JP2005516203A

JP2005516203A - 多軸干渉計

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Inventors: エイ．ヒル、ヘンリー
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Abstract

装置は、測定対象物の位置の変化を測定する多軸干渉計を含む。干渉計は入力入射ビームを受信し、入力入射ビームから生成される第１角度測定ビームを測定対象物上の第１ポイントへの通過路を形成するように方向付け、入力入射ビームから生成される第２角度測定ビームを測定対象物上の第２ポイントへの通過路を形成するように方向付け、次にこれらの角度測定ビームを合成して角度測定出力ビームを生成するように構成され、この場合各角度測定ビームは、合成されて角度測定出力ビームを生成する前に、測定対象物への単一の通過路を形成する。干渉計は、入力入射ビームから生成される別の組のビームを異なる経路に沿って方向付け、次にこれらのビームを合成して、測定対象物の位置の変化に関する情報を含む別の出力ビームを生成するように構成される。

Description

本発明は干渉計、例えばリソグラフィスキャナまたはステッパシステムのマスクステージまたはウェハステージのような測定対象物の角度変位及び直線変位を測定する変位測定分散干渉計に関する。

（関連出願の相互参照）
本出願は次の米国仮特許出願、ＨｅｎｒｙＡ．Ｈｉｌｌによる「多自由度測定平面ミラー干渉計アセンブリ」と題する２００２年１月２８日出願（Ｚ−３９１）の米国出願第６０／３５２，３４１号、及びＨｅｎｒｙＡ．Ｈｉｌｌによる「ビームずれ差を減少させた多自由度干渉計」と題する２００２年１月２８日出願の米国出願第６０／３５２，４２５号の優先権を主張するものである。参照される上記仮特許出願の各々は本明細書において参照により援用される。

変位測定干渉計は、光学的な干渉信号に基づいて、基準物体に対する測定対象物の位置の相対的な変化をモニタする。干渉計は、測定対象物から反射した測定ビームと、基準物体から反射した基準ビームとを重ね合わせ、干渉させることによって光学的な干渉信号を生成する。

多くの応用例では、測定および基準ビームの偏光は直交しており、周波数は異なっている。異なる周波数は、たとえば、レーザによるゼーマン分裂または音響光学変調によって、あるいは複屈折素子などを使用してレーザ内部で生成し得る。偏光が直交していることで、偏光ビーム・スプリッタにより測定および基準ビームがそれぞれ測定および基準物体に方向づけられ、反射した測定および基準ビームが合成されて、重なり合う射出測定および基準ビームが形成され得る。この重なり合う射出ビームが出力ビームを形成し、その後で偏光子を通過する。

偏光子は、測定および基準射出ビームの偏光を混合して、混合ビームを形成する。混合ビーム中の測定および基準射出ビームの成分は互いに干渉して、測定および基準射出ビームの相対位相に応じて混合ビームの強度が変化する。検出器が、この混合ビームの時間依存性強度を測定し、この強度に比例した電気的な干渉信号を生成する。測定および基準ビームの周波数は異なるので、この電気的な干渉信号は、測定および基準射出ビームの周波数の差に等しいビート周波数を有する「ヘテロダイン」信号を含む。たとえば、測定対象物を含むステージを並進移動させることによって、測定および基準経路長が相互に変化する場合、ビート周波数の測定値は、２νｎｐ／λに等しいドップラー・シフトを含む。ここで、νは測定および基準物体の相対速度、λは測定および基準ビームの波長、ｎは光ビームが通過する空気または真空などの媒質の屈折率、ｐは基準および測定物体まで通過した回数である。測定対象物の相対位置の変化は、干渉信号の測定値の位相変化に相当し、２πの位相変化が、ほぼλ／（ｎｐ）の距離の変化Ｌに等しい。ここで、Ｌは往復距離の変化、たとえば、測定対象物を含むステージに至り、それから戻るまでの距離の変化である。

残念ながら、この等式は必ずしも正確ではない。更に、干渉信号測定値の振幅は変化し得る。振幅が変化すると、後続の位相変化測定値の精度が低くなり得る。多くの干渉計には、「周期誤差」として知られているような非線形性を含む。この周期誤差は、干渉信号測定値の位相および／または強度として表すことが可能であり、光路長ｐｎＬの変化に対する正弦波依存性を有する。具体的には、位相の第１高調波周期誤差は（２πｐｎＬ）／λに対する正弦波依存性を有しており、位相の第２高調波周期誤差は２×（２πｐｎＬ）／λに対する正弦波依存性を有する。より高次の高調波周期誤差が存在する可能性もある。

干渉計の基準ビーム成分及び測定ビーム成分が波面誤差を含む場合、出力ビームの基準ビーム成分及び測定ビーム成分との間の横方向変位（すなわち「ビームずれ」）の変化により生じるような「非周期的非線形性」も存在する。この現象は次のように説明できる。

干渉計光学系の不均質性は基準ビーム及び測定ビームに波面誤差を生じさせる。基準ビーム及び測定ビームがこのような不均質性により互いに共線的に伝搬する場合、その結果として生じる波面誤差は同じとなり、干渉信号に対するこれらの寄与が互いに相殺し合う。しかしながらより一般的には、出力ビームの基準ビーム成分及び測定ビーム成分は横方向に互いに変位する、すなわちこれらの成分は相対ビームずれを有する。このようなビームずれによって波面誤差が生じて、誤差が出力ビームから生じる干渉信号に影響する。

また、多くの干渉計システムにおいて、ビームずれは測定対象物の位置または角度配向（ａｇｎｕｌａｒｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）が変わると変化する。例えば、相対ビームずれの変化が平面ミラー測定対象物の角度配向の変化により生じる。従って、測定対象物の角度配向の変化により、対応する誤差が干渉信号に生じる。

ビームずれ及び波面誤差の影響は、成分偏光状態に関連する出力ビームの成分を混合し、混合出力ビームを検出して電気干渉信号を生成するために使用する手順に依存することになる。混合出力ビームは、例えば混合ビームを検出器に集光させることなく検出器により、混合出力ビームを検出器に集光するビームとして検出することにより、または混合出力ビームをシングルモードまたはマルチモード光ファイバの中に向けて射出し、光ファイバが搬送する混合出力ビームの一部を検出することにより検出することができる。ビームずれ及び波面誤差による影響はまた、仮にビームストップを混合出力ビームを検出する手順に使用するとした場合、ビームストップの性能にも依存することになる。一般的に、干渉信号の複数の誤差は、光ファイバを使用して混合出力ビームを検出器に送信するときに混合される。

測定干渉信号の振幅変動は多数のメカニズムによる正味の結果である。一つのメカニズムは出力ビームの基準成分及び測定成分の相対ビームずれであり、このビームずれは、例えば測定対象物の姿勢の変化の結果である。

分散測定の適用においては、光路長測定は複数の波長、例えば５３２ｎｍ及び１０６４ｎｍで行なわれ、この測定を使用して距離測定干渉計の測定経路に在るガスの分散を測定する。分散測定は、距離測定干渉計で測定する光路長を物理長に変換する際に使用することができる。このような変換は、測定対象物までの物理距離は変化しない場合であっても測定光路長の変化がガス乱流により及び／又は測定アーム中のガスの平均密度の変化により生じるので重要となる。

上述の干渉計は多くの場合、リソグラフィに使用して半導体ウェハに集積回路を形成するためのスキャナシステム及びステッパシステムの不可欠な構成要素である。このようなリソグラフィシステムは通常、ウェハを支持し、固定する移動可能なステージ、照射ビームをウェハ上に方向付けるために使用する集光光学系、ステージを露光ビームに対して移動させるスキャナまたはステッパシステム、及び一つ以上の干渉計を含む。各干渉計は測定ビームをステージに取り付けた平面ミラーに方向付け、また反射測定ビームを平面ミラーから受光する。各干渉計はその反射測定ビームを該当する基準ビームと干渉させ、全体として干渉計は照射ビームに対するステージの位置の変化を正確に測定する。干渉計によってリソグラフィシステムは、ウェハのどの領域が照射ビームに晒されるかについて正確に制御することができる。

多くのリソグラフィシステム及び他の用途において、測定対象物は各干渉計からの測定ビームを反射する一つ以上の平面ミラーを含む。測定対象物の角度配向の小さな変化、例えばステージのピッチング及びヨーイングは、平面ミラーが反射する各測定ビームの方向を変えることができる。補償しないままにしておくと、これらの変化した測定ビームは各該当する干渉計における射出測定ビーム及び射出基準ビームのオーバーラップを小さくしてしまう。また、これらの射出測定ビーム及び射出基準ビームは互いに平行に伝搬しないか、または混合ビームを形成するときにそれらの波面が一致しない。その結果、射出測定ビームと射出基準ビームとの間の干渉が混合ビームの進行方向に垂直な面内において変化するので、検出器が測定する光強度の中に符号化されている干渉情報が壊れる。

この問題に対処するために、多くの従来の干渉計は再帰性反射体を含み、この再帰性反射体は測定ビームの向きを変えて平面ミラーに戻すので測定ビームは干渉計と測定対象物との間の経路を「２回通過する」。再帰性反射体を設けることにより射出測定ビームの方向が確実に測定対象物の角度配向の変化に対して鈍感になる。しかしながら、再帰性反射体を設けるとしても、射出測定ビームの横方向位置は依然として測定対象物の角度配向の変化に敏感なままである。また、干渉計内の光学系を通過する測定ビームの経路も依然として測定対象物の角度配向の変化に敏感なままである。

実際、干渉計システムを使用してウェハステージの位置を複数の測定軸に沿って測定する。例えば、ウェハステージがｘ−ｙ平面に位置する直交座標系を定義すると、測定は通常、ウェハステージがｘ−ｙ平面に沿って移動するに従って、ステージのｘ及びｙ位置だけでなくｚ軸に対するステージの角度配向に関しても行なわれる。また、ｘ−ｙ平面の面外のウェハステージの傾きもモニターすることが望ましい。例えば、そのような傾きの正確な特徴づけはｘ及びｙ位置のアッべオフセットエラーを計算するために必要となる。従って、所望の用途に応じて、最大５つの測定すべき自由度が存在する。また、幾つかの用途では、ｚ軸に対するウェハステージの位置もモニターして６つの自由度をモニターすることが望ましい。

各自由度を測定するために、干渉計を使用して距離変化を該当する測定軸に沿ってモニターする。例えば、ステージのｘ及びｙ位置だけでなくｘ，ｙ及びｚ軸に対するステージの角度配向を測定するシステムでは、少なくとも３つの空間的に分離された測定ビームをウェハステージの一方のサイドで反射し、少なくとも２つの空間的に分離された測定ビームをウェハステージの他方のサイドで反射する。例えば、「５つの測定軸を使用して基板にマスクパターンを繰り返し結像する方法及び装置」と題する米国特許第５，８０１，８３２号を参照されたい。ここで、この文献の内容を参照により援用する。各測定ビームを基準ビームと再合成して該当する測定軸に沿った光路長変化をモニターする。異なる測定ビームがウェハステージに異なる位置で衝突するので、ウェハステージの角度配向は光路長測定を適切に組み合わせることにより得ることができる。従って、各自由度をモニターするために、システムはウェハステージに衝突する少なくとも一つの測定ビームを含む。また上述のように、各測定ビームがウェハステージを２回通過するのでウェハステージの角度配向の変化による干渉信号の劣化を防止することができる。測定ビームは、物理的に独立した干渉計または複数の測定ビームを生成する多軸干渉計により生成することができる。

本発明は、２、３及び／又はそれよりも多くの自由度を単一の干渉計光学アセンブリを使用して測定する多自由度測定干渉計アセンブリ及び方法を特徴とする。例えば、２自由度測定平面ミラー干渉計アセンブリは、平面ミラーの直線変位及び角度変位の両方、または２つの直交角度変位を測定するように構成することができる。また、３自由度測定平面ミラー干渉計アセンブリは、平面ミラーの１つの直線変位及び２つの直交角度変位を測定するか、または２つの直線変位及び１つの角度変位を測定するように構成することができる。また、４またはそれよりも多くの自由度を測定する平面ミラー干渉計アセンブリは、直線変位及び角度変位の他の組合せを測定するように構成することができる。

多くの実施形態において、干渉計は共通入力ビームから生成される第１組の２つの「角度測定」ビームを方向付けて測定対象物（例えば、平面ミラー測定対象物）に２つの異なる位置で衝突させ、そして次にこれらの角度測定ビームを合成して該当する角度測定出力ビームを生成する。２つの角度測定ビームの間に光学的差異があるので、角度測定出力ビームは測定対象物の角度配向の変化についての情報を含む。また、多くの実施形態では、角度測定ビームの各々は測定対象物に１回だけ衝突するので、出力信号における周期誤差の非直線性の発生源を減らすことができる。

干渉計は更に、一つ以上の別の組のビームをそれぞれの経路に沿って方向付けて一つ以上の別の出力ビームを生成し、これらの出力ビームは追加の自由度に関する測定対象物の位置または姿勢の変化についての情報を含む。例えば、干渉計は測定対象物までの距離の変化を測定する高安定性平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）部分を含む。

干渉計の実施形態は更に、検出器またはビームを検出器に入力する光ファイバピックアップにおける角度測定出力ビーム（群）の成分の間のビームずれ差を小さくする、または無くす構成を含む。

複数の自由度を測定するために、干渉計の実施形態は入力ビーム（または入力入射ビーム）を複数組のビームに分離する。第１組の実施形態では、干渉計は、測定対象物との衝突の前には必ず、入力入射ビームを２つ以上の後続の入力ビーム（例えば、角度測定入力ビーム及び距離測定入力ビーム）に分離する。別の組の実施形態では、干渉計は中間ビームを異なる自由度に対応する複数のビームに分離し、この場合中間ビームは測定ビームに少なくとも１回衝突する成分（例えば、「主」測定ビーム）を含む。このような実施形態では、出力ビームの内の２つ以上の出力ビームは共通経路（例えば、主測定ビームによって定義される経路）に沿って測定対象物に衝突する成分を含む。また、更に別の組の実施形態では、干渉計は出力ビーム（例えば、角度測定出力ビーム）の一部を分離して追加の入力ビームを形成し、この入力ビームは向きを変えられて干渉計に戻って追加の自由度が測定される。

通常、干渉計アセンブリは、出力ビームの異なる成分に対応するビームがガラス中において等しい長さの光路長、及び／又はガス中において等しい長さの光路長を有するように構成される。

次に本発明の異なる態様及び特徴について要約する。
一般的に、一態様において、本発明は測定対象物（例えば、平面ミラー）の位置の変化を測定する多軸干渉計を含む装置を特徴とする。干渉計は入力入射ビームを受信し、入力入射ビームから生成される第１角度測定ビームを測定対象物上の第１ポイントへの通過路を形成するように方向付け、入力入射ビームから生成される第２角度測定ビームを測定対象物上の第２ポイントへの通過路を形成するように方向付け、そして次に角度測定ビームを合成して角度測定出力ビームを生成するように構成される。各角度測定ビームは、合成されて角度測定出力ビームを形成する前に、測定対象物への単一の通過路を形成する。干渉計は更に、入力入射ビームから生成される別の組のビームを異なる経路に沿って方向付け、これらのビームを合成して測定対象物の位置の変化に関する情報を含む別の出力ビームを生成するように構成される。

装置の実施形態は次に示す特徴のいずれかを含むことができる。
別の組のビームが第１距離測定ビーム及び第２距離測定ビームを含み、別の出力ビームは距離測定出力ビームである。このような実施形態では、干渉計は第１距離測定ビームを測定対象物に達するための第１及び第２通過路を形成するように方向付け、次に第１距離測定ビームを第２距離測定ビームと合成して距離測定出力ビームを生成する。

干渉計は、入力入射ビームを受信し、入力入射ビームを角度測定入力ビーム及び距離測定入力ビームに分離するように配置された非偏光ビームスプリッタを備え、第１及び第２角度測定ビームは角度測定入力ビームから生成され、第１及び第２距離測定ビームは距離測定入力ビームから生成される。例えば、干渉計は角度測定光学アセンブリ及び距離測定光学アセンブリを備え、角度測定光学アセンブリは角度測定ビームを測定対象物に方向付けるように構成され、距離測定光学アセンブリは距離測定ビームを方向付けるように構成され、角度測定光学アセンブリ及び距離測定光学アセンブリはそれぞれ、別個の偏光ビームスプリッタを備える。距離測定光学アセンブリは高安定性平面ミラー干渉計（Ｈｉｇｈ−ＳｔａｂｉｌｉｔｙＰｌａｎｅＭｉｒｒｏｒＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＨＳＰＭＩ）として構成することができる。

干渉計は、ビームが測定対象物への第１通過を形成する間に、第１角度測定ビームを第１距離測定ビームにオーバーラップさせるように構成することができる。例えば、干渉計は、ビームが測定対象物への第１通過を形成した後に第１角度測定ビームを第１距離測定ビームから分離するように配置された非偏光ビームスプリッタを含むことができる。

干渉計は、角度測定出力ビームを受信し、角度測定出力ビームの一部を分離して距離測定入力ビームを形成するように配置された非偏光ビームスプリッタを含むことができ、この場合距離測定ビームは距離測定入力ビームから生成される。また、このような実施形態では、干渉計は更に、距離測定入力ビームを方向付けるように配置される出力折返し光学系を含むことができ、この場合出力折返し光学系は、第１距離測定ビームが測定対象物に測定対象物の角度配向範囲に対して実質的に法線方向から衝突するように選択される倍率を有するアフォーカル系を備える。例えば、倍率は２：１とすることができる。

干渉計は更に、測定対象物への通過路を形成した後、かつ第２角度測定ビームと合成される前に、反射基準物体への通過路を形成するように第１角度測定ビームを方向付け、測定対象物に達するための通過を行なう前に、基準物体への通過路を形成するように第２角度測定ビームを方向付けるように構成される。また、干渉計は、基準物体（例えば平面ミラー）への第１及び第２通過路を形成するように第２距離測定ビームを方向付けるように構成される。

