JP2005530145A - 動的ビーム操向アセンブリを含む干渉分光システム - Google Patents

Abstract

測定物体の角度配向の変化を監視するために、入力ビームを受光し、該入力ビームから導出された少なくとも２つのビームを測定物体上の異なった位置に接触するように向けて送るように構成された多軸干渉分光システムと、入力ビームを干渉分光システムに向けて送るように位置決めされたビーム操向要素、および干渉分光システムを基準としてビーム操向要素を選択的に配向するための位置決めシステムを有するビーム操向アセンブリと、動作中に、干渉分光システムにより監視された測定物体の角度配向の変化に基づき、ビーム操向要素を配向する制御回路と、を含む装置。

Description

変位測定干渉分光器は、光干渉信号に基づき、参照物体を基準とした測定物体の位置の変化を監視する。干渉分光器は、測定物体から反射された測定ビームを、参照物体から反射された参照ビームと重ね合わせて干渉させることにより光干渉信号を生成する。

多くの応用例において、測定および参照ビームは直交偏光および種々の周波数を有する。種々の周波数は、例えば、レーザのゼーマン分割により、音響光学的変調により、または、複屈折性要素などを使用してレーザの内部に生成することができる。直交偏光は、偏光ビーム・スプリッタが測定ビームおよび参照ビームをそれぞれ測定物体および参照物体に向けて送り、反射された測定ビームおよび参照ビームを結合して、重なり合った出射測定ビームおよび参照ビームを形成することを可能にする。重なり合った出射ビームは出力ビームを形成して、その後に偏光板を通過する
偏光板は、出射測定ビームおよび参照ビームの偏光を混合して、混合ビームを形成する。混合ビームにおける出射測定ビームおよび参照ビームの成分は互いに干渉し、そのため、混合ビームの強度は出射測定ビームおよび参照ビームの相対位相とともに変化する。検出器は混合ビームの時間依存強度を測定し、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が異なった周波数を有するため、電気干渉信号は、出射測定ビームの周波数と参照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。もし測定経路と参照経路との長さが、例えば測定物体を含むステージを移動させることにより互いに相対的に変化しているなら、測定されたビート周波数は２νｎｐ／λに等しいドプラ・シフトを含み、ここで、νは測定物体と参照物体の相対速度であり、λは測定ビームおよび参照ビームの波長であり、ｎは光ビームが進行する媒体、例えば空気または真空の屈折率であり、かつ、ｐは参照および測定物体に対する経路の数である。測定物体の相対位置の変化は測定された干渉信号位相の変化に対応し、２πの位相変化は実質的にλ／（ｎｐ）の距離変化Ｌに等しく、ここで、Ｌは往復の距離変化、例えば測定物体を含むステージへの、および、そのステージから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。加えて、測定された干渉信号の振幅は可変でもよい。可変振幅は測定された位相変化の精度を後から低下させる。多くの干渉分光器は「繰り返し誤差」として知られている非線形性を含む。繰り返し誤差は測定された干渉信号の位相および／または強度への寄与として表すことが可能であり、かつ、光路長ｐｎＬの変化に対する正弦依存性を有し得る。特に、位相における第１高調波繰り返し誤差は（２πｐｎＬ）／λに対する正弦依存性を有し、位相における第２高調波繰り返し誤差は２（２πｐｎＬ）／λに対する正弦依存性を有する。より高次の高調波繰り返し誤差および低調波繰り返し誤差も存在し得る。

参照ビームおよび測定ビームの成分の波面が波面誤差を有する場合、干渉分光器の出力ビームの参照ビームと測定ビームとの成分間の横方向変位（すなわち、「ビーム・シア」）の変化により引き起こされるものなどの「非繰り返し非線形性」も存在する。これは以下のように説明できる。

干渉分光器の光学系の不均一性は参照ビームおよび測定ビームに波面誤差をもたらす可能性がある。参照ビームおよび測定ビームがそのような不均一性を介して互いに同一直線上を伝播する時、結果として得られる波面誤差は同一であり、かつ、干渉分光信号に対するその誤差の寄与は互いに打ち消し合う。しかし、より典型的には、出力ビームの参照および測定ビーム成分は互いに横方向にずらされている、すなわち、それらの成分は相対ビ
ーム・シアを有する。このようなビーム・シアは、波面誤差に、出力ビームから導出された干渉分光信号に対する誤差の原因になる。

さらに、多くの干渉分光システムにおいて、ビーム・シアは測定物体の位置または角度配向が変化するに従い変化する。例えば、相対ビーム・シアの変化は平面ミラーの測定物体の角度配向の変化により導かれる。したがって、測定物体の角度配向の変化は対応する誤差を干渉分光信号内に生成する。

ビーム・シアおよび波面誤差の影響は、成分の偏光状態に関して出力ビームの成分を混合するために、および、電気干渉信号を生成させるために混合出力ビームを検出するために使用される手順に依存する。混合出力ビームは、例えば、混合ビームを検出器上に合焦せずに検出されてもよいし、混合出力ビームを検出器上に合焦したビームとして検出されてもよいし、シングル・モードもしくはマルチ・モードの光ファイバ内に混合出力ビームを入射し、光ファイバにより伝送された混合出力ビームの一部の出射光を検出してもよい。混合出力ビームを検出するための手順においてビーム停止板が使用された場合、ビーム・シアおよび波面誤差の影響は、ビーム停止板の特性にも依存する。一般に、干渉分光信号の誤差は、混合出力ビームを検出器に伝送するために光ファイバが使用されている時に合成される。

測定された干渉信号の振幅可変性はいくつかのメカニズムの正味の結果となり得る。１つのメカニズムは、例えば測定物体の向きの変化の結果である、出力ビームの参照成分および測定成分の相対ビーム・シアである。

分散測定用の場合、光路長測定は複数の波長、例えば５３２ｎｍおよび１０６４ｎｍなどで行なわれ、距離測定用干渉分光器の測定路における気体の分散を測定するために使用されている。分散の測定は、距離測定用干渉分光器により測定された光路長を物理的長さに変換する際に使用できる。このような変換は重要となり得る。なぜなら、測定された光路長の変化は、例え測定物体への物理的距離が不変であっても、気体の擾乱により、かつ／または、測定路内の気体の平均密度の変化により引き起こされ得る。

上述の干渉分光器は、しばしば、半導体ウェハ上に集積回路を製作するためのリソグラフィにおいて使用されているスキャナ・システムおよびステッパ・システムの重要な構成部分となる。このようなリソグラフィ・システムは一般に、ウェハを支持し、かつ固定するための移動可能なステージ、放射光ビームをウェハ上に向けて送るために使用される合焦用光学系、露光ビームを基準としてステージを移動するためのスキャナまたはステッパ・システム、および、１つまたは複数の干渉分光器を含む。各干渉分光器は、測定ビームをステージに装着された平面ミラーに向けて送り、かつ、反射された測定ビームをこのミラーから受光する。各干渉分光器は、自身の反射された測定ビームを対応する参照ビームと干渉させ、全ての干渉分光器がまとまって、放射光ビームを基準としたステージの位置の変化を正確に測定する。これらの干渉分光器は、リソグラフィ・システムが、ウェハのどの領域が放射光ビームに露光されるかを精密に制御することを可能にする。
米国特許第５，８０１，８３２号 米国特許第３，４５８，２５９号 米国特許第３，６５６，８５３号 米国特許第５，４８５，２７２号 米国特許第４，６８７，９５８号 米国特許第４，６８４，８２８号

多くのリソグラフィ・システムおよび他の応用例において、測定物体は、各干渉分光器からの測定ビームを反射するために１つまたは複数の平面ミラーを含む。測定物体の角度配向の小さな変化、例えばステージの縦ゆれおよび片ゆれは、平面ミラーから反射された各測定ビームの方向を変化させ得る。もし補償されずに放置されれば、変化した測定ビームは、各対応する干渉分光器における出射測定ビームおよび参照ビームの重なりを減少させる。さらに、これらの出射測定ビームおよび参照ビームは互いに平行に伝播せず、混合ビームを形成する際に、それらの波面は位置合わせされない。その結果、出射測定ビームと射出参照ビームの間の干渉は混合ビームの横断方向プロファイルにわたって変化し、それにより、検出器により測定された光学的強度に符号化された干渉情報を劣化させる。

この問題に対処するために、多くの従来の干渉分光器は、干渉分光器と測定物体の間の経路を測定ビームが「二重通過」するように測定ビームを平面ミラーに再度向けて送る遡及反射器を含む。遡及反射器の存在は、出射測定ビームの方向が測定物体の角度配向の変化に不感となることを確実にする。平面ミラー干渉分光器において実施されると、この構成は、高安定性平面ミラー干渉分光器（ＨＳＰＭＩ）と一般に称されるものをもたらす。しかし、遡及反射器があってさえ、出射測定ビームビームの横方向の位置は測定物体の角度配向の変化に敏感なままである。さらに、干渉分光器内の光学系を介した測定ビームの経路も、測定物体の角度配向の変化に敏感なままである。

現実には、干渉分光システムは複数の測定軸に沿ってウェハステージの位置を測定するために使用されている。例えば、ウェハステージがｘ−ｙ平面内にある直角座標系を画定すると、測定は、一般に、ウェハステージがｘ−ｙ平面に沿って移動される際にステージのｘおよびｙ位置ならびにｚ軸に関するステージの角度配向について行なわれる。さらに、ｘ−ｙ平面外へのウェハステージの傾きも監視することが望ましいことがある。例えば、このような傾きの正確な特性決定は、ｘおよびｙ位置におけるアッベ・シフト誤差を算出するために必要となることがある。したがって、所望の応用例によっては、測定すべき最大５つの自由度のある可能性がある。さらに、いくつかの応用例においては、ｚ軸に関してステージの位置を監視することも望ましく、結果として６つの自由度となる。

各自由度を測定するために、干渉分光器は対応する計測軸に沿った距離変化を監視するために使用される。例えば、ステージのｘおよびｙ位置ならびにｘ、ｙ、および、ｚ軸に関したステージの角度配向を測定するシステムにおいて、空間的に分離された少なくとも３つの測定ビームはウェハ工程の１つの側面から反射し、空間的に分離された少なくとも２つの測定ビームはウェハ工程の他の側面から反射する。例えば、本願明細書に援用する「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅｌｙ Ｉｍａｇｉｎｇ ａ Ｍａｓｋ Ｐａｔｔｅｒｎ ｏｎ ａ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｕｓｉｎｇ Ｆｉｖｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ａｘｅｓ」と題された米国特許第５，８０１，８３２号明細書を参照されたい。対応する計測軸に沿った光路長の変化を監視するために、各測定ビームは参照ビームと再結合される。異なった測定ビームは異なった位置においてウェハステージに接触するため、ウェハステージの角度配向は光路長測定値の適切な組み合わせから導出可能である。したがって、監視すべき各自由度について、システムはウェハステージに接触する少なくとも１つの測定ビームを含む。さらに、上述の如く、ウェハステージの角度配向の変化が干渉分光信号を劣化させることを防止するために、各測定ビームはウェハステージを二重通過することがある。測定ビームは物理的に分離した干渉分光器から、または、複数の測定ビームを発生する多軸干渉分光器から発生可能である。

本発明は、測定物体の角度配向または位置の変化に応答して、干渉分光システム内で１つまたは複数のビームを再度向けて送るための少なくとも１つの動的ビーム操向アセンブリを含む干渉分光システムを特徴とする。動的ビーム操向アセンブリは、距離、角度、お
よび／または、分散を測定する干渉分光システムに組み込み可能である。このアセンブリは、測定ビームおよび参照ビームが入力ビームから分離された後に、干渉分光器内でそれらのビームの１つまたは双方の方向を決めるために位置決めされ、または、入力ビーム（または、その一部）を１つまたは複数の干渉分光器内に向けて送るように位置決めできる。動的ビーム操向アセンブリは、測定物体の角度配向または位置の変化の測定結果への悪影響を低減することにより干渉分光システムの性能を改善する。

いくつかの実施形態において、干渉分光システムは、測定物体の角度配向の変化を決定するために使用し得る複数の測定軸を含む。その決定された変化から導出されたサーボ信号はビーム操向アセンブリのビーム操向要素を配向するために使用でき、それにより、測定ビームを、測定物体の向きの範囲に対して事前に設定された入射角（例えば、垂直入射）で測定物体に接触させる。このことは、少なくとも垂直入射については測定物体への測定ビームの経路が干渉分光器に戻る復路と同一直線上にあるために、測定物体の向きの変化により、或いは引き起こされる干渉分光器内のビームの横断方向変位、および、干渉分光器を射出する際の測定ビーム成分と参照ビーム成分の間の横断方向変位を低減できる。上述の如く、このことは、特に出力測定ビームおよび参照ビーム成分が光ファイバ・ピック・アップを介して検出器に結合される場合に、干渉分光測定を劣化させ得る非繰り返し誤差を低減できる。

一般に、１つの態様において、本発明は、入力ビームを受光し、測定物体の角度配向の変化を監視するために、入力ビームから導出された少なくとも２つのビームを測定物体上の異なった位置に向けて送るように構成された多軸干渉分光システム、入力ビームを干渉分光システム内に向けて送るように位置決めされたビーム操向要素を有するビーム操向アセンブリ、および、干渉分光システムにより監視された測定物体の角度配向の変化に基づきビーム操向要素を動作中に配向する制御回路を含む装置を特徴とする。

装置の実施形態は以下の機能のいずれをも含み得る。
制御回路は、ビームを、測定物体の角度配向の範囲にわたり実質的に垂直入射で測定物体に接触させる。

１つの実施形態において、測定物体に接触する２つのビームが測定ビームであって、かつ、多軸干渉分光システムは、測定物体上の異なった位置への距離の変化についての干渉分光情報を含む１対の出力ビームを生成するために、２つの測定ビームが測定物体に接触した後に、２つの測定ビームの各々を対応する参照ビームに結合するように構成される。

動作中に、制御回路は、出力ビーム中の干渉分光情報を使用して制御信号を算出し、かつ、位置決めシステムが、制御信号に基づいてビーム操向要素を配向させる。さらに制御回路は、各出力ビームの強度を測定するための複数の検出器、測定された強度から測定物体の異なった位置への距離の変化を算出して算出された距離変化に基づき制御信号を生成するための信号プロセッサ、および、位置決めシステムを用いて、制御信号に応答してビーム操向要素を配向させるための制御システム、を含む。同様に、装置は、各出力ビームの測定された強度を、その出力ビームの選択された偏光成分の強度に対応させるために、各検出器の前部に偏光板をさらに配置してもよい。

多軸干渉分光システムは、各測定ビームを、その対応する参照ビームと結合する前に、測定物体に偶数回通過するように向けて送ってもよい。
多軸干渉分光システムは、各測定ビームを、その対応する参照ビームと結合する前に、測定物体に１回だけ通過するように向けて送ってもよい。

多軸干渉分光システムは、各々が、対応する測定ビームを生成する複数の独立した単軸
干渉分光器、および、入力ビームの一部を干渉分光器の各々に向けて送るための光学系を含み得る。

多軸干渉分光システムは、各々が測定ビームの１つに対応する複数の測定軸を含む一体化多軸干渉分光器を含み得る。
他の例において、多軸干渉分光システムは、測定物体の角度配向の変化についての干渉分光情報を含む出力ビームを生成するために、２つのビームが測定ビームに接触した後にこれらのビームを互いに結合するように構成され得る。

動作中に、制御回路は、出力ビーム中の干渉分光情報を使用して制御信号を算出し得、かつ、位置決めシステムに、制御信号に基づきビーム操向要素を配向させ得る。さらに、制御回路は、出力ビームの強度を測定するための検出器、測定された強度から測定物体の角度配向の変化を算出し、算出された角度配向の変化から制御信号を生成するための信号プロセッサ、および、位置決めシステムに、制御信号に応答してビーム操向要素を配向させるための制御システムを含み得る。同様に、装置は、出力ビームの測定された強度を、出力ビームの選択された偏光成分の強度に対応させるために、各検出器の前部に偏光板をさらに配置してもよい。

いずれの例においても、多軸干渉分光システムは、異なった位置で測定物体に接触するように、少なくとも３つの測定ビームを向けて送ることが可能である。
いずれの例においても、干渉分光システムにより監視された測定物体の角度配向の変化は、参照物体を基準とし得る。例えば、参照物体は干渉分光システムに固定され得る。

一般に、他の態様において、本発明は、測定物体の角度配向の変化を監視するために、測定物体上の異なった位置に接触するように少なくとも２つのビームを向けて送るように構成された多軸干渉分光システム、ビームの少なくとも１つを向けて送り、かつ、接触させるように位置されたビーム操向要素を有するビーム操向アセンブリ、干渉分光システム内でビーム操向要素を選択的に配向するための位置決めシステムとを含む干渉分光システム、および、干渉分光システムにより監視された測定物体の角度配向の変化に基づきビーム操向要素を動作中に配向する制御回路、を含む装置を特徴とする。

装置の実施形態は以下の特徴のいずれをも含み得る。
ビーム操向要素は、測定物体に接触するビームの複数を送るように位置決めされ得る。
多軸干渉分光システムは、測定物体に接触するビームの他の１つを送り、かつ、接触させるように位置決めされたビーム操向要素を有する少なくとも１つの追加のビーム操向アセンブリ、および、追加のビーム操向アセンブリにおいてビーム操向要素を選択的に配向するための位置決めシステム、を含み得る。例えば、動作中に、制御回路は、追加のビーム操向アセンブリにおける位置決めシステムに、追加のビーム操向アセンブリにおけるビーム操向要素を制御信号に応答して配向させ得る。

制御回路は、ビームを、測定物体の角度配向の範囲にわたり実質的に垂直入射で測定物体に接触させ得る。
１つの例において、測定物体に接触する２つのビームは測定ビームで、かつ、多軸干渉分光システムは、測定物体上の異なった位置への距離の変化についての干渉分光情報を含む１対の出力ビームを生成するために、２つの測定ビームが測定物体に接触した後に、２つの測定ビームの各々を対応する参照ビームに結合するように構成され得る。

動作中に、制御回路は、出力ビーム中の干渉分光情報を使用して制御信号を算出でき、かつ、位置決めシステムを用いて、制御信号に基づきビーム操向要素を配向させ得る。さらに、制御回路は各出力ビームの強度を測定するための複数の検出器、測定された強度か
ら測定物体の異なった位置への距離の変化を算出し、算出された距離変化に基づき制御信号を生成するための信号プロセッサ、および、位置決めシステムを用いて、制御信号に応答してビーム操向要素を配向させるための制御システムを含み得る。同様に、装置は、各出力ビームの測定された強度を、各出力ビームの選択された偏光成分の強度に対応させるために、各検出器の前部に偏光板をさらに配置できる。

多軸干渉分光システムは、各測定ビームを、その対応する参照ビームと結合する前に、測定物体に偶数回通過するように送ることができる。
多軸干渉分光システムは、各測定ビームを、その対応する参照ビームと結合する前に、測定物体に１回だけ通過するように送ることができる。

多軸干渉分光システムは、各々が、対応する測定ビームを生成する複数の独立した単軸干渉分光器、および、入力ビームの一部を干渉分光器の各々に向けて送るための光学系を含み得る。

多軸干渉分光システムは、各々が測定ビームの１つに対応する複数の測定軸を含む一体化多軸干渉分光器を含み得る。
他の例において、多軸干渉分光システムは、測定物体の角度配向の変化についての干渉分光情報を含む出力ビームを生成するために、２つのビームが測定物体に接触した後に、２つの測定ビームを互いに結合するように構成され得る。

動作中に、制御回路は、出力ビーム中の干渉分光情報を使用して制御信号を算出でき、かつ、位置決めシステムを用いて、制御信号に基づきビーム操向要素を配向させ得る。さらに、制御回路は出力ビームの強度を測定するための検出器、測定された強度から測定物体の角度配向の変化を算出し、算出された角度配向の変化から制御信号を生成するための信号プロセッサ、および、位置決めシステムを用いて、制御信号に応答してビーム操向要素を配向させるための制御システムを含み得る。

いずれの例においても、多軸干渉分光システムは、異なった位置で測定物体に接触するように、少なくとも３つの測定ビームを送ることが可能である。
いずれの例においても、干渉分光システムにより監視された測定物体の角度配向の変化は参照物体を基準とし得る。例えば、参照物体は干渉分光システム内に固定され得る。

他の態様において、本発明はウェハ上での集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ・システムを特徴とし、システムは、ウェハを支持するためのステージ、ウェハ上に空間的にパターン形成された放射光を結像するための照射システム、結像された放射光を基準としてステージの位置を調整するための位置決めシステム、および、結像された放射光を基準としたウェハの位置を監視するための上述の干渉分光装置のいずれかを含む。例えば、測定物体はステージを含み得るか、または、多軸干渉分光システムはステージにより支持され得る。

他の態様において、本発明はウェハ上での集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ・システムを特徴とし、システムは、ウェハを支持するためのステージ、照射光源と、マスクと、位置決めシステムと、レンズアセンブリと、上述の干渉分光装置のいずれかと、を含む照射システムを含み、動作中に、光源は空間的にパターン形成された放射光を生成するためにマスクを介して放射光を送り、位置決めシステムは光源からの放射光を基準としてマスクの位置を調整し、レンズアセンブリはウェハ上に空間的にパターン形成された放射光を結像し、かつ、装置は光源からの放射光を基準としてマスクの位置を監視する。例えば、測定物体はマスクを含み得るか、または、多軸干渉分光システムはマスクに装着可能である。

他の態様において、本発明はリソグラフィ用マスクの製造に使用するためのビーム書込みシステムを特徴とし、システムは、基板をパターン形成するための書込みビームを供給する光源、基板を支持するステージ、基板に書込みビームを送るためのビーム指向アセンブリ、ステージおよびビーム指向アセンブリを互いに対して位置決めするための位置決めシステム、および、ビーム指向アセンブリを基準としてステージの位置を監視するための上述の干渉分光装置のいずれかを含む。

他の態様において、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を製造するための方法を特徴とする。
一般に、他の態様において、本発明は、動作中に測定物体に接触する測定経路に沿って測定ビームを送り、重なり合う１対の射出ビームを形成するために測定ビームの少なくとも一部を他のビームと結合する干渉分光器を含む干渉分光システムを特徴とし、干渉分光器は、ビーム操向要素を有するビーム操向アセンブリ、および、ビーム操向要素を配向するための位置決めシステムを含み、ビーム操向要素は測定ビームを送るように位置決めされ、測定ビームはビーム操向要素に接触し、かつ、制御回路は、動作中に、位置決めシステムに、測定物体の角度配向と位置の少なくとも１つの変化に応答してビーム操向要素を再配向させる。干渉分光器は、測定物体に１回（単一通過）、２回（二重通過）、または、偶数もしくは奇数回接触するように測定ビームを送ることが可能である。

動作中に、制御回路は、位置決めシステムに、測定物体の角度配向の変化に応答してビーム操向要素を再配向させることができる。１つのそのような実施形態において、干渉分光システムは信号プロセッサをさらに含み得る。動作中に、干渉分光器は、射出ビームの第２の重なり合う対を形成するために、測定物体に接触する第２の測定経路に沿って第２の測定ビームを送り、第２の測定ビームの少なくとも一部を追加のビームに結合する。測定ビームは複数の別個の位置で測定物体に接触し、動作中に、信号プロセッサは射出ビームの重なり合う対から導出された信号に基づき測定物体の角度配向の変化を決定する。後者の実施形態において、ビーム操向要素は測定ビームの双方を向けて送るように位置決め可能であり、測定ビームの双方はビーム操向要素に接触する。

一般に、他の態様において、本発明は、動作中に入力ビームを受光し、入力ビームを測定ビームと他の少なくとも１つのビームに分割し、測定物体に接触する測定経路に沿って測定ビームを向けて送り、かつ、射出ビームの重なり合う対を形成するために測定ビームの少なくとも一部を他のビームと結合する干渉分光器、ビーム操向要素を配向するためのビーム操向要素および位置決めシステムを有するビーム操向アセンブリであって、ビーム操向要素は入力ビームおよび射出ビームの重なり合う対を向けて送るように位置決めされ、入力ビームおよび射出ビームの重なり合う対はビーム操向要素に接触するアセンブリ、動作中に、位置決めシステムに、測定物体の角度配向と位置の少なくとも１つの変化に応答してビーム操向要素を再配向させる制御回路を含む干渉分光システムを特徴とする。干渉分光器は、測定ビームを測定物体に１回（単一通過）、２回（二重通過）、または、偶数もしくは奇数回接触するように測定ビームを向けて送ることが可能である。

動作中に、制御回路は、位置決めシステムを用いて、測定物体の角度配向の変化に応答してビーム操向要素を再配向させることが可能である。１つのこのような実施形態において、干渉分光システムは信号プロセッサをさらに含み得る。動作中に、干渉分光器は、射出ビームの第２の重なり合う対を形成するために、測定物体に接触する第２の測定経路に沿って第２の測定ビームを向けて送り、第２の測定ビームの少なくとも一部を追加のビームに結合する。測定ビームは複数の別個の位置で測定物体に接触し、動作中に、信号プロセッサは射出ビームの重なり合う対から導出された信号に基づき測定物体の角度配向の変化を決定する。後者の実施形態において、ビーム操向要素は入力ビームおよび射出ビーム
の重なり合う各対の双方を向けて送るように位置決め可能であり、これらのビームの全てはビーム操向要素に接触する。

上述の干渉分光システムのいずれにもおいて、システムは信号プロセッサをさらに含み得、かつ、測定ビームは２つの波長の成分を含み得る。１つのこのような実施形態において、干渉分光器は射出ビームの第１に言及された、重なり合う対および射出ビームの第２の重なり合う対を生成する。射出ビームの第１の対は２つの波長の第１の波長における測定物体への光路長の変化を示し、射出ビームの第２の対は２つの波長の第２の波長における測定物体への光路長の変化を示す。動作中に、信号プロセッサは射出ビームの重なり合う対から導出された信号を処理する。例えば、信号プロセッサは信号に基づき測定経路に沿った分散を算出可能であり、かつ／または、信号プロセッサは信号に基づき測定物体への幾何学的距離の変化を算出可能である。２つの波長はそのような算出を許容するために十分に分離されており、例えば、それらの波長は高調波の関係にあるか、または、少なくとも１ｎｍだけ離れている。

他のそのような実施形態において、干渉分光システムは、信号プロセッサ、および、測定ビーム、他のビーム、および、各々が２つの波長の成分を含む射出ビームの重なり合う対をさらに含む。射出ビームの重なり合う対は２つの波長の各々における測定物体への光路長の変化を示し、動作中に、信号プロセッサは射出ビームの重なり合う対から導出された信号を処理する。例えば、信号プロセッサは信号に基づき測定経路に沿った分散を算出可能であり、かつ／または、信号プロセッサは信号に基づき測定物体への幾何学的距離の変化を算出可能である。再び、２つの波長はそのような算出を許容するために十分に分離されており、例えば、それらの波長は高調波の関係にあるか、または、少なくとも１ｎｍだけ離れている。

一般に、他の態様において、本発明は、測定物体に接触する測定経路に沿って測定ビームを向けて送るステップ、射出ビームの重なり合う対を形成するために測定ビームの少なくとも一部を他のビームに結合するステップ、および、測定物体の角度配向と位置の少なくとも１つの変化に応答して測定ビームを再度向けて送るために電子制御システムを使用するステップを含む干渉分光の方法を特徴とする。測定経路は測定物体に１回（単一通過）、２回（二重通過）、または、それ以上の一般に偶数もしくは奇数回接触可能である。方法は、測定物体に接触する第２の測定経路に沿って第２の測定ビームを向けて送るステップ、射出ビームの第２の重なり合う対を形成するために第２の測定ビームの少なくとも部分を追加のビームに結合するステップであって、射出ビームの第１および第２の対は測定物体の２つの分離した位置への光路長の変化を示すステップ、および、射出ビームの重なり合う対から導出された信号に基づき測定物体の角度配向の変化を算出するステップをさらに含み得る。

一般に、他の態様において、本発明は、測定物体に接触する測定経路に沿って２つの波長の成分を有する測定ビームを向けて送るステップ、測定ビームから導出された干渉分光信号に基づき測定物体への幾何学的距離の変化を算出するステップ、および、測定物体の角度配向と位置の少なくとも１つの変化に応答して測定ビームを再度向けて送るために電子制御システムを使用するステップを含む干渉分光の方法を特徴とする。別法として、他の態様において、本発明は、測定物体に接触する測定経路に沿って２つの波長の成分を有する測定ビームを向けて送るステップ、測定ビームから導出された干渉分光信号に基づき測定経路に沿った分散を算出するステップ、および、測定物体の角度配向と位置の少なくとも１つの変化に応答して測定ビームを再度向けて送るために電子制御システムを使用するステップを含む干渉分光の方法を特徴とする。これらの態様のいずれにもおける電子制御システムは、測定物体の角度配向の変化に応答して測定ビームを再度向けて送ることが可能であり、かつ、特に、測定物体の角度配向の範囲にわたり実質的に垂直な入射におい
て測定物体に接触するように測定ビームを再度向けて送ることが可能である。同様に、これらの態様のいずれにおいても、２つの波長は幾何学的長さまたは分散の算出を許容するために十分に分離されており、例えば、それらの波長は高調波の関係にあるか、または、少なくとも１ｎｍだけ離れている。

本発明は、互いに対して可動である第１および第２の構成部分を含む集積回路を製造するためのリソグラフィ・システムも特徴とする。上述の干渉分光システムの１つは第２の構成部分に固定され、測定物体は第１の構成部分に堅固に固定されたミラーである。動作中に、干渉分光システムは第２の構成部分を基準として第１の構成部分の位置を測定する。いくつかの実施形態において、第２の構成部分はウェハを支持するために使用されている可動ステージであり、動作中に、ビーム操向要素は、測定ビームに、測定物体の角度配向の範囲にわたり実質的に垂直な入射でミラーに接触させる。

上述の干渉分光のシステムおよび方法は、本発明の以下のさらに多くの態様のいずれかの１つまたは複数の特徴をさらに含み得る。
一般に、他の態様において、本発明は、測定ビームへの距離の変化を測定するための干渉分光システムを特徴とする。システムは、動作中に、参照経路に沿って参照ビームを、および、測定物体に接触する測定経路に沿って測定ビームを向けて送り、重なり合う射出参照および測定ビームを生成するために参照および測定ビームを結合する干渉分光器を含む。重なり合う射出参照および測定ビームは、参照経路と測定経路の間の相対光路長の変化を示す。干渉分光器は、ビーム操向要素およびビーム操向要素を配向するための位置決めシステムを有するビーム操向アセンブリを含む。ビーム操向要素は参照および測定のビームの少なくとも１つを向けて送り、参照および測定のビームの少なくとも１つはビーム操向要素に接触する。システムは、動作中に位置決めシステムに、測定物体の角度配向と位置の少なくとも１つの変化に応答してビーム操向要素を再配向させる制御回路も含む。

システムは以下の特徴のいずれをも含み得る。
干渉分光器は、参照および測定のビームを規定するために、入力ビームを空間的に分離された１対のビームに分離可能である。別法として、動作中に、干渉分光器は、参照および測定のビームを規定するために、空間的に分離された１対の入力ビームを受光する。

干渉分光器は、測定ビームが測定物体を１回のみ接触する単一通過干渉分光器とし得る。同様に、いくつかの実施形態において、干渉分光器は測定物体を含み得、他の実施形態においては、測定物体は干渉分光器と分離可能である。動作中に、制御回路は、位置決めシステムに、出射測定ビームビームから発生された信号に基づきビーム操向要素を再配向させ得る。

同様に、動作中に、制御回路は、以下のいずれをも行なうために、位置決めシステムにビーム操向要素を再配向させ得る。すなわち、１）測定物体の角度配向の範囲にわたり、射出参照および測定ビームを実質的に互いに平行に維持する、２）測定物体の角度配向の変化により引き起こされた出射測定ビームビームの方向の変化を低減する、３）測定物体の角度配向の変化または測定物体の移動により引き起こされた射出参照ビームと出射測定ビームビームの間の横断方向変位を低減する、４）測定物体の角度配向の変化または測定物体の移動により引き起こされた測定ビームの横断方向変位を低減する、および、５）測定物体の角度配向の範囲にわたり、測定ビームが測定物体に実質的に垂直な入射で接触することを確実にすることである。

測定物体が平面ミラーであり、動作中に、測定ビームが測定物体に非垂直入射で接触する実施形態において、測定物体の移動により引き起こされた射出参照ビームと出射測定ビームビームの間の横断方向変位を低減するために、制御回路は、位置決めシステムに、ビ
ーム操向要素を再配向させ得る。

いくつかの実施形態において、ビーム操向要素は入力ビームを参照および測定のビームに分離する偏光ビーム・スプリッタを含み得、位置決めシステムは、偏光ビーム・スプリッタに搭載され、かつ、制御回路からの制御信号に応答して偏光ビーム・スプリッタの向きを調整するために動作可能である少なくとも１つのトランスデューサを含み得る。別法として、ビーム操向要素は、参照ビームを参照経路に沿って向けて送り、測定ビームを測定経路に沿って向けて送る偏光ビーム・スプリッタを含み得、位置決めシステムは、偏光ビーム・スプリッタに搭載され、かつ、制御回路からの制御信号に応答して偏光ビーム・スプリッタの向きを調整するために動作可能である少なくとも１つのトランスデューサを含み得る。

他の実施形態において、干渉分光器は入力ビームを参照と測定のビームに分離する偏光ビーム・スプリッタさらに含み得、ビーム操向要素はビーム操向ミラーを含み、位置決めシステムは、ビーム操向ミラーに搭載され、かつ、制御回路からの制御信号に応答してビーム操向ミラーの向きを調整するために動作可能である少なくとも１つのトランスデューサを含む。別法として、干渉分光器は、参照ビームを参照経路に沿って向けて送り、測定ビームを測定経路に沿って向けて送る偏光ビーム・スプリッタをさらに含み得、ビーム操向要素はビーム操向ミラーを含み、位置決めシステムは、ビーム操向ミラーに搭載され、かつ、制御回路からの制御信号に応答してビーム操向ミラーの向きを調整するために動作可能である少なくとも１つのトランスデューサを含む。

システムは、参照と測定の経路間の光路長の差の変化を示す位相を有する混合ビームを生成するために、動作中に射出参照および測定のビームを受光し、射出参照ビームと出射測定ビームビームの偏光を混合する偏光板をさらに含み得る。制御回路は、射出参照および測定ビームの方向および／または位置を測定し、その方向および／または位置を示す測定信号を生成するために動作可能である空間的に細分された検出器要素を有する検出器を含み得る。制御回路は、検出器から測定信号を受光し、測定信号に基づく制御信号を位置決めシステムに送るために動作可能である制御器をさらに含み得、制御信号は位置決めシステムにビーム操向要素を再配向させる。

偏光ビーム・スプリッタ、ビーム操向ミラー、ビーム操向ミラーに搭載されたトランスデューサに加えて、干渉分光器は、測定遡及反射器、参照遡及反射器、および、反射性参照物体をさらに含み得る。動作中に、偏光ビーム・スプリッタは参照ビームを参照物体に、および、測定ビームを測定遡及反射器に向けて送り、参照物体から参照ビームを、および、測定遡及反射器から測定ビームを受光し、続いて、参照および測定ビームをビーム操向ミラーに向けて送る。ビーム操向ミラーは参照ビームを参照遡及反射器に、および、測定ビームを測定物体に向けて送り、参照遡及反射器から参照ビームを、および、測定物体から測定ビームを受光し、続いて、参照および測定ビームを偏光ビーム・スプリッタに向けて戻す。偏光ビーム・スプリッタは、重なり合う射出参照および測定ビームを生成するために参照および測定ビームを結合する。測定遡及反射器は、参照物体へ、および、参照物体から参照ビームが進行する開口を有し得、参照遡及反射器は、測定物体へ、および、測定物体から測定ビームが進行する開口を有し得る。干渉分光器は、参照物体へ、および、参照物体から参照ビームが進行する参照４分の１波長板、および、測定物体へ、および、測定物体から測定ビームが進行する測定４分の１波長板をさらに含み得る。

ビーム操向ミラーは前面および背面を有し得る。動作中に、ビーム操向ミラーの前面は測定ビームを測定物体に向けて送ることが可能であり、ビーム操向ミラーの背面は測定物体から測定ビームを受光し得る。干渉分光器は、動作中に参照経路から参照ビームを、および、ビーム操向ミラーの背面から測定ビームを受光し、射出参照ビームおよび出射測定
ビームビームを生成する第２の偏光ビーム・スプリッタをさらに含み得る。

干渉分光器は、追加のビーム操向要素、および、追加のビーム操向要素を配向するための追加の位置決めシステムを含む少なくとも１つの追加のビーム操向アセンブリを含み得る。動作中、追加のビーム操向要素は測定ビームを向けて送る。測定ビームは追加のビーム操向要素に接触し、射出参照および測定ビームの重なりを最適化し、かつ、測定物体の角度配向および位置の範囲にわたり射出参照および測定ビームを実質的に平行に維持するために、動作中に制御回路は、位置決めシステムにビーム操向要素を再配向させる。制御回路は、出射測定ビームビームの位置および方向を測定し、かつ、その位置および方向を示す測定信号を生成するために動作可能である空間的に細分された検出器要素を有する２つの検出器を含み得る。制御回路は、検出器から測定信号を受光し、検出器からの信号に基づき位置決めシステムに制御信号を送るために動作可能である制御器をさらに含み得、制御信号は位置決めシステムにビーム操向要素を再配向させる。

一般に、他の態様において、本発明は測定物体への距離の変化を測定するための干渉分光システムを特徴とする。システムは、参照ビームおよび測定ビームを規定するために動作中に１つまたは複数の入力ビームを受光し、参照ビームを参照経路に沿って、および、測定ビームを測定物体に接触する測定経路に沿って向けて送り、かつ、重なり合う射出参照および測定ビームを含む出力ビームを生成するために参照および測定ビームを結合する干渉分光器を含む。出力ビームは参照経路と測定経路の間の相対光路長の変化を示す。システムは、ビーム操向要素、および、ビーム操向要素を配向するための位置決めシステムを含むビーム操向アセンブリをさらに含む。動作中に、ビーム操向要素は入力および出力ビームを向けて送り、入力および出力ビームはビーム操向要素に接触する。システムは、動作中に位置決めシステムに、測定物体の角度配向および位置の少なくとも１つの変化に応答してビーム操向要素を再配向させる制御回路をさらに含む。

