JP2007171206A

JP2007171206A - リトロー型干渉計

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Publication number: JP2007171206A
Application number: JP2006346376A
Authority: JP
Inventors: William R Trutna Jr; ウィリアム・アール・トルートナ・ジュニア; Geraint Owen; ジェレイント・オーエン; Alan B Ray; アラン・ビー・レイ; James Prince; ジェイムズ・プリンス; Eric S Johnstone; エリック・ステファン・ジョンストン; Miao Zhu; ミャオ・チュー; Leonard S Cutler; レオナルド・エス・カトラー
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: US20070146722A1; NL1033095A1; GB0625306D0; CN1987341A; NL1033095C2; GB2433776A; US7440113B2; DE102006037529A1; JP5346152B2

Abstract

【課題】従来技術のもとでこれまでに行うことができた分解能よりも高い分解能で変位を測定し、制御するための改善された方法及び装置を提供する。
【解決手段】干渉計コアに誘導される光ビームを含み、干渉計コアは光ビームを第１の成分のビーム及び第２の成分のビームに分割し、第１の成分のビームはリトロー角で回折格子に誘導され、干渉計コアにより受光され、第２の成分のビームと合成され、合成された第１の成分のビーム及び第２の成分のビームは、合成された第１の成分のビーム及び第２の成分のビームを測定し回折格子の変位を判定する検出器に誘導される、変位を測定するための装置や方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、リトロー型干渉計に関する。

光学干渉計を用いて、様々な環境において正確な測定を行うことができる。たとえば、半導体のフォトリソグラフィ処理において小さな変位を測定し、且つステージをナノメートル精度まで正確に位置決めするために、レーザ干渉計が現在用いられている。半導体の機構サイズが小さくなるにつれて、さらに正確な変位測定を行う必要がある。既知のミラーに基づくレーザ干渉法を用いるとき、測定光ビームの一部が空気中を進行する。ビーム光路内の空気の屈折率が変化する場合には、たとえ局所的であっても、その変化は、見掛けの変位として現われる。この見掛けの変位は測定誤差を引き起こし、空気路（air path）が長くなるほど、この誤差が深刻になる可能性が高くなる。光が進行する空気中の屈折率の変化を制御、低減又は測定するための数多くの方法が知られているが、新たな方法による改善は徐々に限界に近づきつつある。

変位の大きさを測定することに加えて、レーザ干渉計が変位方向を特定することも重要である。変位方向を判定するための２つの既知の方法はホモダイン技法及びヘテロダイン技法である。ホモダイン技法は単一周波数の光ビームを用いる。動きの方向は、その動きが測定されている物体毎に、互いに対して光学的に位相差のある２つ以上の出力信号を測定することによって推定される。これらの信号間の位相関係が動きの方向を示す。ヘテロダイン技法は二重周波数光源を用いる。光源からの２つの周波数を直に混合することによって形成される信号の位相を示す基準信号が生成される。その動きが測定されている物体毎に、一方の周波数の光を基準光路に導入し、他方の周波数の光を測定光路に導入することによって、第２の信号が形成される。これらの２つのビームを混合することによって形成される信号の位相を測定するとともに、２つの周波数源から直に形成される信号の位相を減算することによって変位が測定される。この位相差の任意の変化が変位に関連付けられる。基準ビームに対する測定ビームのドップラシフトが、速度の大きさ及び方向を指示する。ヘテロダイン技法によれば、単一の検出器を用いて動きの方向を特定できるようになり、ホモダイン技法に対して、低周波数雑音に対する耐性が高められる。したがって、ホモダイン方式は簡単な光源を用いるが、測定軸当たり少なくとも２つの検出チャネルを必要とし、それらのチャネルの利得及び位相を一致させなければならない。ヘテロダイン方式で用いられる光源は複雑ではあるが、測定軸当たり１つの検出器と、レーザ光源用のただ１つの付加的な検出器しか必要としない。

変位を測定するためのエンコーダも知られている。エンコーダは、測定ビームを横切る変位を測定するので、エンコーダ技術を用いて、空気路の長さを必要最小限にとどめることができる。通常、エンコーダはホモダイン技法を用いる。一例として、ハイデンハインによって作られたデバイスは、動きの方向を判定するために、３つの検出器から成るシステムを用いる。ただ残念なことに、そのデバイスは、検出器及びその関連する電子回路の利得及び位相を、ナノメートル又はサブナノメートルの精度で十分に測定できるようにさせるのは難しい。これは、曲がったり、動いたりするケーブルに沿って測定信号が進行する場合には、さらに難しくなる。したがって、エンコーダ測定変位システムは、レーザ干渉計変位測定システムによって現時点で測定できる精度よりも低い精度しか必要としない応用形態の場合に用いられる。干渉計の場合と同様に、ホモダインエンコーダは低周波数雑音の影響を受けやすい。

従来技術のもとでこれまでに行うことができた分解能よりも高い分解能で変位を測定し、制御するための改善された方法及び装置が依然として必要とされている。

上記の課題を解決するため、この発明は次のような構成をとる。一形態では、干渉計コアに誘導される光ビームを含み、該干渉計コアは該光ビームを第１の成分のビーム及び第２の成分のビームに分割するようになっており、該第１の成分のビームは概ねリトロー角で回折格子に誘導され、前記干渉計コアによって受光され、前記第２の成分のビームと合成され、合成された前記第１の成分のビーム及び前記第２の成分のビームは、合成された該第１の成分のビーム及び該第２の成分のビームを測定して前記回折格子の変位を判定するようになっている検出器に誘導される、変位を測定するための装置である。

もう一つの形態では、回折格子の変位を測定するための方法であって、光ビームを第１の成分の光ビーム及び第２の成分の光ビームに分割すること、前記第１の成分の光ビームを概ねリトロー角で前記回折格子に誘導すること、前記第１の成分の光ビームの回折ビームを受光すること、前記第１の成分の光ビームの前記回折ビームを前記第２の成分の光ビームと合成すること、及び合成された前記第１の成分の光ビーム及び前記第２の成分の光ビームを測定することであって、それによって、前記回折格子の変位を判定する、測定することを含む、回折格子の変位を測定するための方法である。

さらにもう一つの形態では、光ビームを放射するようになっている光源と、回折格子と、検出器と、偏光ビームスプリッタ境界面を有する干渉計コアであって、該偏光ビームスプリッタ境界面は前記光ビームを第１の成分のビーム及び第２の成分のビームに分割するようになっており、該干渉計コアは前記光源と前記回折格子との間に配置され、前記光ビームを受光し、少なくとも前記第１の成分のビームを概ねリトロー角で前記回折格子に向かって誘導するように配置される、干渉計コアと、前記検出器において測定する前に、前記第１の成分のビームと前記第２の成分のビームとを合成するようになっている出力光学系とを備える、装置である。

添付の図面と合わせて読むと、以下に記述される詳細な説明から、本教示が最も深く理解される。種々の機構が必ずしも縮尺どおりに描かれていないことを強調しておきたい。実際には、説明を明確にするために、寸法は恣意的に拡大又は縮小される場合がある。

以下の詳細な説明では、限定するためではなく、説明するために、本開示を理解するための具体的な細部を開示する例示的な実施形態を述べる。本開示により当業者は、本明細書に開示される具体的な細部と異なる、本教示による他の実施形態も依然として添付の特許請求の範囲の中にあることが明らかであろう。さらに、例示的な実施形態の説明をわかりやすくするため、よく知られている装置及び方法の記述は省略される場合もあるが、明らかに本教示の範囲内で考慮する。同じ、又は類似の構造は、本教示による複数の実施形態を示す図において同じ参照符号を付す。明確にするために、別個の光ビームが一緒に表示されている。

