JP5255170B2 - 角度および距離を測定するための動的ビーム・ステアリング・アセンブリを有する干渉計システム - Google Patents

Description

（発明の背景）
本発明は、例えば、リソグラフィ・スキャナまたはステッパ・システムのマスク・ステージまたはウェーハ・ステージのような、例えば、測定対象の位置および方位を測定するための干渉計のような干渉計に関する。

変位測定干渉計は、光学的干渉信号に基づいて、基準対象に対する測定対象の位置の変化をモニタする。干渉計は、基準対象から反射した基準ビームに、測定対象から反射した測定ビームを重畳させ、干渉させることにより光学的干渉信号を発生する。

多くの用途の場合、干渉計に入る測定ビーム成分および基準ビーム成分は、直交偏光およびヘテロダイン分割周波数により分離されている周波数を持つ。分割周波数は、例えば、ゼ−マン分割により、音響−光学変調により、またはレーザに対して内側に複屈折素子を設置することにより、発生することができる。偏波ビーム・スプリッタは、（例えば、ステージ鏡のような）反射測定対象を照射している測定路に沿って測定ビームを導き、基準路に沿って基準ビームを導き、その後で、重畳出口測定ビームおよび基準ビームを形成するために、これらのビームを再結合する。重畳出口ビームは出力ビームを形成し、この出力ビームは、出口測定ビームと基準ビームの偏光を混合する偏光装置を通って混合ビームを形成する。混合ビーム内の出口測定ビーム成分および基準ビーム成分は、相互に干渉し、その結果、混合ビームの輝度は、出口測定ビームおよび基準ビームの相対的位相により変化する。検出装置は、混合ビームの時間に依存する輝度を測定し、その輝度に比例する電気的干渉信号を発生する。測定ビームおよび基準ビームは、異なる周波数を持っているので、電気的干渉信号は、分割周波数のところに「ヘテロダイン」信号を含む。例えば、反射ステージの並進により測定対象が移動すると、ヘテロダイン信号は、分割周波数のドップラーシフトを加えたものに等しい、ある周波数を持つことになる。ドップラーシフトは、２νｐ／λに等しい。この場合、νは、測定対象および基準対象の相対速度であり、λは、測定ビームおよび基準ビームの波長であり、ｐは、基準対象および測定対象のパスの数である。

測定対象に対する光路長の変化は、干渉計に入る測定ビーム成分および基準ビーム成分の、分割周波数のところの測定干渉信号の位相の変化に対応する。この場合、２π位相の変化は、λ／ｐの光路長の変化ｎＬにほぼ等しい。この場合、ｎは、例えば、空気または真空のような、光のビームが伝播する媒体の平均屈折率であり、Ｌは、例えば、測定対象を含むステージへの、およびステージからの距離の変化のような往復の距離の変化である。同様に、そこから、測定対象の角度方位の変化を測定することができる測定対象上の複数の点への距離の変化を測定するために複数の干渉計を使用することができる。

このような干渉計は、多くの場合、半導体ウェーハ上に集積回路を形成するために、リソグラフィで使用するスキャナ・システムおよびステッパ・システムの非常に重要な構成要素である。リソグラフィ・システムは、通常、下記のもの、すなわち、ウェーハを支持し、ある方向に向け固定するための少なくとも１つの可動ステージと、ウェーハ上に、放射ビームを向けるために使用する焦点光学系と、露光ビームに対してステージを並進させるためのスキャナ・システムまたはステッパ・システムと、放射ビームに対するステージの位置の変化を正確に測定するための１つまたはそれ以上の干渉計とを含む。干渉計を使用することにより、リソグラフィシステムは、放射ビームに対して、ウェーハの露光領域を正確に制御することができる。

（発明の概要）
本発明の特徴は、測定対象の角度方位の変化を測定する干渉計システムである。本発明は、また、少なくとも１つの動的ビーム・ステアリング・アセンブリを含む。動的ビーム・ステアリング・アセンブリは、測定対象の角度方位の変化に応じて、干渉計システム内で１つまたはそれ以上のビームの方位を変える。多くの実施形態の場合、動的ビーム・ステアリング・アセンブリを使用することにより、干渉計システムは、測定対象を照射する１本の測定ビームだけで測定対象の角度方位を測定することができる。

さらに、多くの実施形態の場合、測定対象を照射する測定ビームからの制御信号により、ビーム・ステアリング・アセンブリは、垂直方向に測定対象を照射するように測定ビームの方向を変えることができる。垂直方向に照射した場合には、干渉計システムは、測定ビームからの１つまたはそれ以上の干渉計信号に基づいて、またはビーム・ステアリング・アセンブリ自身の方向に基づいて、測定ビームの角度方位を計算することができる。さらに、多くの実施形態は、例えば、使用するコーナー型立体逆反射器の数が最も少なくてすむような、光学系に入射するビームの線形偏波を保存する光学的構成を含む。

一般的にいって、ある観点から見た場合、本発明の特徴は、干渉計、制御回路、および角度測定システムを含む干渉計システムである。動作中、干渉計は、測定対象を照射する測定路に沿って測定ビームを伝播し、出口ビームの少なくとも２つの重畳する組を形成するために、測定ビームの少なくとも２つの各部分を対応する基準ビームと結合する。干渉計は、ビーム・ステアリング素子と、上記ビーム・ステアリング素子の方位を決めるための位置決めシステムを有するビーム・ステアリング・アセンブリを含む。ビーム・ステアリング素子は、測定ビームを測定対象の方向に向けるように位置していて、測定ビームは、ビーム・ステアリング素子を照射する。動作中、位置決めシステムは、制御回路により、測定対象の角度方位の変化に応じてビーム・ステアリング素子の方位を変え、角度測定システムは、出口ビームの重畳する組からの干渉計信号の中の少なくとも１つ、およびビーム・ステアリング素子の方位の変化に基づいて測定対象の角度方位の変化を計算する。

ある実施形態の場合には、干渉計は、測定ビームの少なくとも２つの部分を対応する基準ビームと結合する前に、上記測定ビームの２つの部分を、ビーム・ステアリング素子を照射するような方向に向ける。他の実施形態の場合には、干渉計は、ビーム・ステアリング素子をもう１回照射する方向に、測定ビームを向け、その後で、干渉計は、測定ビームを少なくとも２つの部分に分離する。

さらに他の実施形態の場合には、干渉計は、さらに、測定ビーム、測定ビームの一部、すなわち、基準ビーム用の元のビームおよび基準ビームを、ある方向に向けるような方向を向いている複数の反射面を含む。測定ビームおよび元のビームを最初に線形偏波させ、伝播方向に向けるために、測定ビーム、測定ビームの一部、基準ビーム用の元のビーム、およびその後の反射の際の基準ビームの線形偏波を維持するように複数の反射面の方向を決めることができる。

一般的にいって、他の観点から見た場合、本発明の特徴は、干渉計、制御回路、および角度測定システムを含む干渉計システムである。動作中、干渉計は、測定対象を照射する測定路に沿って測定ビームを伝播し、測定ビームを、例えば、２および３の中のどちらかのようなｍ個の部分に分離し、出口ビームのｍ−１の重畳している組を形成するために、上記部分の１つの中の少なくとも一部を残りのｍ−１個の部分と再結合する。干渉計は、ビーム・ステアリング素子、およびビーム・ステアリング素子を、ある方向に向ける位置決めシステムを含むビーム・ステアリング・アセンブリを含む。ビーム・ステアリング素子は、測定対象の方向に測定ビームを向けるように位置していて、ｍ個の分離している部分を受信する。測定ビームおよびｍ個の分離している各部分は、ビーム・ステアリング素子を照射する。動作中、位置決めシステムは、制御回路により、測定対象の角度方位の変化に応じてビーム・ステアリング素子の方位を変え、角度測定システムは、出口ビームのｍ−１個の重畳する組からの干渉計信号およびビーム・ステアリング素子の方位の変化の中の少なくとも１つに基づいて測定対象の角度方位の変化を計算する。

ある実施形態の場合には、干渉計は、さらに、測定ビームおよび測定ビームの一部を、ある方向に向けるような方向を向いている複数の反射面を含む。測定ビームを最初に線形偏波させ、伝播方向に向けるために、複数の反射面を、測定ビーム、およびその後の反射の際の測定ビームの一部の線形偏波を維持するような方向に向けることができる。

一般的にいって、他の観点から見た場合、本発明の特徴は、干渉計、制御回路、および角度測定システムを含む干渉計システムである。動作中、干渉計は、測定対象を照射する対応する測定路に沿って２つの測定ビームを伝播し、出口ビームの重畳している組を形成するために、測定ビームを再結合する。干渉計は、ビーム・ステアリング素子と、上記ビーム・ステアリング素子を、ある方向に向けるための位置決めシステムを備えるビーム・ステアリング・アセンブリを含む。ビーム・ステアリング素子は、２つの測定ビームを測定対象に向けるように位置していて、２つの測定ビームは、ビーム・ステアリング素子を照射する。動作中、位置決めシステムは、制御回路により、測定対象の角度方位の変化に応じてビーム・ステアリング素子の方位を変え、角度測定システムは、出口ビームの重畳する組からの干渉計信号の中の少なくとも１つ、およびビーム・ステアリング素子の方位の変化に基づいて測定対象の角度方位の変化を計算する。ある実施形態の場合には、２つの測定ビームは、ほぼ同じ位置で測定対象を照射する。

ある実施形態の場合には、干渉計は、さらに、測定ビームを、ある方向に向けるような方向を向いている複数の反射面を含む。測定ビーム用の元のビームを最初に線形偏波させ、伝播方向に向けるために、複数の反射面を、その後の反射の際の測定ビームの線形偏波を保存するような方向に向けることができる。

一般的にいって、他の観点から見た場合、本発明の特徴は、干渉計、ビーム・ステアリング・アセンブリ、制御回路、および角度測定システムを含む干渉計システムである。動作中、干渉計は、入力ビームを受信し、入力ビームを測定ビームと、１より大きい整数であるｍ個の基準ビームに分割し、測定対象を照射する測定路に沿って測定ビームを伝播し、出口ビームのｍ個の重畳する組を形成するために、測定ビームのｍ個の各部分を、ｍ個の基準ビームの中の対応する１つのビームと結合する。ビーム・ステアリング・アセンブリは、ビーム・ステアリング素子と、上記ビーム・ステアリング素子を、ある方向に向けるための位置決めシステムを有する。ビーム・ステアリング素子は、入力ビームおよび出口ビームのｍ個の重畳する組を、ある方向に向けるように位置していて、入力ビームおよび出口ビームのｍ個の重畳する組は、ビーム・ステアリング素子を照射する。動作中、制御回路により、位置決めシステムは、測定対象の角度方位の変化に応じてビーム・ステアリング素子の方位を変え、角度測定システムは、出口ビームのｍ個の重畳する組からの干渉計信号の中の少なくとも１つ、およびビーム・ステアリング素子の方位の変化に基づいて測定対象の角度方位の変化を計算する。

ある実施形態の場合には、干渉計は、さらに、測定ビームおよび基準ビームを、ある方向に向けるような方向を向いている複数の反射面を含む。入力ビームを最初に線形偏波させ、伝播方向に向けるために、複数の反射面を、測定ビームおよびその後の反射の際の基準ビームの線形偏波を保存するような方向に向けることができる。

一般的にいって、他の観点から見た場合、本発明の特徴は、干渉計、ビーム・ステアリング・アセンブリ、制御回路、および角度測定システムを含む干渉計システムである。動作中、干渉計は、入力ビームを受信し、入力ビームを２つの測定ビームに分割し、測定対象を照射する各測定路に沿って測定ビームを伝播し、出口ビームの１つの重畳する組を形成するために、測定ビームを結合する。ビーム・ステアリング・アセンブリは、ビーム・ステアリング素子と、上記ビーム・ステアリング素子を、ある方向に向けるための位置決めシステムを含む。ビーム・ステアリング素子は、入力ビームおよび出口ビームの上記の重畳する組を、ある方向に向けるように位置していて、入力ビームおよび出口ビームの上記の重畳する組は、ビーム・ステアリング素子を照射する。動作中、制御回路により、位置決めシステムは、測定対象の角度方位の変化に応じてビーム・ステアリング素子の方位を変え、角度測定システムは、出口ビームの上記の重畳する組からの干渉計信号の中の少なくとも１つ、およびビーム・ステアリング素子の方位の変化に基づいて測定対象の角度方位の変化を計算する。

ある実施形態の場合には、干渉計は、さらに、測定ビームを、ある方向に向けるような方向を向いている複数の反射面を含む。入力ビームを最初に線形偏波させ、伝播方向に向けるために、複数の反射面を、その後の反射の際の測定ビームの線形偏波を保存するような方向に向けることができる。

一般的にいって、他の観点から見た場合、本発明の特徴は、干渉計、制御回路、および角度測定システムを含む干渉計システムである。動作中、干渉計は、測定対象を照射する測定路に沿って測定ビームを伝播し、測定ビームを第１および第２の部分に分離し、上記第１および第２の部分を別々の経路に沿って伝播させ、その後で、出口ビームの少なくとも１つの重畳している組を形成するために、上記第１および第２の部分を相互に再結合する。干渉計は、ビーム・ステアリング素子、およびビーム・ステアリング素子を、ある方向に向ける位置決めシステムを有するビーム・ステアリング・アセンブリを含む。ビーム・ステアリング素子は、測定対象の方向に測定ビームを向けるように位置しているので、測定対象から測定ビームを受信する。それにより、測定ビームは、ビーム・ステアリング素子を２回照射し、その後で、干渉計は、測定ビームを第１および第２の部分に分離する。動作中、位置決めシステムは、制御回路により、出口ビームの少なくとも１つの重畳する組からの少なくとも１つの干渉計信号に基づいて、測定対象の角度方位の変化に応じてビーム・ステアリング素子の方位を変える。動作中、角度測定システムは、ビーム・ステアリング・アセンブリの方位の変化に基づいて測定対象の角度方位の変化を計算する。

ある実施形態の場合には、干渉計は、第１および第１の部分を出口ビームの２つの重畳している組に再結合するが、少なくとも１つの干渉計信号は、出口ビームの２つの重畳している組からの少なくとも２つの干渉計信号である。制御回路は、２つの検出チャネルを含み、動作中、これらの検出チャネルは、少なくとも２つの干渉計信号を測定する。検出チャネルの一方は、２つの干渉計信号を相互に直角位相にするような方向を向いている１／４波長のプレートを含む。

また、ある実施形態の場合には、干渉計は、測定ビームが、ビーム・ステアリング素子を２回照射した後で、測定ビームを第３および第４の部分に分離し、別々の経路に沿って第３および第４の部分を伝播し、重畳している出口ビームの第２の少なくとも１つの組を形成するために第３および第４の部分を再結合する。動作中、重畳している出口ビームの第２の少なくとも１つの組からの少なくとも１つの干渉計信号、および第２の少なくとも１つの干渉計信号に基づいて、２つの次元に沿ってビーム・ステアリング素子の方位を変える。

また、ある実施形態の場合には、干渉計は、測定ビームが、ビーム・ステアリング素子を２回照射した後で、測定ビームをさらに追加の部分に分離し、重畳している出口ビームの追加の組を形成するために、上記追加の部分を基準ビームと結合することができる。干渉計システムは、さらに、距離測定システムを含み、上記距離測定システムは、動作中、重畳している出口ビームの追加の組からの干渉計信号に基づいて測定対象への距離の変化を測定する。

また、ある実施形態の場合には、干渉計は、さらに、測定ビームおよび測定ビームの一部を、ある方向に向けるような方向を向いている複数の反射面を含む。測定ビームを最初に線形偏波させ、伝播方向に向けるために、複数の反射面を、測定ビーム、およびその後の反射の際の測定ビームの一部の線形偏波を保存するような方向に向けることができる。

一般的にいって、他の観点から見た場合、本発明の特徴は、干渉計および制御回路を含む干渉計システムである。動作中、干渉計は、基準路に沿って基準ビームを伝播し、測定対象を照射する測定路に沿って測定ビームを伝播し、重畳している基準ビームおよび測定ビームを形成するために、基準ビームおよび測定ビームを結合する。重畳している出口基準ビームおよび測定ビームは、基準路と測定路との間の相対的光路長の変化を表す。干渉計は、ビーム・ステアリング素子と、上記ビーム・ステアリング素子をある方向に向けるための位置決めシステムを備えるビーム・ステアリング・アセンブリを含む。ビーム・ステアリング素子は、測定対象を照射した後で、測定ビームをある方向に向けるように位置している少なくとも２つの面を持ち、測定ビームは、測定対象を照射し、その後で、干渉計内を伝播中、上記２つの各面を照射する。動作中、位置決めシステムは、制御回路により、測定対象の角度方位および位置の中の少なくとも一方の変化に応じてビーム・ステアリング素子の方位を変える。他の実施形態の場合には、システムは、測定対象の角度方位の変化を測定するための角度測定システムを含む。

上記の干渉計システムの中の任意のものの実施形態は、下記の機能の中の任意のものを含むことができる。
角度測定システムは、ビーム・ステアリング素子の方位の変化に基づいて測定対象の角度方位の変化を計算することができ、または、出口ビームの重畳している組からの干渉計信号に基づいて測定対象の角度方位の変化を計算することができる。角度測定システムは、２つの次元に沿って測定対象の角度方位の変化を計算することができる。距離測定システムは、さらに、出口ビームの重畳している組からの干渉計信号の中の少なくとも１つに基づいて測定対象への距離の変化を計算することができる。制御回路は、測定ビームを、測定対象のある範囲の角度方位にわたってほぼ垂直に測定対象を照射させる。制御回路は、出口ビームの重畳している組からの干渉計信号に基づいてサーボ信号を発生することができ、サーボ信号に基づいて測定対象の角度方位の変化に応じて（例えば、１つの次元または２つの次元に沿って）位置決めシステムに、ビーム・ステアリング素子の方位を変えさせることができる。

別な方法としては、制御回路は、出口ビームの重畳している組の少なくとも１つ部の位置および／または方向を測定するために動作する空間内で分散している検出装置素子を持つ検出装置を含むことができる。制御信号は、測定した位置および／または方向に基づいてサーボ信号を発生し、サーボ信号に基づいて測定対象の角度方位の変化に応じて（例えば、１つの次元または２つの次元に沿って）位置決めシステムに、ビーム・ステアリング素子の方位を変えさせる。検出装置は、出口ビームの重畳している組の中の少なくとも１つの複数の出口ビームの間の位置および／または方向の違いを測定するために動作することができる。別な方法としては、検出装置は、基準位置および／または方向に対する、出口ビームの重畳している組の中の少なくとも１つの測定ビーム成分の位置および／または方向を測定するために動作することができる。

本発明の特徴は、相互に移動することができる第１および第２の成分を含む集積回路を製造するためのリソグラフィ・システムである。上記干渉計システムの中の１つは、第２の構成要素に固定され、測定対象は、上記第１の部材にしかっりと固定されている鏡である。動作中、干渉計システムは、第２の部材に対する第１の部材の位置を測定する。ある実施形態の場合には、第２の部材は、ウェーハを支持するために使用される可動ステージであり、動作中、ビーム・ステアリング素子は、測定ビームを、測定対象のある範囲の角度方位にわたって、ほぼ垂直に鏡に照射する。

他の観点から見た場合、本発明の特徴は、ウェーハ上で集積回路を製造する際に使用するためのリソグラフィ・システムである。上記リソグラフィ・システムは、ウェーハを支持するためのステージ；ウェーハ上に、空間的にパターン化された放射を画像形成するための照明システム；画像形成された放射に対して、上記ステージの位置を調整するための位置決めシステム；および上記干渉計システムの中の任意のシステムの中の少なくとも１つを含む。干渉計システムは、画像形成された放射に対するウェーハの位置を測定する。

他の観点から見た場合、本発明の特徴は、ウェーハ上に集積回路を製造する際に使用するためのリソグラフィ・システムである。上記リソグラフィ・システムは、ウェーハを支持するためのステージと、照明システムを含む。照明システムは、放射源、マスク、位置決めシステム、レンズ・アセンブリ、および上記干渉計システムの中の任意のものの中の少なくとも１つを含む。動作中、上記放射源は、空間内にパターン化された放射を形成するために、マスクを通して放射を行う。位置決めシステムは、放射源からの放射に対するマスクの位置を調整する。レンズ・アセンブリは、ウェーハ上に、空間的にパターン化された放射を画像形成する。干渉計システムは、放射源からの放射に対するマスクの位置を測定する。

他の観点から見た場合、本発明の特徴は、集積回路を製造するためのリソグラフィ・システムである。上記リソグラフィ・システムは、第１および第２の部材を含む。第１および第２の部材は、相互に運動することができる。このリソグラフィ・システムは、また、上記干渉計システムの中の任意にものの中の少なくとも１つを含む。この場合、第１の部材は、測定対象を含み、干渉計システムは、第２の部材に対する第１の部材の位置をモニタする。

