.S. Pat. No. 5,485,272, N.P. A. Riza and M.M. M. K. Howl
ader's "Acoustic-optic system for the g
energy and control of tunable low
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20-925 (1996). (3) Use of a single pair of acousto-optic Bragg cells, for example G. G., published August 4, 1987, owned by the same owner. E. Sommargren U.S. Pat. No. 4,684,828, G. G., issued August 18, 1987, owned by the same owner. E. Sommargren, U.S. Pat. No. 4,687,958; See Dirksen et al., Supra.
(4) Use of two longitudinal modes of randomly polarized helium-neon lasers, see, for example, J. B. Ferguson and R.M. H. Morris "S
single Mode Collapse in 6328 ・ A HeNe
Lasers ", Applied Optics, 17 (18), 2924-2.
929 (1978). (5) Use of a birefringent element or the like inside the laser, for example, V.I. Evtuhov and A. E. Siegman's
A "Twisted-Mode" Technique for Obtai
Ning Axial Uniform Energy Density
in a Laser Cavity ", Applied Optics, 4 (
1), 142-143 (1965). Alternatively, “Apparatus to Transform Two No” filed April 17, 1998
n-Parallel Propagating Optical Beam
Components into Two Orthogonally Pol
US patent application Ser. No. 09 / 061,928 entitled “Arized Beam Components” and “Appara, filed February 18, 2000.
tus for Generating Linearly-Orthogon
The use of the system described in US patent application Ser. No. 09 / 507,529, entitled “ally Polarized Light Beams”, both of which are described in Henry A. et al. By Hill, the contents of both applications are incorporated herein by reference.

【0091】 ビーム109の線源のために使用された特定のデバイスは、ビーム109の直
径および発散を決定する。いくつかの線源、たとえば、ダイオードレーザでは、
たとえば、従来の顕微鏡の対物レンズなど、従来のビーム形成光学部品を使用し
て、ビーム109に、以下に続く要素のために適した直径および発散を提供する
ことが必要となる可能性が高い。線源が、たとえばヘリウム−ネオンレーザであ
るとき、ビーム形成光学部品が必要とされない可能性がある。
The particular device used for the source of beam 109 determines the diameter and divergence of beam 109. In some sources, for example diode lasers,
For example, it will likely be necessary to use conventional beam-forming optics, such as a conventional microscope objective, to provide beam 109 with a suitable diameter and divergence for the elements that follow. When the source is a helium-neon laser, for example, beam forming optics may not be needed.

【0092】 図2aのように、干渉計169は、参照逆反射体191、対象逆反射体192
、4分の1波長位相遅延板177および178、および偏光ビームスプリッタ1
71を含む。この構成は、当技術分野において偏光マイケルソン干渉計として知
られている。対象逆反射体192の位置は、トランスレータ167によってコン
トロールされる。
As in FIG. 2 a, the interferometer 169 has a reference retroreflector 191, a target retroreflector 192.
Quarter-wave phase delay plates 177 and 178, and polarization beam splitter 1
Including 71. This configuration is known in the art as a polarization Michelson interferometer. The position of the target retroreflector 192 is controlled by the translator 167.

【0093】 干渉計169において入射するビーム109は、図2aに例示したようなビー
ム133および134の結果となる。ビーム133および134は、波長λ2
の、測定経路198を介した光学的経路長についての情報、および参照経路を介
した光学的経路長についての情報をそれぞれ含む。ビーム133および134は
干渉計169から射出して、図2aにおいて概略的形式において例示した検出器
システム189に入射する。検出器システム189では、ビーム133がミラー
163Aによって反射され、ミラー163Bによって反射され、偏光ビームスプ
リッタ163Cにおいて入射し、その一部は偏光ビームスプリッタ163Cによ
って反射されて、ビーム141の第1の成分となる。ビーム134はミラー16
3Aによって反射され、偏光ビームスプリッタ163Cに入射し、その一部が偏
光ビームスプリッタ163Cによって伝送されて、ビーム141の第2の成分と
なる。
The incident beam 109 at interferometer 169 results in beams 133 and 134 as illustrated in FIG. 2a. Beams 133 and 134 include information about the optical path length through measurement path 198 and the optical path length through the reference path, respectively, at wavelength λ 2 . Beams 133 and 134 exit interferometer 169 and strike detector system 189 illustrated in schematic form in FIG. 2a. At detector system 189, beam 133 is reflected by mirror 163A, reflected by mirror 163B, and incident at polarizing beam splitter 163C, a portion of which is reflected by polarizing beam splitter 163C to form a first component of beam 141. Become. Beam 134 is mirror 16
It is reflected by 3A, enters the polarization beam splitter 163C, and a part of it is transmitted by the polarization beam splitter 163C, and becomes the second component of the beam 141.

【0094】 干渉計169は位相シフトψ2をビーム141の第1および第2の成分の間に
導入し、ビーム141が位相シフトされたビームであるようにする。位相シフト
ψ2の大きさは、以下の公式に従って、測定経路198の往復の物理的長さL2
関係付けられる。
Interferometer 169 introduces a phase shift φ 2 between the first and second components of beam 141 so that beam 141 is a phase shifted beam. The magnitude of the phase shift ψ 2 is related to the round trip physical length L 2 of the measurement path 198 according to the following formula:

【0095】 ψ2=L2222 (1) 式中、p2はそれぞれ参照および測定区間を通過する数であり、n2は、位相シ
フトψ2を導入する光学的距離に、かつ波数k2=2π/λ2に対応する、測定経
路198におけるガスの屈折率である。図2aに示した干渉計はp2=1につい
てのものであり、もっとも単純な方法において、第1の実施形態の装置の機能を
例示するためのものである。当業者には、p2≠1であるときの場合への汎化は
簡単な手順である。L2についての値は、測定経路198の物理的長さと関連付
けられた参照経路の間の差の2倍に対応する。
Ψ 2 = L 2 p 2 k 2 n 2 (1) where p 2 is the number of passes through the reference and measurement intervals, respectively, and n 2 is the optical distance introducing the phase shift ψ 2. , And the refractive index of the gas in the measurement path 198 corresponding to the wave number k 2 = 2π / λ 2 . The interferometer shown in FIG. 2a is for p 2 = 1 and, in the simplest way, to illustrate the functioning of the device of the first embodiment. For those skilled in the art, generalization to the case when p 2 ≠ 1 is a straightforward procedure. The value for L 2 corresponds to twice the difference between the physical length of measurement path 198 and the associated reference path.

【0096】 図2aに示すような次のステップでは、位相シフトされたビーム141が偏光
子179を通過し、光検出器185に衝突し、電子干渉信号、ヘテロダイン信号
2を、好ましくは光電子検出によって生成する。偏光子179は、位相シフト
されたビーム141の偏光成分を混合するような向きにされる。信号s2を、以
下の形式のスペクトル表現において記述することができる。
In the next step, as shown in FIG. 2 a, the phase-shifted beam 141 passes through the polarizer 179 and impinges on the photodetector 185, which then detects the electronic interference signal, the heterodyne signal s 2 , preferably the photoelectron detection. Generated by. Polarizer 179 is oriented to mix the polarization components of phase shifted beam 141. The signal s 2 can be described in a spectral representation of the form

【0097】[0097]

【数10】 ω’2u'は、ωを含まない各周波数のセットであり、qが奇数の整数であるか偶
数の整数であるかに応じてそれぞれqR=1または0であり、cは真空中の光の
速度である。
[Equation 10] ω ′ 2u ′ is a set of frequencies not including ω, q R = 1 or 0, respectively, depending on whether q is an odd integer or an even integer, and c is light in vacuum. Is the speed of.

【0098】 p+≧1での式(2)における項は、ビーム109の参照ビーム成分の一部が
偏光ビームスプリッタ171を介して伝送され、測定ビーム経路198を通過し
た結果として生じる。u=0での項は、ビーム109の測定ビーム成分が偏光ビ
ームスプリッタ171によって反射され、干渉計169の参照経路を通過し、測
定ビーム成分の一部および測定経路198を通過する測定ビーム成分の検出によ
って生成された電子干渉信号として検出される結果として生じる可能性がある。
u=0での項はまた、ビーム109の参照ビーム成分の一部が偏光ビームスプリ
ッタ171によって伝送され、測定ビーム経路198を通過し、ビーム109の
参照ビーム成分の一部および干渉計169の参照経路を通過する参照ビーム成分
の検出によって生成された電子干渉信号として検出される結果として生じる可能
性もある。u’≠0での項は、ビーム107における強度変動から生じる可能性
があり、これは、線源101の電源における1つまたは複数の切り替え周波数に
よって生成される可能性のあるようなものである。
The term in equation (2) for p + ≧ 1 results from a portion of the reference beam component of beam 109 being transmitted through polarizing beam splitter 171 and passing through measurement beam path 198. The term at u = 0 indicates that the measurement beam component of beam 109 is reflected by polarizing beam splitter 171, passes through the reference path of interferometer 169, and is part of the measurement beam component and measurement beam component of measurement path 198. It may result in being detected as an electronic interference signal generated by the detection.
The term at u = 0 also indicates that a portion of the reference beam component of beam 109 was transmitted by polarizing beam splitter 171 and passed through measurement beam path 198, and a portion of the reference beam component of beam 109 and the reference of interferometer 169. It can also result in being detected as an electronic interference signal generated by the detection of the reference beam component passing through the path. The terms at u ′ ≠ 0 may result from intensity fluctuations in beam 107, such as may be generated by one or more switching frequencies at the power source of source 101. .

【0099】 パラメータqは非線形性順位指数であり、ただし非線形性は、検出器185、
および/または、s2をアナログ信号からデジタルフォーマットに変換するため
に使用されたアナログ−デジタル変換器における非線形性の結果として生じる。
係数B2,u,u',p,p+,q,mは、cos(q−m)x、m=q,q−2,...,qR の項における(cosx)qの展開における係数に関係付けられる。係数a2,u,u ',p,p+ 、位相オフセットζ2,u,u',p,p+および係数B2,u,u',p,p+,q,mを、出力ビ
ームの参照および測定ビーム成分の重複の程度、角周波数・ψ2およびビーム1
09の強度など、システム特性の関数にすることができるが、そうでない場合は
時間において実質的に一定である。
The parameter q is a non-linearity rank index, where the non-linearity is the detector 185,
And / or, a s 2 analog is used to convert the analog signal to digital format - as a result of non-linearities in the digital converter.
The coefficients B 2, u, u ′, p, p +, q, m are cos (q−m) x, m = q, q−2 ,. . . , Q R in relation to the coefficient in the expansion of (cosx) q . The coefficient a 2, u, u ', p, p + , the phase offset ζ 2, u, u', p, p + and the coefficient B 2, u, u ', p, p +, q, m are referred to the output beam and Degree of overlap of measurement beam components, angular frequency / ψ 2 and beam 1
It can be a function of system characteristics, such as an intensity of 09, but is otherwise substantially constant in time.

【0100】 式(2)において明示的に表されていない項があり、これらは、より高次の効
果により、式(2)において明示的に表されたものより高次である。より高次の
効果の項の効果は通常、式(2)において明示的に表された項の効果よりも低い
。しかし、所与の応用例のため、式(2)において明示的に表されないより高次
の効果の項のいずれかを含める必要があるべきである場合、このような項は、第
1の実施形態の初期化手順および動作手順において識別され、それにより、第1
の実施形態の、記載された周期的誤差補償手順に含まれる。
There are terms not explicitly represented in equation (2), which are higher than those explicitly represented in equation (2) due to higher order effects. The effect of higher order effect terms is usually less than the effect of the terms explicitly expressed in equation (2). However, for a given application, if it should be necessary to include any of the higher order effect terms not explicitly represented in equation (2), then such term is used in the first implementation. Identified in the initialization and operating procedures of the morphology, whereby the first
Embodiment of the present invention is included in the described cyclic error compensation procedure.

【0101】 式(2)における優位項は、(ω2t+ψ2+ζ2,1,0,1,0)の位相依存性およ
び係数a2,1,0,1,0を有する。式(2)における残りの項を、以下でs2,ψとし
て示し、すなわち以下のようになる。
The dominant term in the equation (2) has the phase dependence of (ω 2 t + ψ 2 + ζ 2,1,0,1,0 ) and the coefficient a 2,1,0,1,0 . The remaining terms in equation (2) are shown below as s 2, ψ , ie:

【0102】[0102]

【数11】 これは周期的誤差項に対応する。 ヘテロダイン信号s2は電子プロセッサ127へ、デジタルまたはアナログの
いずれかのフォーマットにおける電子信号123として解析するために伝送され
、これはデジタルフォーマットであることが好ましい。電子信号123はさらに
、ナイキスト角周波数ω2,Nyを含み、これは好ましくは検出器185における、
2をデジタルフォーマットに変換することにおいて使用された、アナログ−デ
ジタル変換器のサンプリング周波数によって決定されたものである。
[Equation 11] This corresponds to the periodic error term. Heterodyne signal s 2 is transmitted to electronic processor 127 for analysis as electronic signal 123 in either digital or analog format, which is preferably in digital format. Electronic signal 123 further includes a Nyquist angular frequency ω 2, Ny , which is preferably at detector 185,
It is determined by the sampling frequency of the analog-to-digital converter used in converting s 2 to digital format.

【0103】 ドライバ105の位相は、電子信号s2,Ref、参照信号121によって伝送さ
れ、これはデジタルまたはアナログのいずれかのフォーマットであり、好ましく
はデジタルフォーマットであり、電子プロセッサ127へ伝送される。参照信号
は、参照信号121の代替参照信号であり、光学ピックオフ手段および検出器(
図面において図示せず)によって、ビーム109の一部を非偏光ビームスプリッ
タにより分裂すること、ビーム109の分裂された部分を混合すること、および
混合された部分を検出して代替ヘテロダイン参照信号を生成することによって、
生成することもできる。
The phase of the driver 105 is carried by the electronic signal s 2, Ref , the reference signal 121, which is in either digital or analog format, preferably in digital format and is transmitted to the electronic processor 127. . The reference signal is an alternative reference signal to the reference signal 121, and the optical pickoff means and the detector (
(Not shown in the drawing) splitting a portion of beam 109 with a non-polarizing beam splitter, mixing split portions of beam 109, and detecting the mixed portions to generate an alternative heterodyne reference signal. By,
It can also be generated.

【0104】 図2bを参照すると、電子プロセッサ127は電子プロセッサ151Bを含み
、ここでヘテロダイン信号s2のフーリエ変換F(s2)が、デジタルまたはアナ
ログ信号プロセスのいずれかによって生成され、これは好ましくは有限フーリエ
変換アルゴリズム(FFT)などのデジタルプロセスである。電子プロセッサ1
27はさらにスペクトラムアナライザ151Aを含み、これが参照信号s2,Ref
をω2=2πf2について処理する。スペクトラムアナライザ151Aは、スライ
ディングウィンドウフーリエ変換アルゴリズムに基づくことが好ましい。
Referring to FIG. 2b, electronic processor 127 includes electronic processor 151B, where the Fourier transform F (s 2 ) of the heterodyne signal s 2 is generated by either a digital or analog signal process, which is preferably Is a digital process such as a finite Fourier transform algorithm (FFT). Electronic processor 1
27 further includes a spectrum analyzer 151A, which has a reference signal s 2, Ref.
With respect to ω 2 = 2πf 2 . The spectrum analyzer 151A is preferably based on a sliding window Fourier transform algorithm.

【0105】 次のステップで、フーリエ変換F(s2)および、角周波数ω2およびω2,Ny
電子プロセッサ153に伝送され、ここで、s2,ψにおける周期的誤差項に対応
する、F(s2)における複素スペクトル係数が、角周波数〜ω2,νおよび〜ω2 のエイリアスで抽出される。s2,ψにおける周期的誤差項の振幅は、関連付
けられた電力スペクトルにおいて対応するピークの振幅に対応し、s2,ψにおけ
る周期的誤差項の位相は、関連付けられた電力スペクトルにおいて対応するピー
クの角周波数でのF(s2)の虚数および実数成分の比のarctanに対応す
る。角周波数数〜ω2,νにおいて、νは指数パラメータであり、これはu,u’
,p,p+およびqを含み、これは、時間に関して、s2,ψの項におけるシヌソ
イド係数の引数の導関数に等しい角周波数のセットに対応する。〜ω2,νのエイ
リアス〜ω2,ν,Aは、以下の公式によって与えられる。
In the next step, the Fourier transform F (s 2 ) and the angular frequencies ω 2 and ω 2, Ny are transmitted to the electronic processor 153, where they correspond to the periodic error term in s 2, ψ , The complex spectral coefficients at F (s 2 ) are extracted with aliases of angular frequencies ~ ω 2, ν and ~ ω 2 , ν . The amplitude of the periodic error term at s 2, ψ corresponds to the amplitude of the corresponding peak in the associated power spectrum, and the phase of the periodic error term at s 2, ψ is the corresponding peak in the associated power spectrum. Corresponds to the arctan of the ratio of the imaginary and real components of F (s 2 ) at the angular frequency of. In the angular frequency number ~ ω 2, ν , ν is an exponential parameter, which is u, u '
, P, p + and q, which corresponds in time to the set of angular frequencies equal to the derivative of the argument of the sinusoidal coefficient in terms of s 2, ψ . ~Omega 2, alias ν 2, ν, A is given by the following formula.

【0106】[0106]

【数12】 および[Equation 12] and

【0107】[0107]

【数13】 実際には、s2,ψにおける周期的誤差項の振幅および関連付けられた位相は、
可能な〜ω2,νおよび〜ω2,ν,Aのセットの小さいサブセットについてのみ抽出
される必要がある。可能な〜ω2,νおよび〜ω2,ν,Aのセットのサブセットの選
択を、式(2)におけるある項の特性によって導くことができる。しかし、初期
化手順の一部として、可能な〜ω2,νおよび〜ω2,ν,Aのセットのサブセットの
選択は、s2の電力スペクトル解析および電力スペクトルにおけるピークのカイ
二乗検定に基づく。カイ二乗検定は、電力スペクトルにおいて統計的に有意なピ
ークを識別する。ω2、ω2,Ny、・ψ2、・ψ2 +、u、u’、p、p+、q、w2,1 /w2,2およびrの項において、統計的に有意なピークに関連付けられた〜ω2,
νおよび〜ω2,ν,Aのサブセットの角周波数〜ω2,νおよび〜ω2,ν,Aの表現は
、・ψ2が変化され、ただし・ψ2=dψ2/dtおよび・ψ2 +=dψ2 +/dtで
あるときに、〜ω2,νおよび〜ω2,ν,Aのそれぞれの特性を観察することによっ
て決定される。10-6以下の次数の相対的精度まで、・ψ2 +=・ψ2であること
に留意されたい。
[Equation 13] In practice, the magnitude and associated phase of the periodic error term at s 2, ψ is
Only the small subset of the possible ~ ω 2, ν and ~ ω 2, ν, A sets need be extracted. The choice of possible ~ ω 2, ν and a subset of the set of ~ ω 2, ν, A can be guided by the properties of certain terms in equation (2). However, as part of the initialization procedure, the choice of possible subsets of ~ ω 2, ν and ~ ω 2, ν, A is based on the power spectrum analysis of s 2 and the chi-square test of the peaks in the power spectrum. . The chi-square test identifies statistically significant peaks in the power spectrum. ω 2 , ω 2, Ny , · ψ 2 , · ψ 2 + , u, u ', p, p + , q, w 2,1 / w 2,2 and r statistically significant peaks Associated with ~ ω 2,
The representation of the angular frequencies ~ ω 2, ν and ~ ω 2, ν, A of a subset of ν and ~ ω 2, ν, A is such that ψ 2 is changed, where ψ 2 = dψ 2 / dt and ψ It is determined by observing the respective properties of ~ ω 2, ν and ~ ω 2, ν, A when 2 + = dψ 2 + / dt. 10-6 to below the relative accuracy of the order, it is noted that · ψ 2 + = · ψ 2 .

【0108】 初期化手順は電子プロセッサ153によって実行される。第1の実施形態の動
作手順の一部として、s2の電力スペクトル解析および電力スペクトルにおける
ピークのカイ二乗検定が、可能な変化について監視され、これは、第1の実施形
態の装置および方法の動作中に可能な〜ω2,νおよび〜ω2,ν,Aのセットのサブ
セットに行われる必要がある可能性がある。監視手順の一部として実行された、
2の電力スペクトル解析および関連付けられたカイ二乗検定は、電子プロセッ
サ153によってバックグラウンドタスクとしても実行される。
The initialization procedure is executed by the electronic processor 153. As part of the operating procedure of the first embodiment, a power spectrum analysis of s 2 and a chi-square test of the peaks in the power spectrum are monitored for possible changes, which of the apparatus and method of the first embodiment. It may need to be done for ~ ω 2, ν and a subset of the set of ~ ω 2, ν, A possible during operation. Performed as part of the monitoring procedure,
The power spectrum analysis of s 2 and the associated chi-square test are also performed by electronic processor 153 as a background task.

【0109】 s2,Ψにおける周期的誤差項は、いくつかのメカニズムによって生成された項
を含み、以下で幅広く、コヒーレント周期的誤差を含むものとして称する。干渉
計のいくつかの構成では、特に多数の経路の干渉計では、線源、干渉計および検
出器を含むシステムが、・ψ2の低調波を含むコヒーレント周期的誤差を生成す
ることが可能である。・ψ2の低調波を含むs2,Ψにおける周期的誤差項は、p
=w2,1/w2,2、w2,1、w2,2=1,2,...、w2,1≠w2,2かつ/またはp + =w2,1/w2,2、w2,1、w2,2=1,2,...、w2,1≠w2,2での式(2)
における項に対応する。
[0109]   s2, ΨThe periodic error term at is the term generated by several mechanisms.
, And is broadly referred to below as including coherent periodic error. interference
In some configurations of the meter, especially in multipath interferometers, sources, interferometers and detectors
The system including the generator is2Generate Coherent Periodic Error Including Subharmonics of
It is possible to・ Ψ2Including subharmonics of2, ΨThe periodic error term at is p
= W2,1/ W2,2, W2,1, W2,2= 1, 2 ,. . . , W2,1≠ w2,2And / or p + = W2,1/ W2,2, W2,1, W2,2= 1, 2 ,. . . , W2,1≠ w2,2Equation (2)
Corresponds to the term in.

【0110】 低調波周期的誤差生成の一実施例を、差動平面鏡干渉計におけるものにするこ
とができ、ここではゴーストビームが、対象ミラーによる1つの反射、および、
4分の1波長位相遅延板の公称的伝送面からの第2の反射の結果として生成され
る。対象ミラーの反射面および4分の1波長位相遅延板の公称的伝送面が平行で
あるとき、出力ビームのゴーストビームおよび参照ビーム成分は、平行である伝
播の方向を有する。ゴーストおよび参照ビーム成分を含む、混合された出力ビー
ムの後続の検出は、低調波周期的誤差を有するヘテロダイン信号である。
An example of subharmonic periodic error generation can be in a differential plane mirror interferometer, where the ghost beam is one reflection by the target mirror, and
It is produced as a result of the second reflection from the nominal transmission surface of the quarter wave retarder. When the reflecting surface of the target mirror and the nominal transmission surface of the quarter-wave phase retarder are parallel, the ghost and reference beam components of the output beam have directions of propagation that are parallel. The subsequent detection of the mixed output beam, including ghost and reference beam components, is a heterodyne signal with subharmonic periodic error.

【0111】 低調波周期的誤差生成のもう1つの実施例は、高安定平面鏡干渉計におけるも
のにすることができる。HSPMIは、偏光ビームスプリッタ、測定対象および
参照平面鏡、および逆反射体を含む。逆反射体上に衝突する入力ビームおよび対
応する射出ビームの偏光の状態は一般に、たとえば、直線偏光入力ビームについ
て異なり、射出ビームは通常、入力ビームの偏光の面に関して回転された楕円の
主軸により楕円偏光される(N.Bobroffの「Recent advan
ces in displacement measuring interf
erometry」、Measurement and Sci.& Tech
.、4(9)、907〜926、1993年を参照)。射出ビームの楕円率は、
HSPMI出力ビームにおける測定および参照ビーム成分を生成し、これらは測
定対象ミラーに対して複光路ではなく単一光路のみを作っている。単一光路成分
が、HSPMI出力ビームの他の成分と混合されるとき、後に生成される干渉信
号において低調波周期的誤差を生成する。
Another example of subharmonic periodic error generation can be in a high stability plane mirror interferometer. The HSPMI includes a polarizing beam splitter, a measurement target and reference plane mirror, and a retroreflector. The states of polarization of the input beam and the corresponding exit beam impinging on the retroreflector are generally different, for example for linearly polarized input beams, where the exit beam is usually elliptical with the principal axis of the ellipse rotated with respect to the plane of polarization of the input beam. Polarized (N. Bobroff's "Recent advan"
ces in dispersion measuring interface
"Erometry", Measurement and Sci. & Tech
. 4 (9), 907-926, 1993). The ellipticity of the exit beam is
It produces the measurement and reference beam components in the HSPMI output beam, which make only a single optical path for the mirror being measured, rather than multiple paths. When the single optical path component is mixed with other components of the HSPMI output beam, it creates subharmonic periodic error in the subsequently generated interference signal.

【0112】 加えて、線源、干渉計、検出器およびデジタル信号処理を含むシステムは、・
ψ2の低調波も調波も含まないがω2+・ψ2、ω2および他の角周波数の調波に関
係付けられる、コヒーレント周期的誤差を生成することが可能である。低調波で
はなく、低調波の調波ではなく、・ψ2の調波ではない角周波数を有するコヒー
レント周期的誤差は、たとえば、s2を生成する検出器および/または増幅器に
おける、かつ、s2をデジタル化するために使用されたアナログ−デジタル変換
器における非線形性によって生成することができ、これは、ω2+・ψ2、ω2
調波である角周波数および他の角周波数を有する。低調波ではなく、低調波の調
波ではなく、・ψ2の調波ではない角周波数を有するコヒーレント周期的誤差は
、例として、デジタル信号処理におけるエイリアシングによって生成することも
でき、これは、・ψ2の低調波および調波のエイリアス、およびω2+・ψ2、ω2 のエイリアスである角周波数、および他の各周波数およびその調波を有する。エ
イリアスは、ナイキスト角周波数ω2,Nyに関係付けられる。
In addition, the system including the source, interferometer, detector and digital signal processing is:
It is possible to generate coherent periodic errors that do not include subharmonics or harmonics of ψ 2 but are associated with harmonics of ω 2 + · ψ 2 , ω 2 and other angular frequencies. Rather than subharmonic, rather than the harmonic of subharmonic, coherent periodic errors having an angular frequency is not a harmonic of · [psi 2, for example, and, at the detector and / or amplifier to generate a s 2, s 2 Can be generated by the non-linearity in the analog-to-digital converter used to digitize, which has an angular frequency that is a harmonic of ω 2 + · ψ 2 , ω 2 and other angular frequencies. . A coherent periodic error having an angular frequency that is not subharmonic, not subharmonic, and not harmonic of ψ 2 , can, for example, be generated by aliasing in digital signal processing, which is: [psi with 2 of the subharmonic and harmonic aliases, and omega 2 + · [psi 2, the angular frequency is an alias for omega 2, and other respective frequency and its harmonics. The alias is related to the Nyquist angular frequency ω 2, Ny .

【0113】 ・ψ2の調波である様々なコヒーレント周期的誤差、および低調波ではなく、
・ψ2の調波ではない角周波数を有するコヒーレント周期的誤差の一実施例を、
図2dにおいて・ψ2の関数としてグラフィカルに示す。・ψ2の調波および低調
波であるコヒーレント周期的誤差を、図2dにおいて、たとえば、実線90、9
1および92として示し、線91は第1の調波である。たとえば、s2を生成す
る検出器および増幅器における、かつアナログ−デジタル変換器における非線形
性の結果であるコヒーレント周期的誤差を、図2dにおいて実線95として示す
。エイリアシングの結果であるコヒーレント周期的誤差を、図2dにおいて、ナ
イキスト周波数を表す線99から反射する破線として示す。
Various coherent periodic errors that are harmonics of ψ 2 and not subharmonics,
An example of a coherent periodic error with a non-harmonic angular frequency of ψ 2 ,
In FIG. 2d, it is shown graphically as a function of ψ 2 . The coherent periodic errors that are harmonic and subharmonic of ψ 2 are shown in FIG.
Shown as 1 and 92, line 91 is the first harmonic. For example, the coherent periodic error resulting from the non-linearity in the detector and amplifier producing s 2 and in the analog-to-digital converter is shown as the solid line 95 in FIG. 2d. The coherent periodic error resulting from aliasing is shown in FIG. 2d as a dashed line reflecting from the line 99 representing the Nyquist frequency.

【0114】 式(2)によって与えられたスペクトル表現における項の振幅および位相オフ
セットは一般に、たとえばヘテロダイン信号によって経験された群遅延の特性の
結果として項に関連付けられた位相の変化の率の大きさに依存する。群遅延はし
ばしば、包絡線遅延と呼ばれ、周波数のパケットの遅延を記述し、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きの負数として定義される(H.
J.BlinchikoffおよびA.I.Zverevの「Filterin
g in the Time and Frequency Domains」
、Section 2.6、1976年(Wiley、New York)を参
照)。
The amplitude and phase offsets of the terms in the spectral representation given by equation (2) are generally the magnitude of the rate of change of phase associated with the terms as a result of the characteristics of the group delay experienced by the heterodyne signal, for example. Depends on. Group delay, often referred to as envelope delay, describes the delay of a packet at a frequency, and group delay at a particular frequency is defined as the negative of the slope of the phase curve at a particular frequency (H.
J. Blinchikoff and A. I. Zverev's "Filterin
g in the Time and Frequency Domains "
, Section 2.6, 1976 (Wiley, New York)).

【0115】 s2,Ψにおける周期的誤差項に対応する、F(s2)において抽出された複素
スペクトル係数が、次いで電子プロセッサ154に送信され、ここで抽出された
スペクトル係数が正規化され、時間に関してフィルタリングされ、必要であるよ
うに補間が行われ、正規化、フィルタリングかつ補間された複素スペクトル係数
の多次元アレイが維持される。正規化のステップは、ψ2の2次以上の導関数の
ゼロでない値の効果を、複素スペクトル係数のセットの決定の時間で存在する時
間に関して補償するためのものである。多次元アレイの次元性は部分的には、フ
ィルタリングされた複素スペクトル係数の大きさ、コヒーレント周期的誤差につ
いての補正に関する最終用途の応用例の必要とされた精度、およびフィルタリン
グされた複素スペクトル係数の・ψ2および他のシステム特性における依存性に
よって決定される。
The complex spectral coefficients extracted in F (s 2 ) corresponding to the periodic error term in s 2, Ψ are then transmitted to electronic processor 154, where the extracted spectral coefficients are normalized, A multidimensional array of normalized, filtered and interpolated complex spectral coefficients is maintained, filtered in time and interpolated as needed. The step of normalization is to compensate for the effects of non-zero values of the second or higher derivative of ψ 2 with respect to the time that exists at the time of the determination of the set of complex spectral coefficients. The dimensionality of a multidimensional array depends in part on the magnitude of the filtered complex spectral coefficients, the required accuracy of the end-use application for correction for coherent periodic errors, and the filtered complex spectral coefficients. Determined by dependencies on ψ 2 and other system characteristics.

【0116】 図2bに示したような電子プロセッサ127における次のステップでは、電子
行列155がコヒーレント周期的誤差補正s2,Ψ,Mを、電子プロセッサ154に
よって生成された正規化、フィルタリングかつ補間された複素スペクトル係数の
多次元アレイにおいてリストされた情報を使用して計算する。電子プロセッサ1
52はs2−s2,Ψ,Mを計算して、s2におけるコヒーレント周期的誤差を補償す
る。コヒーレント周期的誤差補償された信号s2−s2,Ψ,Mおよび角周波数ω2
電子プロセッサ256に伝送され、ここでs2−s2,Ψ,Mの位相、ψ2が位相検出
器によって決定され、これはスライディングウィンドウFFT、ゼロ交差位相検
出器などである。位相ψ2が信号128としてデジタルコンピュータ129へ、
コヒーレント周期的誤差によって影響されない対象192の線形変位を決定する
などのダウンストリームアプリケーションにおいて使用するために、伝送される
In the next step in the electronic processor 127 as shown in FIG. 2 b, the electronic matrix 155 is subjected to the coherent periodic error correction s 2, Ψ, M , normalized, filtered and interpolated by the electronic processor 154. Compute using the information listed in the multidimensional array of complex spectral coefficients. Electronic processor 1
52 s 2 -s 2, Ψ, by calculating the M, to compensate for the coherent cyclic errors in s 2. The coherent periodic error compensated signal s 2 −s 2, Ψ, M and the angular frequency ω 2 are transmitted to the electronic processor 256, where the phase of s 2 −s 2, Ψ, M and ψ 2 are the phase detectors. , Which is a sliding window FFT, zero-crossing phase detector, etc. Phase ψ 2 as signal 128 to digital computer 129,
It is transmitted for use in downstream applications, such as determining the linear displacement of an object 192 that is not affected by coherent periodic errors.

【0117】 電子プロセッサ127を含む各電子プロセッサは、各機能をデジタルプロセス
として実行することが好ましい。 抽出された複素スペクトル係数の正規化のための数学的形式を次に記載する。
2のフーリエ変換は、式(2)から明らかであるようなcosζ2,u,u',p,p+
os(uω2t+ω’u'+pψ2−p+ψ2 +)およびsinζ2,u,u',p,p+sin(
uω2t+ω’u'+pψ2−p+ψ2 +)などの係数を有する項のフーリエ変換を含
む。シヌソイド関数sinβのフーリエ変換は、cosβのフーリエ変換に、以
下のように関係付けられる。
Each electronic processor, including electronic processor 127, preferably performs each function as a digital process. The mathematical form for normalization of the extracted complex spectral coefficients is described below.
The Fourier transform of s 2 is cos ζ 2, u, u ', p, p + c as is clear from equation (2).
os (uω 2 t + ω ' u' + pψ 2 -p + ψ 2 +) and sinζ 2, u, u ', p, p + sin (
uω including the Fourier transform of the terms with 2 t + ω 'u' + pψ 2 -p + ψ 2 +) coefficients such. The Fourier transform of the sinusoidal function sinβ is related to the Fourier transform of cosβ as follows.

【0118】[0118]

【数14】 式中、βは時間の関数であり、式(2)におけるシヌソイド係数の引数を表す。
cosβのフーリエ変換の評価では、係数cosβは以下のように記述される。
[Equation 14] In the equation, β is a function of time and represents the argument of the sinusoidal coefficient in equation (2).
In the evaluation of the Fourier transform of cos β, the coefficient cos β is described as follows.

【0119】[0119]

【数15】 式(9)における係数cos[β(t)−β(T)−・β(T)(t−T)]お
よびsin[β(t)−β(T)−・β(T)(t−T)]は、t=Tについて
のテイラー級数において展開され、ただし・β(T)=[dβ/dt]t=Tであ
る。(t−T)において5次までの項を含むテイラー級数の展開を、以下の公式
に従って表すことができる。
[Equation 15] The coefficients cos [β (t) −β (T) − · β (T) (t−T)] and sin [β (t) −β (T) − · β (T) (t−) in the equation (9). T)] is expanded in the Taylor series for t = T, where β (T) = [dβ / dt] t = T. The expansion of the Taylor series including terms up to the fifth order in (t−T) can be expressed according to the following formula.