システムは以下の特徴のいずれをも含み得る。
干渉分光器は、単一の入力ビームを受光し得、かつ、参照および測定ビームを規定するために単一の入力ビームを空間的に分離された１対のビームに分離し得る。別法として、干渉分光器は参照および測定ビームを規定するために空間的に分離された１対の入力ビームを受光し得る。

ビーム操向要素はビーム操向ミラーを含み得、位置決めシステムは、ビーム操向ミラーに搭載され、かつ、制御回路からの制御信号に応答してビーム操向ミラーの向きを調整するために動作可能である少なくとも１つのトランスデューサを含み得る。ビーム操向ミラーは前面および背面を有し得、動作中に、入力ビームはビーム操向ミラーの前面に接触し、出力ビームはビーム操向ミラーの背面に接触する。干渉分光器は、測定ビームが測定物体に１回のみ接触する単一通過干渉分光器とし得る。

制御回路は、以下のいずれをも行なうために、位置決めシステムにビーム操向要素を再配向させ得る。すなわち、１）測定物体の角度配向の範囲にわたり、射出参照および測定ビームを実質的に互いに平行に維持する、２）測定物体の角度配向の変化により引き起こされた出射測定ビームビームの方向の変化を低減する、３）測定物体の角度配向の変化または測定物体の移動により引き起こされた射出参照ビームと出射測定ビームビームの間の横断方向変位を低減する、４）測定物体の角度配向の変化または測定物体の移動により引き起こされた測定ビームの横断方向変位を低減する、および、５）測定物体の角度配向の範囲にわたり、測定ビームが測定物体に実質的に垂直な入射で接触することを確実にすることである。

一般に、さらなる態様において、本発明は、動作中に、参照ビームを参照経路に沿って
、および、測定ビームを非垂直入射で測定物体に接触する測定経路に沿って向けて送り、かつ、重なり合う射出参照および測定ビームを形成するために参照および測定ビームを結合する干渉分光器を含む干渉分光システムを特徴とする。重なり合う出射測定ビームおよび参照ビームは参照経路と測定経路の間の相対光路長の変化を示す。干渉分光器は測定ビームを向けて送るように位置決めされたビーム操向アセンブリを含む。システムは、測定物体の移動により引き起こされた射出参照ビームと出射測定ビームビームの間の横断方向変位を低減するために、動作中にビーム操向アセンブリに、測定ビームを再配向させる制御回路を含む。

一般に、他の態様において、本発明は、動作中に、参照ビームを参照経路に沿って、および、測定ビームを測定物体に接触する測定経路に沿って向けて送り、かつ、重なり合う射出参照および測定ビームを形成するために参照および測定ビームを結合する干渉分光器を含む干渉分光システムを特徴とする。重なり合う出射測定ビームおよび参照ビームは参照経路と測定経路の間の相対光路長の変化を示す。干渉分光器は参照ビームと測定ビームの少なくとも１つを向けて送るように位置決めされたビーム操向アセンブリを含む。

システムは、以下の少なくとも１つを行なうために、動作中にビーム操向アセンブリに、参照および測定ビームの１つを再度向けて送らせる制御回路をさらに含む。すなわち、１）測定物体の角度配向の範囲にわたり、射出参照および測定ビームを実質的に互いに平行に維持する、２）測定物体の角度配向の変化により引き起こされた出射測定ビームビームの方向の変化を低減する、３）測定物体の角度配向の変化により引き起こされた射出参照ビームと出射測定ビームビームの間の横断方向変位を低減する、４）測定物体の移動により引き起こされた射出参照ビームと出射測定ビームビームの間の横断方向変位を低減する、５）測定物体の角度配向の範囲にわたり、測定ビームが測定物体に実質的に垂直な入射で接触することを確実にする、６）測定物体の移動により引き起こされた測定ビームの横断方向変位を低減する、および、７）測定物体の角度配向の変化により引き起こされた測定ビームの間の横断方向変位を低減する、ことである。

一般に、他の態様において、本発明は、動作中に、参照ビームを参照経路に沿って、および、測定ビームを測定物体に接触する測定経路に沿って向けて送り、かつ、重なり合う射出参照および測定ビームを形成するために参照および測定ビームを結合する干渉分光器を含む干渉分光システムを特徴とする。重なり合う出射測定ビームおよび参照ビームは参照経路と測定経路の間の相対光路長の変化を示す。干渉分光器は参照および測定ビームの少なくとも１つを向けて送るように位置決めされたビーム操向アセンブリを含む。システムは、動作中にビーム操向アセンブリに、出射測定ビームビームから発生された信号に基づき測定物体の角度配向の変化に応答して参照および測定ビームの少なくとも１つを再度向けて送らせる制御回路をさらに含む。

一般に、他の態様において、本発明は、動作中に、参照ビームを参照経路に沿って、および、測定ビームを測定物体に接触する測定経路に沿って向けて送り、かつ、重なり合う射出参照および測定ビームを形成するために参照および測定ビームを結合する干渉分光器を含む単一通過干渉分光システムを特徴とする。重なり合う出射測定ビームおよび参照ビームは参照経路と測定経路の間の相対光路長の変化を示す。測定経路は測定物体に１回のみ接触する。干渉分光器は参照および測定ビームの少なくとも１つを向けて送るように位置決めされたビーム操向アセンブリを含む。システムは、動作中にビーム操向アセンブリに、測定物体の角度配向の変化に応答して参照および測定ビームの少なくとも１つを再度向けて送らせる制御回路をさらに含む。

他の態様において、本発明はウェハ上での集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ・システムも特徴とする。リソグラフィ・システムは、ウェハを支持するためのステー
ジ、ウェハ上に空間的にパターン形成された放射光を結像するための照射システム、結像された放射光を基準としてステージの位置を調整するための位置決めシステム、および、上述の干渉分光システムのいずれもの少なくとも１つを含む。干渉分光システムは結像された放射光を基準としてウェハの位置を測定する。

他の態様において、本発明はウェハ上での集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ・システムを特徴とする。リソグラフィ・システムは、ウェハを支持するためのステージおよび照射システムを含む。照射システムは、照射光源、マスク、位置決めシステム、レンズアセンブリ、および、上述の干渉分光システムのいずれもの少なくとも１つを含む。動作中に、光源は空間的にパターン形成された放射光を生成するためにマスクを介して放射光を向けて送る。位置決めシステムは光源からの放射光を基準としてマスクの位置を調整する。レンズアセンブリはウェハ上に空間的にパターン形成された放射光を結像する。干渉分光システムは光源からの放射光を基準としてマスクの位置を測定する。

他の態様において、本発明は集積回路を製造するためのリソグラフィ・システムも特徴とする。リソグラフィ・システムは、第１および第２の構成部分を含み、第１および第２の構成部分は互いに対して可動である。リソグラフィ・システムは上述の干渉分光システムのいずれもの少なくとも１つも含み、第１の構成部分は測定物体を含み、干渉分光システムは第２の構成部分を基準として第１の構成部分の位置を監視する。

他の態様において、本発明はリソグラフィ用マスクの製造に使用するためのビーム書込みシステムを特徴とする。ビーム書込みシステムは、基板をパターン形成するための書込みビームを供給する光源、基板を支持するステージ、基板に書込みビームを送るためのビーム指向アセンブリ、ステージおよびビーム指向アセンブリを互いに対して位置決めするための位置決めシステム、および、ビーム書込みアセンブリを基準としてステージの位置を測定するための上述の干渉分光システムのいずれもの少なくとも１つを含む。

一般に、他の態様において、本発明は干渉分光の方法を特徴とする。干渉分光の方法は、参照経路に沿って参照ビームを、および、測定物体に接触する測定経路に沿って測定ビームを向けて送るステップ、重なり合う射出参照および測定ビームを形成するために参照および測定ビームを結合するステップであって、重なり合う出射測定ビームおよび参照ビームは参照経路と測定経路の間の相対光路長の変化を示すステップ、および、測定物体の角度配向と位置の少なくとも１つの変化に応答して測定ビームを再度向けて送るために電子制御システムを使用するステップを含む。

一般に、他の態様において、本発明は干渉分光のための方法を特徴とする。干渉分光の方法は、参照ビームおよび測定ビームを規定するために１つまたは複数の入力ビームを受光するステップ、参照経路に沿って参照ビームを、および、測定物体に接触する測定経路に沿って測定ビームを向けて送るステップ、重なり合う射出参照および測定ビームを含む出力ビームを形成するために参照および測定ビームを結合するステップであって、重なり合う出射測定ビームおよび参照ビームは参照経路と測定経路の間の相対光路長の変化を示すステップ、および、測定物体の角度配向と位置の少なくとも１つの変化に応答して入力および出力ビームを再度向けて送るために電子制御システムを使用するステップを含む。

他の態様において、本発明は集積回路の製造に使用するためのリソグラフィの方法を特徴とする。リソグラフィの方法は、ウェハ上に空間的にパターン形成された放射光を結像するステップ、結像された放射光を基準としてウェハを位置決めするステップ、および、上述の干渉分光の方法の少なくとも１つを使用して結像された放射光を基準としてウェハの位置を測定するステップを含む。

他の態様において、本発明は集積回路の製造に使用するためのリソグラフィの方法を特徴とする。リソグラフィの方法は、空間的にパターン形成された放射光を生成するためにマスクを介して入力放射光を向けて送るステップ、入力放射光を基準としてマスクを位置決めするステップ、上述の干渉分光の方法の少なくとも１つを使用して入力放射光を基準としてマスクの位置を測定するステップ、および、ウェハ上に空間的にパターン形成された放射光を結像するステップを含む。

他の態様において、本発明は集積チップの製造に使用するためのリソグラフィの方法を特徴とする。リソグラフィの方法は、空間的にパターン形成された放射光にウェハを露光させるためにリソグラフィ・システムの第２の構成部分を基準としてリソグラフィ・システムの第１の構成部分を位置決めするステップ、および、上述の干渉分光の方法のいずれかを使用して第２の構成部分を基準として第１の構成部分の位置を測定するステップを含む。

他の態様において、本発明はリソグラフィ用マスクの製造に使用するためのビーム書込みの方法を特徴とする。方法は、基板をパターン形成するために基板に書込みビームを向けて送るステップ、書込みビームを基準として基板を位置決めするステップ、および、上述の干渉分光の方法のいずれかを使用して書込みビームを基準として基板の位置を測定するステップを含む。

最後に、一般に、他の態様において、本発明は、測定物体への距離の変化を測定するための干渉分光システムを特徴とする。干渉分光システムは干渉分光器、干渉分光器内の少なくとも１つのビームを再度向けて送るためのビーム操向アセンブリ、および、測定物体の角度配向または位置の変化に応答してビーム操向アセンブリを再配向するための制御回路を含む。

上述の干渉分光のシステムおよび方法の実施形態は多くの長所を含む。
例えば、システムは、測定物体の向きの範囲にわたり射出参照および測定ビームを互いに対して実質的に平行に維持可能であり、測定ビームの測定物体への単一の通過のみでそのように実行可能である。単一通過システムは、二重通過干渉分光器の帯域幅と比べて、ドプラ・シフトを有する電気干渉分光信号を処理するために必要な電子回路の帯域幅を低減する。さらに、単一通過システムは、二重通過干渉分光器のものと比べて、干渉分光器内の透過性光学系からの偏光解消、散乱、および、不要な擬似反射の可能性を低減する。このような効果は、電気干渉信号の測定された位相に誤差、例えば繰り返し誤差を導入し得る。にもかかわらず、実施形態は多通過、例えば二重通過の構成も含み得る。

単一通過および多通過の構成の双方において、システムは、測定物体の角度配向または位置の変化により引き起こされた干渉分光器内の射出参照および測定ビームの横断方向変位、または、参照および測定ビームの成分の横断方向変位を最小に抑え得る。その結果、混合射出参照および測定ビームから生成された電気干渉信号の平均振幅は、測定物体の角度配向および位置の変化とは実質的に独立とすることが可能である。加えて、システムは、測定物体の角度配向または位置の変化により引き起こされた干渉分光器の透過性光学系、例えば偏光ビーム・スプリッタおよび４分の１波長板を介した測定および参照ビームの経路の変化を低減する。このような透過性光学系は、表面形状の欠陥および屈折率の局所変化を有し得る。したがって、そのような光学系を介したビームの経路の変化は、例え測定物体と干渉分光器の間の距離が変化していなくても、干渉分光器により測定された光路長を変化させ得る。そのような悪影響は、光学くさびにより生成されたもののように、もし透過性光学系が分散特性を有していれば、融合され得る。

さらに、いくつかの実施形態において、システムは、唯一の透過性光学系として１つま
たは複数の偏光ビーム・スプリッタを含み、他の全ての光学系は反射性である。特に、４分の１波長板は必要でない。システムにおける透過性光学系の数を最小に抑えることは、電気干渉信号の測定された位相に誤差、例えば繰り返し誤差を導入する参照および測定ビームの偏光解消、散乱、および、不要な擬似反射を低減する。

干渉分光システムは、測定物体の変位に加えて、その角度配向を測定するための複数の干渉分光器および少なくとも１つのビーム操向アセンブリも含み得る。このような角度測定実施形態は上述の長所の多くを享受可能である。

さらに、干渉分光器システムは、測定経路に沿った分散を測定するための複数の波長におけるビーム成分を含み得る。このような分散測定は光路長の変化を幾何学的経路長の変化に変換するために使用可能である。再び、そのような分散測定実施形態は上述の長所の多くを享受可能である。

他に定義されていない限り、本明細書に使用されている全ての技術および科学用語は本発明が属する分野の当業者により一般に理解されている意味と同じ意味を有する。本願明細書に援用する出版物、特許出願、特許、および、言及する他の参照との反駁の場合、定義を含めて、本明細書が支配する。

他の特徴、態様、および、長所は以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかになる。

本発明は干渉分光器、および、制御回路に制御される少なくとも１つのビーム操向アセンブリを含む干渉分光システムを特徴とする。いくつかの実施形態において、ビーム操向アセンブリは干渉分光器の構成部分であり、干渉分光器内で参照および測定ビームの少なくとも１つを向けて送る。他の実施形態において、ビーム操向アセンブリは干渉分光器から分離され、干渉分光器に入力ビームを、および、任意で干渉分光器から出力ビームを向けて送る。ビーム操向アセンブリは、測定物体の角度配向および位置の変化の不要な効果を最小に抑えるために入力、出力、参照、および、測定のビームの１つまたは複数を再度向けて送る。

本発明の４つの実施形態が最初に説明され、これらの実施形態は比較的少数の構成部分および１つの平面のみにおけるビームの伝播を含む。にもかかわらず、これらの実施形態は、その後に説明される追加の実施形態において拡張される本発明の重要な特徴を立証する。

本発明の実施形態の概略を図１５ａに示す。干渉分光器１５１０における偏光ビーム・スプリッタ１５１２は（図示しない）レーザ光源から入力ビーム１５１４を受光し、入力ビーム１５１４を、線形に互いに直交に偏光された参照ビーム１５１６（点線）と測定ビーム１５１８（実線）に分離する。偏光ビーム・スプリッタ１５１２は、図１５ａの平面に直交する偏光を有するビームを反射するための偏光インターフェイス１５６２、および、偏光インターフェイス１５６２を介して透過されるビームを反射するための背面反射表面１５６４を含む。

説明されている実施形態において、直交偏光された参照および測定ビームは、入力ビーム１５１４の成分として干渉分光器１５１０に進入する前に、例えばゼーマン分割、音響光学的変調、または、レーザ内部の複屈折性要素の使用により、互いに関して周波数シフトされている。異なった周波数は、干渉分光システムが、ヘテロダイン干渉信号を生成することを可能にする。説明されている実施形態がヘテロダイン・システムであっても、本
発明は、参照および測定ビームが同じ周波数を有するホモダイン・システムにおける使用のために直ちに適応される。

偏光ビーム・スプリッタ１５１２は測定ビーム１５１８をビーム操向アセンブリ１５２０に向けて送り、ビーム操向アセンブリ１５２０はビーム操向ミラー１５２２および１対の圧電トランスデューサ１５２４および１５２６を含む。トランスデューサは、サーボ制御器１５３０からの信号１５２８に応答して、ビーム操向ミラーを配向するために、曲げ部分によりビーム操向ミラー１５２２に結合されている。ビーム操向アセンブリは、ビーム操向ミラー１５２２の向きおよび／または位置の変化を測定するための容量ゲージを含み得る。容量ゲージは圧電トランスデューサ１５２４および１５２６の特性を測定および／または監視するために使用することも可能である。

ビーム操向アセンブリ１５２０は参照遡及反射器１５３２を介して測定ビームを向けて送り、参照遡及反射器１５３２は頂部が切り詰められ、そのため、遡及反射器１５３２を介して中央を通過するビームは、実質的に垂直な入射でステージ・ミラー１５３４、すなわち、測定物体に接触するためには遡及反射されない。続いて、ステージ・ミラー１５３４は測定ビームをビーム操向アセンブリ１５２０および偏光ビーム・スプリッタ１５１２へ自身の経路を辿り戻すように反射する。測定ビームは、ビーム操向アセンブリ１５２０と偏光ビーム・スプリッタ１５１２の間に位置され、測定ビームの線形偏光を９０度回転させる４分の１波長板１５３６を二重に通過する。

偏光ビーム・スプリッタ１５１２は、参照ビーム１５１６をビーム操向アセンブリ１５２０に向けて送り、ビーム操向アセンブリ１５２０は、次に、参照ビームを参照遡及反射器１５３２に向けて送る。続いて、参照遡及反射器は参照ビームをビーム操向アセンブリ１５２０に戻し、かつ、偏光ビーム・スプリッタ１５１２上に向けて送る。参照ビームも、参照ビームの線形偏光を９０度回転させる４分の１波長板１５３６を二重に通過する。

続いて、偏光ビーム・スプリッタ１５１２は、出力ビーム１５４０を一緒に形成する重なり合う射出参照および測定ビームを形成するために、偏光が回転された参照および測定ビームを再結合する。ビーム・スプリッタ１５４２は、出力ビーム１５４０の一部を、射出参照および測定ビームの伝播の方向の差を測定する検出器システム１５４４に送る。検出器システムは、いかなるそのような差も示す誤差信号１５５０をサーボ制御器１５３０に送り、サーボ制御器１５３０は、誤差信号に応答してビーム操向アセンブリ１５２０に信号１５２８を送る。ビーム操向アセンブリ１５２０は、信号１５２８に応答して、好ましくは参照遡及反射器１５３２のノード点に関してビーム操向ミラー１５２２の向きを変化させ、参照遡及反射器１５３２のノード点に関したビーム操向ミラー１５２２の向きの変化は参照ビームにより経験された実質的に低減された横方向のシア効果を生成する。

別法として、入力ビーム１５１４の方向が一定である時、検出器システム１５４４は、検出器システムにおける参照位置からの出射測定ビームビームの位置の差を測定可能であり、位置のその差を示す誤差信号１５５０を発生可能であり、出射測定ビームビームの位置の差は出力ビーム１５４０の出射測定ビームビーム成分の伝播の方向の変化の影響である。例えば、参照位置は、ステージ・ミラー１５３４から遡及反射する、すなわち、ステージ・ミラーに垂直入射で接触する測定ビームに対応する検出器内の出射測定ビームビームの位置とし得、ステージ・ミラー１５３４は垂直なゼロの向きにある。他の実施形態において、検出器システムは、射出参照および測定ビームの方向および位置を決定するための複数の検出器を含み得、かつ、そのような情報に基づき誤差信号を生成可能である。

ステージ・ミラー１５３４の角度配向の変化は測定ビームの方向およびその後の出射測定ビームビームの方向を変化させる。これは、検出器システム１５４４に誤差信号１５５
０の発生を行なわせる。サーボ制御器１５３０は、例えば測定ビームを垂直入射でステージ・ミラーに向けて送ることなどにより、誤差信号を最小に抑えるように、ビーム操向アセンブリ１５２０にビーム操向ミラー１５２２を再配向させるように指令することにより誤差信号に応答する。その結果、射出参照および測定ビームは実質的に互いに平行のままであり、出射測定ビームビームの位置はステージ・ミラーの角度配向の範囲にわたり実質的に一定のままとなる。さらに、ビーム操向アセンブリ１５２０は参照および測定ビームの各々を２回再度向けて送るため、ビーム操向ミラー１５２２の反射面に垂直な方向におけるビーム操向ミラー１５２２の移動の１次に対する参照ビームと測定ビームの間の相対光路長には変化がない。加えて、測定ビームが垂直入射でステージ・ミラーに向けて送られ、かつ、測定および参照ビームの経路が実質的に同じ重心を有する時、（ステージ・ミラー上の測定ビームのスポットの中心について）ステージ・ミラーのいかなる角度上の変化およびビーム操向要素におけるいかなる対応する変化においても、１次に対して参照ビームと測定ビームの間の相対光路長には変化がない。

ビーム・スプリッタ１５４２が偏光板１５４５を通過した後、出力ビーム１５４０の残りは、混合ビーム１５４６を形成するために射出参照および測定ビームの偏光を混合する。信号処理システム１５４８は、電気干渉信号または電気ヘテロダイン信号を生成するために、例えば光電検出などにより混合ビームの強度を測定し、電気ヘテロダイン信号の位相を抽出し、かつ、その位相から、参照ビームと測定ビームの経路間の光路長の差を決定する。

他の実施形態において、検出器システム１５４４は、ステージ・ミラー１５３４に向けて送られた（図示しない）追加の光ビームを含む（図示しない）別個の角度感知システムの一部とし得る。別個の角度感知システムは、追加の光ビームを使用してステージ・ミラー１５３４の角度上の絶対的または相対的な向きを測定し、かつ、その向きを示す測定信号をサーボ制御器１５３０に送る。図１５ａの実施形態における如く、サーボ制御器１５３０は検出器システムからの信号に基づきビーム操向アセンブリ１５２０を制御する。加えて、いくつかの干渉分光システムが、各々、測定ビームを測定物体に向けて送る実施形態において、単一の角度感知システムは、干渉分光システムの各々においてビーム操向アセンブリの制御を誘導するために使用可能である。

さらに、測定ステージの角度配向を測定するように構成された干渉分光システム（例えば、多軸干渉分光システム）において、角度測定自体はビーム操向要素を配向するために使用される誤差信号を供給するために使用可能である。

図１５ａの実施形態に類似の他の実施形態において、図１５ｂの偏光ビーム・スプリッタおよびビーム操向アセンブリ１５６０により示す如く、偏光ビーム・スプリッタ１５１２およびビーム操向アセンブリ１５２０は単一のユニットに結合されている。この変形において、トランスデューサ１５２４および１５２６は偏光ビーム・スプリッタ１５１２に曲げ部分を介して直接結合されている。その結果、サーボ制御器１５３０は、参照および測定ビームをそれぞれ参照遡及反射器１５３２およびステージ・ミラー１５３４に向けて送るために、トランスデューサ１５２４および１５２６を介して偏光インターフェイス１５６２および偏光ビーム・スプリッタ１５１２の反射性背面１５６４を配向する。４分の１波長板１５３６は参照遡及反射器１５３２とビーム操向アセンブリ１５６０の間に位置されている。この実施形態の他の特徴は図１５ａの実施形態の特徴と同じであり、かつ、同じに番号が付けられている。

さらなる実施形態において、図１５ａのおよび図１５ｃに示す実施形態と同様に、入力ビーム１５１４はビーム操向アセンブリ１５２０に最初に接触し、ビーム操向アセンブリ１５２０は続いて入力ビームを干渉分光器１５７０内に向けて送る。この実施形態におい
て、干渉分光器は偏光ビーム・スプリッタ１５１２、４分の１波長板１５３６、および、参照遡及反射器１５３２を含むが、干渉分光器の外部にあるビーム操向アセンブリ１５２０は含まない。図１５ｂの実施形態における如く、偏光ビーム・スプリッタ１５１２は参照および測定ビームをそれぞれ参照遡及反射器１５３２およびステージ・ミラー１５３４に向けて送り、出力ビーム１５４０の成分となる重なり合う射出参照および測定ビームを形成するために、反射された参照および測定ビームを再結合する。続いて、図１５ａの実施形態における如く、ビーム操向アセンブリ１５２０は出力ビーム１５４０を受光し、このビームを検出システム１５４４および信号処理システム１５４８に向けて送る。

図１５ａの実施形態における如く、図１５ｃのサーボ制御器１５３０は、検出システム１５４４により発生される誤差信号を最小に抑えるために、アセンブリ１５２０のビーム操向ミラー１５２２を配向する。これを行なうために、サーボ制御器１５３０は、ステージ・ミラーの角度配向の範囲にわたり測定ビームが垂直入射でステージ・ミラー１５３４に接触するように干渉分光器１５７０内に入力ビームを向けて送るために、アセンブリ１５２０のビーム操向ミラー１５２２を向けて送る。ビーム操向アセンブリ１５２０は、信号１５２８に応答して、好ましくは参照遡及反射器１５３２のノード点についてビーム操向ミラー１５２２の向きを変化させ、参照遡及反射器１５３２のノード点についてのビーム操向ミラー１５２２の向きの変化は、参照ビームに対する実質的に低減された横方向のシア効果（横断方向変位）を生成する。その結果、出力ビームを形成する射出参照および測定ビームは、実質的に平行で、かつ、低減されて横断方向に分離されて干渉分光器から現出する。入力ビームを再度向けて送るビーム操向アセンブリにより引き起こされた干渉分光器から現出する出力ビームの方向の変化は、検出システム１５４４および信号処理システム１５４８に出力ビームを向けて送るビーム操向アセンブリに出力ビームが接触する時に補償される。ビーム操向アセンブリによる出力ビームの方向のこの補償は好ましいが、これは必要ではない。なぜなら、ステージ・ミラーの角度配向の変化は、出力ビームが検出システム１５４４および信号処理システム１５４８に到達することを妨害しないように典型的に十分小さいからである。したがって、追加の実施形態において、出力ビームはビーム操向要素に接触する必要はない。

図１５ａに類似し、かつ、図１５ｄに示す他の実施形態において、干渉分光システムは、単一の入力ビームを参照および測定ビームに分離するより、むしろ、参照および測定ビームを規定するための１対の空間的に分離された入力ビームを受光する。この実施形態において、干渉分光器１５８０は、参照ビーム１５１６および測定ビーム１５１８を規定するために、互いに直交に偏光された空間的に分離された入力ビーム１５８２および１５８４を受光し、偏光ビーム・スプリッタ１５８６は受光した入力ビームを異なる経路に沿って向けて送る。偏光ビーム・スプリッタ１５８６に進入する前に、入力ビームの一部は非偏光ビーム・スプリッタ１５８８により分割され、参照位相検出器１５９０に向けて送られる。参照位相検出器は、入力ビームを光学的に混合するための光学系、および、混合ビームの相対光学位相を測定するための電子回路を含む。参照位相検出器１５９０は、干渉分光器１５８０に進入する際の入力ビーム１５８２および１５８４間の相対位相差を示す参照位相信号１５９２を信号処理システム１５４８に送り、信号処理システム１５４８は参照ビームと測定ビームの経路間の光路長の差を決定するために信号１５９２を使用する。

図１５ｄの実施形態に対する残りの説明は図１５ａに対する説明と同一であり、出力ビーム１５４０を形成するために偏光ビーム・スプリッタ１５８６は参照ビーム１５１６および測定ビーム１５１８を再結合する。図１５ｄの実施形態、および、参照および測定ビームを規定するために干渉分光器が空間的に分離された入力ビームを受光する他の実施形態は参照および測定ビームが互いに重なり合う干渉分光器の光学系内の経路を低減する。そのような低減は、システム１５４８により測定されたヘテロダイン信号における繰り返
し誤差を引き起こし得る参照ビームと測定ビームの間で混合する偏光を低減する。このような繰り返し誤差を説明する参照のため、例えば、エヌ ボブロフ（Ｎ．Ｂｏｂｒｏｆｆ）、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．２６：２６７６から２６８１、１９８６を参照されたい。同様に、ビーム操向アセンブリが干渉分光器の外部にある図１５ｃの実施形態などの他の実施形態において、ビーム操向ミラーは、参照および測定ビームを規定するために干渉分光器内に空間的に分離された入力ビームを向けて送ることが可能である。

上述および図１５ａから１５ｄに示すシステムに固有の概念は、他の応用例にも拡張可能である。例えば、他の実施形態は、複数の次元に沿って測定物体の角度配向および位置の変化に対処可能である。同様に、他の実施形態は、参照信号を生成するために射出参照ビームおよび出射測定ビームビームが混合される時に、射出参照ビームの横断方向空間プロファイルが出射測定ビームビームのプロファイルを基準として反転されないことを確実にし得る。同様に、他の実施形態は追加のビーム操向アセンブリを含み得る。このような代案実施形態はさらに以下に説明する。

一般に、これらの実施形態は、物体の向きとは実質的に独立であり、かつ、物体の横方向の変位とは実質的に独立である物体の線形変位を測定および監視するための装置および方法に関し、横方向の変位は線形変位に直交している。重要な応用例の例は、１つ、２つ、または、３つの直交する次元においてステッピングおよび／またはスキャンニングするリソグラフィ用手段における１つまたは複数のステージの位置を与えられた次元に沿って測定および監視するための干渉分光システムの使用にある。

以下に説明する実施形態は、干渉分光器、および、干渉分光器の構成部分とし得るか、または、それから分離し得る少なくとも１つのビーム操向アセンブリを含む。実施形態は全般に３つの分類の１つに該当する。第１の分類において、ビーム操向アセンブリは測定ビームおよび参照ビームの双方の成分を向けて送るように位置決めされている。第２の分類において、ビーム操向アセンブリは参照ビームではなく、測定の成分を向けて送るように位置決めされている。そして、第３の分類において、ビーム操向アセンブリは干渉分光器への入力ビームおよび干渉分光器からの出力ビームを向けて送るように位置決めされている。

各分類内で、干渉分光システムは動作の異なったモードの１つまたは双方において機能し得る。動作の第１のモードは、測定物体の角度配向の変化により引き起こされた測定ビームまたは出射測定ビームビームの方向の変化を補償する。角度配向の変化は１つまたは複数の次元に沿い得る、例えば、縦ゆれおよび片ゆれ。動作の第２のモードは、測定物体の位置の変化により引き起こされた測定ビームまたは出射測定ビームビームの横断方向の位置の変化を補償する。位置の変化は２つの横断方向のいずれにも、すなわち、測定されている変位に直交する方向、および、縦方向、すなわち、測定されている変位に沿った方向に沿い得る。

特定の干渉分光システムに対する動作のモードは測定物体の反射特性に依存する。例えば、もし測定ビームが平面ミラーから反射すれば、ミラーの平面における２つの直交する軸についての平面ミラーの角度配向の変化は、この２つの軸を基準とした反射された測定ビームの方向に変化を引き起こす。しかし、これらの２つの軸のいずれかに沿った平面ミラーの移動は反射された測定ビームの方向または横断方向の位置に影響を及ぼさない。したがって、測定ビームが測定物体の平面ミラーから反射する応用例の場合、システムは典型的に第１のモードで動作する。

異なった例において、もし測定ビームが遡及反射器から反射すれば、反射された測定ビームの方向は測定物体の角度配向または位置の変化とは独立である。しかし、入来測定ビ
ームに直交する方向に沿った遡及反射器の移動は反射された測定ビームの横断方向位置の変化を引き起こす。したがって、測定ビームが与えられた平面において測定物体から遡及反射する応用例の場合、システムは、典型的に、その平面における、かつ、入来測定ビームに直交する測定物体の移動に対して第２のモードにおいて動作する。

当業者には明らかであるように、測定物体が測定ビームを反射するために屋根型プリズムを含む応用例は、直前の２つの例の特徴を組み合わせている。このような応用例において、システムは第１および第２のモードの双方で動作する。

測定物体が測定ビームを反射するために平面ミラーを含むが、測定ビームは平面ミラーに非垂直入射で接触する応用例に対しても、システムは第１および第２のモードの双方で動作する。このような応用例において、測定物体の縦方向の移動は反射された測定ビームの横断方向位置を変化させ、測定物体の角度配向の変化は反射された測定ビームの方向を変化させる。

干渉分光システムの実施形態は測定物体への測定ビームの単一および複数の通過も含む。単一通過システムにおいて、測定物体の角度配向または位置の変化は出射測定ビームビームの方向または横断方向位置を変化させる。検出器システムにより検出された如くの出射測定ビームビームに対する変化はビーム操向アセンブリを制御するために使用された誤差信号に対する基礎を提供する。いくつかの複数通過配列において、測定物体の角度配向または位置の変化は出射測定ビームビームの方向および／または横断方向位置を変化させないが、干渉分光器内の測定ビームの方向および／または横断方向位置は確かに変化させる。干渉分光器内の測定ビームの方向および／または横断方向位置の変化を補償するために、干渉分光システムのいくつかの実施形態は、測定ビームが測定物体に奇数回接触した後に測定ビームから中間ビームを分割している。検出器システムにより検出された如くの中間ビームの方向および／または位置はビーム操向アセンブリを制御するために使用される誤差信号に対する基礎を提供する。

本発明の実施形態の各々について、干渉分光器および少なくとも１つのビーム操向アセンブリは、ユニットとしての少なくとも１つのビーム操向アセンブリの特定の光学的要素の変位が、測定ビームと参照ビームの光路長間の差に少なくとも１次においては影響しないように構成されている。動作の第１のモードに対して、干渉分光器および少なくとも１つのビーム操向アセンブリは、測定物体および／またはユニットとしてのビーム操向アセンブリの特定の光学的要素の向きの変化が、測定ビームと参照ビームの光路長間の差に少なくとも１次において実質的に影響を及ぼさないように構成されている。動作の第２のモードに対して、干渉分光器および少なくとも１つのビーム操向アセンブリは、線形変位に直交する測定物体の位置の変位が、測定ビームと参照ビームの光路長間の差に少なくとも１次において実質的に影響を及ぼさないように構成されている。

図１ａから１ｆは、測定物体の向きとは実質的に独立であり、かつ、測定物体の横方向変位とも実質的に独立である測定物体の線形変位を測定するための本発明の第１の実施形態を概略した形で示し、横方向変位は線形変位に直交している。第１の実施形態は本発明の第１の分類の実施形態およびそれらの変形からであり、第１の実施形態は２つの直交する軸についての測定物体の向きの変化に対する動作の第１のモードにおいて動作する。

第１の実施形態は、光ビーム１１０、ビーム操向アセンブリ、第１および第２のビーム分割アセンブリ、遡及反射器１７２、単一の反射面を含む測定物体ミラー１７０、および、単一の反射面を含む参照ビーム・ミラー１７８を含む。プリズム１５０および菱形プリズム１５４は図１ａに示す第１のビーム分割アセンブリを含み、インターフェイス１５２は偏光ビーム分割インターフェイスであり、面１５６は反射器である。菱形プリズム１６
０、プリズム１６６および１８６、および、ドーブ・プリズム１８２は図１ｂに示す第２のビーム分割アセンブリを含み、インターフェイス１６２は反射器であり、インターフェイス面１６４および１７４は偏光ビーム分割インターフェイスであり、インターフェイス面１８４は非偏光ビーム分割インターフェイスであり、かつ、図１ｂに点線として示すインターフェイス面１８０は反射防止コーティングが施されている。

第１の実施形態はヘテロダイン干渉分光器システムとして使用するように適合されている。（図１ａから１ｆには示さない）光源は、異なった周波数の２つの直交するように偏光された成分を含む進入ビーム１１０を第１の実施形態に対して供給する。

レーザなどの光源は様々な周波数変調装置および／またはレーザのいずれともし得る。例えば、レーザは当業者に知られている様々な従来技術のいずれかにおいて安定化されたガス・レーザ、例えばＨｅＮｅとし得、例えば、ティー バエルら（Ｔ．Ｂａｅｒ ｅｔ
ａｌ．）、「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ０．６３３μｍ ＨｅＮｅ−ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ Ｚｅｅｍａｎ Ｌａｓｅｒ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、１９、３１７３から３１７７（１９８０）；１９７５年６月１０日発行、バーグウォルドら（Ｂｕｒｇｗａｌｄ ｅｔ ａｌ．）、米国特許第３，８８９，２０７号明細書；および、１９７２年５月９日発行、サンドストロームら（Ｓａｎｄｓｔｒｏｍ ｅｔ ａｌ．）、米国特許第３，６６２，２７９号明細書を参照されたい。別法として、レーザは、当業者に知られている様々な従来技術の１つにおいて周波数が安定化されたダイオード・レーザとし得、例えば、ティー オコシおよびケー キクチ（Ｔ．Ｏｋｏｓｈｉ ａｎｄ Ｋ．Ｋｉｋｕｃｈｉ）、「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒｓ ｆｏｒ Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ−ｔｙｐｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１６、１７９から１８１（１９８０）；および、エス ヤマグチおよびエム スズキ（Ｓ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ ａｎｄ Ｍ．Ｓｕｚｕｋｉ）、「Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ ｏｆ ａｎ ＡｌＧａＡｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒ ｂｙ Ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｏｇａｌｖａｎｉｃ
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｋｒｙｐｔｏｎ」、ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ＱＥ−１９、１５１４から１５１９（１９８３）を参照されたい。