干渉計は偏光ビームスプリッタ及び戻し光学アセンブリを備え、偏光ビームスプリッタは、測定対象物及び基準物体への通過路の各々の間に、角度測定ビーム及び距離測定ビームの各々の内の一方を透過させ、かつ角度測定ビーム及び距離測定ビームの各々の内の他方を反射するように配置され、更に、第１及び第２通過路の後に、角度測定ビームを再合成して角度測定出力ビームを形成し、距離測定ビームを再合成して距離測定出力ビームを形成するように配置され、戻し光学アセンブリは、角度測定ビーム及び距離測定ビームを偏光ビームスプリッタから受信し、第１及び第２通過路の間に、これらのビームの向きを変えて偏光ビームスプリッタに戻すように配置される。干渉計は基準物体を含むことができる、または基準物体は、差動平面ミラー干渉計（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｌａｎｅＭｉｒｒｏｒＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＤＰＭＩ）におけるような別の測定対象物の一部とすることができる。干渉計は更に、偏光ビームスプリッタと基準物体との間に位置する１／４位相差板及び偏光ビームスプリッタと測定対象物との間に位置する１／４位相差板を備えることができる。

戻し光学アセンブリは、第１及び第２通過の間に角度測定ビームの偏光を回転させるように配置される１／２位相差板を備えることができる。戻し光学アセンブリは更に、角度測定ビームの向きを変えて偏光ビームスプリッタに戻すように配置される奇数の反射面を有することができる。奇数の反射面の各々が共通平面に法線を有する。更に、奇数の反射面は、反射面の各々での入射ビームと反射ビームとの間の角度の合計がゼロ、または３６０度の整数倍となるように角度測定ビームを反射して、各角度は入射ビームから反射ビームに向かう方向に測定され、反時計回りに測定される場合に正の値を有し、時計回りに測定される場合に負の値を有する。戻し光学アセンブリは、距離測定ビームの向きを変えて偏光ビームスプリッタに戻すように配置される再帰性反射体を更に備える。

更に、戻し光学アセンブリは、角度測定ビームの向きを変えて偏光ビームスプリッタに戻すように配置された一組の反射面を有し、一組の反射面は、反射面の各々での入射ビームと反射ビームとの間の角度の合計がゼロ、または３６０度の整数倍となるように角度測定ビームを反射して、各角度は入射ビームから反射ビームに向かう方向に測定され、反時計回りに測定される場合に正の値を有し、時計回りに測定される場合に負の値を有する。

干渉計は、入力入射ビームを受信し、入力入射ビームを角度測定入力ビーム及び距離測定入力ビームに分離するように配置された非偏光ビームスプリッタを更に備え、偏光ビームスプリッタは角度測定入力ビームを第１及び第２角度測定ビームに分離し、距離測定入力ビームを第１及び第２距離測定ビームに分離するように配置される。

干渉計は、測定対象物への第１通過路の間に第１角度測定ビームを方向付けて第１距離測定ビームにオーバーラップさせ、そして、基準物体への第１通過路の間に第２角度測定ビームを方向付けて第２距離測定ビームにオーバーラップさせるように構成される。例えば、偏光ビームスプリッタは、第１角度測定ビーム及び第１距離測定ビームを含む重複ビームペアと、第２角度測定ビーム及び第２距離測定ビームを含む重複ビームペアとに入力入射ビームを分離するように配置され、偏光ビームスプリッタは、これらのビームペアがそれぞれの測定対象物及び基準物体への第１通過路を形成した後に、これらのビームペアを再合成して中間ビームを形成するように配置される。また、戻し光学アセンブリは、中間ビームを受信するように配置され、角度測定ビームを距離測定ビームから空間的に分離するように配置される非偏光ビームスプリッタを含む。

干渉計は、非偏光ビームスプリッタを含出力折返し光学系を備え、この非偏光ビームスプリッタは、角度測定出力ビームを受信し、角度測定出力ビームの一部を分離して距離測定入力ビームを形成するように配置され、出力折返し光学系は距離測定入力ビームを偏光ビームスプリッタに方向付けるように構成され、偏光ビームスプリッタは距離測定入力ビームを距離測定ビームに分離するように配置される。また、出力折返し光学系は、第１距離測定ビームが測定対象物に測定対象物の角度配向範囲に渡って実質的に法線方向から衝突するように選択される倍率を有するアフォーカル系を備える。例えば、倍率は２：１とすることができる。

装置は、入力入射ビームを生成し、入力入射ビームを多軸干渉計に方向付けるように構成された光源を更に備え、入力入射ビームは、分離ヘテロダイン周波数を有する２つの成分を含み、角度測定ビーム及び別の組のビームの各々の内の一方は入力ビームの成分の内の一方から生成され、角度測定ビーム及び別の組のビームの各々の内の他方は入力ビームの成分の内の他方から生成される。例えば、入力ビームの成分は直交偏光を有する。

装置は、出力ビームを受信し、測定対象物の角度配向、及び測定対象物までの距離の変化を示す電気信号を生成するように構成される検出器を備え。装置は、各検出器の手前に配置され、出力ビームの各々の成分の内の中間偏光を通過させるように構成される偏光解析器を更に備え。また、装置は、各出力ビームが該当する偏光解析器を通過した後に、各出力ビームを該当する検出器に入力する光ファイバピックアップを備える。

干渉計は、角度測定出力ビームのビームずれ差を小さくするように配置される光遅延線を備える。例えば、光遅延線は、第２角度測定ビームが測定対象物から戻る間に第２角度測定ビームに追加の経路長を生じさせるように配置される。別の例では、光遅延線は、入射ビームの直交偏光成分の経路長に差を生じさせるように構成される。また、光遅延線は入力入射ビーム及び両方の出力ビームを受信するように配置される。別の例では、光遅延線は入力入射ビーム及び距離測定出力ビームを受信するように配置され、干渉計は、第２角度測定ビームが測定対象物への通過路を形成する間に第２角度測定ビームを受信するように配置される第２光遅延線を備える。

干渉計は、第２角度測定ビームが測定対象物から戻る間に第２角度測定ビームに追加の経路長を生じさせて角度測定出力ビームのビームずれ差を小さくするように配置される光遅延ブロックを備える。

角度測定出力ビームは第１回転軸に対する測定対象物の角度配向についての情報を含む。干渉計は、入力入射ビームから生成される第３角度測定ビームを測定対象物への通過路を形成するように方向付け、入力入射ビームから生成される第４角度測定ビームを測定対象物への通過路を形成するように方向付け、次に第３及び第４角度測定ビームを合成して、第１回転軸とは異なる第２回転軸に対する測定対象物の角度配向についての情報を含む第２角度測定出力ビームを生成するように構成される。例えば、第２回転軸は第１回転軸と直交する。干渉計は、ビームが測定対象物への通過路を形成している間に第１及び第３角度測定ビームをオーバーラップさせるように構成される。

別の態様において、本発明は第１の装置を特徴とし、この第１の装置は、測定対象物の角度配向及び測定対象物までの距離の変化を測定する多軸干渉計を備える。この干渉計は入力入射ビームを受信し、入力入射ビームから生成される第１角度測定ビームを測定対象物上の第１ポイントへの通過路を形成するように方向付け、入力入射ビームから生成される第２角度測定ビームを測定対象物上の第２ポイントへの通過路を形成するように方向付け、次にこれらの角度測定ビームを合成して角度測定出力ビームを生成するように構成される。干渉計は、入力入射ビームから生成される別の組のビームを異なる経路に沿って方向付け、次にこれらのビームを合成して測定対象物の位置の変化に関する情報を含む別の出力ビームを生成するように構成される。干渉計は、入力入射ビームを受信し、入力入射ビームを角度測定入力ビーム及び別の入力ビームに分離する非偏光ビームスプリッタを備え、第１及び第２角度測定ビームは角度測定入力ビームから生成され、別の組のビームは別の入力ビームから生成される。

第２の装置の実施形態は更に第１に記載した装置に関連する形で上述の特徴を含む。
概括すると、別の態様において、本発明は測定対象物の位置の変化を測定する多軸干渉計を備える第３の装置を特徴とする。この干渉計は入力入射ビームを受信し、入力入射ビームから生成される第１角度測定ビームを測定対象物上の第１ポイントへの通過路を形成するように方向付け、入力入射ビームから生成される第２角度測定ビームを測定対象物上の第２ポイントへの通過路を形成するように方向付け、次にこれらの角度測定ビームを合成して角度測定出力ビームを生成するように構成される。干渉計は、入力入射ビームから生成される別の組のビームを異なる経路に沿って方向付け、次にこれらのビームを合成して測定対象物の位置の変化に関する情報を含む別の出力ビームを生成するように構成される。動作状態において、第１角度測定ビームが測定対象物への第１通過路を形成する間に、第１角度測定ビームが別の組のビームの内の第１ビームとオーバーラップする。

第３の装置の実施形態は更に、第１に記載した装置に関連する形で上述の特徴を含む。
概括すると、別の態様において、本発明は測定対象物の位置の変化を測定する多軸干渉計を備える第４の装置を特徴とする。この干渉計は入力入射ビームを受信し、入力入射ビームから生成される第１角度測定ビームを前記測定対象物上の第１ポイントへの通過路を形成するように方向付け、入力入射ビームから生成される第２角度測定ビームを測定対象物上の第２ポイントへの通過路を形成するように方向付け、次にこれらの角度測定ビームを合成して角度測定出力ビームを生成するように構成される。干渉計は、入力入射ビームから生成される第１距離測定ビームを測定対象物への第１及び第２通過路を形成するように方向付け、次に第１距離測定ビームを入力入射ビームから生成される第２距離測定ビームと合成して距離測定出力ビームを生成するように構成される。干渉計は、角度測定出力ビームを受信し、角度測定出力ビームの一部を分離して距離測定入力ビームを形成するように配置された非偏光ビームスプリッタを備え、距離測定ビームは距離測定入力ビームから生成される。幾つかの実施形態では、干渉計は、距離測定入力ビームを方向付けるように配置された折返し光学系を備え、折返し光学系は、第１距離測定ビーム部分が測定対象物に測定対象物の角度配向範囲に対して実質的に法線方向から入射して衝突するように選択される倍率を有するアフォーカル系を備える。

第４の装置の実施形態は更に、第１に記載した装置に関連する形で上述の特徴を含む。
概括すると、別の態様において、本発明は測定対象物の位置の変化を測定する多軸干渉計を備える第５の装置を特徴とする。この干渉計は入力入射ビームを受信し、入力入射ビームから生成される第１角度測定ビームを測定対象物上の第１ポイントへの通過路を形成するように方向付け、入力入射ビームから生成される第２角度測定ビームを測定対象物上の第２ポイントへの通過路を形成するように方向付け、次にこれらの角度測定ビームを合成して角度測定出力ビームを生成するように構成される。干渉計は、入力入射ビームから生成される別の組のビームを異なる経路に沿って方向付け、次にこれらのビームを合成して測定対象物の位置の変化についての情報を含む別の出力ビームを生成するように構成される。干渉計は、第１角度測定ビームが測定対象物への通過路を形成した後、かつ第２角度測定ビームが測定対象物への通過路を形成する前に、第１角度測定ビームを第２角度測定ビームと合成するように配置された偏光ビームスプリッタを備え、この合成ビームは中間ビームを形成する。干渉計は、中間ビームを受信し、中間ビームを方向付けて偏光ビームスプリッタに戻すように配置された戻し光学アセンブリを備え、戻し光学アセンブリは、測定対象物へのこれらの角度測定ビームの入射によって定義される平面で中間ビームを奇数回反射するように配置された一組の反射面を有し、戻し光学アセンブリは、中間ビームの各角度測定ビームの偏光を回転させるように構成された１／２波長板を更に備える。

第５の装置の実施形態は更に、第１に記載した装置に関連する形で上述の特徴を含む。
概括すると、別の態様において、本発明は方法を特徴とし、この方法においては、測定対象物の位置の第１角度測定変化を方向付け、入力入射ビームから生成される第２角度測定ビームを測定対象物の第２ポイントへの通過路を形成するように方向付け、測定対象物への通過路を形成した後に、角度測定ビームを合成して角度測定出力ビームを生成し、入力入射ビームから生成される別の組のビームを異なる経路に沿って方向付け、別の組のビームを合成して測定対象物の位置の変化に関する情報を含む別の出力ビームを生成する。好適な実施形態では、各角度測定ビームは測定対象物への単一の通過路を形成する。

この方法は、異なる装置と関連する形で上述の特徴のいずれかに対応する追加の特徴を更に含む。
別の態様において、本発明は集積回路をウェハの上に製造する際に使用するリソグラフィシステムを特徴とする。このリソグラフィシステムは、ウェハを支持するステージと、空間的にパターン化された照射線をウェハの上に結像する照明システムと、結像した照射線に対するステージの位置を調整するポジショニングシステムと、結像した照射線に対するウェハの位置をモニターする上述の干渉計装置のいずれかと、を備える。

別の態様において、本発明は集積回路をウェハの上に製造する際に使用する別のリソグラフィシステムを特徴とする。このリソグラフィシステムは、ウェハを支持するステージと、照射源、マスク、ポジショニングシステム、レンズアセンブリ、及び上述の干渉計装置のいずれかを含む照明システムと、を備える。動作状態において、照射源は照射線をマスクを通して方向付けて空間的にパターン化された照射線を生成し、ポジショニングシステムは照射源からの照射線に対するマスクの位置を調整し、レンズアセンブリは空間的にパターン化された照射線をウェハの上に結像し、干渉計システムは照射源からの照射線に対するマスクの位置をモニターする。

別の態様において、本発明はリソグラフィマスクを製造する際に使用するビーム書込みシステムを特徴とする。このビーム書込みシステムは、書込みビームを照射して基板にパターンを形成する照射源と、基板を支持するステージと、書込みビームを基板にビーム方向付けアセンブリと、ステージ及びビーム方向付けアセンブリを互いに対して位置決めするポジショニングシステムと、ビーム方向付けアセンブリに対するステージの位置をモニターする上述の干渉計装置のいずれかと、を備える。

別の態様において、本発明は集積回路をウェハの上に製造する際に使用するリソグラフィ法を特徴とする。このリソグラフィ法においては、ウェハを移動可能なステージの上に支持し、空間的にパターン化された照射線をウェハの上に結像し、ステージの位置を調整し、ステージの位置を上述の干渉計動作方法のいずれかを使用してモニターする。

別の態様において、本発明は集積回路の製造に使用する別のリソグラフィ法を特徴とする。このリソグラフィ法においては、入力照射線をマスクを通して方向付けて空間的にパターン化された照射線を生成し、マスクを入力照射線に対して位置決めし、入力照射線に対するマスクの位置を上述の干渉計動作方法のいずれかを使用してモニターし、空間的にパターン化された照射線をウェハの上に結像する。

別の態様において、本発明は集積回路をウェハの上に製造する第３のリソグラフィ法を特徴とし、このリソグラフィ法においては、リソグラフィシステムの第１構成要素をリソグラフィシステムの第２構成要素に対して配置してウェハを空間的にパターン化された照射線で露光し、第２構成要素に対する第１構成要素の位置を上述の干渉計動作方法のいずれかを使用してモニターする。

別の態様において、本発明は上述のリソグラフィ法のいずれかを含む集積回路の製造方法を特徴とする。
別の態様において、本発明は上述のリソグラフィシステムのいずれかの使用を含む集積回路の製造方法を特徴とする。

別の態様において、本発明はリソグラフィマスクの製造方法を特徴とし、この方法においては、書込みビームを基板に方向付けて基板にパターンを形成し、基板を書込みビームに対して位置決めし、書込みビームに対する基板の位置を上述の干渉計動作方法のいずれかを使用してモニターする。

特別に定義しない限り、本明細書に使用する全ての技術的及び科学的用語は本発明が属する技術分野の当業者が共通して理解するのと同じ意味を有するものとする。刊行物、特許出願、特許、及び本明細書において参照されることにより本発明の開示に組み入れられる上述の他の参考文献と相容れない事態が生じる場合には、定義を含む本明細書が優先する。

本発明の一つ以上の実施形態についての詳細は、添付の図面及び以下の記載に開示される。本発明の他の特徴、目的及び利点は記載及び図面から、そして請求項から明らかになるであろう。

なお、種々の図面の同様な参照符号は同様の素子を示す。

本発明の実施形態は、一つ以上の直線変位干渉計及び一つ以上の角度変位干渉計を備える干渉計アセンブリを有する。直線変位干渉計は、高安定性平面ミラー干渉計（ＨｉｇｈＳｔａｂｉｌｉｔｙＰｌａｎｅＭｉｒｒｏｒＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＨＳＰＭＩ）または差動平面ミラー干渉計（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｌａｎｅＭｉｒｒｏｒＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＨＳＰＭＩ）等のダブルパス干渉計を備える。角度変位干渉計は２本のビームを平面ミラー測定対象物上の異なるポイントに方向付け、これらのビームを合成して角度測定出力ビームを形成する。干渉計アセンブリの実施形態について記載するが、これらの実施形態においては、干渉計アセンブリは一つ以上の直線変位干渉計及び一つ以上の角度変位干渉計を備える。

図１は干渉計システムの概略図であり、このシステムにより、平面ミラー測定対象物９２の直線変位及び角度変位を測定し、モニターする。図１に示すように、干渉計システムは照射源１０、多数の干渉計タイプの一つとして構成し、配置することができる干渉計１４、検出器７０、及びデータ処理を実行するために公知の方法でプログラムされた電子プロセッサ兼コンピュータ９０を備える。各タイプにおいては、別個の実施形態として以下に詳述するように、干渉計ビームはミラー９２に向かって、またはミラー９２から、２０として示す光路にほぼ沿う形で進み、そして出力ビームは干渉計１４から検出器７０に向かって６０で示す光路に沿って進む。出力ビームは検出器７０により検出されて電気干渉信号を生成し、これらの信号は電子プロセッサ兼コンピュータ９０に信号８０として送信される。通常、偏光子または偏光「解析器」（図示せず）を使用して検出器７０による検出の前に、出力ビームの測定ビーム成分及び基準ビーム成分の偏光を混合する。幾つかの実施形態においても、光ファイバピックアップ（図示せず）を使用して偏光混合出力ビームをリモート検出器に入射させる。