他の観点から見た場合、本発明の特徴は、リソグラフィ・マスクを製造する際に使用するためのビーム書込みシステムである。上記ビーム書込みシステムは、基板をパターン形成するために、書込みビームを供給する供給源；基板を支持するためのステージ；基板に書込みビームを照射するためのビーム照射アセンブリ；上記ステージおよびビーム放射アセンブリを相互に位置決めするための位置決めシステム；およびビーム放射アセンブリに対するステージの位置を測定するための上記干渉計システムの任意のものの中の少なくとも１つを含む。

一般的にいって、他の観点から見た場合、本発明の特徴は、干渉計の使用方法である。上記使用方法は、測定対象を照射する測定路に沿って、測定ビームを照射するステップと、出口ビームの１つの重畳している組を形成するために、測定ビームの少なくとも一部を他のビームと結合するステップと、出口ビームの重畳している組の少なくとも一部からのサーボ信号に基づいて、また測定対象の角度方位の変化に応じて測定ビームに方位を変えるために、電子制御システムを使用するステップと、出口ビームの重畳している組からの干渉計信号、および測定対象の方位の変化に基づいて角度方位の変化を計算するステップとを含む。ある実施形態の場合には、電子制御を使用するステップは、測定対象のある範囲の角度方位にわたって、ほぼ垂直に測定対象を照射するために、測定ビームの方位を変えるステップを含む。

他の観点から見た場合、本発明は、集積回路を製造する際に使用するためのリソグラフィ法である。上記リソグラフィ法は、ウェーハ上に、空間的にパターン化された放射を画像形成するステップと、画像形成された放射に対して、上記ウェーハを位置決めするステップと、上記上記干渉計の使用方法の中の任意の方法の中の少なくとも１つを使用して画像形成された放射に対するウェーハの位置を測定するステップとを含む。

他の観点から見た場合、本発明の特徴は、集積回路を製造する際に使用するためのリソグラフィ法である。該リソグラフィ法は、空間内にパターン化された放射を形成するために、マスクを通して入力放射を行うステップと、入力放射に対してマスクを位置決めするステップと、上記干渉計の使用方法の中の少なくとも１つを使用して、入力放射に対するマスクの位置を測定するステップと、ウェーハ上に、空間的にパターン化された放射を画像形成するステップとを含む。

他の観点から見た場合、本発明の特徴は、集積チップを製造する際に使用するためのリソグラフィ法である。上記リソグラフィ法は、空間的にパターン化された放射によりウェーハを露光するために、リソグラフィ・システムの第２の部材に対してリソグラフィ・システムの第１の部材を位置決めするステップと、上記干渉計システムの中の任意のものを使用して、第２の部材に対する第１の部材の位置を測定するステップとを含む。

他の観点から見た場合、本発明の特徴は、リソグラフィ・マスクを製造する際に使用するためのビーム書込み方法である。該方法は、基板をパターン化するために、基板に書込みビームを照射するステップと、書込みビームに対して、基板を位置決めするステップと、上記干渉計使用方法の中の任意のものを使用して、書込みビームに対する基板の位置を測定するステップとを含む。

他の観点から見た場合、本発明の特徴は、ほぼ均質な組成を持つ測定路に沿って、ガスによる分散効果に対する測定対象の相対的角度方位を示す角度θ_lを修正するための方法である。この場合、角度θ_lは、波長λ_lのところで、干渉計により測定される。上記方法は、ｉ）角度方位を示す第１の角度θ_qを表示するために、第１の波長λ_qのところの角度方位を干渉計により測定するステップと、ｉｉ）角度方位を示す第２の角度θ_uを表示するために、第１の波長λ_qに等しくない第２の波長λ_uのところの角度方位を干渉計により測定するステップと、ｉｉｉ）係数Δθ_l＝−Γ（θ_q−θ_u）により角度θ_lを修正するステップとを含む。この場合、Γ＝（ｎ_l−１）／（ｎ_q−ｎ_u）は、ガスの逆分散度であり、ｎ_l、ｎ_qおよびｎ_uは、それぞれ、λ_l、λ_qおよびλ_uのところのガスの屈折率である。実施形態により、角度θ_lは、第１の測定角度θ_qであり、λ_l＝λ_qであり、角度θ_lは、第２の測定角度θ_uであり、λ_l＝λ_uであり、または角度θ_lは、第１の測定角度θ_qまたは第２の測定角度θ_uとは異なる角度であり、λ_l≠λ_qであり、またλ_l≠λ_uである。

上記使用システムおよび干渉計の使用方法の実施形態は、多くの利点を持つ。
干渉計システムは、測定対象の角度方位の変化を測定することができる。さらに、ある実施形態は、二次元に沿って角度方位の変化を測定することができ、および／または測定対象までの距離の変化も測定することができる。さらに、多くの実施形態は、測定対象を照射する１本のビームだけで、または１つの位置に位置する測定対象を照射する複数のビームにより角度方位の変化を測定する。それ故、測定対象の反射面を比較的小さくすることができる。より詳細に説明すると、干渉計システムのあるものは、たった１つのビーム点の、ステージ鏡上のフットプリントにより、ステージ鏡の変位、ピッチおよびヨウの変化を測定することができる。さらに、測定ビームが、複数の波長を含んでいる場合には、測定対象への１本のビーム路に沿って分散の効果を測定することができ、空気の乱れに対して修正する変位、ピッチおよび／またはヨウの数値を計算するのに使用することができる。

また、出口ビームが重畳している各組の場合には、干渉計システムは、測定対象のある範囲内の方位にわたって、各出口ビームの重畳部分を相互にほぼ平行に維持し、このような維持を測定対象への測定ビームの１本の経路だけで行うことができる。経路が１本の実施形態の場合には、２本の経路を持つ干渉計ものと比較した場合、ドップラーシフトを含む電気的干渉信号を処理するために必要なエレクトロニクスの帯域幅が狭くてすむ。さらに、経路が１本の実施形態の場合には、経路が２本の干渉計のそれと比較した場合、干渉計の伝送光学系からの偏光解消、散乱および不必要なスプリアス反射の可能性が低くなる。このような影響は、電気的な干渉信号の測定位相に、例えば、巡回エラーのようなエラーを導入する恐れがある。

さらに、上記システムは、出口ビームが重畳している各組の複数の出口ビーム間の横方向の変位、または測定対象の角度方位の変化による干渉計内の上記出口ビームの成分の横方向の変位を最小限度に低減することができる。その結果、光学的に混合した出口ビームからの電気的干渉信号の平均振幅を、測定対象の角度方位および位置の変化からほとんど影響を受けないようにすることができる。さらに、上記システムを使用すれば、例えば、測定対象の角度方位または位置の変化により生じた、偏波ビーム・スプリッタおよび１／４波長プレートのような干渉計の伝送光学系を通過するビームの経路を変化が少なくなる。上記伝送光学系は、その表面の形状および屈折率の局部的な変動に欠陥を持つ場合がある。それ故、上記光学系を通るビームの経路が変化すると、測定対象と干渉計との間の距離が変化しなくても、干渉計により測定した光路長が変化する恐れがある。透過光学系が、楔によるような分散特性を持っている場合には、このようなマイナスの効果がいっそう大きくなる恐れがある。最後に、本発明のある実施形態は、小型にすることができ、光学的構成によるビームの線形偏波への楕円効果の影響を最小限度に低減する光学的構成を含む。
他の特徴、相および利点は、下記の詳細な説明および特許請求の範囲を読めば、明らかになるだろう。

（発明の詳細な説明）
本発明は、下流で同時に行う用途に続けて使用するために、測定対象の角変位、または上記対象の角度および線形変位を迅速に測定することができる装置および方法に関する。用途の一例としては、リソグラフィ・スキャナまたはステッパ・システムのマスク・ステージまたはウェーハ・ステージの方位、および位置を測定し、モニタするための、干渉計による角変位測定装置および線形変位測定装置での使用等がある。

本発明の第１の一組の実施形態の特徴は、干渉計、および制御回路により制御される少なくとも１つのビーム・ステアリング・アセンブリを含む角変位干渉計システムである。角変位干渉計は、１つの干渉計を含むことができ、干渉計システムは、一体型の「非積層」構成内に、２つまたはそれ以上の線形変位干渉計を備える。角変位干渉計の中のあるものは、「ヌル」モードまたは差動モードで動作し、角変位干渉計の他のものは、変位または非差動モードで動作する。

本発明の第２の一組の実施形態の特徴は、第１の一組の実施形態を備えるというように、少なくとも１つの角変位干渉計、少なくとも１つの直線変位干渉計、および制御回路により制御される少なくとも１つのビーム・ステアリング・アセンブリを含む角変位干渉計および直線変位干渉計システムである。第１の組のある実施形態、および第２の組のある実施形態の場合には、ビーム・ステアリング・アセンブリは、１つの干渉計または複数の干渉計内で、基準ビームおよび測定ビームの中の少なくとも一方をある方向に向ける１つの干渉計または複数の干渉計の１つの部材である。第１の組の他の実施形態、および第２の組の他の実施形態の場合には、ビーム・ステアリング・アセンブリは、１つの干渉計または複数の干渉計から独立していて、ビーム・ステアリング・アセンブリは、１つの干渉計または複数の干渉計の方向に入力ビームを向け、１つの干渉計または複数の干渉計から遠ざかる方向に出力ビームを向ける。ビーム・ステアリング・アセンブリは、測定対象の角度方位または位置の変化の望ましくない影響を最小限度に低減するために、入力ビーム、出力ビーム、基準ビームおよび測定ビームの中の１つまたはそれ以上の方位を変える。

「動的ビーム・ステアリング・アセンブリを備える干渉計」という名称の、Ｈ．Ａ．ヒルおよびＰ．デグルートの、１９９８年１０月１８日付けの、同時係属出願で共通所有の米国特許出願第０９／１５７，１３１号が、ビーム・ステアリング・アセンブリ、制御回路、および変位測定干渉計のその使用について開示している。上記米国特許出願は、引用によって本明細書の記載に援用する。

図１は、本発明の第１の実施形態の略図である。この第１の実施形態は、第１の一組の実施形態の中の１つで、ヌル・モードまたは差動モードで動作する１つの干渉計を備え、ビーム・ステアリング・アセンブリは、干渉計の基準ビームおよび測定ビームの両方の方位を変える。干渉計１０内に偏光インターフェース４０Ａおよび反射面４０Ｂを備える偏波ビーム・スプリッタ・アセンブリ４０は、レーザ源（図示せず）から入力ビーム１４を受光し、入力ビーム１４を、基準ビーム１５および測定ビーム１６として反射面４０Ｂにより反射される測定ビームに分割する。基準ビーム１５および測定ビーム１６は、直交線形偏波を含む。偏波ビーム・スプリッタ・アセンブリ４０Ａは、図１の面に直交する偏光を持つビームを反射し、図１の面に平行な偏光を持つビームを透過する。

上記実施形態の場合には、直交する偏光基準ビームおよび測定ビームは、例えば、ゼーマン分割により、音響光学変調により、または入力ビーム１４の成分として、干渉計１０に入る前に、レーザより内側で複屈折素子を使用することにより、相互に周波数シフトする。周波数が異なっているので、干渉計システムは、ヘテロダイン干渉信号を発生することができる。上記実施形態は、ヘテロダイン・システムであるが、本発明は、基準ビームおよび測定ビームが同じ周波数を持つホモダイン・システムで使用できるように容易に適応させることができる。

レーザのようなソースとしては、種々の周波数変調装置の中の任意のもの、および／または複数のレーザを使用することができる。例えば、レーザとしては、例えば、ＨｅＮｅレーザのような、当業者であれば周知の種々の従来技術の中の任意のもので安定化した、ガス・レーザを使用することができる。例えば、（１９８０年）、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、１９号、３１７３〜３１７７ページ掲載の、Ｔ．Ｂａｅｒ他の「０．６３３μｍ Ｈｅ−Ｎｅ−縦方向ゼーマン・レーザの周波数の安定化」；１９７５年６月１０日発行の、Ｂｕｒｇｗａｌｄ他の米国特許第３，８８９，２０７号；１９７２年５月９日付けの、Ｓａｎｄｓｔｒｏｍ他の米国特許第３，６６２，２７９号を参照されたい。別な方法としては、レーザとして、当業者にとって周知の種々の従来技術の中の１つで周波数を安定した、ダイオード・レーザを使用することもできる。（１９８０年）ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１６号、１７９〜１８１ページ掲載の、Ｔ．大越およびＫ．菊池の「ヘテロダイン・タイプの光学的通信システム用の半導体レーザの周波数安定化」；および（１９８３年）、ＩＥＥＥ Ｊ．ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ＱＥ−１９号、１５１４〜１５１９ページ掲載の、Ｓ．山口およびＭ．鈴木の「クリプトンのオプトガルバニック効果の使用によるＡｌＧａＡｓ半導体レーザの周波数および電力の同時安定」を参照されたい。

２つの光学的周波数は、下記の技術のうちの１つにより発生することができる。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日付けの、Ｂａｇｌｅｙ他の米国特許第３，４５８，２５９号；（１９６８年８月）Ｎｅｄ Ｔ．Ｎａｔｕｕｒｋ、３４号、２２５〜２３２ページ掲載の、Ｇ．Ｂｏｕｗｈｕｉｓの「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｅ Ｍｉｔ Ｇａｓｌａｓｅｒｓ」；１９７２年４月１８日付けの、Ｂａｇｌｅｙ他の米国特許第３，６５６，８５３号；および（１９８４年）Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、６（２）号、８７〜９４ページ掲載の、Ｈ．松本の「安定化レーザによる最近の干渉計測定」を参照されたい。（２）一組の音響−光学ブラッグ・セルの使用。例えば、（１９７９年）Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ １８（２）号、２１９〜２２４ページ掲載の、Ｙ．大塚およびＫ．伊藤の「低周波領域内の小さな変位を測定するための２つの周波数のレーザ干渉計」；（１９８３年）Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、２２（１４）号、２１４１〜２１５１ページ掲載の、Ｎ．Ｍａｓｓｉｅ他の「６４チャネル・ヘテロダイン干渉計によるレーザ流れフィールドの測定」；（１９８４年）Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１６号、２５〜２９ページ掲載の、Ｙ．大塚およびＭ．坪川の「小さな変位測定用の動的２周波数の干渉計使用」；１９９６年１月１６日付けの、Ｈ．松本，同上；Ｐ．Ｄｉｒｋｓｅｎ他の米国特許第５，４８５，２７２号；（１９９６年）Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．、３５（４）号、９２０〜９２５ページ掲載の、Ｎ．Ａ．ＲｉｚａおよびＭ．Ｍ．Ｋ．Ｈｏｗｌａｄｅｒの「同調可能な低周波信号の発生および制御のための音響ー光学システム」を参照されたい。（３）１つの音響−光学ブラッグ・セルの使用。例えば、１９８７年８月４日付けのＧ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎの共通所有の米国特許第４，６８４，８２８号；１９８７年８月１８日付けの、Ｇ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎの共通所有の米国特許第４，６８７，９５８号；Ｐ．Ｄｉｒｋｓｅｎ他、同上；（４）ランダムに偏光したＨｅＮｅレーザの２つの縦方向モードの使用。例えば、（１９７８年）Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、１７（１８）号、２９２４〜２９２９ページ掲載の、Ｊ．Ｂ．ＦｅｒｇｕｓｏｎおよびＲ．Ｈ．Ｍｏｒｒｉｓの「６３２８Ａ ＨｅＮｅレーザ内の単一モード崩壊」を参照されたい。；（５）レーザより内側に位置する複屈折素子等の使用。例えば、（１９６５年）Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ４（１）号、１４２〜１４３ページ掲載の、Ｖ．ＥｖｔｕｈｏｖおよびＡ．Ｅ．Ｓｉｅｇｍａｎの「レーザ空洞内の軸方向に均等なエネルギー密度を獲得するための（捻りモード）」；または、Ｈ．Ａ．Ｈｉｌｌの、「２つの非平行伝播光学的ビーム成分を２つの直交する偏波ビーム成分に変換するための装置」という名称の、１９９８年４月１７日付けの米国特許出願第０９／０６１，９２８号記載のシステムの使用。上記米国特許出願は引用によって本明細書の記載に援用する。

ビーム１４の供給源として使用される特定のデバイスにより、ビーム１４の直径および拡散が決まる。例えば、ダイオード・レーザのようなある種の供給源の場合には、後に位置する素子に適している直径および拡散を持つ、ビーム１４を供給するために、従来の顕微鏡の対物レンズのような、従来のビーム成形光学系を使用する必要がある場合がある。供給源が、例えば、ＨｅＮｅレーザの場合には、ビーム成形光学系は必要でなない。

ビーム・スプリッタ・アセンブリ４０の反射面４０Ｂは、測定ビーム１６を、ビーム・ステアリング鏡６０および一組の圧電変換器６２Ａおよび６２Ｂを含む、ビーム・ステアリング・アセンブリ１２の方向に向ける。変換器は、サーボ・コントローラ８４からの信号７８に応じて、ビーム・ステアリング鏡６０の方向に向けるために、たわみにより、ビーム・ステアリング鏡６０に接続している。ビーム・ステアリング・アセンブリ１２は、ビーム・ステアリング鏡６０の方位および／または位置の変化を測定するために、キャパシタンス・ゲージ、干渉計等を含む。また、キャパシタンス・ゲージまたは干渉計は、圧電変換器６２Ａおよび６２Ｂの特性を測定および／またはモニタするために使用することができる。

ビーム・ステアリング・アセンブリ１２は、ほぼ垂直に測定対象鏡６６を照射するように、測定ビーム１６をある方向に向ける。その後で、測定対象鏡６６は、ビーム・ステアリング・アセンブリ１２および偏波ビーム・スプリッタ・アセンブリ４０へのその経路を逆にたどるために、測定ビームを逆反射する。測定ビームは、ビーム・ステアリング・アセンブリ１２と、偏波ビーム・スプリッタ・アセンブリ４０との間に位置していて、測定ビームの線形偏波を９０度回転する１／４波長プレート７０を２回通過する。

反射面４１Ａおよび４１Ｂを備える菱形４１は、基準ビーム１５をビーム・ステアリング・アセンブリ１２の方向に向け、ビーム・ステアリング・アセンブリ１２は、基準ビームを、測定対物鏡６６を照射する方向に向ける。測定対物鏡６６は、その後で、菱形４１を通して、ビーム・ステアリング・アセンブリ１２に、また偏波ビーム・スプリッタ・アセンブリ４０への経路を逆にたどるように、基準ビームを逆反射する。基準ビームも、基準ビームの線形偏波を９０度回転する１／４波長プレート７１を二度通過する。

偏波ビーム・スプリッタ・アセンブリ４０は、その後で、一緒に出力ビーム２０を形成している重畳状態の出力基準ドームおよび測定ビームを形成するために、偏光回転基準ビームおよび測定ビームを再結合する。出力ビーム２０は、偏光装置７２を通過し、この偏光装置は、混合出力ビーム２２を形成するために、出力基準ビームおよび測定ビームの偏光を混合する。干渉計システム１０および測定対物鏡６６は、混合出力ビーム２２の測定ビーム成分および基準ビーム成分との間に、相対的位相シフトφ₁を導入する。信号検出処理システム８２は、電気的干渉信号または電気的ヘテロダイン信号ｓ₁を発生するために、例えば、好適には、光電検出により混合出力ビーム２２の輝度を測定し、ｓ₁の位相φ₁を抽出し、位相φ₁から、測定対物鏡６６およびビーム・ステアリング鏡６０の相対的方位に関するエラーを測定する。

信号ｓ₁は、下式で表される。

位相α₁は、デジタル・ヒルベルト変換位相検出装置のような、時間をベースとする位相検出｛Ｒ．Ｅ．Ｂｅｓｔの、１９９３年発行の（ニューヨーク、マグローヒル社の）「位相ロック・ループ：理論、設計および適用」第２版参照｝、位相ロック・ループ｛Ｒ．Ｅ．Ｂｅｓｔの上記著書参照｝、スライディング・ウィンドウＦＥＴ｛Ｊ．Ｔｓｕｉの、１９９５年（ボストン、Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ）発行の広帯域受信機のためのデジタル技術参照｝等および基準位相を使用して、デジタルまたはアナログ信号処理により抽出することができるが、好適には、デジタル処理を使用することが好ましい。入力ビームの周波数分割を行うために、音響光学変調装置を使用する用途の場合には、音響光学変調装置の電子ドライバから、基準位相を入手することができる。別な方法としては、非偏波ビーム・スプリッタにより、ビーム１４の一部を分割により除去し、ビーム１４の除去した一部を混合し、別のヘテロダイン基準信号および関連基準位相を生成するために、混合部分を検出することにより、光学的ピックオフ手段および検出装置（図示せず）を使用して、基準位相を生成することができる。