２つの光学的周波数は以下の技術の１つにより生成可能である。すなわち、（１）ゼーマン分割レーザの使用。例えば、１９６９年７月２９発行、バグリーら（Ｂａｇｌｅｙ ｅｔ ａｌ．）、米国特許第３，４５８，２５９号明細書；ジー バウフイズ（Ｇ．Ｂｏｕｗｈｕｉｓ）、「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｅ Ｍｉｔ Ｇａｓｌａｓｅｒｓ」、Ｎｅｄ．Ｔ．Ｎａｔｕｕｒｋ、３４、２２５から２３２（１９６８年８月）；１９７２年４月１８日発行、バグリーら（Ｂａｇｌｅｙ ｅｔ ａｌ．）、米国特許第３，６５６，８５３号明細書；および、エイチ マツモト（Ｈ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ）、「Ｒｅｃｅｎｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｒｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｕｓｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｌａｓｅｒｓ」、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、６（２）、８７から９４（１９８４）を参照されたい。；（２）１対の音響光学的ブラッグ・セルの使用、例えば、ワイ オーツカおよびケー イトー（Ｙ．Ｏｈｔｓｕｋａ ａｎｄ Ｋ．Ｉｔｏｈ）、「Ｔｗｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ Ｓｍａｌｌ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ａ Ｌｏｗ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒａｎｇｅ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、１８（２）、２１９から２２４（１９７９）；エヌ マシーら（Ｎ．Ｍａｓｓｉｅ ｅｔ ａｌ．）、「Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｆｌｏｗ Ｆｉｅｌｄｓ Ｗｉｔｈ
ａ ６４−Ｃｈａｎｎｅｌ Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、２２（１４）、２１４１から２１５１（１９８３）；
ワイ オーツカおよびエム ツボカワ（Ｙ．Ｏｈｔｓｕｋａ ａｎｄ Ｍ．Ｔｓｕｂｏｋａｗａ）、「Ｄｙｎａｍｉｃ Ｔｗｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｆｏｒ Ｓｍａｌｌ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」、Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１６，２５から２９（１９８４）；エイチ マツモト（Ｈ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ）、上掲書；１９９６年１月１６日発行、ピー ダークセンら（Ｐ．Ｄｉｒｋｓｅｎ ｅｔ ａｌ．）、米国特許第５，４８５，２７２号明細書；エヌ エー リザおよびエム エム ケー ハウレイダ（Ｎ．Ａ．Ｒｉｚａ ａｎｄ Ｍ．Ｍ．Ｋ．Ｈｏｗｌａｄｅｒ）、「Ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ
ｔｕｎａｂｌｅ ｌｏｗ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌｓ」，Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．，３５（４），９２０から９２５（１９９６）を参照されたい。；（３）単一の音響光学的ブラッグ・セルの使用、例えば、１９８７年８月４日発行、ジー イー ソマーグレン（Ｇ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎ）、共通所有米国特許第４，６８４，８２８号明細書；１９８７年８月１８日発行、ジー イー ソマーグレン（Ｇ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎ）、共通所有米国特許第４，６８７，９５８号明細書；ピー ダークセンら（Ｐ．Ｄｉｒｋｓｅｎ ｅｔ ａｌ．）、上掲書、を参照されたい。；（４）ランダムに偏光されたＨｅＮｅレーザの２つの縦モードの使用、例えば、ジェー ビー ファーグソンおよびアール エイチ モリス（Ｊ．Ｂ．Ｆｅｒｇｕｓｏｎ ａｎｄ Ｒ．Ｈ．Ｍｏｒｒｉｓ）、「Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｃｏｌｌｐｓｅ ｉｎ ６３２８Å ＨｅＮｅ Ｌａｓｅｒｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、１７（１８）、２９２４から２９２９（１９７８）を参照されたい。；または、（５）レーザに対する複屈折要素などの使用、例えば、ヴィー エントゥホフおよびエイ イー シーグマン（Ｖ．Ｅｖｔｕｈｏｖ ａｎｄ Ａ．Ｅ．Ｓｉｅｇｍａｎ）、「Ａ 「Ｔｗｉｓｔｅｄ−Ｍｏｄｅ」 Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｏｂｔａｉｎｉｎｇ Ａｘｉａｌｌｙ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎ ａ Ｌａｓｅｒ Ｃａｖｉｔｙ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、４（１）、１４２から１４３（１９６５）を参照されたい。

ビーム１１０の光源に使用される特定のデバイスはビーム１１０の直径および発散を決定する。いくつかの光源、例えばダイオード・レーザに対して、後続の要素のために適する直径および発散をビーム１１０に提供するために、従来のビーム整形光学系、例えば従来の顕微鏡対物レンズなどを使用することが必要となる可能性が高い。光源がＨｅＮｅレーザである時は、例えばビーム整形光学系は必要でないことがある。

図１ａに示すように、ビーム１１０は第１のビーム分割アセンブリに当たり、ビーム１１０の部分は測定ビーム１１１としてインターフェイス１５２により透過され、面１５６により反射される。ビーム１１１は図１ａの平面内で偏光されている。ビーム１１０の第２の部分は、図１ａの平面に対して直行に偏光された参照ビーム１１２としてインターフェイス１５２により反射される。

ビーム１１１はビーム操向要素１５８に進入（図１ａを参照）し、ビーム１１１から横方向に変位され、かつ、ビーム１１１の伝播の方向とは名目上は逆の方向に伝播するビーム１１３（図１ｂを参照）としてビーム操向アセンブリ１５８から射出する。図１ｂの平面におけるビーム１１３およびビーム１１１の投影は重なり合わされる。ビーム操向要素１５８において、ビーム１１１は連続した順序で、例えば内部全反射により、面１５８Ａ、１５８Ｂ、および、１５８Ｃの各々により反射される（図１ａに示す干渉分光器の端面図を提示し、かつ、ビーム操向要素１５８内の参照ビーム１１２の経路も示す図１ｃを参照）。測定ビーム１１３を反射するビーム操向アセンブリはビーム操向要素１５８および向き／移動トランスデューサ１５９を含む。向き／移動トランスデューサ１５９は、好ましくは、図１ｃの平面における向きの変化に対して、遡及反射器１７２のノード点についてビーム操向要素１５８の向きを変更する、および／または、ビーム１１１の伝播の名目
上の方向における操向要素１５８の位置を変更し、遡及反射器１７２のノード点についてのビーム操向要素１５８の向きの変化は参照ビームにより経験された横方向のシア効果を実質的に低減する。ビーム操向要素１５８の向きは電子信号１４０により制御され、ビーム操向要素１５８の位置は電子信号１４４を介して電子プロセッサおよびコンピュータ１９４により制御される。

ビーム１１３は図１ｂに示す第２のビーム分割アセンブリに進入し、ここで、ビーム１１３はビーム１１５としてインターフェイス１６２により反射され、続いて、ビーム１１７として偏光ビーム分割インターフェイス１６４により透過される。図１ｂの平面において偏光されたビーム１１７は、円偏光されたビームとして４分の１波長位相遅延板１６８により透過され、逆手円偏光を持つビームとして測定物体ミラー１７０により反射され、かつ、その後、図１ｂの平面に直交に線形偏光されたビーム１１９として位相遅延板１６８により透過される。ビーム１１９は第２のビーム分割アセンブリに進入し、ビーム１２１として偏光ビーム分割インターフェイス１６４により反射される。

ビーム１２１は第２のビーム分割アセンブリに進入し、ビーム操向要素１５８に進入し（図１ｂを参照）、かつ、ビーム１２１の伝播の方向に対して名目上逆の方向に伝播するビーム１２３としてビーム操向要素１５８を射出する（図１ａを参照）。ビーム１２３は遡及反射器１７２に進入し（図１ａを参照）、ビーム１２５として遡及反射される（図１ｂを参照）。ビーム１２３および１２５は、それぞれ遡及反射器１７２への、および、これからのそれぞれ進入および射出ビームとして図１ｄに示す。

参照ビーム１１２はビーム操向要素１５８に進入し（図１ａを参照）、ビーム１１２の伝播の方向に名目上逆の方向に伝播するビーム１１４としてビーム操向要素１５８を射出する（図１ｂおよび１ｃを参照）。ビーム１１４およびビーム１１２の投影は図１ａの平面において重なり合わされる。ビーム操向要素１５８を介したビーム１１１および１１２の経路の投影は図１ｃの平面において重なり合わされる。ビーム１１４は遡及反射器１７２に進入し（図１ｂを参照）、ビーム１１６として遡及反射される（図１ａを参照）。図１ｄにおいて、ビーム１１４および１１６はそれぞれ遡及反射器１７２への、および、これからのそれぞれ進入および射出ビームとして示す。ビーム１１６はビーム操向要素１５８に進入し（図１ａを参照）、ビーム１１６の伝播の方向に名目上逆の方向に伝播するビーム１１８としてビーム操向要素１５８を射出する（図１ｂｃを参照）。

ビーム１１８は第２のビーム分割アセンブリに進入し、ビーム１１８の部分はビーム１２０として偏光ビーム分割インターフェイス１７４により反射される（図１ｂを参照）。図１ｂの平面に直交に偏光されたビーム１２０は円偏光ビームとして４分の１波長位相遅延板１７６により透過され、逆手円偏光を持つビームとして参照ミラー１７８により反射され、かつ、その後、図１ｂの平面において線形偏光されたビーム１２２として４分の１波長位相遅延板１７６により透過される。ビーム１２２は第２のビーム分割アセンブリに進入し、ビーム１２２はビーム１２４として偏光ビーム分割インターフェイス１７４により透過される。ビーム１２４はビーム１２６として反射防止コーティングされたインターフェイス１８０により透過される。

測定ビーム１２５は図１ｂに示すように第２のビーム分割アセンブリに進入し、ビーム１２５の第１の部分は第１の出力ビーム１２８の１つの成分として非偏光ビーム分割インターフェイス１８４により透過される。ビーム１２６の第１の部分は第１の出力ビーム１２８の第２の成分として非偏光ビーム分割インターフェイス１８４により反射される。第１の出力ビーム１２８は出力ビーム１３０として反射性インターフェイス１６２により反射される。出力ビーム１３０は、検出器１８８に当たり、それぞれ２つの直交する平面における出力ビーム１３０中の測定ビームおよび参照ビームの成分の伝播の方向におけるい
かなる差にも関する２つの成分を持つ電気信号１４０を生成する。

ビーム１２５の第２の部分は第２の出力ビーム１３２の１つの成分として非偏光ビーム分割インターフェイス１８４により反射される。ビーム１２６の第２の部分は第２の出力ビーム１３２の第２の成分として非偏光ビーム分割インターフェイス１８４により透過される。ビーム１３２は混合された光学的ビーム１３４を生成するために配向された偏光板１９０により透過される。ビーム１３４は、検出器１９２に当たり、混合ビーム１３４の測定ビームおよび参照ビーム成分の位相の差に関連する電気信号１４２を発生する。電気信号１４２は混合ビーム１３４の参照ビームおよび測定ビーム成分の位相の差についての情報を得るためのその後の処理のために電子プロセッサおよびコンピュータ１９４に伝送される。混合ビームの検出は、典型的に、ヘテロダイン信号を生成するための光電検出により、この信号の位相は測定ビームと参照ビームの光路長の差に関連する。ヘテロダイン信号の位相は、例えばヘテロダイン信号のフーリエ変換またはヒルベルト変換などから、電子プロセッサおよびコンピュータ１９４により決定可能である。

検出器１８８の要素は図１ｅに概略の形で示す。ビーム１３０は、偏光インターフェイス１８８Ｂを備えたプリズム１８８Ａおよび１８８Ｃを含む偏光ビーム・スプリッタに進入する。図１ｅの平面に直交に偏光されたビーム１３０の測定ビーム成分は、ビーム１３０Ｍとして偏光インターフェイス１８８Ｂにより反射される。ビーム１３０Ｍは、四連セル検出器、二次元高速ＣＣＤカメラ、または、横効果フォトダイオードなどの検出器１８８Ｅ上のスポットにレンズ１８８Ｄにより合焦される。二次元データ・アレイは、その後の処理のために電子プロセッサ１８８Ｈに電子信号１４０Ａとして伝送される。検出器１８８Ｅ上のスポットの位置はビーム１３０Ｍの横方向シアによっては影響されないが、ビーム１３０Ｍの伝播の方向の変化は検出器１８８Ｅ上のスポットの位置をずらす。したがって、電子信号はビーム１３０Ｍの伝播の方向についての情報を含む。

図１ｅの平面において偏光されたビーム１３０の参照ビーム成分はビーム１３０Ｒとして偏光インターフェイス１８８Ｂにより透過される。ビーム１３０Ｒは四連セル検出器、二次元高速ＣＣＤカメラ、または、横効果フォトダイオードなどの第２の検出器１８８Ｇ上の第２のスポットにレンズ１８８Ｆにより合焦される。二次元データ・アレイは、その後の処理のために電子プロセッサ１８８Ｈに電子信号１４０Ｂとして伝送される。検出器１８８Ｇ上の第２のスポットの位置はビーム１３０Ｒの横方向シアによっては影響されないが、ビーム１３０Ｒの伝播の方向の変化は検出器１８８Ｇ上の第２のスポットの位置をずらす。したがって、電子信号１３０Ｒはビーム１３０Ｒの伝播の方向についての情報を含む。

電子プロセッサ１８８Ｈは、２つの電子信号１４０Ｃおよび１４０Ｄを発生するために電子信号１４０Ａおよび１４０Ｂを処理し、２つの電子信号１４０Ｃおよび１４０Ｄは２つの直交する平面におけるビーム１３０の測定ビームと参照ビーム成分の伝播の方向の差に比例する。

電気信号１４０は向き／移動トランスデューサ１５９に伝送される。信号１４０に含まれる情報は、２つの直交する軸についての測定物体ミラー１７０の向きの変化とは独立に、測定ビーム１２３の伝播の方向を二次元において実質的に一定に維持するように、向き／移動トランスデューサ１５９によりビーム操向ミラー１５８の向きを変更するためにサーボ・システムにおいて誤差信号として使用される。測定物体ミラー１７０へのビーム操向要素１５８による測定ビームの第１の再度向けて送る位置からの測定ビームの物理的経路長が、ビーム操向ミラー１５８による測定ビームの第２の再度向けて送る位置への測定物体ミラー１７０からの測定ビームの物理的経路長に等しいという条件下では、測定物体ミラー１７０の向きの変化がビーム操向要素１５８の向きの変化により補償されると、ビ
ーム操向要素１５８においてビーム１２３の横方向シアはない。物理的経路長に関するこの条件は、第１の実施形態条件として参照される。

第１の実施形態条件への応従は、測定物体ミラー１７０の向きの変化がビーム操向要素１５８の向きの変化により補償されると、ビーム操向要素１５８における測定ビーム１２３の横方向シアを排除する。しかし、測定物体ミラー１７０の向きの変化がビーム操向要素１５８の向きの変化により補償されると、参照ビーム１２６の横方向シアは導入される。参照ビーム１２６に横方向シアが導入されても、横方向シアの大きさは、測定物体ミラーの向きの変化のために、従来技術の平面ミラー干渉分光器の測定ビーム成分に導入された横方向シアに関連して大幅に低減され、低減の係数は、干渉分光器の測定レッグの物理的長さに対する参照レッグの物理的長さの比に比例する。

特定の最終用途の応用例に対しては、１２３の伝播の方向に通常平行な方向におけるビーム操向要素１５８の移動を導入することが望ましいことがある。ビーム操向要素１５８に対するこの種の移動は、向き／移動トランスデューサ１５９に伝送された電気信号１４４を介して信号プロセッサおよびコンピュータ１９４により制御される。

調整可能な要素の活性サーボ制御の発明的使用は、測定物体ミラー１７０への測定ビームの単一の通過を使用して、測定物体ミラー１７０に対する正確な変位測定を実行することを可能にする。第１の実施形態条件が特定の相対精度まで満足されている応用例に対して、本発明的技術は、横方向ビーム・シアおよび干渉分光器の要素の未補償分散性特性により引き起こされた参照ビームの位相を基準とした測定ビームの位相における測定物体ミラー１７０向き依存誤差を（特定の相対精度まで）低減する。

第１の実施形態の干渉分光器およびビーム操向アセンブリは、ビーム操向要素１５８の変位が参照ビームの光路長を基準とした測定ビームの光路長に少なくとも２次において影響を及ぼさない、すなわち、参照ビームおよび測定ビームの双方が、それらのビームの伝播の方向を、再度向けて送る各瞬間における入射の角度と実質的に同じ角度でビーム操向要素１５８により２回再度向けて送られ、ビーム操向要素１５８に進入する参照および測定ビームの経路の重心は実質的に同じ長さに延長し、かつ、ビーム操向要素１５８から射出する参照および測定ビームの経路の重心は実質的に同じ長さに延長するように構成されている。参照ビームの光路長を基準とした測定ビームの光路長に及ぼすビーム操向要素１５８の変位の最低次の影響の集合からの例は、ビーム操向要素１５８の変位の大きさにおける１次、測定物体ミラー１７０の向きの変化の大きさにおける１次、測定物体ミラー１７０の向きの変化の大きさにおける１次、および、干渉分光器の要素の１つまたは複数の面におけるいくつかの未補償誤差における１次となる。

干渉分光器およびビーム操向アセンブリは、（物体ミラー上の測定ビームのスポットの中心についての）物体ミラーおよび／またはビーム操向要素１５８の向きの変化が、参照ビームの光路長を基準とした測定ビームの光路長に１次において影響しないように：残留２次影響が測定ビームと参照ビームの経路長の差に比例し、かつ、測定ビームのスポットに対応する向きについての物体ミラーの向きの角度上の変化における２次である係数に比例するように構成されている。２次影響の大きさは多数通過の装置を基準として測定物体への測定ビームの単一通過により低減されている。

前段落に引用した２次影響は図１ｆの支援を得て説明する。図１ｆは初期の角度配向における物体ミラーの第１の場合、および、図１ｆの平面における向きの変化を持つ測定物体ミラー１７０の第２の場合に対して、測定ビームの等価な経路を概略の形で示す。第２の場合に対する測定物体ミラー１７０は点ａについて角度β回転された測定物体ミラー１７０Ａとして示す。第１の場合に対して干渉分光器により測定された距離は、点ａとｂの
間の距離の２倍であり、ａｂにより表す。点ｂから点ｃへの直線は、サーボ・システムに制御されているビーム操向要素１５８の行動の結果として測定物体ミラー１７０Ａの面に直交する。したがって、第２の場合に対して干渉分光器により測定された距離は点ｂとｃの間の距離の２倍であり、点ｂとｃの間の距離はｂｃにより表す。距離２ｂｃは距離２ａｂに以下のように関連付けられる。

２ｂｃ＝２ａｂｃｏｓβ （１）
式（１）における余弦の係数はβの２次である項、すなわち、β^２／２だけ第１の場合の値とは異なっている。

第１の実施形態の他の特徴は、ビーム操向要素１５８から射出するビームの伝播の名目上の方向におけるビーム操向要素１５８の移動により生成された少なくとも１次における測定ビームまたは参照ビームのいずれか、および、ビーム成分の横方向シアがないこと；ビーム操向要素１５８に進入する、および、これから射出する参照および測定ビームの伝播の方向は実質的に平行であることである。

第１の実施形態の注目すべき特徴は、干渉分光器およびビーム操向アセンブリが非反転型のものである、すなわち、入力ビーム１１０の参照および測定ビーム成分の波面振幅における対応点が、出力ビーム１３０の参照および測定ビーム成分、および、出力ビーム１３２の参照および測定ビーム成分の波面振幅における点に実質的に重ね合わせられるように、マッピングすることである。この後者の特徴に関連するものは、ビーム１３０の参照と測定ビーム成分の間の角度、および、ビーム１３２の参照と測定ビーム成分の間の角度が、入力ビーム１１０の伝播の方向の変化によっては１次およびそれより高次において影響されないという付随的な特徴である。

当業者には、もし本発明の精神または範囲のいずれからも逸脱せずに入力ビーム１１０の伝播の方向が固定されていれば、前段落に引用した付随的特長の結果として、検出器１８８が、その機能を、第１の出力ビーム１３０の測定ビーム成分の１つまたは２つの直交する方向における横方向の位置の変化を検出することによりサーボ・システムにおいて実行可能であることは明らかであろう。１つの平面における特定のビームの伝播の方向の変化の検出から、１つの平面における横方向シアの検出へと検出器１８８の特性を変更するために、特定のビームの部分は、非偏光ビーム・スプリッタにより分割され、合焦用レンズを通過せずに、二連セル検出器などの検出器に直接透過され、二連セル検出器は横方向シアを検出するように配向されている。二連セル検出器は特定のビームの横方向シアに敏感であるが、特定のビームの伝播の方向における二連セル検出器での変化には敏感でない。特定のビームの２つの直交する平面における伝播の方向の変化の検出から、２つの直交する方向における横方向シアの検出へと検出器１８８の特性を変更するために、特定のビームは、合焦用レンズを通過せずに、四連セル検出器などの検出器に直接透過される。四連セル検出器は特定のビームの横方向シアに敏感であるが、特定のビームの伝播の方向における四連セル検出器での変化には敏感でない。

当業者には、リソグラフィ用ステッパ／スキャナに対する第１の実施形態の応用例において、測定物体ミラーがウェハ工程に装着可能であり、参照ミラーがレンズアセンブリに装着可能であり、レンズアセンブリは、本発明の範囲または精神から逸脱せずにカラム参照を形成するために、ウェハ上に露光用放射光ビームを合焦するために使用されることは、さらに明らかであろう。

第１の実施形態のいくつかの追加の長所がある。１つの追加の長所は、測定ビームおよび参照ビームに対する経路が高度に対称的であることであり、測定ビームの経路の各区画に対して、測定物体ミラー１７０および４分の１波長位相遅延板１６８の位置により規定
された可変空気経路を除いて、参照ビームの経路の実質的に平行な対応区画があることを一般に意味している。さらに、測定ビームおよび参照ビームは、空気中にある参照ビーム１１４の経路の区画をガラスで置き換えることにより（図１ｂを参照）、測定物体ミラー１７０および４分の１波長位相遅延板１６８の位置により規定された可変空気経路のみを除いて、同じ量のガラスおよび空気を介して通過させられ得ている。この対称性は、熱的および機械的な高い安定性につながる。

他の追加の長所は、測定ビームおよび参照ビームが、各々、遡及反射器１７２の面を含む同じ平坦な面から、第１のビーム分割アセンブリの菱形プリズム１５４の面１５２および１５６、第２のビーム分割アセンブリのドーブ・プリズム１８２の面１６２および１８４、および、測定物体ミラー１７０および参照ミラー１７８を除き、等しい回数反射することである。これは、第１の実施形態の様々な反射面の平行性に対する要件を大幅に低減する。

他の追加の長所は、第１の実施形態が容易に製造される光学的構成部分を含むことである。遡及反射器１７２は中空でないか、中空のいずれかの一般のタイプのものとし得る。第１および第２のビーム分割アセンブリは、通常の直角プリズム、ドーブ・プリズム、および、菱形プリズムから製造可能である。ビーム操向要素１５８は、中空でなくとも中空でも、容易に製造可能な台形プリズムである。台形プリズムは特に等辺形プリズムの頂部を切り落とすことにより製造可能である。

他の追加の長所は、特に測定物体ミラー１７０へのビームの擬似複数通過に関して、擬似反射であるゴースト反射のための機会が非常に少ないことである。この特性は本発明的装置により測定された測定および参照ビームの相対位相における繰り返し誤差の発生のための可能性を低減し、繰り返し誤差は従来技術の平面ミラー干渉分光器には一般的である。

第１の実施形態の他の特徴は、ビーム操向要素１５８が、ビーム操向要素１５８の向きの変化のオーダであるか、または、それ未満である反射されたビームの楕円率の変化に影響を及ぼすことである。測定ビームと参照ビームの間の測定された相対位相差における繰り返し誤差に及ぼす影響は典型的に３次である。１つの影響の例は繰り返し誤差の初期値の大きさの１次、および、再選択された向きについてのビーム操向要素１５８の向きの変化における２次の影響である。

第１の実施形態の他の特徴は単純な位置合わせ手順である。検出器１８８内の相対角度検出器１８８の存在は、以下の如くに装置の位置合わせを簡略化する。４分の１波長位相遅延板１６８と測定物体ミラー１７０の間で測定ビームを遮断することにより、電気誤差信号１８８は進入ビーム１１０の位置合わせを示すようになり、全ての他の位置合わせが正しいことを想定する。（図示しない）追加の表示手段を介してこの信号を見ることは、進入ビーム１１０をどのようにして最善に位置合わせするかについての情報を提供する。

位置合わせの手順に対するさらなる改善として、第１および第２のビーム分割アセンブリの角度配向および／または位置の調整により、第１の実施形態の装置を自動的に位置合わせするために、第１および第２のビーム分割アセンブリに追加のサーボ制御および（図示しない）追加の向き／移動トランスデューサを設けることが可能である。位置合わせの手順に対するさらなる改善の別法として、参照ミラー１７８の角度配向の調整により、第１の実施形態の装置を自動的に位置合わせするために、参照ミラー１７８に追加のサーボ制御および（図示しない）追加の向きトランスデューサを設けることが可能である。

ビームが透過される第１の実施形態の要素の全ての面は、干渉分光器のために高い透過
効率を維持するために反射防止コーティングが施されている。
当業者には、最終的用途の応用例によっては、第１の実施形態が、本発明の範囲または精神のいずれからも逸脱せずに、回転の２つの直交する軸の代わりに、回転の１つの軸のみについて測定物体ミラーの向きの変化を補償するために実施可能であることが明らかであろう。

図２ａから２ｆは、物体の向きとは実質的に独立であり、かつ、物体の横方向の変位とも実質的に独立である物体の線形変位を測定するための本発明の第２の実施形態を概略の形で示しており、横方向の変位は線形変位に直交する。第２の実施形態は、２つの直交する軸についての物体の向きの変化に対して、動作の第１のモードで動作する実施形態の第１の分類およびその変形からのものである。第１の実施形態が、操向要素に関連した他の特定のステップにおける参照および測定ビームの身元の広がりを維持するためにビームの空間的分離を使用する場合に、第２の実施形態は、操向要素に関連する特定のステップにおけるビームの識別およびビーム経路の制御に対するビーム偏光符号化を使用する。

第２の実施形態は光ビーム２１０、ビーム操向要素２７０および向き／移動トランスデューサ２７１を含む光ビーム操向アセンブリ、第１、第２、第３、および、第４のビーム分割アセンブリＢＡＳ１、ＢＡＳ２、ＢＡＳ３、および、ＢＡＳ４、遡及反射器２９３、単一の反射面を含む測定物体ミラー２８４、および、単一の反射面を含む参照ビーム・ミラー２６５を含む。プリズム２５０、２５４、２５８、２６２、２６７、２６９、２７２、および、２９６、半波長位相遅延板２６０および２９４、および、４分の１波長位相遅延板２６８は第１のビーム分割アセンブリＢＡＳ１を含み、インターフェイス面２５２、２５６、２６６、および、２９８は偏光ビーム分割インターフェイスであり、面２６４および２７４は反射面である（図２ｂを参照）。プリズム２７６および２７７は第２のビーム分割アセンブリＢＡＳ２を含み、インターフェイス２８０は偏光ビーム分割アセンブリであり、面２７８は反射面である（図２ｅを参照）。プリズム２８６および２９２は第３のビーム分割アセンブリＢＡＳ３を含み、面２８８は偏光ビーム分割インターフェイスである（図２ｄを参照）。プリズム２５１および２５５は第４のビーム分割アセンブリＢＡＳ４を含み、インターフェイス２５３は非偏光ビーム分割インターフェイスである（図２ａを参照）。

第２の実施形態はヘテロダイン干渉分光器システムとしての使用のために適合されている。光ビーム２１０およびビーム２１０の光源の説明は第１の実施形態の光ビーム１１０およびビーム１１０の光源に対して与えられた対応する説明と同じである。

図２ｂに示すビーム２１０はＢＡＳ１に当たり、ビーム２１０の部分はビーム２１１としてインターフェイス２５２により反射され、ビーム２１１は測定ビーム２１３としてインターフェイス２５６により反射される。ビーム２１３は図２ｂの平面に直交に偏光される。ビーム２１０の第２の部分は図２ｂの平面において偏光された参照ビーム２１２としてインターフェイス２５２により透過される。

ビーム２１３は円偏光されたビームとして４分の１波長位相遅延板２６８により透過され、逆手円偏光を持つビームとしてビーム操向要素２７０により反射され、その後、図２ａの平面において線形偏光されたビーム２１５として４分の１波長位相遅延板２６８により透過される（図２ｂを参照）。ビーム操向要素２７０は単一の反射面を含む。ビーム２１５はＢＡＳ１のビーム２１７として偏光インターフェイス２５６により透過される。ビーム２１７は反射インターフェイス２７４により反射され、ビーム２１９としてＢＡＳ１を射出する。

ビーム２１９はＢＡＳ２に進入し（図２ｅを参照）、ビーム２２１として反射面２７８
により反射され、ビーム２２１はビーム２２３として偏光ビーム分割インターフェイス２８０により反射される。

図２ｅの平面に直交に偏光されているビーム２２３は円偏光されたビームとして４分の１波長位相遅延板２８２により透過され、逆手円偏光を持つビームとして測定物体ミラー２８４により反射され、その後、図２ｅの平面において線形偏光され、かつ、図２ａの平面に直交するビーム２２５として４分の１波長位相遅延板２８２により透過される。

ビーム２２５はＢＡＳ２に進入し、ビーム２２７として偏光ビーム分割インターフェイス２８０により透過される。ビーム２２７はＢＡＳ２から射出し、ＢＡＳ３に進入し（図２ｄを参照）、かつ、ビーム２２９として偏光ビーム分割インターフェイス２８８により反射される。図２ｄの平面に直交に偏光されているビーム２２９は円偏光されたビームとして４分の１波長位相遅延板２９０により透過され、逆手円偏光を持つビームとして操向ミラー２７０により反射され、その後、図２ｄの平面において線形偏光されたビーム２３１として４分の１波長位相遅延板２９０により透過される。ビーム２３１はビーム２３３として偏光ビーム分割インターフェイス２８８により透過される。

ビーム２３３は遡及反射器２９３に進入し（図２ｄを参照）、ビーム２３５として遡及反射される（図２ａを参照）。ビーム２３３および２３５は遡及反射器２９３にそれぞれ進入する、および、それから射出するビームとして図２ｆに示す。

図２ｂの平面において偏光された参照ビーム２１２はビーム２１４として半波長位相遅延板２６０により透過され、半波長位相遅延板２６０がそのように配向されているため、ビーム２１４は図２ｂの平面に直交に偏光される。ビーム２１４はビーム２１６として反射面２６４により反射され、ビーム２１６はビーム２１８として偏光ビーム分割インターフェイス２６６により反射される。図２ｂの平面に直交に偏光されているビーム２１８は円偏光を持つビームとして４分の１波長位相遅延板２６８により透過され、逆手円偏光を持つビームとして操向ミラー２７０により反射され、その後、図２ｂの平面において線形偏光されたビーム２２０として４分の１波長位相遅延板２６８により透過される。ビーム２２０はビーム２２２として偏光ビーム分割インターフェイス２６６により透過される。

ビーム２２２は遡及反射器２９３に進入し（図２ａを参照）、ビーム２２４として遡及反射される（図２ｄを参照）。図２ｆにおいて、ビーム２２２および２２４は遡及反射器２９３にそれぞれ進入する、および、それから射出するビームとして示す。ビーム２２４はＢＡＳ３に進入し、ビーム２２６として偏光ビーム分割インターフェイス２８８により透過される（図２ｄを参照）。図２ｄの平面において偏光されているビーム２２６は円偏光されたビームとして４分の１波長位相遅延板２９０により透過され、逆手円偏光を持つビームとして操向ミラー２７０により反射され、その後、図２ｄの平面に直交に線形偏光されたビーム２２８として４分の１波長位相遅延板２９０により透過される。ビーム２２８はビーム２３０として偏光ビーム分割インターフェイス２８８により反射される。

ビーム２３０はＢＡＳ２に進入し（図２ｄを参照）、ビーム２３２として偏光ビーム分割インターフェイス２８０により透過される。ビーム２２３および２３２の投影は図２ｅの平面において重なり合わされる。図２ｄの平面に直交に偏光されているビーム２３２は、円偏光されたビームとして４分の１波長位相遅延板２８２により透過され、逆手円偏光を持つビームとして参照ミラー２６５により反射され、かつ、その後、図２ｄの平面において線形偏光されたビーム２３４として４分の１波長位相遅延板２８２により透過される。

ビーム２３４はＢＡＳ２に進入し、偏光ビーム分割インターフェイス２８０により反射
され、その後、ビーム２３８として反射面２７８により反射される（図２ａを参照）。
図２ｂの平面において偏光されているビーム２３５はＢＡＳ１に進入し、ビーム２３７として半波長位相遅延板２９４により透過される。半波長位相遅延板２９４は、ビーム２３７が図２ｂの平面に直交に偏光されるように配向されている。ビーム２３７は出力ビーム２４０の１つの成分として偏光ビーム分割インターフェイス２９８により反射される。ビーム２３８は出力ビーム２４０の第２の成分として偏光ビーム分割インターフェイス２９８により透過される。

図２ａに示すように、ビーム２４０はＢＡＳ４に進入し、出力ビーム２４０の第１の部分は第１の出力ビーム２４１として非偏光ビーム分割インターフェイス２５３により透過される。第１の出力ビーム２４１は、検出器２５７に当たり、２つの直交する平面における出力ビーム２４１中の測定および参照ビーム成分の伝播の方向のいかなる差にも関連する電気信号２４４を生成する。

ビーム２４０の第２の部分は第２の出力ビーム２４２として非偏光ビーム分割インターフェイス２５３により反射される。ビーム２４２は混合光ビーム２４３を生成するために配向された偏光板２５９により透過される。ビーム２４３は、検出器２６１に当たり、混合ビーム２４３の測定および参照ビーム成分の位相の差に関連する電気信号２４５を生成する。電気信号２４５は、混合ビーム２４３の測定および参照ビーム成分の位相の差についての情報に対するその後の処理のために電子プロセッサおよびコンピュータ２６３に伝送される。

電気信号２４４は向き／移動トランスデューサ２７１に伝送される。信号２４４に含まれる情報は、物体ミラー２８４の向きの変化とは独立に、測定ビーム２３７の伝播の方向を実質的に一定に維持するように、向き／移動トランスデューサ２７１によりビーム操向ミラー２７０の向きを変更するためにサーボ・システムにおいて誤差信号として使用される。

第２の実施形態の残りの説明は、繰り返し誤差の生成に関しては除き、第１の実施形態の説明の対応部分と同じである。第１の実施形態に関した第２の実施形態における追加の位相遅延板は、出力ビームの参照ビーム成分と測定ビーム成分の間で測定された相対位相における繰り返し誤差の生成に対する可能な場合の数を増加させる。しかし、追加の位相遅延板の結果として第２の実施形態において生成された繰り返し誤差は従来技術の平面ミラー干渉分光器において存在する対応する繰り返し誤差よりも一般に実質的に少なく、主に、多くの従来技術平面ミラー干渉分光器における測定ビームによる測定物体ミラーへの二重通過との比較において、第２の実施形態における測定ビームによる測定物体ミラー２８４への１回のみの通過しかないための結果である。

図３ａから３ｆは、物体の向きとは実質的に独立であり、かつ、物体の横方向の変位とも実質的に独立である物体の線形変位を測定するための本発明の第３の実施形態を概略の形で示しており、横方向の変位は線形変位に直交する。第３の実施形態は、第１の軸についての物体の向きの変化に対して動作の第１のモードで、かつ、第１の軸および／または物体の横方向の変位に直交する第２の軸についての物体の向きの変化に対しては動作の第２のモードで動作する第１の分類の実施形態およびその変形からのものであり、横方向の変位は第２の軸および線形変位の双方に直交している。

第１および第３の実施形態の干渉分光器システムは物体の反射特性に関してを除き全体的に同様であり、第１の実施形態のための物体の反射特性は平面ミラーの特性であり、第３の実施形態のための物体の反射特性は屋根型プリズムの特性である。

第３の実施形態は光ビーム３１０、ビーム操向要素３６２および向き／移動トランスデューサ３６３を含む光ビーム操向アセンブリ、第１、第２、第３、および、第４のビーム分割アセンブリＢＡＳ１、ＢＡＳ２、ＢＡＳ３、および、ＢＡＳ４、遡及反射器３６８、測定物体屋根型プリズム３６６、および、参照ビーム・プリズム３６４を含む。菱形プリズム３５０およびプリズム３５４は第１のビーム分割アセンブリＢＡＳ１を含み、インターフェイス３５２は偏光ビーム分割インターフェイスであり、面３５６は反射面である（図３ｂを参照）。プリズム３５８および３７０は第２のビーム分割アセンブリＢＡＳ２を含み、インターフェイス３６０は反射インターフェイスである（図３ａを参照）。プリズム３７２および３７６は第３のビーム分割アセンブリＢＡＳ３を含み、インターフェイス３７４は反射面である（図３ｄを参照）。菱形プリズム３７８および３８４は第４のビーム分割アセンブリＢＡＳ４を含み、インターフェイス３８０は非偏光ビーム分割インターフェイスであり、面３８２および３８６は反射面である（図３ｅを参照）。

第３の実施形態はヘテロダイン干渉分光器としての使用に対して適合されている。光ビーム３１０およびビーム３１０の光源の説明は第１の実施形態の光ビーム１１０およびビーム１１０の光源に対して与えられた対応する説明と同様である。

図３ａに示すように、ビーム３１０はＢＡＳ１に当たり、ビーム３１０の部分は測定ビーム３１１としてインターフェイス３５２により反射され、面３５６により反射される。ビーム３１１は図３ａの平面に対して直交に偏光されている。ビーム３１０の第２の部分は、図３ａの平面において偏光された参照ビーム３１２としてインターフェイス３５２により透過される。

図３ｂに示すように、ビーム３１１はＢＡＳ２に当たり、測定ビーム３１３としてインターフェイス３６０により反射される。ビーム３１３は図３ｂの平面において偏光されている。

ビーム３１３はビーム操向要素３６２に進入し（図３ｂを参照）、ビーム３１３から横方向に変位され、かつ、ビーム３１３の伝播の方向とは名目上は逆の方向に伝播するビーム３１５としてビーム操向要素３６２から射出する（図３ｄを参照）。図３ｂの平面上のビーム３１３およびビーム３１５の投影は重なり合わされる。ビーム操向要素３６２において、ビーム３１３は連続で、例えば内部全反射により、面３６２Ａ、３６２Ｂ、および、３６２Ｃの各々により反射される（図３ｂおよび３ｄに示す干渉分光器の端面図を提示する図３ｃを参照）。ビーム操向要素３６２および向き／移動トランスデューサ３６３は、測定ビーム３１３を再度向けて送るビーム操向アセンブリを含む。向き／移動トランスデューサ３６３は、好ましくは、図３ｃの平面における向きの変化に対して、遡及反射器３６８のノード点についてビーム操向要素３６２の向きを変更し、遡及反射器３６８のノード点についてのビーム操向要素３６２の向きの変化は参照ビームにより経験される実質的に低減された横方向のシア効果を生成し、および／または、ビーム３１３の伝播の名目上の方向におけるビーム操向要素３６２の位置を変更する。ビーム操向要素３６２の向きは電子信号３４０により制御される。ビーム操向要素３６２の位置は電子信号３４４を介して電子プロセッサおよびコンピュータ３９４により制御される。

ビーム３１５はビーム３１７としてドーブ・プリズム３６４により透過される（図３ｄを参照）。ビーム３１７は図３ｄの平面において線形偏光されたビーム３１９として測定物体屋根型プリズム３６６により反射される。図３ｃの平面上のビーム３１７およびビーム３１９の投影は重なり合わされる。測定物体屋根型プリズム３６６は中空でないか、または、中空の構造のいずれかとし得る。ビーム３１９はビーム３２１としてドーブ・プリズム３６４により透過される。

