JP2007316669A

JP2007316669A - 一体型光学構造を有する多軸干渉計と偏菱形組立体の製造方法

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Publication number: JP2007316669A
Application number: JP2007210643A
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Inventors: John J Bockman; ジョン・ジェイ・ボックマン
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2007-08-13
Publication date: 2007-12-06
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Abstract

【課題】コンパクトで測定安定性に優れた光学システム用偏菱形アセンブリをより容易に製造する手段を提供する。
【解決手段】ガラスプレートを切断することによって偏菱形アセンブリを製造する。ガラスプレートはそれらの間のコーティングによって互いに接着される。切断の角度は例えば４５°であり、切断によって生じた表面は光学的な許容誤差範囲内で仕上げられる。これらの光学表面により、偏菱形アセンブリを、多軸干渉計の偏光ビームスプリッタ（PBS）のような光学部品に直接取り付けることができる。さらに、測定ビームの分離間隔を広げる１／４波長板、キューブコーナー反射鏡、及び偏菱形部品などの部品をPBSに取り付けて、コンパクトで熱的に安定な一体型ビーム光学系を作製することができる。基準ビーム用の１／４波長板に反射性コーティングや他の基準反射鏡を配置することによって、基準ビームの全ビーム経路を一体型構造内に保持することができる。
【選択図】図１Ｃ

Description

本発明は、一体型光学構造を有する多軸干渉計と偏菱形組立体（rhomboid assembly）の製造方法に関する。

多軸干渉計は、一般に、レーザービームをそれぞれが干渉計の各軸に対する幾つかの入力ビームに分割する。入力ビーム間の間隙は干渉計の幾何学的形状に依存し、１または複数の計測対象物体の縦揺れと横揺れの判定に十分な間隙をもった計測ビームを供給しなければならない。一般に、物体を正確に測定するには、計測ビームは大抵の場合数秒未満の小さな角度公差内で互いに平行でなければならない。

シャープレート（shearplate）ビームスプリッタは、干渉計内で個別の入力光ビームを生成することができる。シャープレートビームスプリッタは、基本的には２つの平行面を有するガラス板である。光ビームは、シャープレートビームスプリッタの第１の面に入射し、一部が第２の面を透過する。ビームの透過部分は、第１の入力ビームを形成する。内部反射部分は、その後１回以上シャープレートビームスプリッタの内面で反射を繰り返した後、第２の面を出て第２の入力ビームを形成する。２つの入力ビームは平行のままであるが、それはシャープレートビームスプリッタの面が高精度に平行かつ平坦に仕上げてあるからである。

シャープレートビームスプリッタの短所は、より大きな間隙をビーム間に得るのに一般により厚くかつ長いガラスプレートを必要とする点にある。従って、シャープレートビームスプリッタは、大きくなりすぎて幾つかの用途には使用できない場合がある。

偏菱形（長斜方形）／プリズムアセンブリ（以下、偏菱形／プリズム組立体と記載する）は、ビームを分離した２つの平行ビームに分割することのできる別の光学システムである。偏菱形／プリズム組立体は一般に、偏菱形要素（ここでは、偏菱形部品）とこの偏菱形部品に取り付けたプリズムを含む。一つの入力系では、プリズムの第１の表面に垂直に入射するビームが偏菱形部品とプリズムの間の境界面で一部反射される。被反射部分はプリズムから出て、第１のビームを形成する。透過分は偏菱形部品を長さ沿いに進み、プリズムとの境界面に対し平行な偏菱形部品の面で反射し、第１のビームに平行な第２のビームとして偏菱形部品から出る。偏菱形部品の厚さではなく長さが、ビーム間の間隙を決定する。従って、偏菱形／プリズム組立体は、ビーム間隙を大きくするのに厚さを増さなければならないということはなく、それ故にシャープレートビームスプリッタに付随する大きさの問題を有しない。

偏菱形／プリズム組立体の欠点は、個々の偏菱形構成部品とプリズム構成部品からのこれらの組立体の製造において、個々の構成部品を非常に高精度に製作する必要があることと、プリズムを偏菱形部品に接着するプロセスが同様に正確でなければならないことにある。これらの困難さ、特に偏菱形面とプリズム部品面との間の精密な角度要件は、出射ビームが数秒の角度内で平行でなければならないときに偏菱形／プリズム組立体の製造上の問題となる。

干渉計の場合、シャープレートビームスプリッタ及び／又は偏菱形／プリズム組立体を、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、１または複数の基準ミラー、及び他の光学要素（ここでは、光学部品）と共に剛体ベース上に取り付けることができる。ＰＢＳのような個別の構成部品及び整列配置された基準ミラーを保持するベースは、安定した干渉計による計測を確保すべく物理的かつ熱的に安定な材料で出来ていなければならない。

重要な構成部品をこうした仕方でもって個別に組み付けることの不利益は、たとえ取付構造が安定な材料で出来ている場合でも、取付構造の熱膨張による計測の不安定性が依然として生ずる点にある。

本発明の一態様によれば、偏菱形アセンブリ（以下、偏菱形組立体と記載する）の製造は、１以上の面上に光学コーティングを通常有する平行なガラスプレートから始める。切断、研磨、及び艶出しの前に平行板を互いに接着し、偏菱形組立体の追加の光学面を形成する。部品をしっかりと取り付けた後に構成部品の光学面が形成されるため、偏菱形組立体の構成部品は互いに自動的に整合され、前もって形成された個別の構成部品を取り付けるときに遭遇するような問題は生じない。このように製造される偏菱形組立体は、シャープレートビームスプリッタに関連する大きさの問題を解決し、また、３以上の個別のビームを提供するために拡張することができる。加えて、この製造方法は、同一の平行板から多数の個別の菱形組立体のバッチ製造を可能にするものである。

本発明に従うある特定の方法は、第１のガラスプレートの表面にコーティングを施し、第１のプレートと第２のプレート間のコーティングによって第２のプレートに第１のプレートを接着し、第１及び第２のガラスプレートに鋭角に平行な切り込みを入れ（または切断し）、得られた平行面の一部または全部を光学的許容誤差内で仕上げることにより、偏菱形組立体を製造するものである。平行な切り込みを入れる前に、隣接するプレート対間に追加のコーティングを行うことによって１以上の追加のガラスプレートを接着することができる。平行な切り込みは全ての接着プレートを縦断しており、得られる偏菱形組立体は互いに接着されたプレートの数と同数の構成要素を含む。組立体の端を切断して仕上げることで、偏菱形部品のうちの一つをプリズムに変えることができる。

本発明の別の態様によれば、一体型ビーム処理光学構造に、１以上の偏菱形組立体と、一体化された全体構造に光学的に取り付けられる他の光学部品を含ませることができる。個別部品を取り付けることで、光学部品面の相対的な配向を維持する熱安定性を有するコンパクトで軽量な機器構成がもたらされる。従って、一体型ビーム処理光学系を備えるコンパクトな干渉計により、測定（計測）安定性と多数の測定軸（以下では計測軸と記載する）がもたらされる。

ある特定の実施形態は、高反射（ＨＲ）コーティングを、１／４波長板や偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）に光学的に取り付けられた他の部品に直接配置することにより、計測安定性を高めるものである。高反射コーティングは、ＰＢＳに対し安定した位置と配向を有する基準ミラーを形成する。このことで、ＰＢＳと基準ミラー間で起こり得る相対運動がなくなり、別個の基準ミラーの必要性がなくなる。

本発明の特定の実施形態は、下記のものを含む干渉計である。すなわち、入力ビームを基準ビームと計測ビームとに分割するよう配向されたＰＢＳと、基準ビームの経路内にあってＰＢＳの面に光学的に取り付けられた１／４波長板などの偏光切り替え部品と、偏光切り替え部品上の反射コーティングである。この反射コーティングは、基準ビームを反射し偏光切り替え部品を介してＰＢＳ内へ戻す。リトロフレクタなどの他の部品をＰＢＳに光学的に取り付け、これにより計測ビームと共に出力端までの基準ビームの全経路が、一体型ビーム光学系構造の内部に収まるようにすることができる。

本発明の他の実施形態は、ＰＢＳとこのＰＢＳに光学的に取り付けられる第１の偏菱形組立体を含む干渉計である。第１の偏菱形組立体は第１のビームを受光し、第１のビームをＰＢＳに向けられた多数の入力ビームに分割する。干渉計はさらに、ＰＢＳに光学的に取り付けられる第２の偏菱形組立体を含むことができる。第２の偏菱形組立体は、第２のビームを受光し、この第２のビームを複数のビームに分割する。第２の偏菱形組立体からのビームのうちの一つは、第１の偏菱形組立体への第１のビーム入力である。通常、第１の偏菱形組立体からのビームは、第１の軸に沿って互いに分離され、第２の偏菱形組立体からのビームは、第１の軸に垂直な第２の軸に沿って互いに分離される。