【0120】[0120]

【数16】 [Equation 16]

【数17】 2,Ψにおいて与えられた項では、時間に関するβの対応する2次以上の導関
数が、時間に関するψ2の2次以上の導関数にそれぞれ比例し、比例定数は、与
えられた項における各シヌソイド係数の特性によって決定される。比例定数をゼ
ロまたは非ゼロにすることができる。T−τ/2からT+τ/2の時間間隔にわ
たるcosβのフーリエ変換を、式(9)、(10)および(11)における表
現を使用して、以下のように表すことができる。
[Equation 17] For a given term in s 2, Ψ , the corresponding second or higher derivative of β with respect to time is proportional to the second or higher derivative of ψ 2 with respect to time, respectively, and the proportionality constant is It is determined by the characteristics of each sinusoidal coefficient. The constant of proportionality can be zero or non-zero. The Fourier transform of cos β over the time interval from T−τ / 2 to T + τ / 2 can be expressed using the expressions in equations (9), (10) and (11) as:

【0121】[0121]

【数18】 式中[Equation 18] In the ceremony

【0122】[0122]

【数19】 [Formula 19]

【0123】[0123]

【数20】 n(x)、n=0、±1、±2、...、は、第1種および次数nの球ベッセ
ル関数である(M.AbramowitzおよびI.Stegun編集の「Ha
ndbook of Mathematical Functions」、Na
t.Bureau of Standards Applied Mathem
atics Series 55の第10章を参照)。jm(x)の項における
n(x)についての係数は、Pm(x)の項におけるxnについての係数と同じ
ものであり、これは、(i)mによって乗算されたルジャンドルのm次数の多項
式である(AbramowitzおよびStegunの前掲における式10.1
.14および表22.9を参照)。
[Equation 20] j n (x), n = 0, ± 1, ± 2 ,. . . , Are spherical Bessel functions of the first kind and of order n (see “Ha of Edited by M. Abramovitz and I. Stegun”).
ndbook of Mathematics Functions ", Na
t. Bureau of Standards Applied Mathem
(See Chapter 10 of atics Series 55). The coefficient for g n (x) in the term of j m (x) is the same as the coefficient for x n in the term of P m (x), which is that of Legendre multiplied by (i) m It is a polynomial of degree m (Eq. 10.1 in Abramovitz and Stegun, supra).
. 14 and Table 22.9).

【0124】 電子プロセッサ153では、コヒーレント周期的誤差の複素スペクトル係数が
、〜ω2,νおよび〜ω2,ν,Aの周波数のサブセットでのフーリエ変換F(s2
の複素数値を使用して抽出され、ψ2のゼロでない2次以上の時間導関数の効果
について正規化される。βのゼロでない2次以上の導関数の正規化は、式(8)
(12)(13)および(14)を使用して得られる。ψ2の2次以上の時間導
関数についての値は、反復手順において電子プロセッサ156の出力から得られ
る。ψ2のゼロでない2次以上の時間導関数についての補正を行うことにおいて
含まれなければならない、ψ2のより高次の導関数の数は、部分的にはτの大き
さによって、かつ部分的にはψ2の2次以上の時間導関数の大きさによって決定
される。
In electronic processor 153, the complex spectral coefficients of the coherent periodic error are Fourier transformed F (s 2 ) at a subset of frequencies ω 2, ν and ω 2, ν, A.
Extracted using complex values of and normalized with respect to the effect of nonzero second-order or higher time derivatives of ψ 2 . Normalization of the non-zero second or higher derivative of β is performed by the equation (8).
(12) Obtained using (13) and (14). Values for the second and higher order time derivatives of ψ 2 are obtained from the output of electronic processor 156 in an iterative procedure. shall be included in performing the correction for second or higher order time derivatives not [psi 2 zeros, the number of higher order derivatives of [psi 2 is the magnitude of the partial tau, and portions Specifically, it is determined by the magnitude of the second-order or higher time derivative of ψ 2 .

【0125】 対応する周波数〜ω2,νおよび〜ω2,ν,Aのサブセットのあるもの、およびF
(s2)における優位複合ピークの周波数が、フーリエ変換F(s2)の角周波数
分解能の次数以下によって分離される2つまたはそれ以上の周波数値を含むため
の、・ψ2の値のセットがある。・ψ2の値のセットでは、F(s2)の各値は、
コヒーレント周期的誤差の各フーリエ変換のスーパーインポーズされた値、およ
びF(s2)における優位複合ピークを表し、電子プロセッサ153によって決
定された複素スペクトル係数の値に含まれない。電子プロセッサ153によって
決定された複素スペクトル係数の値は、電子プロセッサ154に伝送される。
Some of the corresponding frequencies ~ ω 2, ν and a subset of ~ ω 2, ν, A , and F
(S 2) the frequency of the dominant complex peak in the set of two or more for containing a frequency value, · [psi 2 values are separated by less orders of angular frequency resolution of the Fourier transform F (s 2) There is. • In the set of values of ψ 2 , each value of F (s 2 ) is
It represents the superimposed value of each Fourier transform of the coherent periodic error, and the dominant composite peak in F (s 2 ), which is not included in the value of the complex spectral coefficient determined by the electronic processor 153. The value of the complex spectral coefficient determined by the electronic processor 153 is transmitted to the electronic processor 154.

【0126】 電子プロセッサ154は、時間に関して、電子プロセッサ153から受信され
た正規化された複素スペクトル係数の値をフィルタリングし、フィルタリングさ
れ正規化された値を補間して、電子プロセッサ153によって決定されたフィル
タリングされ正規化された複素スペクトル係数の値に含まれないコヒーレント周
期的誤差の複素スペクトル係数を決定する。複素スペクトル係数の正規化、フィ
ルタリングかつ補間された値が・ψ2に依存すると決定された場合、複素スペク
トル係数の正規化、フィルタリングかつ補間された値の・ψ2依存性を、・ψ2
べき級数、直交関数または直交多項式において有効に表すことができる。
The electronic processor 154 filters the values of the normalized complex spectral coefficients received from the electronic processor 153 with respect to time and interpolates the filtered normalized values to determine the electronic processor 153. Determine the complex spectral coefficients of the coherent periodic error that are not included in the values of the filtered and normalized complex spectral coefficients. Normalization of the complex spectral coefficients, filtering and when the interpolation value is determined to depend on the · [psi 2, normalization of complex spectral coefficients, a · [psi 2-dependent filtering and interpolated values, the · [psi 2 It can be effectively represented in power series, orthogonal functions or orthogonal polynomials.

【0127】 複素スペクトル係数の正規化、フィルタリングかつ補間された値の決定された
セットが電子プロセッサ155に伝送され、ここでs2,Ψ、s2,Ψ,Mの計算され
た値が生成される。
The determined set of normalized, filtered and interpolated values of the complex spectral coefficients is transmitted to the electronic processor 155, where the calculated values of s 2, Ψ , s 2, Ψ, M are generated. It

【0128】 測定対象ミラーの向きに依存する、対応するコヒーレント周期的誤差振幅およ
び位相オフセットを有する、あるタイプのコヒーレント周期的誤差がある。この
タイプのコヒーレント周期的誤差を以下で、可変係数タイプのコヒーレント周期
的誤差と称する。測定対象ミラーのチルトおよびヨーが必要な精度まで測定かつ
監視され、たとえば、干渉法手段によって測定される、最終用途の応用例では、
可変係数タイプのコヒーレント周期的誤差を、本発明の枠組内で測定かつ補償す
ることができる。
There is a type of coherent periodic error with a corresponding coherent periodic error amplitude and phase offset depending on the orientation of the mirror being measured. This type of coherent periodic error is referred to below as a variable coefficient type coherent periodic error. In end-use applications where the tilt and yaw of the mirror to be measured is measured and monitored to the required accuracy, for example by interferometric means,
Variable coefficient type coherent periodic errors can be measured and compensated for within the framework of the invention.

【0129】 可変係数タイプのコヒーレント周期的誤差のためのコヒーレント周期的誤差表
現における周期的誤差複素振幅は、複素倍数因子を含むようになる。可変タイプ
のコヒーレント周期的誤差を、続いて2つのサブタイプに関して記載する。2つ
のサブタイプのうち第1のサブタイプのための複素倍数因子は一般に、出力ビー
ムのゴーストビームおよび非ゴーストビーム成分の、あるいは2つのゴーストビ
ーム成分のオーバーラップの程度の関数となり、この関数を実験に基づいてモデ
ル化かつ/または測定することができる。第1のサブタイプでは、出力ビームの
対応するゴーストビームおよび非ゴーストビーム成分、または2つのゴーストビ
ーム成分の波面は、対象ミラーの向きに無関係に平行である。2つのサブタイプ
のうち第2のサブタイプの複素倍数因子は一般に、出力ビームのゴーストビーム
および非ゴーストビーム成分の、あるいは2つのゴーストビーム成分のオーバー
ラップの程度、および、出力ビームの対応するゴーストビームおよび非ゴースト
ビーム成分の、あるいは2つの対応するゴーストビーム成分の波面の間の刃物角
の関数となる。第2のサブタイプでは、出力ビームの対応するゴーストビームお
よび非ゴーストビーム成分の、あるいは2つの対応するゴーストビーム成分の波
面は、測定対象ミラーの特定の向きについて実質的に平行となる。複素倍数因子
の特性は、周辺可視度関数の特性に類似するものとなり、実験に基づいてモデル
化かつ/または測定することができる。
The cyclic error complex amplitude in the coherent cyclic error representation for the variable coefficient type coherent cyclic error becomes to include a complex multiple factor. Variable types of coherent periodic error are described subsequently for the two subtypes. The complex multiple factor for the first of the two subtypes is generally a function of the degree of overlap of the ghost and non-ghost beam components of the output beam, or of the two ghost beam components, and this function It can be modeled and / or measured empirically. In the first subtype, the corresponding ghost and non-ghost beam components of the output beam, or the wavefronts of the two ghost beam components, are parallel regardless of the orientation of the target mirror. The complex multiple factor of the second of the two subtypes is generally the degree of overlap of the ghost and non-ghost beam components of the output beam, or of the two ghost beam components, and the corresponding ghost of the output beam. It is a function of the blade angle of the beam and non-ghost beam components, or between the wavefronts of two corresponding ghost beam components. In the second subtype, the wavefronts of the corresponding ghost and non-ghost beam components of the output beam, or of the two corresponding ghost beam components, are substantially parallel for a particular orientation of the mirror to be measured. The properties of the complex multiple factor will be similar to the properties of the marginal visibility function and can be modeled and / or measured empirically.

【0130】 可変係数タイプのコヒーレント周期的誤差を、ある光学要素またはその一部の
チルトによって除去することができる、最終用途の応用例では、チルトおよびヨ
ーにおける情報を使用して、可変係数タイプのコヒーレント周期的誤差が無視で
きるように十分小さいときを確かめることができる。
In end-use applications where variable coefficient type coherent periodic errors can be removed by tilting certain optical elements or parts thereof, information in tilt and yaw is used to We can see when the coherent periodic error is small enough to be ignored.

【0131】 s2,Ψにおけるコヒーレント周期的誤差のスペクトル表現における複素振幅も
、s2の大きさに依存するようになる。s2の大きさにおける複素振幅の依存性を
、本発明の枠組内で測定かつ補償することができる。コヒーレント周期的誤差の
スペクトル表現における複素振幅は、複素倍数因子を含むようになる。特定のコ
ヒーレント周期的誤差のスペクトル成分のための複素倍数因子は、s2の関数と
なり、s2におけるべき級数として容易に表される。べき級数表現は、s2の大き
さが変化されるときの各特定の複素振幅の測定された特性から決定される。ある
干渉計および検出器のシステムでは、べき級数表現を、〜ω2,νまたは〜ω2,ν ,A の対応する値に関連付けられたqの対応する値から決定することができる。
The complex amplitude in the spectral representation of the coherent periodic error in s 2, Ψ also becomes dependent on the magnitude of s 2 . The dependence of the complex amplitude on the magnitude of s 2 can be measured and compensated for within the framework of the invention. The complex amplitude in the spectral representation of the coherent periodic error will include the complex multiple factor. Complex multiplicative factor for the spectral components of a particular coherent periodic errors, a function of s 2, are readily represented as a power series definitive to s 2. The power series representation is determined from the measured properties of each particular complex amplitude as the magnitude of s 2 is varied. In some interferometer and detector systems, a power series representation can be determined from corresponding values of q associated with corresponding values of ~ ω 2, ν or ~ ω 2, ν , A.

【0132】 識別かつ補償するにはより微妙なタイプのコヒーレント周期的誤差のうちの1
つは、・ψ2の値に依存しない|F(s2)|2における優位ピークの角周波数と
同じものである〜ω2,νを有する。このタイプのコヒーレント周期的誤差を、以
下で、ゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差と称する。ゼロ周波数シフトコ
ヒーレント周期的誤差の線源は一般に、たとえばq=3、5、...など、1よ
り大きい非線形性指数qの奇数の次数値を有する非線形性を含む。
One of the more subtle types of coherent periodic error to identify and compensate for
One has ~ ω 2, ν which is the same as the angular frequency of the dominant peak at | F (s 2 ) | 2 independent of the value of ψ 2 . This type of coherent periodic error is referred to below as zero frequency shift coherent periodic error. Sources of zero frequency shift coherent periodic error are typically, for example, q = 3, 5 ,. . . Etc., including non-linearities with odd order values of the non-linearity index q greater than 1.

【0133】 主なゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差は、式(2)において、u=1
、u’=0、p=1、p+=0およびqR=1での項から生じ、以下のように表す
ことができる。
The main zero frequency shift coherent periodic error is u = 1 in equation (2).
, U ′ = 0, p = 1, p + = 0 and q R = 1 and can be expressed as:

【0134】[0134]

【数21】 式(20)において表されていない他のゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤
差は、式(2)において、u、pおよびp+の異なる値および値の組み合わせに
ついて生じる。式(20)において省略された項は、振幅a2,1,0,1,0を有する
優位項と、他の周期的誤差項の間の非線形結合から生じ、したがってこれらは一
般に数倍小さい。ゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差が、(ω2t+ψ2
の位相を有するs2の測定されたスペクトル成分の振幅および位相オフセットを
修正し、この修正は、存在するコヒーレント周期的誤差の特性に依存することは
、式(20)から明らかである。
[Equation 21] Other zero frequency shift coherent periodic errors not represented in equation (20) occur for different values and combinations of values of u, p and p + in equation (2). The terms omitted in Eq. (20) result from a non-linear combination between the dominant term with amplitude a 2,1,0,1,0 and the other periodic error terms, so they are generally several times smaller. The zero frequency shift coherent periodic error is (ω 2 t + ψ 2 ).
It is clear from equation (20) that we correct the amplitude and phase offset of the measured spectral component of s 2 with the phase of, which correction depends on the properties of the coherent periodic error present.

【0135】 したがって、ゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差の効果が、s2におい
て周期的誤差としてではなく、第1の実施形態の装置のための動作条件の範囲を
超えて、|F(s2)|2における優位ピークの周波数での位相オフセットを修正
する誤差として、明らかとなる。詳細には、ゼロ周波数シフトコヒーレント周期
的誤差が、|F(s2)|2における優位ピークの周波数でのs2の群遅延特性を
変える。したがって、ゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差の効果が、第1
の実施形態において、|F(s2)|2における優位ピークの周波数での群遅延の
効果が、干渉計および関連付けられた電子信号プロセッサを含むシステムについ
て測定されるときの場合について、補償されることは明らかである。測定が真空
中の干渉計の測定区間により実行されて、・ψの特徴化における気流の乱れの影
響が防止されることが好ましい。
Therefore, the effect of the zero frequency shift coherent periodic error is not as a periodic error at s 2 but over the range of operating conditions for the device of the first embodiment, | F (s 2 ). It becomes clear as an error that corrects the phase offset at the frequency of the dominant peak at | 2 . In particular, a zero frequency shift coherent periodic error changes the group delay characteristic of s 2 at the frequency of the dominant peak in | F (s 2 ) | 2 . Therefore, the effect of zero frequency shift coherent periodic error is
In one embodiment, the effect of group delay at the frequency of the dominant peak in | F (s 2 ) | 2 is compensated for when measured for a system including an interferometer and an associated electronic signal processor. That is clear. Preferably, the measurement is carried out by means of a measuring section of an interferometer in vacuum to prevent the influence of air flow turbulence on the characterization of · ψ.

【0136】 F(s2)におけるゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差の項が、群遅延
効果についての補償のための手順の一部として補償されない場合について、2つ
の手順を以下のパラグラフで記載し、これはゼロ周波数シフトコヒーレント周期
的誤差の効果を分離かつ検出するためのものである。
Two procedures are described in the following paragraphs for the case where the zero frequency shift coherent periodic error term in F (s 2 ) is not compensated as part of the procedure for compensation for the group delay effect, This is to separate and detect the effects of zero frequency shift coherent periodic errors.

【0137】 ゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差の特徴化は重要となる可能性があり
、これは、それらが|F(s2)|2の優位ピークにおいて生成する位相オフセッ
トが、測定および参照ビームの強度、および光学干渉信号を生成するビームの相
対的オーバーラップ−干渉法システムのオペレーション中に変化する可能性のあ
るパラメータにより変わるからである。さらに加えて、位相オフセットはドップ
ラーシフトにより変わる可能性がある。
[0137] Characterization of the zero frequency shift coherently periodic errors can be significant, which they | F (s 2) | phase offset generated in the second dominant peak is measured and the reference beam This is because of the intensity and relative overlap of the beams that produce the optical interference signal-depending on parameters that may change during the operation of the interferometry system. In addition, the phase offset can change due to Doppler shift.

【0138】 ゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差の効果を分離かつ検出するために記
載する2つの手順のうち第1のものは、2つの手順のうち実施がより簡単な方で
あるが、応用可能性の領域が制限されている。ゼロ周波数シフトコヒーレント周
期的誤差のセットの各コヒーレント周期的誤差について、〜ω2,νの値を有する
対応するコヒーレント周期的誤差があり、これらは|F(s2)|2における優位
ピークの角周波数とは異なるものである。たとえば、q=n≧3の奇数の次数の
非線形順位指数では、異なる〜ω2,νのセットを3ωd、5ωd、...、nωd
と書くことができ、ただしωdは、F(s2)における優位複合ピークの角周波数
である。F(s2)では、対応するコヒーレント周期的誤差がnのただ1つの値
に対応し、ゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差の係数の比、およびゼロ周
波数シフトコヒーレント周期的誤差の対応する係数の比が、ある装置について、
nの各値についてのBq,nの比を含む係数によって指定される。電子プロセッサ
154は、対応するコヒーレント周期的誤差係数のセットを検査し、ゼロ周波数
シフトコヒーレント周期的誤差係数の値を、ゼロ周波数シフトコヒーレント周期
的誤差の係数と、対応するコヒーレント周期的誤差係数のセットの間の比を使用
して決定する。qの複数の値が、対応するコヒーレント周期的誤差の記述におい
て必要とされる場合では、対応するゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差係
数を、対応するコヒーレント周期的誤差係数のセット、対応する連立方程式のセ
ット、および対応する二項係数のセットの少なくとも二乗解析から決定すること
ができる。
The first of the two procedures described to separate and detect the effects of zero frequency shift coherent periodic errors is the easier of the two procedures to implement, but has applicability. Area is limited. For each coherent periodic error of the set of zero frequency shift coherent periodic errors, there is a corresponding coherent periodic error with a value of ~ ω 2, ν , which is the angle of the dominant peak at | F (s 2 ) | 2 . It is different from the frequency. For example, for odd order non-linear rank exponents with q = n ≧ 3, different sets of ω 2, ν are 3ω d , 5ω d ,. . . , Nω d
Where ω d is the angular frequency of the dominant composite peak in F (s 2 ). At F (s 2 ), the corresponding coherent periodic error corresponds to only one value of n, the ratio of the coefficients of the zero frequency shift coherent periodic error, and the ratio of the corresponding coefficients of the zero frequency shift coherent periodic error. But for a device,
Specified by a coefficient containing the ratio of B q, n for each value of n . The electronic processor 154 examines the corresponding set of coherent periodic error coefficients and determines the value of the zero frequency shift coherent periodic error coefficient and the coefficient of the zero frequency shift coherent periodic error coefficient and the corresponding set of coherent periodic error coefficients. Determine using the ratio between. If multiple values of q are required in the description of the corresponding coherent periodic error, then the corresponding zero frequency shift coherent periodic error coefficient is set to the corresponding set of coherent periodic error coefficients, the corresponding system of simultaneous equations. A set and a corresponding set of binomial coefficients can be determined from at least square analysis.

【0139】 ゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差の効果を分離かつ検出するための第
1の手順の有効性は、異なる〜ω2,νのセットが角周波数を含み、ただしs2
生成する検出器185のアナログ部の変換関数が本質的に一定ではないときに、
減らされる。
The effectiveness of the first procedure for separating and detecting the effects of zero frequency shift coherent periodic errors is that a detector with different sets of ω 2, ν containing angular frequencies, but producing s 2 . When the transfer function of the analog part of 185 is not essentially constant,
Reduced.

【0140】 ゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差の効果を分離かつ検出するために記
載する第2の手順は、2つの入力ビーム109および109T(ビーム109T
は図2aに図示せず)の使用に基づく。ビーム109Tは、周波数分割ω2,T
有する2つの直交偏光成分を有することにおいて、ビーム109に類似している
。しかし、ビーム109Tの成分の間の周波数分割ω2,Tは、ビーム109の成
分の間の周波数分割ω2とは異なるように選択される。周波数分割の間の差の絶
対値|ω2,T−ω2|は、ω2+・ψおよびω2,Nyより小さくなるように選択され
る。ビーム109Tは、干渉計169および検出器189を介して伝播して、干
渉信号成分s2,Tを信号123において生成する。s2,Tの記載は、s2について
与えられた記載の対応する部分と同じものである。ゼロ周波数シフトコヒーレン
ト周期的誤差を生成する第1の実施形態の装置の特性は、ビーム109Tが存在
するとき、s2+s2,Tの電力スペクトルにおける周波数に関して、密接な間隔の
多重線も生成する。多重線の連続メンバの間の周波数間隔は、ビーム109およ
び109Tの周波数分離に等しい。ゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差の
振幅および位相を、多重線のメンバの振幅および位相の項における関係によって
表すことができる。ゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差を分離するための
手順では、主なゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差が、多重線のメンバの
関係、および、測定された振幅および位相を使用して決定される。
The second procedure described to separate and detect the effects of zero frequency shift coherent periodic error is the two input beams 109 and 109T (beam 109T).
2a) (not shown in FIG. 2a). Beam 109T is similar to beam 109 in that it has two orthogonal polarization components with frequency division ω 2, T. However, the frequency division ω 2, T between the components of beam 109T is chosen to be different from the frequency division ω 2 between the components of beam 109. The absolute value of the difference between the frequency divisions | ω 2, T −ω 2 | is chosen to be smaller than ω 2 + · ψ and ω 2, Ny . Beam 109T propagates through interferometer 169 and detector 189 to produce interference signal component s 2, T in signal 123. The description of s 2, T is the same as the corresponding part of the description given for s 2 . The property of the device of the first embodiment that produces a zero frequency shift coherent periodic error is that it also produces closely spaced multilines with respect to frequency in the power spectrum of s 2 + s 2, T when beam 109T is present. . The frequency spacing between successive members of the multiline is equal to the frequency separation of beams 109 and 109T. The amplitude and phase of a zero frequency shift coherent periodic error can be represented by a relationship in the amplitude and phase terms of the members of the multiline. In the procedure for separating zero frequency shift coherent periodic errors, the main zero frequency shift coherent periodic errors are determined using the relationship of the members of the multiline and the measured amplitude and phase.

【0141】 ビーム109Tの線源の記載(ビーム109Tの線源は図2aに図示せず)は
、ビーム109の線源について与えられた記載の対応する部分と同じものである
。たとえば、図2eに示すように、干渉法システムは、線源101、およびドラ
イバ105によって励磁される変調器103を含むビーム109のための第1の
線源、および別の線源101T、および別のドライバ105Tによって励磁され
る別の変調器103Tを含むビーム109Tのための第2の線源、および第1お
よび第2の線源によって生成されたビームを結合するための光学部品106を含
むことができる。図2fに示したもう1つの実施形態では、ビーム109および
109Tが共に同じ線源、レーザ101’から導出される。たとえば、レーザ1
01’は、レーザ101’の異なる縦モードに対応する2つのビーム108およ
び108Tを生成することができる。ドライバ105および105Tによってそ
れぞれ励磁される変調器103および103Tは、次いでビーム108および1
08Tにおいて動作して、入力ビーム109および109Tを生成する。さらな
る実施形態では、両方の分割周波数ω2およびω2,Tで駆動された単一の変調器を
使用することができる。必要なとき、ビーム109および109Tの強度を、周
波数分割が可能であるように調整することができる。たとえば、ビーム109T
のための線源は、ゼロ周波数シフト周期的誤差が特徴化された後、これを干渉法
システムから除去することができる。
The description of the source of beam 109T (the source of beam 109T is not shown in FIG. 2a) is the same as the corresponding part of the description given for the source of beam 109. For example, as shown in FIG. 2e, the interferometry system includes a source 101 and a first source for beam 109 that includes modulator 103 excited by driver 105, and another source 101T and another source. A second source for a beam 109T that includes another modulator 103T that is excited by a driver 105T, and an optical component 106 for combining the beams generated by the first and second sources. You can In another embodiment, shown in Figure 2f, both beams 109 and 109T are derived from the same source, laser 101 '. For example, laser 1
01 'can generate two beams 108 and 108T corresponding to different longitudinal modes of the laser 101'. Modulators 103 and 103T, which are excited by drivers 105 and 105T, respectively, then receive beams 108 and 1
Operating at 08T, it produces input beams 109 and 109T. In a further embodiment, a single modulator driven with both split frequencies ω 2 and ω 2, T can be used. When required, the intensities of beams 109 and 109T can be adjusted to allow frequency division. For example, beam 109T
The source for is capable of removing this from the interferometry system after the zero frequency shift periodic error has been characterized.

【0142】 一般に、ビーム109の成分の平均周波数とビーム109Tの成分の平均周波
数の間の差は、ナイキスト周波数ω2,Nyより大きく、たとえば、ナイキスト周波
数ω2,Nyの2倍の大きさになるように選択されて、ゼロ周波数シフト多重線にお
けるもの以外のビーム109と109Tの間の干渉に対応する検出器189によ
って生成された信号における項が最小化される。逆に、周波数分割自体は、ナイ
キスト周波数より小さくなるように選択される。一般に、周波数分割の間の差の
絶対値|ω2,T−ω2|は、周波数分割自体のいずれよりも小さくなるように選択
されて、他の周期的誤差を有する多重線のスペクトルオーバーラップが最小化さ
れ、かつ、s2およびs2,Tにおけるゼロシフト周波数周期的誤差係数の間のいか
なる差も最小化される。たとえば、|ω2,T−ω2|を、|ω2,T−ω2|<(ω2
/100)となるように選択することができる。
In general, the difference between the average frequency of the components of beam 109 and the average frequency of the components of beam 109T is greater than the Nyquist frequency ω 2, Ny , eg, twice the Nyquist frequency ω 2, Ny. Is chosen to minimize the terms in the signal generated by detector 189 that correspond to the interference between beams 109 and 109T other than in the zero frequency shift multiplex. Conversely, the frequency division itself is selected to be less than the Nyquist frequency. In general, the absolute value of the difference between the frequency divisions, | ω 2, T −ω 2 |, is chosen to be smaller than any of the frequency divisions themselves, and the spectral overlap of multiple lines with other periodic errors. Is minimized and any difference between the zero shift frequency periodic error coefficients in s 2 and s 2, T is minimized. For example, | ω 2, T −ω 2 | is replaced by | ω 2, T −ω 2 | <(ω 2
/ 100).

【0143】 ゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差は、s2+s2Tにおける項のフーリ
エ解析から決定され、これは[aνcos(ω2t+ψ2+ζν)+aνTcos
(ω2Tt+ψ2T+ζνT)]qなどであり、式中、ν=(2、1、0、1、0)か
つq=3、5、...である。このような解析の結果を、たとえばq=3、5お
よび7についてリストする。特定の最終用途の応用例において必要とされるよう
なqの他の値についての結果は、同じ手順によって生成することができる。q=
3では、多重線に寄与する主な項は以下の通りである。
The zero frequency shift coherent periodic error is determined from the Fourier analysis of the terms at s 2 + s 2T , which is [a ν cos (ω 2 t + ψ 2 + ζ ν ) + a νT cos
2T t + ψ 2T + ζ νT )] q , where ν = (2,1,0,1,0) and q = 3,5 ,. . . Is. The results of such an analysis are listed, for example for q = 3, 5 and 7. Results for other values of q as required in a particular end use application can be produced by the same procedure. q =
In 3, the main terms contributing to the multiplet are:

【0144】[0144]

【数22】 量(k2T−k2)が単に、ビーム109および109Tの周波数における差の2
π/c倍であることに留意されたい。
[Equation 22] The quantity (k 2T −k 2 ) is simply two times the difference in the frequencies of beams 109 and 109T.
Note that it is π / c times.

【0145】 q=5では、多重線に寄与する主な項は以下の通りである。[0145]   For q = 5, the main terms contributing to the multiplet are:

【0146】[0146]

【数23】 q=7では、多重線に寄与する主な項は以下の通りである。[Equation 23] For q = 7, the main terms contributing to the multiplet are:

【0147】[0147]

【数24】 角周波数分離の大きさが、ω2+・ψおよびω2,Nyよりはるかに小さくなるよう
に選択されるので、係数Bνq,1が、s2およびs2Tにおける対応する項の表現の
ためのよい近似に使用される。
[Equation 24] Since the magnitude of the angular frequency separation is chosen to be much smaller than ω 2 + · ψ and ω 2, Ny , the coefficient B νq, 1 is due to the representation of the corresponding terms in s 2 and s 2T . Used for a good approximation of.

【0148】 式(21)、(26)および(27)における項が、各多重線における各位置
に従って配列される。s2におけるゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差の
最大の項が、係数(aν3ν3,1cosα2,3、(aν5ν5,1cosα2,5 、(aν7ν7,1cosα2,7、...の和であることに留意されたい。さら
に、多重線qのための位相差(α2qT−α2q)を、各多重線の最低および最高周
波数成分に対応する2つの項の測定された位相の差から直接得ることができ、そ
の差はq(α2qT−α2q)に等しいことに留意されたい。
The terms in equations (21), (26) and (27) are arranged according to their position in each multiline. The maximum term of the zero frequency shift coherent periodic error in s 2 is the coefficient (a ν ) 3 B ν 3,1 cos α 2,3 , (a ν ) 5 B ν 5,1 cos α 2,5 , (a ν ) 7 B ν7,1 cos α 2,7 ,. . . Note that it is the sum of Furthermore, the phase difference (α 2qT −α 2q ) for the multiplex q can be obtained directly from the measured phase difference of the two terms corresponding to the lowest and highest frequency components of each multiplet, and the difference Note that is equal to q (α 2qT −α 2q ).

【0149】 ゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差の効果を分離かつ検出するための手
順の記載を続けると、電子プロセッサ154が、多重線における項に対応する複
素スペクトル係数のセットについての、正規化、フィルタリングかつ補間された
複素スペクトル係数の値を検査する。s2におけるゼロ周波数シフトコヒーレン
ト周期的誤差、係数(aν3ν3,1cosα2,3、(aν5ν5,1cosα2 ,5 、(aν7ν7,1cosα2,7、...の和は、複素スペクトル係数のセッ
トの少なくとも二乗解析から、式(21)、(26)および(27)において見
られるものなど、多重線に寄与する項を記述する式を使用して決定される。含め
られる必要のある係数(aν3ν3,1cosα2,3、(aν5ν5,1cos
α2,5、(aν7ν7,1cosα2,7、...の和における項の数は、項の大き
さ、および、s2におけるゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差についての
補償において必要とされた精度によって決定される。
Continuing with the description of the procedure for separating and detecting the effects of zero frequency shift coherent periodic errors, electronic processor 154 normalizes, filters, on the set of complex spectral coefficients corresponding to the terms in the multiline. And checking the value of the interpolated complex spectral coefficient. zero frequency shift coherent cyclic errors in s 2, the coefficient (a ν) 3 B ν3,1 cosα 2,3, (a ν) 5 B ν5,1 cosα 2, 5, (a ν) 7 B ν7,1 cosα 2,7 ,. . . Is determined from at least square analysis of the set of complex spectral coefficients using an equation describing the terms contributing to the multiline, such as those found in equations (21), (26) and (27). . Coefficients that need to be included (a ν ) 3 B ν 3,1 cos α 2,3 , (a ν ) 5 B ν 5,1 cos
α 2,5 , (a ν ) 7 B ν 7,1 cos α 2,7 ,. . . The number of terms in the sum of is determined by the magnitude of the terms and the precision needed in compensation for the zero frequency shift coherent periodic error in s 2 .

【0150】 先に引用した電子プロセッサ154は、電子プロセッサ153から受信された
、正規化された複素スペクトル係数の値をフィルタリングし、正規化されフィル
タリングされた値を補間して、電子プロセッサ153によって決定された複素ス
ペクトル係数の値に含まれていないコヒーレント周期的誤差の値を決定する。正
規化、フィルタリングかつ補間された複素スペクトル係数の値が、・ψ2に依存
するように決定される場合、正規化、フィルタリングかつ補間された複素スペク
トル係数の値の・ψ2依存性を、・ψ2におけるべき級数、一連の直交関数、また
は一連の直交多項式において有効に表すことができる。決定された場合、ゼロ周
波数シフトコヒーレント周期的誤差のセット、および正規化、フィルタリングか
つ補間された複素スペクトル係数の決定された値が、電子プロセッサ155に伝
送され、s2,Ψ、s2,Ψ,Mのシミュレートされた値が生成される。シミュレート
された値s2,Ψ,Mおよびs2が電子プロセッサ152に伝送され、s2,Ψ,Mがs2 から差し引かれてs2−s2,Ψ,Mが生じる。信号s2−s2,Ψ,Mおよび周波数ω2
が電子プロセッサ156に伝送され、位相ψ2が、好ましくはスライディングウ
ィンドウFFTまたは他の同様の位相検出器によって決定される。位相ψ2がコ
ンピュータ129に信号128として、コヒーレント周期的誤差によって影響さ
れない対象192の線形変位の決定において使用するために、伝送される。
The electronic processor 154 cited above filters the values of the normalized complex spectral coefficients received from the electronic processor 153, interpolates the normalized filtered values, and is determined by the electronic processor 153. Determine the value of the coherent periodic error that is not included in the value of the complex spectral coefficient obtained. If the value of the normalized, filtered and interpolated complex spectral coefficient is determined to be dependent on ψ 2 , the normalized, filtered and interpolated value of the complex spectral coefficient is determined to be ψ 2. It can be effectively represented in a power series in ψ 2 , a set of orthogonal functions, or a set of orthogonal polynomials. If determined, the set of zero frequency shift coherent periodic errors and the determined values of the normalized, filtered and interpolated complex spectral coefficients are transmitted to electronic processor 155, where s 2, Ψ , s 2, Ψ. , A simulated value of M is generated. The simulated values s 2, Ψ, M and s 2 are transmitted to electronic processor 152, and s 2, Ψ, M is subtracted from s 2 to yield s 2 −s 2, Ψ, M. Signal s 2 −s 2, Ψ, M and frequency ω 2
Are transmitted to the electronic processor 156 and the phase φ 2 is determined, preferably by a sliding window FFT or other similar phase detector. Phase φ 2 is transmitted to computer 129 as signal 128 for use in determining the linear displacement of object 192 that is not affected by coherent periodic errors.