デジタル・ヒルベルト変換位相検出装置により、位相α₁の測定について、さらに説明する。信号ｓ₁は、複素数ｓ（ ^）₁の実数部、ｓ（ ^）_1,R′である。この場合、ｓ₁は、原因となる、安定な、すなわち、絶対値により合計することができる実数のシーケンスを含む。それ故、ｓ₁のフーリエ変換Ｓ_1,R（ｊω）は、Ｓ₁（ｊω）を完全に定義する。（Ａ．Ｖ．ＯｐｐｅｎｈｅｉｍおよびＲ．Ｗ．Ｓｃｈａｆｅｒの、（１９８９年、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ）発行の「離散的−時間信号処理の際の、（離散的ヒルベルト変換）」の１０章参照。｝Ｓ₁（ｊω）は、下式により表される。

Ｓ_1,I（ｊω）は、Ｓ₁（ｊω）の虚数部であり、ωは、角周波数であり、ｊは虚数√（−１）である。

ｓ（ ^）₁の虚数部ｓ（ ^）_1,Iは、下式により、Ｓ_1,I（ｊω）の逆フーリエ変換により入手される。

位相α₁（ｔ）は、下式により、ｓ（ ^）_1,Rおよびｓ（ ^）_1,Iから求めることができる。

時間に依存するアーギュメントα₁（ｔ）は、下式により別の数量により表される。

ここで、ｉは、特定の実施形態への参照を示す指数であり、Λ_ｉは、特定の巡回エラー項内に含まれる非線形エラーを含み、位相オフセットζ_iは、測定路および基準路の光学路に関係または関連していないし、非線形エラーにも関係していない、位相α_iへのすべての影響を含む。位相オフセットζ₁は、本発明の第１の実施形態の場合には、一定であると見なされ、周知の技術により、最終用途による必要に応じて、測定および／またはモニタされる。

位相φ₁は、下式により表される。

ここで、積分は、それぞれ、ＭおよびＲで表される、測定路および基準路に沿った、無限小の光学路ｎｄｓに関する線積分であり、ｎは、入力ビーム１４の波長λのところの、無限小の物理的経路の長さｄｓの屈折率である。位相φ₁も、下式による、図１の平面内のステージ鏡６６上への、基準ビームおよび測定ビームの垂直入射δθ₁からのズレに関連する。

ここで、ｋは、波長２π／λであり、αは、基準ビーム１５および測定ビーム１６の分離である（図１参照）。

信号検出装置およびプロセッサ・システム８２は、式（７）によりφ₁の測定値からエラーδθ₁を測定し、サーボ・コントローラ８４に対するビーム・ステアリング鏡６０に対するステージ鏡６６の方位内のすべてのエラーを示す、エラーδθ₁に基づいてエラー信号７６を送る。サーボ・コントローラ８４は、エラー信号７６に応じて、ビーム・ステアリング・アセンブリ１２に信号７８を送る。ビーム・ステアリング・アセンブリ１２は、信号７８に応じて、好適には、基準ビームおよび測定ビームがその上で反射する位置の間の中間のビーム・ステアリング鏡６０の反射面上の一点を中心にして、ビーム・ステアリング鏡６０の方位を変える。他の点ではなく、ビーム・ステアリング鏡６０上の点を中心にして、ビーム・ステアリング鏡６０の方位が変わると、かなり小さな横せん断効果が発生し、ビーム・ステアリング鏡６０およびその後方の基準ビームおよび測定ビームがその影響を受ける。

ビーム・ステアリング鏡６０の方位の変化を補正しない状態で、測定対物鏡６６の角度方位が変わると、基準ビームおよび測定ビームの伝播方向、およびその後の出力ビーム２０の伝播方向が変わる。しかし、ビーム２０の基準ビーム成分と測定ビーム成分は平行のままである。基準ビームと測定ビームの方位が変わると、基準ビームおよび測定ビームの光学路の長さが相互に代わり、検出装置およびプロセッサ・システム８２が、エラー信号７６を発生する。サーボ・コントローラ８４は、エラー信号に応じて、ビーム・ステアリング鏡６０の方位を再度変更するためにビーム・ステアリング・アセンブリ１２の方位を変え、その結果、例えば、測定対物鏡６６に対する基準ビームおよび測定ビームの方位を垂直にすることにより、エラー信号を最小限度まで小さくする。

第１の実施形態を、ヌル・モードまたは差動モードで動作する干渉計を備えるものと分類したのは、ビーム・ステアリング鏡に対する測定対物鏡の方位内のエラーだけが、プロセッサ・システム８２により測定されると認識したからである。

ビーム・ステアリング鏡６０の方位の角度の変化は、サーボ・コントローラ信号がゼロである場合の、測定対物鏡６６の方位の対応する変化の１／２に等しい。相互にほぼ平行のままでいるビーム２０の出口基準ビーム成分および測定ビーム成分の他に、出力ビーム２０の一部は、測定対物鏡６６のある範囲の角度方位にわたってほぼ一定のままである。さらに、ビーム・ステアリング鏡６０上への、基準ビームおよび測定ビームの入射角度はほぼ等しいので、ビーム・ステアリング鏡６０の反射面に垂直な方向に、ビーム・ステアリング鏡６０が並進しても、並進内の一次および高次に対する基準ビームおよび測定ビームの間の相対的光学路の長さに変化は起こらない。

図１の平面内の測定対物鏡６６の相対的な方位は、ビーム・ステアリング鏡６０の相対的な方位を測定し、モニタすることにより、測定し、モニタすることができる。このオプションは、ビーム・ステアリング鏡６０の方位の角度変化が、測定対物鏡６６の方位の対応する変化の１／２に等しい場合の、システム特性の直接的な結果として利用することができる。それ故、角度測定システム８３（図１に図示していない）は、ビーム・ステアリング鏡６０の角度方位の変化に基づいて、測定対物鏡６６の角度方位の変化を計算する。この実施形態の場合には、角度測定システム８３は、例えば、ビーム・ステアリング・アセンブリ１２が内蔵する較正済みのキャパシタンス・ゲージにより、ビーム・ステアリング鏡６０の方位の変化を直接測定する。別な方法としては、他の実施形態の場合には、角度測定システム８３は、上記の測定対物鏡６６の角度方位の変化に直接関連するビーム・ステアリング鏡６０の角度方位の変化で、変換器６２Ａおよび６２Ｂに、サーボ信号７６を相互に関連つけるビーム・ステアリング・アセンブリ１２用の較正データを含む。このような実施形態の場合には、角度測定システムは、サーボ信号に基づいて、測定対象の角度方位を計算する。

角度測定システム８３は、オフセット・モードで、第１の実施形態の干渉計システムを動作することにより、干渉計により較正することができる。オフセット・モードの動作の場合は、ビーム・ステアリング鏡６０に対する測定対物鏡６６の方位のオフセットが導入され、式（７）が、ａを測定することにより、位相φ₁の対応する測定値の変化をビーム・ステアリング鏡６０の角度方位の変化に変換するために使用される。方位のオフセットは、いくつかの異なる方法の中のどれかにより、導入することができる。その一例としては、ビーム・ステアリング鏡６０の動作をサーボ制御することによる、追加の電子手段（図１に図示していない）でのエラー信号７６に、デジタル・フォーマットまたはアナログ・フォーマットによるオフセットの導入がある。

Λ₁に対する巡回エラーの影響の一部または全部を、最終用途の必要に応じて、１９９４年７月１９日付けの「ヘテロダイン干渉計装置」という名称の、Ｇ．ＷｉｌｋｅｎｉｎｇおよびＷ．Ｈｏｕの米国特許第５，３３１，４００号；１９９８年１０月６日付けの「巡回影響の少ない干渉計システム」という名称の、Ｓ．Ｒ．Ｐａｔｅｒｓｏｎ、Ｖ．Ｇ．ＢａｇｄａｍｉおよびＣ．Ａ．Ｚａｎｏｎｉの同時係属出願で共通所有の米国特許出願第０９／１６８，２００号；および１９９９年３月１５日付けの「距離測定および分散干渉計使用の際の、巡回エラーを特徴づけるためのシステムおよび方法」という名称の、Ｈ．Ａ．Ｈｉｌｌの同時係属出願で共通所有の米国特許出願第０９／２６８，６１９号記載の第１の実施形態の方法および装置に内蔵させることにより低減および／または測定および補正することができる。２つの同時係属出願は、引用によって本明細書の記載に援用する。

基準路および／または測定路内のガスは、ガス内の密度勾配の影響による、ビーム・ステアリング鏡６０の角度方位から推定した、測定対物鏡６６の角度方位にエラーを導入する恐れがある。ガス内の密度勾配は、ガス内を伝播する基準ビームおよび／または測定ビームの伝播方向を変化させる。角度方位内のエラーについての詳細な説明については、本発明の第２の実施形態に対するガスの対応する影響についての説明を参照されたい。

２つの直交する面内の対象の角変位を測定し、モニタする第１の実施形態の変形例について説明する。第１の実施形態の変形例は、同じ入力ビーム１４と干渉計システム１０を備え、その上に、追加の一組の光学的素子、検出装置およびプロセッサ・システム、およびビーム・ステアリング・アセンブリ変換器を備える。追加の一組の光学的素子は、図１の垂直方向にほぼ平行なラインを中心にして、その面が、図１の面に直角に回転する素子４０、４１、７０および７１と同じ素子を備える。入力ビーム１４の一部は、非偏波ビーム・スプリッタ（図示せず）により切り取られ、追加の一組の光学的素子への入力ビームとして使用される。追加の一組の光学的素子が発生する追加の基準ビームおよび測定ビームは、ビーム・ステアリング・アセンブリ１２および測定対物鏡６６に入射し、追加の出力ビームを発生する。追加の基準ビームおよび測定ビームの伝播、および追加の出力ビームの発生についての説明は、第１の実施形態の基準ビーム、測定ビームおよび出力ビームの説明の対応する部分と同じである。

追加の出力ビームの偏光成分は、偏光装置７２と同じ偏光装置（図示せず）により混合され、追加の混合ビームは、機能的には検出装置およびプロセッサ・システム８２と同じ、追加の検出装置（図示せず）およびプロセッサ・システムにより検出される。追加の検出装置およびプロセッサ・システムは、追加のエラー信号を発生し、この追加のエラー信号は、距離的にはサーボ・コントローラ８４と同じ、追加のサーボ・コントローラ（図示せず）に送られる。追加のサーボ・コントローラは、追加の信号を発生し、この追加の信号はビーム・ステアリング・アセンブリ１２に送られ、図１の面に対して垂直であり、ビーム・ステアリング鏡６０の反射面にも垂直な面内で、追加の変換器（図示せず）によりビーム・ステアリング鏡６０の角度方位を制御する。追加の変換器の説明は、変換器６２Ａおよび６２Ｂの説明の対応する部分と同じである。

第１の実施形態の変形例の残りの説明は、第１の実施形態の説明の対応する部分と同じである。
図２は、本発明の第２の実施形態の略図である。第２の実施形態は、第１の一組の実施形態からのもので、スタック・タイプでない２つの線形変位干渉計を備え、非ヌル・モードまたは変位モードで動作する。さらに、ビーム・ステアリング・アセンブリは、各光学路内の違いが、ビーム・方向変換素子の変位に対して、一次で感知されないような方法で、偶数回、ビーム方向変換素子により２つの線形変位干渉計の測定ビームの方向を変える。第２の実施形態は、さらに、測定対物鏡のところで、測定ビームが直交状態の偏光を持つ同一の広がりを持つ場合に、ステージ鏡による測定ビームの反射を含む。方向変換特性および同一の広がりを持つ特性は、以後第２のシステム・タイプと呼ぶことにする。

干渉計１１０内の偏波ビーム・スプリッタ１４０は、レーザ源（図示せず）から入力ビーム１１４を受信し、この入力ビーム１１４を基準ビーム１１６および測定ビーム１１８に分離する。入力ビーム１１４、基準ビーム１１６、および測定ビーム１１８の説明は、第１の実施形態の入力ビーム源１４、基準ビーム１６および測定ビーム１８それぞれの説明の対応する部分と同じである。

測定ビーム１１８は、ビーム・ステアリング・アセンブリ１１２に入射し、ビーム・ステアリング鏡１６０により、測定ビーム１２０として反射する。ビーム・ステアリング鏡１６０、および変換器１６２Ａおよび１６２Ｂを備えるビーム・ステアリング・アセンブリ１１２の説明は、ビーム・ステアリング鏡６０、および変換器６２Ａおよび６２Ｂを備えるビーム・ステアリング・アセンブリ１２の説明の対応する部分と同じである。

測定ビーム１２０は、ビーム・スプリッタ・アセンブリ１４２に入射し、偏光インターフェース１４２Ａを透過し、１／４波長位相遅延プレート１４３を透過し、ほぼ直角に測定対物鏡１６６に入射する。測定対物鏡１６６は、その後で、測定ビームが、偏光インターフェース１４０Ａにより、測定ビーム１２２として反射するビーム・スプリッタ・アセンブリ１４２への経路を逆方向にたどるように逆反射する。測定ビームは、測定対物鏡１６６とビーム・スプリッタ・アセンブリ１４２との間に位置していて、測定対物鏡の線形偏波を９０度回転させる１／４波長位相遅延プレート１４３を２回通過する。

測定ビーム１２２は、ビーム・スプリッタ・アセンブリ１４４に入射し、面１４４Ａにより反射され、その一部は、非偏光インターフェース１４４Ｂにより、第１の測定ビーム１２４として透過される。面１４４Ａにより反射された測定ビーム１２２の第２の部分は、非偏光インターフェース１４４Ｂにより第２の測定ビーム１２５として反射される。第１および第２の測定ビーム１２４および１２５は、図２の面に直角に直線的に偏光する。第１の測定ビーム１２４は、ビーム・ステアリング鏡１６０および鏡１４６により、第１の測定ビーム１２６として反射される。第２の測定ビーム１２５は、最初に、鏡１４８により反射され、ビーム・ステアリング鏡１６０により反射され、その後で、鏡１５０により、第２の測定ビーム１２７として反射される。図２に示すように、ビーム・ステアリング鏡１６０で反射した後の第１および第２の測定ビームの空間的な分離は、ａである。

基準ビーム１１６は、１／４波長位相遅延プレート１５２に入射し、その偏光面が９０度回転した状態で、基準ビームとして透過される。偏光が回転した基準ビームは、ビーム・スプリッタ・アセンブリ１５４に入射し、その第１の部分は非偏光インターフェース１５４Ｂで反射し、その後で、非偏光インターフェース１５４Ｂで反射した第１の部分の一部は、非偏光インターフェース１５４Ａを第１の出力ビーム１２８の基準ビーム成分として透過する。非偏光インターフェース１５４Ｂで反射した偏光が回転した基準ビームの第１の部分の第２の部分は、非偏光インターフェース１５４Ａで反射し、その後で、１／４波長位相遅延プレート１５６Ａを第２の出力ビーム１３０の基準ビーム成分として透過する。偏光が回転した基準ビームの第２の部分は、非偏光インターフェース１５４Ｂを透過し、その後で、偏光インターフェース１５４Ｃを透過し、その後で、１／４波長位相遅延プレート１５６Ａを第３の出力ビーム１３２の基準ビーム成分として透過する。

第１の測定ビーム１２６は、ビーム・スプリッタ・アセンブリ１５４に入射し、その第１の部分は、第１の出力ビーム１２８の測定ビーム成分として、非偏光インターフェース１５４Ａから反射する。第１の測定ビーム１２６の第２の部分は、非偏光インターフェース１５４Ａを透過し、その後で、１／４波長位相遅延プレート１５６Ａを第２の出力ビーム１３０の測定ビーム成分として透過する。第２の測定ビーム１２７は、ビーム・スプリッタ・アセンブリ１５４に入射し、面１５４Ｄで反射し、偏光インターフェース１５４Ｃで反射し、その後で、１／４波長位相遅延プレート１５６Ｂを第３の出力ビーム１３２の測定ビーム成分として透過する。第１および第２の出力ビームは、１／４波長位相遅延プレート１５６Ａおよび１５６Ｂによる各基準ビーム成分および測定ビーム成分に対する、混合した光学的ビームである。

第１の出力ビーム１２８は、検出システム１８２に入射し、この検出システムは、第１の出力ビーム１２８の基準成分と測定成分の伝播方向の違いを測定する。上記伝播方向の違いは、画像形成光学系、複数の検出装置、多重素子検出装置、画像形成光学系が形成した画像の特性を変化させるための位相シフト・アレー、干渉計を使用する画像形成および信号処理技術の組合わせを含む、周知の技術により検出することができる。検出装置システム１８２は、任意の上記違いを表すエラー信号１７６をサーボ・コントローラ１８４に送り、サーボ・コントローラ１８４は、信号１７８を、エラー信号１７６に応じて、ビーム・スプリッタ・アセンブリ１１２に送る。ビーム・スプリッタ・アセンブリ１１２は、信号１７８に応じて、好適には、第１および第２の測定ビームが、ビーム・ステアリング鏡１６０を照射する位置の間の中間のビーム・ステアリング鏡１６０の反射面上の一点を中心にして、ビーム・ステアリング鏡１６０の方位を変える。他の点ではなく、上記点を中心にして、方位が変わると、かなり小さな横せん断効果が発生し、ビーム・ステアリング鏡１６０上の第１および第２の測定ビームがその影響を受ける。

別な方法としては、入力ビーム１１４の方向が一定である場合には、検出システム１８２は、検出システム１８２の基準方向に対する第１の出力ビーム１２８の測定ビーム成分の伝播方向の変化を測定することができ、方向の変化を示すエラー信号１７８を発生することができる。他の実施形態の場合には、検出システム１８２は、第１の出力ビームの基準ビーム成分および測定ビーム成分の伝播方向の変化を測定するための角変位干渉計を備える。各角変位干渉計は、以下に説明する角変位干渉計の中の１つをベースとしている。

測定対物鏡１６６の角度方位が変化すると、第１の測定ビームの方位、および第１の出力ビーム１２８の以降の測定ビーム成分の方位が変化する。そのため、検出システム１８２は、エラー信号１７６を発生する。サーボ・コントローラ１８４は、エラー信号１７６に応して、ビーム・ステアリング鏡１６０の方位を再度変更するために、ビーム・ステアリング・アセンブリ１１２の方位を変え、その結果、例えば、測定対物鏡１６６に対する測定ビームの方位を垂直にすることによりエラー信号を最小限度まで小さくする。

エラー信号１７６を最小限度まで小さくするためのサーボ・コントローラの動作により、出力ビーム１２８、１３０および１３２の各基準ビーム成分および測定ビーム成分は、それぞれ、ほぼ平行のままに維持され、第１、第２および第３の出力ビーム１２８、１３０および１３２の経路の位置は、ステージ鏡１６６の角度方位のある範囲内において、ほぼ一定で変化しない。さらに、ビーム・ステアリング鏡１６０に対する第１および第２の測定ビームの入射角度はほぼ等しいので、特に、第１および第２の測定ビームの間の相対的光路長に対するビーム・ステアリング鏡１６０の反射面に直角な、ビーム・ステアリング鏡１６０の並進の一次の影響は見られない。これらの特性は、以下の説明において、第２のシステム・タイプの特性と呼ばれる。

干渉計システム１１０および測定対物鏡１６６は、それぞれ、第２および第３の出力ビーム１３０および１３２の測定ビーム成分および基準ビーム成分の間に、位相シフトφ₂およびφ₃を導入する。検出装置および信号プロセッサ・システム１８０は、それぞれ、電気的干渉信号または電気的ヘテロダイン信号ｓ₂およびｓ₃を発生するために、例えば、光電検出により、混合出力ビーム１３０および１３２の輝度を測定し、電気的ヘテロダイン信号ｓ₂およびｓ₃の位相φ₂およびφ₃を抽出し、位相差φ₃−φ₂から、測定対物鏡１６６の角度θ₂を測定する。角度θ₂は、図２の面内の測定対物鏡１６６の反射面に直角な相対的な方位であり、下式により計算される。