この干渉計はさらにまた、ＰＢＳに光学的に取り付けられる１以上の光学部品と第２の偏菱形組立体を含むことができる。これらの光学部品はそれぞれ、第２の偏菱形組立体からの他のビームのうちの一つを受光し、１以上のビームをＰＢＳへ向けて送る。これらの光学部品はそれぞれ、例えば偏菱形部品かまたは別の偏菱形組立体でもよい。

本発明のさらに別の実施形態は、下記のものを含む干渉計である。それらは、入力ビームを基準ビームと計測ビームに分割するよう配向されたＰＢＳと、ＰＢＳに光学的に取り付けられ、ＰＢＳから計測ビームを受光するよう配置された偏菱形部品である。偏菱形部品は計測ビームの位置をシフトして、計測反射器（測定反射器：measurement reflector）の位置に合わせるものであり、この偏菱形部品がなかっとした場合にＰＢＳが収容することが可能な間隙よりも、大きな計測ビーム間の間隙（分離距離）をもたらすことができる。通常、干渉計はまた、基準ビームの経路用にＰＢＳへの延長部を含み、この延長部は、この延長部を通る基準ビームの光路長が計測ビームの光路長に一致するような長さを有する。延長部は、基準ビームの光路長を計測反射器内のガラスを横切る計測ビームの光路長に一致させるときに、追加的に或いは代替的に設けることができる。これらの延長部は、ＰＢＳまたはＰＢＳに光学的に取り付けられた個別部品の一部とすることができる。

本発明によれば、偏菱形アセンブリをより容易に製造することができる。また、本発明によれば、測定安定性に優れた光干渉計が得られる。

それぞれの図にわたって使用する同一の参照符号は、同様の又は同一の構成部分を示す。本発明の一態様によれば、偏菱形組立体のための製造プロセスにより、偏菱形部品やプリズム部品を個別に製造したり、個別の偏菱形部品やプリズム部品を互いに接着することなく、偏菱形組立体が製造される。代替的には、適切なコーティングを有する平行なガラスプレートを互いに接着し、続いて切削（または切断）し、研削し、研磨して幾つかの偏菱形組立体を形成する。各組立体ごとに、切削（または切断）、研削及び研磨することによって、組立体の部品を精密に整列させ、干渉計の一体型ビーム処理構造内のＰＢＳといった別の光学部品に接着するか、または光学的に接触（または連絡）させることのできる平面を生成する。一体型ビーム処理構造はさらに、干渉計の１以上の基準ビームの光路全体を包み込むことができる。特に、一体型構造には、１／４波長板や、複数の部品が一体型全体の一部として取り付けられるＰＢＳに対して安定した構造を有する基準反射器などの部品を含めることができる。偏菱形組立体と一体型構造により、多数の計測軸を有するコンパクトな干渉計を作成するためのコンパクトなビーム光学系（光線光学系）がもたらされる。

図１Ａ乃至１Ｄに、偏菱形組立体を形成するのに２枚の光学ガラスプレートを用いる製造プロセスを示す。

図１Ａは、偏菱形組立体を形成するために互いに接着される２枚の平行ガラスプレート１１０，１２０を示す。ガラスプレート１１０，１２０は、平行でかつ平坦な主光学面１１２，１１４，１２２及び１２４を有する。プレート１１０，１２０の厚みは、製作する偏菱形組立体の所望の寸法に依存し、特に平行な出射ビーム間の所望の間隙に依存する。ガラス製のプレート１１０，１２０は、好ましくは同一材料で出来ているのがよいが、任意の種類の光学グレードガラスとすることもできる。例えば、ＢＫ７や石英ガラス（fused silica）で出来たガラスプレートは適しており、製造する偏菱形組立体に所望の光学的特性をもたらすべく十分均質に作ることができる。

ガラスプレート１１０，１２０のうちの１枚は、プレート１１０と１２０の間の接着剤層にある主面１１４或いは１２２上にビームスプリッタコーティングを有する。好適な実施形態では、ビームスプリッタコーティングは、プレート１１０と１２０の間の接着剤層を横断する前に入射ビームが当たる主面（例えば、ガラスプレート１１０の表面１１４）上にある。

ビームスプリッタコーティングは、製造される偏菱形組立体の所望の性能ならびに挙動に依存する特性を有する。特に、偏菱形組立体内での関連する入射角度及び波長におけるビームスプリッタコーティングの透過率ならびに反射率は、透過ビームと反射ビームとの所望パワー比に依存する。極端な場合、ビームスプリッタコーティングは、入射ビームのほぼ１００%を反射する高反射率、すなわち入射ビームの大半を透過させるほど透明に近いものとすることができる。入力ビームを、直交偏光を有する基準ビームと測定ビーム（以下では計測ビームと記載する）に分離する干渉計の入力光学系に用いる偏菱形組立体を作成するため、透過率と反射率は入射ビームの偏光にはほぼ無関係であるべきである。適切なビームスプリッタコーティングの設計は、使用する光の波長と、反射パワーに対する透過パワーの所望比とに決定的に依存する。一般に、この種のコーティングは、屈折率の異なる２つ又は３つの異なる材料からなる多層構造を含む。この種のコーティングの設計技術は、当該技術分野では既知であり、従来のビームスプリッタコーティングを用いることができる。これらのコーティングはまた、カリフォルニア州サンタクララのDominar社を含むいくつかの製造元から市場を通じて入手することができる。

Summers Optical社製のＢＫ７ガラス用のＭ−６２型のような屈折率整合光学接着剤は、ガラスプレート１１０及び１２０の取り付けに適している。得られる接着剤層の厚さは通常約１０μｍであるが、精密であるべき出射ビームの平行性を乱す楔角度を有する接着層の形成を回避するよう、接着プロセスがプレート１１０及び１２０の表面を互いに平行に維持しなければならない点を除き、厚さは重要ではない。本発明の一実施形態は、接着及び／又は硬化プロセスの間にプレート１１０及び１１２の配向を正確に制御する際に干渉計を用いる。

図１Ａに示すように、接着プロセスでは、プレート１１０が、一方の端部においてプレート１２０のエッジから距離Ｄ１だけ延出し、プレート１２０が、反対側の端部においてプレート１１０のエッジから距離Ｄ２だけ延出するように、プレート１１０と１２０をくっつける。距離Ｄ１とＤ２により、続く切削プロセスから余計な量の材料を減らすことができる。距離Ｄ１及びＤ２は、一般に、個々のプレート１１０及び１２０の厚さと切断角度に依存する。

図１Ｂは、平行四辺形である横断面を有するいくつかのブランク１４０を生成するために、プレート１１０及び１２０の主面１１２，１１４，１２２及び１２４に対して鋭角（典型的には４５°）をなすよう形成された平行でかつ平坦な切り込み１３０を図示するものである。光学部品製造用のダイヤモンド鋸や他の従来の装置により平行な切り込み１３０を形成することができる。各ブランク１４０ごとに、切り込み１３０から生ずる少なくとも一つの面（一般には両面）は、光学的許容誤差内に仕上げ（例えば、研磨及び艶出し）られる。例えばスピンドルポリッシャや他の従来機器を用いる従来の研磨及び艶出しにより、必要な仕上げを施すことができ、部品間の接着層に大きなダメージを与えることはない。各組立体１４０の新しく研磨された面は好ましくは互いに平行であるが、研磨面がどの程度精密に平行であるかは一般に重要でない。

図１Ｃに示すように、各ブランク１４０は元のガラスプレート１１０及び１２０の幅に等しい幅Ｗを有する。ブランク１４０が十分に広いときには、平行な切り込み１３２により各ブランク１４０を幾つかの別々の偏菱形組立体１５０に分割することができる。切り込み１３２から生ずる面は、一般に偏菱形組立体１５０の光学面ではなく、従って研磨や艶出しを必要としない。各偏菱形組立体１５０の幅（すなわち切り込み１３２間の間隙）は、要求される構造強度または組立体の硬度、組立体を通過する光ビーム径、及び、偏菱形組立体が、複数の入力ビームを受け入れるよう設計されるときのビーム間隙といった要因に従って調整することができる。

反射防止（ＡＲ）コーティングは、反射によるエネルギー損失を低減させるために、一般に、空気−ガラスのビーム境界面において要求される。従って、偏菱形組立体の入力アパーチャ及び出力アパーチャは、往々にして反射防止コーティングを必要とする。環境的に堅牢な反射防止コーティングの製作には、通常、偏菱形組立体内の埋め込まれた接着剤層の品質を劣化させ得る高温処理プロセスが必要とされるため、偏菱形組立体の形成後に反射防止コーティングを形成することは困難である。本発明の一態様によれば、反射防止コーティングを有する光学部品を偏菱形組立体に接合（または接着）することができる。この場合、入力ビームが偏菱形組立体に入り、または、出力ビームが偏菱形組立体から出る。偏菱形組立体に光学部品を接着することにより、反射防止コーティングがもたらされ、偏菱形組立体を高温にさらす必要がなくなる。