ビーム３２１はビーム操向要素３６２に進入し（図３ｄを参照）、かつ、ビーム３２１の伝播の方向に対して名目上逆の方向に伝播するビーム３２３としてビーム操向要素３６２を射出する（図３ｂを参照）。ビーム３２３は遡及反射器３６８に進入し（図３ｂを参照）、ビーム３２５として遡及反射される。遡及反射器３６８およびドーブ・プリズム３６４の端面図は図３ｆに示す。ビーム３２５はＢＡＳ２に進入し、ビーム３２７としてインターフェイス３６０により反射される。

参照ビーム３１２はＢＡＳ３に進入し、ビーム３１４としてインターフェイス３７４により反射される（図３ｄを参照）。ビーム３１４はビーム操向要素３６２に進入し（図３ｄを参照）、ビーム３１４の伝播の方向に名目上逆の方向に伝播するビーム３１６としてビーム操向要素３６２を射出する（図３ｂおよび３ｄを参照）。図３ｂの平面上のビーム３１６およびビーム３１４の投影は重なり合わされる。図３ｃの平面上のビーム３１６およびビーム３１３の投影は重なり合わされる。ビーム３１６は遡及反射器３６８に進入し、ビーム３１８として遡及反射される（図３ｂを参照）。ビーム３１８はビーム操向要素３６２に進入し（図３ｂを参照）、ビーム３１８の伝播の方向に名目上逆の方向に伝播するビーム３２０としてビーム操向要素３６２を射出する（図３ｄを参照）。

測定ビーム３２３および３２５および参照ビーム３１６および３１８は同じ頂部ビーム平面内に横たわる（図３ｂを参照）。測定ビーム３１５および３２１および参照ビーム３１４および３２０は同じ底部ビーム平面内に横たわる（図３ｄを参照）。

ビーム３２０はドーブ・プリズム３６４に進入し、ビーム３２４として面３６４Ａおよび３６４Ｂにより反射される。ドーブ・プリズム３６４は、測定物体屋根型プリズム３６６がビーム３１７をビーム３１９として再度向けて送る際に機能する方法と同じ方法で、ビーム３２０をビーム３２４として再度向けて送る際に屋根型プリズムとして機能する。図３ｄの平面に直交に偏光されているビーム３２４はＢＡＳ３に進入し、ビーム３２６としてインターフェイス３７４により反射される。

ビーム３２７はＢＡＳ４に進入し（図３ｅを参照）、ビーム３２７の第１の部分は第１の出力ビーム３３０の１つの成分として非偏光ビーム分割インターフェイス３８０により反射される。ビーム３２６はＢＡＳ４に進入し、ビーム３２８として面３８６により反射される。ビーム３２８の第１の部分は第１の出力ビーム３３０の第２の成分としてビーム分割インターフェイス３８０により透過される。第１の出力ビーム３３０は出力ビーム３３２として面３８２により反射される。出力ビーム３３２は、検出器３９０に当たり、図３ｄの平面における、すなわち、図３ｅの平面に直交する出力ビーム３３２の測定ビーム成分のいかなる横方向シアにも関連する１つの成分、および、図３ｄの平面に直交する、すなわち、図３ｅの平面における出力ビーム３３２中の測定および参照ビーム成分の伝播の方向のいかなる差にも関連する第２の成分を持つ電気信号３４０を生成する。

ビーム３２７の第２の部分は出力ビーム３３４の１つの成分として非偏光ビーム分割インターフェイス３８０により透過される。ビーム３２８の第２の部分は第２の出力ビーム３３４の第２の成分として非偏光ビーム分割インターフェイス３８０により反射される。ビーム３３４は、検出器３９２に当たり、混合光学ビーム３３６を生成するために配向された偏光板３８８により透過される。ビーム３３６は、混合ビーム３３６の測定および参照ビーム成分の位相の差に関連する電気信号３４２を発生する。電気信号３４２は、混合ビーム３３６の測定および参照ビーム成分の位相の差についての情報に対するその後の処理のために電子プロセッサおよびコンピュータ３９４に伝送される。

電気信号３４０は向き／移動トランスデューサ３６３に伝送される。信号３４０に含まれる情報は、測定物体屋根型プリズム３６６の向きの変化とは独立に、図３ｂの平面にお
けるビーム３２７の横方向シアおよび図３ｂの平面に直交する平面における測定ビーム３２７の伝播の方向を実質的に一定に維持するように、向き／移動トランスデューサ３６３によりビーム操向要素３６２の向きを変更するためにサーボ・システムにおいて誤差信号として使用される。測定物体屋根型プリズム３６６へのビーム操向要素３６２による第１の再度向けて送る位置からの測定ビームの物理的経路長が、測定物体屋根型プリズム３６６からビーム操向要素３６２による第２の再度向けて送る位置への測定ビームの物理的経路長に等しいという条件下では、測定物体屋根型プリズム３６６の向きの変化がビーム操向ミラー３６２の向きの変化により補償されると、図３ｂの平面に直交するビーム３２７の横方向シアはない。物理的経路長に関するこの条件は、第３の実施形態条件として参照される。

第３の実施形態条件への応従は、測定物体屋根型プリズム３６６の向きの変化がビーム操向要素３６２の向きの変化により補償されると、ビーム操向要素３６２における測定ビーム３２３の横方向シアを排除する。しかし、測定物体屋根型プリズム３６６の向きの変化がビーム操向要素３６２の向きの変化により補償されると、参照ビーム３１６の横方向シアは導入される。参照ビーム３１６に横方向シアが導入されても、横方向シアの大きさは、物体ミラーの向きの変化のために、従来技術の平面ミラー干渉分光器の測定ビーム成分に導入された横方向シアに関連して大幅に低減され、低減の係数は、干渉分光器の測定レッグの物理的長さに対する参照レッグの物理的長さの比に比例する。

第３の実施形態の残りの説明は第１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。
本発明の第３の実施形態の第１の変形は、物体の向きと実質的に独立であり、かつ、物体の横方向変位とも実質的に独立である物体の線形変位の測定に対して説明され、横方向変位は線形変位に直交している。第３の実施形態の第１の変形は、２つの直交する軸についての物体の向きの変化、および／または、物体の横方向変位に対して動作の第２のモードにおいて動作する第１の分類の実施形態およびその変形からのものであり、横方向変位は線形変位に直交している。

第３の実施形態の第１の変形の干渉分光器システムおよび少なくとも１つのビーム操向アセンブリは、物体要素、特定の光学ビームの検出器、特定の光学ビームの検出器により生成された信号、および、個別のサーボ・システムを除き、第３の実施形態の干渉分光器システムおよび少なくとも１つのビーム操向アセンブリと同じ要素を含む。

第３の実施形態の測定物体要素である屋根型プリズム３６６は、第３の実施形態の第１の変形において、（図示しない）測定物体遡及反射器３６６Ａにより置き換えられている。その結果、出力ビーム３３２Ａの参照および測定ビーム成分の伝播の相対方向であって、第３の実施形態の第１の変形の出力ビームは第３の実施形態の出力ビーム３３２に対応する方向は、第３の実施形態の第１の変形のビーム操向要素３６２の向きの変化とは実質的に独立している。しかし、線形変位の方向に直行する平面における測定物体遡及反射器３６６Ａの横方向移動、および／または、測定物体遡及反射器３６６Ａの向きの変化は、出力ビーム３３２Ａの測定ビーム成分の横方向変位を発生する。

第３の実施形態の検出器３９０に対応する第３の実施形態の第１の変形の検出器３９０Ａは、２つの直交する方向における出力ビーム３３２Ａの測定ビーム成分の横方向変位またはシアを検出し、電気信号３４０Ａを発生し、電気信号は第３の実施形態の電気信号３４０に対応する。

電気信号３４０Ａは第３の実施形態の第１の変形の向き／移動トランスデューサ３６３に伝送される。信号３４０Ａに含まれる情報は、線形変位の方向に直行する平面における
測定物体遡及反射器３６６Ａの横方向移動とは実質的に独立に、および／または、２つの直交する軸についての測定物体遡及反射器３６６Ａの向きの変化とも実質的に独立に、出力ビーム３３２Ａの測定ビーム成分の横方向の位置を一定に維持するように、向き／移動トランスデューサ３６３によりビーム操向要素３６２の向きを変更するためにサーボ・システムにおいて誤差信号として使用される。

第３の実施形態の第１の変形の残りの説明は、第３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。
図４ａから４ｆは、物体の向きとは実質的に独立であり、かつ、物体の横方向変位とも実質的に独立である物体の線形変位を測定するための本発明の第４の実施形態を概略した形で示し、横方向変位は線形変位に直交している。第４の実施形態は、第１の軸についての物体の向きの変化に対する動作の第１のモードで、かつ、第１の軸に直交する第２の軸についての物体の向きの変化および／または物体の横方向変位に対して動作の第２のモードで動作する第１の分類の実施形態およびその変形からのものであり、横方向の変位は第２の軸および線形変位の双方に直交している。

第３および第４の実施形態の干渉分光システムは、測定ビームが物体に対して行なう通過の数および参照ミラーに対して参照ビームにより行なわれる通過の関連数に関してを除き、全般に同様であり、第３の実施形態において対応する測定（参照）ビームが伝播の１つの方向のみにおいて特定の区画を通過する場合に、第４の実施形態の測定（参照）ビームは伝播の２つの相反する方向において測定（参照）経路のその特定の区画を横切る。第４の実施形態の複数通過構成における入力測定（参照）ビーム成分からの出力測定（参照）ビーム成分の効率的な分離は、偏光符号化および偏光ビーム分割の使用により達成される。

第３および第４の実施形態の多くの要素は同様の機能を実行し、これらの要素は数字番号付け方式により示され、第４の実施形態に対して同様の機能を実行する要素の数字番号は、１００ずつだけ増加された第３の実施形態の対応する要素の数字番号と等しい。参照および測定ビーム経路の特定の区画はこの数字番号付け方式により示され、第３の実施形態の対応する経路区画と同じ記述を有する第４の実施形態の参照または測定経路の特定の区画の数字番号は、１００ずつだけ増加された第３の実施形態の対応する経路区画の数字番号と等しい。

第４の実施形態に対する測定（参照）ビーム経路の特定の区画に対して、伝播の戻る方向で特定の区画を横切る測定（参照）ビームがあり、伝播の戻らない、または、前に向かう方向は測定物体屋根型プリズム４６６（参照ビーム・ドーブ・プリズム４６４）への第１の通過と関連し、伝播の戻る方向は測定物体屋根型プリズム４６６（参照ビーム・ドーブ・プリズム４６４）への第２の通過と関連する。戻る方向で特定の区画を横切る追加の測定（参照）ビームの説明は、他の点では、第３の実施形態に対する伝播の戻らない方向で横切る測定（参照）ビームに関連して与えられた説明の対応する部分と同様であり、戻る方向で横切る測定（参照）ビームの英数字番号は接尾文字Ｒが付加された戻らない方向で横切る測定（参照）ビームの数字番号と等しい。

第４の実施形態は光ビーム４１０、ビーム操向要素４６２および向き／移動トランスデューサ４６３を含む光ビーム操向アセンブリ、第１、第２、第３、および、第４のビーム分割アセンブリ、遡及反射器４６８、屋根型プリズムを含む測定物体要素４６６、ドーブ・プリズムを含む参照ビーム要素４６４、ミラー４６１、および、４分の１波長位相遅延板４５７を含む。菱形プリズム４５０およびプリズム４５４は第１のビーム分割アセンブリＢＡＳ１を含み、インターフェイス４５２は偏光ビーム分割インターフェイスであり、面４５６は反射面である（図４ａを参照）。プリズム４５８および４７０（図４ｂを参照
）は第２のビーム分割アセンブリＢＡＳ２を含み、インターフェイス４６０は反射インターフェイスである。プリズム４７２および４７６（図４ｄを参照）は第３のビーム分割アセンブリＢＡＳ３を含み、インターフェイス４７４は反射インターフェイスである。プリズム４５１、４５３、および、４６５、および、菱形プリズム４６７は、第４のビーム分割アセンブリＢＡＳ４を含み（図４ｅを参照）、インターフェイス４５５は、非偏光ビーム分割インターフェイスであり、インターフェイス４６９は偏光ビーム分割インターフェイスであり、かつ、面４７１は反射面である。

測定ビーム４２７および参照ビーム４２６の発生の説明は、第３の実施形態の測定ビーム３２７および参照ビーム３２６の発生の対応する説明に対して与えられた説明と同様である。図４ｅに示すように、ビーム４２７は第４のビーム分割アセンブリに進入し、ビーム４２７の第１の部分は図４ｅの平面に直行に偏光された測定ビーム成分４０１として非偏光ビーム分割インターフェイス４５５により透過される。ビーム４２７の第２の部分は図４ｅの平面に直行に偏光された測定ビーム成分４０３として非偏光ビーム分割インターフェイス４５５により反射される。ビーム４２６はＢＡＳ４に進入し、ビーム４２６の第１の部分は図４ｅの平面において偏光された参照ビーム成分４００として非偏光ビーム分割インターフェイス４５５により透過される。ビーム４２６の第２の部分は図４ｅの平面において偏光された測定ビーム成分４０２として非偏光ビーム分割インターフェイス４５５により反射される。

ビーム４０１は第１の出力ビーム４０６の１つの成分として偏光ビーム分割インターフェイス４６９により反射される。ビーム４０２は反射表面４０４によって反射され、ビーム４０４は第１の出力ビーム４０６の第２の成分として偏光ビーム分割インターフェイス４６９により透過される。第１の出力ビーム４０６は、検出器４９６に当たり、図４ｄの平面内にあり、かつ、ビーム４１７の伝播の方向に名目上直行する測定物体屋根型プリズム４６６の変位、および／または、図４ｄの平面に垂直な軸についての測定物体屋根型プリズム４６６の向きの変化により生成された出力ビーム４０６の測定ビーム成分のいかなる横方向シアにも関連した第１の成分、および、図４ｄの平面内にあり、かつ、ビーム４１７の伝播の方向に名目上直行する軸についての測定物体屋根型プリズム４６６の向きの変化により生成された出力ビーム４０６中の測定および参照ビーム成分の伝播の方向のいかなる差にも関連した第２の成分を持つ電気信号を生成する。

図４ｅにおいて、図４ｄの平面に直交に偏光されているビーム４０３は円偏光されたビームとして４分の１波長位相遅延板４５７により透過され、逆手円偏光を持つビームとしてミラー４６１により反射され、かつ、その後、図４ｅの平面に直交に偏光されたビーム４０５として位相遅延板４５７により透過される。ビーム４０５はＢＡＳ４に進入し、ビーム４０５の部分はビーム４２７Ｒとして非偏光ビーム分割インターフェイス４５５により反射される。ビーム４２７Ｒはビーム４２７の偏光に直交の偏光を有する。

図４ｅの平面において偏光されているビーム４０２は、円偏光ビームとして４分の１波長位相遅延板４５７により透過され、逆手円偏光を持つビームとしてミラー４６１により反射され、図４ｅの平面に直交に偏光されたビーム４０８として位相遅延板４５７により実質的に透過される。ビーム４０８はＢＡＳ４に進入し、ビーム４０８の部分はビーム４２６Ｒとして非偏光ビーム分割インターフェイス４５５により反射される。ビーム４２６Ｒはビーム４２６の偏光に直交する偏光を有する。

ビーム４２７Ｒはビーム４２７と実質的に同じ長さに延長し、かつ、ビーム４２７Ｒはビーム４２７の方向に実質的に逆の伝播の方向を有する。その結果、ビーム４２７Ｒはビーム４１１Ｒを発生するために、ビーム４２７の発生につながる通過である干渉分光器の部分を介して通過を実質的に追跡する。干渉分光器の部分を介した追跡は、特に測定物体
屋根型プリズム４６６への通過を含む。ビーム４１１Ｒはビーム４１１と実質的に同じ長さにわたって延長し、かつ、ビーム４１１Ｒはビーム４１１の伝播の方向と実質的に逆の伝播の方向を有する。

ビーム４２６Ｒはビーム４２６と実質的に同じ長さにわたって延長し、かつ、ビーム４２６Ｒはビーム４２６の伝播の方向と実質的に逆の伝播の方向を有する。その結果、ビーム４２６Ｒはビーム４１２Ｒを発生するために、ビーム４２６の発生につながる通過である干渉分光器の部分を介して通過を実質的に追跡する。干渉分光器の部分を介した追跡は、参照ドーブ・プリズム４６４への通過を含む。ビーム４１２Ｒはビーム４１２と実質的に同じ長さにわたって延長し、かつ、ビーム４１２Ｒはビーム４１２の伝播の方向と実質的に逆の伝播の方向を有する。

図４ａに示すように、図４ａの平面において偏光されているビーム４１１Ｒは第１のビーム分割アセンブリに進入し、反射面４５６により反射され、第２の出力ビーム４４６の第１の成分として偏光ビーム分割インターフェイス４５２により透過される。図４ａの平面に直交に偏光されているビーム４１２Ｒは第１のビーム分割アセンブリに進入し、第２の出力ビーム４４６の第２の成分として偏光ビーム分割インターフェイス４５２により反射される。

ビーム４４６は混合光学ビーム４４８を生成するために配向されている偏光板４９７により透過される。ビーム４４８は、検出器４９８に当たり、混合ビーム４４８の測定と参照のビーム成分の位相の差に関連した電気信号４４３を発生する。電気信号４４３は混合ビーム４４８の測定と参照のビーム成分の位相の差についての情報に対するその後の処理のために電子プロセッサおよびコンピュータ４９９に伝送される。

第４の実施形態の重要な特徴は、従来技術の干渉分光器の場合の単一通過において垂直に横切られた同じ光学的経路にわたる測定物体屋根型プリズム４６６への二重通過の発生である。

第４の実施形態の残りの説明は第３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。
第４の実施形態の第１の変形が説明され、この変形において、ビーム操向要素４６２を制御するために使用されるサーボ・システムで使用される電気信号の発生は第４の実施形態において使用される電気信号の発生とは異なっている。第４の実施形態の第１の変形において、検出器４９６は、図４ｄの平面内にあり、かつ、ビーム４１７の伝播の方向に名目上直行する測定物体屋根型プリズム４６６の変位、および／または、図４ｄの平面に垂直な軸についての測定物体屋根型プリズム４６６の向きの変化により生成された出力ビーム４０６の測定ビーム成分のいかなる横方向シアにも関連した電気信号の第１の成分のみを発生し、（図示しない）第３の検出器４９８Ａは、図４ｄの平面内にあり、かつ、ビーム４１７の伝播の方向に名目上直行する軸についての測定物体屋根型プリズム４６６の向きの変化により生成された出力ビーム４０６中の測定と参照のビーム成分の伝播の方向のいかなる差にも関連した第２の成分の機能を役立つための電気信号４４１Ａを発生するために追加されている。

第３の検出器４９８Ａは、ビーム４４６の経路に挿入された非偏光ビーム・スプリッタにより反射された第２の出力ビーム４４６の第１の部分を検出し、第２の出力ビーム４４６の第２の部分は挿入されたビーム・スプリッタにより透過され、混合ビームを生成するように配向された偏光板４９７により透過され、かつ、検出器４９９により検出される。

第４の実施形態の第１の変形の長所は、図４ｄの平面にあり、かつ、ビーム４１７の伝
播の方向に名目上直行する軸についての物体屋根型プリズム４６６の向きの変化により生成された出力ビーム４０６中の測定と参照のビーム成分の伝播の方向における差の２倍である、出力ビーム４４６の測定と参照のビーム成分の伝播の方向における差を、第２の出力ビーム４４６の第１の部分が有することである。加えて、第２の出力ビーム４４６の第１の部分の測定および参照ビーム成分は、図４ｄの平面にあり、かつ、ビーム４１７の伝播の方向に名目上直行する物体屋根型プリズム４６６の変位、および／または、図４ｄの平面に垂直な軸についての測定物体屋根型プリズム４６６の向きの変化によって生成された横方向シアを実質的に有さない。

本発明の第４の実施形態の第２の変形は、物体の向きとは実質的に独立であり、かつ、物体の横方向変位とも実質的に独立である物体の線形変位の測定に対して説明され、横方向変位は線形変位に直交している。第４の実施形態の第２の変形は、２つの直交する軸についての物体の向きの変化、および／または、物体の横方向変位に対して動作の第２のモードで動作する第１の分類の実施形態およびその変形からのものであり、横方向変位は線形変位に直交している。

第４の実施形態の第２の変形の干渉分光器システムおよび少なくとも１つのビーム操向アセンブリは、物体要素、特定の光学ビームの検出器、特定の光学ビームの検出器により生成される信号、および、個別のサーボ・システムを除き第４の実施形態の干渉分光器システムおよび少なくとも１つのビーム操向アセンブリと同じ要素を含む。

第４の測定物体要素である測定物体屋根型プリズム４６６は第４の実施形態の第２の変形において（図示しない）測定物体遡及反射器４６６Ｂにより置き換えられている。その結果、第４の実施形態の出力ビーム４０１に対応する第４の実施形態の第２の変形の出力ビームである出力ビーム４０１Ｂの参照および測定ビーム成分の伝播の相対方向は、第４の実施形態の第２の変形のビーム操向要素４６２の向きの変化とは実質的に独立である。しかし、線形変位の方向に直行する平面における測定物体遡及反射器４６６Ｂの横方向移動は出力ビーム４０１Ｂの測定ビーム成分の横方向変位を発生する。

第４の実施形態の検出器４９６に対応する第４の実施形態の第２の変形の検出器４９６Ｂは、２つの直交する方向における出力ビーム４０１Ｂの測定ビーム成分の横方向変位またはシアを検出し、第４の実施形態の電気信号４４１に対応する電気信号である電気信号４４１Ｂを発生する。電気信号４４１Ｂは２つの成分を含み、１つの成分は、図４ｄの平面にあり、かつ、ビーム４１７の伝播の方向に名目上直行する測定物体遡及反射器４６６Ｂの変位、および／または、図４ｄの平面に垂直な軸についての測定物体遡及反射器４６６Ｂの向きの変化により生成された出力ビーム４０６の測定ビーム成分のいかなる横方向シアにも関連し、かつ、第２の成分は、図４ｄの平面に垂直であり、かつ、ビーム４１７の伝播の方向に名目上直行する測定物体遡及反射器４６６Ｂの変位、および／または、図４ｄの平面に平行な軸についての測定物体遡及反射器４６６Ｂの向きの変化によって生成された出力ビーム４０６の測定ビーム成分のいかなる横方向シアにも関連する。

電気信号４４１Ｂは第４の実施形態の第２の変形の向き／移動トランスデューサ４６３に伝送される。信号４４１Ｂに含まれる情報は、線形変位の方向に直行する平面における測定物体遡及反射器４６６Ｂの横方向移動とは実質的に独立に、および／または、２つの直交する軸についての測定物体遡及反射器４６６Ｂの向きの変化とは実質的に独立に、出力ビーム４０１Ｂの測定ビーム成分の横方向位置を実質的に一定に維持するように、向き／移動トランスデューサ４６３によりビーム操向要素４６２の向きを変更するためにサーボ・システムにおいて誤差信号として使用される。

第４の実施形態の第２の変形の残りの説明は第４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。
図５は、物体の向きとは実質的に独立であり、かつ、物体の横方向の変位とも実質的に独立である物体の線形変位を測定するための本発明の第５の実施形態を概略の形で示しており、横方向の変位は線形変位に直交する。第５の実施形態は、２つの直交する軸についての物体の向きの変化に対して動作の第１のモードで動作する本発明の第１の分類の実施形態およびその変形からのものである。

実施形態は、ビーム分割および再結合光学系５３０、向き／移動トランスデューサ５４２に装着されたビーム操向ミラー５４０、相対ビーム角度センサアセンブリ５５０、参照ミラー５３６、２つ遡及反射器５３１および５３３、光検出器５３４、２つの４分の１波長遅延板５３８および５３９、および、測定物体ミラー５９０を主に含む。遡及反射器５３１および５３３は、いずれかの１つを介して中央を通過するビームが遡及反射されないように頂部を切り落としてある。

第５の実施形態はヘテロダイン干渉分光器システムとの使用のために適合されている。ビーム５１０の光源およびビーム５１０の説明は第１の実施形態に対して与えられたビーム１１０の光源およびビーム１１０の説明と同様である。進入ビーム５１０はビーム分割および再結合光学系５３０の偏光ビーム・スプリッタ面５７０上に当たる。偏光ビーム・スプリッタ面５７０は進入ビーム５１０の直交に偏光された成分を測定ビーム５１２と参照ビーム５２０に分離する。測定ビーム５１２は図５の平面に垂直な線形偏光を当初有している。参照ビーム５２０は図５の平面における線形偏光を当初有している。偏光ビーム・スプリッタ面５７０は図５の平面に直交に偏光されている光を反射し、図５の平面において偏光されている光を透過する。

測定ビーム５１２は、遡及反射器５３１からの反射の後、偏光ビーム・スプリッタ面５７０からの第１の反射が方向を逆転させた後、図５において左から右に当初進行する。現在右から左に進行中の測定ビーム５１２は、偏光ビーム・スプリッタ面５７０から２回反射し、その後、上方に進行する。測定ビーム５１２は調整可能ミラー５４０から第１回目に反射し、遡及反射器５３３を第１回目に通過し、続いて、４分の１波長位相遅延板５３９を第１回目に通過する。４分の１波長位相遅延板５３９は図５の平面に直交な初期線形偏光で測定ビーム５１２を円偏光に変換し、現在図中では５１４で示される。続いて、測定ビーム５１４は測定物体ミラー５９０からの反射の後、方向を逆転し、４分の１波長位相遅延板５３９を第２回目に通過し、図５の平面における線形偏光への正味の変化をもたらす。測定ビーム５１４は遡及反射器５３３の中央を第２回目に通過し、続いて、調整可能ミラー５４０から第２回目に反射し、下方に進行する。測定ビーム５１４は偏光ビーム・スプリッタ面５７０を第１回目に通過し、ビーム分割および再結合光学系５３０の反射性背面５７１から１回反射する。続いて、測定ビーム５１４は偏光ビーム・スプリッタ面５７０を通過し、図５の平面において偏光された射出ビーム５１６の成分として左から右に進行を続ける。

偏光ビーム・スプリッタ面５７０を第１回目に通過した後、下方に当初進行する参照ビーム５２０は、ビーム分割および再結合光学系５３０の反射性背面５７１から１回反射する。左から右に現在進行中の参照ビーム５２０は偏光ビーム・スプリッタ面５７０を第２回目に通過し、遡及反射器５３１を第１回目に中央を通過し、続いて、４分の１波長位相遅延板５３８を第１回目に通過する。４分の１波長位相遅延板５３８は図５の平面において偏光されている参照ビーム５２０の偏光を、５２２で現在示す円偏光されたビームに返還する。続いて、参照ビーム５２２は参照ミラー５３６から反射した後に方向を逆転し、４分の１波長遅延板５３８を第２回目に通過し、図５の平面に直交な線形偏光への正味の変化をもたらす。現在右から左に進行中の参照ビーム５２２は遡及反射器５３１の中央を第２回目に通過し、続いて、偏光ビーム・スプリッタ面５７０から第１回目に反射し、上
方に進行する。参照ビーム５２２は調整可能ミラー５４０から第１回目に反射し、左から右に進行し、続いて、遡及反射器５３３からの反射の後に方向を逆転する。続いて、参照ビーム５２２は調整可能ミラー５４０から第２回目に反射し、下方に進行し、偏光ビーム・スプリッタ面５７０から第２回目に反射し、図５の平面に直交に偏光された射出ビーム５１６の成分として左から右に進行を続ける。

射出ビーム５１６はそれぞれ測定ビーム５１４と参照ビーム５２２に対応する直交に偏光された成分を含む。射出ビーム５１６は、光検出器５３４上へピック・オフ・ミラー５５９および混合偏光板５３２を通過する。図５の平面に関して約４５°に配向された混合偏光板５３２は、射出ビーム５１６の直交に偏光された成分を単一の線形偏光成分を含む混合ビームに結合する。光検出器５３４は、（図５には示さない）信号処理システムに伝送されている信号５８０を使用して、例えば光電検出により、混合ビームを電子干渉信号に変換する。電子干渉信号５８０は、測定ミラー５９０と参照ミラー５３６の相対的な動きにより導入されたいかなるドプラ・シフトにもよりずらされた進入ビーム５１０の直交成分間の光学的周波数の差と同じ周波数を有する。電子干渉信号５８０の位相は測定ビーム５１４と参照ビーム５２２の光路間の差に従って変化する。したがって、電子干渉信号５８０は、光学的干渉現象を使用して、参照ミラー５３６に関して測定物体ミラー５９０の変位を監視する手段を提供する。

同時に、射出ビーム５１６からのサンプル・ビーム５１８はピック・オフ・ミラー５５９から反射し、相対ビーム角度センサアセンブリ５５０内に進行する。相対ビーム角度センサアセンブリ５５０内には、サンプル・ビーム５１８から測定ビーム成分を選択する偏光板５５８がある。続いて、ビーム５１９は、レンズ５５６を介して、ビーム５１９の測定ビーム成分の角度配向を決定するための四連セル検出器、高速ＣＣＤカメラ、もしくは、横効果フォトダイオード、または、同様の手段などの検出器５５４に進行する。検出器５５４からの情報は電気誤差信号５９１としてサーボ制御器５５２へ通過する。

サーボ制御器５５２は電子駆動信号５９２を向き／移動トランスデューサ５４２に送り、トランスデューサ５４２は、ビーム分割および再結合光学系５３０を射出する際の測定ビーム５１４の検出された角度の変化に応答してビーム操向ミラー５４０の角度配向を修正する。向き／移動トランスデューサ５４２は、参照遡及反射器５３３のノード点についてのビーム操向ミラー５４２の向きの変化である、好ましくは遡及反射器５３３のノード点についてのビーム操向ミラー５４０の向きを、信号５９２に応答して変化させ、参照ビームにより経験される実質的に低減された横方向シアを生成する。通常の動作において、電子サーボ制御器５５２は、ビーム分割および再結合光学系５３０を射出する際の測定ビーム５１４の角度を、ビーム分割および再結合光学系５３０を射出する際の参照ビーム５２２の角度に関して何らかの固定された値に維持する。よりしばしば、電子干渉信号５８０の強度を最大化し、かつ、ビーム・シアに帰せられる誤差を最小に抑えるように、ビーム分割および再結合光学系５３０を射出する際の参照ビーム５２２と測定ビーム５１４の間の角度の差を最小に抑えることが望ましい。

相対ビーム角度センサアセンブリ５５０、ビーム操向ミラー５４０、および、向き／移動トランスデューサ５４２の結合された行動は、測定物体ミラー５９０の向きの変化を補償することである。本実施形態において、この補償は測定物体ミラー５９０の測定された線形変位を乱さずに典型的に達成される。したがって、測定ビーム５１４と参照ビーム５２２の光路差はビーム操向ミラー５４０の角度または位置の変化とは実質的に独立である。

第５の実施形態のいくつかの長所がある。第１に、測定ビーム５１４および参照ビーム５２２に対する経路は高度に対称的であり、測定物体ミラー５９０の変位により規定され
た可変空気経路のみを除いて、同じ量のガラスおよび空気を介して通過していることを意味している。測定ビーム５１４および参照ビーム５２２は、電子干渉信号５８０の測定された位相において繰り返し誤差を発生する測定ビームおよび参照ビームの互いによる汚染を最小に抑えるためにこれらのビームが空間的に分離されてはいるが、実質的に平行な経路も有する。この対称性は熱的および機械的な高い安定性につながる。

第２に、測定ビーム５１４および参照ビーム５２２が、各々、等しい回数だけ同じ平坦面、特にビーム分割および再結合光学系５３０の反射性背面５７１および偏光ビーム・スプリッタ面５７０から反射する、このことは、ビーム分割および再結合光学系５３０の２つの面の平行性に対する要件を大幅に低減する。

第３に、実施形態は容易に製造される光学的構成部分を含む。遡及反射器は、頂部底が下方にされ、平坦に研磨された、中空でないか、または、中空のいずれかの一般のタイプのものとし得る。ビーム分割および再結合光学系５３０は、背面５７１を反射性にするための平坦かつ研磨された１つのエッジ底を備えた通常の立方体ビーム・スプリッタとし得る。ピック・オフ・ミラー５５９はコーティングされていないガラスの小片とし得、この場合、図５の平面に直交に偏光された射出ビーム５１６の成分に都合良く配向されている。

第４に、特に測定物体ミラー５９０への擬似複数通過に関して、擬似反射としても知られているゴースト反射のための機会が非常に少ない。この特性は、従来技術の平面ミラー干渉分光器の大多数に共通である繰り返し誤差の可能性を低減する。

第５の実施形態の残りの説明は、ビーム操向ミラー５４０の面に名目上直行する方向におけるビーム操向ミラー５３０の移動により、測定および参照ビームに導入された横方向シアに関してを除き、第１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じである。

図６ａおよび６ｂは、物体の向きとは実質的に独立であり、かつ、物体の横方向の変位とも実質的に独立である物体の線形変位を測定するための本発明の第６の実施形態を概略の形で示しており、横方向の変位は線形変位に直交する。第６の実施形態は、２つの直交する軸について動作の第１のモードで動作する本発明の第２の分類の実施形態およびその変形からのものである。

図６ａに示す光ビーム６１０および光ビーム６１０の光源の説明は第１の実施形態に対して与えられた光ビーム１１０および光ビーム１１０の光源の説明と同様である。図６ａに示すように、ビーム６１０はビーム・スプリッタ６５０、例えば偏光型のビーム・スプリッタ上に当たる。ビーム６１０の部分は図６ａの平面において偏光された測定ビーム６１１として通過され、ビーム６１０の第２の部分は図６ａの平面に直交に偏光された参照ビーム６１２として反射される。

図６ａにおいて、ビーム６１１はビーム６１３としてビーム操向ミラー６５２の第１の面により反射される。ビーム操向ミラー６５２および配向トランスデューサ６５３Ａおよび６５３Ｂは測定ビーム６１３を再度向けて送るビーム操向アセンブリを含む。ビーム６１３はミラー６５４により反射され、ビーム６１５としてミラーアセンブリ６５６に進入する。図６ｂに示すように、ミラーアセンブリ６５６は３つのミラー６５６Ａ、６５６Ｂ、および、６５６Ｃを含む。図６ｂの平面は図６ａの平面に直交している。ビーム６１５はミラー６５６Ａ、６５６Ｂ，および、６５６Ｃの各々により反射され、ビーム６２１としてミラーアセンブリ６５６を射出する。ミラーアセンブリ６５６は図６ａの平面にあり、かつ、ビーム６１５の伝播の方向に直交する軸についての画像反転器である。しかし、
ミラーアセンブリ６５６の主機能は図６ｂの平面におけるビーム６１５の伝播の方向の変化を図６ｂの平面におけるビーム６２１の伝播の逆の方向の変化に変換すること、および、図６ａの平面におけるビーム６１５の方向の変化を図６ａの平面におけるビーム６２１の伝播の方向の同じ変化に移動することである。

図６ａの平面において偏光されているビーム６２１はビーム６２３として偏光ビーム・スプリッタ６５８により透過される。図６ａの平面において偏光されているビーム６２３は円偏光されたビームとして４分の１波長位相遅延板６６０により透過され、逆手円偏光を持つビームとして測定物体ミラー６６２により反射され、かつ、その後、図６ａの平面に垂直に線形偏光されたビーム６２７として４分の１波長位相遅延板６６０により透過される。ビーム６２７はビーム６２９としてビーム・スプリッタ６５８により反射される。

ビーム６２９はビーム６３１を形成するためにミラー６６４Ａおよび６６４Ｂにより反射される。ミラー６６４Ａおよび６６４Ｂは図６ａの平面におけるビーム６２９と６３１の間の一定の離別を共働して五角形プリズムと同様に生成する。ビーム６３１はビーム６３３としてビーム操向ミラー６５２の第２の面から反射される。測定ビーム・ミラー６６２の向きの変化はビーム操向ミラー６５２におけるビーム６３３の伝播の方向の変化および横方向シアに影響を及ぼす。ビーム６３３に対する影響の双方を補償することは、画像反転器６５６、ビーム・スプリッタ６５８、ミラー６６４Ａおよび６６４Ｂを含む一定別離ミラーアセンブリ、および、ビーム操向ミラー６５２からの第１と第２の反射の間の測定ビームの経路に位置された測定物体ミラー６６２と一緒に、ビーム操向ミラー６５２の向きの適切な変化により可能である。

ビーム６３３はビーム６３５としてミラー６６６により反射される。ビーム６３５は図６ａの平面に垂直に偏光されている。
参照ビーム６１２は円偏光ビームとして４分の１波長位相遅延板６６８Ａにより透過され、遡及反射器６７０により反射され、かつ、図６ａの平面において線形偏光されたビーム６１６として４分の１波長位相遅延板６６８Ｂにより透過される。

ビーム６３５の部分は、出力ビーム６３６の１つの成分として偏光ビーム・スプリッタ６７２により反射される。ビーム６１６の部分は出力ビーム６３６の第２の成分として偏光ビーム・スプリッタ６７２により透過される。

出力ビーム６３６の部分はビーム６３８として非偏光ビーム・スプリッタ６７４により反射される。ビーム６３８は、検出器６７６に当たり、ビーム６３８中の測定と参照ビーム成分の伝播の方向のいかなる差にも関連する電気信号６４４を生成する。

出力ビーム６３６の第２の部分はビーム６４０として非偏光ビーム・スプリッタ６７４により透過される。ビーム６４０は混合光学ビーム６４２を生成するために配向されている偏光板６７８により透過される。ビーム６４２は、検出器６８０上に当たり、混合ビーム６４２の測定と参照ビーム成分の位相の差に関連する電気信号６４６を発生する。電気信号６４６は、混合ビーム６４２の測定および参照ビーム成分の位相の差についての情報に対するその後の処理のために電子プロセッサおよびコンピュータ６８２に伝送される。