入力ビーム１２は照射源１０から供給される２成分ビームである。２つの成分は、異なる周波数を有し、直交する平面偏光である。異なる周波数は照射源１０で、例えばレーザゼーマン分裂、音響光学変調、または複屈折素子などを使用してレーザの内部により生成することができる。

干渉計１４の第１の実施形態を図２ａの透視図に示すが、この実施形態は、符号１１４としてその全体を示された統合光学アセンブリ内に２つの平面ミラー干渉計を含む。干渉計１１４については干渉計１４の動作として記載することとする。測定ビーム１２２，１２４及び１２６の経路は図１の符号２０で示す経路に対応する。２つの平面ミラー干渉計は、平面ミラー測定対象物９２への１つの通過路を形成するための共通測定ビーム経路を有する。共通測定ビーム経路は測定ビーム１２２の経路に対応する。

次の説明は図２ａ〜２ｇを参照して行なう。図２ａによれば、本発明の第１の実施形態は干渉計アセンブリ２００を含み、このアセンブリは高安定性平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）及び角度変位干渉計を備え、この場合干渉計アセンブリは平面ミラー測定対象物２８０の直線変位及び角度変位を測定するように構成される。干渉計２００については図１の干渉計１４の動作として記載することとする。ビーム２９１，２９３及び２９４の経路は図１の符号２０で示す経路に対応する。ＨＳＰＭＩを図２ｂに模式的な形で示し、角度変位干渉計を図２ｃに模式的な形で示す。この装置は広範囲の照射源に適用することができるが、次の説明は光測定システムに関する例を通して行なわれる。

図２ａを参照すると、入力ビーム１２が照射源１０から射出される。入力ビーム１２は、周波数ｆ₁が異なる２つの直交偏光ビーム成分を含む。２つの直交偏光成分の偏光面はそれぞれ図２ａの平面に平行、及び直交する。ビーム１２の第１部分は非偏光ビームスプリッタ２２０を角度干渉計の角度測定入力ビーム２８２として透過し、ビーム１２の第２部分は非偏光ビームスプリッタ２２０によってＨＳＰＭＩの距離測定入力ビーム２８４として反射される。第１の実施形態はヘテロダインシステムとして記載されるが、第１の実施形態は、本発明の技術範囲及び技術思想から逸脱することなくホモダインシステムとして動作するように構成することができる。

図２ａ及び２ｂを参照すると、ＨＳＰＭＩは偏光ビームスプリッタ２３０、再帰性反射体２３２、２つの１／４波長板２３４及び２３６、及び基準ミラー２３８を含む。ミラー２３１及び２３３は距離測定入力ビーム２８４を偏光ビームスプリッタ２３０に方向付け、このスプリッタ２３０が入力ビーム２８４を基準ビーム２９５及び測定ビーム２９１に分離する。基準ビーム２９５は基準ミラー２３８により反射され、次に１／４波長板２３６を２回通過した後、偏光ビームスプリッタ２３０により反射されて再帰性反射体２３２に向かう。次に再帰性反射体２３２は基準ビーム２９５を方向付けて偏光ビームスプリッタ２３０に戻し、このビームスプリッタ２３０は基準ビーム２９５を反射して基準ミラー２３８に戻し、今度は基準ミラー２３８が基準ビーム２９５を反射して、基準ビームが１／４波長板２３６を別の経路で２回通過した後、偏光ビームスプリッタに戻す。１／４波長板を２回通過するので、偏光ビームスプリッタ２３０は距離測定出力ビーム２７４の基準ビーム成分として基準ビームを透過させる。測定ビーム２９１は測定ミラー２８０により反射され、次に１／４波長板２３４を２回通過した後、偏光ビームスプリッタ２３０を透過して再帰性反射体２３２に到達する。次に再帰性反射体２３２は測定ビーム２９１を方向付けて偏光ビームスプリッタ２３０に戻し、偏光ビームスプリッタ２３０は測定ビーム２９１を透過させて測定ミラー２８０に戻し、今度は測定ミラー２８０が測定ビームを反射して、測定ビームが１／４波長板２３８を別の経路で２回通過した後、偏光ビームスプリッタに戻す。１／４波長板を２回通過するので、偏光ビームスプリッタ２３０は、距離測定出力ビーム２７４の測定ビーム成分として測定ビームを反射する。

従って、測定対象物２８０への測定ビーム２９１の２重通過路、及び基準物体２３８への基準ビーム２９５の２重通過路の後に、偏光ビームスプリッタ２３０は測定ビーム２９１及び基準ビーム２９５をそれぞれ再合成して距離測定出力ビーム２７４を形成する。偏光子２７１は距離測定出力ビームが検出器２７２に衝突する前に距離測定出力ビームの偏光成分を混合する。基準ビーム２９５及び測定ビーム２９１は、距離測定入力ビーム２８４から生成され、かつ最終的には再合成されて距離測定出力ビーム２７４を生成する２本の距離測定ビームと見なすことができる。

図２ａ及び２ｃによれば、角度変位干渉計は偏光ビームスプリッタ２４０、反射面２４２を含む菱面体２４１、光学ブロック２４３、及び反射面２４４，２４６を含む菱面体２４５を含む。角度変位干渉計は更に、ＨＳＰＭＩの一部でもある１／４波長板２３４を含む。偏光ビームスプリッタ２４０は角度測定入力ビーム２８２を角度測定ビーム２９３及び２９４に分離する。角度測定ビーム２９３は表面２４２により反射され、光学ブロック２４３を通過し、次に平面ミラー測定対象物２８０により反射される。１／４波長板２３４を２回通過した後、角度測定ビーム２９３は偏光ビームスプリッタ２４０に戻り、偏光ビームスプリッタ２４０が角度測定ビーム２９３を角度測定出力ビーム２７８の第１成分として透過させる。角度測定ビーム２９４は表面２４４及び２４６により反射され、次に平面ミラー測定対象物２８０により反射される。１／４波長板２３４を２回通過した後、角度測定ビーム２９４は偏光ビームスプリッタ２４０に戻り、偏光ビームスプリッタ２４０が角度測定ビーム２９４を角度測定出力ビーム２７８の第２成分として反射する。従って、偏光ビームスプリッタ２４０は、ビーム２９３及び２９４がそれぞれ平面ミラー測定対象物に１回だけ異なるポイントで衝突した後、ビーム２９３及び２９４を再合成して角度測定出力ビーム２７８を形成する。偏光子２７５は、角度測定出力ビームが検出器２７６に衝突する前に角度測定出力ビームの偏光成分を混合する。

角度変位干渉計は、図２ａ及び２ｃの平面での平面ミラー測定対象物の角度配向の変化θ₁に対応する、角度測定出力ビームの成分の間の相対位相シフトφ₁を導入する。相対位相シフトφ₁及び角度変化θ₁は次式の関係を有する。

φ₁＝ｋ₁ｎ₁ｂ₁θ₁ （１）
上式において、ｂ₁は平面ミラー測定対象物でのビーム２９３と２９４との間隔、入力ビーム１２の波長λ₁に対応する波数ｋ₁＝２π／λ₁、ｎ₁は基準ビーム経路及び測定ビーム経路内のガスの屈折率である。

図２ａ及び２ｃに示す角度変位干渉計は、検出器２７６または光ファイバピックアップ（ＯＦＰ）での角度測定出力ビームのビーム成分の間に相対ビームずれが生じないように構成する。また、図２ａ及び２ｃに示す角度変位干渉計は、ガラス中の経路長がビーム２９３及び２９４に対して同じとなって角度変位干渉計がガラスの屈折率変動を引き起こす温度変化に対して鈍感になるように構成する。角度変位干渉計は
、ガス中の経路長が該当するビームに対して同じとなるように構成する。

平面ミラー測定対象物上のビームスポットの配置を図２ｄに示す。これらのスポットは直線アレイを形成し、この場合直線変位干渉計の測定軸は角度変位干渉計のビーム２９３と２９４に平行な線に一致し、かつこれらのビームの間に集中する。しかしながら直線変位干渉計の測定軸は、本発明の技術範囲及び技術思想から逸脱することなく、角度変位干渉計のこれらのビームに平行な線から外れ、かつこれらのビームの間に集中するようにすることもできる。

第１の実施形態の利点は、角度変位干渉計において、及び検出器または光ファイバピックアップにおいて、出力ビームのビーム成分の間に相対ビームずれが生じないことである。また、角度測定出力ビームの成分は、平面ミラー測定対象物に傾きがあっても互いに平行に伝搬する。これは、角度測定ビームが測定対象物に１回衝突するので、測定対象物の傾きにより生じるいかなる角度変位によっても両成分が生じ、従ってこれらのビーム成分は角度変位干渉計の出力で平行な状態を維持するからである。

第１の実施形態の別の利点は、角度変位の測定に使用するビームは測定対象物への１つの通過路だけを形成することである。角度変位干渉計のこの１通過路（シングルパス）構成では、周期的非線形性を生じさせる発生源の数が複数通過路（マルチパス）干渉計構成で考えられる発生源の数に比べて少ない。しかしながらこの技術分野の当業者であれば、本発明の技術範囲及び技術思想から逸脱することなく、基準ビーム及び測定ビームの各々が、平面ミラー測定対象物に達するための複数通過路（マルチパス）を行なうように、角度変位干渉計を構成することができる。

第１の実施形態の別の利点は、平面ミラー測定対象物でのビームのビームずれが角度変位干渉計においてゼロであることである。
第１の実施形態の別の利点は、角度変位干渉計のビームがガラス中で等しい経路長を有し、かつ該当する経路のガス中で等しい経路長を有することである。

第１の実施形態の別の利点は、θ₁＝０に対応する角度変位干渉計の測定位相φ₁が角度変位干渉計の温度に鈍感であることである。
第１の実施形態の第１の変形例について記載するが、この第１の変形例では、干渉計アセンブリが単一の平面ミラー対象物の直線変位及び角度変位を測定するように構成される。第１の実施形態の第１の変形例は、第１の実施形態のＨＳＰＭＩ及び角度変位干渉計を備えるが、第１の実施形態の角度変位干渉計が、平面ミラー測定対象物に入射する角度変位干渉計のビーム２９３及び２９４に平行な線の回りに９０度回転する点が異なる。測定する角度変位は、ＨＳＰＭＩの第１及び第２通過測定ビームにより定義される平面に直交するとされる平面にある。

第１の実施形態の第１の変形例における単一の平面ミラー上のビームスポットの配置を図２ｅに示す。これらのスポットはアレイを形成し、この場合直線変位干渉計の測定軸は角度変位干渉計のビームに平行な線に一致する。本発明の技術範囲及び技術思想から逸脱することなく、直線変位干渉計の測定軸が、例えば図２ｅに示すように、角度変位干渉計の基準ビーム及び測定ビームに平行な線から外れ、かつこれらのビームの間の中心に位置するようにすることができる。

第１の実施形態の第１の変形の残りの部分については、第１の実施形態について記載した該当する部分と同じである。
第１の実施形態の第２の変形例について記載するが、この第２の変形例では、１つの角度変位及び２つの直線変位を測定する。第１の実施形態の第２の変形例の干渉計アセンブリは第１の実施形態の干渉計アセンブリ、及び第２のＨＳＰＭＩを備える。図２ａにおいて、第２のＨＳＰＭＩは第１のＨＳＰＭＩの直下に位置する。第２のＨＳＰＭＩへの入力ビームは、ビーム１２の一部を非偏光ビームスプリッタにより分離することにより生成される。

第１の実施形態の第２の変形例における単一の平面ミラー上のビームスポットの配置を図２ｆに示す。これらのスポットはアレイを形成し、この場合直線変位干渉計の測定軸は角度変位干渉計のビームに平行な線に一致する。本発明の技術範囲及び技術思想から逸脱することなく、直線変位干渉計の測定軸のいずれか、または両方が、角度変位干渉計の基準ビーム及び測定ビームに平行な線から外れ、かつこれらのビームの間の中心に位置するようにすることができる。

第１の実施形態の第２の変形例の残りの部分については、第１の実施形態について記載した該当する部分と同じである。
上述のように、第１の実施形態の角度変位干渉計は実質的に温度変動に対して鈍感である。何故なら、ビーム２９３及び２９４はそれぞれ等しい量のガラスを通過するからである。図２ｇに示す第１の実施形態の別の変形例には、温度勾配の影響を最小化するための補償光学アセンブリが含まれる。例えば、図２ｃの角度変位干渉計において、ビーム２９３は菱面体２４１及び光学ブロック２４３を通過し、それに対してビーム２９４は菱面体２４５を通過する。これらの素子は等しい量のガラスであるので温度変動の影響を減らすことができるが、これらの種々の素子の間には温度差、すなわち温度勾配が未だ存在し、この温度差により角度測定ビーム間に余分な光路長差が生じる。図２ｇに示す変形例はこれを以下のように対処する。第１角度測定ビーム２９３’を方向付けてその通過経路上の菱面体２４１を通過させて平面ミラー測定対象物２８０に到達させ、平面ミラー測定対象物２８０からその経路を戻って菱面体２４５を通過させる。第２角度測定ビーム２９４’の場合にはその逆のプロセスとなる。

更に図２ｇによれば、この変形例は図２ｃの実施形態の素子群のような素子２４０，２４１及び２４３を含むことにより、角度測定入力ビーム２８２から角度測定ビーム２９３’及び２９４’を生成する。この変形例は更に、補償光学アセンブリを構成する次の素子を含む。それぞれ１／４位相差板２５１及び２６１を含む反射インターフェイス２５０及び２６０、偏光ビームスプリッタ２５２，２５４，２６２及び２６４、反射インターフェイス２６２及び２６４、並びに１／２位相差板２５６及び２６６である。更に、この変形例において、別個の１／４位相差板２３４ａ及び２３４ｂが図２ｃの単一の１／４波長板２３４に置き換わる。更に、図２ｇにおいて、方向矢印の後にドットで示されたビームは図の平面に直交する直線偏光を有し、それに対して方向矢印の後に線で示されたビームは図の平面内における直線偏光を有する。

次にこの変形例におけるビーム経路について記載する。ビーム２９３’は偏光ビームスプリッタ２５２により反射され、次にインターフェイス２５０により反射されて、１／４位相差板２５１を２回通過する。この２回通過により、偏光ビームスプリッタ２５２が次にビーム２９３’を透過させ、その後ビーム２９３’は１／２位相差板２５６を通過した後にインターフェイス２６２及び２６４により反射され、このプロセスによりその直線偏光が９０度回転する。次にビーム２９３’は偏光ビームスプリッタ２６４に入射し、このスプリッタ２６４がビーム２９３’を反射して平面ミラー測定対象物２８０（図２ｃに示す）に到達させ、今度はこの対象物２８０がビーム２９３’を反射して偏光ビームスプリッタ２６４に戻し、結果としてビーム２９３’は１／４位相差板２３４ｂを２回通過する。この２回通過を行なうので、偏光ビームスプリッタ２６４はビーム２９３’を透過させて偏光ビームスプリッタ２６２に到達させ、このスプリッタ２６２が同様にしてビーム２９３’を透過させ、それに伴ってビーム２９３’は１／２位相差板２６６に入射して、このプロセスによりその直線偏光が９０度回転する。ビーム２９３’の偏光回転が行なわれるので、偏光ビームスプリッタ２４０はビーム２９３’を反射して（インターフェイス２４６及び２４４による反射に続いて）角度測定出力ビーム２７８の第１成分を形成する。

他方、ビーム２９４’は偏光ビームスプリッタ２５２を透過し、インターフェイス２４４及び２４６により反射され、次に１／２位相差板２６６を通過して、このプロセスによりビーム２９４’の直線偏光が９０度回転する。次にビーム２９４’は偏光ビームスプリッタ２６２により反射され、次に反射インターフェイス２６０により反射されて偏光ビームスプリッタ２６２に戻ることにより、１／４位相差板２６１を２回通過する。この２回通過により、偏光ビームスプリッタ２６２は次にビーム２９４’を透過させ、それに伴ってビーム２９４’は１／２位相差板２５６を通過し、このプロセスによりその直線偏光が９０度回転する。偏光回転が行なわれるので、ビーム２９４’は次に偏光ビームスプリッタ２５４により反射されて平面ミラー測定対象物２８０に向かい（図２ｃに示す）、今度はこの対象物２８０がビーム２９４’を反射して偏光ビームスプリッタ２５４に戻し、結果としてビーム２９４’が１／４位相差板２３４ａを２回通過する。この２回通過を行なうので、偏光ビームスプリッタ２５４はビーム２９４’を透過させて偏光ビームスプリッタ２５２に到達させ、このスプリッタ２５２が同様にしてビーム２９４’を透過させ、それに伴ってビーム２９４’は反射インターフェイス２４２により反射され、次に偏光ビームスプリッタ２４０を角度測定出力ビーム２７８の第２成分として透過する。

補償セクションは角度変位干渉計の温度勾配に対する角度変位干渉計の感度を下げると同時に、角度変位干渉計の温度変化に対する角度変位干渉計の低感度を維持する。角度変位干渉計の変形例が示す温度勾配感度は、第１の実施形態の角度変位干渉計が示す温度勾配感度よりもほぼ１桁低い、すなわち偏光ビームスプリッタ立方体の長さ寸法のΔ≒０．３倍に相当する。相対次元で示すガラス中の余分の経路長はビーム２９３’及び２９４’の経路がガラス中で等しい経路長を有するように選択される。

図１ｇの変形例の利点は、ビーム２９３’及び２９４’が部分的に同一の広がりを持ち、反対方向に伝搬することである。反対方向に伝搬する特徴により、例えば周期的非線形性の発生源を減らすという改善につながる。