図１Ｄ及び１Ｅは、プレート１１０及び１２０から切断されて、接着された２つの偏菱形部品１１５及び１２５を含む偏菱形組立体１５０を通る代替ビーム経路を図示するものである。図１Ｄのビーム経路は、元のビームＢ０から２つの平行な出射ビームＢ１及びＢ２をもたらす。元のビームＢ０は、偏菱形組立体１５０の表面１４２に垂直に入射し、反射防止コーティングを有する光学部品１６０が面１４２上にあるので、面１４２からの反射が引き起こし得るビームＢ０からの光学的パワーの損失が低減される。光学部品１６０は、光窓（optical window）や、面１４２に垂直な方向へビームＢ０を再案内するプリズムや、ビームＢ０の空気−ガラス境界面上に反射防止コーティングを有する任意の部品とすることができる。反射防止コーティングをもたらす光学部品１６０は、後述するように、偏菱形組立体１５０を、入力ビームを提供する組立体に取り付けたとき、または、偏菱形組立体１５０からの出力ビームがガラス内へ直接進入するときは不要である。

図１Ｄのビーム経路の場合、ビームＢ０は、偏菱形部品１１５の面１１２において全反射を受ける。面１１２に対する角度４５°での切り込み１３０により、内部反射されたビームは、面１４２及び１４４と平行に案内され、偏菱形部品１１５及び１２５間のビームスプリッタコーティングへ垂線に対し４５°で入射する。ビームスプリッタコーティングは、内部ビームの一部を反射して出射ビームＢ１をもたらす。ビームＢ１は、面１４４すなわち偏菱形部品１１５を垂直に出る。ビームスプリッタコーティングを透過する内部ビームは、偏菱形部品１２５の面１１４で全反射され、面１４４に対して垂直に出る出射ビームＢ２を生成する。ビームスプリッタコーティングの特性により、出射ビームＢ１とＢ２の強度比が決定される。

本発明のこの実施形態では、偏菱形部品１１５及び１２５は、４５°と１３５°の内角をもった平行四辺形の断面を有しており、プレート１１０の元々の厚さは、入射ビームＢ０と出射ビームＢ１の間の間隙を

で割った値に等しい。プレート１２０の元々の厚さは、出射ビームＢ１とＢ２の間の間隙を

で割った値に等しい。

図１Ｅのビーム経路の場合、元のビームＢ０’が、偏菱形組立体１５０’の面１４２に垂直に入射し、部品１１５と１２５の間のビームスプリッタコーティングへ入射する。反射防止コーティングを有する光学部品１６０’は、偏菱形組立体１５０’の入力アパーチャに光学的に取り付けてある。ビームスプリッタコーティングを透過する元のビームＢ０’の一部が出射ビームＢ１を形成する。このビームは、光学部品１６０’を出るビームと同一線上にある。第１のビームスプリッタコーティングで反射されたビームは、面１４２に平行に進んで、面１２４で全反射されて出射ビームＢ２を形成する。

両方のビーム経路について、ビームＢ１とＢ２が平行をなす精度は、主として面１１４と１２４とが平行である精度に依存する。本発明の製造プロセスがより高度に平行なビームＢ１及びＢ２を提供できるのは、プレート１１０及び１２０を高い精度で平行にでき、プレート１１０及び１２０のための接着プロセスを正確に制御できるからである。対照的に、接着前に偏菱形部品１１５及び１２５を形成するプロセスは、個々の偏菱形部品における誤差と角度の違い、及び接着層に楔角度を生じる接着誤差を被る。特に、個別の比較的小さな偏菱形部品を接着するときには、接着を正確に制御するのはより困難になる。

プレート１１０及び１２０の主面に４５°で切り込み１３０を施し、面１４２にビームを垂直に入射させることで、面１４２への入力ビーム及び面１４４からの出射ビームＢ１及びＢ２の屈折という厄介な問題が避けられる。しかしながら、偏菱形部品の内角に対する他の角度、すなわち入射ビームの他の角度によっても、平行な出射ビームをもたらすことができる。

偏菱形部品だけを含む偏菱形組立体に代わるものとして、本発明による製造プロセスはまた、プリズム部品を含む偏菱形組立体を製造することができる。偏菱形組立体のプリズム部品を製造するために、図１Ｆで示す組立体１５０の端部において面１４２及び１４４に垂直な切り込み１３４を形成することができる。切り込み１３４は、偏菱形部品１１５をプリズム１１７に変える。通常、切り込み１３４と新たに形成された面の仕上げは、切り込み１３２（図１Ｃ）の前に行なうことができる。

偏菱形組立体１５０の面１４２に対して垂直な入射ビームＢ０に代えて、図１Ｇに示すような製作された偏菱形／プリズム組立体１５５は、偏菱形組立体１５５の面１４２に平行に導かれた元のビームＢ０”を受光することができる。従って、切り込み１３４から得られる面を研削し、研磨して光学面を生成し、反射防止コーティングを有する光学部品１６０”を面１３４に取り付けて、空気−ガラス境界面での反射に起因する入射ビームＢ０”のエネルギー損失を低減することができる。代替的には、偏菱形／プリズム組立体１５５は、面１４２に垂直でかつビームスプリッタコーティングに直接入射する元のビームＢ０’を受けることもできる。

上記した製造方法は、３枚以上の平行平面プレートを結合して、軸に沿って任意の所望の間隙をあけて３以上の出射ビームを供給するように拡張することができる。図２Ａは、３枚の平行ガラスプレート２１０，２２０及び２３０が３枚のプレートの２つの境界面（例えば、プレート２１０の面２１４とプレート２２０の面２２４）におけるビームスプリッタコーティングによって接着される製造プロセスを図示するものである。この接着プロセスは、プレート２１０，２２０及び２３０のうちの２枚を最初に接着し、その２つのプレート間の接着剤が十分に硬化した後で、残りのプレートを接着することによって最も簡単に制御される。プレート２１０，２２０及び２３０と、ビームスプリッタコーティングと、プレート２１０，２２０及び２３０を結合する接着層の材料は、図１Ａ〜１Ｆに関連して上述したものと類似したものか又は同一のものである。

接着されたプレート２１０，２２０及び２３０は、図１Ｂ及び１Ｃに図示したのと同様の方法で切断、研削及び研磨されて、図２Ｂに示すような３つの偏菱形部品２１５，２２５及び２３５を含む偏菱形組立体２５０などの偏菱形組立体が形成される。図２Ｂには、元のビームＢ０から３つの出射ビームＢ１，Ｂ２及びＢ３を生成するためのビーム経路も示されている。元のビームＢ０が偏菱形部品２１５と２２５の間のビームスプリッタコーティングに直接入射するようにシフトされると、代替ビーム経路（図示せず）が生ずる。

図２Ｃの偏菱形組立体２５５は、プリズム部品２１７を含んでおり、図１Ｆに関連して上述した偏菱形部品１１５の切断と同様にして偏菱形部品２１５を切断することによって製作できる。プリズム部品２１７を備えたことで、偏菱形組立体２５５は、元のビームＢ０’から偏菱形組立体２５０の長さ沿いに案内される出射ビームＢ１，Ｂ２及びＢ３を生成することができる。

出射ビームＢ１，Ｂ２及びＢ３の相対強度は、ビームスプリッタコーティングの特性に依存する。例えば、図２Ｂ及び２Ｃの元のビームＢ０またはＢ０’から等強度の３つのビームＢ１，Ｂ２及びＢ３を生成するために、偏菱形部品２２５と２１５または２１７の間の境界面におけるビームスプリッタコーティングが、入射強度の１／３を反射し、入射強度の２／３を透過させ、また偏菱形部品２２５と２３５の間の境界面におけるビームスプリッタコーディングは等しい反射率及び透過率を有する。

偏菱形組立体１５０，１５５，２５０及び２５５は、従来の製造方法を用いて互いに接着された、隣接する偏菱形部品間またはプリズム部品間の境界面にしばしば現れる段差や亀裂や他の不連続部分を蒙ることのない平坦な光出力面１４４及び２４４を有する。従来の製造方法を用いると、隣接した偏菱形部品やプリズム部品の２つの角度の合計は正確には１８０°とならないこと、及び／又は、接着中の部品間に相対的ねじれや並進が生ずることが原因で出力面内に段差や亀裂を生ずることがある。出力平面内に段差や亀裂がないことで、偏菱形／プリズム組立体を光学的に接触させたり、または、屈折率整合光学接着剤で干渉計のＰＢＳの入力表面に直接接着することができる。このことにより、空気／ガラス境界面（ここでの屈折のためにビームの平行性が損なわれる場合がある）を排除し、双方を光学的に接触又は接着するときに、偏菱形／プリズム組立体の出力面やＰＢＳの入力面に反射防止（ＡＲ）コーティングを設ける必要がなくなる。