電気信号６４４は向きトランスデューサ６５３Ａおよび６５３Ｂへ透過される。信号６４４に含まれる情報は、測定物体ミラー６６２の向きの変化とは独立に、ビーム６３３の伝播の方向を実質的に一定に維持するように、向きトランスデューサ６５３Ａおよび６５３Ｂによりビーム操向ミラー６５２の向きを変更するためにサーボ・システムにおいて誤差信号として使用される。向きトランスデューサ６５３Ａおよび６５３Ｂは、信号６４４に応答して、好ましくは参照遡及反射器１５３２の点についてビーム操向ミラー６５２の
向きを変化させ、参照遡及反射器１５３２のノード点についてのビーム操向ミラー１５２２の向きの変化は参照ビームにより経験される実質的に低減された横方向のシア効果を生成する。その結果、射出ビーム、および、ビーム操向ミラー６５２の第１の面から測定物体ミラー６６２への測定ビームの部率低経路長が、測定物体ミラー６６２からビーム操向ミラー６５２の第２の面への測定ビームの物理的経路長と等しいという条件下では、測定物体ミラー６６２の向きの変化がビーム操向ミラー６５２の向きの変化により補償されると、ビーム操向ミラー６５２においてビーム６３３の横方向シアはない。この条件は第６の実施形態条件として参照される。

第６の実施形態条件下では、ビーム操向ミラー６５２の面平面に平行かつその中央にある平面上へのビーム操向ミラー６５２の面における測定ビーム６１１および６３３の投影は重なり合ったまま維持可能であり、信号６４４に応じた向きトランスデューサ６５３Ａおよび６５３Ｂによるビーム操向ミラー６５２の向きの変化は、ビーム操向ミラー６５２の面平面に平行かつその中央にある平面上へのビーム操向ミラー６５２の面における測定ビーム６１１および６３３の投影の中央についてのものである。

第６の実施形態の残りの説明は第１の実施形態に対して与えられた対応する部分と同様である。
本発明の第６の実施形態は本発明の第１の実施形態に対して説明された長所への追加の長所を示している。追加の長所は、ビーム操向ミラー６５２および／または測定物体ミラー６６２の向きの変化に関連した参照ビームの経路のいかなる部分にもおける無変化、および、操向ミラー６５２および／または測定物体ミラー６６２の向きの変化に関連する測定ビーム６１１、測定ビーム６３３、および、ビーム６３３が源であるビーム成分の経路における無変化を含む。さらに、第６の実施形態条件下では、ビーム操向ミラー６５２のサイズは測定ビーム６１１の投影されたサイズを収容するために十分大きいことのみを必要とし、測定ビーム６１１および６３３の位置はビーム操向ミラー６５２において静止している。このことはビーム操向ミラー６５２および向きトランスデューサ６５３Ａおよび６５３Ｂに対して許容される低減された最小サイズに関した第６の実施形態に対する追加の長所、および、ビーム操向ミラーアセンブリの周波数応答における付随的な改善につながる。

図７ａおよび７ｂは、物体の向きとは実質的に独立であり、かつ、物体の横方向変位とも実質的に独立である物体の線形変位を測定するための本発明の第７の実施形態を概略した形で示し、横方向変位は線形変位に直交している。第７の実施形態は、第１の軸についての物体の向きの変化に対して動作の第１のモードで、かつ、第１の軸および／または物体の横方向変位に直交する第２の軸についての物体の向きの変化に対して動作の第２のモードで動作する第２の分類の実施形態およびその変形からのものであり、横方向の変位は第２の軸および線形変位の双方に直交している。

第７の実施形態の干渉分光器システムは、物体の反射特性に関してを除き第６の実施形態の干渉分光器システムに同様であり、第６の実施形態に対する物体の反射特性は平面ミラーの反射特性であり、かつ、第７の実施形態に対する物体の反射特性は屋根型プリズムの反射特性である。第３の実施形態と第７の実施形態の間にも重要な類似性がある。第３および第７の実施形態の双方に対する物体の反射特性は屋根型プリズムの反射特性である。

第７の実施形態において、物体上に入射する、および、物体から反射する測定ビーム成分の分離は、物体の反射機能を添付した屋根型プリズムを使用して物体上に入射する、および、物体から反射する測定ビーム成分を空間的に分離することにより達成される。第６の実施形態において、物体に入射する、および、物体から反射する測定ビーム成分の分離
は偏光符号化、４分の１波長位相遅延板、および、偏光ビーム・スプリッタの使用により達成されている。

第６および第７の実施形態の多くの要素は同様の機能を実行し、これらの要素は数字番号付け方式により示され、第７の実施形態に対して同様の機能を実行する要素の数字番号は、１００ずつだけ増加された第６の実施形態の対応する要素の数字番号と等しい。第７の実施形態に対する参照および測定ビーム経路の特定の区画の説明は第６の実施形態の対応する経路に対して与えられた説明と同じである。特定の区画は数字番号付け方式により第７の実施形態に対して示され、第６の実施形態の対応する経路区画としての同じ説明を有する第７の実施形態の参照または測定経路の特定の区画の数字番号は、１００ずつだけ増加された第６の実施形態の対応する経路区画の数字番号と等しい。

測定ビーム７１３および参照ビーム７１６の発生の説明は、第６の実施形態の測定ビーム６１３および参照ビーム６１６の発生の対応する説明に対して与えられた説明と同様である。図７ａに示すように、ビーム６１３はビーム７０１を形成するためにミラー７５４Ａおよび７５４Ｂにより反射される。ミラー７５４Ａおよび７５４Ｂは、図６ａの平面におけるビーム７１３と７０１の間の一定の離別を共働して五角形プリズムと同様に生成する。ビーム７０１は図７ａの平面において偏光されたビーム７０３として測定物体屋根型プリズム７６２により反射される。ビーム７０３は画像反転器７５６に進入し、ビーム７０５としてこれを射出する。画像反転器７５６は１つの軸について画像を反転し、画像反転器７５６の説明は第６の実施形態の画像反転器６５６の説明と同様である。第７の実施形態における画像反転器７５６の主機能は第６の実施形態における画像反転器６５６の主機能と同様である。

参照ビーム７１２は遡及反射器７７０に進入し、図７ａの平面に直交に偏光された７１８として遡及反射される。第７の実施形態におけるビーム７０５および７１８からのビーム７３８および７４２の発生の説明は、第６の実施形態におけるビーム６３１および６１６からのビーム６３８および６４２の発生に対して与えられた対応する説明と同様である。

第７の実施形態におけるビーム７３８の検出からの電子信号７４４の発生の説明は、ビーム３３２からの電子信号３４０の発生に対して第３の実施形態において与えられた説明と同様である。第７の実施形態におけるビーム７４６の検出からの電子信号７４６の発生の説明は、ビーム３３６からの電子信号３４２の発生に対して第３の実施形態において与えられた説明と同様である。

第７の実施形態の残りの説明は第３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。
第６の実施形態に関連した第７の実施形態の長所は、第３の実施形態が第１の実施形態に関して有する長所と同じ長所である。

本発明の第７の実施形態の第１の変形は、物体の向きと実質的に独立であり、かつ、物体の横方向変位とも実質的に独立である物体の線形変位の測定に対して説明され、横方向変位は線形変位に直交している。第７の実施形態の第１の変形は、２つの直交する軸についての物体の向きの変化、および／または、物体の横方向変位に対して動作の第２のモードにおいて動作する第２の分類の実施形態およびその変形からのものであり、横方向変位は線形変位に直交している。

第７の実施形態の第１の変形の干渉分光器システムおよび少なくとも１つのビーム操向アセンブリは、物体要素、特定の光学ビームの検出器、特定の光学ビームの検出器により
生成された信号、および、個別のサーボ・システムを除き、第７の実施形態の干渉分光器システムおよび少なくとも１つのビーム操向アセンブリと同じ要素を含む。

第７の実施形態の測定物体要素である屋根型プリズム７６２は、第７の実施形態の第１の変形における（図示しない）測定遡及反射器７６２Ａにより置き換えられている。その結果、第７の実施形態の出力ビーム７３８に対応する第７の実施形態の第１の変形の出力ビームである出力ビーム７３８Ａの参照および測定ビーム成分の伝播の相対方向は、第７の実施形態の第１の変形の測定物体遡及反射器７６２Ａの向きの変化とは実質的に独立している。しかし、線形変位の方向に直行する平面における測定物体遡及反射器７６２Ａの横方向移動は、出力ビーム７３８Ａの測定ビーム成分の横方向変位を発生する。

第７の実施形態の検出器７７６に対応する第７の実施形態の第１の変形の検出器７７６Ａは、出力ビーム７３８Ａの測定ビーム成分の横方向変位またはシアを検出し、電気信号７４４Ａを発生し、電気信号は第７の実施形態の電気信号７４４に対応する。

電気信号７４４Ａは第７の実施形態の第１の変形の向きトランスデューサ７５３Ａおよび７５３Ｂに伝送される。信号７４４Ａに含まれる情報は、線形変位の方向に直行する平面における測定物体遡及反射器７６２Ａの横方向移動とは実質的に独立に、および／または、第７の実施形態の第１の変形のビーム７０１の伝播の方向に名目上直交する２つの直交する軸についての測定物体遡及反射器７６２Ａの向きの変化とも実質的に独立に、出力ビーム７３８Ａの測定ビーム成分の横方向の位置を一定に維持するように、第７実施形態の第１の変形の向きトランスデューサ７５３Ａおよび７５３Ｂによりビーム操向ミラー７５２の向きを変更するためにサーボ・システムにおいて誤差信号として使用される。

第７の実施形態の第１の変形の残りの説明は、第７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。
図８ａから８ｃは向きが固定された物体の線形変位を測定するための本発明の第８の実施形態を概略の形で示し、物体から反射された測定ビームの伝播の方向は物体の向きの変化に敏感であり、かつ、高い透過効率が偏光符号化を使用せずに測定ビームに対して維持されている。第８の実施形態は、物体の線形変位の変化に対して動作の第２のモードで動作する第２の分類の実施形態およびその変形からのものである。

図８ａに示す光ビーム８１０および光ビーム８１０の光源の説明は第１の実施形態に対して与えられた光ビーム１１０および光ビーム１１０の光源の説明と同様である。図８ａに示すように、ビーム８１０は偏光ビーム・スプリッタ８５０上に当たる。ビーム８１０の部分は図８ａの平面において偏光された測定ビーム８１１として通過され、ビーム８１０の第２の部分は図８ａの平面に直交に偏光された参照ビーム８１２として反射される。

図８ａにおいて、ビーム８１１はビーム８１３としてミラー８５２の第１の面により反射される。ビーム８１３は画像反転器８５４に進入する。図８ｂに示すように、画像反転器８５４は３つのミラー８５４Ａ、８５４Ｂ、および、８５４Ｃを含む。ビーム８１３は３つのミラー８５４Ａ、８５４Ｂ，および、８５４Ｃの各々により反射され、ビーム８１７としてミラーアセンブリ８５４を射出する。画像反転器８５４は１つの軸について画像を反転し、画像反転器８５４の説明は第６の実施形態の画像反転器６５６の説明と同様である。

ビーム８１７はビーム８１９としてビーム操向ミラー８５６により反射される。ビーム操向ミラー８５６および向きトランスデューサ８５７Ａおよび８５７Ｂは、ビーム８１９を再度向けて送るビーム操向アセンブリを含む。ビーム８１９はビーム８２３として測定物体ミラー８５８により反射される。ビーム８２３はビーム８２５としてミラー８６０に
より反射され、ビーム８２５はビーム８２７としてビーム操向ミラー８６２により反射される。ビーム操向ミラー８６２および向きトランスデューサ８６３Ａおよび８６３Ｂはビーム８２７を反射するビーム操向アセンブリを含む。

ビーム８２７はビーム８２９を形成するためにミラー８６４Ａ、８６４Ｂ、および、８６４Ｃにより反射される。ミラー８６４Ａ、８６４Ｂ、および、８６４Ｃは一緒に、図８ａの平面に直交する１つの軸について画像を反転する画像反転器を含み、これの説明は第６の実施形態の画像反転器６５６の説明と同様である。ミラー８６４Ａ、８６４Ｂ、および、８６４Ｃを含む画像反転器の主機能は第６の実施形態における画像反転器６５６の主機能と同様である。ミラー８５２上へのビーム８２９の入射の角度はミラー８５２上へのビーム８１１の入射の角度と同一である。

ビーム８２９はビーム８３３としてミラー８５２の第２の面から反射される。ビーム８１９および８２３の伝播の平均方向に平行な方向における向きが固定された測定物体ミラー８５８の移動は、ミラー８５２におけるビーム８３３の横方向の位置の変化に影響を及ぼす。ビーム操向ミラー８５６および８６２の向きの適切な変化によりビーム８３３に対する影響を補償することが可能であり、適切な変化は、ビーム操向ミラー８５６と８６２の間の測定ビームの経路に位置されているミラー８６０と測定物体ミラー８５８の組み合わせと共に個々の向きトランスデューサにより達成される。

ビーム８３３はビーム８３５としてミラー８６６により反射される。ビーム８３５は図８ａの平面において偏光されている。
参照ビーム８１２は画像反転器８６８に進入する。図８ｃに示すように、画像反転器８６８は３つのミラー８６８Ａ、８６８Ｂ、および、８６８Ｃを含む。図８ｃの平面は図８ａの平面に直交している。ビーム８１２は３つのミラー８６８Ａ、８６８Ｂ、および、８６８Ｃの各々により反射され、ビーム８１６としてミラーアセンブリ８６８を射出する。画像反転器８６８の主機能は第６の実施形態における画像反転器６５６の主機能と同様である。

その後、参照ビーム８１６はビーム８１８を形成するためにミラー８７０Ａおよび８７０Ｂにより反射される。ミラー８７０Ａおよび８７０Ｂは共働して屋根型プリズムとして機能する。ビーム８１８は図８ａの平面に垂直に偏光されている。

ビーム８３５は出力ビーム８３６の１つの成分として偏光ビーム・スプリッタ８７２により通過され、ビーム８３５は図８ａの平面において偏光されている。ビーム８１６の部分は出力ビーム８３６の第２の部分として偏光ビーム・スプリッタ８７２により通過され、ビーム８１６は図８ａの平面に直交に偏光されている。

出力ビーム８３６の部分はビーム８３８として非偏光ビーム・スプリッタ８７４により反射される。ビーム８３８は、検出器８７６に当たり、ビーム８３８の測定ビーム成分の横方向の位置に関連する電気信号８４５を生成する。

出力ビーム８３６の第２の部分はビーム８４０として非偏光ビーム・スプリッタ８７４により通過される。ビーム８４０は混合光ビーム８４２を生成するために配向されている偏光板８７８により透過される。ビーム８４２は、検出器８８０上に当たり、混合ビーム８４２の測定と参照のビーム成分の位相の差に関連した電気信号８４６を生成する。電気信号８４６は、混合ビーム８４２の測定および参照ビーム成分の位相の差についての情報に対するその後の処理のために電子プロセッサおよびコンピュータ８８２に伝送される。

電気信号８４５は、図８ａに示す点Ｒ_１についての図８ａの平面における操向ミラー８
５６の回転を達成するために向き／移動トランスデューサ８５７Ａおよび８５７Ｂにより使用される。同様に、電子信号８４５は図８ａの平面における点Ｒ_２についての操向ミラー８６２の回転を達成するために向きトランスデューサ８６３Ａおよび８６３Ｂにより使用される。与えられた信号８４５からの結果である向きトランスデューサ８５７Ａおよび８５７Ｂにより生成されたビーム操向ミラー８５６の各回転に対して、ビーム操向ミラー８６２の角度上の同じ回転が、信号８４５にも基づいて向きトランスデューサ８６３Ａおよび８６３Ｂにより発生される。したがって、ビーム８２７の伝播の方向は与えられた信号８４５から生じるビーム操向ミラー８５６および８６２の組み合わされた回転によっても変化されない。

Ｒ_１から、ビーム８１７がビーム操向ミラー８５６を横切る点までの長さｙ_１の直線はビーム８１７の伝播の方向に直交している。Ｒ_２から、ビーム８２７がビーム操向ミラー８６２を横切る点までの長さｙ_２の直線はビーム８２７の伝播の方向に直交している。

ｙ_１＝ｙ_２ （２）
という条件、ビーム８１９の物理的経路長がビーム８２３および８２５の結合された物理的経路長に等しいという条件、および、点Ｒ_１およびＲ_２が同じ長さに延長するという条件を含む第８の実施形態の条件の集合の下では、ビーム操向ミラー８５６および８６２は、移動前のビーム８１９および８２３の伝播の平均方向に平行な方向における固定された向きの測定物体ミラー８５８の移動に対して、
１）ビーム８１９および８２３の伝播の平均方向に変化がない、
２）測定物体ミラー８５８におけるビーム８１９に横方向のシアが導入されない、
３）ビーム操向ミラー８５６におけるビーム８１７に、または、ビーム８１７の源である各ビームに横方向のシアが導入されない、かつ、
４）ビーム操向ミラー８６２におけるビーム８２７に、または、ビーム８２７が源である測定ビームもしくは測定ビーム成分に横方向のシアが導入されないように、それぞれ点Ｒ_１およびＲ_２について図８ａの平面において角度γだけ各々回転され得る。

回転γの角度の変化の絶対的大きさはη／２の変化の絶対的大きさに等しく、ここで、ηは測定物体ミラー８５８におけるビーム８１９の入射の角度である。距離測定用干渉分光器の典型的な動作において遭遇する回転γの角度の変化の大きさは０．４ｍと１．０ｍの間で変化する測定レッグに対して、０．００５ラジアンのオーダのものである。

第８の実施形態の残りの説明は第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。
第８の実施形態の長所は、偏光符号化を使用せずに、かつ、測定ビーム８１１、測定ビーム８３３、および、ビーム８３３が源となっている測定ビームおよび測定ビーム成分の可変横方向変位を導入せずに、測定ビームの高い透過効率であり、この長所は固定された向きの物体の線形変位の測定に対して存在し、物体から反射された測定ビームの伝播の方向は物体の向きの変化に敏感である。

図９ａから９ｃは、物体の向きとは実質的に独立であり、かつ、物体の横方向の変位とも実質的に独立である物体の線形変位を測定するための本発明の第９の実施形態を概略の形で示しており、横方向の変位は線形変位に直交する。第９の実施形態は、２つの直交する軸についての物体の向きの変化に対して動作の第１のモードで動作する第２の分類の実施形態およびその変形からのものであり、直交する軸は物体の線形変位および／または横方向変位に直交し、横方向変位は線形変位に直交している。

第９の実施形態は第６および第８の実施形態のビーム操向ビームアセンブリを組み込んでいる。この役割において、図９ａに示す第９の実施形態の要素は、ビーム操向ミラー９
５２および向きトランスデューサ９５３Ａおよび９５３Ｂを除き、１００ずつだけ増加された図８ａに示す第８の実施形態同じ番号を付けられた要素と同様の機能を実行する。ビーム操向ミラー９５２および向きトランスデューサ９５３Ａおよび９５３Ｂの説明は第６の実施形態のビーム操向ミラー６５２および向きトランスデューサ６５３Ａおよび６５３Ｂに対して与えられた説明と同様である。

検出器９７６は第６の実施形態の検出器６７６の機能を実行し、電子信号９４４を発生し、第９の実施形態の電子信号９４４の説明は第６の実施形態の電子信号６４４に対して与えられた説明の対応する部分と同様である。加えて、検出器９７６は第８の実施形態の検出器８７６の機能を実行し、電子信号９４５を発生し、電子信号９４５の説明は第８の実施形態の電子信号８４５に対して与えられた説明と同様である。

第９の実施形態の通常のモードの動作において、もしビーム操向ミラー９５２の向きが測定物体ミラー９５８の与えられた向きに対して正しくなければ、ビーム９３８の測定ビームおよび参照ビーム成分の伝播の方向の差、および、ビーム９３８の参照ビーム成分を基準とした測定ビーム成分の横方向シアがある。検出器９７６はビーム９３８の測定および参照ビーム成分の伝播の方向の差を検出し、電子信号９４４を発生する。電子信号９４４は向きトランスデューサ９５３Ａおよび９５３Ｂに伝送され、これらのトランスデューサは、ビーム９３８の測定および参照ビーム成分の伝播の方向が同じになるようにビーム操向ミラー９５２の向きを調整する。ビーム操向ミラー９５２の不正確な向きによるビーム９３８の参照ビーム成分を基準とした測定ビーム成分の横方向シアは、ビーム９３８の測定ビームおよび参照ビーム成分の伝播の方向の差の補償と同時に補償される。

ビーム操向ミラー９５６および９６２の向きが不正確である場合、ビーム９３８の参照ビーム成分を基準として測定ビーム成分の残存横方向シアがある。検出器９７６はビーム９３８の測定および参照ビーム成分の残存横方向シアを検出し、電子信号９４５を発生する。電子信号９４５は、ビーム９３８の測定および参照ビーム成分の残存横方向シアが補償されるように、ビーム操向ミラー９５６の向きを調整する向きトランスデューサ９５７Ａおよび９５７Ｂに、および、ビーム操向ミラー９６２の向きを調整する向きトランスデューサ９６３Ａおよび９６３Ｂに伝送される。

第９の実施形態の残りの説明は第６および第８の実施形態に対して与えられた説明の対応する部分に対して与えられた説明と同様である。
図１０ａから１０ｃは、物体の向きとは実質的に独立であり、かつ、物体の横方向の変位とも実質的に独立である物体の線形変位を測定するための本発明の第１０の実施形態を概略の形で示しており、横方向の変位は線形変位に直交し、かつ、測定ビームの高い透過効率が偏光符号化を使用せずに維持されている。第１０の実施形態は、２つの直交する軸についての物体の向きの変化に対して動作の第１のモードで動作する第２の分類の実施形態およびその変形からのものであり、直交する軸は物体の線形変位および／または横方向変位に直交し、横方向変位は線形変位に直交している。

第１０の実施形態は本発明の第９の実施形態の変形と考えられ得る。第１０の実施形態のビーム操向ミラー１０５２および向きトランスデューサ１０５３Ａおよび１０５３Ｂを含むミラーアセンブリにより実行される機能は、第９の実施形態のミラー９５２および向きトランスデューサ９５３Ａおよび９５３Ｂを含むミラーアセンブリにより実行される機能と同様である。第１０の実施形態のビーム操向ミラー１０５８および向きトランスデューサ１０５９Ａおよび１０５９Ｂを含むミラーアセンブリにより実行される機能は、第９の実施形態のビーム操向ミラー９５６および向きトランスデューサ９５７Ａおよび９５７Ｂを含むミラーアセンブリ、および、ミラー９６２および向きトランスデューサ９６３Ａおよび９６３Ｂを含むビーム操向ミラーアセンブリにより実行される組み合わされた機能
と同様である。

第１０の実施形態の電子信号１０２６および１０２８の説明は、第９の実施形態の電子信号９４４および９４５に対してそれぞれ与えられた説明の対応する部分と同様である。図１０ａに示す第１０の実施形態の残りの要素の説明は、１００ずつだけ増加された図９ａに示す第９の実施形態の同じ番号を付けられた要素と同じ機能を実行する。

関連する第１０の実施形態の条件は、以下の通りである。
１）ビーム操向ミラー１０５８における測定ビーム１０１３からビーム操向ミラー１０５２における測定ビーム１０２１への物理的経路長は、ビーム操向ミラー１０５２における測定ビーム１０３９から操向ミラー１０５８における測定ビーム１０４１への物理的経路長と同じである。

２）ビーム操向ミラー１０５２における測定ビーム１０２３から測定物体ミラー１０６４における測定ビーム１０３１への物理的経路長は、測定物体ミラー１０６４における測定ビーム１０３３からビーム操向ミラー１０５２における測定ビーム１０３７への物理的経路長と同じである。

３）ビーム操向ミラー１０５８におけるビーム１０１１の入射の角度とビーム１０４１の入射の角度は名目上同じである。
４）ビーム操向ミラー１０５２におけるビーム１０２１の入射の角度とビーム１０３７の入射の角度は名目上同じである。

当業者には、第１０の実施形態の条件下で、ビーム操向ミラー１０５８におけるビーム１０１１の位置およびビーム１０４３の位置は実質的に一方が他方の上方にあること、および、ビーム操向ミラー１０５２におけるビーム１０２１の位置およびビーム１０３９の位置は実質的に一方が他方の上方にあることが明らかであろう。

個々の要素のサイズおよび周波数応答に関した第６の実施形態の操向ミラー６５２を含む操向ビームアセンブリの説明は、ビーム操向ミラー１０５２および１０５８を含む第１０の実施形態のビーム操向アセンブリの双方に対して適用可能である。

第１０の実施形態の残りの説明は第９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。
図１１ａから１１ｆは、物体の向きとは実質的に独立であり、かつ、物体の横方向の変位とも実質的に独立である物体の線形変位を測定するための本発明の第１１の実施形態を概略の形で示しており、横方向の変位は線形変位に直交している。第１１の実施形態は、２つの直交する軸についての物体の向きの変化に対して動作の第１のモードで動作する第２の分類の実施形態およびその変形からのものであり、２つの直交する軸は線形変位および／または物体の横方向変位に直交し、横方向変位は線形変位の双方に直交している。

第１０の実施形態および第１１の実施形態の干渉分光器システムは、物体に対して測定ビームが行なう通過の数；第１０の実施形態において、測定ビームが、伝播の１つの方向のみにおいて特定の区画を通過する場合に、第１１の実施形態の対応する測定ビームが伝播の２つの相反する方向において測定経路の特定の区画を横切ることに関してを除き、全体的に同じである。第１１の実施形態の複数通過構成における入力測定ビーム成分からの出力測定ビーム成分の効率的な分離は、偏光符号化および偏光ビーム・スプリッタの使用により達成されている。

第１０と第１１の実施形態の多くの要素は同じ機能を実行し、かつ、これらの要素は数
字番号付け方式により示され、第１１の実施形態に対して同様の機能を実行する要素の数字番号は、１００ずつだけ増加された第１０の実施形態の対応する要素の数字番号と等しい。参照および測定ビーム経路の特定の区画はこの数字番号付け方式により示され、第１０の実施形態の対応する経路区画と同じ記述を有する第１１の実施形態の参照または測定経路の特定の区画の数字番号は、１００ずつだけ増加された第１０の実施形態の対応する経路区画の数字番号と等しい。

第１１の実施形態に対する測定ビーム経路の特定の区画に対して、伝播の戻る方向において特定の区画を横切る測定ビームがあり、伝播の戻らない、または、前に向かう方向は測定物体ミラー１１６４への第１の通過と関連し、伝播の戻る方向は測定物体ミラー１１６４への第２の通過と関連する。戻る方向で特定の区画を横切る追加の測定ビームの説明は、他の点では、第１０の実施形態に対する伝播の戻らない方向で横切る測定ビームに関連して与えられた説明の対応する部分と同様であり、戻る方向で横切る測定ビームの英数字番号は接尾文字Ｒが付加された戻らない方向で横切る関連する測定ビームの数字番号と等しい。

測定ビーム１１４３および参照ビーム１１１２の発生の説明は、第１０の実施形態の測定ビーム１０４３および参照ビーム１０１２の発生の対応する説明に対して与えられた説明と同様である。図１１ｄに示すように、ビーム１１４３の第１の部分はビーム１１４５として非偏光ビーム・スプリッタ１１７１により透過される。ビーム１１４５は、検出器１１９０上に当たり、電気信号１１２８を発生する。図１１ｄの平面において偏光されているビーム１１４３の第２の部分は非偏光ビーム・スプリッタ１１７１により反射され、円偏光されたビームとして４分の１波長位相遅延板１１７２により透過され、逆手円偏光を持つビームとしてミラー１１７３により反射され、図１１ｄの平面に直交に偏光されたビームとして位相遅延板１１７２により透過され、かつ、このビームの部分は実質的にビーム１１４３Ｒとして非偏光ビーム・スプリッタ１１７１により反射される。ビーム１１４３Ｒは図１１ｄの平面に直交に偏光されている。

検出器１１９０の要素は、図１１ｅに概略の形で示す。ビーム１１４５は検出器１１９０に進入し、ビーム１１４５の第１の部分はビーム１１４５Ａとして非偏光ビーム・スプリッタ１１９０Ａにより反射される。ビーム１１４５Ａは四連セル検出器、二次元高速ＣＣＤカメラ、または、横効果フォトダイオードなどの検出器１１９０Ｃ上のスポットにレンズ１１９０Ｂにより合焦される。二次元データ・アレイは、電子信号１１２８Ａとして伝送される。検出器１１９０Ｃ上のスポットの位置はビーム１１４５Ａの横方向シアによっては影響されないが、ビーム１１４５Ａの伝播の方向の変化は検出器１１９０Ｃ上のスポットの位置をずらす。したがって、電子信号１１２８Ａはビーム１１４５Ａの伝播の方向についての情報を含む。

ビーム１１４５の第２の部分は、ビーム１１４５Ｂとして透過される。ビーム１１４５Ｂは、電子信号１１２８Ｂを発生するために四連セルなどの検出器１１９０Ｄ上に当たる。検出器１１９０Ｄ上のビーム１１４５Ｂの位置はビーム１１４５Ｂの横方向シアによって影響されるが、検出器１１９０Ｄにおけるビーム１１４５Ｂの伝播の方向の変化は検出器１１９０Ｄ上のビーム１１４５Ｂの位置をずらす。したがって、電子信号１１２８Ｂはビーム１１４５Ｂの横方向シアについての情報を含む。電子信号１１２８Ａおよび１１２８Ｂは電子信号１１２８を含む。

図１１ａに示すように、参照１１１２の第１の部分はビーム１１１４として非偏光ビーム・スプリッタ１１７４により透過され、参照１１１２の第２の部分はビーム１１１６として非偏光ビーム・スプリッタ１１７４により反射される。図１１ｄおよび１１ｆに示すように、ビーム１１１４は、検出器１１９２上に当たり、電気信号１１３０を発生する。

検出器１１９２の要素は図１１ｆに概略の形で示す。ビーム１１１４は検出器１１９２に進入し、ビーム１１１４の第１の部分はビーム１１１４Ａとして非偏光ビーム・スプリッタ１１９２Ａにより反射される。ビーム１１１４Ａは四連セル検出器、二次元高速ＣＣＤカメラ、または、横効果フォトダイオードなどの検出器１１９２Ｃ上のスポットにレンズ１１９２Ｂにより合焦される。二次元データ・アレイは、電子信号１１３０Ａとして伝送される。検出器１１９２Ｃ上のスポットの位置はビーム１１１４Ａの横方向シアによっては影響されないが、ビーム１１１４Ａの伝播の方向の変化は検出器１１９２Ｃ上のスポットの位置をずらす。したがって、電子信号１１３０Ａはビーム１１１４Ａの伝播の方向についての情報を含む。

ビーム１１１４の第２の部分はビーム１１４Ｂとして非偏光インターフェイス１１９２Ａにより透過される。ビーム１１１４Ｂは、四連セルなどの検出器１１９２Ｄ上に当たり、電子信号１１３０Ｂを発生する。検出器１１９２Ｄ上のビーム１１１４Ｂの位置はビーム１１１４Ｂの横方向シアによって影響されるが、検出器１１９２Ｄにおけるビーム１１１４Ｂの伝播の方向の変化は検出器１１９２Ｄ上のビーム１１１４Ｂの位置をずらす。したがって、電子信号１１３０Ｂはビーム１１１４Ｂの横方向シアについての情報を含む。電子信号１１３０Ａおよび１１３０Ｂは電子信号１１３０を含む。

電子信号１１２８および１１３０は電子信号プロセッサ１１９４に伝送される（図１１ｄを参照）。測定ビーム１１４５Ａおよび参照ビーム１１１４Ａの伝播の方向についての情報を含む電子信号１１２８および１１３０の成分から、電子プロセッサ１１９４は電子信号１１３２を発生する。測定ビーム１１４５Ｂおよび参照ビーム１１１４Ｂの横方向シアについての情報を含む電子信号１１２８および１１３０の成分から、電子プロセッサ１１９４は電子信号１１３４を発生する。

電気信号１１３２は向きトランスデューサ１１５３Ａおよび１１５３Ｂに伝送され、電子信号１１３４は向きトランスデューサ１１５９Ａおよび１１５９Ｂに伝送される。信号１１３２に含まれる情報は、測定物体ミラー１１６４の向きの変化とは独立に、測定ビーム１１４３の伝播の方向を２つの直交する次元において実質的に一定に維持するように、向きトランスデューサ１１５３Ａおよび１１５３Ｂによりビーム操向ミラー１１５２の向きを変更するためにサーボ・システムにおいて誤差信号として使用される。信号１１３４に含まれる情報は、ビーム１１３１および１１３３の経路の平均に沿った測定物体ミラー１１６４の位置の変化とは独立に、測定ビーム１１４３の横方向位置を２つの直交する次元において実質的に一定に維持するように、向きトランスデューサ１１５９Ａおよび１１５９Ｂによりビーム操向ミラー１１５８の向きを変更するためにサーボ・システムにおいて誤差信号として使用される。ビーム操向要素１１５８による測定ビームの第１の再度向けて送る位置からビーム操向要素１１５２による測定ビームの第１の再送への測定ビームの物理的経路長がビーム操向要素１１５２による測定ビームの第２の再送からビーム操向要素１１５８による測定ビームの第２の再送への測定ビームの物理的経路長に等しく、かつ、ビーム操向要素１１５２による測定ビームの第１の再度向けて送る位置から測定物体ミラー１１６４への測定ビームの物理的経路長が測定物体ミラー１１６４からビーム操向ミラー１１５２による測定ビームの第２の再送への測定ビームの物理的経路長に等しいという第１１の実施形態の条件の集合の下では、測定物体ミラー１１６４の向きの変化がビーム操向要素１１５２の向きの変化により補償され、かつ、ビーム１１３１および１１３３の経路の平均に沿った測定物体ミラー１１６４の位置の変化の影響がビーム操向ミラー１１５８の向きの変化により補償されると、ビーム操向要素１１５８においてビーム１１４３の横方向シアはない。物理的経路長に関したこれらの条件は第１１の実施形態条件として参照される。

ビーム１１４３Ｒはビーム１１４３と実質的に同じ長さに延長し、かつ、ビーム１１４３Ｒ（図１１ａを参照）は１１４３の伝播の方向に実質的に逆の伝播の方向を有する。その結果、ビーム１１４３Ｒは干渉分光器の部分を介して通過を実質的に追跡する。通過はビーム１１１１Ｒを発生するために、ビーム１１４３の発生につながる。干渉分光器の部分を介した追跡は、特に測定物体ミラー１１６４への通過を含む。ビーム１１１１Ｒはビーム１１１１と実質的に同じ長さにわたって延長し、かつ、ビーム１１１１Ｒはビーム１１１１の伝播の方向と実質的に逆の伝播の方向を有する。

図１１ａの平面に直交に偏光されているビーム１１１１Ｒはビーム１１４７として偏光ビーム・スプリッタ１１５０により反射される。ビーム１１４７はビーム１１４９としてミラー１１７７により反射される。

参照ビーム１１１６はビーム１１１８を形成するためにミラー１１７６Ａおよび１１７６Ｂにより反射される。ミラー１１７６Ａおよび１１７６Ｂは図１１ａの平面におけるビーム１１１６と１１１８の間の一定の離別を共働して五角形プリズムと同様に生成する。

ビーム１１４９の部分は出力ビーム１１２４の１つの成分として非偏光ビーム・スプリッタ１１７８により透過される。ビーム１１１８の部分は出力ビーム１１２４の第２の成分として非偏光ビーム・スプリッタ１１７８により透過される。ビーム１１２４は混合された光学ビームであり、ビーム１１４９および１１１８はともに図１１ａの平面に直交に偏光され、かつ、ビーム・スプリッタ１１７８は非偏光型のものである。ビーム１１２４は、検出器１１８６に当たり、混合ビーム１１２４の測定および参照ビーム成分の位相の差に関連する電気信号１１３６を生成する。電気信号１１３６は混合ビーム１１２４の測定と参照ビーム成分の位相の差についての情報を得るためのその後の処理のために電子プロセッサおよびコンピュータ１１８８に伝送される。混合ビームの検出は、典型的に、ヘテロダイン信号を生成するための光電検出により、この信号の位相は測定と参照ビームの光路長の差に関連する。ヘテロダイン信号の位相は、例えばヘテロダイン信号のフーリエ変換またはヒルベルト変換などから、電子プロセッサおよびコンピュータ１１８８により決定可能である。

第１１の実施形態の残りの説明は第４および第１０の実施形態の説明に対して与えられた対応部分と同様である。
図１２ａから１２ｅは、物体の向きとは実質的に独立であり、かつ、物体の横方向の変位とも実質的に独立である物体の線形変位を測定するための本発明の第１２の実施形態を概略の形で示しており、横方向の変位は線形変位に直交している。第１２の実施形態は、第１の軸についての物体の向きの変化に対して動作の第１のモードで、かつ、第１の軸に直交する第２の軸についての物体の向きの変化に対して動作の第２のモードで動作する第２の分類の実施形態およびその変形からのものであり、第１および第２の軸は線形変位および／または物体の横方向変位であり、横方向変位は第２の軸および線形変位の双方に直交している。

第７および第１２の実施形態の干渉分光器システムは、物体に対して測定ビームが行なう通過の数：第７の実施形態において、測定ビームが、伝播の１つの方向のみにおいて特定の区画を通過する場合に、第１２の実施形態の対応する測定ビームが伝播の２つの相反する方向において測定経路の特定の区画を横切ることに関してを除き全体的に同様である。第１２の実施形態の複数通過構成における入力測定ビーム成分からの出力測定ビーム成分の効率的な分離は、偏光符号化および偏光ビーム・スプリッタの使用により達成される。

第７および第１２の実施形態の多くの要素は同様の機能を実行し、これらの要素は数字
番号付け方式により示され、第１２の実施形態に対して同様の機能を実行する要素の数字番号は、５００ずつだけ増加された第１１の実施形態の対応する要素の数字番号と等しい。測定ビーム経路の特定の区画はこの数字番号付け方式により示され、第７の実施形態の対応する経路区画と同じ記述を有する第１２の実施形態の測定経路の特定の区画の数字番号は、５００ずつだけ増加された第７の実施形態の対応する経路区画の数字番号と等しい。

第１２の実施形態に対する測定ビーム経路の特定の区画に対して、伝播の戻る方向において特定の区画を横切る測定ビームがあり、伝播の戻らない、または、前に向かう方向は測定物体屋根型プリズム１２６２への第１の通過と関連し、伝播の戻る方向は測定物体屋根型プリズム１２６２への第２の通過と関連する。戻る方向で特定の区画を横切る追加の測定ビームの説明は、他の点では、第７の実施形態に対する伝播の戻らない方向で横切る測定ビームに関連して与えられた説明の対応する部分と同様であり、戻る方向で横切る測定ビームの英数字番号は接尾文字Ｒが付加された戻らない方向で横切る関連する測定ビームの数字番号と等しい。