【0151】 第1の実施形態の記載において、周期的誤差への異なる寄与は一般に、ビーム
109の線源における、干渉計169の構成要素における、検出器システム18
9における、かつ/または電子プロセッサ127における欠陥の結果であったこ
とに留意されたい。また、この記載から、周波数および振幅に関する周期的誤差
項の特性が一般に周期的誤差項の起源の識別を可能にすることは、すなわち特定
のタイプの欠陥に関しても明らかである。たとえば、周波数ω’2u'のセットに
関連付けられた周期的誤差は、ビーム109において、音響光学変調器103に
おける、線源101の電源システムにおける欠陥、および/またはレーザにおけ
る不安定性による可能性のある強度変動を示す。周波数・ψに関連付けられた周
期的誤差項は、ビーム109における偏光混合による、かつ/または偏光ビーム
スプリッタインターフェイス171における欠陥による可能性がある。パラメー
タqに関連付けられた周期的誤差項は、検出器システム189および/または電
子プロセッサ127における非線形性を示す。
In the description of the first embodiment, the different contributions to the periodic error are generally due to the detector system 18 at the source of the beam 109 and at the components of the interferometer 169.
Note that it was the result of a defect in 9 and / or in electronic processor 127. It is also clear from this description that the properties of the periodic error term with respect to frequency and amplitude generally allow identification of the origin of the periodic error term, ie for certain types of defects. For example, the periodic error associated with the set of frequencies ω ′ 2u ′ may be due to a defect in the power supply system of the source 101 in the beam 109, in the acousto-optic modulator 103, and / or instability in the laser. It shows the intensity fluctuation. The periodic error term associated with frequency ψ may be due to polarization mixing in beam 109 and / or due to defects in polarization beam splitter interface 171. The periodic error term associated with parameter q is indicative of non-linearities in detector system 189 and / or electronic processor 127.

【0152】 続いて、干渉計システムの1つまたは複数の構成要素の性能における劣化を、
図1に関して上に記載したような周期的誤差項の特性を監視することによって検
出することができる。このような劣化の検出は一般に初期検出システムとなり、
すなわち、補正的な測定の実施のための機会が与えられ、これは一般に、干渉計
システムが、所与の最終用途の応用例について受け入れ不可能なモードにおいて
使用される前に、実施することができる。補正的な測定は、たとえば、関連付け
られた周期的誤差項の特性によって指示された問題領域において、劣化された構
成要素を補正するためのプログラムされた保守の一部にすることができる。さら
に、関連付けられた周期的誤差項の特性による問題領域の指示は、補正的測定を
実行する効率を実質的に向上させることができる。
Subsequently, the degradation in performance of one or more components of the interferometer system is
It can be detected by monitoring the characteristics of the periodic error term as described above with respect to FIG. The detection of such deterioration is generally an initial detection system,
That is, the opportunity is provided for making compensatory measurements, which generally can be done before the interferometer system is used in an unacceptable mode for a given end use application. it can. Corrective measurements can be part of programmed maintenance to correct degraded components, for example, in problem areas dictated by the characteristics of the associated periodic error terms. Moreover, the indication of the problem domain by the properties of the associated periodic error terms can substantially improve the efficiency with which corrective measurements are performed.

【0153】 第1実施形態の記載では、図2aにおいて例示した干渉計の構成が、当技術分
野では偏光マイケルソン干渉計として知られていることを述べた。マイケルソン
干渉計の他の形式、および、高安定平面鏡干渉計などの他の干渉計の形式、また
は、C.Zanoniの「Differential interferome
ter arrangements for distance and an
gle measurements:Principles,advantag
es and applications」という名称の論文、VDI Ber
ichte Nr.749,93〜106(1989年)に記載されているもの
など、角度補償干渉計または類似のデバイスは、集積回路のリソグラフィ製造に
おいて一般に遭遇されるステージと共に作業するときなど、本発明の精神および
範囲から逸脱することなく、本発明の装置に組み込むことができ、前述の論文は
参照により本明細書に組み込まれる。
In the description of the first embodiment, it was mentioned that the interferometer configuration illustrated in FIG. 2a is known in the art as a polarization Michelson interferometer. Other types of Michelson interferometer and other interferometers such as high stability plane mirror interferometer, or C.I. Zanoni's "Differential interferome"
ter arrangements for distance and an
gle measurements: Principles, advanced
es and applications ", VDI Ber
ichte Nr. 749, 93-106 (1989), an angle-compensating interferometer or similar device, such as when working with stages commonly encountered in lithographic fabrication of integrated circuits, provides the spirit and scope of the invention. It may be incorporated into the device of the present invention without departing from it, and the aforementioned articles are incorporated herein by reference.

【0154】 1998年9月18日出願の同時係属の所有者が同じであるHenry A.
HillおよびPeter de Grootの「Interferomete
r Having A Dynamic Beam Steering Ass
embly」という名称の米国特許出願第09/157,131号、1999年
5月5日出願のHenry A.Hillの「Interferometry
System Having A Dynamic Beam Steerin
g Assembly For Measuring Angle And D
istance」という名称の米国特許出願第09/305,828号、199
9年8月27日出願のHenry A.Hillの「Polarization
Preserving Optical Systems」という名称の米国
特許出願第09/384,742号、1999年8月27日出願のPeter
de Grootの「Interferometer Having Redu
ced Ghost Beam Effects」という名称の米国特許出願第
09/384,609号、および1999年8月27日出願のHenry A.
Hillの「Interferometers Utilizing Pola
rization Preserving Optical Systems」
という名称の米国特許出願第09/384,855号に記載された他の形式の干
渉計を、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の装置に組み込
むことができ、前述の出願は参照により本明細書に組み込まれる。
The same co-owned owners of the application of September 18, 1998, Henry A.
Hill and Peter de Groot's "Interferomete"
r Having A Dynamic Beam Steering Ass
US patent application Ser. No. 09 / 157,131 entitled "embly", filed on May 5, 1999 by Henry A. et al. Hill's "Interferometry"
System Having A Dynamic Beam Steerin
g Assemble For Measuring Angle And D
US patent application Ser. No. 09 / 305,828, 199
Henry A., filed Aug. 27, 1997. Hill's "Polarization"
US patent application Ser. No. 09 / 384,742, entitled "Preserving Optical Systems," Peter filed Aug. 27, 1999.
de Groot's “Interferometer Having Redu”
Ced Ghost Beam Effects ", US patent application Ser. No. 09 / 384,609, and Henry A. et al.
Hill's "Interferometers Utilizing Pola"
Rization Preserving Optical Systems "
Other types of interferometers described in US patent application Ser. No. 09 / 384,855 may be incorporated into the apparatus of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. Are incorporated herein by reference.

【0155】 図2cは概略的形式において、第1実施形態の変形形態の好ましい装置および
方法による、電子プロセッサ127Aを示す。第1の実施形態の変形形態は、い
くつかの異なるカテゴリの実施形態のうち第1のカテゴリからのものであり、ビ
ーム109、ビーム109の線源、干渉計169、検出器システム189、およ
び図2aに示した第1の実施形態のデジタルコンピュータ129、および図2c
に示した電子プロセッサ127Aを含む。
FIG. 2c shows in schematic form an electronic processor 127A according to a preferred apparatus and method of variations of the first embodiment. A variation of the first embodiment is from the first category of several different categories of embodiments, including beam 109, a source of beam 109, an interferometer 169, a detector system 189, and a drawing. 2a, the first embodiment digital computer 129, and FIG. 2c.
The electronic processor 127A shown in FIG.

【0156】 電子プロセッサ127Aはある要素を含み、これは、第1の実施形態の電子プ
ロセッサ127の同様に番号付けされた要素などの類似の機能を実行する。電子
プロセッサ127Aのオペレーションでは、図3cに示したように、電子プロセ
ッサ152によって生成された信号(s2−s2,Ψ,M)が、電子プロセッサ15
6および電子プロセッサ151Bに伝送される。電子プロセッサ151Bが(s 2 −s2,Ψ,M)のフーリエ変換F(s2−s2,Ψ,M)を生成し、F(s2−s2,Ψ, M )が127Aのうち電子プロセッサ153に伝送される。
[0156]   The electronic processor 127A includes an element, which is the electronic processor of the first embodiment.
It performs similar functions such as similarly numbered elements of processor 127. Electronic
In operation of processor 127A, as shown in FIG.
The signal (s2-S2, Ψ, M) Is the electronic processor 15
6 and electronic processor 151B. The electronic processor 151B (s 2 -S2, Ψ, M) Fourier transform F (s2-S2, Ψ, M) Is generated, and F (s2-S2, Ψ, M ) Is transmitted to the electronic processor 153 out of 127A.

【0157】 F(s2−s2,Ψ,M)における非ゼロ複素スペクトル係数は、s2におけるコヒ
ーレント周期的誤差の不完全な補償を表す。s2におけるコヒーレント周期的誤
差の不完全な補償は、たとえば、時間に関するコヒーレント周期的誤差の変化の
結果および/または測定された量における統計的誤差の結果となる可能性がある
。不完全な補償は一般に、電子プロセッサ154Aによる正規化、フィルタリン
グかつ補間された複素スペクトル係数の多次元アレイを確立するための初期化段
階中に存在する。127Aのうち電子プロセッサ153は、F(s2−s2,Ψ,M
)の複素スペクトル係数を決定し、複素スペクトル係数が電子プロセッサ154
Aに伝送される。電子プロセッサ154Aは、s2におけるコヒーレント周期的
誤差の不完全な補償を表す複素スペクトル係数を処理し、正規化、フィルタリン
グかつ補間された複素スペクトル係数の多次元アレイを更新する。電子プロセッ
サ154Aは、そうでない場合、正規化、フィルタリングかつ補間された複素ス
ペクトル係数の多次元アレイを処理し、これは第1の実施形態のプロセッサ12
7の電子プロセッサ154と同じである。
The nonzero complex spectral coefficients in F (s 2 −s 2, Ψ, M ) represent incomplete compensation of the coherent periodic error in s 2 . Incomplete compensation of the coherent periodic error in s 2 may result, for example, in changes in the coherent periodic error over time and / or statistical errors in the measured quantity. Incomplete compensation is typically present during the initialization stage to establish a multidimensional array of normalized, filtered and interpolated complex spectral coefficients by electronic processor 154A. Of 127A, the electronic processor 153 uses F (s 2 −s 2, Ψ, M
) Of the complex spectral coefficient of the electronic processor 154.
Is transmitted to A. Electronic processor 154A processes the complex spectral coefficients representing the incomplete compensation of coherent cyclic errors in s 2, and updates the multidimensional array normalization, filtering and interpolated complex spectrum coefficients. The electronic processor 154A otherwise processes the normalized, filtered and interpolated multidimensional array of complex spectral coefficients, which is the processor 12 of the first embodiment.
7 electronic processor 154.

【0158】 第1の実施形態の変形形態の残りの記載は、第1の実施形態について与えられ
た記載の対応する部分と同じものである。 図3aは概略的形式において、本発明の第2の実施形態による装置および方法
を示す。第2の実施形態は、第2のカテゴリの実施形態からのものである。図3
aに示した干渉計は、偏光へテロダインのシングルパス干渉計である。記載した
実施形態はヘテロダインシステムであるが、本発明は容易にホモダインシステム
における使用のために適合され、この場合、参照および測定ビームは同じ周波数
を有する。
The remaining description of the variants of the first embodiment is the same as the corresponding parts of the description given for the first embodiment. Figure 3a shows in schematic form an apparatus and method according to a second embodiment of the invention. The second embodiment is from the second category of embodiments. Figure 3
The interferometer shown in a is a polarization heterodyne single-pass interferometer. Although the described embodiment is a heterodyne system, the invention is readily adapted for use in a homodyne system, where the reference and measurement beams have the same frequency.

【0159】 第2の実施形態のビーム209の線源およびビーム209の記載は、第1の実
施形態のビーム109の線源およびビーム109について与えられた記載の対応
する部分と同じものである。また、第2の実施形態の干渉計269および検出器
システム289の記載は、第1の実施形態の干渉計169および検出器システム
189について与えられた記載の対応する部分と同じものである。第2の実施形
態の要素は、ビーム209の線源およびビーム209、干渉計269および検出
器システム289を含み、ビーム109の線源およびビーム109、干渉計16
9および検出器システム189を含む第1の実施形態の、100だけ減分され、
同様に番号付けされた要素のような同様の機能を実行する。
The description of the source and beam 209 of beam 209 of the second embodiment is the same as the corresponding parts of the description given for the source and beam 109 of beam 109 of the first embodiment. Also, the description of the interferometer 269 and the detector system 289 of the second embodiment is the same as the corresponding parts of the description given for the interferometer 169 and the detector system 189 of the first embodiment. Elements of the second embodiment include source and beam 209 of beam 209, interferometer 269 and detector system 289, source and beam 109 of beam 109, interferometer 16
Decremented by 100 of the first embodiment including 9 and detector system 189,
Performs similar functions, like similarly numbered elements.

【0160】 干渉計269は、位相シフトψ3をビーム241の第1および第2の成分の間
に導入し、ビーム241が位相シフトされたビームであるようにする。位相シフ
トψ3は、以下の公式に従って、測定経路298の往復の物理的長さL3に関係付
けられる。
Interferometer 269 introduces a phase shift ψ 3 between the first and second components of beam 241, so that beam 241 is a phase shifted beam. The phase shift φ 3 is related to the round-trip physical length L 3 of the measurement path 298 according to the following formula:

【0161】 ψ3=L3333 (28) 式中、p3はそれぞれ参照および測定区間を通過する数であり、n3は、位相シフ
トψ3を導入する光学的距離に、かつ波数k3=2π/λ3に対応する、測定経路
298におけるガスの屈折率であり、λ3はビーム207の波長である。図3a
に示した干渉計はp3=1についてのものであり、もっとも単純な方法において
、第2の実施形態の装置の機能を例示するためのものである。当業者には、p3
≠1であるときの場合への汎化は簡単な手順である。L3についての値は、測定
経路298の物理的長さと関連付けられた参照経路の間の差の2倍に対応する。
Ψ 3 = L 3 p 3 k 3 n 3 (28) where p 3 is the number of passing reference and measurement intervals, respectively, and n 3 is the optical distance introducing the phase shift ψ 3. , And the refractive index of the gas in the measurement path 298, corresponding to the wave number k 3 = 2π / λ 3 , where λ 3 is the wavelength of the beam 207. Figure 3a
The interferometer shown in is for p 3 = 1 and, in the simplest way, to illustrate the functioning of the device of the second embodiment. For those skilled in the art, p 3
Generalization to the case when ≠ 1 is a simple procedure. The value for L 3 corresponds to twice the difference between the physical length of the measurement path 298 and the associated reference path.

【0162】 図3aに示すような次のステップでは、位相シフトされたビーム241が偏光
子279を通過し、光検出器285に衝突し、電子干渉信号、ヘテロダイン信号
3を、好ましくは光電子検出によって生成する。偏光子279は、位相シフト
されたビーム241の偏光成分を混合するような向きにされる。信号s3は、以
下の形式を有する。
In the next step, as shown in FIG. 3a, the phase-shifted beam 241 passes through a polarizer 279 and impinges on a photodetector 285, which detects the electronic interference signal, the heterodyne signal s 3 , preferably the photoelectron detection. Generated by. Polarizer 279 is oriented to mix the polarization components of phase shifted beam 241. The signal s 3 has the following form.

【0163】[0163]

【数25】 式中、A3(t)およびα3(t)はそれぞれ、s3の振幅および位相である。 信号s3は、複素信号^s3の実数部^s3,Rであり、式中、s3は、原因となる
、安定した、すなわち絶対的に可積な実数シーケンスを含む。したがって、s3
のフーリエ変換s3,R(iω)は完全にS3(iω)を定義し(A.V.Oppe
nheimおよびR.W.Schaferの「Discrete−Time S
ignal Processing」における第10章「Discrete H
ilbert Transforms」を参照)、ただし以下のようになる。
[Equation 25] Where A 3 (t) and α 3 (t) are the amplitude and phase of s 3 , respectively. Signal s 3 is the real part of the complex signal ^ s 3 ^ s is 3, R, wherein, s 3 is responsible, including stable, i.e. absolutely Kaseki real number sequence. Therefore, s 3
The Fourier transform s 3, R (iω) of S completely defines S 3 (iω) (AV Oppe
nheim and R.N. W. Schafer's "Discrete-Time S"
Chapter 10 "Discrete H" in "Internal Processing"
ilbert Transforms ”), but as follows:

【0164】[0164]

【数26】 3,I(iω)は、S3(iω)の虚数成分であり、ωは角周波数であり、iは虚
数√(−1)である。S3,I(iω)は、周波数応答関数H(iω)によってS3 ,R (iω)に関係付けられ、すなわち、以下のようになる。
[Equation 26] S 3, I (iω) is an imaginary component of S 3 (iω), ω is an angular frequency, and i is an imaginary number √ (−1). S 3, I (iω) is related to S 3 , R (iω) by the frequency response function H (iω), ie:

【0165】[0165]

【数27】 式中、周波数応答関数H(iω)は、以下の式によって与えられる。[Equation 27] In the equation, the frequency response function H (iω) is given by the following equation.

【0166】[0166]

【数28】 ^s3の虚数成分^s3,Iは、以下と共にS3,I(iω)の逆フーリエ変換から得
られる。
[Equation 28] ^ Imaginary component ^ s 3, I of s 3 are obtained from S 3, the inverse Fourier transform of I (I [omega]) with the following.

【0167】[0167]

【数29】 位相α3は、^s3,Rおよび^s3,Iから、以下の公式に従って得ることができる
[Equation 29] The phase α 3 can be obtained from ^ s 3, R and ^ s 3, I according to the following formula.

【0168】[0168]

【数30】 時間依存の引数α3は、他の量に関して、以下の公式に従って表される。[Equation 30] The time-dependent argument α 3 is expressed according to the following formula for other quantities.

【0169】[0169]

【数31】 式中、Ψ3は非線形周期的誤差項を含み、位相オフセットζ3は、位相α3へのす
べての寄与を含み、これらは測定経路298または参照経路の光学的距離に関係
付けあるいは関連付けられず、非線形周期的誤差に関係付けられない。ヘテロダ
イン信号s3は電子プロセッサ227へ、デジタルまたはアナログのいずれかの
フォーマットにおける電子信号223として解析するために伝送され、これはデ
ジタルフォーマットであることが好ましい。電子信号223はさらにナイキスト
角周波数ω3,Nyを含み、これはs3をデジタルフォーマットに変換することにお
いて使用された、アナログ−デジタル変換器のサンプリング周波数によって決定
されたものである。
[Equation 31] Where Ψ 3 contains a non-linear periodic error term and phase offset ζ 3 contains all contributions to phase α 3 which are not related or associated with the optical distance of the measurement path 298 or the reference path. , Not related to non-linear cyclic error. The heterodyne signal s 3 is transmitted to electronic processor 227 for analysis as electronic signal 223 in either digital or analog format, which is preferably in digital format. Electronic signal 223 further includes a Nyquist angular frequency ω 3, Ny , which was determined by the sampling frequency of the analog-to-digital converter used in converting s 3 to digital format.

【0170】 ドライバ205の位相は、電子信号s3,Ref、参照信号221によって伝送さ
れ、これはデジタルまたはアナログフォーマットであり、好ましくはデジタルフ
ォーマットであり、電子プロセッサ227へ伝送される。参照信号は、参照信号
221の代替参照信号であり、光学ピックオフ手段および検出器(図面において
図示せず)によって、ビーム209の一部を非偏光ビームスプリッタにより分裂
すること、ビーム209の分裂された部分を混合すること、および混合された部
分を検出して代替ヘテロダイン参照信号を生成することによって、生成すること
もできる。
The phase of the driver 205 is carried by the electronic signal s 3, Ref , the reference signal 221, which is in digital or analog format, preferably in digital format and is transmitted to the electronic processor 227. The reference signal is an alternative reference signal to the reference signal 221 and is split by the optical pick-off means and detector (not shown in the drawing) into a part of the beam 209 by a non-polarizing beam splitter. It can also be generated by mixing the parts and detecting the mixed parts to generate an alternative heterodyne reference signal.

【0171】 非線形周期的誤差Ψ3は、第1の実施形態について記載したものと同じメカニ
ズムによって生成された項を含み、したがって、以下でコヒーレント周期的誤差
関数と称する。Ψ3、ω3およびψ3,Nyなどの量に関する、コヒーレント周期的誤
差関数Ψ3のスペクトル表現は、異なる族の直交多項式および関数に基づかせる
ことができる。2つの実施例は、フーリエ正弦および余弦関数を含む級数、およ
びチェビシェフの多項式関数を含む級数である。本発明の精神および範囲から逸
脱することなく、Ψ3のフーリエ正弦および余弦級数スペクトル表現が使用され
る。
The non-linear periodic error Ψ 3 contains terms generated by the same mechanism as described for the first embodiment, and is henceforth referred to as the coherent periodic error function. The spectral representation of the coherent periodic error function Ψ 3 , for quantities such as Ψ 3 , ω 3 and Ψ 3, Ny, can be based on different families of orthogonal polynomials and functions. Two examples are series containing Fourier sine and cosine functions, and series containing Chebyshev polynomial functions. Fourier sine and cosine series spectral representations of Ψ 3 are used without departing from the spirit and scope of the present invention.

【0172】 Ψ3のスペクトル表現の特性を、信号s3の特性に関して記載する。信号s3
、式(2)によって与えられたs2の形式と同じ形式を有し、したがって以下の
ように記述される。
The properties of the spectral representation of Ψ 3 are described with respect to the properties of the signal s 3 . The signal s 3 has the same form as the form of s 2 given by equation (2) and is therefore described as:

【0173】[0173]

【数32】 Ψ3における項は式(36)から、最初に以下の形式においてs3を記述すること
によって得ることができる。
[Equation 32] The term in Ψ 3 can be obtained from equation (36) by first describing s 3 in the following form.

【0174】[0174]

【数33】 ここでは、式(29)および(35)を使用し、次いで、式(39)によって与
えられた形式におけるs3の記述において生成されたsin(ω3t+ψ3+ζ3
およびcos(ω3t+ψ3+ζ3)項の係数を使用して、ψ3を、sin(ω3
+ψ3+ζ3)およびcos(ω3t+ψ3+ζ3)項の係数の比の−arctan
として計算する。式(39)の形式において記述された式(36)における項を
、三角法による識別を使用して導くと、以下のようになる。
[Expression 33] Here we use equations (29) and (35), then sin (ω 3 t + ψ 3 + ζ 3 ) generated in the description of s 3 in the form given by equation (39).
And using the coefficients of the cos (ω 3 t + ψ 3 + ζ 3 ) term, let ψ 3 be sin (ω 3 t
-Arctan of the ratio of the coefficients of the terms + ψ 3 + ζ 3 ) and cos (ω 3 t + ψ 3 + ζ 3 ).
Calculate as. Derivation of the terms in equation (36) described in the form of equation (39) using trigonometric discrimination yields:

【0175】[0175]

【数34】 Ψ3のスペクトル表現における項は容易に識別され、これは、Ψ3が式(40)に
おけるsin(ω3t+ψ3+ζ3)およびcos(ω3t+ψ3+ζ3)項の係数の
比の−arctanに等しいことに留意すること、および、式(40)における
sin(ω3t+ψ3+ζ3)およびcos(ω3t+ψ3+ζ3)項の係数の特性を
見ることによる。
[Equation 34] The term in the spectral representation of Ψ 3 is easily identified, which means that Ψ 3 is −-of the ratio of the coefficients of the sin (ω 3 t + ψ 3 + ζ 3 ) and cos (ω 3 t + ψ 3 + ζ 3 ) terms in equation (40). By noting that it is equal to arctan, and by looking at the characteristics of the coefficients of the sin (ω 3 t + ψ 3 + ζ 3 ) and cos (ω 3 t + ψ 3 + ζ 3 ) terms in equation (40).

【0176】 ψ3のスペクトル表現における項の係数は一般に、たとえば、ヘテロダイン信
号によって経験された群遅延の特性の結果として項に関連付けられた位相の変化
の率に依存する。
The coefficients of the terms in the spectral representation of ψ 3 generally depend on the rate of change of phase associated with the terms as a result of, for example, the characteristics of the group delay experienced by the heterodyne signal.

【0177】 図3cを参照すると、電子プロセッサ227は位相検出器250を含み、これ
は位相α3のためのヘテロダイン信号s3を、デジタルまたはアナログ信号プロセ
スのいずれか、好ましくはデジタルプロセスによって、デジタルヒルベルト変換
位相検出器(R.E.Bestの「Phase−locked loops:t
heory,design,and applications」2nd ed
.McGraw−Hill(New York)1993年のセクション4.1
.1を参照)、ゼロ交差位相検出器など、時間ベースの位相検出を使用して処理
する。電子プロセッサ227はさらにスペクトラムアナライザ251Aおよび2
51Bを含み、これらはそれぞれ参照信号s3,Refおよびヘテロダイン信号s3
、それぞれω3および・α3について処理する。角周波数α3は、s3の電力スペク
トルにおける優位ピークの角周波数である。スペクトラムアナライザ251Aお
よび251Bは、スライディングウィンドウフーリエ変換アルゴリズムに基づく
ことが好ましい。位相α3および角周波数ω3は電子プロセッサ252に伝送され
、ここで〜ψ3=α3−ω3t、およびα3のフーリエ変換F(α3)が計算される
[0177] Referring to FIG. 3c, the electronic processor 227 includes a phase detector 250, which is a heterodyne signal s 3 for phase alpha 3, either digital or analog signal processes, preferably by digital processes, digital Hilbert Transform Phase Detector (R.E. Best "Phase-locked loops: t
history, design, and applications ”2nd ed
. McGraw-Hill (New York) Section 4.1, 1993.
. Processing), such as a zero-crossing phase detector. Electronic processor 227 further includes spectrum analyzers 251A and 2
51B, which respectively process the reference signal s 3, Ref and the heterodyne signal s 3 for ω 3 and .alpha. 3 , respectively. The angular frequency α 3 is the angular frequency of the dominant peak in the power spectrum of s 3 . The spectrum analyzers 251A and 251B are preferably based on a sliding window Fourier transform algorithm. Phase alpha 3 and the angular frequency omega 3 are transmitted to electronic processor 252, where ~ψ 3 = α 3 -ω 3 t , and alpha 3 of the Fourier transform F (alpha 3) is calculated.

【0178】 電子プロセッサ227における次のステップでは、フーリエ変換F(α3)お
よび角周波α3、ω3およびω3,Nyが電子プロセッサ253に伝送され、ここでΨ 3 におけるコヒーレント周期的誤差項の複素スペクトル係数が、角周波数〜ω3,
υ、およびエイリアス、〜ω3,υの〜ω3,υ,Aで抽出される。α3における周期
的誤差項の振幅は、関連付けられた電力スペクトルにおいて対応するピークの振
幅に対応し、α3における周期的誤差項の位相は、関連付けられた電力スペクト
ルにおいて対応するピークの角周波数でのF(α3)の虚数および実数成分の比
のarctanに対応する。角周波数〜ω3,υにおいて、νは、u,u’,p,
+およびqを含む指数パラメータであり、これは時間に関して、Ψ3のスペクト
ル表現における項のシヌソイド係数の引数の導関数に等しい角周波数のセットに
対応する。エイリアス〜ω3,ν,Aは、以下の公式によって与えられる。
[0178]   The next step in electronic processor 227 is the Fourier transform F (α3) Oh
And angular frequency α3, Ω3And ω3, NyIs transmitted to the electronic processor 253, where Ψ 3 The complex spectral coefficient of the coherent periodic error term at3,
υ, And aliases, ~ ω3, υOf ~ ω3, υ, AIt is extracted with. α3Cycle in
The magnitude of the dynamic error term is the amplitude of the corresponding peak in the associated power spectrum.
Corresponds to width, α3The phase of the periodic error term at is associated with the power spectrum
F (α at the angular frequency of the corresponding peak in3) The ratio of the imaginary and real components of
Corresponding to the arctan of. Angular frequency ~ ω3, υ, Ν is u, u ′, p,
p+Is an exponential parameter including and q3Spect of
To the set of angular frequencies equal to the derivative of the argument of the sinusoidal coefficient of the terms in the Le representation
Correspond. Alias ~ ω3, ν, AIs given by the following formula:

【0179】[0179]

【数35】 および[Equation 35] and

【0180】[0180]

【数36】 実際には、ψ3における周期的誤差項の振幅および関連付けられた位相は、可
能な〜ω3,νおよび〜ω3,ν,Aのセットの小さいサブセットについてのみ抽出さ
れる必要がある。可能な〜ω3,νおよび〜ω3,ν,Aのセットのサブセットの選択
を、式(40)におけるsin(ω3t+ψ3+ζ3)およびcos(ω3t+ψ3
+ζ3)項のある係数の特性によって導くことができる。しかし、初期化手順の
一部として、可能な〜ω3,νおよび〜ω3,ν,Aのセットのサブセットの選択は、
α3の電力スペクトル解析および電力スペクトルにおけるピークのカイ二乗検定
に基づく。カイ二乗検定は、電力スペクトルにおける統計的に有意なピークを識
別する。ω3、ω3,Ny、・ψ3、・ψ3 +、u、u’、p、p+、q、w3,1/w3,2
およびrの項において、統計的に有意なピークに関連付けられた〜ω3,νおよび
〜ω3,ν,Aのサブセットの角周波数〜ω3,νおよび〜ω3,ν,Aの表現は、・ψ3
が変化されるときに、〜ω3,νおよびω3,Nyのそれぞれの特性を観察することに
よって決定される。10-6以下の次数の相対的精度まで、・ψ3 +=・ψ3である
ことに留意されたい。
[Equation 36] In practice, the magnitude and associated phase of the periodic error term in ψ 3 need only be extracted for a small subset of the possible ~ ω 3, ν and ~ ω 3, ν, A sets. The choice of possible subsets of ~ ω 3, ν and ~ ω 3, ν, A is determined by sin (ω 3 t + ψ 3 + ζ 3 ) and cos (ω 3 t + ψ 3 ) in equation (40).
It can be derived by the characteristic of some coefficient of the + ζ 3 ) term. However, as part of the initialization procedure, the choice of possible subsets of ~ ω 3, ν and ~ ω 3, ν, A is
Based on power spectrum analysis of α 3 and chi-square test of peaks in power spectrum. The chi-square test identifies statistically significant peaks in the power spectrum. ω 3 , ω 3, Ny , · ψ 3 , · ψ 3 + , u, u ′, p, p + , q, w 3,1 / w 3,2
In and r sections, ~ω 3 associated with statistically significant peaks, [nu and ~ω 3, ν, angular frequency ~Omega 3 subsets of A, [nu and ~ω 3, ν, representation of A , Ψ 3
Is determined by observing the respective properties of ~ ω 3, ν and ω 3, Ny . 10-6 to below the relative accuracy of the order, it is noted that · ψ 3 + = · ψ 3 .

【0181】 初期化手順は電子プロセッサ253によって実行される。第2の実施形態の動
作手順の一部として、α3の電力スペクトル解析および電力スペクトルにおける
ピークのカイ二乗検定が、可能な変化について監視され、これは、第2の実施形
態の装置および方法の動作中に可能な〜ω3,νおよび〜ω3,ν,Aのセットのサブ
セットに行われる必要がある可能性がある。監視手順の一部として実行された、
α3の電力スペクトル解析および関連付けられたカイ二乗検定は、電子プロセッ
サ253によってバックグラウンドタスクとしても実行される。
The initialization procedure is executed by the electronic processor 253. As part of the operating procedure of the second embodiment, the power spectrum analysis of α 3 and the chi-square test of the peaks in the power spectrum are monitored for possible changes, which of the apparatus and method of the second embodiment. It may need to be done for ~ ω 3, ν and a subset of the set of ~ ω 3, ν, A possible during operation. Performed as part of the monitoring procedure,
The power spectrum analysis of α 3 and the associated chi-square test are also performed by electronic processor 253 as a background task.

【0182】 Ψ3における周期的誤差項に対応する、F(α3)において抽出された複素スペ
クトル係数が、次いで電子プロセッサ254に送信され、ここで抽出されたスペ
クトル係数が正規化され、時間に関してフィルタリングされ、必要であるように
補間が行われ、正規化、フィルタリングかつ補間された複素スペクトル係数の多
次元アレイが維持される。正規化のステップは、ψ2の2次以上の導関数のゼロ
でない値の効果を、複素スペクトル係数のセットの決定の時間で存在する時間に
関して補償するためのものである。多次元アレイの次元性は部分的には、フィル
タリングされた複素スペクトル係数の大きさ、コヒーレント周期的誤差について
の補正に関する最終用途の応用例の必要とされた精度、およびフィルタリングさ
れた複素スペクトル係数の・ψ2および他のシステム特性における依存性によっ
て決定される。
The complex spectral coefficients extracted in F (α 3 ) corresponding to the periodic error term in Ψ 3 are then sent to electronic processor 254, where the extracted spectral coefficients are normalized and with respect to time. Filtered, interpolated as needed, maintaining a multi-dimensional array of normalized, filtered and interpolated complex spectral coefficients. The step of normalization is to compensate for the effects of non-zero values of the second or higher derivative of ψ 2 with respect to the time that exists at the time of the determination of the set of complex spectral coefficients. The dimensionality of a multidimensional array depends in part on the magnitude of the filtered complex spectral coefficients, the required accuracy of the end-use application for correction for coherent periodic errors, and the filtered complex spectral coefficients. Determined by dependencies on ψ 2 and other system characteristics.

【0183】 図3bに示したような電子プロセッサ227における次のステップでは、電子
行列255がコヒーレント周期的誤差補正Ψ3,Mを、電子プロセッサ254によ
って生成された正規化、フィルタリングかつ補間された複素スペクトル係数の多
次元アレイにおいてリストされた情報を使用して計算する。電子プロセッサ25
6(図3bを参照)はψ3を計算し、コヒーレント周期的誤差が〜ψ3からΨ3,M
を差し引くことによって補償されている。位相ψ3が電子プロセッサ227によ
って信号228としてコンピュータ229へ、ダウンストリームアプリケーショ
ンにおいて使用するために伝送される。
In the next step in the electronic processor 227 as shown in FIG. 3 b, the electronic matrix 255 provides the coherent periodic error correction Ψ 3, M to the normalized, filtered and interpolated complex generated by the electronic processor 254. Compute using the information listed in the multidimensional array of spectral coefficients. Electronic processor 25
6 (see FIG. 3b) is [psi 3 was calculated, [psi 3 coherent cyclic errors from ~ψ 3, M
Is compensated by subtracting. Phase φ 3 is transmitted by electronic processor 227 as signal 228 to computer 229 for use in downstream applications.

【0184】 電子プロセッサ227を含む各電子プロセッサは、各機能をデジタルプロセス
として実行することが好ましい。α3のフーリエ変換は、(ψ3+ω3t)のフー
リエ変換、および、cos[(u−1)ω3t+ω’3u'+(p−1)ψ3−p+ψ 3 + )]およびsin[(u−1)ω3t+ω’3u'+(p−1)ψ3−p+ψ3 +)]
などの係数を有する項を含み、これは式(40)を見ることから明らかである。
T−τ/2からT+τ/2の時間間隔にわたる(ψ3+ω3t)のフーリエ変換は
、以下のように表すことができ、ψ3はt=Tについてのテイラー級数として表
される。
[0184]   Each electronic processor, including electronic processor 227, performs each function in a digital process.
It is preferable to execute as. α3The Fourier transform of is (ψ3+ Ω3t) fu
Rie transformation and cos [(u-1) ω3t + ω '3u '+ (P-1) ψ3-P+ψ 3 + )] And sin [(u-1) ω3t + ω '3u '+ (P-1) ψ3-P+ψ3 +)]
Including terms with coefficients such as is apparent from looking at equation (40).
(Ψ over the time interval from T−τ / 2 to T + τ / 23+ Ω3Fourier transform of t) is
, Ψ can be expressed as3Is expressed as a Taylor series for t = T
To be done.