エンコーダを使った既知の変位測定システムは、小さな空隙しか必要としないというエンコーダ属性を十分に活用していない。本教示は、この属性を利用して、高精度の計測学の利点を提供する。エンコーダとともにヘテロダイン技法を用いることにより、本教示の利点とともに明らかになる、さらに別の利点が提供される。具体的に図面の図１を参照すると、本教示による第１の実施形態が示されており、第１の光源１０１が、干渉計コア１０３に向かって光ビーム１０２を誘導する。１つの具体的な実施形態では、干渉計コア１０３は、光ビームを受光し、誘導するために、偏光ビームスプリッタと、それと組み合わせて用いられるさらに別の光学系とを備える。光ビーム１０２には、ホモダイン光ビーム又はヘテロダイン光ビームを用いることができる。本教示によるヘテロダインの実施形態では、光ビーム１０２は、２つの異なる周波数の光を含み、それぞれｐ偏光成分及びｓ偏光成分と呼ばれる直交する偏光成分を有する。本教示によるホモダインの実施形態では、光ビーム１０２は、水平方向に対して概ね４５°の角度で直線偏光を放射する単一周波数の光を含み、結果として、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分が概ね等しくなる。ヘテロダインの実施形態では、干渉計コア１０３は、偏光ビームスプリッタ境界面１０４を有するビームスプリッタキューブを備える。１つの具体的な実施形態では、偏光ビームスプリッタ境界面１０４は、ｐ方向に直線偏光された光（ｐ偏光）を透過し、ｓ方向に直線偏光された光（ｓ偏光）を反射するという特性を有する。ビームスプリッタキューブ１０３の２つの面にはそれぞれ、第１の偏光変換デバイス１０５及び第２の偏光変換デバイス１２０が取り付けられる。一実施形態では、偏光変換デバイスには４分の１波長リターダを用いることができる。別の具体的な実施形態及び図１に示される実施形態では、各偏光変換デバイス１０５及び１２０は、半波長リターダ１２５及びファラデー回転子１２７の組み合わせである。ファラデー回転子１２７は環状の磁石によって取り囲まれることは当業者には理解されよう。別法では、必要とされる磁界は、材料内に組み込むことができる。リトロー角で回折格子１００上に入射する光ビームは最適に直線偏光され、その偏光は回折格子１００内の溝に対して平行又は垂直であることが知られている。半波長リターダ１２５及びファラデー回転子１２７の組み合わせは、偏光状態を回転させて、回折格子１００に突き当たる光ビームの光学特性を最適にすることができる。回折格子１００に向かって進行する各測定ビームは、偏光変換デバイス１０５、１２０のそれぞれ一方を回転させることによって、最適な性能を得るために、その偏光状態が別個に位置合わせされる。ファラデー回転子１２７は入力ビームの偏光を４５°だけ回転させ、半波長リターダ１２５は、そのビームの角度をさらに回転させて、その偏光が回折格子１００上の溝に対して厳密に平行に、又は厳密に垂直になるようにする。回折格子１００に入射する光ビームは直線偏光され、回折格子１００から回折される光は、概ね同じ方向に直線偏光される。回折されたビームが半波長リターダ１２５及びファラデー回転子１２７の組み合わせを横切った後に、そのビームは直線偏光され、その偏光が、回折格子１００に向かって偏光変換デバイス１０５、１２０を最初に通過する前の偏光に対して垂直になる。ファラデー回転子１２７及び半波長リターダ１２５の位置は、偏光変換デバイス１０５、１２０の機能を変更することなく、入れ替えることができる。偏光変換デバイス１０５、１２０は、ファラデー回転子１２７と回折格子１００との間に偏光子（図示せず）をさらに含むこともできる。追加される偏光子は、回折格子１００に入射する前に干渉計コア１０３から離れ、その後、回折格子１００から回折した後に干渉計コア１０３に再び戻るビーム偏光を純化することができる。偏光変換デバイス１０５、１２０の一部として偏光子が追加される実施形態では、偏光子は、回折格子１００に対する出力ビームの向きを規定する。したがって、各ビームの向きを別個に最適化する調整は、特定のビームに関連付けられる半波長リターダ１２５の回転を含む。別の具体的な実施形態では、測定ビーム光路内にある偏光変換デバイス１０５、１２０は、付加的な偏光子の有無にかかわらず、半波長リターダ１２５及びファラデー回転子１２７の組み合わせであり、基準ビーム光路の一部である偏光変換デバイス１０５、１２０は、ミラーコーティング１０６を有する４分の１波長リターダ、又はファラデー回転子１２７に結合されるミラーのような反射表面１０６を有する半波長リターダ１２５及びファラデー回転子１２７の組み合わせを含み、回折格子１００まで進行することなく、反射して干渉計コア１０３にビームを戻す。

１つの具体的な実施形態では、光１０２は、その偏光に応じてビームスプリッタ境界面１０４によって、第１の成分のビーム及び第２の成分のビームに分離され、第１の成分のビームは測定ビーム１０７であり、第２の成分のビームは基準ビーム１０８である。その具体的な実施形態では、測定ビーム１０７はｐ偏光成分であり、基準ビーム１０８はｓ偏光成分である。ｐ偏光測定ビーム１０７はビームスプリッタ境界面１０４及び第２の偏光変換デバイス１２０を横切る。出射する測定ビーム１２１は、ここではθによって表されるリトロー角１０９で、ピッチｐを有する回折格子１００に入射する。光ビームが、リトロー角１０９で、ピッチｐを有する回折格子に誘導されるとき、回折される光ビームは入射する光ビームと同一直線上にある。光ビーム１０２の波長がλである場合には、リトロー角１０９は以下の式によって与えられる。
θ＝ｓｉｎ^−１（λ／２ｐ）（１）

したがって、例示される実施形態では、リトロー角で回折格子１００に向かって誘導される測定ビーム１２１は、入射する測定ビーム１２１と概ね同一直線上にある回折された測定ビーム１２２として、回折格子１００から回折される。回折された測定ビーム１２２は、再び第２の偏光変換デバイス１２０を横切り、それにより測定ビームはｓ偏光になる。ｓ偏光の回折された測定ビーム１２３は、ビームスプリッタ境界面１０４から反射し、混合偏光子１２６を通って干渉計コア１０３から出射する。１つの実用的な実施形態では、リトロー条件が確実に満たされるようにするために、光源１０１の周波数を調整して、回折格子１００のピッチ内の小さな変動を補償することができる。

光ビーム１０２のｓ偏光成分は基準ビーム１０８であり、それはビームスプリッタキューブ１０３に入射し、ビームスプリッタ境界面１０４において、第１の偏光変換デバイス１０５に向かって反射する。ｓ偏光基準ビーム１０８は、第１の偏光変換デバイス１０５を横切り、反射表面１０６において反射し、偏光変換デバイス１０５を再び横切り、ｐ偏光の反射された基準ビーム１２４として出射する。ｐ偏光の反射された基準ビーム１２４は、ビームスプリッタ境界面１０４を透過する。ビームスプリッタキューブ１０３から出射する、ｓ偏光の反射された測定ビーム１２３及びｐ偏光の反射された基準ビーム１２４は概ね同一直線上にある。混合偏光子１２６は、ビームスプリッタキューブ１０３の出射面に配置され、それにより、測定ビーム１２３及び基準ビーム１２４が合成され、干渉する。合成された基準ビーム１２４及び測定ビーム１２３の光出力は検出器１１０に誘導され、そこで測定される。測定ビーム１２３及び基準ビーム１２４は異なる周波数を有するので、検出器１１０の出力は、合成された信号のビート周波数に対応し、測定ビーム１２３及び基準ビーム１２４の強め合う干渉及び弱め合う干渉に対応する高いレベル及び低いレベルを繰り返す。回折格子１００が静止している場合には、ビート信号の周波数は、測定ビーム１２３と基準ビーム１２４との間の周波数の差に等しい。回折格子１００が動くとき、検出器１１０において別のサイクルが現われ、一般的に「フリンジ」として知られている、これらの別のサイクルは、それぞれＮによって表される。方向軸ｘ及びｚを参照すると、回折格子１００がｘ方向に距離Δｘだけ動き、ｚ方向に距離Δｚだけ動く場合には、検出器１１０において記録される、フリンジの数Ｎ_１は、以下の式によって表される。
Ｎ_１＝（Δｘ／ｐ）＋（Δｚ／ｐ）｜ｃｏｔθ｜（２）