ここで、

積分は、ガスを含む測定ビーム成分の光学路に沿って行われ、（∂ｎＭ／∂ｓ）は、測定ビームの光学路に直角であり、図２の面に平行なベクトルに対して、測定路に沿って各点のところにガスを含む、測定ビームの光学路の屈折率の部分的導関数である。ビームの伝播方向の屈折率内の勾配の影響は、例えば、（１９６６年）ＪＯＳＡ５６号、１６５５〜１６５９ページ掲載の、Ｈ．Ａ．ＨｉｌｌおよびＣ．Ａ．Ｚａｎｏｎｉの、「雰囲気による横方向の色収差の補正」という名称の論文に記載されている。第２の実施形態の場合には、検出装置および信号プロセッサ・システム１８０は、測定対物鏡１６６の相対的角度方位を直接計算する角度検出システムを形成する。別に表示しない限りは、以降の実施形態の場合にも、類似の角度検出システムが形成される。この実施形態のように、１つの波長だけで干渉計による測定が行われる実施形態の場合には、式２内の積分項は無視することができ、θ２に対する近似値は、式２の第１の項だけをベースとするシステムにより測定される。式２の積分項に対する測定角度θ２を修正するための方法については、以下に説明するが、この方法は、複数の波長での角度の測定を含む。

第２の実施形態を、角変位モード、非ヌル・モードで動作する２つの線形変位干渉計として分類したのは、位相差φ３−φ２がゼロ値にならないで、時間の関数としての、測定対物鏡の相対的方位の中の２つの係数での、直接の測定値である手順によるものである。

位相差φ３−φ２内には、ガスの乱流の影響は存在せず、そのため、η２内にも存在しない、何故なら、測定ビームは、ガス内でほぼ同じ経路を通るからである。測定路内のガスの環境上の影響、および乱流による影響は、ほぼ、測定路に沿ってガスの屈折率の勾配に対する環境上および乱流による影響だけによる測定対物鏡１６６の方位の測定を行う。｛式（８）参照｝

Λ３−Λ２に対する巡回エラーの影響の一部または全部を、第１の実施形態のところで説明したのと同じ方法で、低減および／または測定および補正することができる。位相オフセット差ζ３−ζ２の説明は、一般的な特性、測定およびモニタについては、第１の実施形態の位相オフセットの説明の対応する部分と同じである。

別な方法としては、位相差φ３−φ２を、電気的ヘテロダイン信号ｓ２およびｓ３の混合により発生した、スーパーヘテロダイン信号の位相から求めることができる。測定対物鏡１６６の運動によるφ２およびφ３に対するドップラーシフトの影響は、ほぼ同じものである。それ故、ドップラーシフトの影響は、スーパヘテロダイン位相φ３−φ２内で補正される。有為の結果は、スーパヘテロダインφ３−φ２は、φ２およびφ３の両方よりも、かなり低い周波数成分を含むことである。それ故、所与の精度で位相差φ３−φ２の測定値の入手は、最初に、個々に位相φ２およびφ３を測定し、その後で、位相差φ３−φ２を計算する場合と比較し、スーパヘテロダイン位相として、位相φ３−φ２を測定する場合には、通常、重要度の低いものである。

ドップラーシフト補正と比較した場合の第２の実施形態の利点の説明は、Ｐ．ｄｅ Ｇｒｏｏｔ、Ｈ．Ａ．ＨｉｌｌおよびＦ．Ｃ．Ｄｅｍａｒｅｓｔの、「空気の屈折率および光路長の影響を測定するための干渉計および方法」という名称の、１９９９年２月１８日付けの、同時係属出願で共通所有の米国特許出願第０９／２５２，２６６号、およびＨ．Ａ．Ｈｉｌｌ、Ｐ．ｄｅ ＧｒｏｏｔおよびＦ．Ｃ．Ｄｅｍａｒｅｓｔの、「多重パス干渉計使用による空気の屈折率および光学路の影響を測定するための装置および方法」という名称の、１９９９年２月１８日付けの、米国特許出願第０９／２５２，４４０号記載の、スーパヘテロダイン方法および装置のドップラーシフトの補正の利点の説明の対応する部分と同じである。両米国特許出願は、引用によって本明細書の記載に援用する。

第１の実施形態のθ１および第２の実施形態のθ２は、各測定路内のガスの屈折率の勾配に対して、同じ感度を示すことに留意されたい。
２つの直交面内のある対象の角変位を測定し、モニタする、第２の実施形態の変形例について説明する。第２の実施形態に関する第２の実施形態の変形例の説明は、以下にさらに詳細に説明する、本発明の第５の実施形態に関する第５の実施形態の変形例の説明と同じである。

図３は、本発明の第３の実施形態の略図である。第３の実施形態は、第１の一組の実施形態からのもので、非ヌル・モード、または角変位モードで動作する１つの干渉計を備える。さらに、ビーム・スプリッタ・アセンブリは、ビーム方向変換素子の変位に対して一次で感知されないような方法で、偶数回、ビーム方向変換素子により、角変位干渉計の基準ビームおよび測定ビーム両方の方向を変える。第３の実施形態は、さらに、測定対物鏡のところで、基準ビームおよび測定ビームが、直交状態の偏光を持つ同一の広がりを持つ場合に、ステージ鏡による基準ビームおよび測定ビームの反射を含む。方向変換特性および同一の広がりを持つ特性は、以後、第３のシステム・タイプと呼ぶことにする。

第３の実施形態の素子およびアセンブリの中のあるものは、図１の第１の実施形態の類似の参照番号がついている素子と、同じような機能を行う。上記素子およびアセンブリの中のあるものの説明は、第１の実施形態の対応する素子およびアセンブリの説明と同じである。ビーム・スプリッタ・アセンブリ２４２、および１／４波長位相遅延プレート２４３は、１／４波長位相遅延プレート２４３と、測定対物鏡６６の間の領域内の基準ビームおよび測定ビームが、同一の広がりを持つようになり、その結果、上記領域内のガス内で、同一の広がりを持つビームとして伝播するように配置される。

図３に示すように、ビーム・スプリッタ・アセンブリ４０は、基準ビーム１５を菱形４１の方に向ける。菱形４１は、基準ビームをビーム・スプリッタ・アセンブリ１２の方に向け、ビーム・スプリッタ・アセンブリ１２は、基準ビームをビーム・スプリッタ・アセンブリ２４２の方に向ける。基準ビームは、反射面２４２Ｄで反射し、偏光インターフェース２４２Ｃで反射し、ほぼ直角の入射角度で、測定対物鏡６６を照射するような方向を向く。その後で、測定対物鏡６６は、ビーム・スプリッタ・アセンブリ２４２への経路を逆にたどるように、基準ビームを逆反射する。基準ビームは、基準ビームの線形偏波を９０度回転する１／４波長移動遅延プレート２４３を２回通過する。

その後で、偏光が回転した基準ビームは、偏光インターフェース２４２Ｃを透過し、反射面２４２Ｂおよび２４２Ａで反射し、ビーム・ステアリング鏡６０の方を向く。偏光が回転した基準ビームは、ビーム・ステアリング鏡６０で反射し、ビーム・スプリッタ・アセンブリ４０の方を向く。偏光が回転した基準ビームは、反射面４０Ｂで反射し、その後で、偏光インターフェース４０Ａで反射して、出力ビーム２２６の基準ビーム成分となる。

図３に示すように、ビーム・スプリッタ・アセンブリ４０は、測定ビーム１６をビーム・ステアリング・アセンブリ１２の方に向け、ビーム・ステアリング・アセンブリ１２は、測定ビームをビーム・スプリッタ・アセンブリ２４２の方に向ける。測定ビームは、反射面２４２Ａおよび２４２Ｂで反射し、偏光インターフェース２４２Ｃを透過し、ほぼ直角な入射角度で、測定対物鏡６６を照射するような方向を向く。測定対物鏡６６は、その後で、ビーム・スプリッタ・アセンブリ２４２への経路を逆にたどるように、測定ビームを逆反射する。測定ビームは、測定ビームの線形偏波を９０度回転する１／４波長移動遅延プレート２４３を２回通過する。

その後で、偏光が回転した測定ビームは、偏光インターフェース２４２Ｃで反射し、反射面２４２Ｄで反射し、ビーム・ステアリング鏡６０の方を向く。偏光が回転した測定ビームは、ビーム・ステアリング鏡６０で反射し、菱形４１の方を向く。偏光が回転した測定ビームは、反射面４１Ａおよび４１Ｂで反射し、その後で、偏光インターフェース４０Ａで反射して、出力ビーム２２６の測定ビーム成分となる。

出力ビーム２２６は、ビーム・スプリッタ・アセンブリ２５４に入射し、その第１の部分は、非偏光インターフェース２５４Ａで反射して、第１の出力ビーム２２８になる。測定ビーム２２６の第２の部分は、非偏光インターフェース２５４Ａを透過し、その後で、第２の出力ビーム２３０として、１／４波長位相遅延プレート２５２を透過する。第２の出力ビーム２３０は、１／４波長位相遅延プレート２５２により、各基準ビーム成分および各測定ビーム成分に対する混合光学ビームである。

第１の出力ビーム２２８は、検出システム２８２に入射し、この検出システムは、エラー信号２７６を発生する。検出システム２８２およびエラー信号２７６の説明は、第２の実施形態の検出システム１８２およびエラー信号１７６の説明の対応する部分と同じである。サーボ・コントローラ８４は、エラー信号２７６を受信し、信号２７８を発生する。

干渉計システム２１０および測定対物鏡６６は、混合出力ビーム２３０の測定成分および基準成分との間に、位相シフトφ４を導入し、検出装置および信号プロセッサ・システム２８０は、電気的干渉信号または電気的ヘテロダイン信号ｓ４を発生するために、例えば、好適には、光電検出であることが好ましい検出方法により、混合出力ビーム２３０の輝度を測定する。検出装置および信号プロセッサ・システム２８０は、電気的ヘテロダイン信号ｓ４の位相を抽出し、位相φ４から、ステージ鏡６６の角度θ４を測定する。角度θ４は、図３の面内のステージ鏡６６の反射面の垂線の方位であり、下式により計算される。

ここで、

積分は、ガスを含む基準ビームおよび測定ビームの光学路に沿って行われ、（∂ｎ／∂ｓ）は、基準ビームおよび測定ビームの光学路に垂直であり、図３の面に平行なベクトルに関して、ガスの屈折率の部分的導関数である。図３に示すように、パラメータａは、菱形４１による基準ビーム１５の方向の変化により発生した、測定ビーム１６および基準ビームの分離である。この実施形態のように、１つの波長だけで干渉計による測定が行われる実施形態の場合には、式１０内の積分項は無視することができ、θ４に対する近似値は、式１０の第１の項だけをベースとするシステムにより測定される。式１０の積分項に対する測定角度θ４を修正するための方法については、以下にさらに詳細に説明するが、この方法は、複数の波長での角度の測定を含む。

Λ４に対する巡回エラーの影響の一部または全部を、第１の実施形態のところで説明したのと同じ方法で、低減および／または測定および補正することができる。位相オフセット差ζ４の特性、およびその測定およびモニタの説明は、第１の実施形態の位相オフセットの説明の対応する部分と同じである。

式（１０）および（１１）の説明、ビーム・ステアリング鏡および測定対物鏡び方位の間の関係、第３の実施形態の測定位相の説明は、第２の実施形態の説明、特にスーパヘテロダイン・モードの動作に関する説明の対応する部分と同じである。第３の実施形態の残りの説明は、第１および第２の実施形態の説明の対応する部分と同じである。

２つの直交する面内の対象の角変位を測定し、モニタする、第３の実施形態の変形例について説明する。第３の実施形態による第３の実施形態の変形例の説明は、以下に説明する第５の実施形態による第５の実施形態の変形例の説明の対応する部分と同じである。

第４の実施形態について説明するが、この第４の実施形態は、例えば、ステージ鏡のような対象の方位を測定するための干渉計システムおよび動的ビーム・ステアリング・アセンブリを備える。第４の実施形態は、第１の一組の実施形態からのもので、１つの角変位干渉計を備え、非ヌル・モードまたは変位モードで動作する。さらに、ビーム・ステアリング・アセンブリは、角変位干渉計の基準ビームおよび測定ビームの方位を変える。

図４ａおよび４ｂは、第４の実施形態の略図である。第４の実施形態は、ビーム方向変換素子の線形変位に対して、一次で感知されないような方法で、偶数回、ビーム方向変換素子により、基準ビームおよび測定ビーム両方の方向を変える。偶数回、ビーム方向変換素子により、干渉計の基準ビームおよび測定ビーム両方の方位を変化するのが、本発明の第１の実施形態で使用するのと同じ、第１のシステム・タイプの特徴である。第１のシステム・タイプは、さらに、測定対物鏡による基準ビームおよび測定ビーム両方の反射を含む。この場合、測定対物鏡のところでは、基準ビームおよび測定ビームはほぼ平行であり、空間的に分離している。

図４ａの入力ビーム３１０の説明は、本発明の第１の実施形態の入力ビーム１４の説明と同じである。ビーム３１３、３１５、３２１、３２９、３３１、３３３、３３５および３２６は、基準ビーム成分および測定ビーム成分を含み、この場合、対応する基準ビーム成分および測定ビーム成分は、直角方向に偏光する。ビーム３１０は、ビーム・ステアリング鏡３５２の第１の面で反射して、ビーム３１３となる。ビーム・ステアリング鏡３５２および方位変換器３５３Ａおよび３５３Ｂは、ビーム３１３の方位を変えるビーム・ステアリング・アセンブリを備える。ビーム３１３は、鏡３５４で反射して、ビーム３１５となり、鏡アセンブリ３５６に入る。図４ｂに示すように、鏡アセンブリ６５６は、３つの鏡３５６Ａ、３５６Ｂおよび３５６Ｃからなる。図４ｂの面は、図４ａの面に直交している。ビーム３１５は、３つの各鏡３５６Ａ，３５６Ｂおよび３５６Ｃで反射し、ビーム３２１となり、鏡アセンブリ３５６から出て行く。鏡アセンブリ３５６は、図４ａの面内の一本の軸を中心にした画像インバータであり、ビーム３１５の伝播方向に直角である。しかし、鏡アセンブリ３５６の主な機能は、図４ｂの面内のビーム３１５の伝播方向の変化を図４ｂの面内のビーム３２１の反対の伝播方向の変化に変換し、図４ｂの面内のビーム３１５の方向の変化を図４ａの面内のビーム３２１の伝播方向の同じ変化に変換することである。

図４ａの面内で偏光を起しているビーム３２１の測定ビーム成分は、偏波ビーム・スプリッタ３５８を透過して、ビーム３２３となる。図４ａの面内で偏光を起しているビーム３２３は、１／４波長位相遅延プレート３６０を透過して、円形偏波ビームとなり、測定対物鏡３６２で反射して、対向円形偏光を含むビームとなり、その後で、１／４波長位相遅延プレート３６０を透過して、図４ａの面に垂直に偏光しているビーム３２７となる。ビーム３２７は、ビーム・スプリッタ３５８で反射して、ビーム３２９の測定ビーム成分となる。

図４ａに示すように、ビーム３２１の基準ビーム成分は、偏波ビーム・スプリッタ３５８で反射して、基準ビーム３２４となる。鏡３５７は、測定対物鏡３６２を照射するように、基準ビーム３２４の方位を変える。その後で、測定対物鏡３６２は、基準ビーム３２８として、偏波ビーム・スプリッタ３５８への経路を逆にたどるように、基準ビームを逆反射する。基準ビームは、また、基準ビームの線形偏波を９０度回転する１／４波長移動遅延プレート３６１を２回通過する。偏光が回転した基準ビームは偏波ビーム・スプリッタ３５８を透過し、ビーム３２９の基準ビーム成分となる。

ビーム３２９は、鏡３６４Ａおよび３６４Ｂで反射して、ビーム３３１を形成する。鏡３６４Ａおよび３６４Ｂは、一緒に、ペンタ・プリズムと同様に、図４ａの面内のビーム３２９および３３１の間のズレを一定にする。ビーム３３１は、ビーム・ステアリング鏡３５２の第２の面で反射して、ビーム３３３となる。測定対物鏡３６２の方位の変化により、ビーム・ステアリング鏡３５２のところで、ビーム３３３の伝播の方位および横方向せん断の方位が変化する。画像インバータ３５６、ビーム・スプリッタ３５８、鏡３６４Ａ、および３６４Ｂからなる定変位鏡アセンブリ、およびビーム・ステアリング鏡３５２の第１および第２の反射の間の測定ビームの経路内に位置する測定対物鏡３６２と一緒に、ビーム・ステアリング鏡３５２の方位を適当に変えてやることにより、ビーム３３３に対する両方の影響を補正することができる。その後で、ビーム３３３は、鏡３６６で反射して、ビーム３３５になり、このビーム３３５は、鏡３７２で反射して、ビーム３３６になる。

ビーム３３６は、直交偏光している基準ビーム成分と測定ビーム成分からなる。ビーム３３６の一部は、非偏波ビーム・スプリッタ３７４で反射して、第１の出力ビーム３３８になる。ビーム３３８は、検出装置３７６に入射して、ビーム３３８内の測定ビーム成分および基準ビーム成分の伝播方向の任意の差に関連する電気信号３４４を発生する。別な方法としては、検出装置３７６は、第１の出力ビーム３３８の基準ビーム成分および／または測定ビーム成分の伝播方向の変化を測定するための角変位干渉計を備えることができる。各角変位干渉計は、以下に説明する複数の角変位干渉計の中の１つをベースとする。電気信号３４４は、方位変換器３５３Ａおよび３５３Ｂに送られる。信号３４４が含んでいる情報は、測定対物鏡３６２の方位の変化の影響を受けないで、ビーム３３３の伝播方向を一定に維持するように、方位変換器３５３Ａおよび３５３Ｂにより、ビーム・ステアリング鏡３５２の方位を変化させるために、サーボ・システムでエラー信号として使用される。

ビーム３３６の第２の部分は、非偏波ビーム・スプリッタ３７４を透過して、第２の出力ビーム３４０になる。第２の出力ビーム３４０は、偏光装置３７８を透過して、混合出力ビーム３４２となる。

干渉計システム３００および測定対物鏡３６２は、混合出力ビーム３４２の測定ビーム成分および基準ビーム成分の間に、位相シフトφ５を導入する。検出装置３８０は、電気的干渉信号または電気的ヘテロダイン信号ｓ５を発生するために、例えば、好適には、光電検出により、混合出力ビーム３４２の輝度を測定する。ヘテロダイン信号ｓ５は、デジタル・フォーマットまたはアナログ・フォーマットで、電子プロセッサおよびコンピュータ３８２に送られる。電子プロセッサおよびコンピュータ３８２は、ヘテロダイン信号ｓ５の位相を抽出し、上記位相から位相φ５を測定し、位相φ５から、測定対物鏡３６２の方位角θ５を測定する。角度θ５は、図４ａの面内の図４ａの面内に位置する垂直な基準線である選択した基準線に対する測定対物鏡３６２の反射面への垂線の方位であり、下式により計算される。

ここで、

式（１４）の積分は、ガスを含む各測定光学路および各基準光学路に沿って行われ、パラメータａは、図４ａに示すように、基準ビームと測定ビームとの分離である。

第４の実施形態の残りの説明は、本発明の第１の実施形態の説明の対応する部分と同じである。
第４の実施形態について説明するが、この第４の実施形態は、２つの直交面内の、例えば、ステージ鏡のような対象の方位を測定するための２つの干渉計システムおよび動的ビーム・ステアリング・アセンブリを備える。第４の実施形態による第４の実施形態の変形例の説明は、以下に説明する本発明の第５の実施形態による、第５の実施形態の変形例の下記の説明とほぼ同じである。

本発明の第５の実施形態について説明するが、この第５の実施形態は、例えば、ステージ鏡のような対象の方位を測定するための１つの干渉計システムおよび１つの動的ビーム・ステアリング・アセンブリを備える。第５の実施形態は、第１の一組の実施形態からのもので、１つの角変位干渉計を備え、非ヌル・モードまたは角変位モードで動作する１つの干渉計を備える。さらに、ビーム・ステアリング・アセンブリは、角変位干渉計の基準ビームおよび測定ビーム両方の方位を変える。図５ａおよび図５ｂは、第５の実施形態の略図である。

第５の実施形態は、第３システム・タイプのもので、本発明の第３の実施形態で使用されているものと同じものであり、ビーム方向変換素子の変位に対して、一次で感知されないような方法で、偶数回、ビーム方向変換素子により、干渉計の基準ビームおよび測定ビーム両方の方向を変える動的ビーム・ステアリング・アセンブリを含む干渉計を備える。第３システム・タイプは、さらに、測定対物鏡による基準ビームおよび測定ビームの反射を含み、その場合、測定対物鏡のところで、基準ビームおよび測定ビームは、直交状態の偏光を含む同一の広がりを持つ。

第５の実施形態の多数の素子は、上記第４の実施形態の素子と類似の機能を行う。本発明の第５の実施形態で類似の機能を行う、図５ａおよび図５ｂの素子の素子番号は、第４の実施形態の対応する素子の素子番号より１００多い素子番号を持つ。