図３Ａ及び３Ｂは、ＰＢＳ３３０に光学的に取り付けられた偏菱形組立体３１０，３２０及び３２６を有する一体型ビーム光学系を含む７軸干渉計３００の斜視図及び正面図である。より詳しくは、偏菱形組立体３１０は、偏菱形組立体３２０及び３２６の入力面に直接取り付けられる。偏菱形組立体３２０及び３２６は、ＰＢＳ３３０に直接取り付けられる。

ＰＢＳ３３０に取り付けられる偏菱形組立体３１０及び３２０に加え、７軸干渉計３００の一体型光学系には、ＰＢＳ３３０の延長部３３５及び３３７と、１／４波長板３４１，３４２，３４３，３４４，３４５，３４６，３４７Ａ及び３４７Ｂと、コーナーキューブ（またはキューブコーナー）反射器３６１，３６２，３６３，３６４，３６５及び３６６と、１／４波長板３７１，３７２，３７３，３７４，３７５，３７６及び３７７と、ＰＢＳ３３０に直接又は間接に取り付けられた偏菱形部品３９７Ａ及び３９７Ｂが含まれている。基準反射器には、各１／４波長板３７１，３７２，３７３，３７４，３７５，３７６及び３７７上に高反射（ＨＲ）コーティング３８１，３８２，３８３，３８４，３８５，３８６及び３８７が実装される。

７軸干渉計３００の個々の部品は、光学的接触を介して互いに光学的に取り付けることができる。この場合、個々の部品の光学的に平滑な面は、光学的接着剤を必要とすることなく互いに分子結合する。代替的には、屈折率整合光学的接着剤により一部の部品または部品全てを光学的に取り付けることもできる。これらの部品全てを光学的に取り付けることで、様々な部品を個別に取り付ける必要のないコンパクトな一体型ビーム光学系構造がもたらされる。コンパクトなことに加えて、ビーム光学系は非常に安定している。なぜなら、熱膨張や組み付けプレートのそりによる部品の相対的な配向の変化がないからである。

干渉計３００の機能などの一体化構造内の光学部品の機能を、図３Ａ，３Ｂと図４Ａ，４Ｂ，４Ｃ及び４Ｄを参照してさらに詳しく説明する。図４Ａ，４Ｂ，４Ｃ及び４Ｄに示すビーム経路及び構造における計測ビーム及び入力ビームは、図３Ａ及び３Ｂの構造からの計測ビーム及び入力ビームの配向とは異なる配向を有している。具体的には、図３Ａ及び３Ｂは、計測ビームがまず最初にＰＢＳコーティング３３２を通過し、入力ビームがＰＢＳ３３０に入る面とは反対側のＰＢＳ３３０側から出射する構成を示すものである。対照的に、図４Ａ，４Ｂ，４Ｃ及び４Ｄは、計測ビームがまず最初にＰＢＳコーティング３３２で反射され、入力ビームがＰＢＳ３３０に入る面に隣接するＰＢＳ３３０の側から出射する構成を示すものである。

図３Ａに示すように、偏菱形組立体３１０は、入力ビームＩＮを４つの平行ビームに分割するのに役立つ４つの偏菱形部品３１１，３１２，３１３及び３１４を含んでいる。偏菱形組立体３１０の入力アパーチャに取り付けられた光学部品３１５は、入力ビームＩＮの反射によるエネルギー損失を低減する反射防止コーティングを有するプリズムである。プリズム３１５は、入力ビームＩＮの光源位置に従って配向されており、図３Ａでは、それはたまたまＰＢＳ３３０の一方の側にある。代替的には、プリズム３１５の配向を変えるか、または異なる位置にあるビーム源に対してプリズム３１５を光窓で置き換えることもできる。

図３Ａの配向では、偏菱形組立体３１０は、入力ビームＩＮを受け、干渉計３００の個別の水平面において用いられる４つのビーム間に垂直方向の間隙を生成する。

偏菱形組立体３１０では、偏菱形部品の底面からの全反射により、入力ビームが偏菱形部品３１１と３１２の間にある第１のビームスプリッタコーティングへ向けて送られる。第１のビームスプリッタコーティングからの反射は、偏菱形組立体３２６に入射し、かつ、干渉計３００の７つの計測軸のうちの２つの軸の平面内にあるビームを生成する。偏菱形組立体３１０の第１のビームスプリッタコーティングを通過するビームは、入力ビームＩＮの残留パワーを有しており、偏菱形部品３１２と３１３の間にある第２のビームスプリッタコーティングへ入射する。

第２のビームスプリッタコーティングは入射エネルギーの一部を反射し、第２のビームスプリッタコーティングからの反射光はＰＢＳ３３０へ直接導かれる入力ビームを形成する。反射防止コーティングを有する光学部品３２５は、ビームが出る偏菱形組立体３１０に取り付けられる。ＰＢＳ３３０の背面には、偏菱形組立体３１０の第２のビームスプリッタコーティングから反射されるビームの空気−ガラス境界面の領域内に反射防止コーティングがある（ＰＢＳ３３０上の反射防止コーティングは選択された領域内にだけあり、偏菱形組立体３２０及び３２６のような部品がＰＢＳ３３０に光学的に接触する領域を回避している）。偏菱形組立体３２０及び３２６と同じ厚さを有するガラス塊が、偏菱形組立体３１０とＰＢＳ３３０の間の空隙を充填し、空気−ガラス境界面を排除している。

第３のビームスプリッタコーティングは、偏菱形部品３１３と３１４の間にあり、第２のビームスプリッタコーティングを透過した光を受け、入射エネルギーの一部を反射する。第３のビームスプリッタコーティングから反射された光は、偏菱形組立体３２０への第１の入力ビームを形成する。偏菱形組立体３２０の第１の入力ビームは、干渉計３００の７つの計測軸のうちの２つを含む別の平面に対するものである。第３のビームスプリッタコーティングを透過する光は、偏菱形組立体３１０の端部において全反射され、偏菱形組立体３２０への第２の入力ビームを形成する。偏菱形組立体３２０の第２の入力ビームは、干渉計３００の７つの計測軸のうちの更に２つを含む平面に対するものである。

図４Ａ及び４Ｂに、偏菱形組立体３２０を通る水平面内の２つの計測軸に関連する計測ビームと基準ビームのビーム経路を示す。図示の如く、偏菱形組立体３１０から偏菱形組立体３２０への入力ビームは、偏菱形組立体３２０の部品間のビームスプリッタコーティングへ入射する。図４Ａには、ビームスプリッタコーティングを通ってＰＢＳ３３０内に入射する光から生ずるビームだけが示されている。図４Ｂには、ビームスプリッタコーティングと偏菱形組立体３２０の端部からＰＢＳ３３０へ反射された光から生ずるビームが示されている。

図４ＡのＰＢＳ３３０へ伝送された光は、ＰＢＳコーティング３３２へ入射する。このコーティングは、第１の直線偏光を有する光をほぼ１００％反射するとともに、第１の直線偏光に直交する直線偏光を有する光をほぼ１００％透過させる。ＰＢＳコーティング３３２からの反射光は、１／４波長板３４１を通過して計測反射器（または計測反射鏡）３５０に入射する出射計測ビームＭＢ１Ａを形成する。１／４波長板３４１は、一体型ビーム光学系構造の一部としてＰＢＳ３３０に取り付けられる。

干渉計３００において使用される各１／４波長板は、１／４波長板の異なる直交軸に沿った偏光を有するビーム成分が異なる速度で進行するところの複屈折材料からなるプレートである。１／４波長板の厚さにより、１／４波長板へ入射する波長を有する直線偏光した光の直交成分間に９０°の位相シフトが生じる。入射ビームの直線偏光は１／４波長板の軸に対し４５°をなしており、１／４波長板を透過することでビームの偏光は直線偏光から円偏光に変化する。反射後に、円偏光の光は１／４波長板を通って戻り、元の直線偏光に対し直交する偏光を有する直線偏光ビームとして出射する。

図４Ａにおいて、計測反射器３５０は、計測ビームＭＢ１Ａを反射してビームＭＢ１Ａ’として直接戻すように位置合わせされた平面ミラーである（図４Ａ，４Ｂ，４Ｃ及び４Ｄでは、重複するビームＭＢ１ＡやＭＢ１Ａ’などのビームは、図を見やすくするために互いに分離したものとして示されている）。

計測反射器３５０は、干渉計が計測するウェーハ段（ウェーハステージ）のような構造（図示せず）上に搭載されている。計測反射器３５０の移動が計測ビームＭＢ１Ａ’内にドップラーシフトを引き起こし、これにより計測ビームＭＢ１Ａ’の周波数は計測ビームＭＢ１Ａの周波数とは異なったものとなる。