測定ビーム１２３３および参照ビーム１２１２の発生の説明は第７の実施形態の測定ビーム７３３および参照ビーム７１２の発生の対応する説明に対して与えられた説明と同様である。図１２ｃに示すように、ビーム１２３３の第１の部分はビーム１２３５として非偏光ビーム・スプリッタ１２７１により透過される。ビーム１２３５は、検出器１２９０上に当たり、電気信号１２２８を発生する。図１２ｃの平面において偏光されている出力ビーム１２３３の第２の部分は非偏光ビーム・スプリッタ１２７１により反射され、円偏光されたビームとして４分の１波長位相遅延板１２７２により透過され、逆手円偏光を持つビームとしてミラー１２７３により反射され、図１２ｃの平面に直交に偏光されたビームとして４分の１波長位相遅延板１２７２により透過され、かつ、このビームの実質的に部分はビーム１２３３Ｒとして非偏光ビーム・スプリッタ１２７１により反射される。ビーム１２３３Ｒは図１２ｃの平面に直交に偏光されている。

検出器１２９０の要素は図１２ｄに概略の形で示す。ビーム１２３５は検出器１２９０に進入し、ビーム１２３５の第１の部分はビーム１２３５Ａとして非偏光ビーム・スプリッタ１２９０Ａにより反射される。ビーム１２３５Ａは、四連セル検出器、線形アレイ、高速ＣＣＤカメラ、または、横効果フォトダイオードなどの一次元検出器１２９０Ｃ上のスポットにレンズ１２９０Ｂにより合焦される。一次元データ・アレイは、電子信号１２２８Ａとして伝送される。一次元検出器１２９０Ｃ上のスポットの位置はビーム１２３５Ａの横方向シアによっては影響されないが、一次元検出器１２９０Ｃおよびビーム１２３５Ａの名目上の方向により規定された平面内でのビーム１２３５Ａの方向の変化は検出器１２９０Ｃ上のスポットの位置をずらす。したがって、電子信号１２２８Ａは、一次元検出器１２９０Ｃおよびビーム１２３５Ａの名目上の方向により規定された平面、すなわち、図１２ａの平面に直交し、かつ、測定ビーム１２０１の伝播の名目上の方向に直交する平面におけるビーム１２３５Ａの伝播の方向についての情報を含む。

ビーム１２３５の第２の部分はビーム１２３５Ｂとして透過される。ビーム１２３５Ｂは電子信号１２２８Ｂを発生するために二連検出器などの一次元検出器１２９０Ｄ上に付き当たる。検出器１２９０Ｄ上のビーム１２３５Ｂの位置はビーム１２３５Ｂの横方向シアによって影響されるが、検出器１２９０Ｄにおけるビーム１２３５Ｂの伝播の方向の変化は一次元検出器１２９０Ｄ上のビーム１２３５Ｂの位置をずらす。したがって、電子信号１２２８Ｂはビーム１２３５Ｂの横方向シアについての情報を含み、一次元検出器１２９０Ｄにより規定された平面は、一次元検出器１２９０Ｄにより規定された平面に直交している。電子信号１２２８Ａおよび１２２８Ｂは電子信号１２２８を含む。

図１２ａに示すように、参照１２１２の第１の部分はビーム１２１４として非偏光ビーム・スプリッタ１２７４により透過され、参照１２１２の第２の部分はビーム１２１６として非偏光ビーム・スプリッタ１２７４により反射される。図１２ｃおよび１２ｅに示すように、ビーム１２１４は、検出器１２９２上に当たり、電気信号１２３０を発生する。

検出器１２９２の要素は図１２ｅに概略の形で示す。ビーム１２１４は検出器１２９２に進入し、ビーム１２１４の第１の部分はビーム１２１４Ａとして非偏光ビーム・スプリッタ１２９２Ａにより反射される。ビーム１２１４Ａは四連セル検出器、線形アレイ、高速ＣＣＤカメラ、または、横効果フォトダイオードなどの検出器１２９２Ｃ上のスポットにレンズ１２９２Ｂにより合焦される。一次元データ・アレイは電子信号１２３０Ａとして伝送される。一次元検出器１２９２Ｃ上のスポットの位置はビーム１２１４Ａの横方向シアによっては影響されないが、ビーム１２１４Ａの伝播の方向の変化は一次元検出器１２９２Ｃ上のスポットの位置をずらす。したがって、電子信号１２３０Ａは一次元検出器１２９２Ｃおよびビーム１２１４Ａの名目上の方向により規定された平面におけるビーム１２１４Ａの伝播の方向についての情報を含み、一次元検出器１２９２Ｃの平面は一次元検出器１２９０Ｃの平面に対応するように構成されている。

ビーム１２１４の第２の部分はビーム１２１４Ｂとして透過される。ビーム１２１４Ｂは、二連セル検出器などの一次元検出器１２９２Ｄ上に当たり、電子信号１２３０Ｂを発生する。検出器１２９２Ｄ上のビーム１２１４Ｂの位置はビーム１２１４Ｂの横方向シアにより影響されるが、検出器１２９２Ｄにおけるビーム１２１４Ｂの伝播の方向の変化は検出器１２９２Ｄ上のビーム１２１４Ｂの位置をずらす。したがって、電子信号１２３０Ｂはビーム１２１４Ｂの横方向シアについての情報を含み、一次元検出器１２９２Ｄにより規定される平面は一次元検出器１２９０Ｄにより規定される平面に対応するように構成されている。電子信号１２３０Ａおよび１２３０Ｂは電子信号１２３０を含む。

電子信号１２２８および１２３０は電子信号プロセッサ１２９４に伝送される（図１２ｃを参照）。図１２ｃの平面に直交し、かつ、ビーム１２３５Ａの伝播の名目上の方向に平行である平面における測定ビーム１２３５Ａおよび参照ビーム１２１４Ａの伝播の方向についての情報を含む電子信号１２２８および１２３０の成分から、電子プロセッサ１２９４は電子信号１２３２を発生する。図１２ｃの平面における測定ビーム１２３５Ｂおよび参照ビーム１２１４Ｂの横方向シアについての情報を含む電子信号１２２８および１２３０の成分から、電子プロセッサ１２９４は電子信号１２３４を発生する。

電気信号１２３２は向きトランスデューサ１２５３Ａおよび１２５３Ｂに伝送される。信号１２３２に含まれる情報は、測定物体屋根型プリズム１２６２の向きの変化とは独立に、測定ビーム１２３３の伝播の方向を第１の平面において実質的に一定に維持するように、第１の平面は図１２ａの平面に直交し、かつ、ビーム１２０１の伝播の名目上の方向に平行であり、および、測定ビーム１２０１の伝播の方向に名目上直交する測定物体屋根型プリズム１２６２の移動とは独立に、かつ、図１２ａの平面に直交し、かつ、ビーム１２０１の伝播の名目上の方向に直交する軸についての測定物体屋根型プリズム１２６２の向きの変化とも実質的に独立に、測定ビーム１２３３の横方向位置を第１の平面に直交する面において実質的に一定に維持するように、向きトランスデューサ１２５３Ａおよび１２５３Ｂによりビーム操向ミラー１２５２の向きを変更するためにサーボ・システムにおいて誤差信号として使用される。ビーム操向要素１２５２による測定ビームの第１の再度向けて送る位置から測定物体屋根型プリズム１２６２への測定ビームの物理的経路長が測定物体屋根型プリズム１２６２からビーム操向ミラー１２５２による測定ビームの第２の再度向けて送る位置への測定ビームの物理的経路長に等しいという第１１の実施形態の条件下では、測定物体屋根型プリズム１２６２の向きの変化がビーム操向要素１２５２の向きの変化により補償され、かつ、ビーム１２３３の経路に名目上直交する測定物体屋根型
プリズム１２６２の位置の変位の影響がビーム操向要素１２５２の向きの変化により補償されると、ビーム操向要素１２５２においてビーム１２３３の横方向シアはない。物理的経路長に関したこの条件は第１２の実施形態条件として参照される。

ビーム１２３３Ｒはビーム１２３３と実質的に同じ長さに延長し、かつ、ビーム１２３３Ｒ（図１２ｃを参照）は１２３３の伝播の方向に実質的に逆の伝播の方向を有する。その結果、ビーム１２３３Ｒは干渉分光器の部分を介して通過を実質的に追跡し、通過はビーム１２１１Ｒを発生するためにビーム１２３３の発生につながる。干渉分光器の部分を介した追跡は、特に物体屋根型プリズム１２６２への通過を含む。ビーム１２１１Ｒはビーム１２１１と実質的に同じ長さにわたって延長し、かつ、ビーム１２１１Ｒはビーム１２１１の伝播の方向と実質的に逆の伝播の方向を有する。

図１２ａの平面に直交に偏光されているビーム１２１１Ｒはビーム１２４７として偏光ビーム・スプリッタ１２５０により反射される。ビーム１２４７はビーム１２４９としてミラー１１７７により反射される。

参照ビーム１２１６はビーム１２１８を形成するためにミラー１２７６Ａおよび１２７６Ｂにより反射される。ミラー１２７６Ａおよび１２７６Ｂは図１２ａの平面におけるビーム１２１６と１２１８の間の一定の離別を共働して五角形プリズムと同様に生成する。

ビーム１２４９の部分は出力ビーム１２２４の１つの成分として非偏光ビーム・スプリッタ１２７８により透過される。ビーム１２１８の部分は出力ビーム１２２４の第２の成分として非偏光ビーム・スプリッタ１２７８により透過される。ビーム１２２４は混合された光学ビームであり、ビーム１２４９および１２１８はともに図１２ａの平面に直交に偏光され、かつ、ビーム・スプリッタ１２７８は非偏光型のものである。ビーム１２２４は混合ビーム１２２４の測定および参照ビーム成分の位相の差に関連する。電気信号１２３６は混合ビーム１２２４の測定と参照ビーム成分の位相の差についての情報を得るためのその後の処理のために電子プロセッサおよびコンピュータ１２８８に伝送される。混合ビームの検出は、典型的に、ヘテロダイン信号を生成するための光電検出によるものであり、この信号の位相は測定と参照ビームの光路長の差に関連する。ヘテロダイン信号の位相は、例えばヘテロダイン信号のフーリエ変換またはヒルベルト変換などから、電子プロセッサおよびコンピュータ１２８８により決定可能である。

第１２の実施形態の残りの説明は第４および第１１の実施形態の説明に対して与えられた対応部分と同様である。
本発明の第１２の実施形態の第１の変形は、物体の向きと実質的に独立であり、かつ、物体の横方向変位とも実質的に独立である物体の線形変位の測定に対して説明され、横方向変位は線形変位に直交している。第１２の実施形態の第１の変形は、２つの直交する軸についての物体の向きの変化、および／または、物体の横方向変位に対して動作の第２のモードにおいて動作する第２の分類の実施形態およびその変形からのものであり、横方向変位は線形変位に直交している。

第１２の実施形態の第１の変形の干渉分光器システムおよび少なくとも１つのビーム操向アセンブリは、物体要素、特定の光学ビームの検出器、特定の光学ビームの検出器により生成された信号、および、個別のサーボ・システムを除き、第１２の実施形態の干渉分光器システムおよび少なくとも１つのビーム操向要素と同じ要素を含む。

第１２の実施形態の物体要素である測定物体屋根型プリズム１２６２は、第１２の実施形態の第１の変形における（図示しない）測定物体遡及反射器１２６２Ａにより置き換えられている。その結果、第７の実施形態の出力ビーム７３８に対応する第１２の実施形態
の第１の変形の出力ビームである出力ビーム１２３８Ａの参照および測定ビーム成分の伝播の相対方向は、第１２の実施形態の第１の変形の測定物体遡及反射器１２６２Ａの向きの変化とは実質的に独立している。しかし、線形変位の方向に直行する平面における測定物体遡及反射器１２６２Ａの横方向移動は、出力ビーム１２３８Ａの測定ビーム成分の横方向変位を発生する。

第７の実施形態の検出器７７６に対応する第１２の実施形態の第１の変形の検出器１２７６Ａは、出力ビーム１２３８Ａの測定ビーム成分の横方向変位またはシアを検出し、電気信号１２４４Ａを発生し、電気信号は第７の実施形態の電気信号７４４に対応する。

電気信号１２４４Ａは第１２の実施形態の第１の変形の向きトランスデューサ１２５３Ａおよび１２５３Ｂに伝送される。信号１２４４Ａに含まれる情報は、線形変位の方向に直行する平面における測定物体遡及反射器１２６２Ａの横方向移動とは実質的に独立に、および／または、第１２の実施形態の第１の変形のビーム１２０１の伝播の方向に名目上直交する２つの直交する軸についての測定物体遡及反射器１２６２Ａの向きの変化と実質的に独立に、出力ビーム１２３８Ａの測定ビーム成分の横方向の位置を実質的に一定に維持するように、第１２実施形態の第１の変形の向きトランスデューサ１２５３Ａおよび１２５３Ｂによりビーム操向ミラー１２５２の向きを変更するためにサーボ・システムにおいて誤差信号として使用される。

第１２の実施形態の第１の変形の残りの説明は第１２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。
図１３ａおよび１３ｂは、物体の向きとはおよび物体の横方向の変位とも実質的に独立である物体の線形変位を測定するための本発明の第１３の実施形態を概略の形で示しており、横方向の変位は線形変位に直交している。第１３の実施形態は、第２の直交する軸についての物体の向きの変化に対して動作の第１のモードで動作する本発明の第３の分類の実施形態およびその変形からのものである。

図１３ａに示す光ビーム１３１０およびビーム１３１０の光源の説明は第１の実施形態に対して与えられた光ビーム１１０およびビーム１１０の光源の説明と同じである。図１３ａに示すように、ビーム１３１０はビーム１３１２としてビーム操向ミラー１３５０の面により反射される。ビーム操向ミラー１３５０および向きトランスデューサ１３５１Ａおよび１３５１Ｂは入力ビーム１３１０を反射するビーム操向アセンブリを含む。ビーム１３１２はビーム１３１４を形成するためにミラー１３５２Ａおよび１３５２Ｂにより反射される。ミラー１３５２Ａおよび１３５２Ｂは図１３ａの平面におけるビーム１３１２と１３１４の間の一定の離別を共働して五角形プリズムと同様に生成する。

図１３ａを参照して続けると、ビーム１３１４は偏光ビーム・スプリッタ１３５４上に当たり、ビーム１３１４の部分は図１３ａの平面において偏光された測定ビーム１３１５として透過され、ビーム１３１４の第２の部分は図１３ａの平面に直交に偏光された参照ビーム１３１６として反射される。

ビーム１３１５はビーム１３１７として偏光ビーム・スプリッタ１３５６により透過される。図１３ａの平面において偏光されているビーム１３１７は円偏光されたビームとして４分の１波長位相遅延板１３５８により透過され、逆手円偏光を持つビームとして単一の反射面を含む測定物体ミラー１３６０により反射され、かつ、その後、図１３ａの平面に直交に線形偏光されたビーム１３１９として４分の１波長位相遅延板１３５８により透過される。ビーム１３１９は、ビーム１３２１として偏光ビーム・スプリッタ１３５６により反射される。ビーム１３２１は、ビーム１３２３としてミラー１３６２により反射される。

参照ビーム１３１６は図１３ａの平面において線形偏光されたビーム１３１８として半波長位相遅延板１３６４により透過される。ビーム１３１８はビーム１３２０として遡及反射器１３６６により遡及反射される。

測定ビーム１３２３は出力ビーム１３２８の１つの成分として偏光ビーム・スプリッタ１３６８により反射される。ビーム１３２０は出力ビーム１３２８の第２の成分として偏光ビーム・スプリッタ１３６８により透過される。ビーム１３２８はビーム１３３０としてミラー１３７０により反射され、ビーム１３３０は出力ビーム１３３２としてビーム操向ミラー１３５０の第２の面により反射される。

出力ビーム１３３２は光学系１３９８に進入し、ビーム１３３８として射出する。出力ビーム１３３２の参照ビーム成分は２つの直交する軸についての画像反転を経験しており、出力ビーム１３３２の測定ビーム成分は直交する軸の１つについての画像反転を経験している。図１３ａの光学系１３９８は、ビーム１３３８の参照ビーム成分が、ビーム１３３８の測定ビーム成分により経験された画像反転の数としての２を法として、直交する２つの軸の各々に対して、これについての同じ数の画像反転を経験しているように、ビーム１３３２の参照ビーム成分を基準としてビーム１３３２の測定ビーム成分に追加の画像反転を導入する。

ビーム１３３２の参照ビーム成分は偏光ビーム・スプリッタ１３７２により透過され、ビーム１３３４としてミラー１３７４により反射される。ビーム１３３４は画像反転器１３７６に進入する。図１３ｂに示すように、画像反転器１３７６は３つのミラー１３７６Ａ、１３７６Ｂ、および、１３７６Ｃを含む。図１３ｂの平面は図１３ａの平面に直交している。ビーム１３３４はミラー１３７６Ａ、１３７６Ｂ，および、１３７６Ｃの各々により反射され、ビーム１３３６として画像反転器１３７６を射出する。

ビーム１３３２の測定ビーム成分はビーム１３３３として偏光ビーム・スプリッタ１３７２により反射される。ビーム１３３３はビーム１３３５を形成するためにミラー１３７８Ａおよび１３７８Ｂにより反射される。ミラー１３７８Ａおよび１３７８Ｂは図１３ａの平面におけるビーム１３３３と１３３３の間の一定の離別を共働して五角形プリズムと同様に生成する。

ビーム１３３６は出力ビーム１３３８の１つの成分として偏光ビーム・スプリッタ１３８０により透過される。ビーム１３３５は出力ビーム１３３８の第２の成分として偏光ビーム・スプリッタ１３８０により反射される。

ビーム１３３８の部分はビーム１３４０として非偏光ビーム・スプリッタ１３８２により反射される。ビーム１３４０は、検出器１３８４に当たり、ビーム１３４０の測定と参照ビーム成分の伝播の方向のいかなる差にも関連した電気信号１３４８を生成する。

出力ビーム１３３８の第２の部分はビーム１３４２として非偏光ビーム・スプリッタ１３８２により透過される。ビーム１３４２は混合光学ビーム１３４４を生成するために配向されている偏光板１３８６により透過される。ビーム１３４４は、検出器１３８８に当たり、混合ビーム１３４４の測定と参照ビーム成分の位相の差に関連した電気信号１３４６を発生するために電気信号１３４６は混合ビーム１３４４の測定と参照ビーム成分の位相の差についての情報に対するその後の処理のために電子プロセッサおよびコンピュータ１３９０に伝送される。

電気信号１３４８は向きトランスデューサ１３５１Ａおよび１３５１Ｂに伝送される。
信号１３４８に含まれる情報は、測定物体ミラー１３６０の向きの変化とは独立に、測定ビーム１３３２の測定ビーム成分の伝播の方向をビーム１３３２の参照ビーム成分の伝播の方向を基準として実質的に一定に維持するように、向きトランスデューサ１３５１Ａおよび１３５１Ｂによりビーム操向ミラー１３５０の向きを変更するためにサーボ・システムにおいて誤差信号として使用される。ビーム操向ミラー１３５０の第１の面から測定物体ミラー１３６０への測定ビームの物理的経路長が測定物体ミラー１３６０から操向ミラー１３５０の第２の面への測定ビームの物理的経路長に等しいという条件下では、測定物体ミラー１３６０の向きの変化が操向ミラー１３５０の向きの変化により補償されると、操向ミラー１３５０においてビーム１３３２の測定ビーム成分の横方向シアはない。物理的経路長に関したこの条件は第１３の実施形態条件として参照される。

第１３の実施形態の残りの説明は先行する実施形態およびその変形に対して与えられた説明の対応する部分と同様である。
本発明の第１３の実施形態は本発明の第１の実施形態に対する説明に追加される長所を示す。追加の長所はビーム操向ミラー１３５０および向きトランスデューサ１３５１Ａおよび１３５１Ｂのサイズに関連している。第１３の実施形態条件下では、ビーム操向ミラー１３５０のサイズは入力ビーム１３１０の投影されたサイズを収容するために十分大きいことのみを必要とし、入力ビーム１３１０および出力ビーム１３３２の位置はビーム操向ミラー１３５０において静止している。このことはビーム操向ミラー１３５０および向きトランスデューサ１３５１Ａおよび１３５１Ｂに対して許容される低減された最小サイズに関した第１３の実施形態に対する追加の長所、および、ビーム操向ミラーアセンブリの周波数応答における付随的な改善につながる。

ビーム１３３２における画像反転が不要な複雑さを提示しない最終的用途の応用例に対して、第１３の実施形態の反転器１３９８は、本発明の範囲または精神から逸脱せずに第１３の実施形態の変形を形成するために省略され得る。第１３の実施形態の変形の残りの説明は第１３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。第１３の実施形態の他の変形は、測定物体が測定ビームを反射するための屋根型プリズムまたは遡及反射器を含む変形を含む。このような変形において、システムは測定物体の位置の変化を補償するために必要とされる第２のモードにおいて動作可能である。

上述の実施形態のいくつかにおいて、ビーム操向アセンブリおよび制御回路は、参照および測定ビームを発生するレーザ光源に対する擬似反射の悪影響を低減するために使用可能である。偏光ビーム分割面または４分の１波長板における不完全性の結果生じた擬似反射は、いくつかの場合に、レーザ光源に反射し返し、レーザ光源の性能を不安定化または変化させる。このような悪影響を低減するために、システムは以下のように位置合わせされ得る。

もし光源のレーザの性能に悪影響を及ぼす擬似反射が識別されたなら、参照ビームを向けて送る光学系の１つは、参照ビームの方向を僅かに変更するように調整され、射出参照ビームの方向または位置に対応する変化を作り出す。例えば、もしシステムが参照物体として平面ミラーを含むなら、平面ミラーの角度配向が調整可能であり、また、もしシステムが参照遡及反射器を形成するミラーを含むなら、それらのミラーは、互いに面が正確に垂直とはならないように調整可能である。別法として、参照ビームにおける小さな角度のオフセットを導入するために、光学くさびまたはプリズムを参照経路に導入可能である。光学系が何であれ、その光学系は、参照ビームから導出された擬似反射がレーザ光源に最早伝播し戻らなくなるまで調整される。

加えて、制御回路における検出器は射出参照ビームの方向または位置の変化を検出し、サーボ制御器に、射出参照および測定ビームの相対的な位置および／または方向の変化に
応答してビーム操向ミラーを再配向させる。ビーム操向ミラーは、出射測定ビームビームが射出参照ビームに対する変化を追跡するように、例えば、射出参照および測定ビームが実質的に平行および／または同じ長さだけ延長したまま存続するように測定ビームを再度向けて送る。その結果、測定ビームから導出された擬似反射はレーザ光源に最早伝播し戻らない。さらに、ビーム操向アセンブリおよび制御回路は参照および測定ビームの位置合わせを維持する。

この手順は、レーザ光源に戻る擬似反射の伝播を防止または低減するシステムの光学系に対して位置合わせを決定するために、干渉分光器システムの製造の間に実施可能である。一般に、この手順は制御回路およびビーム操向アセンブリの向きの制御回路による制御にバイアス・オフセットを光学的に導入する。別法として、オフセットはサーボ制御器に電子的に導入可能である。しかし、導入されても、オフセットは、測定物体の角度配向または位置の変化に応答してビーム操向要素により行なわれた配向の典型的な範囲にわたりレーザ光源へ戻る擬似反射の伝播を防止する、または少なくとも最小に抑えるために十分大きいべきである。

１つまたは複数のビーム操向アセンブリを有する干渉分光システムの実施形態は、測定物体に対する変位の変化の測定に加えて、測定物体の角度配向を測定するためにも使用可能である。例えばステージ・ミラーの角度配向を測定するために、干渉分光システムは、ステージ・ミラーの角度配向が決定可能である、ステージ・ミラー上の複数の空間的に分離された位置への距離を測定するために「積み重ねられる」多変位測定干渉分光器を含む。例えば、参照平面からステージ・ミラー上の同一直線上にない３つの点の各々への距離はステージ・ミラーの位置および角度配向を完全に定義する。干渉分光システムは、積み重ねられた干渉分光器一式内に、および／または、それらからビームを向けて送るビーム操向アセンブリを含み得る。別法として、干渉分光システムは、積み重ねられた干渉分光器一式の各々に対して測定および参照ビームの少なくとも１つを向けて送る一般のビーム操向アセンブリを含み得る。図１７ａからｃは２つの積み重ね干渉分光器に対するそのような実施形態を示す。いずれの場合でも、干渉分光システムにより得られた角度情報は、ビーム操向アセンブリにおけるビーム操向要素を配向するための制御ループを提供するために使用可能である。

図１７ａからｃの干渉分光器１７１０は、遡及反射器１５３２が（図１７ｂに示すような）複合遡及反射器１７３２で置き換えられていること、および、システムが偏光ビーム・スプリッタ１５１２に接続された（図１７ｃに示すような）分割菱形１７１３をさらに含むことを除き、上述の図１５ａの干渉分光器１７１０と同様である。図１７ｃに示すように、分割菱形１７１３は入力ビーム１５１４を受光し、そのビームを２つの中間ビーム１７１５ａおよび１７１５ｂに分離する。分割菱形１７１３は、入力ビーム１５１４を分割するための非偏光ビーム分割面１７１７ａ、および、中間ビーム１７１５ｂを中間ビーム１７１５ａに平行に再度向けて送るための反射面１７１７ｂを含む。図１７ｃは図１７ａの平面に垂直かつ入力ビーム１５１４を含む平面内にある。

偏光ビーム・スプリッタ１５１２は、中間ビーム１７１５ａおよび１７１５ｂを、互いに直交に線形偏光された参照ビーム１７１６ａおよび１７１６ｂ（点線）と測定ビーム１７１８ａおよび１７１８ｂ（実線）に分離する。図１７ａは、参照および測定ビームの１つの組のみを示し、もう１つの組は図１７ａの平面に平行な第２の平面における第１の組に平行に伝播する。他に指定されていない限り、参照および測定ビームのその後の説明は双方の組を同時にビーム１７１６および１７１８として指す。

偏光ビーム・スプリッタ１５１２は測定ビーム１７１８をビーム操向アセンブリ１５２０に向けて送り、ビーム操向アセンブリ１５２０は測定ビームを複合参照遡及反射器１７
３２を介して向けて送る。複合参照遡及反射器は、この反射器の中央を介して通過するビームが遡及反射されないように頂部が切り落とされている。その結果、ビーム操向アセンブリ１５２０は、ステージ・ミラー１５３４、すなわち、測定物体に実質的に垂直の入射で接触するように測定ビーム１７１８を向けて送る。続いて、ステージ・ミラー１５３４は、測定ビームを、それらのビームの経路を再追跡するようにビーム操向アセンブリ１５２０および変更ビーム・スプリッタ１５１２に反射し戻す。測定ビームは４分の１波長板１５３６を二重に通過し、４分の１波長板１５３６はビーム操向アセンブリ１５２０と変更ビーム・スプリッタ１５１２の間に位置され、かつ、測定ビームの線形偏光を９０°回転させる。

偏光ビーム・スプリッタ１５１２は参照ビーム１７１６をビーム操向アセンブリ１５２０に向けて送り、ビーム操向アセンブリ１５２０は参照ビームを今度は複合参照遡及反射器１７３２に向けて送る。続いて、複合参照遡及反射器は参照ビームをビーム操向アセンブリ１５２０に、および、偏光ビーム・スプリッタ１５１２上に向けて戻す。参照ビームも４分の１波長板１５３６を二重通過し、４分の１波長板１５３６は参照ビームの線形偏光を９０°回転させる。続いて、偏光ビーム・スプリッタ１５１２は、重なり合った射出参照および測定ビームを含む出力ビーム１７４０ａを形成するために、偏光が回転された参照および測定ビーム１７１６ａと１７１８ａを再結合し、かつ、重なり合った射出参照および測定ビームを含む出力ビーム１７４０ｂを形成するために、偏光が回転された参照および測定ビーム１７１６ｂと１７１８ｂを再結合する。

図１７ｂは図１７ａの平面に垂直かつステージ・ミラー１５３４の面を含む平面に向かって見たシステムの図である。図１７ｂは菱形１７１３上の入力ビーム１５１４、複合参照遡及反射器１７３２上の参照ビーム１７１６ａおよび１７１６ｂ、ステージ・ミラー１５３４上の測定ビーム１７１８ａおよび１７１８ｂ、および、偏光ビーム・スプリッタ１５１２から射出する出力ビーム１７４０ａおよび１７４０ｂの横断面のプロファイルを示す。

ビーム・スプリッタ１５４２は出力ビーム１７４０ａの部分を検出器システム１５４４に送り、検出器システム１５４４は出力ビームの参照ビームと測定ビームの伝播の方向の差を測定する。検出器システムはいかなるそのような差も示す誤差信号１５５０をサーボ制御器１５３０に送り、サーボ制御器１５３０は、既に説明したように誤差信号に応答してビーム操向アセンブリを再配向するために、信号１５２８をビーム操向アセンブリ１５２０に送る。

出力ビーム１７４０ｂおよび出力ビーム１７４０ａの残り部分は、各々、それらのビームの射出参照および測定ビーム成分の偏光を混合する偏光板を通過する。信号処理システム１７４８は、上述したように、混合ビームを受光し、参照ビーム１７１６ａと測定ビーム１７１８ａの間の、および、参照ビーム１７１６ｂと測定ビーム１７１８ｂの間の光路長の変化を決定する。ステージ・ミラー１５３４上の測定ビーム１７１８ａと１７１８ｂの間の測定された光路長およびの変化および分離に基づき、信号処理システム１７４８もステージ・ミラーの角度配向の変化を決定する。

他の実施形態において、信号処理システム１７４８により決定された角度情報は検出器システム１５４４よりも、むしろサーボ制御器１５３０に対する誤差信号１５５０を生成するために使用可能である。したがって、このような実施形態において、ビーム・スプリッタ１５４２および検出器システム１５４４は必要ない。

さらに、さらなる実施形態において、ビーム操向アセンブリは干渉分光器の外部とし得る。１つのそのような実施形態は図１５ｂの干渉分光システムと同一のシステムを含むが
、図１７ａの実施形態のように、入力ビーム１５１４を２つの平行に伝播するビームに分割するために分割菱形（例えば、分割菱形１７１３）が偏光ビーム・スプリッタ１５１２に装着されていること、および、遡及反射器１５３２が複合遡及反射器１７３２で置き換えられていることを除く。ちょうど図１７ａの実施形態が射出ビーム１５４０ａおよび１５４０ｂを生成するように、分割菱形および複合遡及反射器のために、干渉分光器は２つの射出ビームを生成する。射出ビームの処理は図１７ａの実施形態の処理と同一であり、この処理において、信号プロセッサ１７４８などの信号プロセッサは、２つの射出ビームから導出された信号に基づき角度を計算する。再び、さらなる実施形態において、信号処理システム１７４８により決定された角度情報は、検出器システム１５４４よりも、むしろサーボ制御器１５３０に対する誤差信号１５５０を生成するために使用可能である。したがって、このような実施形態において、ビーム・スプリッタ１５４２および検出器システム１５４４は必要ない。

変位、角度、または、その両者を測定するさらなる実施形態において、ビーム操向アセンブリは測定物体を二重に通過する干渉分光器とともに使用可能である。このような二重通過は測定物体の角度配向の範囲にわたり射出参照および測定ビームの平行性を受動的に維持可能であるが、動的なビーム操向アセンブリは、それでも、上述の長所の多くを提供する。例えば、ビーム操向アセンブリは、測定物体の角度配向または位置の変化により引き起こされた射出参照および測定ビームの横断的変位または干渉分光器内の参照および測定ビームの成分の横断的変位を最小に抑え得る。図１８ａからｃはこのような実施形態の概略を示す。

図１８ａからｃの干渉分光器１８１０は上述の図１５ａの干渉分光器と同一であるが、遡及反射器１５３２が（図１８ｂに示すように）複合遡及反射器１８３２で置き換えられていること、および、システムが、システムを介してビームを二重通過させるための偏光ビーム・スプリッタ１５１２に接続された（図１８ｃに示すような）再循環プリズム１８１３をさらに含んでいることを除く。

偏光ビーム・スプリッタ１５１２は入力ビーム１５１４を参照ビーム１８１６（点線）と測定ビーム１８１８（実線）に分離し、かつ、測定ビーム１８１８をビーム操向アセンブリ１５２０に向けて送り、ビーム操向アセンブリ１５２０は測定ビームを複合参照遡及反射器１８３２を介して向けて送る。複合参照遡及反射器は、この反射器の中央を通過するビームが遡及反射されないように頂部が切り落とされている。その結果、ビーム操向アセンブリ１５２０は、ステージ・ミラー１５３４、すなわち、測定物体に実質的に垂直の入射で接触するように測定ビーム１８１８を向けて送る。続いて、ステージ・ミラー１５３４は、測定ビームを、それらのビームの経路を再追跡するようにビーム操向アセンブリ１５２０および変更ビーム・スプリッタ１５１２に反射し戻す。測定ビームは４分の１波長板１５３６を二重に通過し、４分の１波長板１５３６はビーム操向アセンブリ１５２０と変更ビーム・スプリッタ１５１２の間に位置され、かつ、測定ビームの線形偏光を９０°回転させる。

偏光ビーム・スプリッタ１５１２は参照ビーム１８１６をビーム操向アセンブリ１５２０に向けて送り、ビーム操向アセンブリ１５２０は参照ビームを今度は複合参照遡及反射器１８３２に向けて送る。続いて、複合参照遡及反射器は参照ビームをビーム操向アセンブリ１５２０に、および、偏光ビーム・スプリッタ１５１２上に向けて戻す。参照ビームも４分の１波長板１５３６を二重通過し、４分の１波長板１５３６は参照ビームの線形偏光を９０°回転させる。続いて、偏光ビーム・スプリッタ１５１２は、中間ビーム１８４１を形成するために、偏光が回転された参照および測定ビーム１８１６と１８１８を再結合する。

図１８ｃに示すように、循環プリズム１８１３は中間ビーム１８４１を受光し、このビームを図１８ａの平面における変位と共に偏光ビーム・スプリッタ１５１２に再度向けて戻す。特に、図１８ｃは図１８ａの平面に垂直かつ入力ビーム１５１４を含む平面にある。したがって、再循環プリズム１８１３は、中間ビーム１８４１に、図１８ａの平面に平行な第２の平面におけるシステムを介して自身の経路を再追跡させる。その結果、重なり合う射出参照および測定ビームを含む出力ビーム１８４０は、入力ビーム１５１４に平行であるが第２の平面にある干渉分光器から出現する。

図１８ｂは図１８ａの平面に垂直かつステージ・ミラー１５３４の面を含む平面に向かって見たシステムの図である。図１８ｂはビーム・スプリッタ１５１２上の入力ビーム１５１４、複合参照遡及反射器１８３２上の参照ビーム１８１６、ステージ・ミラー１５３４上の測定ビーム１８１８、再循環プリズム１８１３上の中間ビーム１８４１、および、偏光ビーム・スプリッタ１５１２から射出する出力ビーム１８４０の横断面のプロファイルを示す。

図１８ｄに示す出力ビーム１８４０のその後の処理は、図１５ａを参照して出力ビーム１５４０に対して説明された処理と同様である。特に、スプリッタ１５４２は出力ビーム１８４０の第１の部分を検出器システム１８４４に、および、第２の部分を偏光板１５４５を介して信号処理システム１５４８に送る。しかし、検出器システム１５４４とは異なり、検出器システム１８４４は複合モードで動作する。特に、図１８ａの平面に平行な平面において、検出器システム１８４４は出力ビーム１８４０の参照ビーム成分を基準とし、測定ビーム成分の伝播方向の変化を測定し、かつ、図１８ａおよび１８ｂの平面に垂直な平面において、出力ビーム１８４０の参照ビーム成分を基準として測定ビーム成分の位置の変化を測定する。別法として、検出器システム１８４４は、それぞれ何らかの絶対的な伝播方向および位置を基準として、出力ビーム１８４０の測定ビーム成分の伝播方向および位置を測定可能である。測定ビーム成分の伝播方向の測定された変化は、図１８ａの平面におけるステージ・ミラー１５３４の角度配向の変化を示すのに対し、測定ビーム成分の位置の測定された変化は、図１８ａの平面に垂直な平面内のステージ・ミラー１５３４の角度配向の変化を示す。検出器システム１８４４は、測定ビーム成分の測定された変化に基づき、ステージ・ミラー１５３４の角度配向の変化を示す誤差信号１５５０をサーボ制御器１５３０に送る。続いて、サーボ制御器１５３０は、ステージ・ミラー１５３４の角度配向の示された変化に応答して、ビーム操向要素１５２２を再配向するために、ビーム操向アセンブリ１５１２に制御信号１５２８を送る。

二重通過の他の実施形態は、上述のビーム操向アセンブリを、スィー エイ ザノーニ（Ｃ．Ａ．Ｚａｎｏｎｉ）、「Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ Ａｎｇｌｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ： Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，Ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（ＶＤＩ Ｂｅｒｉｃｈｔｅ Ｎｒ．７４９：９３から１０６、１９８９）に説明されているものなどの二重通過平面ミラー干渉分光器または二重通過差分平面ミラー干渉分光器と組み合わせた干渉分光システムを含み得る。同様に、他の実施形態において、ビーム操向アセンブリは干渉分光器の外部とし得、かつ、干渉分光器は測定物体に対して測定ビームを二重通過させ得る。例えば、干渉分光器が参照および測定ビームを二重通過させることを可能にした図１８ａにおける再循環プリズム１８１３および複合遡及反射器１８３２の組み込みと同様の方法で、再循環プリズムおよび複合遡及反射器は、参照および測定ビームを二重通過させるために図１５ｃの干渉分光システムを追加可能である。この後者の場合において、再循環プリズムの位置は干渉分光器とビーム操向アセンブリの間ではないが、むしろビーム操向アセンブリの下流にある。別法として、ビーム操向アセンブリは図１８ｅに示すように高安定性平面ミラー干渉分光器の外部とし得る。