【0185】[0185]

【数37】 第2の実施形態では、係数B3,1,0,1,0,q,qR、q=3、5、...を有する係
数を有する項から生じるゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差が存在するこ
とは、式(40)を見ることから明らかである。ゼロ周波数シフトコヒーレント
周期的誤差は、第1の実施形態において存在するゼロ周波数シフトコヒーレント
周期的誤差と同じタイプの項から生じる。
[Equation 37] In the second embodiment, the coefficients B 3,1,0,1,0, q, qR , q = 3, 5 ,. . . It is clear from looking at Eq. (40) that there is a zero frequency shift coherent periodic error resulting from the term with coefficients having. The zero frequency shift coherent periodic error results from the same type of term as the zero frequency shift coherent periodic error present in the first embodiment.

【0186】 主なゼロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差を分離かつ検出するために使用
される第2の実施形態の手順は、第1の実施形態のための主なゼロ周波数シフト
コヒーレント周期的誤差を検出かつ分離するために記載された手順と同じ技術に
基づいている。第2のビーム209T(図3aにおいて図示せず)が導入、使用
されて、多重線の連続メンバの周波数間隔の2分の1に等しい周波数で中心にさ
れた、位相α3の電力スペクトルにおける多重線が生成される。ビーム209T
の記載は、第1の実施形態のビーム109Tについて与えられた記載の対応する
部分と同じものである。多重線のメンバの振幅および位相に関して測定された特
性が、電子プロセッサ227によって処理されて、第2の実施形態では、主なゼ
ロ周波数シフトコヒーレント周期的誤差が、第1の実施形態について与えられた
記載の対応する部分について記載されたものと同じ手順に従って、決定される。
The procedure of the second embodiment used to separate and detect the main zero frequency shift coherent periodic errors is to detect the main zero frequency shift coherent periodic errors for the first embodiment. And is based on the same technique as the procedure described for the separation. A second beam 209T (not shown in FIG. 3a) was introduced and used to multiplex in the power spectrum of phase α 3 centered at a frequency equal to one-half the frequency spacing of successive members of the multiline. A line is generated. Beam 209T
Is the same as the corresponding part of the description given for the beam 109T of the first embodiment. The measured characteristics of the amplitude and phase of the members of the multiline were processed by the electronic processor 227, and in the second embodiment, the main zero frequency shift coherent periodic error was provided for the first embodiment. It is determined according to the same procedure as described for the corresponding parts of the description.

【0187】 第2の実施形態の残りの記載は、第1の実施形態について与えられた記載の対
応する部分と同じものである。 図3cは概略的形式において、第2の実施形態の変形形態の好ましい装置およ
び方法による、電子プロセッサ227Aを示す。第2の実施形態の変形形態は、
第2のカテゴリの実施形態からのものであり、ビーム209、ビーム209の線
源、干渉計269、検出器システム289、および図3aに示した第2の実施形
態のデジタルコンピュータ229、および図3cに示した電子プロセッサ227
Aを含む。
The remaining description of the second embodiment is the same as the corresponding parts of the description given for the first embodiment. FIG. 3c shows in schematic form an electronic processor 227A according to a preferred apparatus and method of variations of the second embodiment. The modification of the second embodiment is
From the second category of embodiments, beam 209, source of beam 209, interferometer 269, detector system 289, and second embodiment digital computer 229 shown in Figure 3a, and Figure 3c. Electronic processor 227 shown in
Including A.

【0188】 電子プロセッサ227Aはある要素を含み、これは、第2の実施形態の電子プ
ロセッサ227の同様に番号付けされた要素などの類似の機能を実行する。電子
プロセッサ227Aのオペレーションでは、図3cに示したように、位相α3
計算されたコヒーレント周期的誤差ψ3,Mおよび角周波数ω3が電子プロセッサ2
57に伝送され、そこでψ3、(α3−Ψ3,M)、および(α3−Ψ3,M)のフーリ
エ変換F(α3−Ψ3,M)が生成される。フーリエ変換F(α3−Ψ3,M)が227
Aのうち電子プロセッサ253に、電子プロセッサ251Bからの角周波数・α 3 およびω3,Nyと共に伝送される。位相ψ3は電子プロセッサ227Aによって電
子信号228として、デジタルコンピュータ229に伝送される。
[0188]   Electronic processor 227A includes an element that is the electronic processor of the second embodiment.
It performs similar functions such as similarly numbered elements of processor 227. Electronic
In operation of the processor 227A, the phase α3,
The calculated coherent periodic error ψ3, MAnd angular frequency ω3Is an electronic processor 2
57, where ψ3, (Α3−Ψ3, M), And (α3−Ψ3, M) Furi
D conversion F (α3−Ψ3, M) Is generated. Fourier transform F (α3−Ψ3, M) Is 227
In A, the electronic processor 253 receives the angular frequency / α from the electronic processor 251B. 3 And ω3, NyIs transmitted with. Phase ψ3Is powered by the electronic processor 227A.
The child signal 228 is transmitted to the digital computer 229.

【0189】 F(α3−Ψ3,M)における非ゼロ複素スペクトル係数は、ψ3におけるコヒー
レント周期的誤差の不完全な補償を表す。ψ3におけるコヒーレント周期的誤差
の不完全な補償は、たとえば、時間におけるコヒーレント周期的誤差の変化の結
果および/または測定された量における統計的誤差の結果となる可能性がある。
不完全な補償は一般に、電子プロセッサ254Aによる正規化、フィルタリング
かつ補間された複素スペクトル係数の多次元アレイを確立するための初期化段階
中に存在する。227Aのうち電子プロセッサ253は、F(α3−Ψ3,M)から
の複素スペクトル係数を決定し、複素スペクトル係数が電子プロセッサ254A
に伝送される。電子プロセッサ254Aは、ψ3におけるコヒーレント周期的誤
差の不完全な補償を表すスペクトル係数を処理し、フィルタリングされたコヒー
レント周期的誤差係数の多次元アレイを更新する。電子プロセッサ254Aはさ
らに、フィルタリングされたコヒーレント周期的誤差係数の多次元アレイを処理
し、これは第2の実施形態のプロセッサ227の電子プロセッサ254と同じで
あり、ψ3の非ゼロの二次以上の次数の導関数について必要とされた補正、およ
び、各コヒーレント周期的誤差の、周波数についての、スーパーインポーズされ
た値に対応するスペクトル係数の識別および省略に関するものである。
The non-zero complex spectral coefficients in F (α 3 −Ψ 3, M ) represent incomplete compensation of the coherent periodic error in ψ 3 . Incomplete compensation of the coherent periodic error in ψ 3 may result, for example, in changes in the coherent periodic error in time and / or statistical errors in the measured quantity.
Incomplete compensation generally exists during the initialization stage to establish a multidimensional array of normalized, filtered and interpolated complex spectral coefficients by electronic processor 254A. Of the 227A, the electronic processor 253 determines the complex spectral coefficient from F (α 3 −Ψ 3, M ), and the complex spectral coefficient is calculated by the electronic processor 254A.
Be transmitted to. Electronic processor 254A processes the spectral coefficients that represent incomplete compensation of the coherent periodic error in ψ 3 and updates the multidimensional array of filtered coherent periodic error coefficients. The electronic processor 254A further processes a multi-dimensional array of filtered coherent periodic error coefficients, which is the same as the electronic processor 254 of the processor 227 of the second embodiment, which is a non-zero quadratic or higher of ψ 3. It relates to the required corrections for the derivatives of the order of, and the identification and omission of the spectral coefficients of each coherent periodic error, which correspond to the superimposed value of frequency.

【0190】 第2の実施形態の変形形態の残りの記載は、第2の実施形態について与えられ
た記載の対応する部分と同じものである。 図4a、図4bおよび図4cは概略的形式において、本発明の第3の実施形態
の好ましい装置および方法を示す。第3の実施形態は、いくつかの異なるカテゴ
リの実施形態のうち第3のカテゴリからのものである。第3のカテゴリの実施形
態のうちある実施形態は、距離測定干渉計の測定経路におけるガスの効果につい
て測定かつ補正するために使用されるものなど、光学分散関連信号における周期
的誤差について測定かつ補正するための装置および方法を含む。第3のカテゴリ
の実施形態のうちある他の実施形態は、分散関連信号、および、距離測定干渉計
の測定経路の光学的経路長の変化の決定のために使用された信号における周期的
誤差について測定かつ補正するための装置および方法を含む。測定経路における
ガスの効果についての補正における周期的誤差の効果は、光学的経路長の変化の
決定のために使用された信号における周期的誤差の効果より、1.5倍以上大き
い。
The remaining description of the variants of the second embodiment is the same as the corresponding parts of the description given for the second embodiment. 4a, 4b and 4c show in schematic form a preferred apparatus and method of a third embodiment of the invention. The third embodiment is from the third category of several different categories of embodiments. Some embodiments of the third category of embodiments measure and correct for periodic errors in the optical dispersion related signal, such as those used to measure and correct for gas effects in the measurement path of a range finding interferometer. Apparatus and methods for doing so. Certain other embodiments of the third category relate to the dispersion-related signal and the periodic error in the signal used for determining the change in the optical path length of the measurement path of the distance measuring interferometer. Includes apparatus and method for measuring and correcting. The effect of the cyclic error in correcting for the effect of gas in the measurement path is more than 1.5 times greater than the effect of the cyclic error in the signal used for the determination of the optical path length change.

【0191】 第3の実施形態は、距離測定干渉計の測定経路におけるガスの分散を測定かつ
監視するため、かつ、距離測定干渉計の測定経路におけるガスの効果について補
正するための装置および方法を含む。第3の実施形態はさらに、ガスの分散を測
定するために使用されるものなど、光学分散関連信号、および、距離測定干渉計
における測定経路の光学的経路長の変化の決定のために使用された信号における
、周期的誤差の効果について測定かつ補正するための装置および方法を含む。ガ
スの屈折率および/または測定経路の物理的長さが変化している可能性がある。
加えて、適合された線源によって生成された光ビームの波長の比は、ゼロでない
量からなる、知られている比の値へのある相対的精度に合致する。ゼロでない量
は、1つまたは複数の低い次数のゼロでない整数を含むことができる。
A third embodiment provides an apparatus and method for measuring and monitoring the dispersion of gas in the measuring path of a distance measuring interferometer and for compensating for the effect of gas in the measuring path of the distance measuring interferometer. Including. The third embodiment is further used for determining optical dispersion related signals, such as those used to measure gas dispersion, and changes in optical path length of the measurement path in a distance measuring interferometer. Apparatus and method for measuring and correcting for the effects of cyclical errors in the received signal. The refractive index of the gas and / or the physical length of the measurement path may have changed.
In addition, the ratio of the wavelengths of the light beam produced by the adapted source matches some relative accuracy to known ratio values, consisting of non-zero quantities. The non-zero quantity may include one or more low order non-zero integers.

【0192】 図4aを参照し、第3の実施形態の好ましい装置および方法によれば、光ビー
ム309および光ビーム309の線源の記載は、第1の実施形態の光ビーム10
9および光ビーム109の線源について与えられた記載の対応する部分と同じも
のである。線源301の波長はλ4である。次のステップで、線源302から放
射された光ビーム308が変調器304を通過し、光ビーム310になる。変調
器304は、電子ドライバ306によって励起され、これは電子ドライバ305
による変調器303の励起にそれぞれ類似している。線源302は、線源301
に類似しており、レーザまたは偏光されたコヒーレント放射の同様の線源である
ことが好ましいが、好ましくは異なる波長λ5である。
Referring to FIG. 4 a, according to a preferred apparatus and method of the third embodiment, the description of the light beam 309 and the source of the light beam 309 is described in the light beam 10 of the first embodiment.
9 and the corresponding parts of the description given for the source of the light beam 109. The wavelength of the radiation source 301 is λ 4 . In the next step, the light beam 308 emitted from the source 302 passes through the modulator 304 into a light beam 310. Modulator 304 is excited by electronic driver 306, which is electronic driver 305.
Are each similar to the excitation of modulator 303 by The radiation source 302 is the radiation source 301.
A laser or similar source of polarized coherent radiation, but preferably at a different wavelength λ 5 .

【0193】 波長λ4/λ5の比は、知られている近似比の値l4/l5を有し、すなわち以下
のようになる。
The wavelength λ 4 / λ 5 ratio has the known approximation ratio value l 4 / l 5 , ie:

【0194】[0194]

【数38】 式中、l4およびl5はゼロでない量を含む。ゼロでない量は、1つまたは複数の
低い次数のゼロでない整数値を含むことができる。それぞれビーム309および
310の周波数シフトされていない成分に対して、それぞれ量f4およびf5によ
ってシフトされた発振周波数を有するビーム309および310の成分は、4a
の面に対して直交に偏光される。発振周波数f4およびf5はそれぞれ、電子ドラ
イバ305および306によって決定される。加えて、ビーム309および31
0の周波数シフトされた成分の周波数シフトの方向は同じである。
[Equation 38] Where l 4 and l 5 include non-zero quantities. The non-zero quantity may include one or more low order non-zero integer values. For the non-frequency-shifted components of beams 309 and 310, respectively, the components of beams 309 and 310 with the oscillation frequencies shifted by the amounts f 4 and f 5 , respectively, are 4a
Polarized orthogonal to the plane of. Oscillation frequencies f 4 and f 5 are determined by electronic drivers 305 and 306, respectively. In addition, beams 309 and 31
The direction of the frequency shift of the frequency-shifted component of 0 is the same.

【0195】 ビーム307および308に、別法として、複数の波長を放射する単一のレー
ザ線源を提供することができ、これは、倍周波数を達成するために光倍周波数手
段に結合された単一のレーザ線源、レーザキャビティなどの内部にある非線形要
素を有するレーザ線源、和周波数生成または差分周波数生成に結合された差波長
の2つのレーザ線源、または、2つ以上の波長の光ビームを生成することができ
るいずれかの同等の線源構成によることは、当業者には理解されよう。また、周
波数シフトf4およびf5の一方または両方が、ゼーマン分裂、レーザキャビティ
の内部の複屈折要素、または同様のレーザ線源自体の現象特性の結果である可能
性があることも、当業者には理解されよう。2つの幅広く分離された波長を有す
る単一のレーザによるビームの生成において、各ビームについて、直交偏光され
た成分のペアがあり、各ペアのうち1つの成分が、対応するペアのうち第2の成
分に関して周波数シフトされるものは、1998年3月発行のP.Zorabe
dianの「Dual Harmonic−Wavelength Split
−Frequency Laser」という名称の米国特許第5,732,09
5号に記載されている。
Beams 307 and 308 may alternatively be provided with a single laser source emitting multiple wavelengths, which was coupled to an optical frequency doubler means to achieve the double frequency. A single laser source, a laser source with a non-linear element inside such as a laser cavity, two laser sources of difference wavelength coupled to sum frequency generation or difference frequency generation, or of two or more wavelengths Those skilled in the art will appreciate that any equivalent source configuration capable of producing a light beam is used. It will also be appreciated by those skilled in the art that one or both of the frequency shifts f 4 and f 5 may be the result of Zeeman splitting, birefringent elements inside the laser cavity, or similar phenomenological properties of the laser source itself. Be understood by. In the production of a beam by a single laser with two widely separated wavelengths, for each beam there is a pair of orthogonally polarized components, one component of each pair being the second component of the corresponding pair. Those whose frequency is shifted with respect to the components are described in P.P. Zorabe
Dian's "Dual Harmonic-Wavelength Split"
-Frequency Laser "US Patent No. 5,732,09
No. 5 is described.

【0196】 さらに、ビーム309および/またはビーム310の両方の偏光成分を、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することができ、f4
ビーム309の偏光成分の周波数における差を残し、f5はビーム310の偏光
成分の周波数における差を残すことは、当業者には理解されよう。干渉計および
レーザ線源の改良された分離は一般に、ビームの両方の偏光成分を周波数シフト
することによって可能であり、改良された分離の程度は、周波数シフトを生成す
るために使用される手段に依存する。
In addition, the polarization components of both beam 309 and / or beam 310 can be frequency shifted without departing from the scope and spirit of the invention, and f 4 is the difference in frequency of the polarization components of beam 309. It will be appreciated by those skilled in the art that, leaving, f 5 leaves a difference in frequency of the polarization components of beam 310. Improved separation of the interferometer and laser source is generally possible by frequency shifting both polarization components of the beam, and the degree of improved separation depends on the means used to generate the frequency shift. Dependent.

【0197】 次のステップで、ビーム309がミラー353Aによって反射され、その一部
が二色性の非偏光ビームスプリッタ353Bによって反射されて、ビーム313
の第1の成分、λ4成分となる。ビーム310の一部が二色性の非偏光ビームス
プリッタ353Bによって伝送されて、ビーム313の第2の成分、λ5成分と
なり、λ5成分の伝播はλ4成分の伝播と平行かつ同延であることが好ましい。さ
らなるステップで、ビーム313が、光学手段からなる干渉計369に伝播し、
これは位相シフトψ4を、ビーム313のλ4成分の非周波数シフトされた成分と
周波数シフトされた成分の間に導入し、位相シフトψ5を、ビーム313のλ5
分の非周波数シフトされた成分と周波数シフトされた成分の間に導入するための
ものである。位相シフトψ4およびψ5の大きさは、以下の公式に従って、測定経
路398の往復の物理的長さL4およびL5に関係付けられる。
In the next step, beam 309 is reflected by mirror 353A, part of which is reflected by dichroic non-polarizing beam splitter 353B to give beam 313.
Is the first component of λ 4 component. Some of the beam 310 is transmitted by the dichroic unpolarized light beam splitter 353B, the beam 313 the second component, lambda 5 becomes component, the propagation of lambda 5 components parallel and coextensive with the propagation of lambda 4 components Preferably there is. In a further step, the beam 313 propagates to an interferometer 369 consisting of optical means,
This introduces a phase shift ψ 4 between the non-frequency-shifted and frequency-shifted components of the λ 4 component of beam 313, and the phase shift ψ 5 is non-frequency-shifted of the λ 5 component of beam 313. It is intended to be introduced between the second component and the frequency-shifted component. The magnitude of the phase shift [psi 4 and [psi 5, the following officially therefore, is related to the physical length L 4 and L 5 of the round-trip measurement path 398.

【0198】 ψm=Lmmmm、m=4および5 (45) 式中、pmは、多数の経路の干渉計のためのそれぞれ参照および測定区間を通過
する数であり、nmは、波数km=(2π)/λmに対応する、測定経路398に
おけるガスの屈折率である。
[0198] ψ m = L m p m k m n m, m = 4 and 5 (45) below, p m is the number of passes through the respective reference and measurement interval for the interferometer of a number of routes , n m corresponds to the wave number k m = (2π) / λ m, the refractive index of the gas in the measurement path 398.

【0199】 図4aに示すように、干渉計369は、参照逆反射体391、変換器367に
よって位置がコントロールされる対象逆反射体392、4分の1波長位相遅延板
377および378、および偏光ビームスプリッタ373を含む。4分の1波長
位相遅延板377および378、および偏光ビームスプリッタ373は、各特性
をλ4およびλ5で示す。この構成は、当技術分野において偏光マイケルソン干渉
計として知られており、p4=p5=1による簡単な例示として示される。
As shown in FIG. 4 a, the interferometer 369 comprises a reference retro-reflector 391, a target retro-reflector 392 whose position is controlled by a transducer 367, and quarter-wave retarders 377 and 378, and a polarized light. A beam splitter 373 is included. The quarter-wave phase delay plates 377 and 378 and the polarization beam splitter 373 are shown by λ 4 and λ 5 , respectively. This configuration is known in the art as a polarization Michelson interferometer and is shown as a simple illustration with p 4 = p 5 = 1.

【0200】 通過数のパラメータp4およびp5は、同じである値、または、他方に関して異
なるものである値を有することができる。 式(45)は、ある波長を有するビームのための干渉計における経路、および
第2の波長を有するビームのための干渉計における経路が、実質的に同延である
場合について有効であり、この場合が、もっとも簡単な方法において、第3の実
施形態における本発明の機能を例示するために選択される。当業者には、2つの
異なる波長を有するビームのための各経路が実質的に同延でない場合への汎化は
簡単な手順である。
The pass number parameters p 4 and p 5 can have values that are the same or different with respect to the other. Equation (45) is valid for the case where the path in the interferometer for a beam having a wavelength and the path in the interferometer for a beam having a second wavelength are substantially coextensive. Cases have been selected in the simplest way to illustrate the functionality of the invention in the third embodiment. For those skilled in the art, generalization to cases where the paths for beams with two different wavelengths are not substantially coextensive is a straightforward procedure.

【0201】 干渉計369を通過した後、測定経路398を通過するビーム313の部分は
、位相シフトされたビーム333となり、逆反射体391を含む参照経路を通過
するビーム313の部分は、位相シフトされたビーム334となる。位相シフト
されたビーム333および334はそれぞれ、平面に対して、かつ図4aの面に
おいて直交に偏光される。従来の二色性ビームスプリッタ361が、波長にλ4
およびλ5に対応するビーム333のこれらの部分をそれぞれビーム335およ
び337に分離し、波長にλ4およびλ5に対応するビーム334のこれらの部分
をそれぞれビーム336および338に分離する。ビーム335および336は
検出器システム389に入射し、ビーム337および338は検出器システム3
90に入射する。
After passing through the interferometer 369, the part of the beam 313 passing through the measurement path 398 becomes the phase-shifted beam 333, and the part of the beam 313 passing through the reference path including the retroreflector 391 is phase-shifted. Beam 334. The phase-shifted beams 333 and 334 are each polarized perpendicular to the plane and in the plane of FIG. 4a. The conventional dichroic beam splitter 361 has a wavelength of λ 4
And those portions of beam 333 corresponding to λ 5 are separated into beams 335 and 337, respectively, and those portions of beam 334 corresponding to wavelengths λ 4 and λ 5 are separated into beams 336 and 338, respectively. Beams 335 and 336 are incident on detector system 389 and beams 337 and 338 are on detector system 3
It is incident on 90.

【0202】 図4aに示すような検出器システム389では、ビーム335が最初にミラー
363Aによって反射され、次いで偏光ビームスプリッタ363Bによって反射
されて、ビーム341の第1の成分を形成する。ビーム336が偏光ビームスプ
リッタ363Bによって伝送されて、ビーム341の第2の成分となる。検出器
システム390では、ビーム337が最初にミラー364Aによって反射され、
次いで偏光ビームスプリッタ364Bによって反射されて、ビーム342の第1
の成分を形成する。ビーム338が偏光ビームスプリッタ364Bによって伝送
されて、ビーム342の第2の成分となる。ビーム341および342は偏光子
379および380をそれぞれ通過し、光検出器385および386にそれぞれ
衝突し、好ましくは光電子検出によって2つの電子干渉信号を生成する。2つの
電子干渉信号は2つのヘテロダイン信号s4およびs5をそれぞれ含む。偏光子3
79および380はそれぞれ、ビーム341および342の偏光成分を混合する
ような向きにされる。ヘテロダイン信号s4およびs5は、波長λ4およびλ5にそ
れぞれ対応する。
In a detector system 389 as shown in FIG. 4a, beam 335 is first reflected by mirror 363A and then by polarizing beam splitter 363B to form the first component of beam 341. Beam 336 is transmitted by polarization beam splitter 363B to become the second component of beam 341. In detector system 390, beam 337 is first reflected by mirror 364A,
The first beam of beam 342 is then reflected by polarizing beam splitter 364B.
Form the ingredients of. Beam 338 is transmitted by polarization beam splitter 364B to become the second component of beam 342. Beams 341 and 342 pass through polarizers 379 and 380, respectively, impinge on photodetectors 385 and 386, respectively, and preferably produce two electron interference signals by photoelectron detection. The two electronic interference signals include two heterodyne signals s 4 and s 5 , respectively. Polarizer 3
79 and 380 are oriented to mix the polarization components of beams 341 and 342, respectively. Heterodyne signals s 4 and s 5 correspond to wavelengths λ 4 and λ 5 , respectively.

【0203】 信号s4およびs5は、以下の形式を有する。The signals s 4 and s 5 have the following form:

【0204】[0204]

【数39】 式中[Formula 39] In the ceremony

【0205】[0205]

【数40】 式(46)によって与えられたs4およびs5の表現の記載は、式(2)によって
第1の実施形態のs2の表現について与えられた記載の対応する部分と同じもの
である。ヘテロダイン信号s4およびs5は電子プロセッサ327へ、デジタルま
たはアナログのいずれかのフォーマットにおける電子信号323および324と
して解析するために伝送され、これはデジタルフォーマットであることが好まし
い。
[Formula 40] The description of the expressions for s 4 and s 5 given by equation (46) is the same as the corresponding part of the description given for the expression for s 2 of the first embodiment by equation (2). Heterodyne signals s 4 and s 5 are transmitted to electronic processor 327 for analysis as electronic signals 323 and 324 in either digital or analog format, which is preferably in digital format.

【0206】 このとき図4bを参照すると、位相ψ4は電子プロセッサ327のある要素に
よって決定され、ある要素は、電子プロセッサ351A、351B、352A、
353A、354A、355A、および356Aを含み、これらは第1の実施形
態の要素151A、151B、152、153、154、155、および156
と同様の機能をそれぞれ実行する。位相ψ5は電子プロセッサ327のある他の
要素によって決定され、ある他の要素は、電子プロセッサ351C、351D、
352B、353B、354B、355B、および356Bを含み(図4cを参
照)、これらは第1の実施形態の要素151A、151B、152、153、1
54、155、および156と同様の機能をそれぞれ実行する。
Referring now to FIG. 4b, the phase ψ 4 is determined by an element of electronic processor 327, which is an electronic processor 351A, 351B, 352A,
353A, 354A, 355A, and 356A, which are elements 151A, 151B, 152, 153, 154, 155, and 156 of the first embodiment.
Performs the same functions as in. The phase ψ 5 is determined by some other element of the electronic processor 327, and some other element is the electronic processor 351C, 351D,
352B, 353B, 354B, 355B, and 356B (see FIG. 4c), which are elements 151A, 151B, 152, 153, 1 of the first embodiment.
Perform similar functions to 54, 155, and 156, respectively.

【0207】 電子ドライバ305および306の位相は電子信号、参照信号321および3
22によってそれぞれデジタルまたはアナログのいずれかのフォーマットにおい
て、好ましくはデジタルフォーマットにおいて、電子プロセッサ327に伝送さ
れる。電子プロセッサ351Aおよび351Cは参照信号s4,Refをおよびs5,R ef をそれぞれ処理して、角周波数ω4=2πf4およびω5=2πf5をそれぞれ決
定し、これはスライディングウィンドウFFT周波数検出アルゴリズムによるこ
とが好ましい。
The phases of the electronic drivers 305 and 306 are electronic signals, reference signals 321 and 3
22 respectively to the electronic processor 327 in either digital or analog format, preferably in digital format. Electronic processors 351A and 351C process reference signals s 4, Ref and s 5, R ef , respectively, to determine angular frequencies ω 4 = 2πf 4 and ω 5 = 2πf 5 , respectively, which is a sliding window FFT frequency detector. Preferably by an algorithm.

【0208】 参照信号321および322の代替である参照信号も、光学ピックオフ手段お
よび検出器(図面において図示せず)によって、ビーム309および310の一
部をビームスプリッタにより分裂することによって、これは好ましくは非偏光ビ
ームスプリッタであり、さらに、ビーム309およびビーム310の分裂された
各部分を混合すること、および混合された部分を検出して代替ヘテロダイン参照
信号を生成することによって、生成することもできる。
A reference signal, which is an alternative to the reference signals 321 and 322, is also preferably this by splitting a portion of the beams 309 and 310 by a beam splitter by optical pickoff means and detectors (not shown in the drawings). Is a non-polarizing beam splitter and can also be generated by mixing the split portions of beam 309 and beam 310 and detecting the mixed portions to generate an alternative heterodyne reference signal. ..

【0209】 再度図4cを参照すると、位相ψ4およびψ5が次にそれぞれl4/p4およびl 5 /p5によって、それぞれ電子プロセッサ3275Aおよび3275Bにおいて
乗算され、これは好ましくはデジタル処理により、位相(l4/p4)ψ4および
(l5/p5)ψ5がそれぞれ生成される。位相(l4/p4)ψ4および(l5/p5 )ψ5が次に共に電子プロセッサ3276において加算され、電子プロセッサ3
277において一方が他方から減算され、これは好ましくはデジタルプロセスに
より、位相θおよびΦがそれぞれ作成される。形式的には、以下のようになる。
[0209]   Referring again to FIG. 4c, the phase ψFourAnd ψFiveThen lFour/ PFourAnd l Five / PFiveIn electronic processors 3275A and 3275B, respectively.
Are multiplied, which is preferably digitally processed to obtain the phase (lFour/ PFour) ΨFourand
(LFive/ PFive) ΨFiveAre generated respectively. Phase (lFour/ PFour) ΨFourAnd (lFive/ PFive ) ΨFiveAre then added together in electronic processor 3276, and electronic processor 3
At 277 one is subtracted from the other, which is preferably a digital process.
Thus, the phases θ and Φ are created respectively. Formally, it is as follows.

【0210】[0210]

【数41】 位相θおよびΦを、式(45)、(49)および(50)によって与えられた
定義を使用して、以下のように記述することもできる。
[Formula 41] The phases θ and Φ can also be described as follows using the definitions given by equations (45), (49) and (50).

【0211】[0211]

【数42】 式中[Equation 42] In the ceremony

【0212】[0212]

【数43】 ΔLのための好ましい公称値はゼロであり、波長λ4およびλ5での同延のビーム
成分では、ΔL≪λ4またはλ5である。
[Equation 43] The preferred nominal value for ΔL is zero, and for co-extensive beam components at wavelengths λ 4 and λ 5 , ΔL << λ 4 or λ 5 .

【0213】 分散関連信号における周期的誤差の効果について補正されたガスの分散(n5
−n4)は、θおよびΦから以下の公式を使用して決定することができる。
The dispersion of the gas (n 5 corrected for the effects of periodic errors in the dispersion related signal).
−n 4 ) can be determined from θ and Φ using the following formula.

【0214】[0214]

【数44】 式中[Equation 44] In the ceremony

【0215】[0215]

【数45】 である。 距離測定干渉計に関係する応用例では、ヘテロダイン位相ψ4、および、位相
θおよびΦを使用して、距離L4を、距離測定干渉計の測定経路におけるガスの
屈折率の効果に無関係であり、かつ、分散関連信号および光学的経路長に関連し
た信号における周期的誤差の効果について補正された量として、以下の公式を使
用して決定することができる。
[Equation 45] Is. In applications related to range finding interferometers, the heterodyne phase ψ 4 and the phases θ and Φ are used to make the range L 4 independent of the effect of the refractive index of the gas in the measuring path of the range finding interferometer. , And as a corrected amount for the effects of periodic errors in the dispersion related signal and the optical path length related signal can be determined using the following formula.

【0216】[0216]

【数46】 式中、Γはガスの逆分散能であり、以下のように定義される。 Γ=(n4−1)/(n5−n4) (62) 式(54)によって与えられたKの定義から、(K/χ)=0が、厳密に調和
的に関係付けられるλ4およびλ5に対応することが明らかである。|K/χ|>
0であり、かつ(K/χ)の値が式(59)および/または(61)の使用にお
いて、最終用途の要件を満たすためにある精度まで知られなければならない応用
例では、(K/χ)が波長モニタによって測定される。波長モニタは、真空セル
および/またはSHGによる光ビームの倍周波数を有するかあるいは有していな
い干渉計を含むことができる。χの値が、式(59)および/または(61)の
使用において別のある精度まで知られなければならない応用例では、χが波長モ
ニタによって測定される。加えて、χおよび(K/χ)の値が共に必要とされる
とき、これらを同じ装置から得ることができる。
[Equation 46] In the equation, Γ is the inverse dispersion power of gas and is defined as follows. Γ = (n 4 −1) / (n 5 −n 4 ) (62) From the definition of K given by equation (54), (K / χ) = 0 is strictly harmonically related λ It is clear that it corresponds to 4 and λ 5 . | K / χ | >
For applications where 0 and the value of (K / χ) must be known to some precision in order to meet the end-use requirements in the use of equations (59) and / or (61), (K / χ) is measured by the wavelength monitor. The wavelength monitor can include a vacuum cell and / or an interferometer with or without a doubled frequency of the light beam by the SHG. In applications where the value of χ must be known to some other precision in the use of equations (59) and / or (61), χ is measured by a wavelength monitor. In addition, when the values of χ and (K / χ) are both needed, they can be obtained from the same device.

【0217】 逆分散能Γのための値を、測定経路におけるガスの知られている成分の知られ
ている屈折特性から、ある相対的精度まで得ることができる。ガス成分が必要な
精度まで知られておらず、かつ/またはガス成分の屈折特性が対応する必要な精
度まで知られていない応用例では、Γを、同時係属の、所有者が同じである19
99年1月19日出願のHenry A.Hillの「Apparatus A
nd Methods For Measuring Intrinsic O
ptical Properties Of A Gas」という名称の米国特
許出願第09/232,515号において記載されたものなどの装置によって測
定することができ、前述の出願は参照により本明細書に組み込まれる。
The value for the inverse dispersion power Γ can be obtained to a certain relative accuracy from the known refraction properties of the known constituents of the gas in the measurement path. In applications where the gas component is not known to the required precision and / or the refractive properties of the gas component are not known to the corresponding required precision, Γ is co-pending and the same owner 19
Henry A. et al., Filed January 19, 1999. Hill's "Apparatus A
nd Methods For Measuring Intrinsic O
Optical Properties Of A Gas "can be measured by devices such as those described in US patent application Ser. No. 09 / 232,515, which is hereby incorporated by reference.

【0218】 分散(n5−n4)を決定することができる相対的精度は、周期的誤差効果が補
償されない場合、部分的には周期的誤差の効果によって制限される。[Φ−θ(
K/χ)−Qζ]係数を式(59)および(61)において得る際に行われた周
期的誤差効果の補正は、以下の公式によって与えられるQΨである。
The relative accuracy with which the variance (n 5 −n 4 ) can be determined is limited, in part, by the effects of the cyclic error if they are not compensated. [Φ-θ (
The correction for the periodic error effect made in obtaining the (K / χ) -Q ζ ] coefficient in equations (59) and (61) is Q Ψ given by the formula:

【0219】[0219]

【数47】 式中[Equation 47] In the ceremony

【0220】[0220]

【数48】 である。 補正QΨは、係数[〜Φ−〜θ(K/χ)−QΨ−Qζ]における項として入り
、式中、〜Φおよび〜θはそれぞれ、周期的誤差の効果が補償されていない、Φ
およびθの対応する値である。したがって、式(59)および(63)に従って
、分散(n5−n4)の決定された値における周期的誤差効果の大きさは、以下の
程度である。
[Equation 48] Is. The correction Q Ψ is entered as a term in the coefficient [∼Φ-∼θ (K / χ) -Q Ψ -Q ζ ], where ~ Φ and ~ θ are not compensated for the effect of the cyclic error, respectively. , Φ
And the corresponding values of θ. Therefore, according to equation (59) and (63), the magnitude of cyclic errors effect in the determined value of the dispersion (n 5 -n 4) is the degree follows.