角度変位干渉計の変形例の別の利点は、偏光ビームスプリッタが或る周期的非線形性の振幅を小さくする偏光フィルタとしても機能することである。
本発明の第２の実施形態を図３に示す。第２の実施形態は、非偏光ビームスプリッタ３２０が入力入射ビーム１２を角度測定入力ビーム３８２及び距離測定入力ビーム３８４に分離し、干渉計の距離測定部分が高安定性平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）を含む点で第１の実施形態と同様である。また、第２の実施形態の角度測定部分は、角度測定ビームを方向付けて測定対象物の異なるポイントに到達する１回通過を行なって、光学的差異に基づいて角度測定出力ビームを生成する点で第１の実施形態のものと類似する。以下に更に詳細に記載するように、第２の実施形態の角度測定部分もまた、第２の実施形態の距離測定ＨＳＰＭＩ部分と多数の構成要素を共有する。

図３を参照すると、非偏光ビームスプリッタ３２０は距離測定入力ビーム３８４を（ミラー３３１を通して）反射して偏光ビームスプリッタ３３０に到達させ、この偏光ビームスプリッタ３３０が距離測定入力ビーム３８４を２本の距離測定ビーム、すなわち反射基準ビーム３９５及び透過測定ビーム３９１に分離する。次に基準ビーム３９５は基準ミラー３３８により反射され、次に、１／４波長板３３６を２回通過した後、偏光ビームスプリッタ３３０を透過して再帰性反射体３３２に到達する。次に再帰性反射体３３２は基準ビーム３９５を方向付けて偏光ビームスプリッタ３３０に戻し、この偏光ビームスプリッタ３３０が基準ビーム３９５を透過させて基準ミラー３３８に戻し、今度は基準ミラー３３８が基準ビーム３９５を反射して、基準ビーム３９５が別の経路で１／４波長板３３６を２回通過した後、基準ビーム３９５を偏光ビームスプリッタに戻す。１／４波長板を２回通過するので、偏光ビームスプリッタ３３０は次に基準ビームを、距離測定出力ビーム３７４の基準ビーム成分として反射する。測定ビーム３９１は測定ミラー３８０により反射され、次に１／４波長板３３４を２回通過した後、偏光ビームスプリッタ３３０により反射されて再帰性反射体３３２に到達する。次に再帰性反射体３３２は測定ビーム３９１を方向付けて偏光ビームスプリッタ３３０に戻し、この偏光ビームスプリッタ３３０が測定ビーム３９１を反射して測定ミラー３８０に戻し、今度は測定ミラー３８０が測定ビーム３９１を反射して、測定ビーム３９１が別の経路で１／４波長板３３８を２回通過した後、測定ビーム３９１を偏光ビームスプリッタに戻す。測定ビーム３９１が１／４波長板を２回通過するので、偏光ビームスプリッタ３３０は次に測定ビームを、距離測定出力ビーム２７４の測定ビーム成分として透過させる。

従って、測定対象物３８０への測定ビーム３９１の２重通過路、及び基準物体３３８への基準ビーム３９５の２重通過路に続いて、偏光ビームスプリッタ３３０は測定ビーム３９１及び基準ビーム３９５をそれぞれ再合成して距離測定出力ビーム３７４を形成する。偏光子３７１は距離測定出力ビームが検出器３７２に衝突する前に、距離測定出力ビームの偏光成分を混合する。距離測定出力ビームの位相は検出器３７２による測定から生成され、そしてその位相を使用して測定軸Ｘ₁に沿った平面ミラー対象物の直線変位を求める。

非偏光ビームスプリッタ３２０は角度測定入力ビーム３８２を透過させて偏光ビームスプリッタ３３０に到達させ、この偏光ビームスプリッタ３３０は角度測定入力ビーム３８２を角度測定ビーム３９２及び３９４に分離する。偏光ビームスプリッタ３３０は角度測定ビーム３９３を透過させ、次にこの角度測定ビーム３９３は平面ミラー測定対象物３８０により反射される。１／４波長板３３４を２回通過した後、角度測定ビーム３９３は偏光ビームスプリッタ３３０に戻り、この偏光ビームスプリッタ３３０が角度測定ビーム３９３を中間ビーム３９０の第１成分として反射する。偏光ビームスプリッタ３３０はビーム３９４を反射し、次にビーム３９４は平面ミラー基準物体３３８により反射される。１／４波長板３３６を２回通過した後、角度測定ビーム３９４は偏光ビームスプリッタ３３０に戻り、この偏光ビームスプリッタが角度測定ビーム３９４を中間ビーム３９０の第２成分として透過する。

次に中間ビーム３９０はミラー３４７，３４８及び３４９による３回の反射を経て、これらのミラーが中間ビーム３９０を方向付けて偏光ビームスプリッタ３３０に戻し、今度は偏光ビームスプリッタ３３０が中間ビームを分離してビーム３９３及び３９４に戻す。しかしながら偏光ビームスプリッタ３３０に到達する前に、中間ビーム３９０は１／２位相差板３５０を通過し、このプロセスにより中間ビームの成分の直線偏光が９０度回転する。偏光回転が生じるので、偏光ビームスプリッタ３３０は続いて角度測定ビーム３９４を反射して平面ミラー測定対象物３８０に到達させ、角度測定ビーム３９３を透過させて平面ミラー基準物体３３８に到達させる。ビーム３９４及び３９３がそれぞれ測定対象物３８０及び基準物体３３８によって反射され、それぞれ１／４波長板３３４及び３３６を２回通過した後、偏光ビームスプリッタ３３０は角度測定ビームを角度測定出力ビーム３７８の成分として再合成する。従って、ビーム３９３及び３９４は、これらのビームがそれぞれ、異なるポイントで１回だけ平面ミラー測定対象物に衝突した後に角度測定出力ビーム３７８を形成する。偏光子３７５は角度測定出力ビーム３７８が検出器３７６に衝突する前に、角度測定出力ビーム３７８の偏光成分を混合する。

再帰性反射体３３２、ミラー３４７，３４８及び３４９、並びに１／２位相差板３５０を含む構成要素は、全体として戻りビーム光学アセンブリ３５１を構成し、このアセンブリ３５１は、それぞれ測定対象物及び基準物体への第１通過路と第２通過路との間に距離測定ビーム３９１及び３９５を偏光ビームスプリッタ３３０に戻し、それぞれ測定対象物及び基準物体への通過路の後、及び、それぞれ基準物体及び測定対象物への通過路前に、角度測定ビーム３９３及び３９４を偏光ビームスプリッタ３３０に戻す。

各角度測定ビームは測定対象物に１回衝突するので、測定対象物３８０の傾きにより生じる角度変位があれば両方のビーム成分にその影響が及ぶので、これらのビーム成分は角度変位干渉計の出力で平行な状態を維持する。

第１の実施形態の場合のように、角度測定出力ビームは相対位相シフトφ₁を含み、このφ₁は、測定対象物の角度変化θ₁との間に等式１に従った関係を有する。
角度測定ビーム３９３及び３９４の向きを変えて（これらのビームが中間ビーム３９０の成分である場合）偏光ビームスプリッタ３３０に戻す３つのミラー３４７，３４８及び３４９を含む折返しシステムの戻しミラーシステムは、角度測定出力ビーム３７８の両方の成分が平行なることを保証する。

また、本発明の第２の実施形態の別の利点は、検出器または光ファイバピックアップ（ＦＯＰ）での角度測定出力ビームの成分のビームずれ差が、例えばＨＳＰＭＩの検出器またはＦＯＰでの出力ビームのビームずれ差に比べて実質的に小さくなることである。これは、角度測定出力ビーム（すなわち角度測定ビーム３９３及び３９４）の両成分は、測定平面ミラーにより法線方向ではない方向の反射を経て、それに続いて伝搬して干渉計に戻ると、実質的に等しい量のずれを生じることになるからである。これとは反対に、一方の成分が、測定対象物により反射される前に干渉計内を伝搬し（すなわち基準物体に向かって）、他方の成分が、測定対象物に衝突して反射された後に干渉計内を伝搬する（すなわち基準物体に向かって）ので、補償されない余分のずれ差が干渉計内の経路長により生じる。この補償されない余分のずれ差は２α₁ｌ₁／ｎ^' ₁に等しく、ここでα₁は図３の平面内における平面ミラー測定対象物の角度配向の変化であり、ｌ₁は平面ミラー測定対象物から偏光ビームスプリッタ３３０に至る角度測定ビームの物理長の差であり、この場合この偏光ビームスプリッタでこれらの角度測定ビームが合成されて角度測定出力ビームを形成し、ｎ^' ₁は、干渉計のガラスの屈折率である。長さｌ₁は平面ミラー測定対象物の直線変位には依存しない。また、この経路長差は通常、干渉計と測定対象物との間の経路長に対して短い。光遅延線を加えて、以下に更に示す追加の実施形態に記載されるように、この余分なずれ差を補償することができる。

干渉計の角度測定部分はまた、ガラス中の経路長が、異なる出力ビーム成分に対して同じになり、角度変位干渉計が実質的に温度の変化に鈍感になるように構成される。干渉計の角度測定部分は更に、ガス中の経路長が、異なる出力ビーム成分に対して同じになり、角度変位干渉計が該当するビーム経路におけるガス密度の環境変化に実質的に鈍感になるように構成される。

第２の実施形態の別の利点は、角度変位干渉計からの電気干渉信号の計測位相における周期誤差の発生源が少なくなることである。角度測定ビームが平面ミラー測定対象物への一つだけの通過路を形成する結果として、周期誤差の発生源の数が減る。

本発明の第３の実施形態を図４ａ〜４ｅに示す。第３の実施形態は角度測定部分及び距離測定部分を第２の実施形態の該当する部分と非常に類似する形で含む。しかしながら第３の実施形態では、角度測定ビームの内の一方は、測定対象物への第１通過路の間に距離測定ビームの内の一方とオーバーラップし、角度測定ビームの内の他方は、基準物体への第１通過路の間に距離測定ビームの内の他方とオーバーラップする。戻しビームアセンブリの非偏光ビームスプリッタは、角度測定ビームを距離測定ビームから順次空間的に分離し、空間的に分離した角度測定出力ビーム及び距離測定出力ビームが最終的に生成される。角度測定ビームの内の一方が測定対象物への第１通過路の間に距離測定ビームの内の一方とオーバーラップするので、角度測定出力ビーム及び距離測定出力ビームの各々は、共通経路に沿って少なくとも１回は測定対象物に衝突する該当する成分を含む。

次に図４ａ〜ｅを参照すると多軸干渉計が示されており、この干渉計は高安定性平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）及び角度変位干渉計を含む。ＨＳＰＭＩ及び角度変位干渉計は幾つかの光学要素を共有する。ＨＳＰＭＩを図４ｂに模式図として示し、角度変位干渉計を図４ｃに模式図として示す。ＨＳＰＭＩは距離測定出力ビーム４７４を生成し、このビーム４７４は、第１測定軸に沿った平面ミラー測定対象物４８０までの距離の変化についての情報を含み、角度変位干渉計は角度測定出力ビーム４７８を生成し、このビーム４７８は、第１回転軸に対する平面ミラー測定対象物の角度配向の変化についての情報を含む。

図４ａを参照すると、照射源１０が入力ビーム１２を生成し、ビーム１２を方向付けて偏光ビームスプリッタ４３０に到達させ、このスプリッタ４３０はビーム１２をビーム４９６及び４９７に分離する。ビーム４９６は「主」測定ビームと考えることができ、この主測定ビームは角度測定ビーム及びオーバーラップする距離測定ビーム（ＨＳＰＭＩの測定ビームに対応する）を含む。ビーム４９７は「主」基準ビームと考えることができ、この主基準ビームは別の角度測定ビーム及びオーバーラップする距離測定ビーム（ＨＳＰＭＩの基準ビームに対応する）を含む。

ビーム４９６は偏光ビームスプリッタ４３０を透過し、平面ミラー測定対象物４８０により反射され、次に１／４位相差板４３４を２回通過した後に偏光ビームスプリッタ４３０に戻り、このプロセスによってビーム４９６の直線偏光が９０度回転する。２回通過により、偏光ビームスプリッタ４３０はビーム４９６を戻しビームアセンブリ４５１に向けて反射することとなる。ビーム４９７は偏光ビームスプリッタ４３０により反射され、平面ミラー基準物体４３８により反射され、次に１／４位相差板４３６を２回通過した後に偏光ビームスプリッタ４３０に戻り、このプロセスによってビーム４９７の直線偏光が９０度回転する。２回通過により、偏光ビームスプリッタ４３０はビーム４９７を戻しビームアセンブリ４５１に向けて透過させることとなる。また、偏光ビームスプリッタはビーム４９６及び４９７を再合成して中間ビーム４９０を形成する。

戻しビームアセンブリ４５１は非偏光ビームスプリッタ４５２を含み、このビームスプリッタ４５２は中間ビームをビーム４９８及び４９９を含む複数のビームに分離し、このビーム４９８はビームスプリッタ４５２を透過し、再帰性反射体４５４によって方向付けられて偏光ビームスプリッタ４３０に戻り、ビームスプリッタ４５２により反射されるビーム４９９は、ペンタプリズム４５６によって偏光ビームスプリッタ４３０に向かうように方向が変えられ、偏光ビームスプリッタ４３０に到達する前に１／２位相差板４５０を透過する。１／２位相差板はビーム４９９の成分の直線偏光を９０度回転させる姿勢となるように配置される。

ビーム４９８は主測定ビーム４９６の距離測定ビーム及び主基準ビーム４９７の距離測定ビームを成分として含む。偏光ビームスプリッタ４３０はビーム４９８を受信し、主測定ビームから生じる成分を平面ミラー測定対象物４８０に向けて反射して副測定ビーム４９１を形成し、主基準ビームから生じる成分を平面ミラー基準物体４３８に向けて透過させて副基準ビーム４９５を形成する。ビーム４９１及び４９５はそれぞれの平面ミラーにより反射され、それらの該当する１／４位相差板を２回通過し、次に偏光ビームスプリッタ４３０により再合成されて距離測定出力ビーム４７４を形成する。従って、距離測定出力ビームは測定対象物に２回衝突する一方の成分を含むことになるが、この場合第１回目は主測定ビームが定義する共通経路に沿って、第２回目は副測定ビームが定義する異なる経路に沿って衝突する。距離測定出力ビームの他方の成分は平面ミラー基準物体に２回衝突することになるが、この場合第１回目は主基準ビームの距離測定成分として、第２回目は副基準ビームとして衝突する。次に、距離測定出力ビームの成分の直交偏光は偏光子４７１によって混合され、結果として得られるビームの強度は検出器４７２が測定する。図４ｂはＨＳＰＭＩを構成し、距離測定出力ビームを生成する干渉計の部分を示している。

ビーム４９９は主測定ビーム４９６から生じる角度測定ビーム及び主基準ビーム４９７から生じる角度測定ビームを成分として含む。偏光ビームスプリッタ４３０はビーム４９９を受信し、主測定ビームから生じる成分を平面ミラー基準物体４３８に向けて透過させて副ビーム４９３を形成し、主基準ビームから生じる成分を平面ミラー測定対象物４８０に向けて反射して副ビーム４９４を形成する。ビーム４９３及び４９４はそれらのそれぞれの平面ミラーにより反射され、それらの該当する１／４位相差板を２回通過し、次に偏光ビームスプリッタ４３０により再合成されて角度測定出力ビーム４７８を形成する。従って、角度測定出力ビームは第１成分及び第２成分を含み、第１成分は主測定ビームが定義する共通経路に沿って測定対象物に１回衝突し、次に基準物体に副ビーム４９３として衝突し、第２成分は基準物体に主基準ビームの角度測定成分として１回衝突し、次に測定対象物に副ビーム４９４として１回衝突する。次に、角度測定出力ビームの成分の直交偏光は偏光子４７５が混合し、結果として得られるビームの強度は検出器４７６が測定する。図４ｃは角度変位干渉計を構成し、角度測定出力ビームを生成する干渉計の部分を示している。

角度変位干渉計は、図４ａ及び４ｃの平面内における平面ミラー測定対象物の角度配向の変化θ₂に対応する、角度測定出力ビーム成分の間の相対位相シフトφ₂を導入する。相対位相シフトφ₂及び角度変化θ₂は次式の関係を有する。

φ₂＝ｋ₂ｎ₂ｂ₂θ₂ （２）
上式において、ｂ₂は平面ミラーでの測定対象物上のビームの間隔（図１２ａ及び１２ｃ参照）、入力ビーム１２の波長λ₁に対応する波数ｋ₂＝２π／λ₂、ｎ₂は基準ビーム経路及び測定ビーム経路におけるガスの屈折率である。

平面ミラー測定対象物４８０上のビームスポットの配置を図４ｄに示す。これらのスポットは直線アレイを形成し、この場合、直線変位干渉計の測定軸は角度変位干渉計の基準ビームと測定ビームに平行な線から外れ、かつこれらのビームの間の中央に位置する。図４ａの実施形態において非制限的な意味での例として模式的に示された干渉計アセンブリの場合、変位は平面ミラーでの直線変位干渉計の測定ビームの間隔の２分の１に等しいとされる。