反射された計測ビームＭＢ１Ａ’は、１／４波長板３４１を横断し、ＰＢＳコーティング３３２が透過させる偏光でもって１／４波長板３４１を出る。計測ビームＭＢ１Ａ’はこうしてＰＢＳコーティング３３２を通過し、コーナーキューブ反射器３６１の軸からある量だけオフセットしてコーナーキューブ反射器３６１へ入射する。コーナーキューブ反射器３６１はリトロフレクタ（retroflector）であり、従って、反射計測ビームＭＢ１Ｂを計測ビームＭＢ１Ａ’に対し平行に保つ。軸から外れて計測ビームＭＢ１Ａ’が入射することで、反射計測ビームＭＢ１Ｂはコーナーキューブ反射器３６１の軸からの計測ビームＭＢ１Ａ’のオフセットの約２倍だけ計測ビームＭＢ１Ａ’から変位する。

計測ビームＭＢ１Ｂは、ＰＢＳコーティング３３２を透過する偏光を有しており、計測反射器３５０に達する前に、ＰＢＳコーティング３３２と１／４波長板３４１を通過する。１／４波長板３４１は、計測ビームＭＢ１Ｂが計測ビームＭＢ１Ｂ’として計測反射器３５０から反射される前に、計測ビームＭＢ１Ｂの偏光を円偏光に変える。計測反射器３５０からの反射により、計測反射器３５０の速度に従う更なるドップラーシフトが生ずる。

計測ビームＭＢ１Ｂ’は、１／４波長板３４１を通過し、円偏光から直線偏光への変化を受ける。１／４波長板３４１を２回通過することにより、直線偏光は実際上９０°回転する。従って、ＰＢＳコーティング３３２は、計測ビームＭＢ１Ｂ’を反射して、出力ビームＯＢ１の計測成分ＭＢＯＵＴを提供する。

ＰＢＳコーティング３３２を透過する入力ビームＩＮからの光は、基準ビームＲＢ１Ａを形成する。基準ビームＲＢ１Ａは、ＰＢＳ３３０から１／４波長板３７１内へ進入し、１／４波長板３７１の背面にあって基準反射器として作用する高反射コーティング３８１にて反射される。こうして生じた反射ビームＲＢ１Ａ’は、ＰＢＳコーティング３３２に入射する前に、１／４波長板３７１を通って戻る。１／４波長板３７１の２回の横断により、直線偏光が９０°だけ変化し、ＰＢＳコーティング３３２が基準ビームＲＢ１Ａ’をコーナーキューブ反射器３６１に反射し、これにより、変位された平行基準ビームＲＢＩ１が生成される。ＰＢＳコーティング３３２は、基準ビームＲＢＩ１を反射して基準ビームＲＢ１Ｂを生成する。

ＰＢＳコーティング３３２で反射された基準ビームＲＢ１Ｂは、１／４波長板３７１を横切り、高反射コーティング３８１で反射され、基準ビームＲＢ１Ｂ’として戻る。１／４波長板３７１の２回の横断から生ずる９０°の偏光の変化により、基準ビームＲＢ１Ｂ’はＰＢＳコーティング３３２を通過して、出力ビームＯＢ１の基準成分ＲＢＯＵＴとしてＰＢＳ３３０から出る。

出力ビームＯＢ１には、一つの偏光を有し、計測ビームＭＢ１Ｂ’に対応する計測ビームＭＢＯＵＴからの光と、一つの直交偏光を有し、基準ビームＲＢ１Ｂ’に対応する基準ビームＲＢＯＵＴからの光が含まれる。ビームＭＢＯＵＴとＲＢＯＵＴは、干渉計を出てレンズアセンブリ（レンズ組立体。図示せず）へ向かう。レンズアセンブリにおいて、ビームＭＢＯＵＴとＲＢＯＵＴは、レンズと各ビームの直線偏光に対し４５°をなす直線偏光子とを通過する。直線偏光子から出ると、ビームは、干渉して計測信号を生成し、従来の電子システム（図示せず）が、計測信号の位相をレーザーからの基準信号の位相と比較し、計測ビームＭＢ１Ａに関連する軸に沿った計測反射器３５０の相対変位を計測する。

干渉計３００は、温度に起因する計測誤差を防止するために温度変化に反応してはならない。本発明の一態様では、１／４波長板３７１は、ＰＢＳ３３０に光学的に接触しており、高反射コーティング３８１は、１／４波長板３７１の真上にある。代替的には、高反射コーティング３８１は、１／４波長板３７１に光学的に取り付けられる任意の基準反射器と置き換えることができる。基準反射器（例えば、高反射コーティング３８１）を偏光切り替え部品（例えば、１／４波長板３７１）に対して光学的に取り付けること、及び、偏光切り替え部品をＰＢＳ３３０に対して光学的に取り付けることにより、それらの配向が固定されて、基準反射器の安定性が改善され、同時にまた個別の基準ミラー基板及び組み付けの必要性がなくなる。

図４Ｂは、図４Ａの平面と同じ平面内にある第２の計測軸についての干渉計３００内のビームを示すものである。図４Ｂでは、偏菱形組立体３２０は、入力ビームＩＮの位置をシフトさせるよう働く。その結果、計測ビームＭＢ２Ａ，ＭＢ２Ａ’，ＭＢ２Ｂ及びＭＢ２Ｂ’と基準ビームＲＢ２Ａ，ＲＢ２Ａ’，ＲＢ２Ｂ及びＲＢ２Ｂ’は、それらの個々の相手方、すなわち、計測ビームＭＢ１Ａ，ＭＢ１Ａ’，ＭＢ１Ｂ及びＭＢ１Ｂ’と基準ビームＲＢ１Ａ，ＲＢ１Ａ’，ＲＢ１Ｂ及びＲＢ１Ｂ’に対してシフトさせられる。部品３４２，３６２，３７２及び３８２は、対応する部品３４１，３６１，３７１及び３８１とほぼ同一であり、対応する部品について上述したのと同じやり方で、シフトされたビームに対するシフト及び作用に従って位置決めされる。従って、その動作の詳細な説明はここでは繰り返さない。

上述したように、偏菱形組立体３１０は偏菱形組立体３２０に対し２つの入力ビームを供給し、これらの入力ビームは互いに垂直にオフセットする。干渉計３００の第３及び第４の計測軸に対する計測ビームと出力ビームは、第１及び第２の計測軸に対して同一のビーム経路を有するが、部品３４３，３６３，３７３及び３８３と、部品３４４，３６４，３７４及び３８４をそれぞれ横断する。

図４Ｃに例示した第５の計測軸は、図４Ａ及び４Ｂに図示した計測軸とは、計測軸及び計測反射器３５５の位置が異なる。具体的には、第５の計測軸は、ＰＢＳ３３０の側面の中央側に位置し、この第５の計測軸は、計測反射器３５５としてリトロフレクタ（例えば、コーナーキューブ）を採用している。たとえリトロフレクタが正確に整列配置されていないときでも、リトロフレクタで反射されたビームは入射ビームに対し平行である。従って、計測反射器３５５は、写真平版（フォトリソグラフィー）装置用の投射（映写）レンズのような装置に配置することができるが、この場合は、計測反射器３５５を整列配置するためにそれにアクセスすることは容易ではないであろう。

第５の計測軸については、光学部品３２５を介してＰＢＳ３３０へ入力したビームの一部が、ＰＢＳコーティング３３２で反射して、計測ビームＭＢ５Ａを形成する。計測ビームＭＢ５Ａは、１／４波長板３４５を横切り、図４Ｃの実施形態ではコーナーキューブである計測反射器３５５で反射する。計測ビームＭＢ５Ａはコーナーキューブ３５５の軸からオフセットしていて、これにより反射計測ビームＭＢ５Ｂは、計測ビームＭＢ５Ａからオフセットする。計測ビームＭＢ５Ｂは、１／４波長板３４５を横切って、ＰＢＳコーティング３３２を透過する偏光を有するものとなる。計測ビームＭＢ５Ｂは、計測ビームＭＢ５Ａと同一直線上にある反射ビームをもたらすコーナーキューブ３６５で反射する。ＰＢＳコーティング３３２を再度通過した後、計測ビームは１／４波長板３４５を通過し、計測反射器３５５で反射され、１／４波長板３４５を通って戻り、ＰＢＳコーティング３３２で反射して出力ビームＯＢ５の一部を形成する。