【0221】[0221]

【数49】 たとえば、λ4=0.633μm、λ4=2λ5、p4=p5=1、 ̄L=0.5m
であり、ガスが25℃の空気かつ1気圧の圧力からなる実施例を考察する。実施
例の状態では、式(66)によって表されたような相対的精度までのψ4の寄与
の大きさは、以下のようになる。
[Equation 49] For example, λ 4 = 0.633 μm, λ 4 = 2λ 5 , p 4 = p 5 = 1 and │L = 0.5 m
And consider that the gas consists of air at 25 ° C. and a pressure of 1 atm. In the state of the example, the magnitude of the contribution of ψ 4 to the relative accuracy as expressed by equation (66) is as follows.

【0222】[0222]

【数50】 Ψ4はラジアンにおいて表され、|Ψ4|はΨ4の絶対値を示す。実施例を続ける
と、|Ψ4|=0.1ラジアンの特定の周期的誤差では、位相における周期的誤
差は実施例において5nmの距離測定における周期的誤差に対応し、特定の周期
的誤差は、分散(n5−n4)を≒0.2%に測定することができる相対的精度に
制限する。λ4ビームのための線源が、λ4=1.06μmを有するNbYAGレ
ーザである場合、分散(n5−n4)を測定することができる相対的精度において
対応する制限は、≒0.6%である。
[Equation 50] Ψ 4 is expressed in radians, and | Ψ 4 | represents the absolute value of Ψ 4 . Continuing the example, for a particular periodic error of | Ψ 4 | = 0.1 radians, the periodic error in phase corresponds to the periodic error in the 5 nm distance measurement in the example, and the particular periodic error is , The variance (n 5 −n 4 ) is limited to a relative accuracy that can be measured to ≈0.2%. If the source for the λ 4 beam is an NbYAG laser with λ 4 = 1.06 μm, the corresponding limit in the relative accuracy with which the dispersion (n 5 −n 4 ) can be measured is ≈0. 6%.

【0223】 分散(n5−n4)を決定することができる相対的精度における周期的誤差の効
果の制限は、周期的誤差効果が補償されない場合、距離測定干渉計の測定経路に
おけるガスの屈折性効果を、分散干渉計を使用して決定することができる相対的
精度における、周期的誤差の効果の制限に直接伝播する。式(61)を見ること
から、QΨを介して入るψmの周期的誤差寄与の大きさは、ψ4=(〜ψ4−Ψ4
ζ4)項を介して入る周期的誤差寄与|Ψ4|の大きさに相対的な≒Γ|Ψm|で
あることは明らかである。λ4=2λ5であるλ4=0.633μm、および同じ
くλ4=2λ5であるλ4=1.06μmでは、Γの値がそれぞれ22および75
である。したがって、測定経路におけるガスの屈折性についての式(61)にお
ける補正項への周期的誤差寄与の効果は、補正項からの結果生じる周期的誤差寄
与の効果が、直接ψ4=(〜ψ4−Ψ4−ζ4)項から生じる周期的誤差寄与の効果
と同程度以下となる場合、およそ1.5倍程度以上低減させなければならない。
The limitation of the effect of the cyclic error on the relative accuracy with which the dispersion (n 5 −n 4 ) can be determined is the refraction of the gas in the measurement path of the distance measuring interferometer if the cyclic error effect is not compensated. The sex effect propagates directly to the limit of the effect of the cyclic error on the relative accuracy that can be determined using a dispersive interferometer. From the equation (61), the magnitude of the periodic error contribution of ψ m entered through Q ψ is ψ 4 = (˜ψ 4 −ψ 4
It is clear that ≈ Γ | Ψ m | relative to the magnitude of the periodic error contribution | Ψ 4 | entered via the ζ 4 ) term. For λ 4 = 2λ 5 , λ 4 = 0.633 μm, and also λ 4 = 2λ 5 , λ 4 = 1.06 μm, the values of Γ are 22 and 75, respectively.
Is. Therefore, the effect of the periodic error contribution to the correction term in Eq. (61) for the refractive index of the gas in the measurement path is that the effect of the periodic error contribution resulting from the correction term is directly ψ 4 = (˜ψ 4 If the effect is equal to or less than the effect of the periodic error generated from the term −Ψ 4 −ζ 4 ), it must be reduced by about 1.5 times or more.

【0224】 第3の実施形態の残りの記載は、第1の実施形態について与えられた記載の対
応する部分と同じものである。 L5も、第3の実施形態の第1の変形形態において、ψ4ではなくψ5を使用し
て決定することができる。L5の決定のための対応する式は、以下のようになる
The remaining description of the third embodiment is the same as the corresponding parts of the description given for the first embodiment. L 5 can also be determined using ψ 5 instead of ψ 4 in the first variant of the third embodiment. The corresponding formula for the determination of L 5 is:

【0225】[0225]

【数51】 第3の実施形態の第1の変形形態の残りの記載は、第3の実施形態について与
えられた記載の対応する部分と同じものである。
[Equation 51] The rest of the description of the first variant of the third embodiment is the same as the corresponding parts of the description given for the third embodiment.

【0226】 それぞれ第3の実施形態のものである量L4、および第3の実施形態の第1の
変形形態のものである量L5を、本発明の範囲からも精神からも逸脱することな
く、物理的経路長の変化の決定における、低減された統計的誤差を得るために、
決定かつ使用することができることは、当業者には明らかになるであろう。
The quantity L 4 , which is respectively according to the third embodiment and the quantity L 5 , which is according to the first variant of the third embodiment, deviate from the scope and spirit of the present invention. To obtain a reduced statistical error in the determination of changes in physical path length,
It will be apparent to those skilled in the art that it can be determined and used.

【0227】 また、本発明の範囲からも精神からも逸脱することなく、L5を、L4ではなく
第3の実施形態によって決定された距離にすることができることも、当業者には
明らかになるであろう。
It will also be apparent to those skilled in the art that L 5 can be a distance determined by the third embodiment rather than L 4 without departing from the scope or spirit of the invention. Will be.

【0228】 さらに、K/χがある精度まで知られなければならず、かつ/またはχが別の
ある精度まで知られなければならない、最終用途の応用例では、測定された波長
における周期的誤差の効果、および、波長測定および監視装置によって得られた
波長比の値を、第1および第2の実施形態、およびその変形形態の装置および方
法、および、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本明細書で本発明
の第6の実施形態およびその変形形態において後に記載するような波長モニタの
応用例によって、測定かつ補償することができることは、当業者には明らかにな
るであろう。
Furthermore, in end-use applications where K / χ must be known to one precision and / or χ must be known to another precision, a periodic error in the measured wavelength And the value of the wavelength ratio obtained by the wavelength measurement and monitoring device deviates from the device and method of the first and second embodiments and their variants, and the scope and spirit of the invention. However, it will be apparent to a person skilled in the art that it can be measured and compensated by the application of a wavelength monitor as described later herein in the sixth embodiment of the invention and its variants. .

【0229】 Γが測定経路398におけるガスについて測定される、最終用途の応用例では
、周期的誤差の効果を測定かつ補償することがさらに必要である可能性がある。
後に本明細書で、第6の実施形態およびその変形形態において記載するものを、
周期的誤差の効果について補償されたΓの測定された値を得ることにおいて、使
用することができる。
In end-use applications, where Γ is measured for the gas in measurement path 398, it may be further necessary to measure and compensate for the effects of cyclic error.
What will be described later in the present specification in the sixth embodiment and its modifications,
It can be used in obtaining the measured value of Γ compensated for the effects of periodic errors.

【0230】 第3の実施形態の第2の変形形態を記載する。第3の実施形態では、周期的誤
差の効果が、第1の実施形態の対応する方法および装置を使用することによって
補償される。第3の実施形態の第2の変形形態では、周期的誤差の効果が、第1
の実施形態の変形形態の対応する方法および装置を使用することによって補償さ
れる。第3の実施形態の第2の変形形態の残りの記載は、第1および第3の実施
形態およびその変形形態について与えられた記載の対応する部分と同じものであ
る。
A second variant of the third embodiment will be described. In the third embodiment, the effects of cyclic errors are compensated by using the corresponding method and apparatus of the first embodiment. In the second modification of the third embodiment, the effect of the cyclic error is
Compensation by using corresponding methods and apparatus of variations of the embodiment of. The remaining description of the second variant of the third embodiment is the same as the corresponding parts of the description given for the first and third embodiments and variants thereof.

【0231】 本発明の第4の実施形態を、第4の実施形態の好ましい装置および方法によっ
て記載し、これは、測定経路におけるガスの分散、およびガスによる測定経路の
光学的経路長の変化を測定かつ監視するための装置および方法を含む。第4の実
施形態はさらに、測定されたガスの分散における周期的誤差の効果、およびガス
による測定経路の光学的経路長において測定された変化を補償するための装置お
よび方法を含む。第4の実施形態は、いくつかの異なるカテゴリのうち第4のカ
テゴリからのものである。測定経路のガスの屈折率および/または物理的長さは
変化している可能性がある。加えて、適合された線源によって生成された光ビー
ムの波長の比は、ゼロでない量からなる、知られている比の値へのある相対的精
度に合致する。ゼロでない量は、1つまたは複数の低い次数のゼロでない整数を
含むことができる。
A fourth embodiment of the invention is described by means of the preferred device and method of the fourth embodiment, which describes the dispersion of the gas in the measurement path and the change in the optical path length of the measurement path by the gas. Includes devices and methods for measuring and monitoring. The fourth embodiment further includes an apparatus and method for compensating for the effects of periodic errors in the dispersion of the measured gas and the measured changes in the optical path length of the measurement path due to the gas. The fourth embodiment is from the fourth of several different categories. The refractive index and / or the physical length of the gas in the measurement path may have changed. In addition, the ratio of the wavelengths of the light beam produced by the adapted source matches some relative accuracy to known ratio values, consisting of non-zero quantities. The non-zero quantity may include one or more low order non-zero integers.

【0232】 第3の実施形態およびその変形形態では、周期的誤差の効果が、第1の実施形
態およびその変形形態の対応する方法および装置を使用することによって、すな
わち、電子干渉信号の空間における周期的誤差の効果について補償することによ
って、補償される。第4の実施形態では、周期的誤差の効果が、第2の実施形態
およびその変形形態の対応する方法および装置を使用することによって、すなわ
ち、電子干渉信号の位相の空間における周期的誤差の効果について補償すること
によって、補償される。
In the third embodiment and its variants, the effect of the cyclic error is that by using the corresponding method and device of the first embodiment and its variants, ie in the space of electronic interference signals. It is compensated for by compensating for the effects of periodic errors. In the fourth embodiment, the effect of the periodic error is by using the corresponding method and apparatus of the second embodiment and its variants, ie the effect of the periodic error in the space of the phase of the electronic interference signal. By compensating for

【0233】 測定経路におけるガスの効果についての補正、光学分散関連信号から生成され
た補正における周期的誤差の効果は、光学的経路長の変化の決定のために使用さ
れた信号における周期的誤差の効果より、1.5倍程度以上大きい。
The effect of the periodic error in the correction for the effect of the gas in the measurement path, the correction generated from the optical dispersion related signal is the effect of the cyclic error in the signal used for the determination of the optical path length change It is about 1.5 times larger than the effect.

【0234】 第4の実施形態の好ましい装置および方法によれば、第4の実施形態は、光ビ
ーム309、光ビーム309の線源、干渉計369、トランスレータ367、お
よび図4aに示した第3の実施形態の検出器システム389および390を含む
。第4の実施形態はさらに、図5aおよび図5bに示した電子プロセッサ427
を含む。
According to a preferred apparatus and method of the fourth embodiment, the fourth embodiment comprises a light beam 309, a source of light beam 309, an interferometer 369, a translator 367 and the third shown in FIG. 4a. Embodiments of detector systems 389 and 390. The fourth embodiment further includes the electronic processor 427 shown in Figures 5a and 5b.
including.

【0235】 図4aに示した電子信号321、322、323、および324に対応する、
第4の実施形態の電子信号を、以下でそれぞれ電子信号421、422、423
、および424と称する。第4の実施形態の電子ドライバ305および306の
周波数はそれぞれf6およびf7であり、それぞれ角周波数ω6およびω7を有する
。第4の実施形態では、角周波数ω6,Nyおよびω7,Nyはそれぞれ検出器システム
389および390の角ナイキスト周波数である。第4の実施形態では、線源3
01および302の波長はそれぞれλ6およびλ7であり、知られている近似比l 6 /l7を有する。参照信号s6,Refおよびs7,Refはそれぞれ電子信号421およ
び422として伝送される。第4の実施形態のヘテロダイン信号s6およびs7
それぞれ、第3の実施形態のヘテロダイン信号s4およびs5に対応する。ヘテロ
ダイン信号s6およびs7はそれぞれ電子信号423および424として伝送され
る。
[0235]   Corresponding to the electronic signals 321, 322, 323, and 324 shown in FIG. 4a,
The electronic signals of the fourth embodiment are referred to below as electronic signals 421, 422, 423, respectively.
, And 424. Of the electronic drivers 305 and 306 of the fourth embodiment
Frequency is f6And f7And the angular frequency ω6And ω7Have
. In the fourth embodiment, the angular frequency ω6, NyAnd ω7, NyIs the detector system
The angular Nyquist frequencies of 389 and 390. In the fourth embodiment, the radiation source 3
The wavelengths of 01 and 302 are λ6And λ7And the known approximation ratio l 6 / L7Have. Reference signal s6, RefAnd s7, RefAre electronic signals 421 and
And 422. Heterodyne signal s of the fourth embodiment6And s7Is
Each is the heterodyne signal s of the third embodiment.FourAnd sFiveCorresponding to. Hetero
Dyne signal s6And s7Are transmitted as electronic signals 423 and 424, respectively.
It

【0236】 図5aを参照すると、位相〜ψ6は、電子プロセッサ427のある要素によっ
て決定され、ある要素は電子プロセッサ450A、451A、および452Aを
含み、これらはそれぞれ第2の実施形態の電子プロセッサ250、251A、お
よび252と類似の機能を実行する。位相〜ψ7は、電子プロセッサ427のあ
る他の要素によって決定され、ある他の要素は電子プロセッサ450B、451
C、および452Bを含み、これらはそれぞれ第2の実施形態の電子プロセッサ
250、251A、および252と類似の機能を実行する。第4の実施形態の要
素4275A、4275B、4276、および4277は、第3の実施形態の要
素3275A、3275B、3276、および3277と類似の機能を実行して
、〜θおよび〜Φを決定する。第4の実施形態の〜θおよび〜Φの定義は、以下
のようになる。
Referring to FIG. 5a, the phase ˜ψ 6 is determined by certain elements of electronic processor 427, which include electronic processors 450A, 451A, and 452A, each of which is the electronic processor of the second embodiment. It performs similar functions to 250, 251A, and 252. The phase ~ φ 7 is determined by some other element of the electronic processor 427, some other element of which is the electronic processor 450B, 451.
C, and 452B, which perform similar functions to the electronic processors 250, 251A, and 252 of the second embodiment, respectively. Elements 4275A, 4275B, 4276, and 4277 of the fourth embodiment perform similar functions to elements 3275A, 3275B, 3276, and 3277 of the third embodiment to determine ~ θ and ~ Φ. The definitions of ~ θ and ~ Φ in the fourth embodiment are as follows.

【0237】[0237]

【数52】 [Equation 52]

【数53】 式中、〜ψ6=α6−ω6tかつ〜ψ7=α7−ω7tである。α6およびα7の記載は
、第2の実施形態のα3について与えられた記載の対応する部分と同じものであ
る。
[Equation 53] Wherein a ~ψ 6 = α 66 t and ~ψ 7 = α 7 -ω 7 t . The description of α 6 and α 7 is the same as the corresponding parts of the description given for α 3 of the second embodiment.

【0238】 電子プロセッサ427はさらに、QΨ,MのZΨ,Mを決定するための電子プロセ
ッサ452C、453、454、および455を含む。
Electronic processor 427 further includes electronic processors 452C, 453, 454, and 455 for determining Z Ψ, M of Q Ψ, M.

【0239】[0239]

【数54】 第4の実施形態の電子プロセッサ452C、453、454および455は、第
2の実施形態の電子プロセッサ252、253、254、および255と類似の
機能を実行する。位相〜ΦおよびZΨ,Mは電子プロセッサ456に伝送され、そ
こで〜Φ−ZΨ,Mが生成される。第4の実施形態の電子プロセッサ456は、第
2の実施形態の電子プロセッサ256と類似の機能を実行する。
[Equation 54] The electronic processors 452C, 453, 454 and 455 of the fourth embodiment perform similar functions to the electronic processors 252, 253, 254 and 255 of the second embodiment. The phases ~ Φ and ZΨ, M are transmitted to the electronic processor 456 where ~ Φ- ZΨ, M is generated. The electronic processor 456 of the fourth embodiment performs similar functions to the electronic processor 256 of the second embodiment.

【0240】 周期的誤差補償された位相〜Φ−ZΨ,Mはデジタルコンピュータ429へ、信
号428として伝送される。デジタルコンピュータ429は分散(n7−n6)を
、以下の公式に従って計算する。
The cyclic error compensated phase ~ Φ-Z Ψ, M is transmitted to the digital computer 429 as signal 428. Digital computer 429 calculates the variance (n 7 -n 6 ) according to the following formula:

【0241】[0241]

【数55】 〜θ、ζΨにおける周期的誤差の効果は、式(74)に完全性のために含まれる
。しかし、ζΨは第4の実施形態において補償されない。分散(n7−n6)の計
算におけるζΨの効果は、ZΨの効果に相対的な係数(K/χ)によって低減さ
れ、したがって、ζΨの効果を、|K/χ|≪1である最終用途の応用例では無
視できることに留意されたい。
[Equation 55] The effect of the cyclic error on ˜θ, ζ ψ is included in Eq. (74) for completeness. However, ζ Ψ is not compensated for in the fourth embodiment. The effect of ζ Ψ in the calculation of the variance (n 7 −n 6 ) is reduced by the coefficient (K / χ) relative to the effect of Z Ψ , and therefore the effect of ζ Ψ is | K / χ | << 1. Note that this is negligible for some end use applications.

【0242】 距離測定干渉計に関係する応用例では、ヘテロダイン位相〜ψ6、および、位
相〜θおよび〜Φを使用して、距離L6を、距離測定干渉計の測定経路における
ガスの屈折率の効果に依存しない、かつ、分散関連信号における周期的誤差の効
果について補正された量として、以下の公式を使用して決定することができる。
In applications related to range finding interferometers, heterodyne phase ~ ψ 6 , and phases ~ θ and ~ Φ are used to describe range L 6 as the refractive index of the gas in the measurement path of the range finding interferometer. The following formula can be used as a quantity that is independent of the effect of and corrected for the effect of the periodic error in the dispersion-related signal.

【0243】[0243]

【数56】 第4の実施形態の変形形態の残りの記載は、本発明の第2および第3の実施形
態について与えられた記載の対応する部分と同じものである。
[Equation 56] The remaining description of the variants of the fourth embodiment is the same as the corresponding parts of the description given for the second and third embodiments of the invention.

【0244】 図5cおよび図5dは概略的形式において、本発明の第5の実施形態の好まし
い装置および方法による、電子プロセッサ527Aを示す。第5の実施形態は、
第4のカテゴリの実施形態からのものであり、ビーム309、ビーム309の線
源、干渉計369、検出器システム389、および図4aに示した第3の実施形
態のデジタルコンピュータ329、および図5cおよび図5dに示した電子プロ
セッサ427Aを含む。
5c and 5d show in schematic form an electronic processor 527A according to a preferred apparatus and method of the fifth embodiment of the present invention. The fifth embodiment is
From the fourth category of embodiments, beam 309, source of beam 309, interferometer 369, detector system 389, and digital computer 329 of the third embodiment shown in FIG. 4a, and FIG. 5c. And an electronic processor 427A shown in FIG. 5d.

【0245】 第5の実施形態は、測定経路におけるガスの分散、ガスによる測定経路の光学
的経路長の変化、および測定経路の物理的経路長の変化による測定経路の光学的
経路長の変化を、測定かつ監視するための装置および方法を含む。第5の実施形
態はさらに、測定経路において測定されたガスの分散における、ガスによる測定
経路の光学的経路長の変化における、かつ測定経路の物理的経路長の変化による
測定経路の光学的経路長の変化における、周期的誤差の効果を測定かつ補償する
ための装置および方法を含む。
In the fifth embodiment, the dispersion of gas in the measurement path, the change in the optical path length of the measurement path due to the gas, and the change in the optical path length of the measurement path due to the change in the physical path length of the measurement path are described. , Apparatus and methods for measuring and monitoring. The fifth embodiment further comprises the optical path length of the measurement path in the dispersion of the gas measured in the measurement path, in the change of the optical path length of the measurement path by the gas and by the change of the physical path length of the measurement path. Apparatus and method for measuring and compensating for the effects of cyclical errors on changes in

【0246】 第4の実施形態では、周期的誤差の効果が、第1の実施形態およびその変形形
態の対応する方法および装置を使用することによって補償される。第5の実施形
態では、周期的誤差の効果がまた、第1の実施形態およびその変形形態の対応す
る方法および装置を使用することによっても補償される。
In the fourth embodiment, the effects of cyclic errors are compensated by using the corresponding method and apparatus of the first embodiment and its variants. In the fifth embodiment, the effect of the cyclic error is also compensated by using the corresponding method and device of the first embodiment and its variants.

【0247】 電子プロセッサ427Aは、電子プロセッサ450A、451A、451B、
452A、453A、454A、455A、および456Aを含み、これらは第
2の実施形態の電子プロセッサ250、251A、251B、252、253、
254、255、および256と類似の機能を実行して、Ψ6,Mおよび〜ψ6−Ψ 6,M を生成する。電子プロセッサ427Aはさらに、電子プロセッサ450B、
451C、451D、および452Bを含み、これらは250、251A、25
1B、および252と類似の機能を実行して、〜ψ7を生成する。第5の実施形
態の電子プロセッサ4275A、4275B、4276、および4277は、電
子プロセッサ453B、454B、455B、および456Bと類似の機能を実
行し、これらは第4の実施形態の電子プロセッサ4275A、4275B、42
76、および4277と類似の機能を実行して、〜θおよび〜Φを生成する。電
子プロセッサ452C、453B、454B、455B、および456Bは、第
4の実施形態の電子プロセッサ452C、453、454、455、および45
6と類似の機能を実行して、Z6,Mおよび〜Φ−Z6,Mを生成する。
[0247]   The electronic processor 427A includes electronic processors 450A, 451A, 451B,
452A, 453A, 454A, 455A, and 456A, which are
2 embodiment electronic processors 250, 251A, 251B, 252, 253,
Perform a function similar to 254, 255, and 256 to obtain Ψ6, MAnd ~ ψ6−Ψ 6, M To generate. Electronic processor 427A further includes electronic processor 450B,
451C, 451D, and 452B, which are 250, 251A, 25
1B, and perform a function similar to 252,7To generate. Fifth embodiment
State electronic processors 4275A, 4275B, 4276, and 4277 are electrically powered.
Performs similar functions to child processors 453B, 454B, 455B, and 456B.
And these are the electronic processors 4275A, 4275B, 42 of the fourth embodiment.
Perform a function similar to 76, and 4277 to generate ~? And ~ ?. Electric
The child processors 452C, 453B, 454B, 455B, and 456B are
4 embodiments electronic processors 452C, 453, 454, 455, and 45
Perform a function similar to 6 to6, MAnd ~ Φ-Z6, MTo generate.

【0248】 周期的誤差補正された位相〜ψ6−Ψ6,M、位相〜θおよび〜Φ−ZΨ,M、およ
び周期的誤差補正項Ψ6,MおよびZΨ,Mはデジタルコンピュータ329へ、信号
428Aとして伝送され、デジタルコンピュータ329によって使用されて、距
離L6が、距離測定干渉計の測定経路におけるガスの屈折率の効果に依存しない
、かつ、分散および距離測定関連信号における周期的誤差の効果について補正さ
れた量として、以下の式(75)を使用して決定され、ζΨ,Mは以下の公式によ
って計算される。
The cyclic error-corrected phase ˜φ 6 −Ψ 6, M , the phases ˜θ and ˜Φ−Z Ψ, M , and the cyclic error correction terms Ψ 6, M and Z Ψ, M are digital computers 329. Signal 428A and used by the digital computer 329 to make the distance L 6 independent of the effect of the refractive index of the gas in the measurement path of the distance measuring interferometer, and periodic in the dispersion and distance measurement related signals. As a quantity corrected for the effect of error, determined using equation (75) below, ζ Ψ, M is calculated by the following formula:

【0249】[0249]

【数57】 第5の実施形態の残りの記載は、第2、第3および第4の実施形態およびそれ
らにおける変形形態について与えられた記載の対応する部分と同じものである。
[Equation 57] The remaining description of the fifth embodiment is the same as the corresponding parts of the description given for the second, third and fourth embodiments and variants thereof.

【0250】 第6の実施形態の好ましい装置および方法による第6の実施形態を説明する。
この第6の実施形態は、信号に関する分散測定および信号に関する屈折度測定ま
たはガスの固有の光学特性を決定するために使用される信号に関する屈折度測定
の両方における周期的誤差を測定および補正する装置および方法の両方を含んで
いる。この第6の実施形態は、波長測定および/または光ビームの波長を決定お
よび/またはモニタするために使用される関連する信号における周期的誤差を測
定および補正する装置および方法の両方をさらに含んでいる。この第6の実施形
態は、いくつかの異なるカテゴリーの第5のカテゴリーから由来する。
A sixth embodiment of the preferred apparatus and method of the sixth embodiment will be described.
This sixth embodiment is an apparatus for measuring and correcting periodic errors in both dispersion measurements on signals and refraction measurements on signals or refraction measurements on signals used to determine the intrinsic optical properties of a gas. And both methods. This sixth embodiment further includes both an apparatus and method for measuring and correcting for periodic errors in the wavelength measurement and / or associated signals used to determine and / or monitor the wavelength of the light beam. There is. This sixth embodiment derives from the fifth category of several different categories.

【0251】 第6の実施形態の装置および方法は、第4の実施形態の装置および方法を含み
、ガスの分散およびガスの屈折度を測定して、周期的誤差の効果に対して補正さ
れるガスの対応する相互の分散パワーを決定する。ガスの屈折度を決定すること
に対しては、それぞれの波長における測定経路を真空にする。この真空の測定経
路は、周期的な誤差の効果に対して補正された波長を測定およびモニタリングす
るために使用することもできる。周期的な誤差に対して補正された分散を測定す
るために使用される第2の波長は、第2の波長について測定経路を設けることに
よって測定およびモニタすることができる。
The apparatus and method of the sixth embodiment includes the apparatus and method of the fourth embodiment and measures the dispersion of the gas and the refraction index of the gas to be corrected for the effects of periodic error. Determine the corresponding mutual dispersed powers of the gases. For determining the refractive index of the gas, the measuring path at each wavelength is evacuated. This vacuum measurement path can also be used to measure and monitor wavelengths corrected for the effects of periodic errors. The second wavelength used to measure the dispersion corrected for the periodic error can be measured and monitored by providing a measurement path for the second wavelength.

【0252】 ガスおよび光ビームの波長の固有の光学特性を測定およびモニタリングする装
置および方法をさらに説明するために、「Apparatus And Met
hods For Measuring Intrinsic Optical
Properties Of A Gas」(前掲)と題する米国特許出願第
09/323,515号を参照する。該出願は、参照により本願に組み込まれる
To further describe the apparatus and method for measuring and monitoring the intrinsic optical properties of gas and light beam wavelengths, see “Apparatus And Met.
hods For Measuring Intrinsic Optical
Reference is made to U.S. patent application Ser. No. 09 / 323,515 entitled "Properties Of A Gas" (supra). The application is incorporated herein by reference.

【0253】 第6の実施形態の残りの説明は、第4の実施形態およびその変形例に対して与
えられた説明の対応する部分と同様である。 第6の実施形態の変形例の好ましい装置および方法による第6の実施形態の変
形例を説明する。この変形例は、信号に関する分散測定および信号に関する屈折
度測定またはガスの固有の光学特性を決定するために使用される信号に関する屈
折度測定の両方における周期的誤差を測定および補正する装置および方法の両方
を含んでいる。この第6の実施形態の変形例は、波長測定および/または光ビー
ムの波長を決定および/またはモニタするために使用される関連する信号におけ
る周期的誤差を測定および補正する装置および方法の両方をさらに含んでいる。
この第6の実施形態の変形例は、いくつかの異なるカテゴリーの第5のカテゴリ
ーから由来する。
The rest of the description of the sixth embodiment is similar to the corresponding parts of the description given for the fourth embodiment and its variants. A modification of the sixth embodiment according to a preferred apparatus and method of the modification of the sixth embodiment will be described. This variation provides an apparatus and method for measuring and correcting periodic errors in both dispersion measurements on signals and refraction measurements on signals or refraction measurements on signals used to determine the intrinsic optical properties of a gas. Both are included. This variation of the sixth embodiment provides both an apparatus and method for measuring and correcting periodic errors in the wavelength measurement and / or associated signals used to determine and / or monitor the wavelength of a light beam. Including further.
This variant of the sixth embodiment derives from the fifth category of several different categories.

【0254】 第6の実施形態の変形例の装置および方法は、第5の実施形態の装置および方
法を含み、ガスの分散およびガスの屈折度を測定して、周期的な誤差の効果に対
して補正されるガスの対応する相互の分散パワーを決定する。ガスの屈折度を決
定することに対しては、それぞれの波長における測定経路に対して真空を与える
。この真空の測定経路は、周期的な誤差の効果に対して補正された波長を測定お
よびモニタリングするために使用することもできる。周期的な誤差に対して補正
された分散を測定するために使用される第2の波長は、第2の波長について測定
経路を設けることによって測定およびモニタすることができる。
The apparatus and method of the modification of the sixth embodiment includes the apparatus and method of the fifth embodiment, and measures the dispersion of gas and the refractive index of gas to measure the effect of periodic error. Determine the corresponding mutual dispersed powers of the gases to be corrected. For determining the refractive index of the gas, a vacuum is applied to the measurement path at each wavelength. This vacuum measurement path can also be used to measure and monitor wavelengths corrected for the effects of periodic errors. The second wavelength used to measure the dispersion corrected for the periodic error can be measured and monitored by providing a measurement path for the second wavelength.

【0255】 第6の実施形態の変形例の残りの説明は、第5および第6の実施形態に対して
与えられた説明の対応する部分と同様である。 前述した全ての実施形態における信号処理技術の変形例も、本発明の範囲の中
に入る。例えば、周期的誤差に対応するピークを一層良好に分解するためにその
スペクトルを分析する前に、ウィンドウ関数を干渉データに加えることができる
。特に、ウィンドウ関数を選択して、ω+φにおける優位周波数でのヘテロダイ
ン干渉ピークの寄与を分析されるデータにまで抑制することができる。
The rest of the description of the variants of the sixth embodiment is similar to the corresponding parts of the description given for the fifth and sixth embodiments. Modifications of the signal processing technique in all the above-described embodiments are also within the scope of the present invention. For example, a window function can be added to the interferometric data before analyzing its spectrum to better resolve peaks corresponding to periodic errors. In particular, a window function can be chosen to suppress the contribution of the heterodyne interference peak at the dominant frequency at ω + φ down to the data analyzed.

【0256】 そのようなウィンドウ関数の関連性は、周期的誤差を含む干渉データのスライ
ディングウィンドウのフーリエ変換分析を考慮することにより実証することがで
きる。スライディングウィンドウのフーリエ変換は、干渉信号、例えば、s(t
)を継続時間τの時間ウィンドウにわたってサンプリングし、次に、サンプリン
グされたデータをフーリエ変換する。これにより、変換されたデータは、時間ウ
ィンドウのフーリエ変換を用いてたたみ込み積分されたウィンドウ付けされない
(unwindowed)干渉信号のフーリエ変換に相当する。これはシンク関
数である。干渉データにおける優位ピークとのシンク関数のたたみ込みは、シン
ク関数のウィングに相当する変換されたデータ内にバックグラウンドを発生する
。このバックグラウンドは、周期的誤差のピークを覆い隠すことがある。その理
由は、そのようなピークの振幅は、一般に、ω+φにおける優位周波数でのピー
クの振幅よりもはるかに小さいため、周期的誤差の係数を正確に特徴付けること
を一層困難にするためである。
The relevance of such window functions can be demonstrated by considering a Fourier transform analysis of a sliding window of interfering data that includes periodic errors. The Fourier transform of the sliding window is the interference signal, eg s (t
) Is sampled over a time window of duration τ and then the sampled data is Fourier transformed. The transformed data thereby corresponds to the Fourier transform of the unwindowed interfering signal that has been convolved with the Fourier transform of the time window. This is a sink function. The convolution of the sink function with the dominant peak in the interfering data produces a background in the transformed data that corresponds to the wing of the sink function. This background can mask the peaks of the cyclic error. The reason is that the amplitude of such peaks is generally much smaller than the amplitude of the peak at the dominant frequency at ω + φ, making it more difficult to characterize the coefficient of periodic error accurately.

【0257】 そのような困難に対処するために、実施形態は1つ以上の電子プロセッサを備
えている。これらの電子プロセッサはウィンドウ関数を採用して、スライディン
グウィンドウのフーリエ変換に関連するシンク関数の広帯域のウィングを抑制す
る。例えば、前述したプロセッサ151B,252,257,351B,351
D,452A,および452Cのいずれかを変更し、ウィンドウ関数を適用させ
て、入力データのフーリエ変換を計算する前に、プロセッサにデータを入力する
ことができる。例えば、適当なウィンドウ関数は、近似ガウスウィンドウ、近似
ローレンツウィンドウ、コサインベルウィンドウ(cosine bell w
indow)、三角ウィンドウ(triangular window)、およ
びその端点近傍のデータを平滑にする他のウィンドウのいずれかを含むことがで
きる。プロセッサは、そのようなウィンドウ関数によって入力データを乗算する
。このウィンドウ関数は、例えば、τと比較できる時定数を持つように選択され
、次に、そのようにウィンドウ付けられたデータをフーリエ変換する。ウィンド
ウ関数がスライディングウィンドウのフーリエ変換のみの振幅に対してその端点
近傍のデータの振幅を一層緩やかに減少させるため、スペクトルデータにおける
優位ピークによって引き起こされたバックグラウンドが減少され、周期的誤差の
ピークをより正確に識別することができる。
To address such difficulties, embodiments include one or more electronic processors. These electronic processors employ a window function to suppress the wideband wings of the sinc function associated with the Fourier transform of the sliding window. For example, the aforementioned processors 151B, 252, 257, 351B, 351
Any of D, 452A, and 452C can be modified and a window function applied to input data to the processor before computing the Fourier transform of the input data. For example, suitable window functions are approximate Gaussian window, approximate Lorentz window, cosine bell window.
window, a triangular window, and any other window that smooths the data near its endpoints. The processor multiplies the input data by such a window function. This window function is chosen, for example, to have a time constant that can be compared to τ and then Fourier transform the data so windowed. Since the window function reduces the amplitude of the data near its endpoint more slowly than the amplitude of the sliding window Fourier transform only, the background caused by the dominant peaks in the spectral data is reduced and the peaks of the periodic error are reduced. It can be identified more accurately.