図１８ｅを参照すると、ビーム操向アセンブリ１５２０は、偏光立方体ビーム・スプリッタ１８１２、遡及反射器１８８２、参照ミラー１８８４、および、２つの４分の１波長板１８３６および１８３７を含む高安定性平面ミラー干渉分光器（ＨＳＰＭＩ）１８７０内に入力ビーム１５１４を向けて送る。ビーム・スプリッタ１８１２は偏光ビーム分割インターフェイス１８６２を有する。ビーム・スプリッタ１８１２は入力ビーム１５１４を参照ビーム１８１６（点線）と測定ビーム１８１８（実線）に分離し、参照ビームを参照ミラー１８８４に向けて反射し、かつ、測定ビーム１８１８をステージ・ミラー１５３４に向けて透過する。参照ミラー１８８４は参照ビーム１８１６をビーム・スプリッタ１８１２に反射し戻し、ビーム・スプリッタ１８１２は参照ビーム１８１６を遡及反射器１８８２へ現在透過する。なぜなら、参照ビーム１８１６は４分の１波長板１８３６を二重通過するからである。遡及反射器１８８２は今度は参照ビーム１８１６をビーム・スプリッタ１８１２に向けて戻し、ビーム・スプリッタ１８１２は参照ビーム１８１６を参照ミラー１８８４に向けて通過し戻す。再び、参照ミラー１８８４は参照ビーム１８１６をビーム・スプリッタ１８１２に反射し戻し、参照ビーム１８１６は４分の１波長板１８３６を再び二重通過する。同様に、ステージ・ミラー１５３４は測定ビーム１８１８をビーム・スプリッタ１８１２へ反射し戻し、ビーム・スプリッタ１８１２は測定ビーム１８１８を遡及反射器１８８２へ現在反射する。なぜなら、測定ビーム１８１８は４分の１波長板１８３７を二重通過するからである。遡及反射器１８８２は今度は測定ビーム１８１８をビーム・スプリッタ１８１２に向けて戻し、ビーム・スプリッタ１８１２は測定ビーム１８１８をステージ・ミラー１５３４に向けて反射し戻す。再び、ステージ・ミラー１５３４は測定ビーム１８１８をビーム・スプリッタ１８１２に反射し戻し、測定ビーム１８１８は４分の１波長板１８３７を再び二重通過する。ビーム・スプリッタ１８１２と遡及反射器１８８２の間の参照および測定ビームは同一直線上にあるが、図１８ｅは明確さのためにこれらのビームを分離されているとして示していることに注意されたい。

この時点において、参照ビーム１８１６は参照ミラー１８８４に２回接触しており、このミラーを二重通過し、測定ビーム１８１８はステージ・ミラー１５３４に２回接触しており、このミラーを二重通過している。今、ビーム・スプリッタ１８１２は二重通過した参照および測定ビームを中間ビーム１８８９に再結合し、続いて、中間ビーム１８８９は、出力ビーム１８８０を形成するためにビーム操向アセンブリ１５２０により向けて送られる。

図１８ｆに示す出力ビーム１８８０のその後の処理は、図１５ａを参照して出力ビーム１５４０に対して説明された処理と同様である。特に、スプリッタ１５４２は出力ビーム１８８０の第１の部分を検出器システム１８４４に、および、第２の部分を偏光板１５４５を介して信号処理システム１５４８に送る。しかし、検出器システム１５４４とは異なり、検出器システム１８８４は、参照ビーム成分を基準とした測定ビーム成分の伝播の方向の変化ではなく、参照ビーム成分を基準とした出力ビーム１８４０の測定ビーム成分の位置の変化を測定する。これは、ステージ・ミラー１５３４の角度配向の変化にもかかわらず、干渉分光器１８７０における二重通過が、出力ビーム１８４０中の測定および参照ビーム成分を互いに平行にするからである。しかし、このような変化は横断的な変位を出力ビーム１８８０の測定ビーム成分に伝える。したがって、図１８ｅの平面における横断的な軸に沿った出力ビーム１８８０の測定ビーム成分の位置の測定された変化は図１８ｅの平面におけるステージ・ミラー１５３４の角度配向の変化を示し、かつ、図１８ｅの平面に垂直な横断的な軸に沿った出力ビーム１８８０の測定ビーム成分の位置の測定された変化は図１８ｅの平面に垂直な平面におけるステージ・ミラー１５３４の角度配向の変化を示す。他の実施形態において、検出器システム１８８４は、ステージ・ミラー１５３４の角度配向の変化を決定するために、参照ビーム成分よりも、むしろ何らかの絶対的な位置を基準として出力ビーム１８４０の測定ビーム成分の位置の変化を測定する。いかなる
場合でも、検出器システム１８８４は、測定ビーム成分の位置の測定された変化に基づき、ステージ・ミラー１５３４の角度配向の変化を示す誤差信号１５５０をサーボ制御器１５３０に送る。続いて、サーボ制御器１５３０は、ステージ・ミラー１５３４の角度配向の示された変化に応答して、ビーム操向要素１５２２を再配向するために、ビーム操向アセンブリ１５１２に制御信号１５２８を送る。

上述のように、ビーム操向アセンブリは、測定物体の角度配向または位置の変化により引き起こされた射出参照と測定ビームの間の横断的な変位を最小に抑えるために、入力ビームを再度向けて送る。その結果、ビーム操向アセンブリは、測定物体の角度配向または位置の変化により引き起こされた干渉分光器内のビーム成分の横断的な変位も低減する。図１８ｅに示すように、ビーム操向アセンブリも、ビーム操向要素による入力ビームの再送により全体として引き起こされた出力ビームの角度上の逸脱を補償するために出力ビームを再度向けて送るように位置決め可能である。しかし、追加の実施形態において、このような補償は必要ではない。

他の実施形態において、むしろ出力ビームの部分に基づきビーム操向アセンブリに対して制御信号を決定することより、制御信号は、干渉分光器内の測定ビーム成分から決定され得る。

さらに、追加の実施形態において、図１８ａからｆに示すものなどの複数二重通過干渉分光器は、図１７ａからｃを参照して上述した積み重ねられた干渉分光器の実施形態と同様の方法で、測定物体の向きについての干渉分光上の角度情報を提供するために使用可能である。さらに、そのような実施形態において、干渉分光上の角度情報はビーム操向要素を配向するための制御信号を生成するために使用可能である。

図２０は、測定物体２０１０の配向についての干渉分光上の角度情報を提供するための多軸干渉分光システム２０００、および、干渉分光上の角度情報に基づき多軸干渉分光システム内に入力ビーム２００２を向けて送るためのビーム操向アセンブリ２０２０を含む装置を示す。

ビーム操向アセンブリ２０２０はビーム操向ミラー２０２２および１対の圧電トランスデューサ２０２４および２０２６を含む。トランスデューサは、サーボ制御器２０３０からの信号２０２８に応答してビーム操向ミラーを配向するために、曲げ部分によりビーム操向ミラー２０２０に結合されている。ビーム操向アセンブリは、ビーム操向ミラーの向きおよび／または位置の変化を測定するための容量ゲージを含み得る。容量ゲージは、圧電トランスデューサの特性を測定および／または監視するためにも使用可能である。

入力ビーム２００２はビーム操向ミラー２０２２に接触し、このミラーはこのビームを多軸干渉分光システム２０００内に再度向けて送る。現在説明している実施形態において、入力ビームはヘテロダイン干渉分光に適して分割している周波数を有する直交偏光成分を含む。多軸干渉分光器２０００は、図１８ｅに示すもののような２つの高安定性平面ミラー干渉分光器（ＨＳＰＭＩ）２０４０および２０４２、および、干渉分光器２０４０および２０４２の各々に入力ビームの部分を向けて送るための１対の五角形プリズム２０４４および２０４６を含む。五角形プリズム２０４４は、入力ビームの第１の部分２００４が干渉分光器２０４０へ透過することを可能にし、入力ビームの第２の部分２００６を五角形プリズム２０４２へ反射するための非偏光ビーム・スプリッタ面２０４５を含み、五角形プリズム２０４２は今度は入力ビームの第２の成分を干渉分光器２０４２に向けて送る。入力ビームの第１および第２の部分がそれらの部分の個々の干渉分光器２０４０および２０４２に進入する際に、ビーム操向アセンブリが入力ビームの伝播方向を変化させる際でさえ、五角形プリズムは、それらの部分を互いに平行に維持するように位置決めされ
る。

他の実施形態において、五角形プリズム２０４４および２０４６は、入力ビームの第１および第２の部分がそれらの部分の個々の干渉分光器２０４０および２０４２に進入する際に、ビーム操向アセンブリが入力ビームの伝播方向を変化させる際でさえ、それらの部分を互いに平行に同じく維持するために、互いに平行に配向されているそれぞれ、偏光ビーム・スプリッタ面およびミラーで置き換え可能である。

干渉分光器２０４０は入力ビームの部分２００４を（図示しない）測定ビームおよび参照ビームに分離し、測定物体２０１０に対する２回の通過を行なうために測定ビーム２０４１を向けて送る（測定物体２０１０は、例えばリソグラフィ用ステージに装着された平面ミラーである）。その後、干渉分光器２０４０は、干渉分光器２０４０により規定された測定軸に沿った測定物体への距離の変化を示す干渉分光情報を含む出力ビームを生成するために、反射された測定ビームを参照ビームと再結合する。

同様に、干渉分光器２０４２は入力ビームの部分２００６を測定ビーム２０４３および（図示しない）参照ビームに分離し、かつ、測定物体２０１０に対する２回の通過を行なうために測定ビーム２０４３を向けて送る（測定物体２０１０は、例えばリソグラフィ用ステージに装着された平面ミラーである）。その後、干渉分光器２０４３は、干渉分光器２０４２により規定された測定軸に沿った測定物体への距離の変化を示す干渉分光情報を含む出力ビームを生成するために、反射された測定ビームを参照ビームと再結合する。

干渉分光器２０４０は、測定ビーム２０４１を、測定物体へのこのビーム２０４１の第１の通過の間、入力ビームの部分２００４に対して平行に伝播するように配向される。同様に、干渉分光器２０４２は、測定ビーム２０４３を、測定物体へのこのビーム２０４３の第１の通過の間、入力ビームの部分２００６に対して平行に伝播するように配向される。したがって、ビーム操向アセンブリ２０２０は、測定ビーム２０４１および２０４３の双方に、図２０の平面における測定物体の角度配向の範囲にわたり実質的に垂直な入射で測定物体に接触させるために、入力ビーム２００２を再度差し向け可能である。上述のように、このような垂直入射は、干渉分光器内の参照ビームと測定ビームの間の横方向シア、および、出力ビームの参照と測定ビーム成分の間の横方向シアを低減可能である。

現在説明している実施形態において、干渉分光器２０４０および２０４２は、位相が測定物体に対する距離変化に対応するヘテロダイン強度成分を有する信号ビームを生成するために、出力ビームの参照と測定ビーム成分を混合するための（図示しない）偏光板をそれぞれ含む。光ファイバ２０５０および２０５２は、各干渉分光器から対応する検出器２０５１および２０５３に信号ビームをそれぞれ搬送する。他の実施形態において、光ファイバは使用されず、検出器は、信号ビームの強度を直接測定するために、干渉分光器に隣接して位置されている。

信号プロセッサ２０６０は検出器と結合されており、各信号ビームからの距離情報および（図２０の距離「Ａ」として示す）干渉分光器２０４０と２０４２の測定軸間の分離に基づき、図２０の平面における測定物体の角度配向の変化を決定する。続いて、信号プロセッサは、角度配向の変化に基づき、サーボ制御信号２０６２をサーボ制御器２０３０に送り、サーボ制御器２０３０は今度は、測定ビーム２０４１および２０４３に実質的に垂直な入射で測定物体に接触させるために、１つまたは双方のトランスデューサ２０２４および２０２６にビーム操向ミラー２０２２を配向させる。

図２０の実施形態は、入力ビームの部分２００４を２対のの測定および参照ビームに分離し、かつ、第３の計測軸についての測定物体への距離の変化を示す第３の出力ビームを
生成するために追加の測定ビームを図２０の平面の上方（または下方）の測定物体に接触するように向けて送り、かつ、この測定ビームをそれの対応する参照ビームと再結合する積み重ねＨＳＰＭＩ干渉分光器で、ＨＳＰＭＩ干渉分光器２０４０を置き換えることにより、図２０の平面から外への（すなわち、距離矢印「Ａ」に対応する軸についての）測定物体の角度配向の変化に対処するために拡張可能である。この第３の出力ビームは他の出力ビームと同じ方法で処理可能であり、これらの出力ビームは、共働して、干渉分光システムを基準とした測定物体の距離、縦ゆれ、および、片ゆれの変化についての情報を供給する。後の２つの量は、縦ゆれおよび片ゆれの双方における測定物体の角度配向の変化にもかかわらず、この３つのビームを測定物体に対して実質的に垂直に維持するために二次元においてビーム操向ミラーを配向するために使用可能である。

さらに、追加の実施形態において、入力ビームの追加の部分は、ビーム操向アセンブリ２０２０または追加のビーム操向要素に対してサーボ・ループを制御するためにも使用可能である追加の計測軸を提供するために使用可能である。例えば、測定物体が複数の次元に沿って移動するステージである応用例の場合、多軸干渉分光システムはステージの複数の側面に計測軸を設けることが可能である。さらに、そのような実施形態において、多軸干渉分光システムは可動ステージを基準として静止とし得る。別法として、多軸干渉分光システムは可動ステージにより支持可能であり、測定物体は固定参照フレーム（例えば、Ｌ字型ミラー）を規定可能である。内容を本願明細書に援用するＫｒｅｕｚｅｒへの米国特許第５，７５７，１６０号明細書を参照されたい。さらに、追加の実施形態において、干渉分光器２０４０および２０４２は異なったタイプの干渉分光器、例えば上述のもののいずれをも含む単一通過干渉分光器または他のタイプの二重通過干渉分光器で置き換え得る。さらに、異なった計測軸を提供する別個の干渉分光器を有するよりも、むしろ積分型多軸干渉分光器が使用され得る。内容を本願明細書に援用するボックマン（Ｂｏｃｋｍａｎ）への米国特許第５，０６４，２８９号明細書およびザノーニ（Ｚａｎｏｎｉ）への米国特許第４，８８３，３５７号明細書を参照されたい。

さらなる実施形態において、測定物体の角度配向についての情報を供給する干渉分光システムは、測定物体の角度配向についての干渉分光情報を直接的に含む出力ビームを供給するために、２つのビームを測定物体の異なった位置に接触するように向けて送り、かつ、それらのビームを、測定物体に接触した後に再結合する角度測定干渉分光器を含み得る。このような情報は動的ビーム操向要素に対する制御信号を生成するために使用可能であり、この動的ビーム操向要素は角度測定干渉分光器においてビームの１つまたは双方を、（もし角度測定干渉分光器が多軸干渉分光器の一部であれば）干渉分光器において他の測定ビームを、または、干渉分光器内へ入力ビームを再度向けて送るように位置することが可能であり、測定物体に接触するビームは入力ビームから導出される。

このような実施形態は図２１に示す。光源２３０２は、既に説明したように分割しているヘテロダイン周波数を有する直交に偏光された成分を含む入力ビーム２３１０を供給する。入力ビーム２３１０は、制御器２３１１からの制御信号２３０４に応答してミラー２３１４を動的に配向するためのビーム操向ミラー２３１４およびトランスデューサ２３１６および２３１８を含む動的ビーム操向アセンブリに入射し、かつ、これにより、入力ビーム２３１２として再度向けて送られる。以前の実施形態において説明したように、制御器２３１１は、測定物体２３８０の角度配向の変化に応答してビーム操向ミラー２３１４を配向するための制御信号２３０４を発生する。本実施形態において、制御器２３１１は、干渉分光システム２３０６により生成された角度測定出力ビーム２３７８の検出器２３７６により測定された強度情報２３１３に基づき制御信号を生成する。

引き続き図２１を参照すると、干渉分光システム２３０６は以下のように機能する。非偏光ビーム・スプリッタ２３２０は入力ビーム２３１２を角度測定入力ビーム２３８２と
距離測定入力ビーム２３８４に分割する。干渉分光システムの距離測定部分は高安定性平面ミラー干渉分光器（ＨＳＰＭＩ）を含む。干渉分光システムの角度測定部分は、光学的差分に基づき角度測定出力ビームを生成するために測定物体上の異なった点への単一通過を行なうように角度測定ビームを向けて送る。以下にさらに詳細に説明するように、干渉分光システムの角度測定部分は、複数の測定軸を提供する集積システムを生産するために、多くの構成部分を距離測定ＨＳＰＭＩの部分と共有する。

引き続き図２１を参照すると、非偏光ビーム・スプリッタ２３２０は距離測定入力ビーム２３８４を（ミラー２３３１を介して）偏光ビーム・スプリッタ２３３０に反射し、ビーム・スプリッタ２３３０はこのビームを２つの距離測定ビーム、すなわち、反射された参照ビーム２３９５と透過された測定ビーム２３９１に分割する。続いて、参照ビーム２３９５は参照ミラー２３３８から反射し、続いて、４分の１波長板２３３６を介した二重通過に続き遡及反射器２３３２へ偏光ビーム・スプリッタ２３３０により透過される。続いて、遡及反射器２３３２は参照ビーム２３９５を偏光ビーム・スプリッタ２３３０に向けて戻し、ビーム・スプリッタ２３３０はこのビームを参照ミラー２３３８に透過し戻し、参照ミラー２３３８は今度はこのビームを、４分の１波長板２３３６を介した別の二重通過の後に偏光ビーム・スプリッタに反射し戻す。４分の１波長板を介した二重通過により、偏光ビーム・スプリッタ２３３０は距離測定出力ビーム２３７４の参照ビーム成分として参照ビームを今反射する。測定ビーム２３９１は測定ミラー２３８０から反射し、続いて、４分の１波長板２３３４を介した二重通過に続き遡及反射器２３３２へ偏光ビーム・スプリッタ２３３０により透過される。続いて、遡及反射器２３３２は測定ビーム２３９１を偏光ビーム・スプリッタ２３３０に向けて戻し、ビーム・スプリッタ２３３０はこのビームを測定ミラー２３８０に反射し戻し、測定ミラー２３８０は今度はこのビームを、４分の１波長板２３３４を介した別の二重通過の後に偏光ビーム・スプリッタに反射し戻す。４分の１波長板を介した二重通過により、偏光ビーム・スプリッタ２３３０は距離測定出力ビーム２３７４の測定ビーム成分として測定ビームを今透過する。

したがって、測定物体２３８０に対する測定ビーム２３９１の二重通過、および、参照物体２３３８に対する参照ビーム２３９５の二重通過に続き、変更ビーム・スプリッタ２３３０は、距離測定出力ビーム２３７４を形成するために測定および参照ビームそれぞれ２３９１および２３９５を再結合する。偏光板２３７１は、距離測定出力ビームの偏光成分を、検出器２３７２に当たる前に混合する。距離測定出力ビームの位相は検出器２３７２により測定から導出され、軸Ｘ_１に沿った平面ミラー物体の線形変位を決定するために使用される。

非偏光ビーム・スプリッタ２３２０は角度測定入力ビーム２３８２を偏光ビーム・スプリッタ２３３０へ透過し、偏光ビーム・スプリッタ２３３０は角度測定入力ビーム２３８２を角度測定ビーム２３９３および２３９４に分離する。偏光ビーム・スプリッタ２３３０は角度測定ビーム２３９３を透過し、続いて、このビームは平面ミラー測定物体２３８０により反射される。４分の１波長板２３３４を二重通過した後、角度測定ビーム２３９３は偏光ビーム・スプリッタ２３３０に戻り、偏光ビーム・スプリッタ２３３０はこのビームを中間ビーム２３９０の第１の成分として反射する。偏光ビーム・スプリッタ２３３０はビーム２３９４を反射し、続いて、このビームは平面ミラー参照物体２３３８により反射される。４分の１波長板２３３６を二重通過した後、角度測定ビーム２３９４は偏光ビーム・スプリッタ２３３０に戻り、偏光ビーム・スプリッタ２３３０はこのビームを中間ビーム２３９０の第２の成分として反射する。

続いて、中間ビーム２３９０はミラー２３４７、２３４８、および、２３４９から３つの別個の反射を行い、これらの反射は中間ビームを偏光ビーム・スプリッタ２３３０に向けて戻し、偏光ビーム・スプリッタ２３３０は今度は中間ビームをビーム２３９３および
２３９４に分離し戻す。しかし、偏光ビーム・スプリッタ２３３０に到達する前に、中間ビーム２３９０は、中間ビームの成分の線形偏光を９０°回転する半波長遅延板２３５０を通過する。偏光回転により、偏光ビーム・スプリッタ２３３０はその後に角度測定ビーム２３９４を平面ミラー測定物体２３８０に反射し、かつ、角度測定ビーム２３９３を平面ミラー参照物体２３３８へ透過する。測定および参照物体それぞれ２３８０および２３３８からのビーム２３９４および２３９３の反射、および、４分の１波長板それぞれ２３３４および２３３６を介した二重通過に続き、変更ビーム・スプリッタ２３３０は、角度測定出力ビーム２３７８の成分として角度測定ビームをを再結合する。したがって、ビーム２３９３および２３９４は、これらのビームが各々異なった点において平面ミラー測定物体に１回接触した後、角度測定出力ビーム２３７８を形成するために再結合される。偏光板２３７５は、角度測定出力ビーム２３７８の偏光成分を、これらの成分が検出器２３７６に当たる前に混合する。

遡及反射器２３３２、ミラー２３４７、２３４８、および、２３４９、および、半波長遅延板２３５０を含む構成部分は全体で戻りビーム光学アセンブリ２３５１を規定し、このアセンブリ２３５１は、距離測定ビーム２３９１および２３９５を、これらのビームのそれぞれ測定および参照物体への第１と第２の通過の間に偏光ビーム・スプリッタ２３３０に戻し、かつ、角度測定ビーム２３９３および２３９４を、これらのビームのそれぞれ測定および参照物体への通過の後に偏光ビーム・スプリッタ２３３０に戻す。

各角度測定ビームが測定物体に１回接触するため、測定物体２３８０における傾きにより導入されたいかなる角度上の逸脱も双方の成分に影響を及ぼし、そのため、ビーム成分は角度変位干渉分光器の出力において平行のままと存続する。さらに、角度測定出力ビームは、ｂ_１が平面ミラー測定物体におけるビーム２３９３と２３９４の間の間隔であり、入力ビーム２３１０の波長λ_１に対して波数ｋ_１＝２π／λ_１であり、かつ、ｎ_１はビーム経路における気体の屈折率であるとして、式φ_１＝２ｋ_１ｎ_１ｂ_１θ_１によれば、（入力ビーム２３１２の伝播方向を基準として）測定物体の角度上の変化θ_１に関連した相対位相シフトφ_１を含む。

角度測定ビーム２３９３および２３９４を（これらのビームが中間ビーム２３９０の成分である時）偏光ビーム・スプリッタ２３３０に再度向けて戻すための３つのミラー２３４７、２３４８、および、２３４９を含む戻りミラー・システム折込みシステムは、角度測定出力ビーム２３７８における双方の成分が平行であることを確実にする。

干渉分光システム２３０６の角度測定部分の１つの長所は、検出器または光ファイバ・ピック・アップ（ＦＯＰ）における角度測定出力ビームの成分の差分ビーム・シアが、例えばＨＳＰＭＩの検出器またはＦＯＰにおける出力ビームにおける差分ビーム・シアに比較して、実質的に低減されていることである。これは、角度測定出力ビームの双方の成分（すなわち、角度測定ビーム２３９３および２３９４）が、測定平面ミラーからの非垂直反射および干渉分光器へ戻るその後の伝播の際に、実質的に等しい量のシアを受けるためである。

さらなる実施形態において、干渉分光システム２３０６は、本願明細書に援用するヘンリー エイ ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌ）による２００３年１月２７日に出願の「Ｍｕｌｔｉ−Ａｘｉｓ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」と題された共通所有出願米国特許出願第１０／３５１，７０８号明細書に開示されているものなどの角度測定干渉分光器を含む他の干渉分光システムで置き換えられ得る。同様に、さらなる実施形態において、動的ビーム操向要素は、角度測定干渉分光器内のビームの１つ（例えば、測定物体に接触するビームの１つまたは双方）を向けて送るように位置決めすることが可能である。

上述の干渉分光システムのいずれの１つにおいても、入力、参照、測定、中間、および、出力のビームは、測定物体への測定経路に沿った分散を測定するための複数の十分に分離された波長を含み得る。十分に分離された波長は、例えばレーザの基底および周波数倍増波長、例えば１０６４および５３２ｎｍにおける基底および倍増Ｎｄ：Ｙａｇまたは５３２および２６６における倍増および四倍増Ｎｄ：Ｙａｇなどから出来可能である。１つのそのような光源は、本願明細書に援用する１９９９年４月２８日出願のウィリアム エイ シャルおよびカール エイ ザノーニ（Ｗｉｌｌｉａｍ Ａ．Ｓｈｕｌｌ ａｎｄ Ｃａｒｌ Ａ．Ｚａｎｏｎｉ）による「Ｈｅｌｉｕｍ−Ｎｅｏｎ Ｌａｓｅｒ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ｔｗｏ Ｈａｒｍｏｎｉｃａｌｌｙ Ｒｅｌａｔｅｄ，Ｓｉｎｇｌｅ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｉｎ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」と題された米国特許出願明細書第０９／３０５，８０８号に説明されているヘリウム−ネオン・レーザ光源である。複数の波長における測定物体への光路長の変化の測定は、測定経路に沿った空気の擾乱に対して変位の測定値を補正し、光路長の変化を幾何学的経路長の変化に変換するために使用可能である。

図１９ａおよびｂは変位および分散干渉分光システムの概略を示す。レーザ光源１９８０は、十分に分離された単一周波数の波長λ_１および波長λ_２を有する２つのビームの同じ長さに延長する重複体である光ビーム１９８１を発生する。波長（λ_１／λ_２）の比はＩ_１／Ｉ_２として少なくとも近似的に表し得る知られている値を有し、ここでＩ_１およびＩ_２は整数である。いくつかの実施形態において、２つの波長は高調波の関係にある。二色ビーム・スプリッタ１９８３は重複ビーム１９８１を波長λ_１のビーム１９８２およびλ_２のビーム１９８８の２つの単一波長ビーム１９８２および１９８８に分割する。ビーム１９８２はビーム１９９９となるためにドライバ１９９５により給電されている音響光学変調システム１９９３を通過する。同様に、ビーム１９８８は、ミラー１９８９により再度向けて送られた後、ビーム１９９０となるためにドライバ１９９６により給電されている音響光学変調システム１９９４を通過する。音響光学変調システム１９９３および１９９４は、各々、それぞれビーム１９９９および１９９０の直交線形偏光成分間で分割している周波数を生成する。

特に、音響光学変調システム１９９３は、ビーム１９９９を生成するために、ビーム１９８２のｙ偏光成分に関して、ビーム１９８２のｘ偏光成分の光学周波数を量ｆ_１シフトさせる。同様に、音響光学変調システム１９９４は、ビーム１９９０を生成するために、ビーム１９８８のｙ偏光成分に関して、ビーム１９８８のｘ偏光成分の光学周波数を量ｆ_２シフトさせる。この説明において、ｚ軸はビームの伝播の方向と同一直線上にあり、ｘ軸はｚ軸に垂直な図１９ａの平面内にあり、かつ、ｙ軸は図１９ａの平面に垂直である。周波数シフトの値ｆ_１およびｆ_２はそれぞれドライバ１９９５および１９９６により決定され、かつ、λ_１およびλ_２により規定された光学周波数より小さな大きさの（例えば、約１０^−７小さい）多くの次数にある。音響光学変調システム１９９３および１９９４は、各々、少なくとも１つの音響光学変調器、および、プリズムおよび複屈折要素などの１つまたは複数の追加の光学要素を含む。適する音響光学変調システムは、本願明細書に援用する米国特許第４，６８４，８２８号明細書および第４，６８７，９５８号明細書においてジー イー ソマーグレン（Ｇ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎ）により、および、１９９８年４月１７日出願の米国特許出願第０９／０６１，９２８号においてエイチ エイ ヒル（Ｈ．Ａ．Ｈｉｌｌ）により説明されている。音響光学変調システムにより生成された周波数分割は、ヘテロダイン干渉分光技術の使用を可能にする。当技術分野で知られている他の周波数分割技術も、ヘテロダイン周波数分割を生成するために使用可能である。別法として、他の実施形態において、ホモダイン干渉分光技術が使用可能であり、この場合、周波数分割は必要ない。

いくつかの実施形態において、音響光学変調システム１９９３および１９９４のいずれか、または、双方は、それぞれビーム１９８２および１９８８の両偏光成分に対して周波数オフセットを付加的に導入可能である。例えば、音響光学変調システム１９９３はビーム１９８２のｘ偏光成分をｆ_０シフトさせ得、かつ、そのビームのｙ偏光成分をｆ_０＋ｆ_１シフトさせ得、音響光学変調システム１９９４はビーム１９８８のｘ偏光成分をｆ_０’シフトさせ得、かつ、そのビームのｙ偏光成分をｆ_０’＋ｆ_２シフトさせ得る。周波数オフセットは光源１９８０と干渉分光器の下流の間の隔離を改善可能である。

ビーム１９９９は二色ビーム・スプリッタ１９１４にミラー１９１２により向けて送られ、二色ビーム・スプリッタ１９１４はビーム１９９９とビーム１９９０をビーム１９２０に結合する。したがって、ビーム１９２０は、λ_１における周波数シフトされた直交偏光成分およびλ_２における周波数シフトされた直交偏光成分を含み、これらの全ては実質的に同じ長さに延長し、同一直線上にある。ビーム整形光学系１９１０は、λ_１におけるビーム１９２０の成分が、λ_２におけるビーム１９２０の成分のものと同様の直径、より詳細には、同様の横断的強度プロファイルを有するように、ビーム１９９９の横断的空間プロファイルを修正する。他の実施形態において、ビーム整形光学系１９１０は音響光学変調システムの前または後ろのいずれかに位置決めすることが可能であり、かつ、λ_１におけるビームまたはλ_２におけるビームを、それらのビームがどこで互いから分離されても変化させ得る。適するビーム整形光学系は、例えばビーム拡張器、ビーム圧縮器、可変密度フィルタ、および、アポダイジング・マスクを含む。このような要素は、同様の横断的強度プロファイルを生成するために別個に、または、組み合わせて使用可能である。

ビーム１９２０は、上記の実施形態のいずれかにおいて説明された干渉分光器およびビーム操向アセンブリを含む干渉分光器ユニット１９６０内へ向けて送られる。干渉分光器ユニット１９６０は、２つの波長λ_１およびλ_２の各々における射出参照および測定ビームの重なり合う対を含む射出ビーム１９１５を生成する。上述したように、干渉分光ユニット１９６０における動的制御システムは、射出ビーム１９１５に対する測定物体の角度配向または位置の変化の影響を低減する。干渉分光ユニット１９６０内の別個の参照および測定経路は、波長λ_１における射出ビーム１９１５のｘ偏光成分とｙ偏光成分の間に位相シフトφ_１を導入し、かつ、波長λ_２における射出ビーム１９１５のｘ偏光成分とｙ偏光成分の間に位相シフトφ_２を導入する。位相シフトに対する表現は以下により与えられる。

φ_ｊ＝Ｌｐｋ_ｊφ_ｊ＋ζ_ｊ、ここで、ｊ＝１または２、 （３）
ここで、Ｌは測定ビーム１９１８により横切られる往復距離であり、ｐは干渉分光器内の往復通過の数（現在説明されている干渉分光器に対しては、ｐ＝１）であり、ｎ_ｊは波数ｋ_ｊ＝（２π）／λ_ｊにおける気体１９９８の平均屈折率であり、かつ、ζ_ｊは、測定ビーム１９１８により横切られた経路に関連しない位相シフトφ_ｊへの全ての寄与を含む波長λ_ｉに対する位相オフセットである。波長λ_１およびλ_２における測定ビーム１９１８の成分が同じ幾何学的距離Ｌを横切るが、異なった屈折率ｎ_１およびｎ_２を経験するために、位相φ_ｊは測定物体への測定経路に沿った経路内の分散を決定するために使用可能である。

（例えば、図１９ａの平面に４５度で配向された）偏光板１９４４は、混合ビーム１９１９を生成するために、波長λ_１およびλ_２の各々におけるビーム１９１５のｘおよびｙ偏光成分を混合する。続いて、二色ビーム・スプリッタ１９８０は混合ビーム１９１９を波長λ_１における第１の信号ビーム１９１７および波長λ_２における第２の信号ビーム１９１８に分離する。光電検出器１９８５および１９８６は、それぞれ干渉ヘテロダイン信号ｓ_１およびｓ_２を生成するために、信号ビーム１９１７および１９１８の時間で変化する強度をそれぞれ測定する。信号ｓ_ｊは以下の形を有する。

ｓ_ｊ＝Ａ_ｊｃｏｓ｜α_ｊ（ｔ）｜、ｊ＝１および２、 （４）
ここで、時間依存偏角α_ｊ（ｔ）は以下により与えられる。
α_ｊ（ｔ）＝２πｆ_ｊｔ＋φ_ｊ、ｊ＝１および２ （５）
ヘテロダイン信号ｓ_１およびｓ_２は、デジタルまたはアナログのフォーマットのいずれかでそれぞれ電子信号１９０３および１９０４として解析のために処理システム１９０９に伝送される。処理システム１９０９は、ドライバ１９９５および１９９６から、それらのドライバの個々の駆動周波数（例えば、ヘテロダイン分割周波数ｆ_１およびｆ_２）および位相をそれぞれ示す電子信号１９０１および１９０２も受信する。

図１９ｂを参照すると、処理システム１９０９は、位相φ_１およびφ_２をそれぞれ決定するために電子プロセッサ１０９４Ａおよび１０９４Ｂをさらに含む。プロセッサ１０９４Ａは信号１９０３（ｓ_１）および信号１９０１（ドライバ１９９５に対するｆ_１におけるヘテロダイン参照位相）に基づきφ_１を決定し、プロセッサ１０９４Ｂは信号１９０４（ｓ_２）および信号１９０２（ドライバ１９９６に対するｆ_２におけるヘテロダイン参照位相）に基づきφ_２を決定する。プロセッサは、例えばデジタル・ヒルベルト変換位相検出器などの時間に基づく位相検出を含めて、デジタルまたはアナログの信号処理技術のいずれかを使用可能である。例えば、アール イー ベスト（Ｒ．Ｅ．Ｂｅｓｔ）、「Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐｓ：ｔｈｅｏｒｙ，ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、第２版、（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９９３）の第４．１．１．節を参照されたい。他の実施形態において、信号１９０１および１９０２は、ビーム１９９９および１９９０の各々の部分の偏光成分をそれぞれ混合することにより生成された混合参照位相ビームから導出可能である。

プロセッサ１０９４Ａおよび１０９４Ｂにより決定された位相φ_１およびφ_２は、次に、電子プロセッサ１０９５Ａおよび１０９５Ｂにおいて、好ましくはデジタル処理においてｌ_１／ｐおよびｌ_２／ｐによりそれぞれ乗され、それぞれ位相（ｌ_１／ｐ）φ_１および（ｌ_２／ｐ）φ_２をもたらす。位相（ｌ_１／ｐ）φ_１および（ｌ_２／ｐ）φ_２は、次に、位相

およびΦをそれぞれ作成するために、好ましくはデジタル処理により、電子プロセッサ１０９６Ａにおいて一緒に加算され、電子プロセッサ１０９７Ａにおいて一方から他方が除される。式で記載すれば以下のようになる。

図１９ａを再び参照すると、位相φ_１、

、および、Φは、デジタルまたはアナログのフォーマットのいずれかで信号１９０５としてコンピュータ１９１０に伝送される。
測定物体への測定経路における気体の屈折度（ｎ_１−１）は以下の式を使用して算出可能である。

ここで、
χ＝（ｌ_１ｋ_１＋ｌ_２ｋ_２）／２、 （９）
Ｋ＝（ｌ_１ｋ_１−ｌ_２ｋ_２）／２、 （１０）

量Γは、環境の条件および気体における擾乱とは実質的に独立している気体の逆分散力である。オフセットの項Ｑは以下のように定義される。
Ｑ＝ξ（Ｋ／χ）−Ｚ （１２）
ここで、

Γの値は、気体の組成の知識から、かつ、気体の成分の波長依存屈折度の知識から算出可能である。例えば、６３２．８ｎｍに等しい波長λ_１および３１６．４ｎｍに等しいλ_２に対して、Γは約２１．４に等しい。

変位測定干渉分光に関連した応用例に対して、ヘテロダイン位相φ_１および位相

およびΦは、以下の式を使用して、測定経路における気体１９９８の屈折率の影響とは独立に、幾何学的距離Ｌを決定するために使用可能である。

波長の比は、式（９）および（１０）からの（Ｋ／χ）の項に表し得、結果は以下のようになる。

以下の条件下で動作する時、

位相Φおよび

の比は以下の近似値を有する。

ここで、εは、気体の屈折度、または、気体による測定レッグの光路長の変化の測定に対して所望されている相対精度であり、以下の不等式が適用される。

式（８）および（１５）は以下のより簡略な形にそれぞれ書き換えられる。

上記の式を使用して、コンピュータ１９１０は、処理システム１９０９からの信号１９０５に基づき（ｎ_１−１）、Ｌ、および／または、Ｌの変化を算出する。Ｌに対する同様の計算はｎ_２に関しても実行可能である。

現在説明している実施形態において、干渉分光器ユニット１９６０は、入力ビーム１９２０を受光し、射出ビーム１９１５を生成し、それらのビームの各々は波長λ_１およびλ_２の双方を含む。他の実施形態において、干渉分光器ユニットは、信号ビーム１９１７および１９１８を直接生成するために、偏光板１９４４および二色ビーム・スプリッタ１９８０を含み得る。同様に、射出ビーム１９１５が波長λ_１およびλ_２の双方を含む時にこのビームの偏光を混合するよりも、むしろ干渉分光器ユニットは、ビーム１９１５を波長λ_１またはλ_２のいずれかを有するビームに分割し得、続いて、信号ビーム１９１７および１９１８を生成するために分割されたビームの各々の偏光を混合し得る。さらに、他の実施形態において、干渉分光器ユニットは、それぞれ波長λ_１およびλ_２における２つの入力ビームを双方の波長における１つの入力ビームに結合するために、二色ビーム・スプリッタ１９１４を含み得る。同様に、干渉分光器ユニットは、それぞれ波長λ_１およびλ_２における分離した入力ビームを受光し得、かつ、これらの入力ビームの各々を、個々の波長における参照および測定ビームに分離するために、１つまたは複数の二色ビーム・スプリッタを含み得る。後者の場合、干渉分光器ユニットは、波長λ_１およびλ_２における測定ビームを測定物体に接触する共通の経路に沿って向けて送り、続いて、測定ビームの各々をそれぞれの参照ビームと再結合する。