Ｎ_１はΔｘ及びΔｚの両方に依存するので、回折格子１００がｘ方向にだけ、又はｚ方向にだけ動くように制限される場合には、その変位は式（２）から推定できる。しかしながら、回折格子１００がｘ方向及びｚ方向の両方に同時に動くような場合には、ただ１つのフリンジ数Ｎ_１から、Δｘ及びΔｚのそれぞれの値を求めることはできない。この問題を解決するための方法は、第２のフリンジ測定値Ｎ_２の第２の干渉計システムを追加し、２つの未知数を有する２つの式を解く。

別の実施形態によれば、且つ図面の図１をさらに参照すると、第２の測定システムを追加することによって、２次元において変位を検出することができる。第２の測定システムは第１の測定システムに類似であり、第２の光源１１１と、第２の光ビーム１１２と、ビームスプリッタ境界面１０４を有する第２の偏光ビームスプリッタキューブ１１３と、反射表面１０６を有する第１の偏光変換光学デバイス１０５、及び第２の偏光変換光学デバイス１２０と、混合偏光子１２６と、第２の検出器１１９とを備える。光ビーム１１２のｓ偏光成分及びｐ偏光成分のための進行路は、第１の干渉計コア１０３に関して記述されるのと同じである。この第２の干渉計コア１１３の場合、フリンジ数Ｎ_２と変位Δｘ及びΔｚとの間の関係は以下の式によって表される。
Ｎ_２＝−（Δｘ／ｐ）＋（Δｚ／ｐ）｜ｃｏｔθ｜（３）

式（２）及び（３）を同時に解くことにより、以下の結果が導かれる。
Δｘ＝（ｐ／２）（Ｎ_１−Ｎ_２）及びΔｚ＝（ｐ／２）（Ｎ_１＋Ｎ_２）｜ｔａｎθ｜
（４）

こうして、第２の干渉計コア１１３を追加することにより、ｘ方向及びｚ方向の変位を同時に求めることができる。ｘ方向の測定値は２つのフリンジ数の差をとることによって計算されるので、両方のフリンジ数に共通である誤差源は相殺される。一例として、空気の屈折率の変化は両方の干渉計において等しいフリンジ数を生成するが、それは、式（４）に従ってｘ方向の変位を計算する際に減算される。同様に、光源の波長の変化は、同相モード誤差を生成するが、それも減算によって相殺される。

図面の図２を参照すると、図１の教示を複光路動作用に構成し直すことができる。具体的には、第１の偏光変換デバイス１０５の反対側にある、キューブの面にレトロリフレクタ２０１を追加するとともに、図面の図１に示される混合偏光子１２６の代わりに用いる。適当なレトロリフレクタ２０１の一実施形態がBeltに対する米国特許第６，７３６，５１８号に開示されており、その特許の内容は参照によって本明細書に援用される。複光路動作は、回折格子１００の傾きに対する位置合わせ感度を緩和するという利点がある。図示及び説明される実施形態では、光源１０１は、２つの直交する偏光成分を有する、ヘテロダイン光ビーム１０２を生成する。測定ビーム１０７は、光源１０１から放射される光１０２のｐ偏光成分を含む。測定ビーム１０７はビームスプリッタ境界面１０４及び第２の偏光変換デバイス１２０を横切り、出射する測定ビーム１２１は、リトロー角１０９で、回折格子１００に突き当たる。出射する測定ビーム１２１の回折ビーム１２２は、第２の偏光変換デバイス１２０を横切り、それによりビーム１２２はｓ偏光になる。ｓ偏光の回折された測定ビーム１２３は、ビームスプリッタ境界面１０４において反射し、レトロリフレクタ２０１の中を進行して、ビームスプリッタ境界面１０４において再び反射し、第２の偏光変換デバイス１２０を横切る。２度目に通過する、出現する測定ビーム２２３は、リトロー角１０９で、回折格子１００に入射する。２度目に通過する、出現する測定ビーム２２３の回折ビームは入射ビームと同一直線上にあり、第２の偏光変換デバイス１２０を再び横切り、２度目に通過するｐ偏光測定ビーム２２５になる。２度目に通過するｐ偏光測定ビーム２２５は、ビームスプリッタ境界面１０４及び混合偏光子１２６を横切り、検出器１１０まで進む。

基準ビーム１０８は、光源１０１から放射される光１０２のｓ偏光成分を含む。基準ビーム１０８は、ビームスプリッタ境界面１０４において反射され、第１の偏光変換デバイス１０５を横切る。基準ビーム１０８は反射表面１０６において反射し、第１の偏光変換デバイス１０５を再び横切り、ｐ偏光になる。ｐ偏光の反射された基準ビーム１２４は、ビームスプリッタ境界面１０４を横切り、レトロリフレクタ２０１に入射し、ビームスプリッタ境界面１０４を通って、第１の偏光変換デバイス１０５まで進む。第１の偏光変換デバイス１０５を通過した後に、ビームは第１の偏光変換デバイス１０５の反射表面１０６において反射し、第１の偏光変換デバイス１０５を再び横切って、ｓ偏光になる。ｓ偏光の反射された基準ビーム１３０は、ビームスプリッタ境界面１０４において反射され、検出器１１０において検出及び測定するために、混合偏光子１２６においてｐ偏光の測定ビーム２２５と合成される。ｘ方向及びｚ方向において同時に変位を検出するために、図面の図１に示される実施形態と同じようにして、図２の実施形態に第２のシステムを追加できることは当業者には理解されよう。

図面の図３を具体的に参照すると、ホモダイン単一周波数光源１０１とともに用いるようになっている、本教示による１つの実施形態が示される。その動作は、図面の図２について開示された教示に類似する。ホモダインの実施形態では、放射される光ビーム１０２は単一周波数のビーム１０２であり、それは水平方向に対して約４５°で直線偏光されるので、ｓ偏光及びｐ偏光の電力は概ね等しい。ｐ偏光成分は測定ビーム１０７であり、ｓ偏光成分は基準ビーム１０８である。測定ビーム１０７及び基準ビーム１０８は、図面の図２に関して記述されたように、干渉計コア１０３、レトロリフレクタ２０１及び回折格子１００との間で同じ光路に従う。したがって、ヘテロダイン又はホモダインの実施形態に応じて、実際の光ビームが異なる光学特性を有する場合であっても、２つの構成要素は同じ参照符号を付される。図面の図２及び図３はいずれも、干渉計コア１０３と測定とを示す。この測定とは、測定ビームをリトロー角１０９で回折格子１００に誘導する測定である。本教示によるホモダインシステムの例示される実施形態では、測定ビーム２２５及び基準ビーム１３０は、検出システムに誘導される際に合成される。検出システムは、出力ビーム１３０、２２５の光路内に非偏光ビームスプリッタ２５０を含む。非偏光ビームスプリッタ２５０は、出力ビーム１３０、２２５の一部を透過し、出力ビーム１３０、２２５の残りを反射する。透過される出力ビームは第１の出力リターダ２５５を通過し、１つの具体的な実施形態では、それは４分の１波長リターダである。そのリターダは、ｐ偏光測定ビーム２２５とｓ偏光測定ビーム１３０との間に光学的な位相シフトを導入するように位置合わせされる。１つの具体的な実施形態では、この光学的な位相シフトは９０°である。出力ビームは、光検出器２６１に達する前に混合偏光子２５７を通過する。反射された出力ビーム１３０、２２５は、光検出器２６２に達する前に混合偏光子２５８を通過する。