【0258】 三角ウィンドウ関数を実現する1つのコンピュータ利用の安価な技術は、スラ
イディングウィンドウのデータ収集部からの一連のデータサンプルを計算するこ
とである。特に、Nポイントのデータ配列を連続的にサンプリングする検出器を
検討する。この場合、各連続するデータ配列は、Nより小さい増分、例えば、1
の増分だけシフトされる。対応するポイントにおける一連のデータ配列を加算す
ることにより、三角ウィンドウ関数を発生することができる。このため、例えば
、連続的なデータ配列が1つの増分だけシフトされる場合、Mの連続データ配列
が加算されて、N+M−1ポイントのデータ配列を生成することができる。これ
は次にフーリエ変換され、そのフーリエ変換のバックグラウンドは、連続的に加
算されるために減少される(これにより、三角ウィンドウが生成される)。
One inexpensive computer-based technique for implementing the triangular window function is to compute a series of data samples from the data collection part of the sliding window. In particular, consider a detector that continuously samples an N-point data array. In this case, each successive data array is incremented by less than N, eg, 1
Is shifted by the increment of. A triangular window function can be generated by adding a series of data arrays at corresponding points. Thus, for example, if a contiguous data array is shifted by one increment, M contiguous data arrays can be added to produce an N + M-1 point data array. This is then Fourier transformed, and the background of the Fourier transform is reduced because it is continuously added (which produces a triangular window).

【0259】 他のウィンドウ関数も可能である。例えば、プロセッサは周期的誤差の周波数
を選んで、優位ピークのω+φの周波数を抑制するウィンドウ関数を採用するこ
とができる。あるいはまた、またはさらに、データへの優位周波数の寄与を、時
間または周波数のドメインのいずれかにおいてデータから取り除いて、データを
「事前漂白する」ことができる。優位ピークの寄与を取り除くことにより、周期
的誤差のピークをより正確に分解および定量化することができる。
Other window functions are possible. For example, the processor may choose the frequency of the periodic error and employ a window function that suppresses the frequency of the dominant peak ω + φ. Alternatively, or in addition, the dominant frequency contribution to the data can be removed from the data in either the time or frequency domain to "pre-bleach" the data. By removing the contribution of the dominant peak, the peaks of the cyclic error can be more accurately resolved and quantified.

【0260】 例えば、前述したプロセッサ151B,252,257,351B,351D
,452A,および452Cのいずれかを、以下のように変更することができる
。第1に、スライディングウィンドウのフーリエ変換を、入力データに適用する
。フーリエ変換に基づいて、優位ピークの振幅および位相が決定される。次に、
優位周波数におけるデルタ関数およびスライディングウィンドウに対応するシン
ク関数のたたみ込みに等しい信号がフーリエ変換されたデータから差し引かれて
、これにより、優位ピークによって作られた寄与を取り除き、周期的誤差のピー
クをより明らかにする。あるいはまた、スライディングウィンドウによりサンプ
リングされた入力データから優位周波数における正弦波状の項の寄与を差し引く
ことにより、時間ドメインにおける寄与を取り除くことができる。この優位周波
数は、スライディングウィンドウのフーリエ変換により決定された振幅と位相と
を有している。次に、結果として生じた入力データはフーリエ変換されて、周期
的誤差のピークを表す。どちらのドメインにおいても、優位ピークの振幅および
位相に対する周期的誤差の寄与のその後の計算に基づいて、処理手順を繰り返し
向上させることができる。
For example, the aforementioned processors 151B, 252, 257, 351B, 351D
, 452A, and 452C can be changed as follows. First, a sliding window Fourier transform is applied to the input data. The amplitude and phase of the dominant peak are determined based on the Fourier transform. next,
A signal equal to the convolution of the delta function at the dominant frequency and the sinc function corresponding to the sliding window is subtracted from the Fourier transformed data, thereby removing the contribution made by the dominant peak and eliminating the peak of the periodic error. Make it clear. Alternatively, the contribution in the time domain can be removed by subtracting the sinusoidal term contribution at the dominant frequency from the input data sampled by the sliding window. This dominant frequency has the amplitude and phase determined by the Fourier transform of the sliding window. The resulting input data is then Fourier transformed to represent peaks of periodic error. In either domain, the procedure can be iteratively refined based on subsequent calculations of the contribution of the periodic error to the amplitude and phase of the dominant peak.

【0261】 前述した実施形態の電子プロセッサにより実行することができる別の技術は、
同調フィルタ(フェーズロックインとも呼ばれる)を使用して、より正確に周期
的誤差係数を決定することである。この同調フィルタは、周期的誤差の項の特別
なセットが、干渉信号への統計的に重要な寄与を作るとして識別された場合に使
用することができる。その後、同調フィルタを繰り返し使用して、干渉法システ
ムを使用する間に周期的誤差の係数を更新することができる。この同調フィルタ
を図8を参照してここで説明する。この図8は、電子プロセッサ800の概略図
である。この説明の目的に対しては、電子プロセッサ800は、第1の実施形態
の一部として図2bに示した電子プロセッサ127の構成要素である。例えば、
いずれかの電子プロセッサ127A,227,227A,327,427,およ
び427Aの構成要素として、いずれかの他の実施形態におけると同様に、この
電子プロセッサ800を直接的な方法で実行することもできる。
Another technique that can be implemented by the electronic processor of the embodiments described above is:
The use of a tuned filter (also called phase lock-in) to more accurately determine the cyclic error coefficient. This tuned filter can be used if a special set of periodic error terms is identified as making a statistically significant contribution to the interfering signal. The tuned filter can then be used repeatedly to update the coefficient of periodic error while using the interferometry system. This tuned filter will now be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic diagram of the electronic processor 800. For the purposes of this description, the electronic processor 800 is a component of the electronic processor 127 shown in Figure 2b as part of the first embodiment. For example,
As a component of any of the electronic processors 127A, 227, 227A, 327, 427, and 427A, the electronic processor 800 can also be implemented in a direct manner, as in any other embodiment.

【0262】 図8を参照する。電子プロセッサ800は、検出器185から干渉信号s2
t)を示す信号123の一部、検出器からナイキスト周波数ω2,Nyを示す信号1
23の別の一部、およびドライバ105から参照信号s2,Ref(t)を示す信号
121の一部を、入力信号として受信する。信号s2,Ref(t)およびs2(t)
は、それぞれ、スペクトル解析器851Aおよび851Bを通過する。スペクト
ル解析器851Aは、参照信号s2,Ref(t)に基づいてヘテロダイン参照周波
数ω2を決定し、スペクトル解析器851Bは干渉信号s2(t)を分析して、s 2 (t)における優位ピークの周波数を決定する。この優位ピークは、ω2+・φ 2 (またはそのエイリアス)に対応する。ω2およびω2+・φ2の値は、次に、プ
ロセッサ853に送られる。このプロセッサ853は、ナイキスト周波数ω2,Ny を示す信号および当該の周期的誤差の項を示す信号802を入力として受信する
。前述したように、そのような項は電子プロセッサ154から送られる。この電
子プロセッサ154は、電子プロセッサ153により実行されるカイ二乗試験に
基づいて、統計的に重要な周期的誤差の項についての情報を記憶する。入力信号
に基づいて、プロセッサ853は、各当該の周期的誤差の項が現在サンプリング
されたデータのドップラーシフト(Doppler shift)・φ2に対す
るs2(t)の信号の中に現れる周波数を決定する。特に、プロセッサ853は
、どの周期的誤差の周波数〜ω2,vが(もしあれば)、ドップラーシフトの大き
さのために、式(6)および式(7)に基づいてエイリアス〜ω2,v.Aとして現
れるかを決定する。プロセッサ853は、次に、周期的誤差の周波数〜ω’2,v
を電子プロセッサ854に送る。ここで〜ω’2,vは、必要に応じて、基本的な
周期的誤差の周波数〜ω2,vまたはそのエイリアス〜ω2,v.Aのいずれかを示す。
[0262]   Please refer to FIG. The electronic processor 800 outputs the interference signal s from the detector 185.2(
part of the signal 123 indicating t), the Nyquist frequency ω from the detector2, NySignal 1 indicating
23, and the reference signal s from the driver 105.2, RefSignal indicating (t)
A part of 121 is received as an input signal. Signal s2, Ref(T) and s2(T)
Pass through spectrum analyzers 851A and 851B, respectively. Spect
Rule analyzer 851A uses the reference signal s2, RefHeterodyne reference frequency based on (t)
Number ω2And the spectrum analyzer 851B determines the interference signal s2Analyzing (t), s 2 The frequency of the dominant peak at (t) is determined. This dominant peak is ω2+ / Φ 2 (Or its alias). ω2And ω2+ / Φ2The value of
It is sent to the processor 853. This processor 853 has the Nyquist frequency ω2, Ny And a signal 802 indicating the relevant cyclic error term are received as inputs.
. As mentioned above, such terms are sent from electronic processor 154. This phone
The child processor 154 performs the chi-square test executed by the electronic processor 153.
On the basis of this, information about the statistically significant periodic error terms is stored. input signal
Processor 853 determines that each relevant cyclic error term is currently sampled.
Shift of the converted data (Doppler shift) φ2Against
S2The frequency appearing in the signal of (t) is determined. In particular, the processor 853
, Which frequency of the periodic error ~ ω2, vIs the magnitude of the Doppler shift (if any)
Therefore, the alias ~ ω based on equations (6) and (7)2, vAAs present
Decide whether or not The processor 853 then determines the frequency of the cyclic error ~ ω '.2, v
To the electronic processor 854. Here ~ ω '2, vA basic if needed
Frequency of periodic error ~ ω2, vOr its alias ~ ω2, vAIndicates either

【0263】 なお図8を参照する。電子プロセッサ854は、検出器185から干渉信号s 2 (t)を示す信号123の別の部分を付加的な入力として受信する。周期的誤
差の周波数〜ω’2,vの各々に対して、電子プロセッサ854はs2(t)にco
s〜ω’2,vおよびsin〜ω’2,vを掛けて、それぞれ、2つの出力信号831
および832を発生する。これらの信号はプロセッサ855に送られる。コサイ
ンおよびサインの項を用いる乗算により、s2(t)における各周波数は、信号
831および832の各々において+〜ω’2,vおよび−〜ω’2,vだけシフトさ
れる。後者のシフトは、当該の周期的誤差の項に対して低周波数の項(例えば、
ゼロ周波数の項)を発生する。プロセッサ855はローパスフィルタである。こ
のローパスフィルタは、例えば、時定数Tにわたって信号をデジタル的に積分す
ることによって、高周波数の項を除去して、低周波数の項のみを保持する。特に
、この積分は、以下を発生する。
[0263]   Note that FIG. 8 is referred to. The electronic processor 854 receives the interference signal s from the detector 185. 2 Another part of the signal 123 indicating (t) is received as an additional input. Cyclic error
Difference frequency ~ ω '2, vFor each of the2Co to (t)
s ~ ω '2, vAnd sin ~ ω '2, vAnd output two output signals 831
And 832. These signals are sent to the processor 855. Kosai
S and sine terms multiply2Each frequency in (t) is the signal
+ ~ Ω 'in each of 831 and 8322, vAnd- ~ ω '2, vOnly shifted
Be done. The latter shift has a lower frequency term (eg,
Zero frequency term). Processor 855 is a low pass filter. This
Low-pass filter, for example, digitally integrates the signal over a time constant T.
To remove the high frequency terms and retain only the low frequency terms. In particular
, This integration yields:

【0264】[0264]

【数58】 および[Equation 58] and

【0265】[0265]

【数59】 プロセッサ855は、次に、式(77)および式(78)に対する積分結果に
ついてアークタンジェント計算を用いることにより、周期的誤差の係数の振幅A 2,v および位相ζ2,vを決定する。あるいはまた、プロセッサ855は、周期的誤
差を含む干渉信号に対して複素表示を用いる場合、周期的誤差の項に対して複素
振幅を計算することができる。プロセッサ854および855は、当該の周期的
誤差の項の各々に対して計算を繰り返す。プロセッサ855は、次に、周期的誤
差の係数をプロセッサ155のようなプロセッサ127における1つ以上の後続
のプロセッサ送る。ここでこれらの係数は、干渉信号から周期的誤差の項の寄与
を取り除くために最終的に使用される。
[Equation 59]   Processor 855 then provides the integration result for equations (77) and (78).
Then, by using the arctangent calculation, the amplitude A of the coefficient of the periodic error is 2, v And phase ζ2, vTo decide. Alternatively, the processor 855 may
When using the complex representation for interfering signals that include differences, the complex representation for the periodic error terms
The amplitude can be calculated. Processors 854 and 855 are
Repeat the calculation for each of the error terms. The processor 855 then
The difference coefficient may be one or more successors in processor 127, such as processor 155.
Send to the processor. Where these coefficients are the contributions of the periodic error term from the interfering signal.
Finally used to get rid of.

【0266】 特に、プロセッサ851A,851B,および853は、ドップラーシフト・
φ2をモニタリングすることによって周波数〜ω’2,vの同調を取るので、プロセ
ッサ855内のローパスフィルタの時定数(例えば、積分時間)を、ドップラー
シフトの変換率と比べて長くすることができる。このため、時定数Tを十分に長
くして、s2(t)における信号対雑音比が小さいにもかかわらず、周期的誤差
の係数に対して正確な値を発生する。このことは、マイクロリソグラフィのよう
な用途において特に重要である。このマイクロリソグラフィでは、ステージのス
ルーレート(またその結果、ドップラーシフト)を急速に変化させて、これによ
り、マイクロリソグラフィのツールの生産性を増加させる要望が存在する。
In particular, the processors 851A, 851B, and 853 are
Since the frequency ~ ω ' 2, v is tuned by monitoring φ 2 , the time constant (eg, integration time) of the low-pass filter in the processor 855 can be lengthened compared to the conversion rate of the Doppler shift. . For this reason, the time constant T is made sufficiently long to generate an accurate value for the coefficient of the periodic error even though the signal-to-noise ratio at s 2 (t) is small. This is especially important in applications such as microlithography. In this microlithography there is a desire to rapidly change the slew rate of the stage (and consequently the Doppler shift), thereby increasing the productivity of the microlithography tool.

【0267】 電子プロセッサ800のさらなる実施形態では、検出器185からの干渉信号
2(t)を示す信号123の第2の部分を、前述したように、時間ドメインの
中で事前漂白することができる。特に、この信号は、電子プロセッサ854を通
過する前に事前漂白され、これにより、周波数ω2+・φ2(またはそのエイリア
ス)における優位なヘテロダインの項の寄与を取り除き、(式(5)により定義
された)s2,Ψ(t)についての近似値を示す信号を発生する。この信号は、次
に、電子プロセッサ854に送られる。
In a further embodiment of the electronic processor 800, the second portion of the signal 123 indicative of the interference signal s 2 (t) from the detector 185 may be pre-bleached in the time domain, as described above. it can. In particular, this signal is pre-bleached before passing through the electronic processor 854, which removes the dominant heterodyne term contribution at the frequency ω 2 + · φ 2 (or its alias), Generate a signal that represents an approximation for (defined) s 2, Ψ (t). This signal is then sent to electronic processor 854.

【0268】 前述した実施形態の信号処理技術に関する別の変形例を記述する。本発明の態
様は、一般に、干渉信号への周期的誤差の寄与をスペクトル表示として特徴付け
ることを提案している。前に詳述したように、特定の周期的誤差の項が干渉信号
内の優位ピークに寄与するか否かは、ドップラーシフトとナイキスト周波数とに
依存する。ドップラーシフトは干渉法システムが動作する間に変化するので、ド
ップラーシフトがそのような周期的誤差の項を優位の項からスペクトル的に分離
させる場合、特定の周期的誤差の項を特徴付けることができる。最終的に、全て
の統計的に関連する周期的誤差の項のスペクトル表示が構築され、スペクトル表
示およびφについての事前の評価に基づいて、時間ドメイン内の干渉信号に対す
る周期的誤差の寄与を減算することによって、干渉信号の(周期的誤差の寄与が
存在しない)位相φを繰り返し決定することができる。例えば、第1の実施形態
のプロセッサ127内のプロセッサ152,155および156は、そのような
反復計算を実行する。
Another modification of the signal processing technique of the above-described embodiment will be described. Aspects of the invention generally propose to characterize the contribution of the periodic error to the interfering signal as a spectral representation. As detailed above, whether a particular periodic error term contributes to the dominant peak in the interfering signal depends on the Doppler shift and the Nyquist frequency. Since the Doppler shift changes during the operation of the interferometric system, a particular periodic error term can be characterized if the Doppler shift spectrally separates such periodic error terms from the dominant terms. . Finally, a spectral representation of all statistically relevant periodic error terms is constructed, and the contribution of the periodic error to the interfering signal in the time domain is subtracted based on the spectral representation and prior evaluation of φ. By doing so, it is possible to iteratively determine the phase φ of the interference signal (without the contribution of the periodic error). For example, the processors 152, 155 and 156 in the processor 127 of the first embodiment perform such iterative calculations.

【0269】 別の方式では、周期的誤差の寄与が周波数ドメイン内の干渉信号から差し引か
れて、位相φを繰り返し決定する。そのような場合、優位の周波数において干渉
信号に寄与するこれらの周期的誤差のみを考慮する必要がある。例えば、図9は
、そのような方式を実現する電子プロセッサ900の概略図である。この説明の
目的に対しては、電子プロセッサ900は、第1の実施形態の一部として図2b
に示した電子プロセッサ127の構成要素である。例えば、いずれかの電子プロ
セッサ127A,227,227A,327,427,および427Aの構成要
素として、いずれかの他の実施形態におけると同様に、この電子プロセッサ90
0を直接的な方法で実行することもできる。
In another scheme, the contribution of the periodic error is subtracted from the interfering signal in the frequency domain to iteratively determine the phase φ. In such cases, only those periodic errors that contribute to the interfering signal at the dominant frequency need be considered. For example, FIG. 9 is a schematic diagram of an electronic processor 900 that implements such a scheme. For the purposes of this description, the electronic processor 900 is shown in Figure 2b as part of the first embodiment.
It is a component of the electronic processor 127 shown in FIG. For example, as a component of any of the electronic processors 127A, 227, 227A, 327, 427, and 427A, as in any other embodiment, the electronic processor 90
It is also possible to implement 0 in a straightforward way.

【0270】 図9を参照する。電子プロセッサ900は、検出器185から干渉信号s2
t)を示す信号123の一部、検出器からナイキスト周波数ω2,Nyを示す信号1
23の別の一部、およびドライバ105から参照信号s2,Ref(t)を示す信号
121の一部を、入力信号として受信する。信号s2,Ref(t)およびs2(t)
は、それぞれ、スペクトル解析器951Aおよび951Bを通過する。スペクト
ル解析器951Aは、参照信号s2,Ref(t)に基づいてヘテロダイン参照周波
数ω2を決定し、スペクトル解析器951Bは干渉信号s2(t)を分析して、s 2 (t)における優位ピークの周波数を決定する。この優位ピークは、ω2+・φ 2 (またはそのエイリアス)に対応する。ω2およびω2+・φ2の値は、次に、プ
ロセッサ953に送られる。このプロセッサ953は、ナイキスト周波数ω2,Ny を示す信号および周期的誤差の係数、例えば、プロセッサ800により決定され
る振幅A2,vおよび位相ζ2,vの値を示す信号902を入力として受信する。プロ
セッサ953は、(例えば、式(2)、式(6)、および式(7)に基づいて)
どの周期的誤差の項が現在サンプリングされたデータに対して優位周波数におい
て信号s2(t)に寄与するかを決定する。次に、対応する周期的誤差の係数を
プロセッサ954に送る。
[0270]   Please refer to FIG. The electronic processor 900 outputs the interference signal s from the detector 185.2(
part of the signal 123 indicating t), the Nyquist frequency ω from the detector2, NySignal 1 indicating
23, and the reference signal s from the driver 105.2, RefSignal indicating (t)
A part of 121 is received as an input signal. Signal s2, Ref(T) and s2(T)
Pass through spectrum analyzers 951A and 951B, respectively. Spect
Of the reference signal s2, RefHeterodyne reference frequency based on (t)
Number ω2And the spectrum analyzer 951B determines that the interference signal s2Analyzing (t), s 2 The frequency of the dominant peak at (t) is determined. This dominant peak is ω2+ / Φ 2 (Or its alias). ω2And ω2+ / Φ2The value of
It is sent to the processor 953. This processor 953 uses the Nyquist frequency ω2, Ny And a coefficient of the cyclic error, eg, determined by the processor 800.
Amplitude A2, vAnd phase ζ2, vThe signal 902 indicating the value of is received as an input. Professional
Sessa 953 (eg, based on equation (2), equation (6), and equation (7))
Which periodic error term is at the dominant frequency for the currently sampled data
Signal s2Determine whether it contributes to (t). Then the corresponding cyclic error coefficient is
Send to processor 954.

【0271】 まだ図9を参照する。スペクトル解析器951Bは、例えば、スライディング
ウィンドウのフーリエ変換によって、s2(t)における優位ピークの振幅〜A2 および位相〜φ2をさらに決定し、この振幅および位相をプロセッサ954に送
る。プロセッサ954は、次に、振幅〜A2および位相〜φ2に対してつじつまが
合う位相φ2に対する値、および優位周波数において干渉信号に寄与するように
決定されたプロセッサ953からの周期的誤差の項を決定することにより、周期
的誤差のない干渉信号に対する位相φ2を繰り返し決定する。いくつかの環境で
は、プロセッサ900の周波数ドメインの技術によって決定された位相φ2につ
いての値は、優位周波数において寄与するこれらの周期的誤差のみが使用される
ため、時間ドメインの技術によって決定された値よりも一層正確である。
Still referring to FIG. Spectrum analyzer 951B are, for example, by the Fourier transform of the sliding window, further determining the amplitude to A 2 and phase to [phi] 2 of the dominant peaks in the s 2 (t), and sends the amplitude and phase to the processor 954. Processor 954 then determines the values for phase φ 2 that are consistent with amplitude ˜A 2 and phase ˜φ 2 , and the periodic error from processor 953 determined to contribute to the interfering signal at the dominant frequency. By determining the term, the phase φ 2 for the interference signal without periodic error is repeatedly determined. In some circumstances, the value for phase φ 2 determined by the frequency domain technique of processor 900 was determined by the time domain technique because only those periodic errors that contribute in the dominant frequency are used. More accurate than the value.

【0272】 プロセッサ127,127A,227,227A,327,427,427A
,800,および900の特徴を結合する実施形態を変更して、冗長的な構成要
素を取り除くことができることにも注意されたい。例えば、プロセッサ151A
および851Aが同じ機能を実行するので、プロセッサ800がプロセッサ12
7の構成要素である場合、プロセッサ800内の電子プロセッサ851Aをプロ
セッサ127内のプロセッサ151Aで置き換えることができる。
Processors 127, 127A, 227, 227A, 327, 427, 427A
It should also be noted that embodiments that combine features of 800, 800, and 900 may be modified to eliminate redundant components. For example, processor 151A
And 851A perform the same function, processor 800 will cause processor 12
7 components, the electronic processor 851A in the processor 800 can be replaced by the processor 151A in the processor 127.

【0273】 前述した干渉法システムは、非線形性(例えば、周期的誤差)を定量化し、こ
の定量化された非線形性を使用して、そのような非線形性が存在する距離の測定
値、分散の測定値、および固有の光学特性の測定値を補正する。その結果、その
ような干渉法システムは精度の高い測定値を提供する。そのようなシステムは、
コンピュータチップなどのような大規模集積回路を製造する場合に使用されるリ
ソグラフィの用途に特に有用である。リソグラフィは、半導体製造産業にとって
重要な技術のドライバである。オーバーレイの改良は、100nmのライン幅(
デザインルール)に至るまでの5つの最も困難な挑戦の1つである。例えば、S
emiconductor industry Roadmap(1997年)
の82ページを参照されたい。
The interferometry system described above quantifies non-linearities (eg, periodic errors) and uses this quantified non-linearity to measure distances where such non-linearity exists, the variance of Correct the measured value and the measured value of the intrinsic optical property. As a result, such interferometry systems provide accurate measurements. Such a system
It is particularly useful for lithographic applications used when manufacturing large scale integrated circuits such as computer chips and the like. Lithography is an important technology driver for the semiconductor manufacturing industry. The overlay improvement is a 100 nm line width (
It is one of the five most difficult challenges to reach the design rule. For example, S
emiconductor industry Roadmap (1997)
Page 82 of the.

【0274】 オーバーレイは、ウェーハおよびレティクル(またはマスク)用のステージを
位置決めする場合に使用される距離測定干渉計の性能、すなわち、精度に直接依
存する。リソグラフィツールは製品を年に5000万ドル〜1億ドル生産するた
め、性能が改良された距離測定干渉計からの経済的価値は著しいものがある。リ
ソグラフィツールの生産高が1%増加するごとに、結果として集積回路の製造業
者に年に約100万ドルの経済的利益をもたらし、リソグラフィツールのベンダ
ーに対しては大きな競争上の優位性をもたらす。
The overlay is directly dependent on the performance, or accuracy, of the distance measuring interferometer used in positioning the stage for the wafer and reticle (or mask). Lithography tools produce $ 50 million to $ 100 million annually in products, so the economic value from distance-measuring interferometers with improved performance is significant. Each 1% increase in lithographic tool output results in approximately $ 1 million annually in economic benefits for integrated circuit manufacturers and a significant competitive advantage over lithographic tool vendors .

【0275】 リソグラフィツールの機能は、フォトレジストがコーティングされたウェーハ
上に空間的にパターン化された放射を向けることである。このプロセスには、ウ
ェーハのどの位置が放射を受けるかを決定(位置合わせ)すること、および放射
をその位置のフォトレジストに加える(露光)ことが含まれる。
The function of the lithographic tool is to direct the spatially patterned radiation onto the photoresist coated wafer. This process involves determining which location on the wafer receives the radiation (alignment) and applying the radiation to the photoresist at that location (exposure).

【0276】 ウェーハを適切に位置決めするために、ウェーハは、専用のセンサが測定する
ことができる位置合わせマークをウェーハ上に含んでいる。位置合わせマークの
測定された位置は、ツール内のウェーハの位置を定義する。この情報は、ウェー
ハ表面の望ましいパターンニングの仕様と共に、空間的にパターン化された放射
に対してウェーハの位置合わせを誘導する。そのような情報に基づいて、フォト
レジストがコーティングされたウェーハを支持する移動可能なステージは、放射
がウェーハの正しい位置を露光するようにウェーハを移動させる。
To properly position the wafer, the wafer contains alignment marks on the wafer that can be measured by dedicated sensors. The measured position of the alignment mark defines the position of the wafer within the tool. This information, along with the desired patterning specifications for the wafer surface, guides the alignment of the wafer to the spatially patterned radiation. Based on such information, a moveable stage supporting the photoresist coated wafer moves the wafer so that the radiation exposes the correct location on the wafer.

【0277】 露光の間に、放射線源はパターン化されたレティクルを照射する。このレティ
クルは放射を散乱させて、空間的にパターン化された放射を発生する。このレテ
ィクルはマスクとも呼ばれ、これらの用語は以下の説明では交互に使用される。
縮小リソグラフィの場合では、縮小レンズが散乱放射を集めて、レティクルのパ
ターンの縮小画像を形成する。あるいはまた、近接印刷の場合では、散乱放射は
ウェーハに接触する前に短い距離(一般に、ミクロンのオーダ)伝搬して、レテ
ィクルのパターンの1:1の画像を生成する。この放射により、レジスト内に光
化学プロセスが開始される。このプロセスは、放射のパターンをレジスト内の潜
像に変換する。
During exposure, the radiation source illuminates the patterned reticle. The reticle scatters the radiation to produce spatially patterned radiation. This reticle is also called a mask, and these terms are used interchangeably in the following description.
In the case of reduction lithography, a reduction lens collects the scattered radiation to form a reduced image of the pattern on the reticle. Alternatively, in the case of proximity printing, the scattered radiation propagates a short distance (typically on the order of microns) before contacting the wafer, producing a 1: 1 image of the reticle's pattern. This radiation initiates a photochemical process in the resist. This process converts the pattern of radiation into a latent image in the resist.

【0278】 干渉法システムは、ウェーハおよびレティクルの位置を制御し、レティクルの
画像をウェーハ上に見当合わせする位置決め機構の重要な構成要素である。その
ような干渉法システムが前述した位相測定部を含む場合、距離測定への周期的誤
差の寄与が最小にされるので、これらのシステムによって測定された距離の精度
が増加する。
Interferometry systems are an important component of a positioning mechanism that controls the position of the wafer and reticle and registers the image of the reticle on the wafer. If such interferometry systems include the phase measuring section described above, the accuracy of the distances measured by these systems is increased because the contribution of periodic errors to the distance measurement is minimized.

【0279】 一般に、リソグラフィのシステムは露光システムとも呼ばれ、照射システムお
よびウェーハ位置決めシステムを通常含んでいる。この照射システムは、紫外、
可視、X線、電子、またはイオン放射のような放射を提供する放射線源、および
パターンを放射に与えるレティクルまたはマスクを備え、これにより、空間的に
パターン化された放射を発生する。さらに、縮小リソグラフィの場合、この照射
システムは、空間的にパターン化された放射をウェーハ上に画像形成するレンズ
アセンブリを含むことができる。この画像形成された放射が、ウェーハ上にコー
ティングされたレジストを露光する。この照射システムは、マスクを支持するマ
スク用ステージおよびマスク用ステージの位置をマスクを通過するように方向付
けられた放射に対して調整する位置決めシステムも備えている。ウェーハ位置決
めシステムは、ウェーハを支持するウェーハ用ステージおよび画像形成された放
射に対してウェーハ用ステージの位置を調整する位置決めシステムを備えている
。集積回路の製造には、複数の露光ステップが含まれる。リソグラフィに関する
一般的な照会については、例えば、J.R.SheatsおよびB.W.Smi
thの「Microlithography:Science and Tec
hnology」(Marcel Dekker,Inc.,ニューヨーク、1
998年)を参照されたい。この文献の内容は、参照により本願に組み込まれる
Lithographic systems are also commonly referred to as exposure systems and typically include an illumination system and a wafer positioning system. This irradiation system is
A radiation source is provided that provides radiation such as visible, x-ray, electron, or ion radiation, and a reticle or mask that imparts a pattern to the radiation, which produces spatially patterned radiation. Further, for reduction lithography, the illumination system can include a lens assembly that images the spatially patterned radiation onto the wafer. This imaged radiation exposes the resist coated on the wafer. The illumination system also includes a masking stage that supports the mask and a positioning system that adjusts the position of the masking stage with respect to radiation directed through the mask. The wafer positioning system comprises a wafer stage that supports the wafer and a positioning system that adjusts the position of the wafer stage with respect to the imaged radiation. Fabrication of integrated circuits involves multiple exposure steps. For general inquiries regarding lithography, see, eg, J. R. Sheets and B.I. W. Smi
th's "Microlithography: Science and Tec"
"hology" (Marcel Dekker, Inc., New York, 1)
998). The contents of this document are incorporated herein by reference.

【0280】 前述した干渉法システムを使用して、レンズアセンブリ、放射線源、または支
持構造体などの露光システムの他の構成要素に対して、各々のウェーハ用ステー
ジおよびマスク用ステージの位置を正確に測定することができる。そのような場
合、干渉法システムを動かない構造体に取り付け、測定対象物をマスク用ステー
ジおよびウェーハ用ステージなどの移動可能な構成要素に取り付けることができ
る。あるいはまた、干渉法システムを移動可能な物体に取り付け、測定対象物を
動かない物体に取り付けるように、状態を逆にすることができる。
The interferometry system described above is used to accurately position each wafer stage and mask stage relative to other components of the exposure system, such as a lens assembly, radiation source, or support structure. Can be measured. In such a case, the interferometry system can be attached to a stationary structure and the measurement object can be attached to movable components such as a mask stage and a wafer stage. Alternatively, the states can be reversed, such that the interferometry system is mounted on a movable object and the measurement object is mounted on a stationary object.

【0281】 より一般的には、そのような干渉法システムを使用して、露光システムの任意
の1つの構成要素の位置を露光システムの任意の他の構成要素に対して測定する
ことができる。ここでは、干渉法システムは構成要素の1つに取り付けられるか
またはそれにより支持され、測定対象物は別の構成要素に取り付けられるかまた
はそれにより支持される。
More generally, such interferometry systems can be used to measure the position of any one component of the exposure system relative to any other component of the exposure system. Here, the interferometry system is attached to or supported by one of the components and the measurement object is attached to or supported by another component.

【0282】 干渉法システム1126を使用するリソグラフィスキャナ1100の実施例が
、図6aに示されている。この干渉法システムは、露光システム内のウェーハ(
図示せず)の位置を正確に測定するために使用される。ここでは、ステージ11
22を使用して、ウェーハを露光ステーションに対して位置決めおよび支持する
。スキャナ1100はフレーム1102を備えている。このフレームは、他の支
持構造体およびこれらの構造体上で保持される様々な構成要素を支えている。露
光用ベース1104は、その上部にレンズ用ハウジング1106が取り付けられ
ている。このレンズ用ハウジング1106の上部に、レティクルまたはマスクを
支持するために使用されるレティクルまたはマスク用ステージ1116が搭載さ
れている。マスクを露光ステーションに対して位置決めする位置決めシステムは
、要素1117によって概略的に示される。位置決めシステム1117は、例え
ば、圧電トランスジューサ素子および対応する制御用電子機器を含むことができ
る。この説明される実施形態には含まれていないが、前述した1つ以上の干渉法
システムを使用して、マスク用ステージの位置および、リソグラフィの構造体を
製造するプロセスにおいて位置を正確にモニタする必要がある他の移動可能な素
子の位置を正確に測定することもできる(前述したSheatsおよびSmit
hの「Microlithography:Science and Tech
nology」を参照されたい)。
An example of a lithographic scanner 1100 using interferometry system 1126 is shown in FIG. 6a. This interferometry system uses wafers (
It is used to accurately measure the position of (not shown). Here, stage 11
22 is used to position and support the wafer with respect to the exposure station. The scanner 1100 includes a frame 1102. The frame supports other support structures and various components retained on these structures. A lens housing 1106 is attached to an upper portion of the exposure base 1104. A reticle or mask stage 1116 used to support the reticle or mask is mounted on top of the lens housing 1106. The positioning system for positioning the mask with respect to the exposure station is indicated schematically by element 1117. Positioning system 1117 can include, for example, piezoelectric transducer elements and corresponding control electronics. Although not included in this described embodiment, one or more interferometry systems described above are used to accurately monitor the position of the masking stage and the position in the process of manufacturing the lithographic structure. It can also accurately measure the position of other moveable elements that need to (see the above-mentioned Sheets and Smit).
h's "Microlithography: Science and Tech"
Noology ").

【0283】 露光用ベース1104の下に、ウェーハ用ステージ1122を保持する支持ベ
ース1113が吊されている。ステージ1122は、干渉法システム1126に
よってステージに向けられた測定用ビーム1154を反射する平面鏡1128を
含んでいる。干渉法システム1126に対してステージ1122を位置決めする
位置決めシステムは、要素1119により概略的に示されている。この位置決め
システム1119は、例えば、圧電トランスジューサ素子および対応する制御用
電子機器を含むことができる。測定用ビームは、露光用ベース1104の上に搭
載された干渉計システムに向かって後方に反射される。この干渉法システムは、
前に説明された実施形態のいずれかとすることができる。
A support base 1113 that holds the wafer stage 1122 is suspended below the exposure base 1104. Stage 1122 includes a plane mirror 1128 that reflects a measurement beam 1154 directed to the stage by interferometry system 1126. A positioning system for positioning the stage 1122 with respect to the interferometry system 1126 is shown schematically by element 1119. The positioning system 1119 can include, for example, piezoelectric transducer elements and corresponding control electronics. The measurement beam is reflected back toward the interferometer system mounted on the exposure base 1104. This interferometry system
It can be any of the previously described embodiments.