ＰＢＳコーティング３３２を透過するビーム入力の一部は、基準ビームＲＢ５Ａを形成する。基準ビームＲＢ５Ａは、１／４波長板３７５の表面上にある高反射コーティング３８５から反射される前に、延長部３３５と１／４波長板３７５を通過する。反射された基準ビームは、１／４波長板３７５と延長部３３５を通って戻り、ＰＢＳコーティング３３２で反射される。次に、基準ビームは、コーナーキューブ３６５で反射され、ＰＢＳコーティングで再び反射され、二度目に高反射コーティング３８５で反射される前に延長部３３５と１／４波長板３８５を横断する。高反射コーティング３８５からの基準ビームの２回目の反射は、１／４波長板３８５と延長部３３５とＰＢＳコーティング３３２を横断して、出力ビームＯＢ５の一部となるビームをもたらす。

上述のように、第５の計測軸についての基準ビームは、延長部３３５を４回通過し、これにより、ガラスを通る計測ビームの経路長が増える。延長部３３５は、ＰＢＳ３３０に光学的に取り付けられ、好ましくは基準反射器３５５と同じ材料で出来たものがよい。代替的には、延長部３３５はＰＢＳ３３０を形成するガラスの一部とすることもできる。本発明の一態様によれば、延長部３３５の大きさは、ガラス製の延長部３３５を含む基準ビームの光路長が、ガラス製の基準反射器３５５を含む計測ビームの光路長に一致するような大きさである。

図４Ｄは、図３Ａ及び図３Ｂの干渉計３００の第６及び第７の計測軸を含む平面を示すものである。これらの軸については、偏菱形組立体３１０の第１のビームスプリッタコーティングで反射された光が、偏菱形組立体３２６へ入射する。偏菱形組立体３２６は、第６の軸についてのビームを透過させ、第７の計測軸に対する適切な入射ポイントにビームをシフトする。図３Ａ及び３Ｂの実施形態において、偏菱形組立体３２６及び３２０は、偏菱形組立体３１０からの入力ビームを反対方向に水平にシフトさせる。

第６の計測軸は、第５の計測軸と同様にＰＢＳ３３０の中央に位置するが、この第６の計測軸は、コーナーキューブに代わる平面ミラーである計測反射器３５６にて反射する。従って、計測ビームＭＢ６Ａ及びＭＢ６Ｂは、ガラス製の計測反射器３５６を通過する追加の光路長を持たず、基準ビームＲＢ６Ａ及びＲＢ６Ｂは、ＰＢＳ３３０の延長部を必要としない。高反射コーティング３８６を有する１／４波長板３７６は、従って、直接ＰＢＳ３３０に取り付けられる。

第７の計測軸は、他の軸について用いられる計測ビームよりも広い間隙を有する計測ビームＭＢ７Ａ及びＭＢ７Ｂを用いる。本発明の一態様によれば、干渉計３００は、偏菱形部品３９７Ａ及び３９７Ｂを用いて計測ビームＭＢ７ＡとＭＢ７Ｂとの間の距離を延長する。ＰＢＳ３３０に延長部３３７を追加することにより、基準ビームＲＢ７ＡとＲＢ７Ｂに対する光路長と、計測ビームＭＢ７ＡとＭＢ７Ｂの光路長が等しくなる。対照的に、従来の干渉計は、要求される計測ビーム間の間隙を収容するのに十分な寸法を有する偏光ビームスプリッタを用いてきた。偏菱形部品３９７Ａ及び３９７Ｂと延長部３３７の使用は、ＰＢＳ３３０の全体サイズを効果的に低減し、これにより、干渉計の寸法と重量が低減され、ＰＢＳ用の十分均質な屈折率を有する大型部品やガラスを入手する困難さが低減される。

第７の計測軸については、ＰＢＳコーティング３３２が反射する偏光を有する入力ビームの一部が、計測ビームＭＢ７Ａを形成し、ＰＢＳコーティング３３２が透過する偏光を有する入力ビームの一部が、基準ビームＲＢ７Ａを形成する。計測ビームＭＢ７Ａは、偏菱形部品３９７Ａに入射し、これによって、計測ビームＭＢ７Ａが計測反射器３５７へ向かう途中で１／４波長板３４７Ａを通過する前に、計測ビームＭＢ７Ａは横方向に変位させられる。

反射された計測ビームＭＢ７Ａ’は、１／４波長板３４７Ａと偏菱形部品３９７ＡとＰＢＳコーティング３３２を通過し、コーナーキューブ反射器３６６へ入射する。コーナーキューブ反射器３６６は、計測ビームＭＢ７ＢをＰＢＳ３３０の反対側エッジまで変位させるのに十分大きい。計測ビームＭＢ７Ｂの経路は、偏菱形部品３９７Ｂと１／４波長板３４７Ｂを通り抜けて計測反射器３５７まで達しており、計測反射器３５７からの反射ビームＭＢ７Ｂ’は、１／４波長板３４７Ｂと偏菱形部品３９７Ｂを通って戻り、ＰＢＳコーティング３３２で反射し、出力ビームＯＢ７の一部を形成する。

基準ビームＲＢ７Ａは、１／４波長板３７７Ａに到達して高反射コーティング３８７Ａで反射する前に、延長部３３７を横断する。反射された基準ビームＲＢ７Ａ’は、１／４波長板３７７Ａと延長部３３７を通って戻り、ＰＢＳコーティング３３２で反射して、計測ビームＭＢ７Ａ’と同じ経路に沿ってコーナーキューブ３６６に入る。変位した基準ビームＲＢ７Ｂは、コーナーキューブ反射器３６６を出て、ＰＢＳコーティング３３２で反射し、延長部３３７と１／４波長板３７７Ｂを横切ってから高反射コーティング３８７Ｂで反射する。次に、反射された基準ビームＲＢ７Ｂ’は、計測ビームＭＢ７Ｂ’が出力ビームＯＢ７の一部となる前に、１／４波長板３７７Ｂと延長部３３７とＰＢＳコーティング３３２を横切る。

延長部３３７の長さは、延長部３３７を通る基準ビームの光路長が、偏菱形部品３９７Ａ及び３９７Ｂと計測反射器３５７内の任意のガラスとを通る計測ビームの光路長に等しくなるように選択される。同じ光路長を有することで、（そうでない場合には、光学部品の温度に伴う熱膨張及び屈折率の変化から生じうるであろう）計測ビームと基準ビームの相対的な光路長の変化が回避される。本発明の代替実施形態では、延長部３３７は、ＰＢＳ３３０に光学的に接触（または連絡）する個別のガラス部品でもよく、または、ＰＢＳ３３０を形成する同じガラスの一部でもあってもよい。

第７の計測軸に対する計測ビームＭＢ７ＡとＭＢ７Ｂの分離幅を広くすることで、第６の計測軸に対する計測ビームＭＢ６ＡとＭＢ６Ｂを、計測ビームＭＢ７ＡとＭＢ７Ｂの間に収容することができる。本発明の一態様によれば、干渉計は同じ水平面にあって同一線上に中心を有する２つの計測軸に対して同じコーナーキューブ３６６を用いる。延長部３３７は、第７の計測軸と同じ平面にある第６の計測軸についての１／４波長板３７６を収容するために切り抜き（cutout）部分を有している。図４Ｄでは、第６及び第７の計測軸は、計測反射器３５６及び３５７用に平面ミラーを用いている。しかしながら、計測反射器としてのコーナーキューブの使用は、上述したように、計測ビームに対してガラス内に追加の光路長をもたすであろう。延長部３３７の切り抜き部分を延長して、１／４波長板３７６とＰＢＳ３３０の間の延長部を収容することができる。

７軸干渉計に関して上述した本発明の原理は、任意の数の軸を有する干渉計に適用することができる。例えば、特定の水平面にさらなる計測軸を追加するために、水平偏菱形組立体３２０または３２６を、より多くの偏菱形部品を有する組立体で置き換えて、所望位置により多数の入力ビームを提供することができる。水平面内に唯一の計測軸を有するようにするために、個別の偏菱形部品または部品間に高反射コーティングを有する偏菱形組立体は、入力ビームをＰＢＳ内への所望の入力位置に水平にシフトさせることができ、あるいは、オフセットなしで入力ビームを透過させる部品で偏菱形組立体３２０または３２６を置き換えて、偏菱形組立体３１０からＰＢＳ３３０へ直接ビームを導くことができる。１以上の計測軸を含む水平面の数を増減させるために、偏菱形組立体３１０を、部品数のより多いかまたは少ない組立体で置き換えることができる。

上述した多くの軸を有する干渉計は、多数の対象物の相対的な位置及び配向を決定し、冗長的な計測値を提供して信頼性を改善することができる。加えて、本明細書に開示したコンパクトな一体型構造は、空間が制限された環境下で用いることができる。かかる特徴は、例えば写真平版（フォトリソグラフィー）装置のような複雑な環境において強く望まれるものである。