図面の図４を具体的に参照すると、単一の干渉計コア１０３を用いて、２つの複光路測定を行うことができる、本教示による別の実施形態が示される。図面の図４の実施形態は２次元の測定を提供するのに有用であるが、同じ干渉計コア１０３が２つの異なる光ビームに用いられるので、図面の図１〜図３に示されるよりも小さな空間内で測定を実施する。図４の実施形態では、第１の反射プリズム３００及び第２の反射プリズム３０１が干渉計コア１０３に含まれる。反射プリズム３００、３０１を用いない場合、その装置は、測定ビームを用いて２次元の変位測定を実現するが、それらのビームは干渉計コア１０３を出射するときに発散する。反射プリズム３００、３０１は、図に示されるように、干渉計コア１０３から出射する光を反射し、それにより測定ビームは、回折格子１００に入射する前に、発散するのではなく、集束する。測定ビームが集束することによって、測定のために必要とされる回折格子１００の表面積が減少する。図面の図４に示される構成は、２つの光源に対して単一の干渉計コア１０３を用いており、それにより、変位測定を行うために用いられる干渉計コアの数が削減される。さらに、図面の図４に示される構成は、空気中の光の進行路を制限するので、変位測定が、空気中の局在する環境変化による影響を受けにくくなる。偏光変換デバイス１０５、１２０は、第１のプリズム３００及び第２のプリズム３０１と回折格子１００との間に配置される。干渉計コア１０３は、ビームスプリッタ境界面１０４及びレトロリフレクタ２０１を含む。プリズム３００、３０１は、それぞれの反射表面３０３、３０４を含み、それにより、干渉計コア１０３から出射した発散光ビームは曲がり、偏光変換デバイス１０５又は１２０を通って、互いに向かって回折格子１００まで誘導され、結果として、その光ビームは集束し、より小さな表面積において回折格子１００に突き当たるようになる。１つの例示的な実施形態では、反射プリズム３００、３０１は干渉計コア１０３及びレトロリフレクタ２０１と一体構造を成し、有利な小型のパッケージを実現する。反射プリズム３００、３０１、干渉計コア１０３及びレトロリフレクタ２０１の一体構造は、適当な接着剤によって、静電力によって、又はその両方によって、互いに接着される２つ以上の構成要素を含むことができることに留意されたい。図示される具体的な実施形態では、第１の偏光変換デバイス１０５及び第２の偏光変換デバイス１２０はそれぞれ、半波長リターダ１２５及びファラデー回転子１２７の組み合わせから成る２つの矩象部分（quartile portion）を含む。第１の偏光変換デバイス１０５及び第２の偏光変換デバイス１２０の残りの矩象部分は反射表面１０６を含み、その構成は、個々の測定ビーム及び基準ビームがとる光路に関する以下の説明から明らかになる。二重光源の実施形態は、ただ１つのビームスプリッタ境界面１０４しか必要としないので、干渉計コア１０３が、二重ビームスプリッタを用いる干渉計コアよりも小型、軽量になり、熱安定性が高くなるという利点がある。

図面の図４、図５及び図６を具体的に参照すると、第１の測定ビーム１０７の進行路が表される。図面の図５及び図６に濃い線で示される辺は、図面の図４において示される干渉計コア１０３の目に見える辺を表す。第１の測定ビーム１０７は、光ビーム１０２のｓ偏光成分として干渉計コア１０３に入射し、干渉計コア１０３の出入面３０７の第１の入射象限３０６に入射する。第１の測定ビーム１０７は、ビームスプリッタ境界面１０４において反射し、第１のプリズム３００に入射し、第１のプリズム３００の反射表面３０３において反射し、第１の偏光変換デバイス１０５の第１の透過象限３０８において、第１の偏光変換デバイス１０５を横切る。１つの具体的な実施形態では、第１の透過象限３０８は、半波長リターダ１２５及びファラデー回転子１２７の組み合わせを含む。図には示されないが、ファラデー回転子１２７と回折格子１００との間に偏光子を配置することができる。出射する第１の測定ビーム１２１は、リトロー角１０９で、回折格子１００に向かって誘導される。出射する第１の測定ビーム１２１の回折ビーム１２２は、入射する出射測定ビーム１２１と同一直線上にある。回折された第１の測定ビーム１２２は、第１の偏光変換デバイス１０５の第１の透過象限３０８において、偏光変換デバイス１０５を再び横切り、第１のプリズム３００の反射表面３０３において反射する。回折された第１の測定ビーム１２２が第１の偏光変換デバイス１０５を横切ることによって、その偏光がｐ偏光に変化する。ｐ偏光の回折された第１の測定ビーム１２３は、ビームスプリッタ境界面１０４を横切り、レトロリフレクタ２０１の中を進行し、ビームスプリッタ境界面１０４を再び横切り、第１のプリズム３００に入射し、第１のプリズム３００の反射表面３０３において、偏光変換デバイス１０５に向かって反射する。ｐ偏光の回折された第１の測定ビーム１２３は、第１の偏光変換デバイス１０５の第２の透過象限３０９において、第１の偏光変換デバイス１０５を横切り、２度目に通過する第１の測定ビーム３０５になる。２度目に通過する第１の測定ビーム３０５は、リトロー角１０９で回折格子１００に突き当たり、回折される。回折された２度目に通過する第１の測定ビーム３０４は、入射する、２度目に通過する第１の測定ビーム３０５と同一直線上にあり、第２の透過象限３０９において第１の偏光変換デバイス１０５を再び横切り、ｓ偏光になる。ｓ偏光の２度目に通過する第１の測定ビームの３１０は、第１のプリズム３００の反射表面３０３において反射し、干渉計コア１０３に入射する。ビームスプリッタ境界面１０４が、ｓ偏光の２度目に通過する第１の測定ビーム３１０と再びかかわると、ｓ偏光の２度目に通過する第１の測定ビーム３１０はビームスプリッタ境界面１０４において反射され、出入面３０７の第１の出射象限３０２において、混合偏光子１２６を通って干渉計コア１０３から出射する。