【0284】 動作する間、放射ビーム1110,例えば、紫外レーザ(図示せず)からの紫
外(UV)ビームは、ビーム形成光学アセンブリ1112を通過し、ミラー11
14で反射された後、下方に進行する。その後、この放射ビームは、マスク用ス
テージ1116により保持されたマスク(図示せず)を通過する。このマスク(
図示せず)は、レンズ用ハウジング1106内に保持されたレンズアセンブリ1
108を経由して、ウェーハ用ステージ1122上のウェーハ(図示せず)に画
像形成される。ベース1104およびそれにより支持された各種の構成要素は、
スプリング1120により示された制動システムによって環境上の振動から隔離
される。
During operation, a beam of radiation 1110, eg, an ultraviolet (UV) beam from an ultraviolet laser (not shown), passes through the beam forming optics assembly 1112 and the mirror 11
After being reflected at 14, proceed downward. The radiation beam then passes through a mask (not shown) held by the mask stage 1116. This mask (
(Not shown) is a lens assembly 1 held in a lens housing 1106.
An image is formed on the wafer (not shown) on the wafer stage 1122 via 108. The base 1104 and the various components supported thereby are
It is isolated from environmental vibrations by a braking system represented by spring 1120.

【0285】 リソグラフィスキャナの他の実施形態においては、前述した1つ以上の干渉法
システムを使用して、複数の軸および角度に沿った距離を測定することができる
。これらの軸および角度は、例えば、ウェーハおよびレティクル(またはマスク
)に関連するが、それらに限定されることはない。また、UVレーザビーム以外
の、例えば、X線ビーム、電子ビーム、イオンビーム、および可視の光ビームを
含む別のビームを使用して、ウェーハを露光することができる。
In other embodiments of lithographic scanners, one or more interferometric systems described above can be used to measure distances along multiple axes and angles. These axes and angles relate to, for example, but not limited to, the wafer and reticle (or mask). Also, other wafers can be used to expose the wafer other than a UV laser beam, including, for example, an X-ray beam, an electron beam, an ion beam, and a visible light beam.

【0286】 いくつかの実施形態では、リソグラフィスキャナは、カラム参照(colum
n reference)として当業者に周知のものを含むことができる。その
ような実施形態では、干渉法システム1126は、参照ビーム(図示せず)をあ
る構造体上に設置された参照ミラー(図示せず)に接触する外部参照経路に沿っ
た方向に向ける。この参照ミラーは、参照ビームを、例えば、レンズ用ハウジン
グ1106に向ける。参照ミラーは、参照ビームを反射して干渉法システムに戻
す。ステージ1122から反射された測定ビーム1154とレンズ用ハウジング
1106上に設置された参照ミラーから反射された参照ビームとが結合するとき
に干渉法システム1126により作られる干渉信号は、放射ビームに対するステ
ージの位置の変化を示す。さらに、他の実施形態では、レティクル(またはマス
ク)用ステージ1116またはスキャナシステムの他の移動可能な構成要素の位
置の変化を測定するように、干渉法システム1126を位置決めすることができ
る。最後に、スキャナに加えて、またはスキャナなしのステッパを含むリソグラ
フィシステムと共に同様の方法で、干渉法システムを使用することができる。
In some embodiments, the lithographic scanner comprises a column reference (column).
n reference) can include those known to those skilled in the art. In such an embodiment, interferometry system 1126 directs a reference beam (not shown) along an external reference path that contacts a reference mirror (not shown) located on a structure. The reference mirror directs the reference beam, for example, to the lens housing 1106. The reference mirror reflects the reference beam back to the interferometry system. The interfering signal produced by the interferometry system 1126 when the measurement beam 1154 reflected from the stage 1122 and the reference beam reflected from the reference mirror mounted on the lens housing 1106 combine to determine the position of the stage relative to the radiation beam. Shows the change of. Further, in other embodiments, interferometry system 1126 can be positioned to measure changes in the position of reticle (or mask) stage 1116 or other moveable components of the scanner system. Finally, interferometry systems can be used in a similar manner in addition to scanners or with lithography systems that include steppers without scanners.

【0287】 当業者は周知のように、リソグラフィは半導体装置を作る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の
ステップの概要を説明している。これらのステップを、図6bおよび図6cを参
照して以下のように説明する。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のような半導体装置を製造する手順のフローチ
ャートである。ステップ1151は、半導体装置の回路を設計するデザインプロ
セスである。ステップ1152は、回路のパターン設計に基づいて、マスクを製
造するプロセスである。ステップ1153は、シリコンなどの材料を用いること
によってウェーハを製造するプロセスである。
As is well known to those skilled in the art, lithography is an important part of the manufacturing method for manufacturing semiconductor devices. For example, US Pat. No. 5,483,343 outlines the steps of such a manufacturing method. These steps are described below with reference to Figures 6b and 6c. FIG. 6b illustrates a semiconductor chip (eg, IC or L
6) is a flow chart of the procedure for manufacturing a semiconductor device such as SI), a liquid crystal panel or a CCD. Step 1151 is a design process for designing a circuit of a semiconductor device. Step 1152 is a process of manufacturing a mask based on the pattern design of the circuit. Step 1153 is a process of manufacturing a wafer by using a material such as silicon.

【0288】 ステップ1154は前処理と呼ばれるウェーハ工程であり、このステップにお
いては、準備されたマスクおよびウェーハを用いることによって、回路がリソグ
ラフィによりウェーハ上に形成される。マスク上のこれらのパターンに相当する
回路を十分な空間分解能を持ってウェーハ上に形成するためには、ウェーハに対
するリソグラフィツールの干渉法による位置決めが必要である。本願で説明した
干渉法による方法およびシステムは、ウェーハ工程で使用されるリソグラフィの
有効性を向上させるために特に有用である。
[0288] Step 1154 is a wafer process called pretreatment, in which circuits are lithographically formed on the wafer by using the prepared mask and wafer. In order to form circuits corresponding to these patterns on the mask on the wafer with sufficient spatial resolution, it is necessary to position the lithography tool on the wafer by interferometry. The interferometric methods and systems described herein are particularly useful for improving the effectiveness of lithography used in wafer processing.

【0289】 ステップ1155は後処理と呼ばれる組立てステップであり、このステップに
おいて、ステップ1154により加工されたウェーハは半導体チップに形成され
る。このステップには、組立て(ダイシングおよびボンディング)およびパッケ
ージング(チップのシーリング)が含まれる。ステップ1156は検査ステップ
であり、ここではステップ1155で作られた半導体装置の操作性のチェック、
耐久性のチェックなどが実行される。これらのプロセスによって、半導体装置が
完成され、出荷される(ステップ1157)。
[0289] Step 1155 is an assembling step called post-processing, in which the wafer processed in step 1154 is formed into a semiconductor chip. This step includes assembly (dicing and bonding) and packaging (chip sealing). Step 1156 is an inspection step, in which the operability of the semiconductor device manufactured in step 1155 is checked.
Durability check etc. are executed. Through these processes, the semiconductor device is completed and shipped (step 1157).

【0290】 図6cは、ウェーハ工程の詳細を示すフローチャートである。ステップ116
1は、ウェーハの表面を酸化する酸化工程である。ステップ1162は、ウェー
ハ表面上に絶縁フィルムを形成するCVD工程である。ステップ1163は、真
空蒸着によりウェーハ上に電極を形成する電極形成工程である。ステップ116
4は、ウェーハ内にイオンを注入するイオン注入工程である。ステップ1165
は、ウェーハにレジスト(感光性材料)を加えるレジスト工程である。ステップ
1166は、露光(すなわち、リソグラフィ)によって、マスクの回路パターン
を前述した露光装置を通してウェーハ上にプリントする露光プロセスである。再
度述べるが、前述したように、本願で説明した干渉法システムおよび方法を使用
することにより、そのようなリソグラフィのステップの精度および分解能が改善
される。
FIG. 6c is a flow chart showing details of the wafer process. Step 116
1 is an oxidation step of oxidizing the surface of the wafer. Step 1162 is a CVD process for forming an insulating film on the surface of the wafer. Step 1163 is an electrode forming step of forming electrodes on the wafer by vacuum evaporation. Step 116
Step 4 is an ion implantation step of implanting ions into the wafer. Step 1165
Is a resist process of adding a resist (photosensitive material) to the wafer. Step 1166 is an exposure process in which the circuit pattern of the mask is printed on the wafer by exposure (that is, lithography) through the exposure apparatus described above. Again, as mentioned above, the use of the interferometry systems and methods described herein improves the accuracy and resolution of such lithographic steps.

【0291】 ステップ1167は、露光されたウェーハを現像する現像工程である。ステッ
プ1168は、現像されたレジスト画像以外の部分を取り除くエッチング工程で
ある。ステップ1169は、エッチング工程を受けた後で、ウェーハ上に残って
いるレジスト材料を分離するレジスト分離工程である。これらの工程を繰り返す
ことによって、回路パターンがウェーハ上に形成および重ね合わせられる。
Step 1167 is a developing process for developing the exposed wafer. Step 1168 is an etching process for removing a portion other than the developed resist image. Step 1169 is a resist separation process for separating the resist material remaining on the wafer after undergoing the etching process. By repeating these steps, circuit patterns are formed and overlaid on the wafer.

【0292】 前述した干渉法システムは、対象物の相対位置を正確に測定する必要がある他
の用途においても使用することができる。例えば、レーザ、X線、イオン、また
は電子のビームなどの書込みビームが、基板またはビームのいずれかが動いてい
るときに、基板上にパターンをマークする用途においては、この干渉法システム
を使用して、基板と書込みビームとの間の相対的な動きを測定することができる
The interferometry system described above can also be used in other applications where it is necessary to accurately measure the relative position of an object. This interferometry system is used in applications where a writing beam, such as a laser, x-ray, ion, or electron beam, marks a pattern on a substrate when either the substrate or the beam is in motion. The relative movement between the substrate and the writing beam can be measured.

【0293】 実施例として、ビーム書込みシステム1200の概略図が図7に示されている
。線源1210は書込みビーム1212を発生し、ビーム集束アセンブリ121
4は放射ビームを、移動可能なステージ1218により支持された基板1216
に向ける。ステージの相対位置を決定するために、干渉法システム1220は、
参照ビーム1222をビーム集束アセンブリ1214上に取り付けられたミラー
1224に向け、測定ビーム1226をステージ1218上に設けられたミラー
1228向ける。参照ビームがビーム集束アセンブリ上に取り付けられたミラー
に接触するので、このビーム書込みシステムはカラム参照を使用するシステムの
実施例である。この干渉法システム1220は、前に説明したいずれかの干渉法
システムとすることができる。干渉法システムにより測定された位置の変化は、
基板1216上の書込みビーム1212の相対位置の変化に相当する。干渉法シ
ステム1220は、基板1216上の書込みビーム1212の相対位置を示す測
定信号1232をコントローラ1232に送る。このコントローラ1230は、
ステージ1218を支持および位置決めするベース1236に出力信号1236
を送る。さらに、コントローラ1230は信号1238を線源1210に送り、
書込みビームが十分な輝度を伴って基板に接触して基板の選択された位置におい
てのみ光物理的または光化学的変化を引き起こすように、書込みビーム1212
の輝度を変化またはブロックする。
As an example, a schematic diagram of a beam writing system 1200 is shown in FIG. A source 1210 produces a writing beam 1212 and a beam focusing assembly 121.
4 is a substrate 1216 supported by a movable stage 1218 for a radiation beam.
Turn to. To determine the relative position of the stage, the interferometry system 1220
A reference beam 1222 is directed to a mirror 1224 mounted on a beam focusing assembly 1214 and a measurement beam 1226 is directed to a mirror 1228 mounted on a stage 1218. This beam writing system is an example of a system that uses a column reference because the reference beam contacts a mirror mounted on the beam focusing assembly. The interferometry system 1220 can be any of the interferometry systems previously described. The change in position measured by the interferometry system is
This corresponds to a change in the relative position of the writing beam 1212 on the substrate 1216. Interferometry system 1220 sends a measurement signal 1232 to controller 1232 that is indicative of the relative position of writing beam 1212 on substrate 1216. This controller 1230
Output signal 1236 to base 1236 supporting and positioning stage 1218.
To send. Further, the controller 1230 sends a signal 1238 to the source 1210,
Write beam 1212 such that the write beam contacts the substrate with sufficient brightness to cause photophysical or photochemical changes only at selected locations on the substrate.
Change or block the brightness of the.

【0294】 さらに、いくつかの実施形態では、コントローラ1230は、例えば、信号1
244を用いて、ビーム集束アセンブリ1214に対して書込みビームを基板領
域にわたってスキャンさせることができる。その結果、コントローラ1230は
システムの他の構成要素を方向付けて、基板をパターン化する。このパターン化
は、一般に、コントローラ内に記憶された電子的設計パターンに基づいている。
いくつかの用途では、書込みビームが基板上にコーティングされたレジストをパ
ターン化し、別の用途では、書込みビームが基板を直接パターン化、例えばエッ
チングする。
Further, in some embodiments, the controller 1230 may use, for example, signal 1
244 can be used to cause the beam focusing assembly 1214 to scan the writing beam across the substrate area. As a result, controller 1230 directs other components of the system to pattern the substrate. This patterning is generally based on electronic design patterns stored in the controller.
In some applications, the writing beam patterns the resist coated on the substrate, and in other applications the writing beam directly patterns, eg etches, the substrate.

【0295】 そのようなシステムの重要な用途は、前述した干渉法使用の方法において使用
されるマスクおよびレティクルの製造である。例えば、干渉法使用のマスクを製
造するために、電子ビームを使用してクロムがコーティングされたガラス基板を
パターン化することができる。書込みビームが電子ビームである場合は、ビーム
書込みシステムはこの電子ビームの経路を真空で囲んでいる。また、書込みビー
ムが、例えば、電子ビームまたはイオンビームである場合、ビーム集束アセンブ
リは、帯電粒子を真空のもとで基板上に集束および指向させる四分ポールレンズ
(quadrapole lenses)のような電界発生器を含んでいる。書
込みビームが放射ビーム、例えば、X線、UV、または可視の放射である場合、
ビーム集束アセンブリは、放射を基板に集束および指向させる対応する光学素子
を含んでいる。
An important application of such a system is the manufacture of masks and reticles used in the interferometric method described above. For example, an electron beam can be used to pattern a chromium-coated glass substrate to produce an interferometric mask. If the writing beam is an electron beam, the beam writing system encloses the path of the electron beam with a vacuum. Also, when the writing beam is, for example, an electron beam or an ion beam, the beam focusing assembly may generate an electric field such as a quadrapole lens that focuses and directs charged particles onto a substrate under vacuum. Includes vessels. If the writing beam is a radiation beam, eg X-ray, UV, or visible radiation,
The beam focusing assembly includes corresponding optics that focus and direct the radiation onto the substrate.

【0296】 他の態様、利点、および改変が特許請求の範囲に包含されるものとする。 なお、本明細書において、「〜ω」「〜ψ」「〜θ」「〜A」などの、文字の
先頭に付いている「〜」は、国際出願時の英文では
Other aspects, advantages, and modifications are intended to be covered by the following claims. In addition, in the present specification, "~" at the beginning of a character such as "~ ω", "~ ψ", "~ θ", "~ A" is used in the English language at the time of international application.

【0297】[0297]

【数60】 のように該文字の上に付いていたものであるが、本文では便宜的に文字の前に記
した。また、「・ψ」や「^s」「 ̄L」も同様に、「・」、「^」および「 ̄
」が国際出願時の英文では直後の文字の上に付いていたものを、本文で便宜的に
文字の前に記したものである。
[Equation 60] As described above, it is attached above the character, but in the text, it is written before the character for convenience. Similarly, “• ψ”, “^ s”, and “ ̄L” similarly have “·”, “^”, and “ ̄”.
"Is attached to the letter immediately after it in the English text at the time of international application, but is written before the letter for convenience in the text.

【0298】 また、本明細書でθは、国際出願時の英文では[0298]   Further, in the present specification, θ is the English language at the time of international application.

【0299】[0299]

【数61】 であったが、便宜的にθで記した。[Equation 61] However, it was written as θ for convenience.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】システムの特性によって引き起こされた非線形性を定量化かつ/ま
たは監視する干渉法システムの一般的な概略図。
FIG. 1 is a general schematic diagram of an interferometry system for quantifying and / or monitoring non-linearities caused by system characteristics.

【図2a】非線形性を定量化する干渉法システムの第1の実施形態の概略図
FIG. 2a is a schematic diagram of a first embodiment of an interferometry system for quantifying non-linearity.

【図2b】図2aの干渉法システムにおける電子プロセッサのための様々な
実施形態の概略図。
2b is a schematic diagram of various embodiments for an electronic processor in the interferometry system of FIG. 2a.

【図2c】図2aの干渉法システムにおける電子プロセッサのための様々な
実施形態の概略図。
2c is a schematic diagram of various embodiments for an electronic processor in the interferometry system of FIG. 2a.

【図2d】様々なタイプの非線形性の周波数を例示するグラフである。FIG. 2d is a graph illustrating frequencies of various types of non-linearities.

【図2e】図2aの干渉法システムのために2つの入力ビームを生成して、
ゼロ周波数シフト周期的誤差を定量化するための線源のための異なる実施形態の
概略図。
2e shows two input beams generated for the interferometric system of FIG. 2a,
FIG. 5 is a schematic diagram of different embodiments for a source for quantifying zero frequency shift periodic error.

【図2f】図2aの干渉法システムのために2つの入力ビームを生成して、
ゼロ周波数シフト周期的誤差を定量化するための線源のための異なる実施形態の
概略図。
FIG. 2f produces two input beams for the interferometry system of FIG. 2a,
FIG. 5 is a schematic diagram of different embodiments for a source for quantifying zero frequency shift periodic error.

【図3a】非線形性を定量化する干渉法システムの第2の実施形態の概略図
FIG. 3a is a schematic diagram of a second embodiment of an interferometry system for quantifying non-linearity.

【図3b】図3aの干渉法システムにおける電子プロセッサのための様々な
実施形態の概略図。
3b is a schematic diagram of various embodiments for an electronic processor in the interferometry system of FIG. 3a.

【図3c】図3aの干渉法システムにおける電子プロセッサのための様々な
実施形態の概略図。
3c is a schematic diagram of various embodiments for an electronic processor in the interferometry system of FIG. 3a.

【図4a】非線形性を定量化する干渉法システムの第3の実施形態の概略図
FIG. 4a is a schematic diagram of a third embodiment of an interferometry system for quantifying non-linearity.

【図4b】図4aの干渉法システムにおける電子プロセッサの概略図。4b is a schematic diagram of an electronic processor in the interferometry system of FIG. 4a.

【図4c】図4aの干渉法システムにおける電子プロセッサの概略図。4c is a schematic diagram of an electronic processor in the interferometry system of FIG. 4a.

【図5a】本発明の第4の実施形態における、図4aの干渉法システムと共
に使用するための電子プロセッサの概略図。
FIG. 5a is a schematic diagram of an electronic processor for use with the interferometry system of FIG. 4a in a fourth embodiment of the invention.

【図5b】本発明の第4の実施形態における、図4aの干渉法システムと共
に使用するための電子プロセッサの概略図。
FIG. 5b is a schematic diagram of an electronic processor for use with the interferometry system of FIG. 4a in a fourth embodiment of the invention.

【図5c】本発明の第5の実施形態における、図4aの干渉法システムと共
に使用するための電子プロセッサの概略図。
FIG. 5c is a schematic diagram of an electronic processor for use with the interferometry system of FIG. 4a in a fifth embodiment of the invention.

【図5d】本発明の第5の実施形態における、図4aの干渉法システムと共
に使用するための電子プロセッサの概略図。
FIG. 5d is a schematic diagram of an electronic processor for use with the interferometry system of FIG. 4a in a fifth embodiment of the invention.

【図6a】本明細書で記載され、集積回路を作成するために使用される、干
渉法システムを含むリソグラフィシステムの概略図。
FIG. 6a is a schematic illustration of a lithographic system, including an interferometry system, as described herein and used to make integrated circuits.

【図6b】集積回路を作成するためのステップを記載したフローチャート。FIG. 6b is a flowchart that describes steps for making an integrated circuit.

【図6c】集積回路を作成するためのステップを記載したフローチャート。FIG. 6c is a flowchart describing steps for making an integrated circuit.

【図7】本明細書で記載された干渉法システムを含むビーム書き込みシステ
ムの概略図。
FIG. 7 is a schematic diagram of a beam writing system including the interferometry system described herein.

【図8】本明細書で記載された干渉法システムの実施形態において使用する
ための電子プロセッサの概略図。
FIG. 8 is a schematic diagram of an electronic processor for use in embodiments of the interferometry system described herein.

【図9】本明細書で記載された干渉法システムの実施形態において使用する
ための、別の電子プロセッサの概略図。
FIG. 9 is a schematic diagram of another electronic processor for use in the interferometry system embodiments described herein.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/027 H01L 21/30 503B (31)優先権主張番号 09/583,368 (32)優先日 平成12年5月31日(2000.5.31) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),CN,J P,KR,US Fターム(参考) 2F064 AA01 BB01 CC10 EE01 GG22 JJ15 2G059 AA02 AA03 BB01 EE05 EE09 EE11 EE12 GG01 GG04 GG09 JJ07 JJ12 JJ13 JJ18 JJ19 JJ22 KK01 MM01 5F046 BA04 BA05 CC01 CC02 CC16─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 21/027 H01L 21/30 503B (31) Priority claim number 09 / 583,368 (32) Priority date Heisei May 31, 2012 (May 31, 2000) (33) Priority claiming countries United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB , GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE, TR), CN, JP, KR, US F terms (reference) 2F064 AA01 BB01 CC10 EE01 GG22 JJ15 2G059 AA02 AA03 BB01 EE05 EE09 EE11 EE12 GG01 GG04 GG09 JJ07 JJ12 JJ13 JJ18 JJ19 JJ22 KK01 MM01 5F046 BA04 BA05 CC01 CC02 CC16