ミラーとして動作する非偏光ビームスプリッタ４５２とペンタプリズム４５６との組合せは、第２の実施形態のミラー３４７，３４８及び３４９と同様に、単一反射面（図４ｃのＲとして示す）の画像反転特性を示す。その結果、図４ａに示す角度変位干渉計は、主測定ビーム及び副測定ビームが測定対象物に法線方向でない方向から衝突する場合でも角度測定出力ビームの成分が互いに平行に伝搬するように構成される。また角度変位干渉計は、角度変位干渉計内の角度測定出力ビームの成分の間の検出器４７６または光ファイバピックアップにおける相対ビームずれが小さくなるように構成される。上述のように、相対ビームずれは２α₂ｌ₂／ｎ^' ₂に等しく、ここでα₂は図４ａの平面内における平面ミラー測定対象物の角度配向の変化であり、ｌ₂は平面ミラー測定対象物から偏光ビームスプリッタ４３０に至る角度測定ビームの物理長の差であり、この場合この偏光ビームスプリッタでそれらが合成されて角度測定出力ビームを形成し、ｎ^' ₂は、干渉計におけるガラスの屈折率である。長さｌ₂は平面ミラー測定対象物の直線変位には依存しない。また図４ａに示す角度変位干渉計は、ガラス中の経路長が、異なる出力ビーム成分に関する経路長と同じになり、その場合に角度変位干渉計が角度変位干渉計の温度変化に鈍感になるように構成することができる。角度変位干渉計は更に、ガス中の経路長が、異なる出力ビーム成分に対して同じになり、その場合角度変位干渉計が該当するビーム経路におけるガス密度の環境変化に鈍感になるように構成することができる。

図４ａの実施形態の利点は、角度変位の測定に使用するビームが平面ミラー測定対象物への単一通過路（シングルパス）を形成することである。角度変位干渉計におけるシングルパス構成では、周期的非線形性の発生源の数が、マルチパス干渉計構成において考えられる発生源の数に比べて少ない。しかしながら、本発明において更に示す実施形態では角度変位干渉計は、角度変位干渉計に使用するビームが測定対象物に達するための複数通過路（マルチパス）を形成するように構成することもできる。

図４ａの実施形態の別の利点は、直線変位出力ビーム及び角度変位出力ビームは平面ミラー測定対象物への通過路を形成するための共通測定ビーム経路を有することである。その経路は主測定ビーム１２９１の経路に対応する。

図４ａの実施形態の別の利点は、角度変位干渉計に使用する平面ミラー測定対象物上のビームの位置が、測定対象物の角度配向が変化してもずれないことである。これは、角度測定出力ビームの各成分がただ平面ミラー測定対象物に衝突するだけであるということの結果として得られる。

ミラーとして動作する非偏光ビームスプリッタと図４ｃにＲとして示すペンタプリズムとの組合せは、上述したように単一反射面の画像反転特性を示す。また、非偏光ビームスプリッタ及び図４ｃにＲとして示すペンタプリズムによる反射を組み合わせることにより、図４ｅに示す多面反射板の画像反転特性を実現する。図４ｅに示す反射板は別の構成として反射板Ｒに替えて使用することができ（第２または第３のいずれかの実施形態において）、この場合図４ｅに示す反射板の一ファセットは非偏光ビームスプリッタの機能を果たす。

第２及び第３の実施形態における角度測定ビームの折返し光学系の追加の実施形態は、戻しビームアセンブリにおける反射面の他の組合せを含むことにより上述の単一反射面の画像反転特性を実現する。一般的に、一連の反射面は、反射面の各々での入射ビームと反射ビームとがなす角度の合計値がゼロまたは３６０度の整数倍になるように中間ビームの角度測定部分を反射し、この場合、各角度は入射ビームから反射ビームの方向に測定し、反時計回りの方向に測定したときに正の値を、時計回りの方向に測定したときに負の値を示す。多くの実施形態において、一の共通平面に複数の法線を有する複数の表面による反射の数は奇数になる。

図５ａ，５ｂ及び５ｃは本発明の干渉計の別の実施形態を模式的に示している。本実施形態は、直線変位干渉計（例えばＨＳＰＭＩ）及び角度変位干渉計を含む点で図４ａの実施形態と同様である。しかしながら本実施形態では、直線変位干渉計の測定ビームの平面及び角度変位を測定する平面が直交する。図５ａ及び５ｂの平面は平行であり、図５ｃに示すように一方が他方に対して距離ｂ₃だけずれている。図５ｃは干渉計アセンブリを側面から見たときの図を模式的に示している。干渉計の素子の多くは図４ａの実施形態の素子と同じであり、同じ符号が付されている。

図５ａ〜５ｃの実施形態の直線変位干渉計はＨＳＰＭＩであり、図４ａの実施形態のそれと同じである。ＨＳＰＭＩの基準ビーム及び測定ビームによって定義される平面は図５ａの平面内に在る。

図５ａ〜５ｃの実施形態の角度変位干渉計の動作は、図４ａの実施形態における中間ビーム４９０の生成までの動作と同じである。中間ビーム生成後の操作において、非偏光ビームスプリッタ５５２がビームスプリッタ４５２に、ペンタプリズム５５６がペンタプリズム４５６に置き替わる。また、偏光ビームスプリッタ５３０が偏光ビームスプリッタ４３０に、１／２位相差板５５０が１／２位相差板４５０に置き替わる。

次に図５ａ〜ｃを参照すると、ビームスプリッタ５５２は中間ビーム４９０を受信し、図５ａの平面外で角度測定ビームに対応する中間ビームの一部を反射し、この場合この中間ビームの一部はペンタプリズム５５６によって偏光ビームスプリッタ５３０に向けて図５ｂの平面内で反射され、偏光ビームスプリッタにビーム５９９として到達する前に１／２位相差板４５０を通過する。図４ａの実施形態における場合のように、１／２位相差板はビーム５９９の成分の直線偏光を９０度回転させる。次に偏光ビームスプリッタ５３０はビーム５９９を副ビーム５９３及び５９４に分離して、図４ａの実施形態における副ビーム４９３及び４９４の生成方法と同様な方法で最終的に角度測定出力ビーム５７８を生成する。次に、角度測定出力ビームの成分の直交偏光を偏光子５７５によって混合し、その結果として得られるビームの強度を検出器５７６によって測定する。

角度変位干渉計は、図５ｂの平面に直交する平面における平面ミラー測定対象物の角度配向の変化θ₃に対応する、角度測定出力ビーム５７８の成分の間の相対位相シフトφ₃を導入する。相対位相シフトφ₃及び角度変化θ₃は次式の関係を有する。

φ₃＝ｋ₃ｎ₃ｂ₃θ₃ （３）
上式において、ｂ₃は基準ビームと測定ビームの間隔（図５ｃ参照）、入力ビーム１２の波長λ₃に対応する波数ｋ₃＝２π／λ₃、ｎ₃は基準ビーム経路及び測定ビーム経路におけるガスの屈折率である。

平面ミラー測定対象物上のビームスポットの配置を図５ｄに示す。図５ａ〜５ｃの実施形態は上述した利点と同様な利点を含む。
図６ａは本発明の干渉計の別の実施形態を模式的に示している。本実施形態は、本実施形態が更に補償素子Ｃ１、及び補償素子Ｃ１の前に距離測定出力ビーム６７４を受信するように位置する１／２位相差板６６１を含む点を除き、図４ａの実施形態と同じである。干渉計の素子の多くは図４ａの実施形態の素子と同じであり、同じ符号が付されている。

素子Ｃ１の機能は、第２の実施形態において生じる、角度変位干渉計の出力ビームの基準ビーム成分及び測定ビーム成分の間の小さい相対ビームずれを更に小さくする、または無くすことである。角度変位干渉計のビームのガラス中及びガス中の経路長は等しくなるように維持される。補償素子（群）は、角度測定出力ビームの２つの成分に対応するビームが、これらのビームが測定対象物に衝突してから偏光ビームスプリッタにより合成されて角度測定出力ビームを生成するまでの間に等しい経路長を有するように作用する。この結果、測定対象物での角度測定ビームの法線方向から外れた反射によって生じる伝搬距離の変位は角度測定出力ビームの２つの成分に対して等しくなる。

素子Ｃ１の３つの実施形態を図６ｃ、６ｄ及び６ｅに示す。図６ｃ、６ｄ及び６ｅの平面は図６ａの平面に直交する。角度変位干渉計の出力ビームのビーム成分に対応する経路長の差をｌ₂に等しくなるように設定し、素子Ｃ１のガラス屈折率はｎ’₂と同じである。その結果、干渉計アセンブリ内または検出器或いは光ファイバピックアップ（ＦＯＰ）のいずれかにおける角度変位干渉計の出力ビームの基準ビーム成分と測定ビーム成分との間の相対ずれが無くなる。

図６ｃは、再帰性反射体ＲＲ４１と連動する２つの偏光ビームスプリッタＰＢＳ６及びＰＢＳ７を含む素子Ｃ１の実施形態を示している。
図６ｄは、偏光ビームスプリッタＰＢＳ８及び２つの再帰性反射体ＲＲ４２及びＲＲ４３を含む素子Ｃ１の実施形態を示している。

図６ｅは、２つのミラーＭ１及びＭ２、及び１／４波長板ＱＷ１及びＱＷ２と連動する偏光ビームスプリッタＰＢＳ９を含む素子Ｃ１の実施形態を示している。
出力ビームが角度変位干渉計から素子Ｃ１を通過することにより生じるガラス中の基準ビーム経路長及び測定ビーム経路長のアンバランスは、入力ビームの基準ビーム成分及び測定ビーム成分が素子Ｃ１を通過する際に遭遇する光路長の差によるずれである。図６ａに示す１／２位相差板はそれぞれのビームの偏光を９０度回転させて、入力ビーム及び出力ビームによる素子Ｃ１の通過を合成したときに出力ビームの該当する成分のガラス中の経路が等しくなるようにする。

ずれ差が補償素子Ｃ１により更に小さくなることに加えて、図６ａの実施形態は上述した利点と同様な利点を含む。
更に別の実施形態においては、一つ以上の補償素子を図６ａの補償素子とは異なる方法で展開することができる。例えば、補償素子Ｃ２及びＣ３を図６ｂに示すように展開することができる。更に別の実施形態においては、一つ以上の補償素子を同様な形で図５ａ〜５ｃに示す実施形態において展開して角度測定出力ビームの成分の間のずれ差を更に小さくする、または無くすことができる。

本発明の干渉計の別の実施形態を図７ａ〜７ｃに示すが、この実施形態では図５ａ〜５ｃ及び図６ａの実施形態の素子を組み合わせて距離測定出力ビーム４７４及び２つの角度測定出力ビーム４７８及び５７８を生成する。２つの角度測定出力ビームによって、互いに直交する２つの回転軸に対する平面ミラー測定対象物の角度配向の変化を測定することができる。３つの出力ビームを生成するために、戻しビームアセンブリ７５１は非偏光ビームスプリッタ４５２及び５５２の両方と、ペンタプリズム４５６及び５５６の両方を含む。本実施形態はまた、補償素子Ｃ５を含むことにより角度測定出力ビーム４７８及び５７８の成分の間のずれ差を更に小さくする。

図７ａは距離測定出力ビーム４７４、角度測定出力ビーム４７８及びこれらの出力ビームを生成するために使用する成分ビームの平面における干渉計の模式図を示している。図７ｂはビーム５９９を含む干渉計の側面図を示しており、このビーム５９９は分離されて第２角度測定出力ビーム５７８を生成するために使用する副ビームを生成する。図７ｃは干渉計の別の側面図を示している。

ペンタプリズム５５６のサイズに対するペンタプリズム４５６のサイズは、ビームずれと、平面ミラー測定対象物の該当する角度変位との比が２つの角度変位干渉計の出力ビーム成分に対して同じになるように設計される。その結果、単一の補償板Ｃ５（図７ｃ参照）を直線変位干渉計及び２つの角度変位干渉計に使用することができる。図７ｃに示す単一の補償板Ｃ５は偏光ビームスプリッタＰＢＳ１１及びＰＢＳ１２、及び再帰性反射体ＲＲ５１を含む。

平面ミラー測定対象物上のビームスポット配置を図７ｄに示す。補償素子Ｃ５によってずれ差が更に小さくなることに加えて、図７ａ〜７ｃに示す実施形態は上述した利点と同様な利点を含む。

図８ａは本発明の干渉計の別の実施形態を模式図として示している。この実施形態は図６ａの構成と同様であるが次の点が異なる。すなわち、補償素子Ｃ１を含むのではなく、光学系の補償ブロックを含むことにより、平面ミラー測定対象物に衝突する副ビームに経路長を直接付加して、角度測定出力ビームの成分が測定対象物に衝突してから偏光ビームスプリッタによって合成されて角度測定出力ビームを形成するまでの角度測定出力ビームの成分の経路長が等しくなるようにする（すなわち、図４ａの実施形態における経路長差ｌ₂をゼロにする）。この結果、補償ブロックによって角度測定出力ビームの成分の間のビームずれ差を無くすことができる。

図８ａの実施形態における直線変位干渉計は図４ａの実施形態の干渉計におけるものと同じＨＳＰＭＩである。図８ａの実施形態における角度変位干渉計の動作は、図４ａの実施形態における中間ビーム４９０の生成までの動作と同じである。後続の操作において、非偏光ビームスプリッタ８５２は中間ビーム４９０の角度測定成分を反射してビーム８９９を形成し、次にこのビーム８９９が１／２位相差板８６０を透過するとビーム８９９の成分の直線偏光が９０度回転する。次にビーム８９９は別の偏光ビームスプリッタ８６２に入射し、このスプリッタ８６２は、主測定ビームから生じるビーム８９９の成分を透過させて副ビーム８９３を形成し、主基準ビームから生じるビーム８９９の成分を反射して副ビーム８９４を形成する。副ビーム８９３はミラー８６４により反射され、１／４位相差板８６５を２回通過した後に偏光ビームスプリッタ８６２に戻り、この位置で偏光ビームスプリッタ８６２は副ビーム８９４を角度測定出力ビーム８７８の第１成分として反射する。副ビーム８９４はミラー８４７，８４８及び８４９により反射され、次にミラー８６６によって方向付けられて平面ミラー測定対象物４８０に衝突する。次に副ビーム８９４は測定対象物により反射され、ミラー８４７，８４８，８４９及び８６６によって偏光ビームスプリッタ８６２に戻り、このスプリッタ８６２が副ビーム８９４を角度測定出力ビーム８７８の第２成分として透過させる。偏光子８７５は、ビーム８７８が検出器８７６に衝突する前に角度測定出力ビーム８７８の偏光成分を混合する。

ミラー８４７，８４８及び８４９が構成する折返しアセンブリは、上述した単一の反射面の画像反転特性を実現する。図８ａの実施形態における平面ミラー測定対象物上のビームスポットの相対位置を図８ｂに示す。

補償ブロックがミラー８６４，８６６，８４７，８４８及び８４９、１／４位相差板８６５、偏光ビームスプリッタ８６２、並びに１／２位相差板８６０と連動し、補償ブロックにより、副ビーム８９４が測定対象物に達するために行なう通過の間に副ビーム８９４に余分の経路長が付加されるので、図８ａの実施形態は、角度測定出力ビーム８７８のビーム成分の間の相対ビームずれがゼロになるように構成される。

本発明の別の実施形態を図９ａ〜９ｃに模式図の形で示す。本実施形態は図８ａの実施形態における補償ブロックと同様な補償ブロックを図５ａ〜５ｃの干渉計に適用している。図９ａ及び９ｃの平面は平行であり、図９ｂに示すように一方が他方に対して距離ｂ₆だけずれている。

図９ａ〜９ｃの実施形態における直線変位干渉計は、図５ａ〜５ｃの実施形態の干渉計におけるものと同じＨＳＰＭＩである。図９ａ〜９ｃの実施形態における角度変位干渉計の動作は図５ａ〜５ｃの実施形態における中間ビーム４９０の生成までの動作と同じである。その後の操作において、非偏光ビームスプリッタ９５２は中間ビーム４９０の角度測定成分を反射してビーム９９９を形成し、このビーム９９９はプリズム９６１によって図９ｃに定義される下側の平面に方向付けられる（図９ｂにも示す）。次にビーム９９９は１／２位相差板９６０を通過してビーム９９９の成分の直線偏光が９０度回転し、その後ビーム９９９はインターフェイス９６２により反射されて偏光ビームスプリッタ５３０に戻る。偏光ビームスプリッタ５３０は、主測定ビームから生じるビーム９９９の成分を透過させて副ビーム９９３を形成し、主基準ビームから生じるビーム９９９の成分を反射して副ビーム９９４を形成する。副ビーム９９３は平面ミラー基準物体４３８により反射され、１／４位相差板４３６を２回通過し、偏光ビームスプリッタ５３０によって角度測定出力ビーム９７８の第１成分として反射される。副ビーム９９４は偏光ビームスプリッタ５３０により反射され、平面ミラー測定対象物４８０に入射する前にミラー９４６，９４７，９４８及び９４９が形成する遅延線に沿って伝搬する。次に副ビーム９９４は、測定対象物により反射され、遅延線に沿って戻る方向に伝搬し、偏光ビームスプリッタ５３０を角度測定出力ビーム９７８の第２成分として透過する（１／４位相差板９３４を２回通過した後に）。偏光子９７５は、角度測定出力ビーム９７８の偏光成分を、ビーム９７８が検出器９７６に衝突する前に混合する。

上述のように角度変位干渉計は、図９ｂの平面に在って、かつ図９ａ及び９ｃの平面に直交する平面ミラー測定対象物の角度配向の変化θ₆に対応する、角度測定出力ビームのビーム成分の間の相対位相シフトφ₆を導入する。相対位相シフトφ₆及び角度変化θ₆は次式の関係を有する。

φ₆＝ｋ₆ｎ₆ｂ₆θ₆ （４）
上式において、ｂ₆は基準ビームと測定ビームの間隔、入力ビームの波長λ₆に対応する波数ｋ₆＝２π／λ₆、ｎ₆はビーム経路におけるガスの屈折率である。

光学ブロックが遅延線を含むので、図９ａ〜９ｃの角度変位干渉計は、検出器または光ファイバピックアップにおける角度変位干渉計内の角度測定出力ビームのビーム成分の間の相対ビームずれがゼロになるように構成される。平面ミラー測定対象物上のビームスポットの配置を図９ｄに示す。