図面の図５、図７及び図８を参照すると、本教示による装置の一実施形態の基準ビーム１０８の進行路が表される。図面の図８に濃い線で示される辺は、図面の図７において示される偏光変換デバイス１２０の目に見える辺を表す。第１の基準ビーム１０８は、第１の光ビーム１０２のｐ偏光成分として、出入面３０７の第１の入射象限３０６において、干渉計コア１０３に入射する。基準ビーム１０８は、ビームスプリッタ境界面１０４を横切り、第２のプリズム３０１に入射し、第２のプリズム３０１の反射面３０４から反射し、第１の反射象限３１２において、第２の偏光変換デバイス１２０を横切る。基準ビーム１０８がかかわる第２の偏光変換デバイス１２０の部分は反射表面を有するので、基準ビーム１０８は直ちに、第２の偏光変換デバイス１２０を再び横切って、基準ビームはｓ偏光に変化する。ｓ偏光の基準ビーム１３０は、第２のプリズム３０１の反射表面３０４において反射し、ビームスプリッタ境界面１０４において反射し、レトロリフレクタ２０１の中を進行し、ビームスプリッタ境界面１０４において再び反射する。ｓ偏光の基準ビーム１３０は、第２のプリズム３０１に入射し、第２のプリズム３０１の反射表面３０４において反射し、第２の偏光変換デバイス１２０の第２の反射象限３１３に誘導される。ｓ偏光の基準ビーム１３０は反射し、第２の反射象限３１３において第２の偏光変換デバイス１２０を再び横切り、それにより、ｓ偏光の基準ビーム１３０の偏光がｐ偏光に変化する。ｐ偏光の基準ビーム１３１は第２のプリズム３０１に入射し、第２のプリズム３０１の反射表面３０４において反射し、干渉計コア１０３に入射し、ビームスプリッタ境界面１０４を通って、出入面３０７の第１の出射象限３０２において出射する。ｓ偏光の第１の測定ビーム３１０及びｐ偏光の第１の基準ビーム１３１は出入面３０７の同じ象限において、混合偏光子１２６を通って合成され、検出し、測定するために干渉計コア１０３から出射する。

図面の図５、図８及び図９を具体的に参照すると、本教示による、干渉計コア１０３を通る第２の測定ビーム３１５の進行路が表される。第２の光ビーム３１４のｐ偏光成分を含む第２の測定ビーム３１５は、出入面３０７の第２の入射象限３１６において、干渉計コア１０３に入射する。第２の測定ビーム３１５は、ビームスプリッタ境界面１０４を横切り、第２のプリズム３０１の反射表面３０４において反射し、第１の透過象限３１７において、第２の偏光変換デバイス１２０を横切る。第２の偏光変換デバイス１２０から出射するビームは、第２の出射する測定ビーム３１１であり、リトロー角１０９で、回折格子１００に向かって誘導される。回折された第２の出射する測定ビーム１３２は、入射する第２の出射測定ビーム３１１と同一直線上にあり、第１の透過象限３１７において、第２の偏光変換デバイス１２０を再び横切り、第２のプリズム３０１に入射する前にｓ偏光になる。ｓ偏光の第２の測定ビーム１３３は、第２のプリズム３０１の反射表面３０４において反射し、ビームスプリッタ境界面１０４において反射し、レトロリフレクタ２０１の中を進行し、ビームスプリッタ境界面１０４において再び反射し、第２のプリズム３０１の反射表面３０４において反射し、第２の偏光変換デバイス１２０の第２の透過象限３１８において、第２の偏光変換デバイス１２０を横切る。そのビームは２度目に通過する第２の測定ビーム３１９として現われ、リトロー角１０９で、回折格子１００に向かって誘導される。回折された２度目に通過する第２の測定ビーム３２０は、入射ビームと同一直線上にあり、第２の偏光変換デバイス１２０を横切って、ｐ偏光になる。ｐ偏光の２度目に通過する第２の測定ビーム３３２は、第２のプリズム３０１の反射表面３０４において反射し、ビームスプリッタ境界面１０４を横切り、出入面３０７の第２の出射象限３２１において、干渉計コア１０３から出射する。

図面の図５、図６及び図１０を参照すると、第２の基準ビーム３２２の進行路が現われる。第２の基準ビーム３２２は、第２の光ビーム３１４のｓ偏光成分として、出入面３０７の第２の入射象限３１６において干渉計コア１０３に入射する。第２の基準ビーム３２２は、ビームスプリッタ境界面１０４において反射し、第１のプリズム３００の反射表面３０３において反射し、第１の反射象限３２３において、第１の偏光変換デバイス１０５を横切る。第２の基準ビーム３２２がかかわる第１の偏光変換デバイス１０５の部分は反射表面を有するので、第２の基準ビーム３２２は直ちに、第１の偏光変換デバイス１０５を再び横切り、ビーム３２２の偏光がｐ偏光に変化する。ｐ偏光の基準ビーム３３３はビームスプリッタ境界面１０４を横切り、レトロリフレクタ２０１の中を進行し、ビームスプリッタ境界面１０４を再び横切り、第１のプリズム３００の反射表面３０３において反射し、第１の偏光変換デバイス１０５の第２の反射象限３２４において、第１の偏光変換デバイス１０５を横切る。そのビームは反射し、第１の偏光変換デバイス１０５を再び横切り、それにより、ビームの偏光がｓ偏光に変化する。ｓ偏光の第２の基準ビーム３３４は、第１のプリズム３００の反射表面３０３において反射し、ビームスプリッタ境界面１０４において反射し、出入面３０７の第２の出射象限３２１において出射する。ｐ偏光の回折された２度目に通過する第２の測定ビーム３３２及び第２の基準ビーム３３４は混合偏光子１２６を通って合成され、検出し、測定するために、出入面３０７の同じ象限において干渉計コア１０３から出射する。

図面の図１１及び図１２を具体的に参照すると、ｘ方向の変位が測定され、その測定がｚ方向の変位による影響を受けない、本教示による別の実施形態が示される。干渉計コア１０３、及び光ビームの光路は、図面の図４〜図１０に示されるのに概ね類似である。図１１及び図１２の実施形態では、反射表面１０６は除去され、光ビームの全ての成分が回折格子１００に達することができるようになる。この実施形態では、光ビーム１０２は、ビームスプリッタ境界面１０４において、測定ビーム１０７及び随伴測定ビーム３２５に分割される。各ビーム１０７、３２５は、干渉計コア１０３の中を通り、回折格子との間を行き来する光路に従う。第１の測定ビーム１０７は、光ビーム１０２のｓ偏光成分であり、図面の図７に開示されるのと同じ光路に従う。随伴測定ビーム３２５は、光ビーム１０２のｐ偏光成分である。随伴測定ビーム３２５は、ビームスプリッタ境界面１０４を横切り、第２のプリズム３０１の反射表面３０４から反射し、第２の偏光変換デバイス１２０を横切る。出射する随伴測定ビーム３２６は、リトロー角１０９で、回折格子１００に入射する。出射する随伴測定ビーム３２６の回折ビーム３２７は入射ビームと同一直線上にあり、偏光変換デバイス１２０を横切り、ビームの偏光がｓ偏光に変化する。ｓ偏光の随伴測定ビーム３２８は第２のプリズム３０１の反射表面３０４から反射し、干渉計コア１０３に入射する。ｓ偏光の随伴測定ビーム３２８はビームスプリッタ境界面１０４において反射し、レトロリフレクタ２０１の中を進行し、ビームスプリッタ境界面１０４において反射し、第２のプリズム３０１の反射表面３０４において反射し、偏光変換デバイス１２０を通過する。２度目に通過する出射随伴測定ビーム３２９は、リトロー角１０９で、回折格子１００に入射する。２度目に通過する出射随伴測定ビーム３２９の回折ビーム３３０は入射ビームと同一直線上にあり、第２の偏光変換デバイス１２０を再び横切り、そのビームはｐ偏光に変化する。ｐ偏光の随伴測定ビーム３３１はビームスプリッタ境界面１０４を横切り、混合偏光子１２６を通過する。ｓ偏光の第１の測定ビーム３１０及びｐ偏光の随伴測定ビーム３３１は、混合偏光子１２６を通って検出器（図示せず）まで進むときに合成され、干渉する。２つの信号の干渉は、１つの方向のみの回折格子１００の変位を指示し、他の２つの方向の回折格子１００の変位による影響を受けないフリンジを生成する。例示される複光路の実施形態を用いて、回折格子１００の変位は以下のように計算することができる。
Δｘ＝Ｎｐ／４（５）