図５ａの入力ビーム４１０の説明は、本発明の第１の実施形態の入力ビーム１４の説明と同じである。ビーム４１３、４１５、４２１、４２３、４２７、４２９、４３１、４３５および４３６は、直交状態の偏光を含む対応する基準ビーム成分および測定ビーム成分を含む、基準ビーム成分および測定ビーム成分を含む。ビーム４１３、４１５、４２１、４２３、４２７、４２９、４３１、４３５および４３６の説明は、第４の実施形態のビーム３１３、３１５、３２１、３２３、３２７、３２９、３３１、３３５および３３６の説明の対応する部分と同じである。

図５ａの場合、ビーム４３１の測定ビーム成分は、偏波ビーム・スプリッタ４５９Ａを透過し、ビーム・ステアリング鏡４５２で反射し、測定ビーム４３３になる。測定ビーム４３３は、鏡４６６Ａで反射し、偏波ビーム・スプリッタ４６６Ｂを透過し、ビーム４３５の測定ビーム成分になる。ビーム４３１の基準ビーム成分は、偏波ビーム・スプリッタ４５９Ａで反射し、鏡４５９Ｂで反射し、その後で、ビーム・ステアリング鏡４５２で反射して、基準ビーム４３４になる。基準ビーム４３４は、偏波ビーム・スプリッタ４６６Ｂで反射し、ビーム４３５の基準ビーム成分となる。

第１の出力ビーム４３８、検出装置４７６および信号４４４は、第４の実施形態のビーム３３８、検出装置３７６および信号３４４の説明の対応する部分と同じである。別な方法としては、検出装置４７６は、第１の出力ビーム４３８の基準ビーム成分および／または測定ビーム成分を測定するために、角変位干渉計を備えることができる。各角変位干渉計については、以下に説明する。

干渉計システム４００およびステージ鏡４６２は、第２の出力ビーム４４０および混合出力ビーム４４２の測定ビーム成分および基準ビーム成分との間に、位相シフトφ６を導入する。検出装置４８０は、電気的干渉信号または電気的ヘテロダイン信号ｓ６を発生するために、例えば、好適には、光電検出により、混合出力ビーム４４２の輝度を測定する。ヘテロダイン信号ｓ６は、デジタル・フォーマットまたはアナログ・フォーマットで、電子プロセッサおよびコンピュータ４８２に送られる。この場合、好適には、デジタル・フォーマットを使用することが好ましい。電子プロセッサおよびコンピュータ４８２は、ヘテロダイン信号ｓ６の位相を抽出し、上記位相から位相φ６を測定し、位相φ６から、測定対物鏡４６２の方位角θ６を測定する。角度θ６は、図５ａの面内の選択した基準線に対する測定対物鏡４６２の反射面への垂線の方位であり、下式により計算される。

ここで、

積分は、ガスを含む基準ビームおよび測定ビームの同一の広がりを持つ光学路に沿って行われ、（∂ｎ／∂ｓ）は、基準ビームおよび測定ビームの光学路に直角であり、図５ｃの面に平行なベクトルに関して、同一の広がりを持つ基準ビーム路および測定ビーム路に沿った各点での光学路の屈折率の部分的導関数である。この実施形態のように、１つの波長だけで干渉計による測定が行われる実施形態の場合には、式１５内の積分項は無視することができ、θ６に対する近似値は、式１５の第１の項だけをベースとするシステムにより測定される。式１５の積分項に対する測定角度θ６を修正するための方法については、以下にさらに詳細に説明するが、この方法は、複数の波長での角度の測定を含む。

第５の実施形態を、角変位モード、非ヌル・モードで動作する１つの角変位干渉計として分類したのは、位相差φ６がゼロ値にサーボされないで、時間の関数としての２つの測定対物鏡の相対的方位の中の係数での、直接の測定値である手順によるものである。

第５の実施形態の残りの説明は、本発明の第２および第４の実施形態の説明の対応する部分と同じである。
図５ｃ−図５ｇは、第１の一組の実施形態からの、本発明の第５の実施形態の変形例である。上記変形例は、２つの直交面内の、例えば、ステージ鏡のような対象の方位を測定するための２つの干渉計システムおよび１つの動的ビーム・ステアリング・アセンブリを備える。第１の干渉計は、図５ｃの面内の測定対物鏡４６２の方位の変化を測定し、第２の干渉計は、ビーム４３１に平行で、図５ｃの面に対して垂直な面内の測定対物鏡４６２の方位の変化を測定する。ビーム・ステアリング・アセンブリは、２つの直交面内のビーム・ステアリング鏡の角度方位を制御するのに適している関連ビーム・ステアリング鏡用の変換器および支持構造体と一緒に構成される。第５の実施形態の変形例の検出装置４７６は、２つの直交面内で、第１の出力ビーム４３８の基準ビーム成分および／または測定ビーム成分の伝播方向の変化を測定するように構成される。第５の実施形態の変形例の信号４４４が含んでいる情報は、変換器により、２つの直交面内のビーム・ステアリング鏡の方位を変化させるために、サーボ制御システムでエラー信号として使用される。

第１の干渉計は、本発明の第５の実施形態の干渉計、および図５ｃ、５ｅおよび５ｆのビーム・スプリッタ・アセンブリ４９０および４９２を備える。図５ｅおよび図５ｆの面は、図５ｃの面に対して垂直である。測定ビーム４３３の一部は、偏光インターフェース４９０Ａを透過する（図５ｅ参照）。鏡４５９Ｂで反射した基準ビームの一部は、非偏光インターフェース４９２Ａを透過し、基準ビーム４３４になる（図５ｆ参照）。第１の干渉計上のビーム・スプリッタ・アセンブリ４９０および４９２の正味の影響は、好適には、同じ要因により、ビーム４３５の測定ビーム成分および基準ビーム成分の大きさを低減する。第１の干渉計の残りの説明は、第４の実施形態の説明の対応する部分と同じである。

第２の干渉計は、測定ビーム用のビーム・ステアリング鏡を通しての、基準ビーム用の鏡４５９Ｂを通しての第１の干渉計の素子、および図５ｇに示す素子を備える。測定ビーム４３３の第２の部分は、非偏光インターフェース４９０Ａで反射し、その後で、偏光インターフェース４９０Ｂで反射して、第３の出力ビーム４４０Ａの測定ビーム成分になる（図５ｅおよび５ｇ参照）。実施形態５ｅおよび５ｆに示すように、図５ｃおよび図５ｇの面は、距離ｂだけ離れている。ビーム・スプリッタ・アセンブリ４９２に入射した基準ビームの第２の部分は、非偏光インターフェース４９２Ａで反射して、第２の基準ビームになり、その後で、面４９２Ｂで反射する（図５ｆ参照）。ビーム・スプリッタ・アセンブリ４９２から出た第２の基準ビームは、菱形４９４に入射し、面４９４Ａおよび４９４Ｂに２回内反射した後で、ビーム・ステアリング鏡４５２で反射して、基準ビーム４３４Ａになる。基準ビーム４３４Ａおよび測定ビーム４３３は、好適には、図５ｃおよび５ｇの面に直角であることが好ましい。図５ｅの面内に位置する。基準ビーム４３４Ａは、ビーム・スプリッタ・アセンブリ４９０に入射し、偏光インターフェース４９０Ｂを透過し、第３の出力ビーム４４０Ａの基準ビーム成分となる。

第３の出力ビーム４４０Ａは、偏光装置４７８Ａを透過し、混合出力ビーム４４２Ａとなる（図５ｇ参照）。第２の干渉計および測定対物鏡４６２は、第３の出力ビーム４４０および混合出力ビーム４４２Ａの測定ビーム成分および基準ビーム成分の間に、位相シフトφ６Ａを導入する。検出装置４８０Ａは、電気的干渉信号または電気的ヘテロダイン信号ｓ６Ａを発生するために、例えば、好適には、光電検出により、混合出力ビーム４４２Ａの輝度を測定する。ヘテロダイン信号ｓ６Ａは、好適には、デジタル・フォーマットで、電子プロセッサおよびコンピュータ４８２Ａに、電子信号４４６Ａとして送られる。電子プロセッサおよびコンピュータ４８２Ａは、ヘテロダイン信号ｓ６Ａから位相を抽出し、上記位相から位相φ６Ａを測定し、電子プロセッサおよびコンピュータ４８２が使用したのと同じ手順および対応する式により、位相φ６Ａから、方位角θ６Ａを測定する。この場合、ヘテロダイン信号ｓ６を抽出し、方位角θ６を測定するために、パラメータａの代わりにパラメータｂが使用される。方位角θ６Ａは、第２の測定ビームおよび基準ビームが形成する面内に位置する垂線および基準線のの両方である選択した基準線に対する測定対物鏡４６２の面の垂線の方位を示す。

第５の実施形態の変形例の残りの説明は、本発明の第５の実施形態の説明の対応する部分と同じである。
図６ａおよび図６ｂは、本発明の第６の実施形態の略図であるが、この第６の実施形態は、例えば、ステージ鏡のような対象の方位を測定するための１つの干渉計システムおよび１つの動的ビーム・ステアリング・アセンブリを備える。第６の実施形態は、第１の一組の上記からのもので、非ヌル・モードまたは変位モードで動作する角変位を行うように配置されている２つの線形変位干渉計を備える。第６の実施形態は、別の第２のシステム・タイプ、すなわち、本発明の第２の実施形態と同じシステム・タイプであり、この場合、ビーム・ステアリング・アセンブリは、線形変位干渉計の測定ビームの方位を変える。

第６の実施形態の多数の素子は、上記第４の実施形態の素子と類似の機能を行う。第４の実施形態で類似の機能を行う、図６ａおよび図６ｂの素子の素子番号は、第４の実施形態の対応する素子の素子番号より２００多い素子番号を持つ。

図６ａの入力ビーム５１０の説明は、本発明の第１の実施形態の入力ビーム１４の説明と同じである。測定ビーム５１１−５３１の説明は、第４の実施形態の測定ビーム３１１−３３１の説明の対応する部分と同じである。測定ビーム５３１の一部は、非偏波ビーム・スプリッタ５５９Ａを透過し、ビーム・ステアリング鏡５５２で反射し、第１の測定ビーム５３３となる。第１の測定ビーム５３３は、鏡５６６Ａで反射し、第１の測定ビーム５３５になる。第１の測定ビーム５３５は、偏波ビーム・スプリッタ５７２で反射し、ビーム５３６の測定ビーム成分になる。測定ビーム５３１の第２の部分は、非偏波ビーム・スプリッタ５５９Ａで反射し、鏡５５９Ｂで反射し、その後で、ビーム・ステアリング鏡５５２で反射し、第２の測定ビーム５３４になる。図６ａに示すように、第１の測定ビーム５３３と第２の測定ビーム５３４面は、距離ａだけ離れている。第２の測定ビーム５３４は、鏡５６６Ｂで反射して、第２の測定ビーム５３９になる。第２の測定ビーム５３９は、偏波ビーム・スプリッタ５７５で反射して、第３の出力ビーム５４１の測定ビーム成分となる。

図６ａに示すように、基準ビーム５１６の一部は、非偏波ビーム・スプリッタ５７１を透過し、その後で、偏波ビーム・スプリッタ５７２を透過して、ビーム５３６の基準ビーム成分となる。基準ビーム５１６の第２の部分は、非偏波ビーム・スプリッタ５７１で反射し、鏡５７３で反射し、その後で、偏波ビーム・スプリッタ５７５を透過して、第３の出力ビーム５４１の基準ビーム成分になる。

ビーム５３６の一部は、非偏波ビーム・スプリッタ５７４で反射して、第１の出力ビーム５３８となる。第１の出力ビーム５３８、検出装置５７６、および信号５４４の説明は、本発明の第５の実施形態のビーム４３８、検出装置４７６および信号４４４の説明の対応する部分と同じである。

ビーム５３６の第２の部分は、非偏波ビーム・スプリッタ５７４を透過し、第２の出力ビーム５４０になる。第２の出力ビーム５４０は、分析装置５７８を透過し、混合第２出力ビーム５４２になるが、混合第２出力ビームの基準ビーム成分および測定ビーム成分の偏光状態は同じである。第３の出力ビーム５４１は、分析装置５７９を透過して、混合第３出力ビーム５４３となるが、混合第３出力ビームの基準ビーム成分および測定ビーム成分の偏光状態は同じである。

干渉計システム５００および測定対物鏡５６２は、それぞれ、混合した第２および第３の出力ビーム５４２および５４３、測定ビーム成分および基準ビーム成分の間に、位相シフトφ７およびφ８を導入する。検出装置５８０は、電気的干渉信号または電気的ヘテロダイン信号ｓ７およびｓ８を発生するために、例えば、好適には、光電検出により、第２および第３の出力ビーム５４２および５４３の輝度を測定する。ヘテロダイン信号ｓ７およびｓ８は、それぞれ、信号５４６および５４７として、アナログ・フォーマットまたはデジタル・フォーマットで、電子プロセッサおよびコンピュータ５８２に送られるが。好適には、デジタル・フォーマットを使用することが好ましい。電子プロセッサおよびコンピュータ５８２は、ヘテロダイン信号ｓ７およびｓ８から位相を抽出し、上記抽出した位相から位相φ７およびφ８を測定し、位相差φ８−φ７から、測定対物鏡５６２の方位角θ７を測定する。方位角θ７は、図６ａの面内の選択した基準線に対する測定対物鏡４６２の反射面への垂線の方位であり、下式により計算される。

ここで、

積分は、ガスを含む測定ビームの光学路に沿って行われ、（∂ｎＭ／∂ｓ）は、測定ビームの光学路に直角であり、図６ａの面に平行なベクトルに関して、測定路に沿った各点でのガスを含む光学路の屈折率の部分的導関数である。この実施形態のように、１つの波長だけで干渉計による測定が行われる実施形態の場合には、式１７内の積分項は無視することができ、θ７に対する近似値は、式１７の第１の項だけをベースとするシステムにより測定される。式１７の積分項に対する測定角度θ７を修正するための方法については、以下にさらに詳細に説明するが、この方法は、複数の波長での角度の測定を含む。

第６の実施形態を、角変位モード、非ヌル・モードで動作する２つの線形変位干渉計として分類したのは、位相差φ８−φ７がゼロ値にサーボされないで、時間の関数としての、測定対物鏡の相対的方位の中の直接の測定値である手順によるものである。

第６の実施形態の残りの説明は、本発明の第２、第４および第５の実施形態の説明の対応する部分と同じである。
図６ｃ−図６ｇは、本発明の第６の実施形態の変形例を示すが、この変形例は、２つの直交面内の、例えば、ステージ鏡のような対象の方位を測定するための３つの干渉計および１つの動的ビーム・ステアリング・アセンブリを備える。３つの干渉計の組合わせの中の２つの干渉計は、図６ｃの面内の測定対物鏡５６２の方位の変化を測定し、３つの干渉計の中の２つの干渉計の第２の組合わせは、ビーム５３１に平行で、図６ｃの面に対して垂直な面内の測定対物鏡５６２の方位の変化を測定する。

干渉計の第１の組合わせは、本発明の第６の実施形態の２つの干渉計と、図６ｃ，６ｅおよび６ｆのビーム・スプリッタ・アセンブリ５９０および５９２を備える。図６ｅおよび６ｆの面は図６ｃの面に垂直である。非偏波ビーム・スプリッタ５５９Ａを透過した測定ビーム５３１の一部は、非偏光インターフェース５９０Ａを透過する（図６ｅ参照）。非偏波ビーム・スプリッタ５７１を透過した基準ビーム５１６の一部は、非偏光インターフェース５９２Ａを透過し、基準ビームになる（図６ｆ参照）。２つの干渉計の第１の組合わせに対するビーム・スプリッタ・アセンブリ５９０および５９２の正味の影響は、好適には、ほぼ同じ係数で、ビーム５３６の測定ビーム成分および基準ビーム成分の大きさを低減する。２つの干渉計の第１の組合わせの残りの説明は、本発明の第５の実施形態の２つの干渉計の説明の対応する部分と同じである。

干渉計の第２の組合わせは、２つの干渉計の第１の組合わせの干渉計の中の一方と、第２の干渉計を備える。２つの干渉計の第２の組合わせの第２の干渉計は、測定ビーム用の非偏波ビーム・ステアリング５５９Ａまでの、また基準ビーム用の非偏波ビーム・スプリッタ５７１までの、２つの干渉計の第１の組合わせの素子と、図６ｇの素子とを備える。非偏波ビーム・スプリッタ５５９Ａを透過した測定ビーム５３１の一部の第２の部分は、非偏光インターフェース５９０Ａで反射し、反射面５９０Ｂで反射し、その後で、ビーム・ステアリング鏡５５２で反射し、測定ビーム５３３Ａになる（図６ｇ参照）。ビーム５３３Ａは、鏡５６６Ｃで反射し、その後で、偏波ビーム・スプリッタ５７２Ａで反射し、第３の出力ビーム５４０Ａの測定ビーム成分になる（図６ｇ参照）。非偏波ビーム・スプリッタ５７１を透過した基準ビーム５１６の一部の第２の部分は、非偏光インターフェース５９２Ａで反射し、反射面５９２Ｂで反射し、その後で、偏波ビーム・スプリッタ５７２Ａを透過し、第３の出力ビーム５４０Ａの基準ビーム成分になる（図６ｇ参照）。測定ビーム５３３Ａおよび測定ビーム５３３は、好適には、図６ｃおよび６ｇの面に対して垂直であることが好ましく、距離ｂだけ離れている面内に位置する（図６ｅ参照）。

第３の出力ビーム５４０Ａは、偏光装置５７８Ａを透過し、混合出力ビーム５４２Ａになる（図６ｇ参照）。２つの干渉計の第２の組合わせの第２の干渉計および測定対物鏡５６２は、第３の出力ビーム５４０Ａの測定ビーム成分および基準ビーム成分および混合出力ビーム５４２Ａの間に、位相シフトφ９を導入する。検出装置５８０Ａは、電気的干渉信号または電気的ヘテロダイン信号ｓ９を発生するために、例えば、好適には、光電検出により、混合出力ビーム５４２Ａの輝度を測定する。ヘテロダイン信号ｓ９は、電子信号５４６Ａとして送られ、好適には、デジタル・フォーマットで、電子プロセッサおよびコンピュータ５８２Ａに送られる。電子プロセッサおよびコンピュータ５８２Ａは、ヘテロダイン信号ｓ９の位相を抽出し、上記抽出位相から位相φ９を測定し、好適には、デジタル・フォーマットで、信号５８３Ａとして位相φ９をプロセッサ５８４に送る。

位相φ７は、信号５８３として、プロセッサ５８４に送られ、プロセッサ５８４は、位相φ７およびφ９から、位相差φ９−φ７を測定し、電子プロセッサおよびコンピュータ５８２が使用したのと同じ手順および対応する式により、角度θ７Ａを測定する。この場合、φ７およびφ８から方位角θ７を測定するために、パラメータａの代わりにパラメータｂが使用される。方位角θ７Ａは、測定ビーム５３１面および反射面５９０Ｂで反射した測定ビームが形成する面内に位置する測定対物鏡５６２の方位を示す。

第６の実施形態の変形例のビーム・ステアリング・アセンブリは、変換器と、２つの直交面内のビーム・ステアリング鏡の方位をサーボ制御するのに適しているビーム・ステアリング・アセンブリのビーム・ステアリング鏡用支持装置と一緒に構成される。

第６の実施形態の変形例の残りの説明は、本発明の第５の実施形態および第６の実施形態の変形例の説明の対応する部分と同じである。
本発明の第７の実施形態について説明するが、この第７の実施形態は、例えば、ステージ鏡のような対象の線形変位および方位を測定するための１つの干渉計システムおよび１つの動的ビーム・ステアリング・アセンブリを備える。第７の実施形態は、第２の一組の実施形態からのものである。干渉計システムは、線形変位干渉計および線形変位干渉計および角変位干渉計の、測定ビーム両方の方位を変えるビーム・ステアリング・アセンブリを含む、２つの角変位干渉計を備える。２つの角変位干渉計の第１の干渉計は、ヌル・モードまたは差動モードで動作し、２つの角変位干渉計の第２の干渉計は、非ヌル・モードまたは変位モードで動作する。

第７の実施形態は、第２システム・タイプのもので、本発明の第２および第６の実施形態と同じシステム・タイプである。干渉計システムは、上記１つの線形変位干渉計および上記２つの角変位測定干渉計を備える。この場合、これら３つの干渉計は、一緒に、対象の面上のある位置までの距離の変化、およびほぼ同じ位置の対象の方位の変化を測定する。検出した方位の変化は、角変位干渉計の特性が形成する面内に位置する。

第７の実施形態の多数の素子は、本発明の第６の実施形態の素子と類似の機能を行う。第７の実施形態で類似の機能を行う、図７ａおよび図７ｂに示す干渉計システム６００の素子の素子番号は、素子６５９Ａおよび６５９Ｂの位置およびビーム６３４の特性を除いて、第６の実施形態の対応する素子の素子番号より１００多い素子番号を持つ。