更に別の実施形態では、図５ａ〜５ｃ及び図６ａの実施形態を図７ａ〜７ｃの実施形態と組み合わせる方法と同じ方法で図８ａ及び図９ａ〜９ｃの実施形態を組み合わせて、各自由度によってそのビーム成分間のずれの差がゼロとなる異なる自由度に関する測定対象物の角度配向の変化の測定を可能にする２つの角度測定出力ビームを生成し、また、距離測定出力ビームを集積ＨＳＰＭＩにより生成する。

図１０ａに示す本発明の別の実施形態では、図３の干渉計と同様な多軸干渉計を開示するが、本実施形態の多軸干渉計は、図３の角度変位干渉計と同じ角度変位干渉計を含み、ＨＳＰＭＩも含む点で図３の干渉計と類似する。しかしながら、図３の実施形態とは異なり、入力ビーム１２は角度測定入力ビームと直接対応し、距離測定入力ビームは角度測定出力ビームから生成される。

図１０ａを参照すると、入力ビーム１２は偏光ビームスプリッタ３３０に入射し、このスプリッタ３３０は、図３の実施形態の場合と同じように、入力ビームを角度測定ビーム３９３及び３９４に分離する。角度測定ビームはシステムの中を図３に関して記載したものと同じプロセスで伝搬して、角度測定出力ビーム３７８を生成する。しかしながら図１０ａの実施形態では、ビーム３７８の一部を透過させて距離測定出力ビーム１０８４を生成し、ビーム３７８の残りの部分を反射して偏光子１０７５及び検出器１０７６に到達させて図３の実施形態の場合のように角度情報を生成するように非偏光ビームスプリッタ１０２０を配置する。

次に距離測定入力ビーム１０８４を、再帰性反射体１０６２、及び倍率２：１のアフォーカル系１０６４を含む折返しアセンブリによって調整して調整済み距離測定入力ビーム１０８５を生成する。次に調整済み距離測定入力ビームは偏光ビームスプリッタ３３０に入射して測定ビーム１０９１及び基準ビーム１０９５を生成し、これらのビームは、図３の実施形態の測定ビーム３９１及び基準ビーム３９５と同様のプロセスに従ってシステム中を伝搬して距離測定出力ビーム１０７４を生成する。次に距離測定出力ビームは偏光子１０７１及び検出器１０７２に入射して距離情報を供給する。距離情報は図３の実施形態の検出器３７２が測定する距離情報と同様であるが、本実施形態の距離情報が角度測定出力ビームに固有の、光学的差異に関連する追加の位相項目を含む点が異なる。

折返しアセンブリによる距離測定入力ビームの調整の結果、測定ビーム１０９１は、測定対象物が図１０ａの平面内において傾いていても法線方向の入射角で平面ミラー測定対象物３８０に衝突することになる。ビームが法線方向の入射角で衝突するのは、距離測定入力ビームが角度測定出力ビームから生成され、この角度測定出力ビームが、各々測定対象物に１回衝突する成分を含むからである。従って、距離測定入力ビームの伝搬方向は、測定対象物の姿勢の変化に応じて変化する。アフォーカル系１０６４の倍率によって距離測定入力ビームの伝搬方向を調整して調整ビームを生成し、調整ビームから生成される測定ビームを平面ミラー測定対象物に法線方向の入射角で衝突させる。従って、測定対象物によって法線方向以外の方向に反射されて生じる、角度変位干渉計からの入力距離測定ビームの角度偏差（α）はα／２にまで小さくなる。測定ビームが法線方向から入射すると、測定ビームが測定対象物の角度配向の変化に応じてずれることがないので、距離測定出力ビームの成分のずれ差が非常に小さくなる、という利点がある。

アフォーカル系１０６４の適切な実施形態は、アフォーカルレンズ及び／又はアナモルフィックアフォーカル付属部品を備える［例えばＨａｎｄｂｏｏｋＯｆＯｐｔｉｃｓＩＩ，ＳｅｃｏｎｄＥｄｉｔｉｏｎ（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）第２章のＷ．Ｂ．Ｗｅｔｈｅｒｅｌｌ著の「アフォーカル系」を参照されたし］。以下に、ガリレイアフォーカルレンズに代表されるようなアフォーカル系の第１の実施形態を図式的に示す。しかしながらケプラーアフォーカルレンズを使用することもできる。ケプラーアフォーカルレンズを一つ以上のアフォーカル系に使用する場合、該当する中継レンズ系の変換特性を変更してケプラーアフォーカルレンズの反転機能を反映させる必要がある。アフォーカル系はまた、円筒レンズ、プリズム及び複屈折素子を基本とするアナモルフィックアフォーカル付属部品を備えることができる。

ガリレイアフォーカルレンズの一例を図１０ｂに図式的に示し、プリズム複屈折アナモルフィックアフォーカル付属部品を図１０ｃ及び１０ｄにそれぞれ図式的に示す。図１０ｂに示すガリレイアフォーカルレンズは正レンズ１０７７Ａ及び負レンズをそれぞれ備え、その縮小モードの動作を示している。

図１０ｃに示すプリズムアナモルフィックアフォーカル付属部品は、２つのプリズム１０７９Ａ及１０７９Ｂを備え、これもまたその縮小モードの動作を示している。
図１０ｄに示す複屈折アナモルフィックアフォーカル付属部品は、互いに接着された２つの複屈折プリズム１０７３Ａ及１０７３Ｃを備え、その拡大モードの動作を示している。複屈折プリズムは、例えば方解石及びパラテルル石のような一軸結晶を含む。複屈折プリズム１０７３Ａ及１０７３Ｃの光学軸を図１０ｄにそれぞれ要素１０７３Ｂ及び１０７３Ｄとして示す。入射ビームの偏光は異常光である。複屈折アナモルフィックアフォーカル付属部品を通過する入射ビームの経路及び光学軸１０７３Ｂ及び１０７３Ｄの方向を正の一軸結晶を含む系の場合に関して示し、この系では通常光屈折率は異常光屈折率よりも小さい。

図１０ａの実施形態において行なわれるような入力ビームの調整については、ＨｅｎｒｙＡ．Ｈｉｌｌによる「ずれがゼロの受動干渉計」と題する２００２年６月２９日出願の米国出願第１０／２０７，３１４号に詳細に記載されており、上記出願の内容は本明細書において参照により援用する。

図１０ａの実施形態の利点は、図３の実施形態におけるものと同じ理由により、検出器またはＦＯＰでの角度変位干渉計の出力ビームの成分のビームずれ差が、例えばＨＳＰＭＩの検出器またはＦＯＰでの出力ビームのビームずれ差に比べて非常に小さくなることである。

図１０ａの実施形態の別の利点は、ＨＳＰＭＩ及び距離測定出力ビームの基準ビーム及び測定ビームの成分のビームずれ差が、例えばＨＳＰＭＩの検出器またはＦＯＰでの出力ビームのビームずれ差に比べて非常に小さくなることである。

図１０ａの実施形態の別の利点は、角度変位干渉計からの電気干渉信号の測定位相の周期誤差の発生源の数が少ないことである。周期誤差の発生源の数は、角度測定ビームの各々が平面ミラー測定対象物への一つの通過路を形成する結果、少なくなる。

実施形態の別の実施形態を図１０ｅに示すが、この実施形態は図１０ａの実施形態と次の点を除いて同じである。すなわち、ミラー１０４６，１０４７，１０４８及び１０４９が形成する遅延線によって、角度測定ビーム３９４’（図３の実施形態における角度測定ビーム３９４に対応する）にそのビームが形成する平面ミラー測定対象物３８０への通過路間に追加の経路長が付加されて、出力角度測定ビームの各角度測定ビームの経路長が平面ミラー測定対象物による反射から角度測定出力ビームの形成に至るまでの距離に等しくなる。上述のように、これによって角度測定出力ビームの成分の間のずれ差が実質的に無くなる。角度測定ビーム３９４’が遅延線のミラーによって反射される間のビーム３９４’の偏光解消度を最小化するために、追加の１／４波長板３３４’を使用して偏光ビームスプリッタ３３０と１／４波長板３３４’との間に遅延線を位置させる空間を設ける。この結果、ビーム３９４’が遅延線のミラーにより反射されるときにビーム３９４’が図１０ｅの平面で、または図１０ｅの平面に直交する平面で直線偏光される。

遅延線は、図１０ａの実施形態の角度測定出力ビームに含まれる残存ビームずれ差を補償する。第４の実施形態における補償後の残存ビームずれ差は約１マイクロメートル未満である。

角度測定出力ビームのビームずれ差を補償することによって、距離測定出力ビームのビームずれ差が補償される、すなわち残存ビームずれ差が約１マイクロメートル未満となる、という結果が更に得られる。

光遅延線の光路はガス中、好ましくは真空中に在って、角度変位干渉計の２つの測定区間のガラスの中の光路長が同じに維持される。光遅延線の長さは、それぞれの測定ビームが平面ミラー測定対象物に衝突した後に生じる角度変位干渉計の２つの測定区間の間の差を補償するように選択される。光遅延線の光路長を求める目的で設けられる測定区間の長さは、１／ｎで重み付けされた測定区間の各セクションの長さの合計であり、この場合ｎはそれぞれのセクションの屈折率である。測定区間の各セクションの屈折率は幾つかの異なる値を有することができる。

更に別の実施形態においては、図１０ｅの実施形態における遅延線を図３の実施形態に同様にして導入して図３の実施形態の角度変位干渉計の角度測定出力ビームの残存ビームずれ差を補償することができる。

図１３は干渉計システムの概略図であり、このシステムにより平面ミラー測定対象物９２の直線変位及び角度変位を測定し、モニターする。図１３に示すように、干渉計システムは、本明細書に記載する干渉計のいずれかとして構成し、配列することができる干渉計１４、及び干渉計１４への入力ビーム１２の方向を制御する動的ビーム操作素子を備える。

入力ビームの方向を変える目的は、干渉計１４の出力ビームから生成される電気干渉信号の非周期誤差の影響を排除する、または十分に低減することにある。非周期誤差による影響の排除、または十分な低減は、干渉計１４内の、及び検出器７０でのビームずれを無くす、または十分に小さくすることにより達成される。

干渉計システムは更に、ビーム１１２を生成する照射源１０、検出器７０、サーボ制御装置９４、変換器９６及び電子プロセッサ兼コンピュータ９０を備える。各干渉計タイプにおいて、干渉計ビームはミラー９２に向かって、ミラー９２から２０で示される光路にほぼ沿って伝搬し、出力ビームは干渉計１４から検出器７０に向かって６０で示される光路に沿って伝搬する。ビーム１１２についての記載は図１のビーム１２についての記載と同じである。

ビーム操作素子９８の姿勢を変換器９６により制御して経路２０に沿って伝搬する測定ビームがゼロ度の入射角でミラー９２に入射するようにする。変換器９６はサーボ制御装置９４からのサーボ制御信号８６によって制御される。サーボ制御信号８６は電子プロセッサ兼コンピュータ９０が生成するサーボ信号８２から生成される。

動的素子９８の制御は２つのモードの内の一つのモードで行われる。一つのモードはフィードバックモードであり、このモードでは、動的素子９８の姿勢は、例えばミラー９２での測定ビーム入射角のゼロ度からの測定変位に基づく誤差信号に従って制御される。第２のモードはフィードフォワードモードであり、このモードでは、制御信号８２はミラー９２の姿勢の測定変化に基づく。測定変化はその全体が、または一部が、例えば干渉計１４によって測定されるミラー９２の姿勢の変化に基づく。

干渉計への入力ビーム上に位置する動的ビーム操作素子を含む干渉計システムは、本出願人が本出願と共に保有する米国特許第６，２５２，６６７号、米国特許第６，３１３，９１８号、及び米国特許第６，２７１，９２３号に、ＰＣＴ公開公報ＷＯ００／６６９６９号にも記載されており、上記文献の内容は全て、本明細書において参照により援用する。

経路２０に在る測定ビームの方向を維持する／認識するべき精度は通常、ミラー９２の角度配向の変化を維持する／認識するべき精度と同じではなく、数桁オーダーの大きさ異なる。干渉計システム１４が測定する直線変位の変化は、ミラー９２の反射面に直交するラインに沿ってビーム操作素子が定義するポイントからの距離の変化とされる。測定ビームの方向の直交ラインからの変位εにより生じる測定直線変位の部分誤差は（１−ｃｏｓ²ε）≒ε²となる。従って、例えば１ｐｐｂ及び０．１ｐｐｂの部分誤差の場合、εの該当する値はそれぞれ、≦３．２×１０^-5及び≦１．０×１０^-5である必要がある。通常の値θの範囲は０．００１ラジアンのオーダーであり、この場合θは、リソグラフィツール計測システムの固定基準枠に対するミラー９２の反射面の傾きである。従って、認識する必要のあるθに対するεの精度はそれぞれ３．２％及び１．０％である。本発明のこの特徴によって、制御システムにおける動的ビーム操作素子に要求される性能要件が相当緩和される。これは特に、フィードフォワード制御システムにおいて重要である。

εに要求される精度が緩和される結果更に、フィードバックまたはフィードフォワード制御システムの精度を容易にその場で決定することができる。制御システムの校正手順の一例として、ミラー９２の一連の固定姿勢に対してビーム操作素子の姿勢を細かく調査して、ミラー９２の固定姿勢の各々に対してε＝０となる位置を、ヘテロダイン信号または電気干渉信号の振幅をモニターすることにより検出する。

直交直線変位に関して測定される変化をリソグラフィツール計測システムの固定基準枠に変換するために使用する変換係数はｃｏｓ²θである。通常の値θの範囲は０．００１ラジアンのオーダーである。従って、変換係数に１ｐｐｂ及び０．１ｐｐｂの部分誤差がある場合、θ値の該当する誤差はそれぞれ、≦５×１０^-7及び≦５×１０^-7である必要がある。変換係数を適用する際に要求されるθに関する情報は、本発明においては、直線変位ペアに関して測定される変化から得られる。

図１４は干渉計システムの概略図であり、このシステムにより平面ミラー測定対象物９２の直線変位及び角度変位を測定し、モニターする。図１４に示すように、干渉計システムは干渉計１４及び動的ビーム操作素子を備え、干渉計１４は本明細書に記載する干渉計のいずれかとして構成及び配置され、動的ビーム操作素子は、干渉計１４への入力ビーム１２の方向及び検出器７０への出力ビーム６０の方向を制御する。

入力ビーム１２の方向及び出力ビーム６０の方向を変える目的は、干渉計１４の出力ビームから生成される電気干渉信号の非周期誤差の影響を排除する、または十分に低減することにある。非周期誤差による影響の排除、または十分な低減は、干渉計内の、及び検出器７０でのビームずれを無くすこと、または実質的に小さくすること、検出器７０でのビームの入射角の変化を無くすこと、または実質的に小さくすることにより達成される。

ビーム操作素子９８の姿勢を変換器９６により制御して経路２０に沿って伝搬する測定ビームがミラー９２にゼロ度の入射角で入射するようにする。変換器９６はサーボ制御装置９４からのサーボ制御信号８６によって制御される。サーボ制御信号８６は電子プロセッサ兼コンピュータ９０が生成するサーボ信号８２から生成される。

誤差ε及び変換係数に関する図１４に示す干渉計システム及び動的ビーム操作システムについての記載は、図１３に示す干渉計システム及び動的ビーム操作システムについての記載の該当する箇所と同じである。

上述した干渉計システムのいずれにおいても、平面ミラー基準物体を干渉計アセンブリと一体化することができることに注目する。別の構成として、平面ミラー基準物体を、差動平面ミラー干渉計における場合のように第２測定対象物の一部とすることができる。このような実施形態では、干渉計は、ビームを第２測定対象物上の基準ミラーに連結する追加の光学系を含むことができる。

上述の干渉計システムは非常に高精度の測定を可能にする。こ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に使用するリソグラフィ用途において特に有用である。リソグラフィは半導体製造産業にとって非常に重要な技術推進要素である。重ね合わせにおける改良は、１００ｎｍ線幅（設計ルール）以下の線幅を実現するための５つの最も困難な挑戦の内の一つであり、例えばＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＩｎｄｕｓｔｒｙＲｏａｄｍａｐ，ｐ８２（１９９７）を参照されたい。

重ね合わせはウェハステージ及びレチクル（またはマスク）ステージの位置決めに使用する距離測定干渉計の性能、すなわち精度及び確度に直接依存する。リソグラフィツールにより年当り５０〜１００百万ドルの製品を生産することができるので、性能の改良された距離測定干渉計がもたらす経済効果は非常に大きい。リソグラフィツールによる歩留まりが１％上がる度に、年当り約百万ドルの経済効果が集積回路製造業者にもたらされ、リソグラフィツールベンダーにそれに匹敵する大きな利益がもたらされる。

リソグラフィツールの機能は、空間的にパターン化された照射線をフォトレジストに覆われたウェハに方向付けることである。このプロセスでは、ウェハのどの位置が照射線を受けるのかを決定し（位置合わせ）、その位置で照射線をフォトレジストに当てる（露光）。

ウェハを正しく位置させるために、ウェハは位置合わせマークをウェハ上に含み、これらの位置合わせマークは専用センサによって測定される。位置合わせマークの測定される位置によってウェハのツール内での位置を決定する。この情報を、ウェハ表面を所望の形状にパターニングするための仕様と一緒に用いて、ウェハを空間的にパターニングされた照射線に対して位置合わせする。このような情報に基づいて、フォトレジストに覆われたウェハを支持する移動可能なステージがウェハを移動させて照射線によってウェハの正しい位置が露光されるようにする。

露光の間、照射源はパターン化されたレチクルを照射し、このレチクルが照射線を散乱して空間的にパターン化された照射線を生成する。レチクルはマスクとも呼ばれ、これらの用語は以下において同じ意味で使用する。縮小リソグラフィの場合、縮小レンズが散乱照射線を収集してレチクルパターンの縮小画像を形成する。別の構成として、近接転写の場合、散乱照射線はウェハに達する前に短い距離（通常、マイクロメートルのオーダー）を伝搬してレチクルパターンの１：１画像を生成する。照射によってレジストの中で光−化学プロセスが始まり、このプロセスによって照射線パターンがレジスト内の潜像に変換される。