この実施形態がホモダイン動作又はヘテロダイン動作の場合にも適していることは当業者には理解されよう。また、類似であるが、異なる計算により、単光路の実施形態及び３光路以上の実施形態の変位測定に当てはまることも当業者には理解されよう。

図１３〜図１８を具体的に参照すると、本教示による干渉計の別の実施形態が示される。図１３〜図１８に示される具体的な実施形態は、入力非偏光ビームスプリッタ３６１及び入力プリズム３６２を含む入力スプリッティング光学系３６０を備える。１つの具体的な実施形態では、入力光ビーム３６３はヘテロダインビームである。しかしながら、１つ又は複数の別の実施形態は、ホモダイン光源を都合よく用いることができる。非偏光ビームスプリッタキューブ３６１は、その光の約半分を透過し、残りの半分を反射する。ビームスプリッタを透過する半分は、入力プリズム３６２の反射表面において反射される。結果として、第１の入力光ビーム３６４及び第２の入力光ビーム３６５が生成される。第１の光ビーム３６４及び第２の光ビーム３６５は概ね等しい電力を有し、互いに対して平行に、且つ空間的にオフセットされて干渉計コア１０３に入射する。

図面の図１３を具体的に参照すると、第１の測定ビーム及び基準ビームの光路が示される。第１の入力ビーム３６４のｐ偏光成分は干渉計コア１０３に入射し、ビームスプリッタ境界面１０４を横切り、第１のプリズム３００に入射する。図１３の実施形態では、第１のプリズム３００及び第２のプリズム３０１はそれぞれ、互いに対して垂直な２つの反射表面３０３、３０４を有する。第１の入力光ビーム３６４のｐ偏光成分は、２つの反射表面３０３から２度反射され、第１の偏光変換デバイス１０５を横切る。第１の出射する測定ビーム３６６は、リトロー角１０９で、回折格子１００に入射する。第１の出射するビーム３６６の回折ビーム３５９は、第１の出射するビーム３６６と同一直線上にあり、第１の偏光変換デバイス１０５を再び横切り、ｓ偏光になる。ｓ偏光の第１の測定ビーム３６７は、第１のプリズム３００において２度反射する。ｓ偏光の第１の測定ビーム３６７はビームスプリッタ境界面１０４において反射し、レトロリフレクタ２０１の中を進行し、ビームスプリッタ境界面１０４において再び反射し、第１のプリズム３００に入射する。ｓ偏光の第１の測定ビーム３６７は、第１のプリズム３００の反射表面３０３において２度反射し、第１の偏光変換デバイス１０５を通過する。出射する２度目に通過する第１の測定ビーム３６８は、リトロー角１０９で、回折格子１００に入射し、出射する２度目に通過する第１の測定ビーム３６８の同一直線上にある回折ビーム３６９は、第１の偏光変換デバイス１０５を再び横切り、ｐ偏光になる。ｐ偏光の第１の測定ビーム３７０は、第１のプリズム３００の２つの反射表面３０３において反射し、ビームスプリッタ境界面１０４を横切る。図１８を具体的に参照すると、ｐ偏光の第１の測定ビーム３７０は、出力プリズム３７１を通って、干渉計コア１０３から出射する。ｐ偏光の第１の入力ビーム３７０は、出力反射表面３７２において反射し、混合偏光子１２６を通って、出力プリズム３７１から出射する。

図１３を具体的に参照すると、第１の入力ビーム３７３のｓ偏光成分はビームスプリッタ境界面１０４において反射し、第２のプリズム３０１の反射表面３０４から２度反射する。第１の入力ビーム３７３のｓ偏光成分は、第２の偏光変換デバイス１２０を横切り、第２の偏光変換デバイス１２０の第１の反射象限３１２から反射し、第２の偏光変換デバイス１２０を再び横切り、そのビームはｐ偏光の第１の基準ビーム３７５に変化する。ｐ偏光の第１の基準ビーム３７５は、第２のプリズム３０１の反射表面３０４において２度反射し、ビームスプリッタ境界面１０４を横切り、レトロリフレクタ２０１の中を通って、ビームスプリッタ境界面１０４を通って、第２のプリズム３０１の反射表面３０４において２度反射する。ｐ偏光の第１の基準ビーム３７５は、第２の偏光変換デバイス１２０の第２の反射象限３１３において、第２の偏光変換デバイス１２０を横切り、反射し、第２の偏光変換デバイス１２０を再び横切り、そのビームはｓ偏光の第１の基準ビーム３７７に変化する。図面の図１６及び図１７は、第１の偏光変換デバイス１０５及び第２の偏光変換デバイス１２０の構成を表しており、濃い線は、図面の図１３及び図１４に示される図から目で見ることができるデバイス１０５、１２０の辺を表す。ｓ偏光の第１の基準ビーム３７７は、第２のプリズム３０１の反射表面３０４において２度反射し、ビームスプリッタ境界面１０４において反射し、干渉計コア１０３から出射して、出力プリズム３７１に入射する。ｓ偏光の基準ビーム３７７は、出力反射表面３７２において反射し、混合偏光子１２６を通って出力プリズム３７１から出射して、ｐ偏光の第１の測定ビーム３７０と合成される。

図面の図１４を具体的に参照すると、第２の測定ビーム及び基準ビームの光路が示されており、第２の入力光ビーム３６５は、非偏光ビームスプリッタを横切り、入力プリズム３６２において反射し、その後、干渉計コア１０３に入射する。第２の入力光ビーム３７８のｐ偏光成分は第２の基準ビームであり、偏光ビームスプリッタ境界面１０４を横切り、第１のプリズム３００の反射表面３０３から反射し、第１の反射象限３２３において、第１の偏光変換デバイス１０５を横切る。そのビームは反射し、第１の偏光変換デバイス１０５を横切り、反射し、第１の偏光変換デバイス１０５を再び横切って、ビームはｓ偏光に変化する。ｓ偏光の第２の基準ビーム３７９は、第１のプリズム３００の両方の表面３０３において反射し、ビームスプリッタ境界面１０４において反射し、レトロリフレクタ２０１の中を進行し、ビームスプリッタ境界面１０４において再び反射し、第１のプリズム３００の両方の表面３０３において２度反射し、第２の反射象限３２４において、第１の偏光変換デバイス１０５を横切る。そのビームは反射し、第１の偏光変換デバイス１０５を再び横切り、その偏光がｐ偏光に変化する。ｐ偏光の第２の基準ビーム３８０は、第１のプリズム３００の両方の表面３０３において反射し、ビームスプリッタ境界面１０４を横切って、出力プリズム３７１に入射する。ｐ偏光の第２の基準ビーム３８０は出力反射表面３７２において反射し、混合偏光子１２６を横切る。