図７ａの入力ビーム６１０の説明は、本発明の第１の実施形態の入力ビーム１４の説明と同じである。測定ビーム６１１および６１３の説明は、第６の実施形態の測定ビーム５１１および５１３の説明の対応する部分と同じである。測定ビーム６１５−６３１の説明は、第６の実施形態の測定ビーム５１１−５３１の説明の対応する部分と同じである。測定ビーム６３１は、ビーム・ステアリング鏡６５２で反射して、測定ビーム６３３になる。測定ビーム６３３の第１の部分は、非偏波ビーム・スプリッタ６５９Ａで反射して、第１の測定ビーム６３５になる。第１の測定ビーム６３５は、偏波ビーム・スプリッタ６７２で反射して、第１の出力ビーム６４０の測定ビーム成分になる。

測定ビーム６３３の第２の部分は、非偏波ビーム・スプリッタ６５９Ａを透過し、その後で、鏡６５９Ｂで反射して、測定ビーム６３４になる。測定ビーム６３４は、鏡６７３Ａで反射して、第２の出力ビーム６４１Ｈになる。

測定ビーム６１３の第１の部分は、非偏波ビーム・スプリッタ６５４Ａを透過して、第３の出力ビーム６１４Ｈになる。ビーム６１３の第２の部分は、非偏波ビーム・スプリッタ６５４Ａで反射して、測定ビーム６１５になる。

図７ａに示すように、基準ビーム６１６の一部は、偏波ビーム・スプリッタ６７２を透過して、第１の出力ビーム６４０の基準ビーム成分になる。出力ビーム６４０は、分析装置６７８を透過して、混合出力ビーム６４２になになるが、混合出力ビーム６４２の基準ビーム成分および測定ビーム成分の偏光状態は同じである。

干渉計システム６００および測定対物鏡６６２は、それぞれ、混合出力ビーム６４２の測定ビーム成分および基準ビーム成分の間に、位相シフトφ１０を導入する。検出装置６８０は、電気的干渉信号または電気的ヘテロダイン信号ｓ１０を発生するために、例えば、好適には、光電検出により、混合出力ビーム６４２の輝度を測定する。ヘテロダイン信号ｓ１０は、信号６４６として、アナログ・フォーマットまたはデジタル・フォーマットで、電子プロセッサおよびコンピュータ６８２Ｈに送られが。好適には、デジタル・フォーマットを使用することが好ましい。本発明の第１１の実施形態のところで後で説明するように、位相φ１０は、測定対物鏡６６２への距離の変化を計算するために分析することができる。

第２の出力ビーム６４１Ｈは、干渉計６８１Ｈ１に入射する。干渉計６８１Ｈ１の説明は、以下に説明する複数の角変位干渉計の第３の角変位干渉計の説明の対応する部分と同じである。干渉計６８１Ｈ１は、好適には、デジタル・フォーマットで、電気的エラー信号ｓ１１Ａを発生するが、この信号は、信号６４７Ｈ１として、電子プロセッサおよびコンピュータ６８２Ｈに送られる。第３の出力ビーム６１４Ｈは、干渉計６８１Ｈ２に入射する。干渉計６８１Ｈ２の説明は、以下に説明する複数の角変位干渉計の第３の角変位干渉計の説明の対応する部分と同じである。干渉計６８１Ｈ２は、好適には、デジタル・フォーマットで、信号ｓ１１Ｂを発生するが、この信号は、信号６４７Ｈ２として、電子プロセッサおよびコンピュータ６８２Ｈに送られる。図７ａの面内の測定対物鏡６６２の方位の変化は、電子プロセッサおよびコンピュータ６８２Ｈにより、信号６４７Ｈ１および信号６４７Ｈ２が示す角度の変化を２倍したものから、測定路内のガスの屈折率内の空間勾配の影響を引いた数値となる。測定路内のガスの屈折率内の空間勾配の影響は、ガスを含む測定ビームの光学路に沿った（∂ｎＭ／∂ｓ）の積分に等しい。この場合、（∂ｎＭ／∂ｓ）は、測定ビームの光学路に直角であり、図７ａの面に平行なベクトルに関して、測定路に沿った各点のガスを含む光学路の屈折率の部分的導関数である。

信号プロセッサおよびコンピュータ６８２Ｈは、測定エラー信号ｓ１１Ａに基づいて、エラー信号をサーボ・コントローラ６７６Ｈに送り、サーボ・コントローラ６７６Ｈは、サーボ制御信号６４４Ｈを変換装置６５３Ａおよび６５３Ｂに送る。サーボ制御動作の説明は、第１の実施形態の説明の対応する部分と向じである。別な方法としては、他の実施形態の場合、角度測定システムは、上記の測定対物鏡６６２の角度方位の変化に直接関連するビーム・ステアリング鏡６５２の角度方位の変化で、変換器６５３Ａおよび６５３Ｂに、サーボ制御信号６４４Ｈを相互に関連つけるビーム・ステアリング鏡６５２用の較正データを含む。他の実施形態の場合には、干渉計７８１H1および７８１Ｈ２は、以下に説明する複数の角変位干渉計の中の第３の角変位干渉計と組合わせることができる第１、第２または第４の干渉計の中の１つまたはそれ以上をベースとすることができる。

第７の実施形態の残りの説明は、本発明の第１、第２、第４、第５および第６の実施形態の説明の対応する部分と同じである。
第７の実施形態は、例えば、図６ａの第６の実施形態のように、出口ビームの間の空間的な分離、または伝播方向の違いを測定するのではなく、干渉計信号ｓ１１Ａに基づいてビーム・ステアリング鏡の方位を変える。

図７ｃ−図７ｄは、本発明の第７の実施形態の変形例の略図であるが、この変形例は、例えば、ステージ鏡のような対象の２つの直交平面内の線形変位および方位を測定するための１つの干渉計システムおよび１つの動的ビーム・ステアリング・アセンブリを備える。図７ｄの面は、図７ｃの面に垂直である。干渉計システムは、５つの干渉計を含む。第１の干渉計は、測定対物鏡６６２の線形変位を測定し、５つの干渉計の中の第２および第３の干渉計は、図７ｃの面内の測定ビームおよび測定対物鏡６６２の方位の変化を測定し、５つの干渉計の中の第４および第５の干渉計は、ビーム６３１に平行で、図７ｃの面に垂直な面内の測定ビームおよび測定対物鏡６６２の方位の変化を測定する。

５つの干渉計の中の第１の干渉計の説明は、位相φ１０を測定する第７の実施形態の干渉計の説明の対応する部分と同じである。５つの干渉計の中の第２および第３の干渉計の説明は、非偏波ビーム・スプリッタ６７３Ｂにより置き換えられた、鏡６７３Ａによる測定対物鏡６６２の方位を測定する第７の実施形態の第２および第３の干渉計の説明の対応する部分と同じである。

５つの干渉計の中の第４および第５の干渉計の説明は、ビーム６３４および出力ビーム６１４Ｈの発生を通しての５つの干渉計の第２および第３の干渉計の説明の対応する部分と同じである。ビーム６３４の一部は、非偏波ビーム・スプリッタ６７３Ａを透過して、図７ｃに概略示すビーム６４１Ｖになる。図７ｃに示すように、ビーム６４１Ｖは干渉計６８１Ｖに入射する。ビーム６１３の一部は、非偏波ビーム・スプリッタ６５４Ｂを透過し、ビーム６１４になる。ビーム６１４の第１の部分は、出力ビーム６１４Ｈとして透過し、ビーム６１４の第２の部分は、偏波ビーム・スプリッタ６５４Ｂで反射し、その後で、鏡６５４ｃで反射し、出力ビーム６１４Ｖになる。出力ビーム６１４Ｈおよび６１４Ｖは、干渉計６８１Ｈ２および６８１Ｖ２に、それぞれ入射する。

出力ビーム６４１Ｖは、干渉計６８１Ｖ１に入射する。干渉計６８１Ｖ１の説明は、第７の実施形態の干渉計６８１Ｖ１の説明の対応する部分と同じである。干渉計６８１Ｖ１は、好適には、デジタル・フォーマットで、電気的エラー信号ｓ１２Ａを発生し、このエラー信号は、信号６４７Ｖ１として、電子プロセッサおよびコンピュータ６８２ＨＶに送られる。

第５の出力ビーム６１４Ｖは、干渉計６８１Ｖ２に入射する。干渉計６８１Ｖ２の説明は、第７の実施形態の第３の干渉計の説明の対応する部分と同じである。干渉計６８１Ｖ２は、好適には、デジタル・フォーマットで、信号ｓ１２Ｂを発生し、このエラー信号は、信号６４７Ｖ２として、電子プロセッサおよびコンピュータ６８２ＨＶに送られる。

図７ａの面に垂直な面内の対物鏡６６２の方位の変化は、電子プロセッサおよびコンピュータ６８２ＨＶにより測定され、エラー信号６４７Ｖ１および信号６４７Ｖ２が示す角度の変化を２倍したものから、測定路内のガスの屈折率内の空間勾配の影響を引いた数値となる。測定路内のガスの屈折率内の空間勾配の影響は、ガスを含む測定ビームの光学路に沿った（∂ｎＭ／∂ｓ）の積分に等しい。ここで、（∂ｎＭ／∂ｓ）は、測定ビームの光学路に垂直であり、図７ｃの面に垂直なベクトルに関して、測定路に沿った各点のガスを含む光学路の屈折率の部分的導関数である。

信号プロセッサおよびコンピュータ６８２ＨＶは、ｓ１１Ａおよびｓ１２Ａで表される測定エラーに基づいて、エラー信号をサーボ・コントローラ６７６ＨＶに送り、サーボ・コントローラ６７６ＨＶは、サーボ制御信号６４４ＨＶを変換装置６５３Ａおよび６５３Ｂ、および図７ｃに示していない第３の変換装置に送る。サーボ制御動作の説明は、第１の実施形態の説明の対応する部分と同じである。

第７の実施形態の変形例の残りの説明は、本発明の第７の実施形態、および本発明の第６の実施形態の変形例の説明の対応する部分と同じである。
図８ａ−図８ｃは、本発明の第８の実施形態の略図であるが、この実施形態は、例えば、ステージ鏡のような対象の方位を測定するための１つの干渉計システムおよび１つの動的ビーム・ステアリング・アセンブリを備える。第８の実施形態は、第２の一組の実施形態からのものであり、非ヌル・モードまたは変位モードで動作する角度方位を測定するように構成されている２つの線形変位測定干渉計を備える。さらに、ビーム・ステアリング・アセンブリは、干渉計システムから独立していて、入力ビームを干渉計システムおよび基準および測定対象への、およびからの入力ビームの方位を変える。

図８ａ−図８ｃは、第８の実施形態の略図である。第８の実施形態は、ビーム方向変換素子の線形変位に対して一次で感知されないような方法で、ビーム方向変換素子により、入力ビームおよび出力ビーム両方の方向を変えるビーム・ステアリング・アセンブリを含む干渉計を備える。角度測定の場合に、ビーム方向変換素子の線形変位に対して一次で感知されないような方法で、ビーム方向変換素子により、干渉計の入力ビームおよび出力ビーム両方の方向を変えるのが、第４のシステム・タイプの特徴である。第４のシステム・タイプは、さらに、測定対物鏡による測定ビームの反射を含む。この場合、測定対物鏡のところでは、測定ビームは、ほぼ平行であり、同一の広がりを持つ。

図８ａの入力ビーム７１０の説明は、本発明の第１の実施形態の入力ビームの説明と同じである。図８ａに示すように、ビーム７１０は、ビーム・ステアリング鏡７５０の表面で反射して、ビーム７１２になる。ビーム・ステアリング鏡７５０および方位変換器７５１Ａおよび７５１Ｂは、入力ビーム７１０の方位を変えるビーム・ステアリング・アセンブリを備える。ビーム７１２は、鏡７５２Ａおよび７５２Ｂで反射して、ビーム７１４を形成する。鏡７５２Ａおよび７５２Ｂは、協力して、図８ａの面内のビーム７１２および７１４の間に一定のズレを起す。これは、ペンた・プリズムと同じである。

図８ａについての説明を続けるが、ビーム７１４は、偏波ビーム・スプリッタ７５４Ａに入射するが、この場合、ビーム７１４の一部は、図８ａの面内で偏光を起している測定ビーム７１５として透過し、ビーム７１４の第２の部分は反射して、図８ａの面に対して垂直方向に偏光している基準ビーム７１６となる。

ビーム７１５は、偏波ビーム・スプリッタ７５６を透過して、ビーム７１７になる。図８ａの面内で偏光しているビーム７１７は、１／４波長位相遅延プレート７５８を透過して、円形に偏光しているビームとなり、１つの反射面を備える測定対物鏡７６０で反射して、対向円形偏光を含むビームとなり、その後で、１／４波長位相遅延プレート７５８を透過して、図８ａの面に対して垂直に線形偏波しているビーム７１９になる。ビーム７１９は、偏波ビーム・スプリッタ７５６で反射して、ビーム７２１になる。ビーム７２１は、鏡７６２で反射して、ビーム７２３になる。

測定ビーム７２３の一部は、非偏波ビーム・スプリッタ７６８Ａを透過し、偏波ビーム・スプリッタ７６８Ｂで反射し、その後で、鏡７７０Ａで反射して、第１の干渉計の出力ビーム７３０Ａの測定ビーム成分になる。測定ビーム７２３の第２の部分は、非偏波ビーム・スプリッタ７６８Ａで反射し、鏡７７０Ａで反射し、偏波ビーム・スプリッタ７７０Ｂで反射し、その後で、鏡７７０Ａで反射して、第２の干渉計の出力ビーム７３０Ｂの測定ビーム成分になる。非偏波ビーム・スプリッタ７６８Ａを透過した測定ビーム７２３の一部と非偏波ビーム・スプリッタ７６８Ａで反射し、鏡７７０Ａで反射した測定ビーム７２３の第２の部分の分離を図８ａに分離ａとして示す。

基準ビーム７１６は、１／２波長位相遅延プレート７６４を透過して、図８ａの面内において線形偏波しているビーム７１８になる。ビーム７１８は、逆反射装置７６６で逆方向に反射して、ビーム７２０になる。

基準ビーム７２０の一部は、非偏波ビーム・スプリッタ７６８Ｃを透過し、偏波ビーム・スプリッタ７６８Ｂを透過し、その後で、鏡７７０Ａで反射して、第１の干渉計の出力ビーム７３０Ａの基準ビーム成分となる。基準ビーム７２０の第２の部分は、非偏波ビーム・スプリッタ７６８Ｃで反射し、鏡７６８Ｄで反射し、偏波ビーム・スプリッタ７７０Ｂを透過し、その後で、鏡７７０Ａで反射して、第２の干渉計の出力ビーム７３０Ｂの基準ビーム成分となる。

ビーム７３０Ａおよび７３０Ｂは、ビーム・ステアリング鏡７５０の第２の面で反射し、それぞれ、出力ビーム７３２Ａおよび７３２Ｂになる。
出力ビーム７３２Ａは、光学的システム７９８Ａに入り、ビーム７３８Ａとして出力される。出力ビーム７３２Ａの基準ビーム成分は、２本の直交軸を中心にして画像反転し、出力ビーム７３２Ａの測定ビーム成分は、上記直交軸の一方を中心にして画像反転する。図８ａの光学的システム７９８Ａは、ビーム７３２Ａの基準ビーム成分に対して、ビーム７３２Ａの測定ビーム内でさらに画像反転させ、その結果、ビーム７３８Ａの基準ビーム成分は、ビーム７３８Ａの測定ビーム成分が受ける画像反転の回数と同じ、２本の直交軸のモジューロ２について、同じ回数の画像倒置を起す。

ビーム７３２Ａの基準ビーム成分は、偏波ビーム・スプリッタ７７２Ａを透過し、鏡７７４Ａで反射して、ビーム７３４Ａになる。ビーム７３４Ａは、画像インバータ７７６Ａに入る。図８ｂに示すように、画像インバータ７７６Ａは、３つの鏡７７６ＡＡ、７７６ＢＡおよび７７６ＣＡからなる。図８ｂの面は、図８ａの面に対して垂直である。ビーム７３４Ａは、３つの各鏡７７６ＡＡ、７７６ＢＡおよび７７６ＣＡで反射して、画像インバータ７７６Ａから出て、ビーム７３６Ａになる。

ビーム７３２Ａの測定ビーム成分は。偏波ビーム・スプリッタ７７２Ａで反射し、ビーム７３３Ａになる。ビーム７３３Ａは、鏡７７８ＡＡおよび７７８ＢＡで反射して、ビーム７３５Ａを形成する。鏡７７８ＡＡおよび７７８ＢＡは、協力して、図８ａの面内のビーム７３３Ａおよび７３５Ａ間に一定のズレを起す。これは、ペンた・プリズムと同じである。

ビーム７３６Ａは、偏波ビーム・スプリッタ７８０Ａを透過して、出力ビーム７３８Ａの１つの成分になる。ビーム７３５Ａは、偏波ビーム・スプリッタ７８０Ａで反射して、出力ビーム７３８Ａの第２の成分になる。

ビーム７３８Ａの一部は、非偏波ビーム・スプリッタ７８２Ａで反射して、ビーム７４０Ａになる。ビーム７４０Ａは、検出装置７８４Ａに入射して、ビーム７４０Ａ内の測定ビーム成分および基準ビーム成分の伝播方向の任意の違いに関する電気信号７４８Ａを発生する。

他の実施形態の場合には、検出装置７８４Ａは、以下に説明する４つの角変位干渉計の中の１つに基づいて、１つの干渉計を備えることができる。検出装置７８４Ａの説明は、第７の実施形態およびその内部の代わりのものの説明の対応する部分と同じである。当業者にとっては、ビーム７３８Ｂの一部を、ビーム・ステアリング鏡７５０のサーボ制御用の信号７４８Ａを生成する目的で、ビーム７３８Ａの一部を、非偏波ビーム・スプリッタ７８２Ａで分割除去するのと同じ方法で、ビーム・ステアリング鏡７５０のサーボ制御用のエラー信号を発生するために、非偏波ビーム・スプリッタ（図示せず）によりビーム７３８Ｂの一部を分割除去できることをすぐに理解することができるだろう。

出力ビーム７３８Ａの第２の部分は、非偏波ビーム・スプリッタ７８２Ａで反射し、ビーム７４２Ａになる。ビーム７４２Ａは、混合光学的ビーム７４４Ａを生成する方向を向いている偏光装置７８６Ａを透過する。ビーム７４４Ａは、検出装置７８８Ａに入射して、混合ビーム７４４Ａの測定ビーム成分および基準ビーム成分の位相差に関連する電気信号７４６Ａを発生する。電気信号７４６Ａは、混合ビーム７４４Ａの測定ビーム成分および基準ビーム成分の位相差に関する情報の以降の処理のために、電子プロセッサおよびコンピュータ７９０に送られる。

同様に、図８ｃについて説明すると、出力ビーム７３２Ｂは、光学システム７９８Ｂに入り、ビーム７３８Ｂとして出力され、偏光装置７８６Ｂを通過して、第３の出力ビーム７４４Ｂになる。第３の出力ビーム７４４Ｂの発生の説明は、第１の干渉計の出力ビーム７３０Ａからの出力ビーム７４４Ａの発生の説明の対応する部分と同じである。第２の干渉計の他の素子の中のあるものは、第１実施形態の素子の類似の機能を行う。ある他の素子の英数字は、末尾のＡがＢに変わったことを除けば、第１の干渉計内で類似の機能を行う素子の英数字と同じである。第２の干渉計内には、非偏波ビーム・スプリッタ７８２Ａに対応する素子は存在しない。

第１および第２の干渉計および測定対物鏡７６０は、それぞれ、混合している第２および第３の出力ビーム７４６Ａおよび７４６Ｂの測定ビーム成分および基準ビーム成分との間に、それぞれ、位相シフトφ１３およびφ１４を導入する。検出装置７８８Ａおよび７８８Ｂは、それぞれ、電気的干渉信号または電気的ヘテロダイン信号ｓ１３およびｓ１４を発生するために、例えば、好適には、光電検出により、それぞれ、混合している第２および第３の出力ビーム７４６Ａおよび７４６Ｂの輝度を測定する。ヘテロダイン信号ｓ１３は、デジタル・フォーマットまたはアナログ・フォーマットで、電子プロセッサおよびコンピュータ７９０Ａおよび７９０Ｂに、それぞれ、信号７４６Ａおよび７４６Ｂとして送られる。この場合、好適には、デジタル・フォーマットを使用することが好ましい。電子プロセッサおよびコンピュータ７９０Ａおよび７９０Ｂは、それぞれ、ヘテロダイン信号ｓ１３およびｓ１４の位相φ１３およびφ１４を抽出する。位相φ１３およびφ１４は、信号７４７Ａおよび７４７Ｂとして、それぞれ、プロセッサ７９０に送られる。プロセッサ７９０は、位相φ１３およびφ１４から、位相差φ１４−φ１３を測定し、位相差φ１４−φ１３から、測定対物鏡７６０の方位の角度θ１３を測定する。角度θ１３は、図８ａ３の面内の測定対物鏡７６０の反射面に垂線の方位であり、下式により計算される。