干渉計システムは、ウェハ及びレチクルの位置を制御し、レチクル画像をウェハに転写するポジショニング（位置決め）メカニズムの重要な要素である。このような干渉計システムが上述のような特徴を含む場合、距離測定に対する周期誤差の影響が最小化されるのに伴って、システムが測定する距離の精度が向上する。

一般的に、露光システムとも呼ばれるリソグラフィシステムは通常、照射システム及びウェハポジショニングシステムを含む。照射システムは紫外線、可視光線、ｘ線、電子線またはイオン照射線のような照射線を供給する照射源、及び照射線にパターンを与えることにより空間的にパターン化された照射線を生成するレチクルまたはマスクを含む。また縮小リソグラフィの場合、照射システムは空間的にパターン化された照射線をウェハ上に結像させるレンズアセンブリを含むことができる。結像した照射線によってウェハ上のレジストが露光される。照射システムはまた、マスクを支持するマスクステージ、及びマスクを通して方向付けられる照射線に対するマスクステージの位置を調整するポジショニングシステムを含む。ウェハポジショニングシステムは、ウェハを支持するウェハステージ、及び結像した照射線に対するウェハステージの位置を調整するポジショニングシステムを含む。集積回路の製造は多くの露光工程を含む。リソグラフィについての一般的な参考文献として、例えばＪ．ＲＳｈｅａｔｓａｎｄＢ．Ｗ．ＳｍｉｔｈによるＭｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＭａｒｃｅｌＤｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．，ＮｅｗＹｏｒｋ，１９９８）を参照されたい。この参考文献の内容は、本明細書において参照により援用する。

上述の干渉計システムを使用して、レンズアセンブリ、照射線源または支持構造のような露光システムの他の素子に対するウェハステージ及びマスクステージの位置を正確に測定することができる。このような場合、干渉計システムを固定構造に取り付け、測定対象物をマスクステージ及びウェハステージの内の一つのような可動素子に取り付けることができる。別の構成として、配置を逆にして、干渉計システムを可動対象物に取り付け、測定対象物を固定対象物に取り付けることができる。

一般的に、このような干渉計システムを使用して露光システムの他のいずれか素子に対する露光システムのいずれか一つの素子の位置をも測定することができ、この場合干渉計システムは、素子及び測定対象物の内の一方に取り付けられるか或いは支持されるか、または素子の内の他方に取り付けられるか或いは支持される。

干渉計システム１１２６を使用するリソグラフィスキャナ１１００の一例を図１１ａに示す。干渉計システムを使用して露光システム内のウェハ（図示せず）の位置を正確に測定する。ここで、ステージ１１２２を使用してウェハを露光ステーションに対して配置し、支持する。スキャナ１１００はフレーム１１０２を含み、このフレームは他の支持構造、及びこれらの構造に搭載される種々の素子を搭載する。露光ベース１１０４はその頂部にレンズハウジング１１０６を搭載し、このハウジングの頂部にレチクルまたはマスクステージ１１１６を搭載し、このステージを使用してレチクルまたはマスクを支持する。マスクを露光ステーションに対して位置決めするポジショニングシステムを素子１１１７として模式的に示す。ポジショニングシステム１１１７は、例えば圧電変換素子及び該当する制御電子機器を含むことができる。ここに記載する実施形態には含まれていないが、上述の干渉計システムの内の一つ以上を使用してマスクステージだけでなく、リソグラフィ構造の製造プロセスにおいてその位置を高精度にモニターする必要のある他の可動素子の位置を正確に測定することもできる（上のＳｈｅａｔｓ及びＳｍｉｔｈによるＭｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙを参照されたし）。

露光ベース１１０４の下方に延びているのは支持ベース１１１３であり、この支持ベースはウェハステージ１１２２を搭載する。ステージ１１２２は平面ミラー１１２８を含み、このミラーは、干渉計システム１１２６によりステージに方向付けられる測定ビーム１１５４を反射する。ステージ１１２２を干渉計システム１１２６に対して位置決めするポジショニングシステムを素子１１１９として模式的に示す。ポジショニングシステム１１１９は、例えば圧電変換素子及び該当する制御電子機器を含むことができる。測定ビームは反射されて露光ベース１１０４に搭載される干渉計システムに戻る。干渉計システムは前に記載した実施形態のいずれかとすることができる。

動作状態において、照射ビーム１１１０、例えばＵＶレーザ（図示せず）からの紫外線（ＵＶ）ビームはビーム成形光学アセンブリ１１１２を通過し、ミラー１１１４によって反射された後に下方に伝搬する。その後、照射ビームはマスクステージ１１１６に搭載されるマスク（図示せず）を通過する。マスク（図示せず）は、レンズハウジング１１０６に収容されるレンズアセンブリ１１０８を通してウェハステージ１１２２上のウェハ（図示せず）に結像される。ベース１１０４及びそのベースが支持する種々の素子は、バネ１１２０として示す振動減衰システムによって周囲の振動から分離される。

リソグラフィスキャナの他の実施形態では、前に記載した干渉計システムの内の一つ以上を使用して多軸に沿った距離を、例えばこれらに制限されないが、ウェハステージ及びレチクル（又はマスク）ステージに関する角度を測定することができる。また、ＵＶレーザビームではなく他のビームを使用してウェハを露光することができ、これらのビームとしては、例えばｘ線ビーム、電子ビーム、イオンビーム及び可視光ビームなどが挙げられる。

幾つかの実施形態では、リソグラフィスキャナはこの技術分野でコラム基準（ｃｏｌｕｍｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）として知られるものを含むことができる。このような実施形態では、干渉計システム１１２６は基準ビーム（図示せず）を外部基準経路に沿って方向付けて基準ミラー（図示せず）に衝突させ、この基準ミラーは或る構造、例えばレンズハウジング１１０６に取り付けられて照射ビームを方向付ける。基準ミラーは基準ビームを反射して干渉計システムに戻す。ステージ１１２２により反射される測定ビーム１１５４と、レンズハウジング１１０６に搭載された基準ミラーにより反射される基準ビームとを合成する際に干渉計システム１１２６が生成する干渉信号は、照射ビームに対するステージの位置の変化を示す。また、他の実施形態では、干渉計システム１１２６を、スキャナシステムのレチクル（またはマスク）ステージ１１１６または他の可動素子の位置の変化を測定するように配置することができる。最後に、干渉計システムは、スキャナに加えて、またはスキャナに代えてステッパを含むリソグラフィシステムと同様な態様で使用することができる。

公知のように、リソグラフィは、半導体装置を作成する製造方法の重要な一部である。たとえば、米国特許第５，４８３，３４３号にはそのような製造方法の工程が概述されている。これらの工程について、図１１ｂおよび１１ｃに関して以下で記述する。図１１ｂは、半導体チップ（ＩＣまたはＬＳＩなど）、液晶パネル、またはＣＣＤなど、半導体装置を製造する順序のフロー・チャートである。工程１１５１は、半導体装置の回路を設計する設計過程である。工程１１５２は、回路パターン設計に基づくマスクの製造過程である。工程１１５３は、シリコンなどの材料を使用することによってウェハを製造する過程である。

工程１１５４は、予備過程と呼ばれるウェハ過程であり、準備したマスクおよびウェハを使用することによって、リソグラフィにより、回路をウェハの上に形成する。十分な空間分解能でマスク上の回路パターンに対応する回路をウェハの上に形成するために、ウェハに対するリソグラフィ・ツールの干渉分光による位置決めが必要である。本明細書で記述する干渉分光法およびシステムは、ウェハ過程において使用されるリソグラフィの有効性を向上させるのに特に有用であり得る。

工程１１５５は、工程１１５４によって処理されたウェハが半導体チップに形成される事後過程と呼ばれる組立て工程である。この工程は、組立て（方形切断および結合）および実装（チップ封止）を含む。工程１１５６は、検査工程であり、工程１１５５によって作成された半導体装置の動作性の検査、耐久性の検査などが実施される。これらの過程により、半導体装置は完成し、出荷される（工程１１５７）。

図１１ｃは、ウェハ過程の詳細を示すフロー・チャートである。工程１１６１は、ウェハの表面を酸化させる酸化過程である。工程１１６２は、絶縁膜をウェハ表面の上に形成するＣＶＤ過程である。工程１１６３は、蒸着によってウェハの上に電極を形成する電極形成過程である。工程１１６４は、イオンをウェハに注入する注入過程である。工程１１６５は、レジスト（感光材料）をウェハに加えるレジスト過程である。工程１１６６は、露光（すなわちリソグラフィ）によって、上記で記述した露光装置により、マスクの回路パターンをウェハの上に印刷する露光過程である。再び、上記で記述したように、本明細書で記述する干渉計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工程の精度および分解能は向上する。

工程１１６７は、露光ウェハを成長する成長過程である。工程１１６８は、成長レジスト像以外の部分を除去するエッチング過程である。工程１１６９は、エッチング過程を施された後にウェハ上に残留しているレジスト材料を分離するレジスト分離過程である。これらの過程を反復することによって、回路パターンがウェハの上に形成され、重ね合わされる。

上記した干渉計システムは、物体の相対位置を正確に測定する必要がある他の応用分野において使用することも可能である。たとえば、基板またはビームが移動する際に、レーザ、ｘ線、イオン、または電子ビームなどの書込みビームが、基板の上にパターンをマーキングする応用分野では、干渉計システムを使用して、基板と書込みビームとの相対運動を測定することが可能である。

例として、ビーム書込みシステム１２００の図１２に概略的に示されている。ソース１２１０は、書込みビーム１２１２を生成する。ビーム集束部品１２１４は、放射ビームを、可動ステージ１２１８によって支持された基板１２１６に向ける。ステージの相対位置を決定するために、干渉計システム１２２０は、基準ビーム１２２２をビーム集束部品１２１４の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の上に取り付けられたミラー１２２８に向ける。基準ビームはビーム収束部品上に搭載されたミラーと接触するので、ビーム書込みシステムは、コラム基準を用いるシステムの例である。干渉計システム１２２０は、以前に説明した干渉計システムのいずれかとすることが可能である。干渉計システムによって測定された位置の変化は、基板１２１６上における書込みビーム１２１２の相対位置の変化に対応する。干渉計システム１２２０は、基板１２１６上における書込みビーム１２１２の相対位置を表す測定信号１２３２を制御装置１２３０に送信する。制御装置１２３０は、出力信号１２３４を、ステージ１２１８を支持し、かつ位置決めするベース１２３６に送信する。更に、書込みビームが、基板の選択位置のみにおいて光物理的変化または光化学的変化が生じるのに十分な強度で基板１２１６に接触するように、書込みビーム１２１２の強度を変化させるために、または書込みビーム１２１２を遮断するために、制御装置１２３０は、信号１２３８をソース１２１０に送信する。

更に、いくつかの例では、制御装置１２３０は、ビーム集束部品１２１４に、たとえば信号１２４４を使用して、基板の領域にわたって書込みビームを走査させることが可能である。その結果、制御装置１２３０は、基板をパターン化するように、システムの他の要素を誘導する。パターン化は、通常、制御装置に記憶されている電子設計パターンに基づく。いくつかの応用例では、書込みビームは、基板の上に被覆されたレジストをパターン化し、他の応用例では、書込みビームは、基板をエッチングするなど、直接パターン化する。

そのようなシステムの重要な応用分野は、以前に記述したリソグラフィ方法において使用されるマスクおよびレチクルの製造である。たとえば、リソグラフィ・マスクを製作するために、電子ビームを使用して、クロミウム被覆ガラス基板をパターン化することが可能である。書込みビームが電子ビームであるような場合では、ビーム書込みシステムは、電子ビーム経路を真空に封入する。また、書込みビームが電子ビームまたはイオン・ビームである場合では、ビーム集束部品は、真空下において帯電粒子を基板上に集束させ、向けるための四重極レンズなどの電場生成装置を含む。書込みビームがｘ線、ＵＶ、または可視光線の放射などの放射ビームである他の場合では、ビーム集束部品は、放射を基板に集束させ、向けるための対応する光学機器を含む。

各種実施態様について、上記のように説明したが、各種の変更が本発明の技術思想及び範囲から逸脱することなく行われてもよい。従って、他の実施形態も、特許請求の範囲内にある。

干渉計システムの模式図である。干渉計システムの第１の実施形態の平面図である。干渉計システムの第１の実施形態の一部の平面図である。干渉計システムの第１の実施形態の別の部分の平面図である。干渉計システムの第１の実施形態の変形例における平面ミラー測定対象物上のビームスポット配置を描いた図である。干渉計システムの第１の実施形態の変形例における平面ミラー測定対象物上のビームスポット配置を描いた図である。干渉計システムの第１の実施形態の変形例における平面ミラー測定対象物上のビームスポット配置を描いた図である。干渉計システムの第１の実施形態の一部の変形例の平面図である。干渉計システムの第２の実施形態の平面図である。は干渉計システムの第３の実施形態の平面図である。干渉計システムの第３の実施形態の一部の平面図である。干渉計システムの第３の実施形態の別の部分の平面図である。干渉計システムの第２の実施形態における平面ミラー測定対象物上のビームスポット配置を描いた図である。干渉計システムの実施形態に使用することができる構成要素の模式図である。は干渉計システムの第４の実施形態の第１平面の平面図である。干渉計システムの第４の実施形態の第２平面の平面図である。干渉計システムの第４の実施形態の側面図である。干渉計システムの第４の実施形態における平面ミラー測定対象物上のビームスポット配置を描いた図である。は干渉計システムの別の実施形態の平面図である。図６ａの実施形態の変形の平面図である。３つの補償素子の模式図である。３つの補償素子の模式図である。３つの補償素子の模式図である。干渉計システムの別の実施形態の第１平面の平面図である。図７ａの実施形態の側面図である。図７ａの実施形態の別の側面図である。図７ａ〜ｃの実施形態における平面ミラー測定対象物上のビームスポット配置を描いた図である。干渉計システムの別の実施形態の平面図である。図８ａの実施形態における平面ミラー測定対象物上の基準及び測定ビームスポット配置を描いた図である。干渉計システムの別の実施形態の第１平面の平面図である。図９ａの実施形態の構成要素の側面図である。図９ａの実施形態の第２平面の平面図である。図９ａ〜ｃの実施形態における平面ミラー測定対象物上のビームスポット配置を描いた図である。干渉計システムの別の実施形態の平面図である。図１０ａの実施形態における使用に適するアフォーカルシステムの実施形態を示す。図１０ａの実施形態における使用に適するアフォーカルシステムの実施形態を示す。図１０ａの実施形態における使用に適するアフォーカルシステムの実施形態を示す。図１０ａのそれと同様な干渉計システムの更に別の実施形態の平面図である。集積回路を製造するために使用するリソグラフィシステムの模式図である。集積回路を製造する工程を表わすフローチャートである。集積回路を製造する工程を表わすフローチャートである。ビーム書込みシステムの模式図である。入力ビームを干渉計に方向付けるように配置される動的ビーム操作素子を含む干渉計システムの模式図である。入力ビームを干渉計に、干渉計からの一つ以上の出力ビームを方向付けるように配置される動的ビーム操作素子を含む干渉計システムの模式図である。