図５は、反射器５３０の相対運動を計測する干渉計システム５００を例示するブロック図である。干渉計システム５００は、一体型干渉計光学系５２０へ入力ビームＩＮを供給するレーザーヘッド５１０を備える。一体型干渉計光学系５２０は、図３Ａ及び３Ｂに図示した本発明の実施形態や本発明の他の実施形態に従うものとすることができる。しかしながら、図５には計測軸のうちの１つだけが示してある。

典型的な実施形態では、レーザーヘッド５１０は、アジレント・テクノロジーズ（Agilent Technologies）社から市場を通じて入手可能なレーザーヘッドの５５１７製品群からのものである。レーザーヘッド５１０は、２周波（数）ヘリウム−ネオンレーザー５１２を含む。２つの周波数ｆ１及びｆ２からなるレーザービームの出力は、レーザー５１２において軸方向の磁場を印加することで生ずる。周波数ｆ１とｆ２は互いに近接しているが、逆方向の円偏光を有するビーム内にある。レーザーヘッド５１０は、円偏光ビームを、周波数ｆ１を有する直線偏光ビームと周波数ｆ２を有する直線偏光ビームに変換する。これら２つのビームは直交する直線偏光を有する。光検出器５１４とレーザー同調回路５１６は、周波数を安定させるためにレーザー５１２を同調させる。レーザーヘッド５１０内の光検出器５１８は、２つのビームの一部を受信して合成し、２つのビームのうなり周波数ｆ１−ｆ２において電気的な基準信号を生成する。

一体型干渉計光学系５２０からの出力ビームＯＵＴは、上述した計測ビームと基準ビームからの一部分ＭＢＯＵＴとＲＢＯＵＴを含む。計測ビームの部分ＭＢＯＵＴは、計測ミラー５３０の相対運動に従ってドップラーシフトを受けており、周波数ｆ１±Δｆ１を有する。基準ビームの部分ＲＢＯＵＴは、周波数ｆ２を有する。

受信器（ここでは受光器）５４０は、アジレント・テクノロジーズ（Agilent Technologies）社から入手可能なＥ１７０９受光器とすることができ、これは一体型干渉計光学系５２０からの出力ビームＯＵＴを受光する。受光器５４０は、ビームの部分ＭＢＯＵＴ及びＲＢＯＵＴを結合して、周波数ｆ１−ｆ２±Δｆ１を有する電気信号を生成する。従って、より大きな相対速度を計測するシステムは、大きな周波数差（ｆ１−ｆ２）を必要とし、このため、ｆ１−ｆ２±Δｆ１は最小値よりも大きくなる。

位置変換（または位置検出）電子回路５５０は、光検出器５１８及び受光器５４０からの電気信号を処理し、出力ビームＯＵＴに関連する計測軸に対する相対運動計測値を求める。位置変換電子回路は、計測を行うのに周波数または位相情報に頼るので、計測値は強度変動によって引き起こされるエラーに比較的影響を受けにくい。

本発明を特定の実施形態を参照して説明したが、この説明は、本発明の例示に過ぎず、本発明を限定するものとして捉えるべきではない。具体的に言うと、２つの異なる周波数を有する光を使用するシステムにおける一体型干渉計の光学系の例を説明したが、この一体型光学系は、他のタイプの干渉計にも適するものである。開示した実施形態の特徴を様々に適用し、また、組み合わせることは、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲内にある。

以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
１．偏菱形組立体の製造方法において、
第１のガラスプレートの主面にコーティングを施すステップであって、該第１のプレートが平行でかつ平坦な２つの主面を有することからなる、ステップと、
前記第１のプレートと第２のプレート間のコーティングによって前記第１のプレートを前記第２のプレートに接着するステップと、
前記第１及び第２のガラスプレートの主面に対して鋭角に、それらのプレートを貫通する平行に切り込みを入れ、または、平行に切断して、１以上のブランクを形成するステップであって、各ブランクが２つの切り込みまたは切り口に対応する平行面を有することからなる、ステップと、
前記１以上のブランクの平行面の少なくとも一つの面を仕上げて、光学品質の平坦面を形成するステップ
とを含む、方法。
２．前記第２のプレートの主面上に第２のコーティングを形成するステップと、
前記第２のプレートと第３のガラスプレート間の第２のコーティングによって前記第２のプレートを前記第３のプレートに接着するステップ
をさらに含み、
前記平行な切り込みまたは切り口によって前記第１、第２及び第３のプレートが切断されることからなる、上項１の方法。
３．前記ブランクの１つを該ブランクの平行面に垂直に切断するステップと、
前記平行面に垂直に切断することによって生成された面を光学品質に仕上げるステップ
をさらに含む、上項１の方法。
４．前記ブランクの一つを該ブランクの平行面に垂直に切断するステップは、該ブランク内の偏菱形部品をプリズムに変えることからなる、上項３の方法。
５．前記コーティングは、前記ブランク内で使用される場合に、該コーティングに入射する光の偏光とは実質的に無関係である透過率及び反射率を有する、上項１の方法。
６．前記鋭角が４５°である、上項１の方法。
７．前記平行面を通って入力されるビームに対応する位置において、前記平行面の一つに光学部品を取り付けるステップをさらに含み、該光学部品が反射防止コーティングを有することからなる、上項１の方法。
８．前記光学部品が光窓である、上項７の方法。
９．前記光学部品がプリズムである、上項７の方法。
１０．偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタに光学的に取り付けられた第１の偏菱形組立体であって、第１の入力ビームを受光して該第１の入力ビームを前記偏光ビームスプリッタへ向かう複数のビームに分割するよう配向された第１の偏菱形組立体
とを備える干渉計。
１１．前記偏光ビームスプリッタに光学的に取り付けられた第２の偏菱形組立体をさらに備えており、該第２の偏菱形組立体は第２の入力ビームを受光し、該第２のビームを複数のビームに分割するよう配向されており、該第２の偏菱形組立体からのビームのうちの一つが、前記第１の偏菱形組立体への第１の入力ビームである、上項１０の干渉計。
１２．前記第１の偏菱形組立体から前記偏光ビームスプリッタ内に導かれる複数のビームは、第１の軸に沿って互いに分離し、前記第２の偏菱形組立体からの複数のビームは、前記第１の軸に垂直な第２の軸に沿って互いに分離することからなる、上項１１の干渉計。
１３．前記偏光ビームスプリッタ及び前記第２の偏菱形組立体に光学的に取り付けられた光学部品をさらに備え、該光学部品が前記第２の偏菱形組立体から１以上のビームを受光し、１以上のビームを前記偏光ビームスプリッタ内へ導くことからなる、上項１２の干渉計。
１４．前記光学部品が偏菱形部品から構成される、上項１３の干渉計。
１５．前記光学部品は第３の偏菱形組立体を構成し、該第３の偏菱形組立体は、前記第２の偏菱形組立体からの第３の入力ビームを受光して、該第３の入力ビームを前記偏光ビームスプリッタへ向かう複数のビームに分割するよう配向される、上項１３の干渉計。
１６．干渉計の第１の計測軸に対して、入力ビームを基準ビームと計測ビームに分割するよう配向された偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタの面に光学的に取り付けられ、前記基準ビームの経路内にある偏光切り替え要素と、
前記偏光切り替え要素に光学的に取り付けられた基準反射器であって、基準ビームを反射して、前記偏光切り替え要素を介して前記偏光ビームスプリッタ内に戻すように配置される基準反射器
とを備える干渉計。
１７．前記基準反射器は、前記偏光切り替え要素上の反射コーティングである、上項１６の干渉計。
１８．前記偏光ビームスプリッタに光学的に取り付けられたリトロフレクタをさらに備え、該リトロフレクタは、前記基準反射器にて反射された基準ビームを受光するとともに、計測対象である物体上の計測反射器から反射された計測ビームをその反射後に受光することからなる、上項１６の干渉計。
１９．前記リトロフレクタは、干渉計の第２の計測軸に関する第２の基準ビームと第２の計測ビームをさらに受光するように配置される、上項１８の干渉計。
２０．前記偏光ビームスプリッタに光学的に取り付けられた第１の偏菱形組立体をさらに備え、前記第１の偏菱形組立体は、第１のビームを受光して該第１のビームを前記偏光ビームスプリッタへ向かう複数のビームに分割するように配向され、該複数のビームが前記入力ビームを含むことからなる、上項１６の干渉計。
２１．前記偏光ビームスプリッタに光学的に取り付けられて、前記偏光ビームスプリッタから計測ビームを受光するように配置された偏菱形部品をさらに備え、該偏菱形部品は、計測反射器に対応する位置にシフトさせることからなる、上項１６の干渉計。
２２．前記偏光ビームスプリッタに対する延長部をさらに備え、該延長部の長さは、該延長部を通る前記基準ビームの光路長と前記計測ビームの光路長とが一致するような長さであることからなる、上項１６の干渉計。
２３．入力ビームを第１の基準ビームと第１の計測ビームとに分割するよう配向された偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタに光学的に取り付けられて、該偏光ビームスプリッタからの前記第１の計測ビームを受光するよう配置された偏菱形要素であって、前記第１の計測ビームを計測反射器に対応する位置へシフトさせる偏菱形要素
とを備える干渉計。
２４．前記偏光ビームスプリッタに対する第１の延長部をさらに備え、該第１の延長部の長さは、該第１の延長部を通る前記第１の基準ビームの光路長と前記第１の計測ビームの光路長とが一致するような長さであることからなる、上項２３の干渉計。
２５．前記偏光ビームスプリッタに対する第２の延長部をさらに備え、前記偏光ビームスプリッタは、第２の入力ビームを第２の基準ビームと第２の計測ビームに分割し、前記第２の延長部の長さは、該第２の延長部を通る前記第２の基準ビームの光路長と前記第２の計測ビームの光路長とが一致するような長さであることからなる、上項２４の干渉計。
２６．前記第２の延長部の長さが、第２の計測反射器のガラスを通る第２の計測ビームの光路長と一致する、上項２５の干渉計。