ここで、

積分は、ガスを含む測定ビームの光学路に沿って行われ、（∂ｎＭ／∂ｓ）は、測定ビームの光学路に直角であり、図８ａの面に平行なベクトルに関して、測定検出に沿った各点でのガスを含む光学路の屈折率の部分的導関数である。この実施形態のように、１つの波長だけで干渉計による測定が行われる実施形態の場合には、式１９内の積分項は無視することができ、θ１３の近似値は、式１９の第１の項だけをベースとするシステムにより測定される。式１９の積分項に対する測定角度θ１３を修正するための方法については、以下に説明するが、この方法は、複数の波長での角度の測定を含む。

第８の実施形態の残りの説明は、本発明の第６および第７の実施形態の説明の対応する部分と同じである。
第８の実施形態の変形例について説明するが、この変形例は、例えば、２つの直交平面内のステージ鏡のような対象の方位を測定するための１つの干渉計システムおよび１つの動的ビーム・ステアリング・アセンブリを備える。第８の実施形態の変形例の干渉計システムは、第８の実施形態の干渉計システムと同じ干渉計システムを備え、第６の実施形態の第１の干渉計に、第６の実施形態の第２の干渉計を追加するのと同じ方法で、第８の実施形態の干渉計システムに第３の干渉計が追加されている。第８の実施形態の変形例の残りの説明は、本発明の第６の実施形態、第６の実施形態の変形例、第７の実施形態および第７の実施形態の変形例、第８の実施形態の説明の対応する部分と同じである。

本発明の第９の実施形態を、ステージ鏡などの対象を線形変位し、方位測定する干渉計システムおよび動的ビーム・ステアリング・アセンブリを備える図１１ａから図１１ｅに示す。第９の実施形態は、１つの線形変位干渉計および２つの角変位干渉計を備える第２のセットの実施形態からのものであり、一方の角変位干渉計はゼロまたは差動モードで作動し、第２の角変位干渉計は非ゼロまたは角変位モードで作動して、ビーム・ステアリング・アセンブリは、線形および角変位干渉計の測定ビームを方向転換する。

第９の実施形態は、本発明の第２、第６および第７の実施形態と同じシステムのタイプである。干渉計システムは、１つの線形変位測定干渉計および２つの角変位測定干渉計を備え、３つの干渉計は対象の表面上にある位置への距離、および同じ位置を中心とする対象の方位変化を測定する。検出される方位変化は、角変位干渉計の特性によって形成される面にある。

本発明の第９の実施形態は、偏波保持光学システム、および線形および角変位測定干渉計の構成要素としてのその使用に関する。第９の実施形態に組み込まれる各偏波保存光学システムは、２つの特性を含む。第１の特性は、このような光学システムのために、光学システムの各反射および屈折表面における入力ビーム、およびそれに対応する出力ビームの偏波状態が全て線形である光学システムへの入力ビームの線形偏波に、１セットの方位の面が存在する。線形偏波方位の面のセットを、以下では固有モードと呼ぶ。したがって、光学システムは、線形偏波の固有モード状態を有するシステムへの入力ビームについて、光学システムの各反射および屈折表面における入力ビーム、およびそれに対応する出力ビームの偏波の線形状態を「保存」する。

このような固有モードを呈する光学システムのセットは、光学システムの任意の反射または屈折表面それぞれにおける固有モードの偏波の面が、その表面における入射面に平行または直角であるよう、反射および屈折表面を備える。入射光線の伝播方向およびその線形偏波が、偏波面を形成する。任意の表面に対する法線および入射光線の伝播方向が、その表面および光線の入射面を形成する。コーナー・キューブ逆反射器が、このような固有モードの提示を保存しない光学システムの一例である。というのは、任意の線形入射偏光は、偏波面が入射面に直角でも平行でもないよう、コーナー・キューブの少なくとも１つの表面に接触するからである。したがって、線形偏波ビームは、少なくとも多少の偏波楕円率を有してコーナー・キューブ逆反射器から出る。

コーナー・キューブ逆反射器がないこともあって、この第１の特性（伝播保存）は、前述した第１、第２、第３、第４および第５の実施形態にも存在する。
第２の特性は、第９の実施形態の装置が、さらに、特定のセットの変換特性を有する光学システムを備えることである。変換特性のセットは、伝播方向の変化の結果生じる光学システムからの出力ビームと入力ビームの伝播方向にある変化の特定の関係を記述し、ここで入力ビームと出力ビームの伝播方向は平行であっても、平行でなくてもよい。コーナー・キューブ逆反射器は、変換特性のセットを呈する光学システムの一例である。変換特性のセットを、以下で変換タイプＴＲｅｔと呼ぶ。変換特性のセットは、平面鏡の変換特性のセットと反対である。例えば、平面鏡への入射角度が増加するにつれ、平面鏡からの反射角度が増加するが、方向は反対である。これに対してコーナー・キューブ逆反射器への入射光線の入射角度が変化すると、出力光線の角度は、入力光線と出力光線を相互に平行に維持するよう、同じ方向に変化する。偏波保存光学システムを使用する他の干渉計とともに、第９の実施形態の干渉計システムおよび動的ビーム・ステアリング・アセンブリについては、さらに、偏波保存光学システムの特性およびタイプＴＲｅｔの変換に関して、１９９９年８月２７日付けの、「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題したＨｅｎｒｙ Ａ．ＨｉｌｌおよびＰｅｔｅｒ Ｊ．ｄｅ Ｇｒｏｏｔの同時係属出願で共通所有の米国特許出願第０９／３８４，８５５号に記載され、その同時係属出願の内容は、引用によって本明細書の記載に援用する。

第９の実施形態は、図１１ａの斜視線図で示すような動的素子１１５５を有する差動平面鏡干渉計１１０１を備える。動的素子１１５５の方位は、測定ビームを対物鏡１１５３に直角に維持するよう働く。

入力ビーム１１７１の説明は、本発明の第１の実施形態の入力ビーム１４源について与えられた説明の相当する部分と同じである。入力ビーム１１７１は、相互に異なる周波数を有する２つの直交偏波成分を備える。入力ビーム１１７１は、偏光境界面１１４３を有する直角プリズム１１４１および菱形プリズム１１４２を備える第１のビーム・スプリッタに入る。偏光境界面１１４３に入射する入力ビーム１１７１の第１の部分は、測定ビーム１１７３として伝送される。偏光境界面１１４３に入射する入力ビーム１１７１の第２の部分は、反射し、内部反射の後に基準ビーム１１７４として第１のビーム・スプリッタから出る。次に、測定ビーム１１７３は動的鏡１１５５から光学サブシステム１１００へと反射し、ここで基準ビーム１１７４として光学サブシステム１１００へと直接伝播する。動的鏡１１５５の方位は変換器１１５６Ａ、１１５６Ｂおよび１１５６Ｃによって制御される。光学サブシステム１１００を通るこれらのビームの伝播を、図１１ａに示し、光学サブシステム１１００の詳細について、以下でさらに詳細に説明する。

測定ビーム１１７３および基準ビーム１１７４は、サブシステム１１００から、それぞれ出力測定ビームおよび基準ビーム１１７５および１１７６として出る。出力測定および基準ビーム１１７５および１１７６は、直角プリズム１１４４および１１４７、菱形プリズム１１４５、およびビーム分割境界面１１４６および１１４８を備える第２のビーム・スプリッタによって結合されて、混合出力ビームおよび第２の出力ビームになる。混合および第２の出力ビームは、それぞれ検出器および信号プロセッサ１１６０および１１６１が受け、これは対物鏡１１５３の線形および角変位に関する情報、および動的鏡１１５５のサーボ制御に使用する、第２の出力ビームの伝播方向の変化の検出など、ビームの位置合わせに関する情報を提供するよう作動する。

以下の座標系は、図１１ａについて形成され、ｙ軸はビーム１１７１、１１７３および１１７４に平行であり、ｚ軸はビーム１１７５および１１７６に平行、ｘ軸はｙ軸およびｚ軸に直角である。プリズム１１４１を出ると、測定ビーム１１７３はｘ軸に沿って線形偏向され、菱形プリズム１１４２を出ると、基準ビーム１１７４はｚ軸に沿って線形偏向される。

光学サブシステム１１００、４分の１波長位相遅れプレート１１５１、および基準鏡１１５４は、第１の光学システムとして、入力基準ビーム１１７４の偏波保存固定モードおよびタイプＴＲｅｔ変換特性を呈する。また、光学サブシステム１１００、４分の１波長位相遅れプレート１１５１、対物鏡１１５３、および固定方位の動的素子１１５５は、第２の光学システムとして、入力測定ビーム１１７４の偏波保存固定モードおよびタイプＴＲｅｔ変換特性を呈する。

光学サブシステム１１００は、それぞれ図１１ｂ、図１１ｃ、図１１ｄおよび図１１ｅで概略的に示す改造ポロ・プリズム１１２１およびプリズム１１２５、１１２９および１１３３を備える。図１１ｂ、図１１ｃ、図１１ｄおよび図１１ｅは、それぞれｘ−ｙ、ｘ−ｚおよびｙ−ｚ面からのポロ・プリズム１１２１およびプリズム１１２５、１１２９および１１３３の図を示し、特定の面が座標軸によって図の左側で規定される。表面１１２８および１１３０を備える境界面は、偏波ビーム・スプリッタ境界面である。

第１の光学システムの２つの偏波保存固有モードがあり、２つの固有モードの入力偏波状態は、それぞれプリズム１１３３の表面１１３６における入射面に直交および平行である。２つの偏波保存固有モードの対応する出力偏波状態は、プリズム１１２１の表面１１２３における入射面に直交および平行である。固有モードは、偏波を保存する。というのは、固有モードの偏波状態が、第１の光学システム内で反射および屈折するごとに個々の入射面に平行または直交するからである。

第２の光学システムにも２つの偏波保存固有モードがあり、２つの固有モードの入力偏波状態は、それぞれ動的素子１１５５の第１の表面における入射面に直交および平行である。動的素子１１５５の第１の表面における入射面は、ポロ・プリズム１１２１の表面１１２３における固有モードのビームの入射面に平行である。２つの偏波保存固有モードの対応する出力偏波状態は、それぞれ、動的素子１１５５の表面の入射面に平行および直交する。固有モードは偏波を保存する。というのは、固有モードの偏波状態が、第２の光学システム内で反射および屈折することに個々の入射面に平行または直交するからである。

偏波保存特性は、前述した第１、第２、第３、第４および第５の実施形態にも存在する。
第９の実施形態の第１および第２の光学システムの、それぞれ入力ビーム１１７３および１１７４の伝播方向変化によって生じる出力ビーム１１７５および１１７６の伝播方向の変化に対する変換特性は、タイプＴＲｅｔ変換の特性と同じである。例えば、動的鏡１１５５に対する測定ビーム１１７３の入射角度が増加すると、動的鏡１１５５からの出力ビーム１１７５の基準角度が減少する。

構成要素１１６０による混合ビームの検出および処理の説明は、第７の実施系他の分析器６７８、検出器６８０、および電子プロセッサおよびコンピュータ６８２Ｈによるビーム６４０の検出および処理に関する説明（図７ａ参照）と同じである。構成要素１１６１による第２の出力ビームの検出および処理に関する説明は、第７の実施形態の検出器６８１Ｈ１、および電子プロセッサおよびコンピュータ６８２Ｈによるビーム６４１Ｈの検出および処理に関する説明（図７ａ参照）の対応する部分と同じである。第９の実施形態の変換器１１５６Ａ、１１５６Ｂおよび１１５６Ｃの制御に関する説明は、第７の実施形態のサーボ・コントローラ６７６による変換器６５３Ａおよび６５３Ｂの制御に関する説明（図７ａ参照）の対応する部分と同じである。

第３の出力ビーム（図１１ａには図示せず）は、動的鏡１１５５によって反射した測定ビーム１１７３の部分から分割することによって生成される。第３の出力ビームの検出および処理に関する説明は、第７の実施形態の検出器６８１Ｈ２、および電子プロセッサおよびコンピュータ６８２Ｈによるビーム６４１Ｈの検出および処理に関する説明（図７ａ参照）の対応する部分と同じである。

あるいは、第９の実施形態の別の変形では、処理は第６の実施形態（図６ａ参照）と同様でよい。特に、ビーム分割菱面体は、構成要素５５９Ａおよび５５９Ｂがビーム５３１を２つに分割し、これを図６ａの動的鏡５５２に配向するのと同様、測定ビームが動的鏡１１５５から反射して出力ビーム１１７５を形成する前に配置することができる。その後、動的鏡１１５５から反射する測定ビーム、および基準出力ビーム１１７６の２つの部分の処理は、図６ａの実施形態にあるビーム５３３、５３４および５１６それぞれの処理と同じである。

第９の実施形態のさらなる変形では、干渉計システムは、構成要素１１６０によって測定された干渉計信号に基づき、対物鏡１１５３までの距離の変化のみを測定する（その角度方位の変化は測定しない）。構成要素１１６１は、例えば、空間情報または干渉計情報などを提供する測定出力ビーム１１７５の部分に基づき、サーボ情報を提供して、動的鏡１１５５の方向を転換する。

第９の実施形態の残りの説明は、本発明の第１、第２、第４、第５、第６および第７の実施形態、および米国特許出願第０９／１５７，１３１号の第６の実施形態に関する説明の対応する部分と同じである。

ステージ鏡などの対象の方位のエラーを２つの直交面で測定する干渉計システムおよび動的ビーム・ステアリング・アセンブリを備える、本発明の第９の実施形態の変形について説明する。第９の実施形態の変形に関する説明は、第２および第３の出力ビームの検出および電子的処理まで、第９の実施形態に関する説明と同じである。第９の実施形態の変形では、第４および第５の出力ビームの検出および処理に関する説明は、第７の実施形態の変形の検出器６８１Ｖ１および６８１Ｖ２、および電子プロセッサおよびコンピュータ６８２ＨＶによる出力ビーム６４１Ｖおよび６１４Ｖの検出および処理に関する説明（図７ｃ参照）の対応する部分と同じである。第９の実施形態の変形の変換器１１５６Ａ、１１５６Ｂおよび１１５６Ｃの制御に関する説明は、第７の実施形態の変形のサーボ・コントローラ６７６ＨＶによる変換器６５３Ａ、６５３Ｂおよび６５３Ｃ（図示せず）の制御に関する説明（図７ａ参照）の対応する部分と同じである。

第９の実施形態の変形に関する残りの説明は、第９の実施形態、第６の実施形態の変形、および本発明の第７の実施形態の変形について与えられた説明の対応する部分と同じである。第９の実施形態およびその変形は、動的距離および角度測定干渉計システムの特にコンパクトな配置構成を提供する。

最初の９つの実施形態およびその変形は、米国特許出願第０９／１５７，１３１号の特定の実施形態の変形に基づく。米国特許出願第０９／１５７，１３１号の実施形態のその他も、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、角変位干渉計を生成する本発明の最初の９つの実施形態およびその変形で使用する技術および手順を使用して、角変位を測定する変形形態にも使用することができることは当業者には明白である。

本発明の第２のセットの実施形態からの実施形態について、次に説明し、ここで各実施形態は、少なくとも１つの角変位干渉計および１つの線形変位干渉計を備える。これらの実施形態の第１は第１０の実施形態で、図２に概略的に示す第２の実施形態の干渉計システムおよびビーム・ステアリング・アセンブリを備えるが、検出器およびプロセッサ１８０が追加の機能を実行する。第１０の実施形態では、検出器およびプロセッサ１８０は、さらに、位相φ２およびφ３から平均位相（φ２＋φ３）／２を計算し、平均位相に基づき、測定路と基準路間の物理路長Ｌの差、つまり、Ｌ＝（φ２＋φ３）／２ｎｋを計算し、ここで、ｋは波数ベクトル、ｎは測定路のガスの屈折率である。第１０の実施形態では、測定値Ｌは、その反射表面に対して直角の方向で、ビーム・ステアリング鏡１６０の並進に感作する。

第１０の実施形態の測定ビームの基準線は、測定ビーム１１８の方向、ビーム・ステアリング鏡１６０の画定されたゼロ方位、垂直入射で測定対物鏡１６６に入射する測定ビーム、および偏波ビーム・スプリッタ１４２、ビーム・スプリッタ・アセンブリ１４４および鏡１４８の位置関係によって形成される。例えば、ビーム・ステアリング鏡１６０がゼロ方位にあり、測定ビームが垂直入射で測定対物鏡に入射し、ビーム１２２の対応する路長がビーム１２５の対応する路長の２分の１である状態で、ビーム１２０の対応する路が基準線を形成する。

測定線は、垂直入射で測定対物鏡１６６と交差するビーム１２０の路によって形成される。平均位相（φ２＋φ３）／２によって表される線形変位は、測定線によって測定された変位であり、測定対物鏡１６６の対応する方位変化のコサインだけ、測定対物鏡１６６の基準線に沿って測定される変位に関する。関係に従属する第１のオーダーの方位がないというこの文脈で、測定線はゼロのアッベ・オフセットを有する。あるいは、非ゼロ・アッベ・オフセットは、ビーム・スプリッタ・アセンブリ１４４および鏡１４８に対する偏波ビーム・スプリッタ１４２の位置を変更することにより、第１０の実施形態内に設計することができる。
この場合、関係に第１のオーダーの方位従属性がある。

第１０の実施形態に関する残りの説明は、第２の実施形態に関する説明の対応する部分と同じである。他の実施形態では、位相φ２およびφ３の一方のみに基づき、検出器およびプロセッサ１８０によって同様の距離計算を実行することができる。

実施形態の第２のセットの第２の実施形態、つまり第１１の実施形態は、図６ａおよび図６ｂに概略的に示す第６の実施形態の干渉計システムおよびビーム・ステアリング・アセンブリを備えるが、プロセッサ５８２が追加の機能を実行する。第１１の実施形態では、プロセッサ５８２は、さらに、φ７に基づき、測定路と基準路の物理路長Ｌの差、つまり、Ｌ＝φ７／２ｎｋを計算し、ここでｋは波数ベクトル、ｎは測定路のガスの屈折率である。第１１の実施形態では、Ｌの測定値は、屈折表面に垂直方向におけるビーム・ステアリング鏡５５２の第１のオーダーの並進に感作しない。

第１１の実施形態の測定ビームの基準線は、測定ビーム５１１の方向、ビーム・ステアリング鏡５５２の画定されたゼロ方位、垂直入射で測定対物鏡５６２に入射する測定ビーム、および偏波ビーム・スプリッタ５５８、鏡アセンブリ５５６、鏡５５４、５６４Ａおよび５６４Ｂおよびビーム・ステアリング鏡５５２の位置関係によって画定される。例えば、ビーム・ステアリング鏡５５２がゼロ方位にあり、測定ビームが垂直入射で測定対物鏡５６２に入射し、ビーム５１１によってビーム・ステアリング鏡５５２に形成されたスポットを反対側の表面５５２に投影したものが、ビーム５３３によって形成されたスポットと一致する状態で、φ７を使用して物理路長の差を求める場合に、ビーム５２１の対応する路が、基準線を形成する。

測定線は、φ７を使用して、垂直入射で測定対物鏡５６２と交差する物理路長の差を求める場合に、ビーム５２１の路によって形成される。位相φ７によって表される線形変位は、測定線に沿って測定された変位であり、測定対物鏡５６２の対応する方位変化のコサインだけ、測定対物鏡５６２の基準線に沿って測定される変位に関する。関係に従属する第１のオーダーの方位がないというこの文脈で、測定線はゼロのアッベ・オフセットを有する。

あるいは、位相φ８を使用して線形変位を決定することができる。この場合、対応する基準線は基準線φ７に平行であるが、距離ａだけ変位する。測定線φ８はビーム５２１の路と一致し、測定線に沿って測定される変位は、基準線に沿って測定対物鏡５６２まで測定した、測定対物鏡５６２の方位の対応する変化のコサイン、およびａと測定対物鏡５６２の対応する方位変化との積に比例する項だけの変位に関連する。関係に第１のオーダーの方位従属性があるという文脈で、測定線は非ゼロのアッベ・オフセットａを有する。同様に、他の実施形態では、位相φ７とφ８との平均を使用して、対応するａ／２の非ゼロのアッベ・オフセットで変位Ｌを計算することができる。