Claims (66)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】動作の間に、光路長差を画成する別体の経路に沿って2つのビ
ームを導向してから各ビームを結合し、重畳する1対の出射ビームを生成する干
渉計と、 上記重畳する1対の出射ビームの間の光干渉に応答しかつ上記光路長差を表す
干渉信号s(t)を生成する検出器であって、上記信号s(t)は、上記2つの
ビームの間に存在し得る周波数分割ωと上記光路長差の変化の速度により定めら
れるドップラー偏移・ψとの合計に等しい周波数を有する主項を含み、当該干渉
測定システムの特性により上記信号s(t)は上記周波数分割ωとドップラー偏
移・ψとの合計に等しくない周波数を各々が有する付加項を更に含む、検出器と
、 上記検出器に連結された解析器であって、動作の間に、i)ドップラー偏移の
値により主項および少なくとも1個の付加項がスペクトル的に分離されるという
s(t)の値に基づき少なくとも1個の付加項を量化し、かつ、ii)量化され
た少なくとも1個の付加項を用いて、ドップラー偏移の値により主項および少な
くとも1個の付加項がスペクトル的に重畳しないというs(t)の別の値に対応
する光路長差の変化を評価する解析器と、 を備えた干渉測定システム。
1. An interferometer for directing two beams along separate paths defining an optical path length difference during operation and then combining each beam to produce a pair of overlapping exit beams. And a detector for generating an interference signal s (t) representing the optical path length difference in response to optical interference between the pair of superposed outgoing beams, wherein the signal s (t) is 2 A signal having a frequency equal to the sum of the frequency division ω that can exist between two beams and the Doppler shift ψ determined by the rate of change of the optical path length difference, and the signal due to the characteristics of the interferometry system. s (t) is a detector and an analyzer coupled to the detector, each further comprising an additional term, each having an additional term having a frequency not equal to the sum of the frequency division ω and the Doppler shift ψ Between i) the principal term and the value of the Doppler shift and Quantifying at least one additional term based on the value of s (t) that at least one additional term is spectrally separated, and ii) using the quantified at least one additional term, Doppler An interferometric system comprising: an analyzer that evaluates a change in optical path length difference corresponding to another value of s (t) that the main term and at least one additional term do not spectrally overlap depending on the value of the shift. .
【請求項2】前記検出器は、光検出器、増幅器およびアナログ/デジタル変
換器を備える、請求項1記載のシステム。
2. The system of claim 1, wherein the detector comprises a photodetector, an amplifier and an analog to digital converter.
【請求項3】2つのビーム間の周波数分割は非ゼロである、請求項1記載の
システム。
3. The system of claim 1, wherein the frequency division between the two beams is non-zero.
【請求項4】少なくとも1個の付加項は複数の付加項である、請求項1記載
のシステム。
4. The system of claim 1, wherein at least one additional term is a plurality of additional terms.
【請求項5】少なくとも1個の付加項を量化すべく前記解析器は表現s(t
)∝cos(ωt+ψ+ζ1,0,1,0 )+NLに基づきs(t)の値に対するドッ
プラー偏移・ψを計算し、式中、NLは付加項の初期量化であって、ψ=Lkn
であり、Lは物理的経路長差であり、kは波数であり、nは屈折率であり、ωは
2つのビーム間の角周波数分割であり、tは時間であり、かつ、ζ1,0,1,0 は位
相オフセットである、請求項1記載の干渉測定システム。
5. The analyzer uses the expression s (t) to quantify at least one additional term.
) ∝cos (ωt + ψ + ζ 1,0,1,0 ) + NL is used to calculate the Doppler shift / ψ for the value of s (t), where NL is the initial quantification of the additional term and ψ = Lkn
Where L is the physical path length difference, k is the wave number, n is the index of refraction, ω is the angular frequency division between the two beams, t is time, and ζ 1, The interferometry system of claim 1, wherein 0,1,0 is a phase offset.
【請求項6】初期量化はNL=0である、請求項5記載の干渉測定システム
6. The interferometric system of claim 5, wherein the initial quantification is NL = 0.
【請求項7】前記解析器は、各付加項を考慮したs(t)の表現の対応係数
を評価することにより少なくとも1個の付加項を量化する、請求項1記載の干渉
測定システム。
7. The interferometric system of claim 1, wherein the analyzer quantifies at least one additional term by evaluating a corresponding coefficient of the representation of s (t) taking into account each additional term.
【請求項8】s(t)の前記表現は以下のように表現可能であり: 【数1】 ωは2つのビーム間の角周波数分割であり、ω’u'は検出器、解析器および2
つのビームの線源の内の少なくともひとつにより引き起こされると共にωに等し
くない周波数であり、Lは物理的経路長差であり、λは第1集合におけるビーム
の波長であり、nは屈折率であり、cは真空中の光速であり、かつ、tは時間で
あり、 主項はa1,0,1,0 cos(ωt+ψ+ζ1,0,1,0 )に対応すると共に付加項は
残りの項に対応し、かつ、 振幅av およびBv ならびに位相ζv はs(t)の表現に対する各係数を定義
し、vは一般的添数を意味する添字である、請求項7記載の干渉測定システム。
8. The representation of s (t) can be represented as: ## EQU1 ## ω is the angular frequency division between the two beams, and ω'u ' is the detector, analyzer and 2
Is a frequency caused by at least one of the sources of the two beams and is not equal to ω, L is the physical path length difference, λ is the wavelength of the beam in the first set, and n is the index of refraction. , C is the speed of light in a vacuum, and t is time, the main term corresponds to a 1,0,1,0 cos (ωt + ψ + ζ 1,0,1,0 ) and the additional term is the remaining term. The interferometric measurement according to claim 7, wherein the amplitudes a v and B v and the phase ζ v define each coefficient for the expression of s (t), and v is a subscript that means a general index. system.
【請求項9】少なくとも1個の付加項を量化すべく前記解析器は、所定集合
のs(t)の各値に対応する周波数スペクトルを計算し、かつ、s(t)の表現
における各シヌソイドの内で主項に対応しないひとつのシヌソイドの引数の時間
に関する導関数に等しい角周波数〜ωにて、もしくは、〜ωのエイリアス〜ωA にて、上記周波数スペクトルの振幅および位相に基づき少なくとも1個の付加項
に対する係数を評価する、請求項8記載のシステム。
9. The analyzer calculates a frequency spectrum corresponding to each value of s (t) of a given set to quantify at least one additional term, and each sinusoid in the representation of s (t). At an angular frequency ~ ω equal to the derivative with respect to time of a sinusoidal argument that does not correspond to the principal term, or at an alias ~ ω A of ~ at least 1 based on the amplitude and phase of the frequency spectrum. 9. The system of claim 8, wherein the coefficient for the additional terms is evaluated.
【請求項10】前記周波数スペクトルは所定集合のs(t)の各値のフーリ
エ変換である、請求項9記載のシステム。
10. The system of claim 9, wherein the frequency spectrum is a Fourier transform of each value of s (t) in a predetermined set.
【請求項11】s(t)はα(t)をs(t)の位相としてs(t)=A(
t)cos(α(t))として表現され得ると共に、前記周波数スペクトルはα
(t)のフーリエ変換である、請求項9記載のシステム。
11. s (t) is s (t) = A (where α (t) is the phase of s (t).
t) cos (α (t)) and the frequency spectrum is α
10. The system of claim 9, which is the Fourier transform of (t).
【請求項12】前記検出器はナイキスト周波数ωNyを定めるサンプリング速
度を有し、かつ、 前記解析器は、 【数2】 を満足する正の整数rに対する 【数3】 である〜ωのエイリアス〜ωA にて、前記周波数スペクトルの振幅および位相
に基づき少なくとも1個の付加項に対する各係数を評価する、請求項9記載のシ
ステム。
12. The detector has a sampling rate that defines a Nyquist frequency ω Ny , and the analyzer has: For a positive integer r that satisfies At ~Omega alias ~Omega A is, to evaluate the respective coefficients for additional term of at least one based on the amplitude and phase of the frequency spectrum, the system of claim 9, wherein.
【請求項13】〜ωはu’≠0に対するω+ω’u'のひとつである、請求項
9記載のシステム。
13. ~ω is one of u 'omega + omega against ≠ 0' u ', The system of claim 9.
【請求項14】〜ωはq(ω+・ψ)のひとつである、請求項9記載のシス
テム。
14. The system of claim 9, wherein ω is one of q (ω + · ψ).
【請求項15】〜ωは、p≠1、かつ、u=0のときにはp≠0に対するu
ω+p・ψ+p+ ・ψのひとつである、請求項9記載のシステム。
15. ~ ω is u for p ≠ 0 when p ≠ 1 and u = 0.
The system according to claim 9, which is one of ω + p · ψ + p + · ψ.
【請求項16】少なくとも1個の付加項に対する各係数を評価すべく前記解
析器は前記角周波数〜ωにて前記周波数スペクトルの振幅および位相を正規化す
ることで・ψの少なくともひとつの非ゼロの導関数を考慮する、請求項9記載の
システム。
16. The analyzer normalizes the amplitude and phase of the frequency spectrum at the angular frequency ˜ω to evaluate each coefficient for at least one additional term by at least one non-zero of ψ. 10. The system of claim 9, considering the derivative of.
【請求項17】前記解析器は、主周波数から付加的周波数をスペクトル的に
分離するに十分なほどドップラー偏移が大きいという第1集合のs(t)の各値
に基づき少なくとも1個の付加項を量化し、かつ、ドップラー偏移は第1集合の
各値と異なると共に主周波数から付加的周波数をスペクトル的に分離するに十分
なほど大きいという第2集合のs(t)の各値に基づき上記少なくとも1個の付
加項を更に量化する、請求項1記載のシステム。
17. The analyzer includes at least one addition based on each value of s (t) of the first set having a Doppler shift large enough to spectrally separate the additional frequency from the dominant frequency. For each value of s (t) in the second set that the term is quantified and the Doppler shift is different from each value in the first set and large enough to spectrally separate the additional frequency from the dominant frequency. The system of claim 1, further quantifying the at least one additional term based on.
【請求項18】前記解析器は、各集合のs(t)の各値に対する量化の値を
補間することにより、少なくとも1個の付加項をドップラー偏移の関数として量
化する請求項17記載のシステム。
18. The analyzer of claim 17, wherein the analyzer quantifies at least one additional term as a function of Doppler shift by interpolating a quantified value for each value of s (t) of each set. system.
【請求項19】前記解析器は、各々の集合が異なるドップラー偏移に対応す
るという複数の集合のs(t)の各値に基づき、ドップラー偏移に関して評価さ
れた係数の各々の依存性を決定する、請求項9記載のシステム。
19. The analyzer, based on each value of s (t) of a plurality of sets, each set corresponding to a different Doppler shift, determines the dependence of each of the evaluated coefficients on the Doppler shift. The system of claim 9, determining.
【請求項20】少なくとも1個の付加項は複数の付加項であり、かつ、 上記複数の付加項を量化すべく前記解析器は、対応する複数の角周波数〜ωv またはそれらのエイリアスにおける周波数スペクトルの振幅および位相に基づき
上記複数の付加項の各々に対する係数を評価し、各〜ωv はs(t)の表現にお
ける各シヌソイドの内で主項に対応しないひとつのシヌソイドの引数の時間に関
する導関数に等しい、請求項9記載のシステム。
20. At least one additional term is a plurality of additional terms, and in order to quantify the plurality of additional terms, the analyzer includes a frequency at a corresponding plurality of angular frequencies ~ ω v or their aliases. Evaluating the coefficient for each of the above-mentioned additional terms based on the amplitude and phase of the spectrum, each ~ ω v relates to the time of one sinusoid argument that does not correspond to the main term in each sinusoid in the expression of s (t). 10. The system of claim 9, which is equal to the derivative.
【請求項21】前記解析器は、qは奇数でありかつjはq/2−1より小さ
な負でない整数として、B1,0,1,0,q,q-2jおよびζ1,0,1,0,q,q-2jの少なくとも
幾つかに対応する係数を評価することでB1,0,1,0,q,1 およびζ1,0,1,0,q,1
決定する、請求項20記載のシステム。
21. The analyzer comprises B 1,0,1,0, q, q-2j and ζ 1,0, where q is an odd number and j is a non-negative integer less than q / 2−1 . Determine B 1,0,1,0, q, 1 and ζ 1,0,1,0, q, 1 by evaluating the coefficients corresponding to at least some of 1,0, q, q-2j 21. The system of claim 20.
【請求項22】前記解析器は、s(t)∝cos(ωt+ψ+ζ1,0,1,0
+NL(ψ,・ψ)と自己矛盾のないψ=Lknに対する値を決定することでs
(t)の他の値に対応する光路長差の変化を評価し、式中、NLは量化された少
なくとも1個の付加項を表現し、Lは物理的経路長差であり、kは波数であり、
nは屈折率であり、ωは2つのビーム間の角周波数差であり、tは時間であり、
かつ、ζ1,0,1,0 は位相オフセットである、請求項1記載のシステム。
22. The analyzer is s (t) ∝cos (ωt + ψ + ζ 1,0,1,0 )
By determining the value for ψ = Lkn, which is self-consistent with + NL (ψ, · ψ), s
Evaluating the change in optical path length difference corresponding to other values of (t), where NL represents at least one quantified additional term, L is the physical path length difference, and k is the wavenumber. And
n is the index of refraction, ω is the angular frequency difference between the two beams, t is time,
The system of claim 1, wherein ζ 1,0,1,0 is a phase offset.
【請求項23】前記解析器はψに対する値の評価を反復的に改善することで
ψに対する値を決定する、請求項22記載のシステム。
23. The system of claim 22, wherein the analyzer determines the value for ψ by iteratively improving the evaluation of the value for ψ.
【請求項24】動作の間に前記解析器は評価された光路長の変化を用いて物
理的経路長の変化を決定する、請求項1記載のシステム。
24. The system of claim 1, wherein during operation the analyzer uses the estimated change in optical path length to determine a change in physical path length.
【請求項25】動作の間に前記解析器は評価された光路長の変化を用いて分
散の変化を決定する、請求項1記載のシステム。
25. The system of claim 1, wherein during operation the analyzer uses the estimated change in optical path length to determine a change in dispersion.
【請求項26】動作の間に前記解析器は評価された光路長の変化を用いて気
体の内因的値を決定する、請求項1記載のシステム。
26. The system of claim 1, wherein during operation the analyzer uses the estimated change in optical path length to determine an intrinsic value of the gas.
【請求項27】動作の間に前記解析器は評価された光路長の変化を用いて各
ビームの波長を監視する、請求項1記載のシステム。
27. The system of claim 1, wherein during operation the analyzer monitors the wavelength of each beam using the estimated change in optical path length.
【請求項28】動作の間に、光路長差を画成する別体の経路に沿って2つの
ビームを導向してから各ビームを結合し、重畳する1対の出射ビームを生成する
干渉計と、 上記重畳する1対の出射ビームの間の光干渉に応答して干渉を表す信号s(t
)を生成する検出器であって、上記信号s(t)は上記光路長差の関数であり、
当該干渉測定システムの特性により上記信号s(t)は表現s(t)=acos
(ωt+ψ+ζ)から逸脱し、式中、ψ=Lknであり、Lは物理的経路長差で
あり、kは波数であり、nは屈折率であり、ωは2つのビーム間に存在し得る角
周波数差であり、tは時間であり、aはψに関して一定である振幅であり、かつ
、ζはψおよび・ψに関して一定である位相オフセットである、検出器と、 上記検出器に連結された解析器であって、動作の間に、i)光路長差の変化の
速度がゼロでない(・ψ≠0)という少なくともひとつの集合のs(t)の各値
をフーリエ変換し、このフーリエ変換は該フーリエ変換の2乗絶対値に等しいパ
ワースペクトルを定義しており、ii)ω+・ψと異なると共に上記パワースペ
クトルのピークに対応する周波数にて上記フーリエ変換の振幅および位相に基づ
き少なくとも幾つかの偏差を量化し、かつ、iii)量化された上記偏差を用い
、s(t)の特定値に対応する光路長差の変化を評価する解析器と、 を備えた干渉測定システム。
28. During operation, an interferometer that directs two beams along separate paths defining an optical path difference and then combines the beams to produce a pair of overlapping exit beams. And a signal s (t that represents interference in response to optical interference between the pair of output beams that overlap.
), The signal s (t) is a function of the optical path length difference,
Due to the characteristics of the interferometry system, the signal s (t) is represented as s (t) = acos.
Deviating from (ωt + ψ + ζ), where ψ = Lkn, L is the physical path length difference, k is the wave number, n is the index of refraction, and ω is the angle that may exist between the two beams. A frequency difference, t is time, a is an amplitude that is constant with respect to ψ, and ζ is a phase offset that is constant with respect to ψ and · ψ, and a detector coupled to the detector. An analyzer which, during operation, i) Fourier transforms each value of s (t) in at least one set in which the rate of change of optical path length difference is not zero (.ψ ≠ 0), and Defines a power spectrum equal to the squared absolute value of the Fourier transform, ii) at least some based on the amplitude and phase of the Fourier transform at a frequency different from ω + · ψ and corresponding to the peak of the power spectrum. Quantifies the deviation of And iii) an analyzer that evaluates a change in the optical path length difference corresponding to a specific value of s (t) by using the quantified deviation described above.
【請求項29】動作の間に、光路長差を画成する別体の経路に沿って2つの
ビームを導向してから各ビームを結合し、重畳する1対の出射ビームを生成する
干渉計と、 上記重畳する1対の出射ビームの間の光干渉に応答して干渉を表す信号s(t
)を生成する検出器であって、上記信号s(t)は上記光路長差の関数であり、
当該干渉測定システムの特性により上記信号s(t)は表現s(t)=acos
(ωt+ψ+ζ)から逸脱し、式中、ψ=Lknであり、Lは物理的経路長差で
あり、kは波数であり、nは屈折率であり、ωは2つのビーム間に存在し得る角
周波数差であり、tは時間であり、aはψに関して一定である振幅であり、ζは
ψおよび・ψに関して一定である位相オフセットであり、かつ、s(t)はα(
t)をs(t)の位相としてs(t)=A(t)cos(α(t))として表現
され得る、検出器と、 上記検出器に連結された解析器であって、動作の間に、i)s(t)に対する
位相α(t)を抽出し、ii)光路長差の変化の速度がゼロでない(・ψ≠0)
という少なくともひとつの集合のα(t)の各値をフーリエ変換し、このフーリ
エ変換は該フーリエ変換の2乗絶対値に等しいパワースペクトルを定義しており
、iii)ω+・ψと異なると共に上記パワースペクトルのピークに対応する周
波数にて上記フーリエ変換の振幅および位相に基づき少なくとも幾つかの偏差を
量化し、かつ、iv)量化された上記偏差を用い、s(t)の特定値に対応する
光路長差の変化を評価する解析器と、 を備えた干渉測定システム。
29. During operation, an interferometer that directs two beams along separate paths defining an optical path length difference and then combines each beam to produce a pair of overlapping exit beams. And a signal s (t that represents interference in response to optical interference between the pair of output beams that overlap.
), The signal s (t) is a function of the optical path length difference,
Due to the characteristics of the interferometry system, the signal s (t) is represented as s (t) = acos.
Deviating from (ωt + ψ + ζ), where ψ = Lkn, L is the physical path length difference, k is the wave number, n is the index of refraction, and ω is the angle that may exist between the two beams. Is the frequency difference, t is the time, a is the amplitude that is constant with respect to ψ, ζ is the phase offset that is constant with respect to ψ and · ψ, and s (t) is α (
a detector and an analyzer coupled to said detector, which can be expressed as s (t) = A (t) cos (α (t)), where t) is the phase of s (t), In the meantime, i) the phase α (t) with respect to s (t) is extracted, and ii) the change speed of the optical path length difference is not zero (· ψ ≠ 0)
Fourier transform is performed on each value of α (t) of at least one set, and this Fourier transform defines a power spectrum equal to the squared absolute value of the Fourier transform, and is different from iii) ω + · ψ and the power Quantifying at least some deviations based on the amplitude and phase of the Fourier transform at a frequency corresponding to the peak of the spectrum, and iv) using the quantified deviations, the optical path corresponding to a particular value of s (t) An interferometry system equipped with an analyzer that evaluates changes in length difference.
【請求項30】動作の間に、光路長差を画成する別体の経路に沿って2つの
ビームを導向してから各ビームを結合し、重畳する1対の出射ビームを生成する
干渉計と、 上記重畳する1対の出射ビームの間の光干渉に応答しかつ上記光路長差を表す
干渉信号s(t)を生成する検出器であって、上記信号s(t)は、上記2つの
ビームの間に存在し得る周波数分割ωと上記光路長差の変化の速度により定めら
れるドップラー偏移・ψとの合計に等しい周波数を有する主項を含み、当該干渉
測定システムの特性により上記信号s(t)は上記周波数分割ωとドップラー偏
移・ψとの合計に等しくない周波数を各々が有する付加項を更に含む、検出器と
、 上記検出器に連結された解析器であって、動作の間に、上記信号s(t)の周
波数を監視し、かつ、上記付加項の内のひとつの付加項に対応する周波数の振幅
が閾値を超えたときにシステム劣化を表す信号を生成する解析器と、 上記解析器に連結されて上記システム劣化信号に応答する警報機構と、 を備えた干渉測定システム。
30. During operation, an interferometer that directs two beams along separate paths defining an optical path difference and then combines each beam to produce a pair of overlapping exit beams. And a detector for generating an interference signal s (t) representing the optical path length difference in response to optical interference between the pair of superposed outgoing beams, wherein the signal s (t) is 2 A signal having a frequency equal to the sum of the frequency division ω that can exist between two beams and the Doppler shift ψ determined by the rate of change of the optical path length difference, and the signal due to the characteristics of the interferometry system. s (t) is a detector and an analyzer coupled to the detector, each further comprising an additional term, each having an additional term having a frequency not equal to the sum of the frequency division ω and the Doppler shift ψ The frequency of the signal s (t) is monitored during And an analyzer that generates a signal indicating system deterioration when the amplitude of the frequency corresponding to one of the additional terms exceeds a threshold value, and is connected to the analyzer to respond to the system deterioration signal. An interferometry system with an alarm mechanism that
【請求項31】前記警報機構は、視覚的ディスプレイ、音響的システム、警
報灯およびプリンタの少なくともひとつを備える、請求項30記載のシステム。
31. The system of claim 30, wherein the alarm mechanism comprises at least one of a visual display, an acoustic system, an alarm light and a printer.
【請求項32】動作の間に前記解析器は、少なくともひとつの集合のs(t
)の各値をフーリエ変換することでs(t)における周波数を監視する、請求項
30記載のシステム。
32. During operation, the analyzer includes at least one set of s (t
31. The system of claim 30, wherein the frequency at s (t) is monitored by Fourier transforming each value of).
【請求項33】s(t)はα(t)をs(t)の位相としてs(t)=A(
t)cos(α(t))として表現され得ると共に、 動作の間に前記解析器は、少なくともひとつの集合のs(t)の各値から位相
α(t)を抽出し、抽出された位相α(t)をフーリエ変換することでs(t)
における周波数を監視する、請求項30記載のシステム。
33. s (t) is α (t) where s (t) is the phase of s (t) = A (
t) cos (α (t)) and during operation the analyzer extracts the phase α (t) from each value of s (t) of at least one set, and the extracted phase Fourier transform of α (t) yields s (t)
31. The system of claim 30, which monitors the frequency at.
【請求項34】動作の間に前記解析器は、ドップラー偏移の値により主項お
よび少なくとも1個の付加項がスペクトル的に分離されるというs(t)の値に
基づきs(t)における周波数を監視する、請求項30記載のシステム。
34. During operation, the analyzer is based on the value of s (t) at which the main term and at least one additional term are spectrally separated by the value of the Doppler shift in s (t). 31. The system of claim 30, which monitors frequency.
【請求項35】s(t)は以下のように表現可能であり: 【数4】 ωは2つのビーム間の角周波数分割であり、ω’u'は検出器、解析器および2
つのビームの線源の内の少なくともひとつにより引き起こされると共にωに等し
くない周波数であり、Lは物理的経路長差であり、λは第1集合におけるビーム
の波長であり、nは屈折率であり、cは真空中の光速であり、かつ、tは時間で
あり、 各付加項はa1,0,1,0 cos(ωt+ψ+ζ1,0,1,0 )以外の項に対応する、
請求項30記載のシステム。
35. s (t) can be expressed as: ω is the angular frequency division between the two beams, and ω'u ' is the detector, analyzer and 2
Is a frequency caused by at least one of the sources of the two beams and is not equal to ω, L is the physical path length difference, λ is the wavelength of the beam in the first set, and n is the index of refraction. , C is the speed of light in a vacuum, and t is time, and each additional term corresponds to a term other than a 1,0,1,0 cos (ωt + ψ + ζ 1,0,1,0 ),
31. The system according to claim 30.
【請求項36】動作の間に前記解析器はu’≠0に対する周波数ω+ω’u' の内のひとつの周波数の振幅を前記閾値と比較することで、システム劣化を表す
信号を生成するか否かを決定する、請求項35記載のシステム。
36. During operation, the analyzer compares the amplitude of one of the frequencies ω + ω ′ u ′ for u ′ ≠ 0 with the threshold to generate a signal indicative of system degradation. 36. The system of claim 35, wherein
【請求項37】動作の間に前記解析器は周波数q(ω+・ψ)の内のひとつ
の周波数の振幅を前記閾値と比較することで、システム劣化を表す信号を生成す
るか否かを決定する、請求項35記載のシステム。
37. During operation, the analyzer determines whether to generate a signal indicative of system degradation by comparing the amplitude of one of the frequencies q (ω + · ψ) with the threshold. 36. The system of claim 35, wherein
【請求項38】動作の間に前記解析器はp≠1、かつ、u=0のときにはp
≠0に対するuω+p・ψ+p+ ・ψの内のひとつにおける周波数の振幅を前記
閾値と比較することで、システム劣化を表す信号を生成するか否かを決定する、
請求項35記載のシステム。
38. During operation, the analyzer is p ≠ 1 and u = 0 when u = 0.
By comparing the amplitude of the frequency in one of uω + p · ψ + p + · ψ for ≠ 0 with the threshold value, it is determined whether or not to generate a signal indicating system deterioration.
The system of claim 35.
【請求項39】動作の間に、周波数分割ωを有する第1集合の2つのビーム
と、ωに等しくない周波数分割ωT を有する第2集合の2つのビームとを提供す
る線源と、 動作の間に、上記第1集合の第1ビームと上記第2集合の第1ビームとを測定
経路に沿って導向しかつ上記第1集合の第2ビームと上記第2集合の第2ビーム
とを基準経路に沿って導向してから両集合のビームを結合して出力ビームを形成
する干渉計であって、上記測定経路および基準経路は光路長差を画成する干渉計
と、 上記出力ビームにおける各ビーム間の光干渉に応答し、上記光路長差の関数で
ある上記干渉を表す信号S(t)を生成する検出器と、 上記第2集合のビームが存在しない場合に上記信号S(t)は、上記周波
数分割ωと上記光路長差の変化の速度により定められるドップラー偏移・ψとの
合計に等しい周波数における主項を含むs(t)に等しく、当該干渉測定システ
ムにおける特性により主周波数と同一の周波数にてs(t)に寄与する各ゼロ周
波数シフト循環誤差が引き起こされ、 上記第2集合のビームが存在する場合、s(t)に対するゼロ周波数シフ
ト循環誤差寄与を生成する上記特性はS(t)の周波数スペクトルにおける多重
線を生成し、該多重線はω−ωT だけ離間された各近傍ピークを有し、 上記検出器に連結された解析器であって、動作の間に、S(t)における各周
波数を区別して上記多重線を識別すると共に、上記多重線における少なくともひ
とつのピークの振幅および位相に基づき少なくともひとつのゼロ周波数シフト循
環誤差を量化する解析器と、 を備えた干渉測定システム。
39. A source that, during operation, provides a first set of two beams with a frequency division ω and a second set of two beams with a frequency division ω T not equal to ω; Between the first beam of the first set and the first beam of the second set along a measurement path, and the second beam of the first set and the second beam of the second set. An interferometer that directs along a reference path and then combines the beams of both sets to form an output beam, the measurement path and the reference path defining an optical path length difference; A detector responsive to optical interference between the beams to generate a signal S (t) representative of the interference as a function of the optical path length difference; and the signal S (t) in the absence of the second set of beams. ) Is determined by the frequency division ω and the speed of change of the optical path length difference. Each zero frequency that is equal to s (t) including the main term at a frequency equal to the sum of the Doppler shift and ψ, and contributes to s (t) at the same frequency as the main frequency due to the characteristics of the interferometry system. If a shift cyclic error is introduced and the second set of beams is present, the property producing a zero frequency shift cyclic error contribution to s (t) produces a multiline in the frequency spectrum of S (t), The multiplex has analyzers coupled to the detector, with each neighboring peak separated by ω-ω T , and during operation, distinguishing each frequency in S (t) to An interferometric measurement comprising: an analyzer for identifying and quantifying at least one zero frequency shift cyclic error based on the amplitude and phase of at least one peak in the multiline. Stem.
【請求項40】動作の間に前記解析器は、前記多重線における複数のピーク
の各々の振幅および位相に基づき複数のゼロ周波数シフト循環誤差を量化する、
請求項39記載のシステム。
40. During operation, the analyzer quantifies a plurality of zero frequency shift cyclic errors based on the amplitude and phase of each of a plurality of peaks in the multiplex line.
The system of claim 39.
【請求項41】前記解析器は前記線源にも連結され、動作の間に、該解析器
は上記線源を以て前記第2集合のビームではなく前記第1集合のビームを前記干
渉計に選択的に提供する、請求項39記載のシステム。
41. The analyzer is also coupled to the source, and during operation the analyzer selects the first set of beams for the interferometer with the source rather than the second set of beams. 40. The system of claim 39, wherein the system comprises:
【請求項42】動作の間に前記解析器が前記線源を以て前記第2集合のビー
ムではなく前記第1集合のビームを前記干渉計に選択的に提供する場合、上記解
析器は、s(t)と、量化された各ゼロ周波数シフト循環誤差の内の少なくとも
ひとつのゼロ周波数シフト循環誤差とに基づき前記光路長差を決定する、請求項
41記載のシステム。
42. During operation, when the analyzer selectively provides the interferometer with the first set of beams with the source rather than the second set of beams, the analyzer includes s ( 42. The system of claim 41, wherein the optical path length difference is determined based on t) and at least one of each quantified zero frequency shift cyclic error.
【請求項43】動作の間に前記解析器は少なくともひとつの集合のS(t)
の各値をフーリエ変換することでS(t)における各周波数を区別する、請求項
39記載のシステム。
43. During operation, the analyzer is configured to include at least one set of S (t)
40. The system of claim 39, wherein each frequency in S (t) is distinguished by Fourier transforming each value of.
【請求項44】S(t)はαS (t)をS(t)の位相としてS(t)=
S (t)cos(αS (t))として表現され得ると共に、 動作の間に前記解析器は、S(t)から位相αS (t)を抽出して少なくと
もひとつの集合のαS (t)の各値をフーリエ変換することでS(t)の各周
波数を区別する、請求項39記載のシステム。
44. S (t) = S (t) = α S (t) as the phase of S (t)
Together can be expressed as A S (t) cos (α S (t)), the analyzer during operation, alpha of at least one of the set by extracting S (t) from the phase α S (t) S 40. The system of claim 39, wherein each frequency of S (t) is distinguished by Fourier transforming each value of (t).
【請求項45】前記多重線は前記主周波数におけるピークを含む、請求項3
9記載のシステム。
45. The multiplex includes a peak at the dominant frequency.
9. The system according to 9.
【請求項46】前記検出器はナイキスト周波数を定める速度にてS(t)の
値をサンプリングし、かつ、周波数分割は各々上記ナイキスト周波数未満である
、請求項39記載のシステム。
46. The system of claim 39, wherein the detector samples the value of S (t) at a rate that defines the Nyquist frequency and the frequency divisions are each less than the Nyquist frequency.
【請求項47】前記検出器はナイキスト周波数を定める速度にてS(t)の
値をサンプリングし、かつ、前記第1集合のビームの平均周波数と前記第2集合
のビームの平均周波数との間の差は上記ナイキスト周波数より大きい、請求項3
9記載のシステム。
47. The detector samples the value of S (t) at a rate that defines the Nyquist frequency and is between the mean frequency of the beams of the first set and the mean frequency of the beams of the second set. 4. The difference between is greater than the Nyquist frequency.
9. The system according to 9.
【請求項48】前記検出器はナイキスト周波数ωNyを定める速度にてS(t
)の値をサンプリングし、かつ、ω<ωNy、ωT <ωNyおよび│ω−ωT │≪ω
である、請求項39記載のシステム。
48. The detector is S (t) at a rate that defines a Nyquist frequency ω Ny.
) Is sampled and ω <ω Ny , ω TNy and │ω−ω T │ << ω
40. The system of claim 39, wherein
【請求項49】│ω−ωT │<(ω/100)である、請求項48記載のシ
ステム。
49. The system according to claim 48, wherein | ω−ω T | <(ω / 100).
【請求項50】前記線源は第1および第2レーザを備え、前記第1集合のビ
ームは上記第1レーザから導出されかつ前記第2集合のビームは上記第2レーザ
から導出される、請求項39記載のシステム。
50. The source comprises first and second lasers, the first set of beams being derived from the first laser and the second set of beams being derived from the second laser. Item 39. The system according to item 39.
【請求項51】前記線源は第1および第2レーザと第1および第2音響光学
変調器とを備え、前記第1集合のビームは上記第1レーザおよび上記第1音響光
学変調器から導出されかつ前記第2集合のビームは上記第2レーザおよび上記第
2音響光学変調器から導出される、請求項39記載のシステム。
51. The source comprises first and second lasers and first and second acousto-optic modulators, wherein the first set of beams is derived from the first lasers and the first acousto-optic modulators. 40. The system of claim 39, wherein the second set of beams is derived from the second laser and the second acousto-optic modulator.
【請求項52】前記線源はレーザと第1および第2音響光学変調器とを備え
、上記レーザから導出された第1ビームは上記第1音響光学変調器を通過して前
記第1集合のビームを生成し、かつ、上記レーザから導出された第2ビームは上
記第2音響光学変調器を通過して前記第2集合のビームを生成する、請求項39
記載のシステム。
52. The source comprises a laser and first and second acousto-optic modulators, a first beam derived from the laser passing through the first acousto-optic modulator of the first set. 40. A beam is generated and a second beam derived from the laser passes through the second acousto-optic modulator to generate the second set of beams.
The system described.
【請求項53】前記レーザから導出された前記第1および第2ビームは該レ
ーザの隣接縦モードに対応する、請求項52記載のシステム。
53. The system of claim 52, wherein the first and second beams derived from the laser correspond to adjacent longitudinal modes of the laser.
【請求項54】動作の間に前記解析器は、複数のドップラー偏移の各々に対
するS(t)における周波数多重線を区別すると共に、ドップラー偏移に対する
、量化されたゼロ周波数シフト循環の依存性を量化する、請求項39記載のシス
テム。
54. During operation, the analyzer discriminates the frequency multilines in S (t) for each of a plurality of Doppler shifts and the dependence of the quantified zero frequency shift circulation on the Doppler shifts. 40. The system of claim 39, which quantifies
【請求項55】動作の間に前記解析器は、前記多重線の振幅が閾値を超えた
ときにシステム劣化を表す信号を生成し、かつ、 当該システムは、上記解析器に連結されて上記システム劣化信号に応答する警
報機構を更に含む、請求項39記載のシステム。
55. During operation, the analyzer produces a signal representative of system degradation when the amplitude of the multiplex exceeds a threshold, and the system is coupled to the analyzer. 40. The system of claim 39, further comprising an alarm mechanism responsive to the deterioration signal.
【請求項56】前記警報機構は、視覚的ディスプレイ、音響スピーカ、プリ
ンタおよび警報灯の少なくともひとつを備える、請求項55記載のシステム。
56. The system of claim 55, wherein the alert mechanism comprises at least one of a visual display, an acoustic speaker, a printer and an alert light.
【請求項57】s(t)の前記表現は以下のように表現可能であり: 【数5】 ω’u'は前記検出器、解析器および線源の内の少なくともひとつにより引き起
こされると共にωに等しくない周波数であり、Lは物理的経路長差であり、λは
第1集合におけるビームの波長であり、nは屈折率であり、cは真空中の光速で
あり、かつ、tは時間であり、非線形性はa1,0,1,0 cos(ωt+ψ+ζ1,0, 1,0 )以外の項を引き起こし、かつ、 量化されたゼロ周波数シフト循環誤差は、q=3,5,7…の内のひとつに対
するB1,0,1,0,q,1 およびζ1,0,1,0,q,1 に対応する、請求項39記載のシステ
ム。
57. The above representation of s (t) can be expressed as: omega 'u' is the detector is a frequency not equal to omega with caused by at least one of the analyzer and the radiation source, L is the physical path length difference, lambda is the wavelength of the beam in the first set by, n is the refractive index, c is the velocity of light in a vacuum, and, t is time, nonlinearity a 1,0,1,0 cos (ωt + ψ + ζ 1,0, 1,0) other than And the quantified zero frequency shift cyclic error causes B 1,0,1,0, q, 1 and ζ 1,0,1, for one of q = 3, 5, 7 ... 40. The system of claim 39, corresponding to 0, q, 1 .
【請求項58】ウェーハを支持するステージと、 空間的にパターン化された放射線を上記ウェーハ上に作像する照射システムと
、 上記作像された放射線に対する上記ステージの位置を調節する位置決めシステ
ムと、 上記ステージの位置を測定する請求項1、28、29、30または39に記載
の前記干渉測定システムと、 を備えた、ウェーハ上の集積回路の作製に使用されるリソグラフィシステム。
58. A stage for supporting a wafer, an illumination system for imaging spatially patterned radiation on the wafer, and a positioning system for adjusting the position of the stage relative to the imaged radiation. A lithographic system for use in making integrated circuits on a wafer, comprising: the interferometric measurement system of claim 1, 28, 29, 30 or 39 for measuring the position of the stage.
【請求項59】ウェーハを支持するステージと、 放射線線源、マスク、位置決めシステム、レンズアセンブリ、および請求項1
、28、29、30または39に記載の前記干渉測定システムを含む照射システ
ムとを備え、 動作の間に上記線源は上記マスクを介して放射線を導向して空間的にパターン
化された放射線を生成し、 上記位置決めシステムは上記線源からの放射線に対して上記マスクの位置を調
節し、 上記レンズアセンブリは上記空間的にパターン化された放射線を上記ウェーハ
上に作像し、かつ、 上記干渉測定システムは上記線源からの放射線に対する上記マスクの位置を測
定する、 ウェーハ上の集積回路の作製に使用されるリソグラフィシステム。
59. A stage for supporting a wafer, a radiation source, a mask, a positioning system, a lens assembly, and 1.
, 28, 29, 30 or 39, the illumination system comprising the interferometric system according to claim 28, 28, 29, 30 or 39, wherein the source directs radiation through the mask during operation to produce spatially patterned radiation. Generating, the positioning system adjusts the position of the mask with respect to radiation from the source, the lens assembly images the spatially patterned radiation onto the wafer and the interference. A lithographic system used to fabricate integrated circuits on a wafer, the measurement system measuring the position of the mask with respect to radiation from the source.
【請求項60】基板にパターン形成する書込みビームを提供する線源と、 上記基板を支持するステージと、 上記基板に対して上記書込みビームを供給するビーム導向アセンブリと、 上記ステージおよび上記ビーム導向アセンブリを相互に対して位置決めする位
置決めシステムと、 上記ビーム導向アセンブリに対する上記ステージの位置を測定する請求項1、
28、29、30または39に記載の前記干渉測定システムと、 を備えた、リソグラフィマスクの作製に用いられるビーム書込みシステム。
60. A source for providing a writing beam for patterning a substrate, a stage for supporting the substrate, a beam steering assembly for providing the writing beam to the substrate, the stage and the beam steering assembly. A positioning system for positioning the stages relative to each other and measuring the position of the stage relative to the beam steering assembly.
28. A beam writing system for use in making a lithographic mask, comprising: the interferometric measurement system according to 28, 29, 30 or 39.
【請求項61】干渉測定システムと共に使用される干渉測定方法であって、 別体の経路に沿って2つのビームを導向する工程と、 上記ビームを結合して重畳する1対の出射ビームを生成する工程であって、上
記別体の経路は光路長差を画成する工程と、 上記重畳する1対の出射ビームの間の光干渉を測定して上記光路長差を表す干
渉信号s(t)を生成する工程であって、上記信号s(t)は、上記2つのビー
ムの間に存在し得る周波数分割ωと上記光路長差の変化の速度により定められる
ドップラー偏移・ψとの合計に等しい周波数を有する主項を含み、上記干渉測定
システムの特性により上記信号s(t)は上記周波数分割ωとドップラー偏移・
ψとの合計に等しくない周波数を各々が有する付加項を更に含む工程と、 ドップラー偏移の値により主項および少なくとも1個の付加項がスペクトル的
に分離されるというs(t)の値に基づき少なくとも1個の付加項を量化する工
程と、 量化された少なくとも1個の付加項を用いて、ドップラー偏移の値により主項
および少なくとも1個の付加項がスペクトル的に重畳しないというs(t)の別
の値に対応する光路長差の変化を評価する工程と、 から成る干渉測定方法。
61. An interferometry method for use with an interferometry system, comprising: directing two beams along separate paths; and combining the beams to produce a pair of exit beams. And a step of defining the optical path length difference in the separate path, and measuring the optical interference between the pair of superposed outgoing beams to obtain an interference signal s (t) representing the optical path difference. ), The signal s (t) is the sum of the frequency division ω that may exist between the two beams and the Doppler shift ψ defined by the rate of change of the optical path length difference. Due to the characteristics of the interferometric system, the signal s (t) includes a main term having a frequency equal to
further including additional terms each having a frequency that is not equal to the sum of ψ and a value of s (t) such that the value of the Doppler shift spectrally separates the main term and at least one additional term. Quantifying at least one additional term based on, and using at least one additional quantified term, the value of the Doppler shift indicates that the main term and the at least one additional term do not spectrally overlap. evaluating the change in optical path length difference corresponding to another value of t);
【請求項62】干渉測定システムと共に使用される干渉測定方法であって、 別体の経路に沿って2つのビームを導向する工程と、 上記ビームを結合して重畳する1対の出射ビームを生成する工程であって、上
記別体の経路は光路長差を画成する工程と、 上記重畳する1対の出射ビームの間の光干渉を測定して上記光路長差を表す干
渉信号s(t)を生成する工程であって、上記信号s(t)は、上記2つのビー
ムの間に存在し得る周波数分割ωと上記光路長差の変化の速度により定められる
ドップラー偏移・ψとの合計に等しい周波数を有する主項を含み、上記干渉測定
システムの特性により上記信号s(t)は上記周波数分割ωとドップラー偏移・
ψとの合計に等しくない周波数を各々が有する付加項を更に含む工程と、 上記信号s(t)の周波数を監視する工程と、 上記各付加項の内のひとつの付加項に対応する周波数の振幅が閾値を超えたと
きに操作者に警告する工程と、 から成る干渉測定方法。
62. An interferometry method for use with an interferometry system, comprising directing two beams along separate paths and producing a pair of exit beams that combine and superimpose the beams. And a step of defining the optical path length difference in the separate path, and measuring the optical interference between the pair of superposed outgoing beams to obtain an interference signal s (t) representing the optical path difference. ), The signal s (t) is the sum of the frequency division ω that may exist between the two beams and the Doppler shift ψ defined by the rate of change of the optical path length difference. Due to the characteristics of the interferometric system, the signal s (t) includes a main term having a frequency equal to
further including additional terms each having a frequency not equal to the sum of ψ, monitoring the frequency of the signal s (t), and adding a frequency corresponding to one of the additional terms An interferometric method comprising the step of alerting the operator when the amplitude exceeds a threshold value.
【請求項63】干渉測定システムと共に使用される干渉測定方法であって、 周波数分割ωを有する第1集合の2つのビームと、ωに等しくない周波数分割
ωT を有する第2集合の2つのビームとを提供する工程と、 上記第1集合の第1ビームと上記第2集合の第1ビームとを測定経路に沿って
導向しかつ上記第1集合の第2ビームと上記第2集合の第2ビームとを基準経路
に沿って導向する工程と、 両集合のビームを結合して出力ビームを形成する工程であって、上記測定経路
および基準経路は光路長差を画成する工程と、 上記出力ビームにおける各ビーム間の光干渉を測定し、上記光路長差の関数で
ある上記干渉を表す信号S(t)を生成する工程と、 上記第2集合のビームが存在しない場合に上記信号S(t)は、上記周波
数分割ωと上記光路長差の変化の速度により定められるドップラー偏移・ψとの
合計に等しい周波数における主項を含むs(t)に等しく、当該干渉測定システ
ムにおける特性により主周波数と同一の周波数にてs(t)に寄与する各ゼロ周
波数シフト循環誤差が引き起こされ、 上記第2集合のビームが存在する場合、s(t)に対するゼロ周波数シフ
ト循環誤差寄与を生成する上記特性はS(t)の周波数スペクトルにおける多重
線を生成し、該多重線はω−ωT だけ離間された各近傍ピークを有し、 S(t)における各周波数を区別して上記多重線を識別する工程と、 上記多重線における少なくともひとつのピークの振幅および位相に基づき少な
くともひとつのゼロ周波数シフト循環誤差を量化する工程と、 から成る干渉測定方法。
63. An interferometry method for use with an interferometry system, the first set of two beams having a frequency division ω and the second set of two beams having a frequency division ω T not equal to ω. Directing a first beam of the first set and a first beam of the second set along a measurement path and a second beam of the first set and a second beam of the second set. Directing the beam along a reference path, and combining the beams of both sets to form an output beam, wherein the measurement path and the reference path define an optical path length difference; Measuring the optical interference between the beams in a beam and generating a signal S (t) representative of the interference as a function of the optical path length difference, and the signal S (t if the second set of beams is absent. t) is the above frequency division ω It is equal to s (t) including the main term at a frequency equal to the sum of the Doppler shift and ψ determined by the rate of change of the optical path length difference, and s ( If each zero frequency shift cyclic error contributing to t) is caused and the second set of beams is present, the property producing a zero frequency shift cyclic error contribution to s (t) is the frequency spectrum of S (t). And having multiple neighboring peaks separated by ω-ω T, and distinguishing the multiplet by distinguishing each frequency in S (t), at least in the multiplet Quantifying at least one zero frequency shift cyclic error based on the amplitude and phase of one peak;
【請求項64】ステージ上にウェーハを支持する工程と、 空間的にパターン化された放射線を上記ウェーハ上に作像する工程と、 上記作像された放射線に対する上記ステージの位置を調節する工程と、 請求項61、62または63に記載の前記干渉測定方法を用いて上記ステージ
の相対位置を測定する工程と、 から成るリソグラフィ方法。
64. Supporting the wafer on a stage, imaging spatially patterned radiation on the wafer, and adjusting the position of the stage with respect to the imaged radiation. A lithographic method comprising: measuring the relative position of the stage using the interference measuring method according to claim 61, 62 or 63.
【請求項65】ウェーハを支持する工程と、 線源からマスクへと放射線を導向して空間的にパターン化された放射線を生成
する工程と、 上記放射線に対して上記マスクを位置決めする工程と、 請求項61、62または63に記載の前記干渉測定方法を用いて上記放射線に
対する上記マスクの位置を測定する工程と、 上記空間的にパターン化された放射線を上記ウェーハ上に作像する工程と、 から成るリソグラフィ方法。
65. Supporting the wafer, directing radiation from a source to the mask to produce spatially patterned radiation, and positioning the mask with respect to the radiation. 64. Measuring the position of the mask with respect to the radiation using the interferometry method of claim 61, 62 or 63; imaging the spatially patterned radiation on the wafer. A lithographic method comprising.
【請求項66】基板にパターン形成する書込みビームを提供する工程と、 上記基板をステージ上に支持する工程と、 上記基板に対して上記書込みビームを供給する工程と、 上記書込みビームに対して上記ステージを位置決めする工程と、 請求項61、62または63に記載の前記干渉測定方法を用いて上記ステージ
の相対位置を測定する工程と、 から成るビーム書込み方法。
66. Providing a writing beam for patterning a substrate, supporting the substrate on a stage, supplying the writing beam to the substrate, and providing the writing beam with the writing beam. 64. A beam writing method comprising: positioning a stage; and measuring a relative position of the stage using the interferometric measuring method according to claim 61, 62 or 63.
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