図１４を具体的に参照すると、第２の入力光ビーム３６５のｓ偏光成分は第２の測定ビーム３８１である。第２の測定ビーム３８１はビームスプリッタ境界面１０４において反射し、第２のプリズム３０１の表面３０４において２度反射し、第１の透過象限３１７において、第２の偏光変換デバイス１２０を横切る。出射する第２の測定ビーム３８２は、リトロー角１０９で、回折格子１００に入射し、出射する第２の測定ビーム３８２の同一直線上にある反射ビーム３８３は、第１の透過象限３１７において第２の偏光変化デバイス１２０を再び横切り、そのビームの偏光がｐ偏光に変化する。ｐ偏光の第２の測定ビーム３８４は、第２のプリズム３０１の表面３０４において２度反射し、ビームスプリッタ境界面１０４を横切り、レトロリフレクタ２０１の中を進行し、ビームスプリッタ境界面１０４を再び横切り、２度目に通過するために第２のプリズム３０１の表面３０４において２度反射し、第２の透過象限３１８において、第２の偏光変換デバイス１２０を横切る。２度目の出射する第２の測定ビーム３８７は、リトロー角１０９で、回折格子１００に入射し、２度目の出射する第２の測定ビーム３８７の同一直線上にある反射ビーム３８５は、第２の偏光変換デバイス１２０を再び横切り、ｓ偏光になる。ｓ偏光の第２の測定ビーム３８６は、第２のプリズム３０１の両方の表面３０４から反射し、ビームスプリッタ境界面１０４において再び反射する。ｓ偏光の第２の測定ビーム３８６は、干渉計コア１０３から出射し、出力プリズム３７１に入射し、出力反射表面３７２から反射して、混合偏光子１２６において、ｐ偏光の第２の基準ビーム３８０と合成される。

図面の図１９を具体的に参照すると、本教示による干渉システムの応用形態の一実施形態が示される。図面の図１９は、回折格子１００の溝側の平面図と、回折格子１００に対する干渉計の位置を示す２つの立面図とを示す。回折格子１００は、工作機械又は半導体チップリソグラフィシステムの一部として用いられるような精密ステージに取り付けることができるか、又は高精度変位測定を用いる任意の他のシステムの一部にすることができる。本開示のために、回折格子１００に対して座標系が定義される。回折格子１００は、ｘ方向３５３及びｙ方向３５５によって定義される平面内に存在する。ｚ方向３５４は回折格子１００の平面に対して垂直である。３つの付加的な座標、Ｒｘ３５６、Ｒｙ３５７及びＲｚ３５８も、それぞれｘ軸３５３、ｙ軸３５５及びｚ軸３５４を中心にした回折格子の回転を記述するために定義される。図面の図１３〜図１８に示される干渉計の実施形態を用いるシステムでは、各干渉計３５０、３５１及び３５２は２つの別個の次元を測定する。第１の干渉計３５０、第２の干渉計３５１及び第３の干渉計３５２は回折格子１００上の場所に配置される。第１の干渉計３５０及び第２の干渉計３５１はｘ方向及びｚ方向の変位を測定し、第３の干渉計３５２はｙ方向及びｚ方向の変位を測定する。変位測定から、各軸を中心にした回転の変位をさらに計算することができる。１つの具体的な実施形態では、ｘ方向３５３の変位は、第１の干渉計３５０及び第２の干渉計３５１からのｘ方向変位測定値の平均値から計算される。ｙ方向３５５の変位は、第３の干渉計３５２における変位測定値から計算される。ｚ方向３５４の変位は、第１の干渉計３５０及び第２の干渉計３５１からのｚ方向の変位測定値の平均値から計算される。ｘ軸を中心にした回転、Ｒｘ３５６は、ｚ方向測定値の差から計算することができる。ｙ軸を中心にした回転、Ｒｙ３５７は、第３の干渉計３５２からのｚ方向の変位と、第１の干渉計３５０及び第２の干渉計３５１からのｚ方向変位の平均値との間の差から計算することができる。ｚ軸を中心にした回転Ｒｚ３５８は、第１の干渉計３５０及び第２の干渉計３５１のｘ方向変位の差から計算することができる。

別の実施形態は、４つ以上の干渉計を備えるシステムを含む。付加的な干渉計は、重複性及び自己一致性検査(self-consistency check)のために用いられ、行われる測定の信頼性を高めることができる。一方向又は複数方向の変位を対象としない場合には、干渉計の数を減らすこともできる。１つの具体的な実施形態では、回折格子は約５００ｍｍ×５００ｍｍである。別法では、２つ以上の別個の回折格子を用いることができ、各回折格子が別個に照明される。別個のリターダが用いられる場合には、それらが同じ平面内、又は同じ相対的な向きで存在する必要はない。測定値を受信するプロセッサが種々の向きの予備知識を有する場合には、特定のシステム構成及び回折格子の向きを考慮に入れて、適当な測定値を計算することができる。１つの具体的な実施形態では、回折格子１００は、第１の向きにおいて１組の溝と、第２の向きにおいて別の１組の溝とを有する。第１の向き及び第２の向きは、互いに対して概ね垂直にすることができるか、又は他の相対的な角度を成すことができる。第１の向き及び第２の向きの溝のピッチは同じである必要はなく、回折格子は第１の向きだけにおいて溝を有することもできる。本教示による干渉計は個別に調整することができるので、各干渉計で行われる測定を最適化することができ、且つ位置合わせ不良の結果としての測定誤差を較正することができるという利点がある。本教示によれば、当業者には数多くの他のシステムの実施形態が思い浮かぶであろう。

例示するために、本明細書では、本教示による特定の実施形態が記述される。具体的には記述されない場合であっても、本教示の助けを借りた当業者には、具体的には述べられない他の実施形態が思い浮かぶはずであり、それらも添付の特許請求の範囲内にあるものと見なされる。たとえば、プリズム及び関連する出力面の幾何学的形状は、具体的なリトロー角の要件に応じて異なる場合がある。異なる回折格子パラメータに合わせながら、干渉計コアのための一貫した幾何学的形状を保持することができるという利点がある。開示される実施形態では、透過象限及び反射象限を参照しながら、第１の偏光変換デバイス１０５及び第２の偏光変換デバイス１２０を通って測定ビーム及び基準ビームが出射することが記述される。本教示は３つ以上の光ビームの場合にも拡張することができ、その場合には、第１の偏光変換デバイス及び第２の偏光変換デバイスが、付加的な透過部分及び反射部分に関して機能的に定義される。それゆえ、本明細書の実施形態及び説明図は例示することを意図しており、本教示の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。

本教示による装置の単光路の実施形態を示す図である。本教示による装置の複光路の実施形態を示す図である。ホモダイン光源用に構成される、本教示による装置の複光路の実施形態を示す図である。装置の中を通る光の進行路も合わせて表示する、本教示による装置の別の実施形態を示す図である。装置の中を通る光の進行路も合わせて表示する、本教示による装置の別の実施形態を示す図である。装置の中を通る光の進行路も合わせて表示する、本教示による装置の別の実施形態を示す図である。装置の中を通る光の進行路も合わせて表示する、本教示による装置の別の実施形態を示す図である。装置の中を通る光の進行路も合わせて表示する、本教示による装置の別の実施形態を示す図である。装置の中を通る光の進行路も合わせて表示する、本教示による装置の別の実施形態を示す図である。装置の中を通る光の進行路も合わせて表示する、本教示による装置の別の実施形態を示す図である。１つの方向における変位を判定し、別の方向の変位による影響を受けない、本教示による別の実施形態を示す図である。１つの方向における変位を判定し、別の方向の変位による影響を受けない、本教示による別の実施形態を示す図である。本教示による別の実施形態を示す図である。本教示による別の実施形態を示す図である。本教示による別の実施形態を示す図である。本教示による別の実施形態を示す図である。本教示による別の実施形態を示す図である。本教示による別の実施形態を示す図である。本教示の実施形態とともに用いるのに適した応用形態を示す図である。