Claims

装置であって、
測定対象物の位置の変化を測定する多軸干渉計を備え、
前記干渉計は、入力入射ビームを受信し、前記測定対象物上の第１ポイントへの通過路を形成するように、前記入力入射ビームから生成される第１角度測定ビームを方向付け、前記測定対象物上の第２ポイントへの通過路を形成するように、前記入力入射ビームから生成される第２角度測定ビームを方向付け、次に前記角度測定ビームを合成して角度測定出力ビームを生成するように構成され、各角度測定ビームは、合成されて前記角度測定出力ビームを形成する前に、前記測定対象物への単一の通過路をのみを形成し、
前記干渉計は更に、前記入力入射ビームから生成される別の組のビームを異なる経路に沿って方向付け、これらのビームを合成して前記測定対象物の位置の変化に関する情報を含む別の出力ビームを生成するように構成される、装置。
前記別の組のビームが第１距離測定ビーム及び第２距離測定ビームを含み、前記別の出力ビームは距離測定出力ビームであり、前記干渉計は、前記測定対象物への第１及び第２通過路を形成するように前記第１距離測定ビームを方向付け、次に前記第１距離測定ビームを前記第２距離測定ビームと合成して前記距離測定出力ビームを生成する、請求項１記載の装置。
前記干渉計は、前記入力入射ビームを受信し、かつ前記入力入射ビームを角度測定入力ビーム及び距離測定入力ビームに分離するように配置された非偏光ビームスプリッタを備え、前記第１及び第２角度測定ビームは前記角度測定入力ビームから生成され、前記第１及び第２距離測定ビームは前記距離測定入力ビームから生成される、請求項２記載の装置。
前記干渉計は、ビームが前記測定対象物に達するための第１通過を行なっている間に前記第１角度測定ビームを前記第１距離測定ビームにオーバーラップさせる、請求項２記載の装置。
前記干渉計は、ビームが前記測定対象物に達するための第１通過を行なった後に前記第１角度測定ビームを前記第１距離測定ビームから分離するように配置された非偏光ビームスプリッタを備える、請求項４記載の装置。
前記干渉計は、前記角度測定出力ビームを受信し、かつこの角度測定出力ビームの一部を分離して距離測定入力ビームを形成するように配置された非偏光ビームスプリッタを備え、前記距離測定ビームは前記距離測定入力ビームから生成される、請求項２記載の装置。
前記干渉計は、前記距離測定入力ビームを方向付けるように配置された出力折返し光学系を更に備え、前記出力折返し光学系は、前記第１距離測定ビームが前記測定対象物に前記測定対象物の角度配向範囲に対して実質的に法線方向から入射して衝突するように選択される倍率を有するアフォーカル系を備える、請求項６記載の装置。
前記干渉計は角度測定光学アセンブリ及び距離測定光学アセンブリを備え、前記角度測定光学アセンブリは前記角度測定ビームを前記測定対象物に方向付けるように構成され、前記距離測定光学アセンブリは前記距離測定ビームを方向付けるように構成され、前記角度測定光学アセンブリ及び距離測定光学アセンブリはそれぞれ、別個の偏光ビームスプリッタを備える、請求項３記載の装置。
前記距離測定光学アセンブリは高安定性平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）として構成されている、請求項８記載の装置。
前記干渉計は、前記測定対象物への通過路が形成された後、かつ前記第２角度測定ビームと合成される前に、反射基準物体への通過路を形成するように前記第１角度測定ビームを方向付け、前記測定対象物への通過路が形成される前に、前記基準物体への通過路が形成されるように前記第２角度測定ビームを方向付けるように構成される、請求項２記載の装置。
前記干渉計は、て前記基準物体への第１及び第２通過路を形成するように前記第２距離測定ビームを方向付けるように構成される、請求項１０記載の装置。
前記干渉計は偏光ビームスプリッタ及び戻し光学アセンブリを備え、
前記偏光ビームスプリッタは、前記測定対象物及び基準物体への通過路の各々の間に、前記角度測定ビーム及び前記距離測定ビームの各々の内の一方を透過させ、かつ前記角度測定ビーム及び前記距離測定ビームの各々の内の他方を反射するように配置され、更に、前記第１及び第２通過路の後に、前記角度測定ビームを再合成して前記角度測定出力ビームを形成し、かつ前記距離測定ビームを再合成して前記距離測定出力ビームを形成するように配置され、
前記戻し光学アセンブリは、前記角度測定ビーム及び前記距離測定ビームを前記偏光ビームスプリッタから受信し、前記第１及び第２通過路の間に、これらのビームの向きを変えて前記偏光ビームスプリッタに戻すように配置される、請求項１１記載の装置。
前記基準物体は平面ミラーを含む、請求項１２記載の装置。
前記干渉計は前記基準物体を更に備える、請求項１３記載の装置。
前記干渉計は、前記偏光ビームスプリッタと前記基準物体との間に位置する１／４位相差板を更に備える、請求項１３記載の装置。
前記測定対象物は平面ミラーを含む、請求項１２記載の装置。
前記干渉計は、前記偏光ビームスプリッタと前記測定対象物との間に位置する１／４位相差板を更に備える、請求項１６記載の装置。
前記戻し光学アセンブリは、前記第１及び第２通過の間に前記角度測定ビームの偏光を回転させるように配置される１／２位相差板を備える、請求項１２記載の装置。
前記戻し光学アセンブリは、前記角度測定ビームの向きを変えて前記偏光ビームスプリッタに戻すように配置される奇数の反射面を更に有する、請求項１８記載の装置。
前記戻し光学アセンブリは、前記距離測定ビームの向きを変えて前記偏光ビームスプリッタに戻すように配置される再帰性反射体を更に備える、請求項１９記載の装置。
前記干渉計は、前記入力入射ビームを受信し、かつ前記入力入射ビームを角度測定入力ビーム及び距離測定入力ビームに分離するように配置された非偏光ビームスプリッタを更に備え、前記偏光ビームスプリッタは前記角度測定入力ビームを第１及び第２角度測定ビームに分離し、かつ前記距離測定入力ビームを前記第１及び第２距離測定ビームに分離するように配置される、請求項１２記載の装置。
前記干渉計は、前記測定対象物への第１通過路の間に前記第１角度測定ビームを方向付けて前記第１距離測定ビームにオーバーラップさせ、前記基準物体への第１通過路の間に前記第２角度測定ビームを方向付けて前記第２距離測定ビームにオーバーラップさせるように構成される、請求項１２記載の装置。
前記偏光ビームスプリッタは、前記入力入射ビームを前記第１角度測定ビーム及び前記第１距離測定ビームを含む重複ビームペアと前記第２角度測定ビーム及び前記第２距離測定ビームを含む重複ビームペアとに分離するように配置され、前記偏光ビームスプリッタは、これらのビームペアがそれぞれの前記測定対象物及び基準物体への第１通過路を形成した後に、これらのビームペアを再合成して中間ビームを形成するように配置される、請求項２２記載の装置。
前記戻し光学アセンブリは、前記中間ビームを受信するように配置され、かつ前記角度測定ビームを前記距離測定ビームから空間的に分離するように配置される非偏光ビームスプリッタを備える、請求項２３記載の装置。
前記干渉計は、非偏光ビームスプリッタを含む出力折返し光学系を備え、この非偏光ビームスプリッタは、前記角度測定出力ビームを受信し、かつ前記角度測定出力ビームの一部を分離して距離測定入力ビームを形成するように配置され、前記出力折返し光学系は前記距離測定入力ビームを前記偏光ビームスプリッタに方向付けるように構成され、前記偏光ビームスプリッタは前記距離測定入力ビームを前記距離測定ビームに分離するように配置される、請求項１２記載の装置。
前記出力折返し光学系は、前記第１距離測定ビームが前記測定対象物に前記測定対象物の角度配向範囲に対して実質的に法線方向から衝突するように選択される倍率を有するアフォーカル系を備える、請求項２５記載の装置。
前記奇数の反射面の各々が共通平面内に法線を有する、請求項１９記載の装置。
前記奇数の反射面は、前記反射面の各々での入射ビームと反射ビームとの間の角度の合計がゼロ、または３６０度の整数倍となるように前記角度測定ビームを反射し、各角度は前記入射ビームから前記反射ビームに向かう方向に測定され、反時計回りに測定される場合に正の値を有し、時計回りに測定される場合に負の値を有する、請求項２７記載の装置。
前記戻し光学アセンブリは、前記角度測定ビームの向きを変えて前記偏光ビームスプリッタに戻すように配置された一組の反射面を有し、前記一組の反射面は前記反射面の各々での入射ビームと反射ビームとの間の角度の合計がゼロ、または３６０度の整数倍となるように前記角度測定ビームを反射し、各角度は前記入射ビームから前記反射ビームに向かう方向に測定され、反時計回りに測定される場合に正の値を有し、時計回りに測定される場合に負の値を有する、請求項１２記載の装置。
前記入力入射ビームを生成し、かつ前記入力入射ビームを前記多軸干渉計に方向付けるように構成された光源を更に備え、前記入力入射ビームは分離ヘテロダイン周波数を有する２つの成分を含み、前記角度測定ビーム及び別の組のビームの各々の内の一方は前記入力ビームの前記成分の内の一方から生成され、前記角度測定ビーム及び別の組のビームの各々の内の他方は前記入力ビームの前記成分の内の他方から生成される、請求項１記載の装置。
前記入力ビームの前記成分は直交偏光を有する、請求項３０記載の装置。
前記出力ビームを受信し、前記測定対象物の角度配向、及び前記測定対象物までの距離の変化を示す電気信号を生成するように構成された検出器を更に備える、請求項１記載の装置。
各検出器の手前に配置され、前記出力ビームの各々の出力ビームに含まれる前記成分の内の中間偏光成分を通過させるように構成された偏光解析器を更に備える、請求項３２記載の装置。
各出力ビームが該当する偏光解析器を通過した後に、各出力ビームを該当する検出器に入力する光ファイバピックアップを更に備える、請求項３３記載の装置。
前記角度測定出力ビームのビームずれ差を小さくするように配置される光遅延線を更に備える、請求項１２記載の装置。
前記光遅延線は、前記第２角度測定ビームが前記測定対象物から戻る間に前記第２角度測定ビームに追加の経路長を生じさせるように配置される、請求項３５記載の装置。
前記光遅延線は、入射ビームの直交偏光成分間に経路長差を生じさせるように構成される、請求項３５記載の装置。
前記光遅延線は前記入力入射ビーム及び両方の前記出力ビームを受信するように配置される、請求項３７記載の装置。
前記光遅延線は前記入力入射ビーム及び前記距離測定出力ビームを受信するように配置され、かつ前記干渉計は第２光遅延線を備え、この第２光遅延線は、前記第２角度測定ビームが前記測定対象物への通過路を形成する間に前記第２角度測定ビームを受信するように配置される、請求項３７記載の装置。
前記干渉計は、前記第２角度測定ビームが前記測定対象物から戻る間に前記第２角度測定ビームに追加の経路長を生じさせて前記角度測定出力ビームのビームずれ差を小さくするように配置される光遅延ブロックを更に備える、請求項１記載の装置。
前記角度測定出力ビームは第１回転軸に対する前記測定対象物の角度配向についての情報を含む、請求項２記載の装置。
前記干渉計は、前記測定対象物への通過路を形成するように前記入力入射ビームから生成される第３角度測定ビームを方向付け、前記測定対象物への通過路を形成するように前記入力入射ビームから生成される第４角度測定ビームを方向付け、次に前記第３及び第４角度測定ビームを合成して、前記第１回転軸とは異なる第２回転軸に対する前記測定対象物の角度配向についての情報を含む第２角度測定出力ビームを生成するように構成される、請求項４１記載の装置。
前記干渉計は、ビームが前記測定対象物への通過路を形成する間に前記第１及び第３角度測定ビームをオーバーラップさせるように構成される、請求項４２記載の装置。
前記第２回転軸は前記第１回転軸と直交する、請求項４２記載の装置。
装置であって、
測定対象物の角度配向及び測定対象物までの距離の変化を測定する多軸干渉計を備え、
前記干渉計は入力入射ビームを受信し、前記測定対象物上の第１ポイントへの通過路を形成するように前記入力入射ビームから生成される第１角度測定ビームを方向付け、前記測定対象物上の第２ポイントへの通過路を形成するように前記入力入射ビームから生成される第２角度測定ビームを方向付け、次に前記角度測定ビームを合成して角度測定出力ビームを生成するように構成され、
前記干渉計は、前記入力入射ビームから生成される別の組のビームを異なる経路に沿って方向付け、次にこれらのビームを合成して前記測定対象物の位置の変化に関する情報を含む別の出力ビームを生成するように構成され、
前記干渉計は、前記入力入射ビームを受信し、前記入力入射ビームを角度測定入力ビーム及び別の入力ビームに分離する非偏光ビームスプリッタを備え、前記第１及び第２角度測定ビームは前記角度測定入力ビームから生成され、前記別の組のビームが前記別の入力ビームから生成される、装置。
装置であって、
測定対象物の位置の変化を測定する多軸干渉計を備え、
前記干渉計は、入力入射ビームを受信し、前記測定対象物上の第１ポイントへの通過路を形成するように前記入力入射ビームから生成される第１角度測定ビームを方向付け、前記測定対象物上の第２ポイントへの通過路を形成するように前記入力入射ビームから生成される第２角度測定ビームを方向付け、次に前記角度測定ビームを合成して角度測定出力ビームを生成するように構成され、
前記干渉計は、前記入力入射ビームから生成される別の組のビームを異なる経路に沿って方向付け、次にこれらのビームを合成して前記測定対象物の前記位置の変化に関する情報を含む別の出力ビームを生成するように構成され、
動作状態において、前記第１角度測定ビームが前記測定対象物への第１通過路を形成する間に、前記第１角度測定ビームが前記別の組のビームの内の第１ビームとオーバーラップする、装置。
装置であって、
測定対象物の位置の変化を測定する多軸干渉計を備え、
前記干渉計は入力入射ビームを受信し、前記測定対象物上の第１ポイントへの通過路を形成するように、前記入力入射ビームから生成される第１角度測定ビームを方向付け、前記測定対象物上の第２ポイントへの通過路を形成するように、前記入力入射ビームから生成される第２角度測定ビームを方向付け、次に前記角度測定ビームを合成して角度測定出力ビームを生成するように構成され、
前記干渉計は、前記測定対象物に達するための第１及び第２通過路を形成するように、前記入力入射ビームから生成される第１距離測定ビームを方向付け、次に前記第１距離測定ビームを前記入力入射ビームから生成される第２距離測定ビームと合成して距離測定出力ビームを生成するように構成され、
前記干渉計は、前記角度測定出力ビームを受信し、前記角度測定出力ビームの一部を分離して距離測定入力ビームを形成するように配置された非偏光ビームスプリッタを備え、前記距離測定ビームは前記距離測定入力ビームから生成される、装置。
前記干渉計は、前記距離測定入力ビームを方向付けるように配置された折返し光学系を更に備え、前記折返し光学系は、前記第１距離測定ビーム部分が前記測定対象物に前記測定対象物の角度配向範囲に対して実質的に法線方向から入射して衝突するように選択される倍率を有するアフォーカル系を備える、請求項４７記載の装置。
装置であって、
測定対象物の位置の変化を測定する多軸干渉計を備え、
前記干渉計は入力入射ビームを受信し、前記測定対象物上の第１ポイントへの通過路を形成するように、前記入力入射ビームから生成される第１角度測定ビームを方向付け、前記測定対象物上の第２ポイントへの通過路を形成するように、前記入力入射ビームから生成される第２角度測定ビームを方向付け、次に前記角度測定ビームを合成して角度測定出力ビームを生成するように構成され、
前記干渉計は、前記入力入射ビームから生成される別の組のビームを異なる経路に沿って方向付け、次にこれらのビームを合成して前記測定対象物の前記位置の変化についての情報を含む別の出力ビームを生成するように構成され、
前記干渉計は、前記第１角度測定ビームが前記測定対象物への通過路を形成した後、かつ前記第２角度測定ビームが前記測定対象物への塚路を形成する前に、前記第１角度測定ビームを前記第２角度測定ビームと合成するように配置された偏光ビームスプリッタを備え、合成ビームは中間ビームを形成し、
前記干渉計は、前記中間ビームを受信し、前記中間ビームを方向付けて前記偏光ビームスプリッタに戻すように配置された戻し光学アセンブリを更に備え、前記戻し光学アセンブリは、前記測定対象物へのこれらの角度測定ビームの入射によって定義される平面で前記中間ビームを奇数回反射するように配置された一組の反射面を有し、前記戻し光学アセンブリは、前記中間ビームの各角度測定ビームの偏光を回転させるように構成された１／２波長板を更に備える、装置。
方法であって、
測定対象物の位置の第１角度測定変化を方向付けること、
前記入力入射ビームから生成される第２角度測定ビームを前記測定対象物上の第２ポイントへの通過路を形成するように方向付けること、
前記測定対象物へのこれらビームの通過路が形成された後に、前記角度測定ビームを合成して角度測定出力ビームを生成し、この場合、各角度測定ビームは前記測定対象物への単一の通過路を形成すること、
前記入力入射ビームから生成される別の組のビームを異なる経路に沿って方向付けること、
前記別の組のビームを合成して前記測定対象物の位置の変化に関する情報を含む別の出力ビームを生成することを備える方法。
集積回路をウェハの上に製造する際に使用するリソグラフィシステムであって、
前記ウェハを支持するステージと、
空間的にパターン化された照射線を前記ウェハの上に結像する照明システムと、
結像した照射線に対する前記ステージの位置を調整するポジショニングシステムと、
結像した照射線に対する前記ウェハの位置をモニターする請求項１記載の装置とを備えるリソグラフィシステム。
集積回路をウェハの上に製造する際に使用するリソグラフィシステムであって、
前記ウェハを支持するステージと、
照射源、マスク、ポジショニングシステム、レンズアセンブリ、及び請求項１記載の装置を含む照明システムとを備え、
動作状態において、前記照射源は照射線を前記マスクを通して方向付けて空間的にパターン化された照射線を生成し、前記ポジショニングシステムは前記照射源からの前記照射線に対する前記マスクの位置を調整し、前記レンズアセンブリは前記空間的にパターン化された照射線を前記ウェハの上に結像し、前記干渉計システムは前記照射源からの前記照射線に対する前記マスクの位置をモニターする、リソグラフィシステム。
リソグラフィマスクを製造する際に使用するビーム書込みシステムであって、
書込みビームを照射して基板にパターンを形成する照射源と、
前記基板を支持するステージと、
前記書込みビームを前記基板に供給するビーム方向付けアセンブリと、
前記ステージ及びビーム方向付けアセンブリを互いに対して位置決めするポジショニングシステムと、
前記ビーム方向付けアセンブリに対する前記ステージの位置をモニターする請求項１記載の装置とを備えるビーム書込みシステム。
集積回路をウェハの上に製造する際に使用するリソグラフィ法であって、
前記ウェハを移動可能なステージの上に支持すること、
空間的にパターン化された照射線を前記ウェハの上に結像すること、
前記ステージの位置を調整すること、
前記ステージの位置を請求項５０に記載の方法を使用してモニターすることを備えるリソグラフィ法。
集積回路の製造に使用するリソグラフィ法であって、
入力照射線をマスクを通して方向付けて空間的にパターン化された照射線を生成すること、
前記マスクを前記入力照射線に対して位置決めすること、
前記入力照射線に対する前記マスクの位置を請求項５０に記載の方法を使用してモニターすること、
前記空間的にパターン化された照射線をウェハの上に結像することを備えるリソグラフィ法。
集積回路をウェハの上に製造するリソグラフィ法であって、
リソグラフィシステムの第１構成要素をリソグラフィシステムの第２構成要素に対して位置決めして前記ウェハを空間的にパターン化された照射線で露光すること、
前記第２構成要素に対する前記第１構成要素の位置を請求項５０に記載の方法を使用してモニターすることを備えるリソグラフィ法。
請求項５４に記載のリソグラフィ法を有する集積回路の製造方法。
請求項５５に記載のリソグラフィ法を有する集積回路の製造方法。
請求項５６に記載のリソグラフィ法を有する集積回路の製造方法。
請求項５１に記載のリソグラフィ装置を使用する集積回路の製造方法。
請求項５２に記載のリソグラフィ装置を使用する集積回路の製造方法。
リソグラフィマスクの製造方法であって、
書込みビームを基板に方向付けて前記基板にパターンを形成すること、
前記基板を前記書込みビームに対して位置決めすること、
前記書込みビームに対する前記基板の位置を請求項５０に記載の干渉計による方法を使用してモニターすることを備える方法。