本発明は、スタックされたガラスプレートを切断することによって偏菱形アセンブリを製造する方法に関連する。ガラスプレートはそれらの間のコーティングによって互いに接着される。切断の角度は例えば４５°であり、切断によって生じた表面は光学的な許容誤差範囲内で仕上げられる。これらの光学表面により、偏菱形アセンブリを、多軸干渉計の偏光ビームスプリッタ（PBS）のような光学部品に直接取り付けることができる。さらに、測定ビームの分離間隔を広げる１／４波長板、キューブコーナー反射鏡、及び偏菱形部品のような部品をPBSに取り付けて、コンパクトで熱的に安定な一体型ビーム光学系を作製することができる。基準ビーム用の１／４波長板に反射性コーティングや他の基準反射鏡を配置することによって、基準ビームの全ビーム経路を一体型構造内に保持することができる。偏菱形部品によって測定ビーム間の分離間隔を広げるときには、PBSに付加した延長部により、基準ビームと測定ビームの光路長を一致させることができる。

図１Ｂ及び１Ｃと共に、２枚の平行なガラスプレートから偏菱形組立体を形成する製造プロセス中に形成される構造を示す図である。図１Ａ及び１Ｃと共に、２枚の平行なガラスプレートから偏菱形組立体を形成する製造プロセス中に形成される構造を示す図である。図１Ａ及び１Ｂと共に、２枚の平行なガラスプレートから偏菱形組立体を形成する製造プロセス中に形成される構造を示す図である。２つの偏菱形部品を含む偏菱形組立体の代替ビーム経路を示す図である。２つの偏菱形部品を含む偏菱形組立体の代替ビーム経路を示す図である。偏菱形部品とプリズムを含む偏菱形組立体を形成するための他の切り込みを示す図である。偏菱形部品とプリズム部品を含む偏菱形組立体の代替ビーム経路を示す図である。偏菱形部品とプリズム部品を含む偏菱形組立体の代替ビーム経路を示す図である。３つの平行なガラスプレートから偏菱形組立体を形成する製造プロセス中になされた切り込みを示す図である。３つの偏菱形部品を含む偏菱形組立体の側面とそのビーム経路を示す図である。２つの偏菱形部品とプリズム部品を含む偏菱形組立体の側面とそのビーム経路を示す図である。本発明の一実施形態に従う７軸干渉計の等角図である。本発明の一実施形態に従う７軸干渉計の正面図である。図３Ａ及び３Ｂの７軸干渉計と類似の干渉計の選択された水平断面内における選択されたビーム経路を示す図である。図３Ａ及び３Ｂの７軸干渉計と類似の干渉計の選択された水平断面内における選択されたビーム経路を示す図である。図３Ａ及び３Ｂの７軸干渉計と類似の干渉計の選択された水平断面内における選択されたビーム経路を示す図である。図３Ａ及び３Ｂの７軸干渉計と類似の干渉計の選択された水平断面内における選択されたビーム経路を示す図である。本発明の一実施形態に従う干渉計システムのブロック図である。

符号の説明

１１０，２１０ガラスプレート
１１２，１１４，１２２，１２４主面
１１５，１２５偏菱形部品
１３０，１３２切り込み
１４０ブランク
１５０偏菱形組立体

Claims

偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタに光学的に取り付けられた第１の偏菱形組立体であって、第１の入力ビームを受光して該第１の入力ビームを前記偏光ビームスプリッタへ向かう複数のビームに分割するよう配向された第１の偏菱形組立体
とを備える干渉計。
前記偏光ビームスプリッタに光学的に取り付けられた第２の偏菱形組立体をさらに備えており、該第２の偏菱形組立体は第２の入力ビームを受光し、該第２のビームを複数のビームに分割するよう配向されており、該第２の偏菱形組立体からのビームのうちの一つが、前記第１の偏菱形組立体への第１の入力ビームである、請求項１の干渉計。
前記第１の偏菱形組立体から前記偏光ビームスプリッタ内に導かれる複数のビームは、第１の軸に沿って互いに分離し、前記第２の偏菱形組立体からの複数のビームは、前記第１の軸に垂直な第２の軸に沿って互いに分離することからなる、請求項２の干渉計。
前記偏光ビームスプリッタ及び前記第２の偏菱形組立体に光学的に取り付けられた光学部品をさらに備え、該光学部品が前記第２の偏菱形組立体から１以上のビームを受光し、１以上のビームを前記偏光ビームスプリッタ内へ導くことからなる、請求項３の干渉計。
前記光学部品が偏菱形部品から構成される、請求項４の干渉計。
前記光学部品は第３の偏菱形組立体を構成し、該第３の偏菱形組立体は、前記第２の偏菱形組立体からの第３の入力ビームを受光して、該第３の入力ビームを前記偏光ビームスプリッタへ向かう複数のビームに分割するよう配向される、請求項４の干渉計。
干渉計の第１の計測軸に対して、入力ビームを基準ビームと計測ビームに分割するよう配向された偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタの面に光学的に取り付けられ、前記基準ビームの経路内にある偏光切り替え要素と、
前記偏光切り替え要素に光学的に取り付けられた基準反射器であって、基準ビームを反射して、前記偏光切り替え要素を介して前記偏光ビームスプリッタ内に戻すように配置される基準反射器
とを備える干渉計。
前記基準反射器は、前記偏光切り替え要素上の反射コーティングである、請求項７の干渉計。
前記偏光ビームスプリッタに光学的に取り付けられたリトロフレクタをさらに備え、該リトロフレクタは、前記基準反射器にて反射された基準ビームを受光するとともに、計測対象である物体上の計測反射器から反射された計測ビームをその反射後に受光することからなる、請求項７の干渉計。
前記リトロフレクタは、干渉計の第２の計測軸に関する第２の基準ビームと第２の計測ビームをさらに受光するように配置される、請求項９の干渉計。
前記偏光ビームスプリッタに光学的に取り付けられた第１の偏菱形組立体をさらに備え、前記第１の偏菱形組立体は、第１のビームを受光して該第１のビームを前記偏光ビームスプリッタへ向かう複数のビームに分割するように配向され、該複数のビームが前記入力ビームを含むことからなる、請求項７の干渉計。
前記偏光ビームスプリッタに光学的に取り付けられて、前記偏光ビームスプリッタから計測ビームを受光するように配置された偏菱形部品をさらに備え、該偏菱形部品は、計測反射器に対応する位置にシフトさせることからなる、請求項７の干渉計。
前記偏光ビームスプリッタに対する延長部をさらに備え、該延長部の長さは、該延長部を通る前記基準ビームの光路長と前記計測ビームの光路長とが一致するような長さであることからなる、請求項７の干渉計。
入力ビームを第１の基準ビームと第１の計測ビームとに分割するよう配向された偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタに光学的に取り付けられて、該偏光ビームスプリッタからの前記第１の計測ビームを受光するよう配置された偏菱形要素であって、前記第１の計測ビームを計測反射器に対応する位置へシフトさせる偏菱形要素
とを備える干渉計。
前記偏光ビームスプリッタに対する第１の延長部をさらに備え、該第１の延長部の長さは、該第１の延長部を通る前記第１の基準ビームの光路長と前記第１の計測ビームの光路長とが一致するような長さであることからなる、請求項１４の干渉計。
前記偏光ビームスプリッタに対する第２の延長部をさらに備え、前記偏光ビームスプリッタは、第２の入力ビームを第２の基準ビームと第２の計測ビームに分割し、前記第２の延長部の長さは、該第２の延長部を通る前記第２の基準ビームの光路長と前記第２の計測ビームの光路長とが一致するような長さであることからなる、請求項１５の干渉計。
前記第２の延長部の長さが、第２の計測反射器のガラスを通る第２の計測ビームの光路長と一致する、請求項１６の干渉計。