図１９ｃはそのような干渉分光器ユニット１９６１の概略を示す。偏光ビーム・スプリッタ１９４８ａは波長λ_１における入力ビーム１９５０ａを、ともに波長λ_１における参照ビーム１９５２ａおよび測定ビーム１９５４ａに分離する。同様に、偏光ビーム・スプリッタ１９４８ｂは波長λ_２における入力ビーム１９５０ｂを、ともに波長λ_２における参照ビーム１９５２ｂおよび測定ビーム１９５４ｂに分離する。例えば、入力ビーム１９５０ａおよび１９５０ｂは、それぞれ図１９ａからビーム１９９０および１９９９とし得る。偏光ビーム・スプリッタ１９４８ａおよび１９４８ｂはそれぞれ偏光ビーム分割面１９６１ａおよび１９６１ｂ、および、それぞれ反射面１９６２ａおよび１９６２ｂを有する。二色ビーム・スプリッタ１９５６は、参照ビーム１９５２ａおよび１９５２ｂを波長λ_１およびλ_２の双方を有する参照ビーム１９６２に結合し、かつ、測定ビーム１９５４
ａおよび１９５４ｂを波長λ_１およびλ_２の双方を有する測定ビーム１９６４に結合する。参照ビーム１９５２ａ、１９５２ｂ、および、１９６２は図１９ｃにおいてダッシュ線として示すのに対し、測定ビーム１９５４ａ、１９５４ｂ、および、１９６４は図１９ｃにおいて実線として示す。

参照ビーム１９６２および測定ビーム１９６４はビーム操向アセンブリ１５２０に伝播し、ビーム操向アセンブリ１５２０は参照ビームを遡及反射器１５３２に、および、測定ビームをステージ・ミラー１５３４に向けて送る。遡及反射器１５３２およびステージ・ミラー１５３４は参照および測定ビームをそれぞれビーム操向アセンブリ１５２０に反射し戻し、ビーム操向アセンブリ１５２０はこれらのビームを二色ビーム・スプリッタ１９５６に再度向けて戻す。続いて、二色ビーム・スプリッタ１９５６は参照ビーム１９６２を波長λ_１およびλ_２をそれぞれ有する参照ビーム１９５２ａおよび１９５２ｂに分離し戻し、かつ、参照ビーム１９６４を波長λ_１およびλ_２をそれぞれ有する測定ビーム１９５４ａおよび１９５４ｂに分離し戻す。続いて、参照および測定ビーム１９５２ａおよび１９５４ａは偏光ビーム・スプリッタ１９４８ａに伝播し、これらのビームが４分の１波長板１９６８ａを二重通過するために、偏光ビーム・スプリッタ１９４８ａは、波長λ_１を有する射出ビーム１９７０ａを形成するためにそれらのビームを再結合する。同様に、続いて、参照および測定ビーム１９５２ｂおよび１９５４ｂは偏光ビーム・スプリッタ１９４８ｂに伝播し、これらのビームが４分の１波長板１９６８ｂを二重通過するために、偏光ビーム・スプリッタ１９４８ｂは、波長λ_２を有する射出ビーム１９７０ｂを形成するためにそれらのビームを再結合する。射出ビーム１９７０ａおよび１９７０ｂの１つの一部は、ビーム操向アセンブリ１５１２に、ステージ・ミラー１５３４の角度配向の変化に応答して参照および測定ビーム１９６２および１９６４を再度向けて送らせる制御信号を生成するために、検出器１５４４などの（図示しない）検出器システムに送られる。このような制御システムの説明は、図１５ａの実施形態を参照して既に説明したものと同一である。

射出ビーム１９７０ａおよび１９７０ｂは、それぞれ波長λ_１およびλ_２におけるステージ・ミラー１５３４への光路長の変化を示し、これらのビームからはステージ・ミラーへの測定経路に沿った分散が決定可能である。特に、偏光板は、図１９ａを参照して上述した信号ビーム１９１７および１９１８を生成するために、射出ビームの各々の参照および測定ビーム成分を混合するために使用可能である。

上述した干渉分光システムは、コンピュータ・チップなどの大規模集積回路を製造するリソグラフィ用応用例において特に有用となり得る。リソグラフィは半導体製造産業に対する重要な技術駆動部分である。重ね合わせの改善は、１００ｎｍの線幅（デザイン・ルール）への、および、それ以下での５つの最も困難な挑戦の１つであり、例えば、「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｒｏａｄｍａｐ」ｐ．８２（１９９７）を参照されたい。重ね合わせは、ウェハおよびレチクル（または、マスク）ステージを位置決めするために使用される距離測定干渉分光器の性能、すなわち、正確さおよび精密さに直接依存する。１基のリソグラフィの装置は年間５千万から１億ドルの製品を生産可能であるため、改善された性能の距離測定干渉分光器からの経済価値はかなりになる。リソグラフィ装置の歩留まりの各１％の上昇は、集積回路製造業者への年間約百万ドルの経済的利益およびリソグラフィ装置販売業者への競争上での実質的な有利性をもたらす。

リソグラフィ装置の機能は空間的にパターン形成された放射光をフォトレジストが塗布されたウェハ上に向けて送ることである。この工程は、ウェハのどの位置が放射光を受光するのかを決定する工程（位置合わせ）およびその位置におけるフォトレジストに放射光を当てる工程（露光）を含む。

ウェハを適切に位置決めするために、ウェハは、専用のセンサにより測定可能であるウェハ上の位置合わせマークを含む。位置合わせマークの測定された位置は装置内のウェハの位置を規定する。この情報は、ウェハ表面の所望のパターン形成の指定とともに、空間的にパターン形成された放射光を基準としてウェハの位置合わせを誘導する。そのような情報に基づき、フォトレジストが塗布されたウェハを支持している移動可能なステージは、放射光がウェハの正しい位置を露光するようにウェハを移動する。

露光中、放射光源はパターン形成されたレチクルを照光し、レチクルは空間的にパターン形成された放射光を生成するために放射光を散乱する。レチクルは「マスク」とも呼ばれ、これらの用語は、以下、相互に交換可能に使用される。縮小リソグラフィの場合、縮小レンズは散乱された放射光を収集し、レチクルのパターンの縮小された画像を形成する。別法として、近接印刷の場合、散乱された放射光は、レチクルのパターンの１：１画像を生成するためにウェハに接触する前に、短い距離（典型的に、ミクロンのオーダ）を伝播する。放射光は、放射光のパターンをレジスト内の潜像に変換するレジストにおける光化学工程を開始させる。

上述の干渉分光システムは、ウェハおよびレチクルの位置を制御し、レチクルの画像をウェハ上に登録する位置決め機構の重要な構成部分である。
一般にリソグラフィ・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ハ位置決めシステムを典型的に含む。照射システムは、紫外線、可視光、Ｘ線、電子線、または、イオン放射などの放射光を供給するための放射光源、および、パターンを放射光に伝達するためのレチクルまたはマスクを含み、これらにより、空間的にパターン形成された放射光を発生する。加えて、縮小リソグラフィの場合、照射システムは、空間的にパターン形成された放射光をウェハ上に結像するためのレンズアセンブリを含み得る。結像された放射光はウェハ上に塗布されたレジストを露光する。照射システムは、マスクを支持するためのマスク・ステージ、および、マスクを介して向けて送られた放射光を基準としてマスク・ステージの位置を調整するための位置決めシステムも含む。ウェハ位置決めシステムは、ウェハを支持するためのウェハ工程、および、結像された放射光を基準としてウェハ工程の位置を調整するための位置決めシステムを含む。集積回路の製造は複数の露光工程を含み得る。リソグラフィに関する全般的な参照のために、例えば、内容を本願明細書に援用する「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ： Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（マーセル デッカー社（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．）、ニューヨーク、１９９８）におけるジェイ アール シーツおよびビー ダブリュー スミス（Ｊ．Ｒ．Ｓｈｅａｔｓ ａｎｄ Ｂ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈ）を参照されたい。

上述の干渉分光システムは、レンズアセンブリ、放射光源、または、支持構造体などの露光システムの他の構成部分を基準としてウェハ工程およびマスク・ステージの各々の位置を精密に測定するために使用可能である。このような場合、干渉分光システムは静止構造体に装着可能であり、測定物体はマスクとウェハの各ステージの１つなどの可動要素に装着可能である。別法として、状況は逆になり、干渉分光システムが可動物体に装着され、測定物体は静止物体に装着されている。

より一般的には、干渉分光システムは、露光システムのいずれか１つの構成部分を基準として露光システムのいずれかの他の構成部分の位置を測定するために使用可能であり、これにおいて、干渉分光システムは構成部分の１つに装着されているか、または、それに支持されており、測定物体は構成部分の他の別の１つに装着されているか、または、それに支持されている。

干渉分光システム１４２６を使用するリソグラフィ用スキャナ１４００の例を図１４ａに示す。干渉分光システムは露光システム内のウェハの位置を精密に測定するために使用
されている。ここで、ステージ１４２２は露光ステーションを基準としてウェハを位置決めするために使用されている。スキャナ１４００は、他の支持構造体、および、それらの構造体上で搬送される様々な構成部分を搬送するフレーム１４０２を含む。露光基礎部１４０４は、その頂部にレンズ筐体１４０６を搭載し、レンズ筐体１４０６の頂部にはレチクルまたはマスクを支持するために使用されるレチクルまたはマスク・ステージ１４１６が搭載されている。露光ステーションを基準としてマスクを位置決めするための位置決めシステムの概略が要素１４１７により示されている。位置決めシステム１４１７は、例えば圧電トランスデューサ要素および対応する制御電子回路を含み得る。この説明されている実施形態には含まれていないが、上述の干渉分光システムの１つまたは複数も、マスク・ステージ、ならびに、リソグラフィ構造体を製造するための工程において位置が正確に監視されなければならない他の可動要素の位置を精密に測定するために使用可能である（前出のシーツおよびスミス（Ｓｈｅａｔｓ ａｎｄ Ｓｍｉｔｈ）、「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ： Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」を参照されたい）。

露光基礎部１４０４の下に懸垂されているのは、ウェハ工程１４２２を搬送する支持基礎部１４１３である。ステージ１４２２は、干渉分光システム１４２６によりステージに向けて送られた測定ビーム１４５４を反射するための平面ミラー１４２８を含む。干渉分光システム１４２６を基準としてステージ１４２２を位置決めするための位置決めシステムは要素１４１９により概略が示されている。位置決めシステム１４１９は、例えば圧電トランスデューサ要素および対応する制御電子回路を含み得る。測定ビームは、露光基礎部１４０４上に搭載されている干渉分光システムに反射し戻る。干渉分光システムは既に説明した実施形態のいずれかとし得る。

動作中、放射光ビーム１４１０、例えば（図示しない）紫外線レーザからの紫外線（ＵＶ）ビームはビーム整形光学系アセンブリ１４１２を通過し、ミラー１４１４から反射した後、下方に進行する。その後、放射光ビームはマスク・ステージ１４１６により搬送された（図示しない）マスクを通過する。（図示しない）マスクは、レンズ筐体１４０６内に搬送されたレンズアセンブリ１４０８を介してウェハ工程１４２２上の（図示しない）ウェハ上に結像される。基礎部１４０４および基礎部１４０４により支持されている様々な構成部分は、スプリング１４２０により示されている減衰システムにより環境による振動から隔離されている。

リソグラフィ用スキャナの他の実施形態において、既に説明した干渉分光システムの１つまたは複数は、例えばウェハおよびレチクル（または、マスク）の各ステージに限定されないが、これらに関した複数の軸および角度に沿った距離を測定するために使用可能である。同様に、紫外線レーザ・ビームよりも、むしろ、例えば、ｘ線ビーム、電子ビーム、イオン・ビーム、および、可視光ビームなどを含む他のビームが、ウェハを露光するために使用可能である。

加えて、リソグラフィ用スキャナはカラム参照を含み、カラム参照においては、干渉分光システムの内部の参照経路よりも、むしろ放射光ビームを向けて送るレンズ筐体１４０６または何らかの他の構造体に、干渉分光システム１４２６が参照ビームを向けて送る。ステージ１４２２から反射された測定ビーム１４５４とレンズ筐体１４０６から反射された参照ビームを結合する時に干渉分光システム１４２６により生成される干渉信号は、放射光ビームを基準としたステージの位置の変化を示す。さらに、他の実施形態において、干渉分光システム１４２６は、スキャナ・システムのレチクル（または、マスク）１４１６または他の可動構成部分の位置の変化を測定するように位置決め可能である。同様に、他の実施形態において、干渉分光システム１４２６および平面ミラー１４２８の位置は、可動ステージ上の干渉分光システムおよび構造体を支持するために固定された平面ミラー
を使用して逆転可能である。最後に、干渉分光システムは、スキャナに加えて、または、スキャナよりもむしろ、ステッパを含むリソグラフィ・システムとともに同様の方法で使用可能である。

当技術分野でよく知られているように、リソグラフィは半導体デバイスを作成するための製造方法の重要な部分である。例えば、米国特許第５，４８３，３４３号明細書はそのような製造方法に対する諸工程を概説している。これらの工程は図１４ｂおよび１４ｃを参照して以下に説明する。図１４ｂは、例えば半導体チップ（例えば、ＩＣまたはＬＳＩ）、液晶パネル、または、ＣＣＤなどの半導体デバイスを製造するシーケンスのフローチャートである。工程１４５１は半導体デバイスの回路を設計するための設計工程である。ステップ１４５２は回路パターン設計に基づいたマスクを製造するための工程である。工程１４５３はシリコンなどの材料の使用によりウェハを製造するための工程である。

工程１４５４は、そのように準備されたマスクおよびウェハの使用により、リソグラフィを介してウェハ上に回路が形成される前工程と呼ばれるウェハ工程である。ステップ１４５５は、工程１４５４により処理されたウェハが半導体チップに形成される後工程と呼ばれる組立工程である。この工程は組立（ダイシングおよびボンディング）およびパッケージング（チップ封入）を含む。工程１４５６は、工程１４５５により作成された半導体デバイスの動作性チェック、耐久性チェックなどが行なわれる検査工程である。これらの諸工程を使用して、半導体デバイスは完成され、出荷される（工程１４５７）。

図１４ｃはウェハ工程の詳細を示すフローチャートである。工程１４６１はウェハの表面を酸化させるための酸化工程である。工程１４６２はウェハの表面上に絶縁薄膜を形成するためのＣＶＤ工程である。工程１４６３は蒸着によりウェハ上に電極を形成するための電極形成工程である。工程１４６４はウェハにイオンを注入するためのイオン注入工程である。工程１４６５はウェハにレジスト（感光性材料）を塗布するためのレジスト工程である。工程１４６６は上述の露光装置を介してウェハ上にマスクの回路パターンを、露光により、印刷するための露光工程である。工程１４６７は露光されたウェハを現像するための現像工程である。工程１４６８は現像されたレジスト画像以外の部分を除去するためのエッチング工程である。工程１４６９はエッチング工程を受けた後にウェハ上に残っているレジスト材料を剥離するためのレジスト剥離工程である。これらの工程を反復することにより、回路パターンが形成され、かつ、ウェハ上に重ね合わされていく。

上述の干渉分光システムは物体の相対位置が精密に測定されるべき他の応用例においても使用可能である。例えば、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上にパターンを記す応用例において、干渉分光システムは基板と書込みビームの間の相対移動を測定するために使用可能である。

例として、図１６にビーム書込みシステム１６００の概略を示す。光源１６１０は書込みビーム１６１２を発生し、ビーム合焦アセンブリ１６１４は可動ステージ１６１８により支持されている基板１６１６に放射光ビームを向けて送る。ステージの相対位置を決定するために、干渉分光システム１６２０は参照ビーム１６２２をビーム合焦アセンブリ１６１４上に搭載されているミラー１６２４に、および、測定ビーム１６２６をステージ１６１８上に搭載されているミラー１６２８に向けて送る。干渉分光システム１６２０は既に説明した干渉分光システムのいずれかとし得る。干渉分光システムにより測定された位置の変化は、基板１６１６上の書込みビーム１６１２の相対位置の変化に対応する。干渉分光システム１６２０は、基板１６１６上の書込みビーム１６１２の相対位置を示す測定信号１６３２を制御器１６３０に送る。制御器１６３０はステージ１６１８を支持し、かつ位置決めする基礎部１６３６に出力信号１６３４を送る。加えて、制御器１６３０は、基板の選択された部分のみにおいて光物理的または光化学的な変化を引き起こすために十
分な強度で書込みビームが基板に接触するように、書込みビーム１６１２の強度を変化させ、または、これを遮断するための信号１６３８を光源１６１０に送る。さらに、いくつかの実施形態において、制御器１６３０は、ビーム合焦アセンブリ１６１４に、例えば信号１６４４を使用して、基板の領域にわたり書込みビームを走査させ得る。その結果、制御器１６３０は基板にパターン形成するようにシステムの他の構成部分に指令する。パターン形成は典型的に制御器に保存された電子的設計パターンに基づく。いくつかの応用例において、書込みビームは基板上に塗布されたレジストをパターン形成し、他の応用例においては、書込みビームが基板を直接的にパターン形成、例えば、エッチングを行う。

このようなシステムの重要な応用例は、既に説明したリソグラフィの方法において使用されているマスクおよびレチクルの製造である。例えば、リソグラフィ用マスクを製造するために、電子ビームはクロムがコーティングされたガラス基板をパターン形成するために使用可能である。書込みビームが電子ビームである場合、ビーム書込みシステムは電子ビームの経路を真空中に包含する。同様に、書込みビームが例えば電子またはイオンのビームである場合、ビーム合焦アセンブリは、真空中で基板上に荷電粒子を合焦し向けて送るための四極レンズなどの電場発生器を含む。書込みビームが放射光ビーム、例えばＸ線、紫外線、または、可視光である他の場合、ビーム合焦アセンブリは基板に放射光を合焦し向けて送るための対応する光学系を含む。

本発明が詳細な説明とともに説明された一方、上記の説明は、本発明の範囲を限定するためではなく、説明するためであり、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲により定義されていることは理解されよう。

例えば、上述の実施形態は、参照と測定の経路間の光路長差の変化を決定するためにヘテロダイン検出を使用しているが、干渉分光システムは、参照および測定ビームの周波数が同じであるホモダイン検出も使用可能である。そのような場合、非偏光ビーム・スプリッタは、重なり合った射出参照および測定ビームにより形成された出力ビームを２つの成分に分割し、その１つは４分の１波長板を通過する。その後、２つの成分の各々は１対の混合光信号を生成するために偏光板を通過し、混合光信号は１対の検出器によりそれぞれ測定される。検出器により測定された電子信号は位相が互いに矩であり、よく知られているホモダイン処理技術を使用して光路長差の変化を決定するためにコンピュータにより処理可能である。

さらに、参照ビームが参照物体から反射する他の実施形態において、干渉分光システムは、参照物体の角度配向または位置の変化に応答して参照ビームを再度向けて送る１つまたは複数の追加のビーム操向アセンブリ（および、対応する制御器および検出器）を含み得る。

最後に、他の実施形態において、ビーム操向アセンブリは位置決めシステムにより配向されるミラーとは異なり得る。例えば、ビーム操向アセンブリは以下の要素の１つまたは複数を含み得る。すなわち、光電子または音響光学ビーム・デフレクタ、１対の回転光学くさび（Ｒｉｓｅｌｙプリズム）、可変くさび要素、および、光ビームの方向を変更し得るいずれの他の要素。

他の態様、長所、および、改変は冒頭の特許請求項の範囲内である。

干渉分光システムの第１の実施形態の概略図であり、下部平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第１の実施形態の概略図であり、上部平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第１の実施形態の概略図であり、図１ａおよび１ｂに示すシステムの左端からのビームの伝播を示す図であり、図１ｃの平面は図１ａおよび１ｂの平面に直交する図。 干渉分光システムの第１の実施形態の概略図であり、システムの構成部分に進入、および、これから射出するビームの断面図。 干渉分光システムの第１の実施形態の概略図であり、検出器システムの概略図。 干渉分光システムの第１の実施形態の概略図であり、経路長の変化を検討するために使用した図。 干渉分光システムの第２の実施形態の概略図であり、上部平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第２の実施形態の概略図であり、図２ａの挿入図。 干渉分光システムの第１の実施形態の概略図であり、図２ａおよび２ｄに示すシステムの左端から見たビームの伝播を示す図であり、図２ｃの平面は図２ａおよび２ｄの平面に直交する図。 干渉分光システムの第２の実施形態の概略図であり、下部平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第２の実施形態の概略図であり、図２ａおよび２ｄに示すシステムの部分の底面図から見たビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第２の実施形態の概略図であり、システムの構成部分に進入、および、これから射出するビームの断面図。 干渉分光システムの第３の実施形態の概略図であり、図３ｄに対する挿入図。 干渉分光システムの第３の実施形態の概略図であり、上部平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第３の実施形態の概略図であり、図３ｂおよび３ｄの平面に直交するビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第３の実施形態の概略図であり、下部平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第３の実施形態の概略図であり、図３ｄに対する挿入図。 干渉分光システムの第３の実施形態の概略図であり、図３ｂおよび３ｄの平面に直交かつ図３ｃの平面にも直交する平面における図３ｂおよび３ｄに示すシステムの右端から見たビームの断面図。 干渉分光システムの第４の実施形態の概略図であり、図４ｄに対する挿入図。 干渉分光システムの第４の実施形態の概略図であり、上部平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第４の実施形態の概略図であり、図４ｂおよび４ｄの平面に直交するビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第４の実施形態の概略図であり、下部平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第４の実施形態の概略図であり、図４ｄに対する挿入図。 干渉分光システムの第４の実施形態の概略図であり、図４ｂおよび４ｄの平面に直交し、かつ、図４ｃの平面にも直交する平面における図４ｂの右端から見たビームの断面図。 干渉分光システムの第５の実施形態の概略図。 干渉分光システムの第６の実施形態の概略図であり、直交する平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第６の実施形態の概略図であり、直交する平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第７の実施形態の概略図であり、直交する平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第７の実施形態の概略図であり、直交する平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第８の実施形態の概略図。 干渉分光システムの第８の実施形態の概略図であり、図８ａの平面に直交する平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第８の実施形態の概略図であり、図８ａの平面に直交する平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第９の実施形態の概略図。 干渉分光システムの第９の実施形態の概略図であり、図９ａの平面に直交する平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第９の実施形態の概略図であり、図９ａの平面に直交する平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第１０の実施形態の概略図。 干渉分光システムの第１０の実施形態の概略図であり、図１０ａの平面に直交する平面のビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第１０の実施形態の概略図であり、図１０ａの平面に直交する平面のビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第１１の実施形態の概略図である。 干渉分光システムの第１１の実施形態の概略図であり、図１１ａの平面に直交する平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第１１の実施形態の概略図であり、図１１ａの平面に直交する平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第１１の実施形態の概略図であり、図１１ａの延長図。 干渉分光システムの第１１の実施形態の概略図であり、図１１ｄの挿入図。 干渉分光システムの第１１の実施形態の概略図であり、図１１ｄの挿入図。 干渉分光システムの第１２の実施形態の概略図。 干渉分光システムの第１２の実施形態の概略図であり、図１２ａの平面に直交する平面におけるビームの伝播を示す図。 干渉分光システムの第１２の実施形態の概略図であり、図１２ａの延長図。 干渉分光システムの第１２の実施形態の概略図であり、図１２ｃの挿入図。 干渉分光システムの第１２の実施形態の概略図であり、図１２ｃの挿入図。 干渉分光システムの第１３の実施形態の概略図。 干渉分光システムの第１３の実施形態の概略図であり、図１３ａの平面に直交する平面におけるビームの伝播を示す図。 リソグラフィおよび集積回路の製造への適用に関する図であり、干渉分光システムを採用したリソグラフィ露光システムの概略図。 リソグラフィおよび集積回路の製造への適用に関する図であり、集積回路の製造における工程を記述したフローチャート。 リソグラフィおよび集積回路の製造への適用に関する図であり、集積回路の製造における工程を記述したフローチャート。 干渉分光システムの追加の実施形態の概略図。 干渉分光システムの追加の実施形態の概略図。 干渉分光システムの追加の実施形態の概略図。 干渉分光システムの追加の実施形態の概略図。 干渉分光システムを採用したビーム書込みシステムの概略図。 干渉分光システムの角度および距離の測定の実施形態の概略図であり、垂直平面における断面図。 干渉分光システムの角度および距離の測定の実施形態の概略図であり、図１７ａの平面に垂直な平面を見た平面図。 干渉分光システムの角度および距離の測定の実施形態の概略図であり、垂直平面における断面図。 干渉分光システムの多軸の実施形態の概略図であり、第１のそのような実施形態に関し、第１の平面における断面図。 干渉分光システムの多軸の実施形態の概略図であり、第１のそのような実施形態に関し、図１８ａの平面に垂直な平面を見た平面図。 干渉分光システムの多軸の実施形態の概略図であり、第１のそのような実施形態に関し、垂直な平面における断面図。 干渉分光システムの多軸の実施形態の概略図であり、第１のそのような実施形態に関し、第１の平面における断面図。 干渉分光システムの多軸の第２のそのような実施形態の概略図であり、図１８ｆと共通の平面における断面図。 干渉分光システムの多軸の第２のそのような実施形態の概略図であり、図１８ｅと共通の平面における断面図。 干渉分光システムの分散測定の実施形態に関し、本実施形態のための光学装置の概略図。 干渉分光システムの分散測定の実施形態に関し、本実施形態に使用されている信号プロセッサの概略図。 干渉分光システムの分散測定の実施形態に関し、光学装置に使用されている干渉分光部の変形を示す図。 測定物体の向きについての干渉分光用角度情報を供給するための多軸干渉分光システム、および、干渉分光用角度情報に基づき多軸干渉分光システム内に入力ビームを向けて送るためのビーム操向アセンブリを含む装置の概略図。 測定物体の向きについての干渉分光用角度情報を供給するための干渉分光システム、および、干渉分光用角度情報に基づき干渉分光システム内に入力ビームを向けて送るためのビーム操向アセンブリを含む装置の概略図。

Claims (53)

1. 測定物体の角度配向の変化を監視するために、入力ビームを受光し、該入力ビームから導出された少なくとも２つのビームを該測定物体上の異なった位置に接触するように向けて送るように構成された多軸干渉分光システムと、
   該入力ビームを該干渉分光システムに向けて送るように位置決めされたビーム操向要素と、該干渉分光システムを基準として該ビーム操向要素を選択的に配向するための位置決めシステムと、を有するビーム操向アセンブリと、
   動作中に、該干渉分光システムにより監視された該測定物体の該角度配向の変化に基づき、該ビーム操向要素を配向する制御回路と、を含む装置。
2. 前記制御回路は、前記ビームを、前記測定物体の角度配向の範囲にわたり実質的に垂直な入射で該測定物体に接触させる請求項１に記載の装置。
3. 前記測定物体に接触する前記２つのビームは測定ビームであり、かつ、前記多軸干渉分光システムは、該測定物体上の異なった位置への距離の変化についての干渉分光情報を含む１対の出力ビームを生成するために、該２つの測定ビームの各々を、該測定物体に接触した後に、対応する参照ビームと結合するように構成されている請求項１に記載の装置。
4. 動作中に、前記制御回路は、前記出力ビームにおける前記干渉分光情報を使用して制御信号を算出し、前記位置決めシステムに、該制御信号に基づき前記ビーム操向要素を配向させる請求項３に記載の装置。
5. 前記制御回路は、各出力ビームの強度を測定するための複数の検出器と、該測定された強度から前記測定物体の異なった位置への距離の変化を算出して該算出された距離の変化に基づき前記制御信号を生成するための信号プロセッサと、前記位置決めシステムに、該制御信号に応答して前記ビーム操向要素を配向させるための制御システムと、を含む請求項４に記載の装置。
6. 各出力ビームの前記測定された強度を該各出力ビームの選択された偏光成分の強度に対応させるための、偏光板を各検出器の前にさらに含む請求項５に記載の装置。
7. 前記多軸干渉分光システムは、各測定ビームを、該各測定ビームの対応する参照ビームに結合する前に前記測定物体に偶数回通過するように向けて送る請求項３に記載の装置。
8. 前記多軸干渉分光システムは、前記各測定ビームを、該各測定ビームの対応する参照ビームに結合する前に前記測定物体に１回だけ通過するように向けて送る請求項３に記載の装置。
9. 前記多軸干渉分光システムは、対応する測定ビームを各々が生成する独立した単軸干渉分光器と、該干渉分光器の各々に前記入力ビームの部分を向けて送るための光学系と、を含む請求項３に記載の装置。
10. 前記多軸干渉分光システムは、各々が前記測定ビームの１つに対応する複数の測定軸を含む集積多軸干渉分光器を含む請求項３に記載の装置。
11. 前記多軸干渉分光システムは、前記測定物体の角度配向の変化についての干渉分光情報を含む出力ビームを生成するために、前記２つのビームが該測定物体に接触した後に、該２つのビームを互いに結合するように構成されている請求項１に記載の装置。
12. 動作中に、前記制御回路は、前記出力ビーム中の干渉分光情報を使用して制御信号を算出し、前記位置決めシステムに、該制御信号に基づき前記ビーム操向要素を配向させる請求項１１に記載の装置。
13. 前記制御回路は、前記出力ビームの強度を測定するための検出器と、該測定された強度から前記測定物体の角度配向の変化を算出して角度配向の算出された変化から前記制御信号を生成するための信号プロセッサと、前記位置決めシステムに、前記制御信号に応答して前記ビーム操向要素を配向させるための制御システムと、を含む請求項１２に記載の装置。
14. 各出力ビームの測定された強度を、該出力ビームの選択された偏光成分の強度に対応させるための偏光板を前記検出器の前にさらに配置する請求項１３に記載の装置。
15. 前記多軸干渉分光システムは、異なった位置において前記測定物体に接触するように、少なくとも３つの測定ビームを向けて送る請求項１に記載の装置。
16. 前記干渉分光システムにより監視された前記測定物体の角度配向の変化は参照物体を基準とする請求項１に記載の装置。
17. 前記参照物体は干渉分光システムに固定されている請求項１６に記載の装置。
18. 測定物体の角度配向の変化を監視するために、該測定物体上の異なった位置に接触するように少なくとも２つのビームを向けて送るように構成された多軸干渉分光システムであって、該ビームの少なくとも１つを向けて送り接触するように位置決めされたビーム操向要素および該干渉分光システム内のビーム操向要素を選択的に配向するための位置決めシステムを有するビーム操向アセンブリを含む干渉分光システムと、
    動作中に、該干渉分光システムにより監視された該測定物体の角度配向の変化に基づき、該ビーム操向要素を配向する制御回路と、を含む装置。
19. 前記ビーム操向要素は、前記測定物体に接触するビームの複数のビームを向けて送るように位置決めされている請求項１８に記載の装置。
20. 前記多軸干渉分光システムは、前記測定物体に接触するビームの他の１つを向けて送り、かつ、接触させるように位置決めされたビーム操向要素を有する少なくとも１つの追加のビーム操向アセンブリ、および、該追加のビーム操向アセンブリにおいて該ビーム操向要素を選択的に配向するための位置決めシステムを含む請求項１８に記載の装置。
21. 動作中に、前記制御回路は、前記追加のビーム操向アセンブリにおける前記位置決めシステムに、該追加のビーム操向アセンブリにおける前記ビーム操向要素を前記制御信号に応答して配向させる請求項２０に記載の装置。
22. 前記制御回路は、前記ビームを、前記測定物体の角度配向の範囲にわたり実質的に垂直入射で前記測定物体に接触させる請求項１８に記載の装置。
23. 前記測定物体に接触する前記２つのビームは測定ビームであり、かつ、前記多軸干渉分光システムは、該測定物体上の異なった位置への距離の変化についての干渉分光情報を含む１対の出力ビームを生成するために、該２つの測定ビームが該測定物体に接触した後に、該２つの測定ビームの各々を対応する参照ビームに結合するように構成されている請求項１８に記載の装置。
24. 動作中に、前記制御回路は、前記出力ビーム中の干渉分光情報を使用して制御信号を算出し、前記位置決めシステムを、該制御信号に基づき前記ビーム操向要素を配向させる請求項２３に記載の装置。
25. 前記制御回路は、各出力ビームの強度を測定するための複数の検出器と、前記測定された強度から前記測定物体の異なった位置への距離の変化を算出し、前記算出された距離変化に基づき前記制御信号を生成するための信号プロセッサと、前記位置決めシステムに、前記制御信号に応答して前記ビーム操向要素を配向させるための制御システムを含む請求項２４に記載の装置。
26. 各出力ビームの前記測定された強度を、前記各出力ビームの選択された偏光成分の強度に対応させるための各検出器の前の偏光板をさらに含む請求項２５に記載の装置。
27. 前記多軸干渉分光システムは、各測定ビームを、該各測定ビームの対応する参照ビームと結合する前に、前記測定物体に偶数回通過するように向けて送る請求項２３に記載の装置。
28. 前記多軸干渉分光システムは、各測定ビームを、該各測定ビームの対応する参照ビームと結合する前に、前記測定物体に１回だけ通過するように向けて送る請求項２３に記載の装置。
29. 前記多軸干渉分光システムは、対応する測定ビームを各々が生成する複数の独立した単軸干渉分光器、および、前記入力ビームの一部を該干渉分光器の各々に向けて送るための光学系を含む請求項２３に記載の装置。
30. 前記多軸干渉分光システムは、各々が前記測定ビームの１つに対応する複数の測定軸を含む集積多軸干渉分光器を含む請求項２３に記載の装置。
31. 多軸干渉分光システムは、前記測定物体の前記角度配向の前記変化についての干渉分光情報を含む出力ビームを生成するために、前記２つのビームが該測定物体に接触した後に、該２つの測定ビームを互いに結合するように構成されている請求項１８に記載の装置。
32. 動作中に、前記制御回路は、前記出力ビーム中の干渉分光情報を使用して制御信号を算出可能であり、かつ、前記位置決めシステムに、該制御信号に基づき前記ビーム操向要素を配向させる請求項３１に記載の装置。
33. 前記制御回路は、前記出力ビームの強度を測定するための検出器と、該測定された強度から前記測定物体の前記角度配向の前記変化を算出し、該算出された該角度配向の該変化から前記制御信号を生成するための信号プロセッサと、前記位置決めシステムに、該制御信号に応答して前記ビーム操向要素を配向させるための制御システムを含む請求項３２に記載の装置。
34. 前記多軸干渉分光システムは、異なった位置で前記測定物体に接触するように、少なくとも３つの測定ビームを向けて送る請求項１８に記載の装置。
35. 前記干渉分光システムにより監視された前記測定物体の前記角度配向の前記変化は、参照物体を基準とする請求項１８に記載の装置。
36. 前記参照物体は、前記干渉分光システム内に固定される請求項３５に記載の装置。
37. ウェハを支持するためのステージと、
    該ウェハ上に空間的にパターン形成された放射光を結像するための照射システムと、
    該結像された放射光を基準として該ステージの位置を調整するための位置決めシステムと、
    該結像された放射光を基準とした該ウェハの位置を監視するための請求項１に記載の装置を含む該ウェハ上での集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ・システム。
38. 前記測定物体は前記ステージを含む請求項３７に記載のシステム。
39. 前記多軸干渉分光システムは前記ステージにより支持されている請求項３７に記載のシステム。
40. ウェハを支持するためのステージと、
    該ウェハ上に空間的にパターン形成された放射光を結像するための照射光源と、
    該結像された放射光を基準として該ステージの位置を調整するための位置決めシステムと、
    該結像された放射光を基準として該ウェハの位置を監視するための請求項１８に記載の装置と、を含む該ウェハ上での集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ・システム。
41. 前記測定物体は前記ステージを含む請求項４０に記載のシステム。
42. 前記多軸干渉分光システムは前記ステージに装着されている請求項４０に記載のシステム。
43. ウェハを支持するためのステージと、
    放射光源と、マスクと、位置決めシステムと、レンズアセンブリと、請求項１に記載の装置と、を含む照射システムであって、動作中に、該光源は空間的にパターン形成された放射光を生成するために該マスクを介して放射光を向けて送り、該位置決めシステムは該光源からの該放射光を基準として該マスクの位置を調整し、該レンズアセンブリは該ウェハ上に該空間的にパターン形成された放射光を結像し、かつ、該装置は該光源からの該放射光を基準として該マスクの該位置を監視するシステムと、を含む該ウェハ上での集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ・システム。
44. 前記測定物体は前記マスクを含む請求項４３に記載のシステム。
45. 前記多軸干渉分光システムは前記マスクに装着されている請求項４３に記載のシステム。
46. ウェハを支持するためのステージと、
    照射光源と、マスクと、位置決めシステムと、レンズアセンブリと、請求項１８に記載の装置を含む照射システムであって、動作中に、該光源は空間的にパターン形成された放射光を生成するために該マスクを介して該放射光を向けて送り、該位置決めシステムは該光源からの該放射光を基準として該マスクの位置を調整し、該レンズアセンブリは該ウェハ上に該空間的にパターン形成された放射光を結像し、かつ、該装置は該光源からの該放射光を基準として該マスクの位置を監視するシステムと、を含む該ウェハ上での集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ・システム。
47. 前記測定物体は前記マスクを含む請求項４６に記載のシステム。
48. 前記多軸干渉分光システムは前記マスクに装着されている請求項４６に記載のシステム。
49. 基板をパターン形成するための書込みビームを供給する光源と、
    該基板を支持するステージと、
    該基板に該書込みビームを送るためのビーム指向アセンブリと、
    該ステージおよび該ビーム指向アセンブリを互いに対して位置決めするための位置決めシステムと、
    該ビーム指向アセンブリを基準として該ステージの位置を監視するための請求項１に記載の装置と、を含むリソグラフィ用マスクの製造に使用するためのビーム書込みシステム。
50. 基板をパターン形成するための書込みビームを供給する光源と、
    該基板を支持するステージと、
    該基板に該書込みビームを送るためのビーム指向アセンブリと、
    該ステージおよび該ビーム指向アセンブリを互いに対して位置決めするための位置決めシステムと、
    該ビーム指向アセンブリを基準として該ステージの位置を監視するための請求項１８に記載の装置と、を含むリソグラフィ用マスクの製造に使用するためのビーム書込みシステム。
51. 請求項４３に記載のリソグラフィ・システムを使用する工程を含む集積回路を製造するための方法。
52. 請求項４６に記載のリソグラフィ・システムを使用する工程を含む集積回路を製造するための方法。
53. 請求項５０に記載のビーム書込みシステムを使用する工程を含むリソグラフィ用マスクを製造するための方法。

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