Claims

変位を測定するための装置であって、
干渉計コアに誘導される光ビームを含み、該干渉計コアは該光ビームを第１の成分のビーム及び第２の成分のビームに分割するようになっており、該第１の成分のビームは概ねリトロー角で回折格子に誘導され、前記干渉計コアによって受光され、前記第２の成分のビームと合成され、合成された前記第１の成分のビーム及び前記第２の成分のビームは、合成された該第１の成分のビーム及び該第２の成分のビームを測定して前記回折格子の変位を判定するようになっている検出器に誘導される、変位を測定するための装置。
前記第１の成分のビームは測定ビームであり、前記第２の成分のビームは基準ビームである、請求項１に記載の変位を測定するための装置。
前記第１の成分のビームは測定ビームであり、前記第２の成分のビームは随伴（companion）測定ビームである、請求項１に記載の変位を測定するための装置。
前記光ビームは第１の光ビーム及び第２の光ビームに分割され、該第１の光ビームは測定成分及び基準成分を含み、該第２の光ビームは測定成分及び基準成分を含む、請求項１に記載の変位を測定するための装置。
２つの直交する偏光ビームを有する二重周波数光源が前記光ビームを放射する、請求項１に記載の変位を測定するための装置。
２度通過する測定ビーム進行路を与えるようになっているレトロリフレクタをさらに備える、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の変位を測定するための装置。
測定ビーム進行路及び基準ビーム進行路は前記干渉計コアの中において概ね同じである、請求項１に記載の変位を測定するための装置。
前記光ビームは第１の光ビームであり、前記干渉計コアに入射する第２の光ビームをさらに含み、該第２の光ビームは、直交する偏光ビームを有する二重周波数光源から生成される、請求項１に記載の変位を測定するための装置。
前記第１の光ビーム及び前記第２の光ビームはそれぞれ、第１の測定ビーム及び第２の測定ビーム、並びに第１の基準ビーム及び第２の基準ビームに分割され、前記干渉計は、前記第１の測定ビーム及び前記第２の測定ビームを概ね前記リトロー角で前記回折格子上に集束させるための再誘導光学系をさらに備える、請求項８に記載の変位を測定するための装置。
前記ビームスプリッタ及び前記再誘導光学系は前記干渉計コアと一体構造である、請求項９に記載の変位を測定するための装置。
前記干渉計コアは、少なくとも１つの偏光変換デバイスをさらに備え、該偏光変換デバイスの第１の部分は反射表面を有し、該偏光変換デバイスの第２の部分は透過表面を有する、請求項１に記載の変位を測定するための装置。
前記偏光変換デバイスは、４分の１波長板及びファラデー回転子を含むグループから選択されるデバイスのうちの１つを含む、請求項１１に記載の変位を測定するための装置。
前記偏光変換デバイスは、前記ファラデー回転子と前記回折格子との間に配置される偏光子をさらに備える、請求項１２に記載の変位を測定するための装置。
前記反射表面を有する前記偏光変換デバイスの前記部分は、反射表面を有する２つの対角線上に配置される象限を含み、前記透過表面は２つの対角線上に配置される透過象限を含む、請求項１１に記載の変位を測定するための装置。
回折格子の変位を測定するための方法であって、
光ビームを第１の成分の光ビーム及び第２の成分の光ビームに分割すること、
前記第１の成分の光ビームを概ねリトロー角で前記回折格子に誘導すること、
前記第１の成分の光ビームの回折ビームを受光すること、
前記第１の成分の光ビームの前記回折ビームを前記第２の成分の光ビームと合成すること、及び
合成された前記第１の成分の光ビーム及び前記第２の成分の光ビームを測定することであって、それによって、前記回折格子の変位を判定する、測定することを含む、回折格子の変位を測定するための方法。
前記第１の成分の光ビームは測定ビームであり、前記第２の成分の光ビームは基準ビームである、請求項１５に記載の回折格子の変位を測定するための方法。
前記第１の成分のビームは測定ビームであり、前記第２の成分のビームは随伴測定ビームである、請求項１５に記載の回折格子の変位を測定するための方法。
前記随伴測定ビームを概ね前記リトロー角で前記回折格子に誘導すること、及び前記随伴測定ビームの回折ビームを受光することをさらに含む、請求項１７に記載の回折格子の変位を測定するための方法。
前記分割するステップは、偏光状態に応じて前記光ビームを分割することを含む、請求項１５に記載の回折格子の変位を測定するための方法。
前記光ビームは第１の光ビームであり、前記方法は、第２の光ビームを第１の成分の光ビーム及び第２の成分の光ビームに分割すること、前記第１の光ビームの前記第１の成分を概ね前記リトロー角で前記回折格子に誘導すること、及び前記第２の光ビームの前記第１の成分を、前記第１の光ビームの前記第１の成分の角度と反対の方向において、概ね前記リトロー角で前記回折格子に誘導することをさらに含む、請求項１５に記載の回折格子の変位を測定するための方法。
前記光ビームは、２つの直交する偏光ビームを有する二重周波数光源から生成される、請求項１５に記載の回折格子の変位を測定するための方法。
前記光ビームは単一周波数光源から生成される、請求項１５に記載の回折格子の変位を測定するための方法。
前記誘導するステップは、前記第１の成分の光ビームを概ね前記リトロー角で前記回折格子に２度以上誘導し、その後、前記第１の成分の光ビームと前記第２の成分の光ビームとを合成することをさらに含む、請求項１５に記載の回折格子の変位を測定するための方法。
光ビームを放射するようになっている光源と、
回折格子と、
検出器と、
偏光ビームスプリッタ境界面を有する干渉計コアであって、該偏光ビームスプリッタ境界面は前記光ビームを第１の成分のビーム及び第２の成分のビームに分割するようになっており、該干渉計コアは前記光源と前記回折格子との間に配置され、前記光ビームを受光し、少なくとも前記第１の成分のビームを概ねリトロー角で前記回折格子に向かって誘導するように配置される、干渉計コアと、
前記検出器において測定する前に、前記第１の成分のビームと前記第２の成分のビームとを合成するようになっている出力光学系とを備える、装置。
前記光源は二重周波数光源であり、前記第１の成分のビーム及び前記第２の成分のビームは互いに対して直交偏光される、請求項２４に記載の装置。
前記光源は単一周波数光源である、請求項２４に記載の装置。
前記干渉計コアと前記回折格子との間に配置される偏光変換デバイスをさらに備える、請求項２４に記載の装置。
前記偏光変換デバイスのうちの少なくとも一方は、４分の１波長リターダ、並びに半波長リターダ及びファラデー回転子の組み合わせを含むグループから選択されるデバイスを含む、請求項２７に記載の装置。
前記偏光変換デバイスの一部が反射表面をさらに含む、請求項２７に記載の装置。
レトロリフレクタをさらに備える、請求項２４に記載の装置。
前記光ビームを第１の光ビーム及び第２の光ビームに分割するようになっている非偏光ビームスプリッタを含む入力光学系をさらに備える、請求項２４に記載の装置。
前記第１の光ビーム及び前記第２の光ビームは前記干渉計コアによって受光される、請求項３１に記載の装置。
前記光ビームは第１の光ビームを含み、前記装置は、前記干渉計コアによって受光される第２の光ビームをさらに含む、請求項２４に記載の装置。
前記成分ビームを前記回折格子上に集束させるようになっている第１のプリズム及び第２のプリズムをさらに備える、請求項３３に記載の装置。
前記回折格子は、第１の方向に配置される第１の１組の溝と、第２の方向に配置される第２の１組の溝とをさらに備え、前記装置は、前記第１の１組の溝に対応するようになっている光源、検出器及び干渉計コアと、前記第２の１組の溝に対応するようになっている光源、検出器及び干渉計コアとをさらに備える、請求項２４に記載の装置。