ａおよびａ／２以外のアッベ・オフセットは、対物鏡５６２に衝突する測定ビームの路の横変位に導入することにより、第１１の実施形態に組み込むことができる。横変位は、ビームの平行並進を表し、第１の実施形態の菱形４１のような菱形プリズムによって生成することができる。

第２のセットの実施形態のうち第３の実施形態、つまり第１２の実施形態は、図７ａおよび図７ｂで概略的に示す第７の実施形態の干渉計システムおよびビーム・ステアリング・アセンブリを備えるが、プロセッサ６８２Ｈが追加の機能を実行する。第１２の実施形態では、プロセッサ６８２Ｈがさらに、φ１０に基づいて、測定路と基準路の物理路長Ｌの差、つまりＬ＝φ１０／２ｎｋを計算し、ここでｋは波数ベクトル、ｎは測定路のガスの屈折率である。第１２の実施形態では、Ｌの測定値は、その反射面に垂直方向のビーム・ステアリング鏡６５２の並進に第１のオーダーで感作しない。

第１２の実施形態の測定ビームに関する基準線は、測定ビーム６１１の方向、ビーム・ステアリング鏡６５２の画定されたゼロ方位、垂直入射で測定対物鏡６６２に入射する測定ビーム、および偏波ビーム・スプリッタ６５８、鏡アセンブリ６５６、鏡６５４、６６４Ａおよび６６４Ｂ、およびビーム・ステアリング鏡６５２の位置の関係によって画定される。例えば、ビーム・ステアリング鏡６５２がゼロ方位にあり、測定ビームが垂直入射で測定対物鏡６６２に入射し、ビーム・ステアリング鏡６５２上にビーム６１１によって形成されたスポットが、６５２の反対面に投影されたものが、ビーム６３３によって形成されたスポットと一致する状態で、ビーム６２１の対応する路は、φ１０を使用して物理路長の差を求める場合に基準線を形成する。

測定線は、垂直入射で測定対物鏡６６２と交差するφ１０の基準線を使用する場合、ビーム６２１の路によって形成される。位相φ１０によって表される線形変位は、測定線に沿って測定される変位であり、測定対物鏡６６２の対応する方位変化のコサインだけ、測定対物鏡６６２の基準線に沿って測定される変位に関する。関係に従属する第１のオーダーの方位がないというこの文脈で、測定線はゼロのアッベ・オフセットを有する。

アッベ・オフセットは、対物鏡６６２に衝突する測定ビームの路に横変位を導入することにより、第１２の実施形態に組み込むことができる。横変位は、ビームの平行な並進を表し、第１の実施形態の菱形４１のような菱形プリズムによって生成することができる。

上述した第１０、第１１および第１２の実施形態と同様の他の実施形態では、干渉計システムは、２つの直交面で測定対象の角変位を測定することができ、測定対象の線形変位も測定することができる。このような３つの実施形態は、それぞれ、上述した第２の実施形態およびおよび第１０の実施形態の変形に関する説明、上述した第６の実施形態（図６ｃから図６ｇ）および第１１の実施形態の変形に関する説明、および上述した第７の実施形態（図７ｃから図７ｄ）および第１２の実施形態の変形に関する説明から辿ることができる。

第２のセットの実施形態のうち第４の実施形態、つまり第１３の実施形態は、図８ａから図８ｃで概略的に示す第８の実施形態の干渉計システムおよびビーム・ステアリング・アセンブリを備えるが、プロセッサ７９０が追加の機能を実行する。第１３の実施形態では、プロセッサ７９０がさらに、φ１３に基づいて、測定路と基準路の物理路長Ｌの差、つまりＬ＝φ１３／２ｎｋを計算し、ここでｋは波数ベクトル、ｎは測定路のガスの屈折率である。第１３の実施形態では、Ｌの測定値は、その反射面に垂直方向のビーム・ステアリング鏡７５０の並進に第１のオーダーで感作しない。あるいは、他の実施形態では、信号プロセッサ７９０がφ１４からの線形変位Ｌまたはφ１３とφ１４との平均を計算する。さらに、他の実施形態では、干渉計システムは２つの直交する面に沿った角度も測定する。第１２の実施形態で測定した変位は、上述したものと同様のアッベ・オフセットを含むことができる。アッベ・オフセットの説明は、第２のセットの実施形態のうち第１、第２および第３の実施形態に関する説明の対応する部分と同じである。

上述した第１および第２のセットの実施形態にある実施形態での角度および線形変位は、測定路のガスの屈折率ｎＭに依存する。したがって、例えば、測定路に沿った乱流などによって生じた屈折率の変化が、角度および変位の測定値を変更することがある。このような効果を補正するため、上述した干渉計システムのいずれも、少なくとも２つの別個の波長成分、例えば、分散干渉計を含む測定および基準ビームを含むことができる。各波長の基準および測定ビーム成分は、相互に結合されて、出口ビームの重複対を形成する。次に、各波長の干渉計信号、例えば、位相φｉを個々の出口ビームの重複対から導かれる。複数の波長を測定するため、上述したような干渉計システムを構成することが、１９９９年５月５日に出願され、「Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐａｓｓ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉ−Ｐａｓｓ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｈａｖｉｎｇ ａ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂｅａｍ−Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｄｉｓｔａｎｃｅ， Ａｎｇｌｅ， ａｎｄ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ」と題したＨｅｎｒｙ Ａ．ＨｉｌｌおよびＰｅｔｅｒ ｄｅ Ｇｒｏｏｔの米国特許出願第０９／３０５，８７６号に記載され、その内容は引用によって本明細書の記載に援用する。

このような実施形態では、上述した実施形態の処理システムおよび／または角度測定システムが、２つ以上の波長で個々の位相φｉを処理する。つまり、位相φｉがさらに、φｉｊ＝φｉ（λｊ）により波長に対して割出され、ここでλｊは特定の成分の波長を規定する。同様に、１つまたは複数の位相φｉに関して上記で定義した項ηｉは、ここでさらにηｉｊとして割出され、位相φｉの波長λｊを規定する。次に、処理システムおよび／または角度測定システムは、以下で説明するように、角変位測定へのガスの屈折効果を計算する。

本明細書で述べる実施形態の説明によると、測定対象について測定された角方位は、個々の測定路のガスの屈折効果について補正する必要がある。第２、第３、第５、第６、第７および第８の実施形態のθｉに関する式で与えられるような補正Δθｉは、下式のように表される。

補正Δθｉは、ガスの分散の勾配および逆分散率Γに関して適切な近似まで書き直すことができる。逆分散率Γは、ガスの固有光学特性であり、下式のように定義される。

ここで、ｌ、ｑおよびｕは、それぞれ分散干渉計に使用する波長λｌ、λｑおよびλｕに対応する屈折率であり、ｑ≠ｕである。測定路のガスの組成に重大な勾配がないガスでは、式（２１）および式（２２）を組み合わせて、下式を生成することができる。

または

屈折率の勾配の差は、個々の波長で測定したθｉの差から得られ、ここでθｉの測定値はガスの屈折効果について補正されていない。特に、処理システムおよび／または角度測定システムは、式（２５）にしたがって補正値を計算することができる。

ここで、θｉｑおよびθｉｕは、第２、第３、第５、第６、第７および第８の実施形態からそれぞれ波長λｑおよびλｕについて測定した角度に対応する（指数ｉは個々の実施形態を指す）。測定した角度θｉｑおよびθｉｕは、言うまでもなく、第２、第３、第５、第６、第７および第８の実施形態のθｉについて上記で示した式に示したような屈折率勾配補正値を含まない。角度および線形変位測定に対するガスの屈折率効果の補正は、両方とも、同じガス本来の特性、つまり逆分散率Γを使用することに留意されたい。したがって、逆分散率Γを使用し、２つ以上の波長で干渉計角度を測定し、式（２５）を適用することにより、乱流などについて干渉計の角度測定を補正することができる。Γを求める測定値および方法は、１９９９年１月１９日付けの、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｏｆ Ａ Ｇａｓ」と題したＨｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌの同時係属出願で共通所有の米国特許出願第０９／２３２，５１５号に記載され、その内容は引用によって本明細書の記載に援用する。

４つの干渉計システムおよびその変形を、本明細書で、光線の方位変化の測定について説明する。光線の伝播方向の変化を測定し、監視して、２本の光線の伝播方向間角度を確立および／または測定するための、１つの面または２つの直交面にある光線成分の相対的伝播方向の変化を測定し、監視する干渉計システムの装置および方法。上述したように、光線の方向変化を測定する干渉計システム（角変位干渉計とも呼ぶ）は、動的ビーム・ステアリング素子を使用する上述した実施形態の角度測定検出器に使用することができる。

第１の干渉計システムおよびその変形は、１つの面または２つの直交面にある光線成分の相対伝播方向の変化を測定し、監視する。第２の干渉計システムは、第２の干渉計システムの装置によって固定された方向に対する１つの面のビーム成分の伝播方向における変化を測定する。第３の干渉計システムおよびその変形は、第３の干渉計システムの装置によって固定された方向に対する１つの面のビームの伝播方向における変化を測定する。第４の干渉計システムおよびその変形は、任意の面にある２本のビームの伝播方向間の角度が、いつ最終用途により所定の値と同じになるか干渉計で決定するか、２本のビームの伝播方向間の角度を任意の面で測定する、あるいはその両方を実行する。

第１の干渉計システムを図１２ａで概略的に示す。入力ビーム２０１２は、ｆ₁₀₁という周波数の差を有する２つの直交して偏波する成分を備える。入力ビーム２０１２の２成分の伝播方向は、相互に同じでも、異なってもよい。入力ビーム２０１２は、概ね要素番号２０３０で示したエタロンにギャップｄで衝突する。エタロン２０３０の内面における入力ビーム１２の第１および第２の成分の入射角度はそれぞれθ_o,101およびθ_o,102である。角度θ_o,101およびθ_o,102は、エタロン２０３０による入力ビーム２０１２の第１および第２の成分の透過が、それぞれ、ｊ＝１０１，１０２である場合にθｏ，ｊ＝０で可能な透過の最大値を除くほぼ最大値になるよう選択する。第１の干渉計システムでは、角度差（θ_o,102−θ_o,101）が対応する透過ピークの角度幅より小さい。

入力２０１２の第１および第２の成分は、出力ビーム２０２２の第１および第２の直交偏波ビーム成分として透過される。出力ビーム２０２２は、偏光器２０３６によって透過され、混合ビーム２０２６を形成する。混合ビーム２０２６は、レンズ２０４６によって検出器２０５８上の画像スポットに集束する。画像スポットを形成するビームは、検出器２０５８によって電気干渉信号２０２８として光電検出で検出することが好ましい。

信号２０２８は、ｆ₁₀₁に等しいヘテロダイン周波数、入力ビーム２０１２の第１および第２の成分の周波数差、およびヘテロダイン位相φ_101,102を有するヘテロダイン信号である。信号２０２８は、２０２９で概ね指定されたような適切にプログラミングした汎用コンピュータで、またはカスタム化した電子プロセッサまたはその同等物で処理することができる。

レンズ２０４６における非アポディゼーション矩形口の非制限的な例では、ヘテロダイン信号２０２８を生じるビーム２０２６の成分に関する図１２ａの面の画像スポットでの強度輪郭Ｉ_h,101は、適切な近似まで下式のように書かれる。

ここで、

δ’_101,102＝（δ’₁₀₂＋δ’₁₀₁）／２、ｐ_101,102＝（ｐ₁₀₂＋ｐ₁₀₁）／２、ｂは図１２ａの面におけるレンズ２０４６での矩形口の幅、Ｃ_h,101は比例定数、Ｒ１０１はエタロン２０３０の内面の強度反射率、ω₁₀₁＝２πｆ₁₀₁、およびｋおよびｎはそれぞれ、入力ビーム成分の波数およびエタロン３０のギャップにおける媒体の屈折率である。角度θ_o,101およびθ_o,102は図１２ｂで定義される。

ヘテロダイン信号２０２８は、画像スポットのＩ_h,101の整数に比例する。透過ピーク、つまりδ’ｊ＝２ｑｊπであり、ここでｑｊは一般に１より大きい整数であり、φｊ≒２ｑ’ｊπであり、ここでｑ’ｊは整数で、θ_o,101およびθ_o,102の変化に対するヘテロダイン位相φ１，２の感度は下式で表現することができる。

本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本発明の一般的特性を示す上で複雑さを軽減するために、式（３０）の次数の高い項は削除してある。

ヘテロダイン位相φ_101,102＝φ₁₀₂−φ₁₀₁は、ヒルベルト変換などの場合のように時間ベースの位相分析手順を使用して獲得してもよい。
エタロン間隔がｄ＝４ｍｍ、Ｒ₁₀₁＝０．９９、λ＝６３３ｎｍ、ｎ＝１．０００、および［（θ_o,102＋θ_o,101）／２］＝０．０１２９ｒａｄである場合、θ_o,101とθ_o,102の変化に対する位相φ_101,102の感度は下式の通りである。

または、位相φ_101,102の変化の測定値から、（ｄθ_o,102−ｄθ_o,101）について推定値の感度について表現すると、下式の通りである。

第１の干渉計システムでは、角度差（ｄθ_o,102−ｄθo,101）の測定は、光学的差分手法に基づき、ここで第１のビーム成分と第２のビーム成分との位相差の測定値は、第１および第２のビーム成分の両方に共通の周波数シフトの効果に第１のオーダーでは感作しないことが明白である。

入力ビーム成分の伝播方向の相対的変化を測定する上での精度向上は、第１のビーム成分と第２のビーム成分間の低周波数分割で操作することによって獲得することができる。特定の最終用途で低周波数分割を使用するという選択肢は、入力ビーム２０１２の変化の測定および監視に使用するヘテロダイン信号２０２８の位相に、第１のオーダーの入力ビーム周波数シフトの効果がないことの直接的結果である。

入力ビームの伝播方向の変化を測定し、監視するために使用する電気干渉信号の位相は、上述したようなヘテロダイン技術を使用するか、周波数がｆ１０１≒０である場合のヘテロダイン技術を使用して決定することができる。

第１の干渉計システムは、式（３２）のｄφ_101,102の係数が正確に分からない状態で、ゼロ検出器として使用することができる。式（３２）のｄφ_101,102の係数を校正した状態で、第１の干渉計システムを使用し、対応する透過ピークの幅より小さい入力ビーム２０１２の第１および第２の成分の伝播方向の相対的変化を測定することができる。対応する透過ピークの幅程度、またはそれより大きい入力ビーム２０１２の第１および第２の成分の伝播方向に相対的変化がある最終用途では、以下で述べる第３の干渉計システムが好ましい干渉計システムである。

第２の干渉計システムを図１３に概略的に示す。第２の干渉計システムの装置は、第１の干渉計システムの装置と同じ構成要素および２つの複屈折プリズム２０４０および２０４２を備える。複屈折プリズム２０４０は、入力ビーム２０１２の第１の成分と第２の成分の間に角度を導入し、したがってθ_o,101およびθ_o,102はエタロン２０３０の２つの異なる透過ピークに相当する。複屈折プリズム２０４２は、エタロン２０３０から出たビームを再結合し、したがって入力ビーム２０１２の第１および第２の成分にそれぞれ関連する出力ビーム２１２６の第１および第２の成分は、入力ビーム２０１２の第１および第２の成分とほぼ同じ相対的伝播方向を有する。例えば、第２の干渉計システムがθ_o,102である場合は、θ_o,101の変化に対する位相φ_101,102の感度は、ｄθ_o,102＝０の状態で式（３０）および式（３１）で表される。同様に、位相φ_101,102の変化の測定値から、ｄθ_o,101の推定値の感度は、ｄθ_o,102＝０の状態で式（３２）によって表される。

したがって、式（３２）のｄφ_101,102の係数を校正した状態で、第２の干渉計システムを使用し、第２の干渉計システムの装置の方向に対する入力ビーム２０１２の第１の成分の伝播方向の変化を測定することができる。第２の干渉計システムは、干渉計システムに関する本発明の範囲または精神から逸脱することなく、入力ビーム２０１２の第２の成分の伝播方向の変化を測定するよう、同様に良好に構成できることが当業者には明白である。

第２の干渉計システムに関する残りの説明は、第１の干渉計システムに関する説明の対応する部分と同じである。
第３の干渉計システムを図１４ａに概略的に示す。第３の干渉計システムは、第３の干渉計システムの装置によって固定された方向に対して、ビームの電波方向の変化を１つの面で測定する。第３の干渉計システムでは、ビームの方向変化は、最初に、光路長の変化に含まれる情報に変換され、次に、光路長の変化に含まれる情報を干渉計で測定する。測定された光学路の変化は、その後、対応するビームの方向変化の決定に使用される。

図１４ａに示す第３の干渉計システムの装置は、第１の干渉計システムの構成要素と同じ構成要素を多数備える。第１の干渉計システムの要素と同じ機能を実行する第３の干渉計システムの要素は、第１の干渉計システムの対応する要素の要素番号と同じ要素番号を２００増加させた番号を有する。入力ビーム２２１３は、単一周波数の光線である。第３の干渉計システムの装置は、さらに、差動平面鏡干渉計２２６２を備え、測定対象は鏡２２６３Ａ、２２６３Ｂ、および２２６４およびエタロン２２３０の反射面で形成される。

図３ａで要素２２２８として指示された信号ｓ１０５を生成するビームの、図１４ａの面の画像スポットにおける強度輪郭は、下式として良好な近似まで表すことができる。

ここで、

Ｃ₁₀₅は、エタロン２２３０の反射面の比例定数、Ｒ₁₀₅は強度反射率である。

フィネスが高いエタロン・システムでは、式（３３）によって与えられるＩ_h,105は下式まで減少する。

δ’₁₀₅＝２ｑ₁₀₅πで、ｑ₁₀₅は整数である。式（３６）で表したＩ_h,105は、ｐ₁₀₅の値（ｐ₁₀₅）₀に関するテイラー級数で下式のように書くことができる。

式（３４）から、次の関係式が得られる。

干渉計システムの本発明の範囲または精神から逸脱することなく、本発明の重要な特徴を示すために、式（３８）からは高次の項が削除されている。

第３の干渉計システムの操作では、量（ｎｄ）は振幅Δ（ｎｄ）を有する角周波数ω₁₀₅で変調されるか、下式として書かれる。

ｐ₁₀₅に関する式（３７）の式、および式（３８）および式（３９）によって与えられる（ｎｄ）を使用して、Ｉ_h,105に関する式が得られる。

角周波数ω₁₀₅におけるＩ_h,105のフーリエ成分の振幅は、（ｐ₁₀₅）₀の非ゼロ値に比例する。第３の干渉計システムでは、フーリエ成分の測定値を、サーボ制御システムのエラー信号として使用し、（ｐ₁₀₅）₀＝０になるよう（ｐ₁₀₅）₀をサーボ制御することができる。（ｐ₁₀₅）₀＝０である場合は、エタロン２２３０の伝達関数が最大である画像スペースの場所を光線２２１３が通過することが理解される。

第３の干渉計システムにおける（ｐ₁₀₅）₀の制御は、圧電変換器（図１４ａには図示せず）によってエタロン２２３０の間隔ｄを変更することによる。圧電変換器への信号は、信号２２２８から得られる。

フーリエ成分の振幅は、係数（ｋｂ）²／（６ｔａｎθ_0,105）が存在するために、（ｐ₁₀₅）₀のエラーまたは非ゼロ値に高い感度を呈することに留意されたい。係数（ｋｂ）²／（６ｔａｎθ_0,105）の値は、ｂ＝４ｍｍ、ｎ＝１．０００、λ＝６３３ｎｍ、およびθ_0,105＝０．０１４ｒａｄの場合に、１．９×１０¹⁰である。［Δ（ｎｄ）／（ｎｄ）］＝１０^-5および１０^-8の（ｐ₁₀₅）₀エラーで、振幅Ｃ₁₀₅の信号成分に対するω５での信号の振幅は、０．００１９である。

（ｐ₁₀₅）₀＝０になるような（ｐ₁₀₅）₀の制御は、入力ビーム２２１３の伝播方向の変化を、光路長の変化に含まれる情報に変換する。次に、光路長（ｎｄ）の変化に含まれる情報を使用して、入力ビーム２２１３の伝播方向における対応する変化を決定する。光路長（ｎｄ）の変化は、第３の干渉計システム内で第２の干渉計、つまり差動平面鏡干渉計２２６２によって測定される。次に、θ_0,105の変化は、δ’₁₀₅＝２ｑ₁₀₅πおよび（ｐ₁₀₅）₀＝０に留意して、式（３４）を使用して光路長（ｎｄ）の測定値の変化から得られる。この手順の流れ図を図１６に示す。干渉計２２６２の測定ビームは、光路長（ｎｄ）の変化に対する第２の干渉計２２６２の感度を上げるよう、エタロン２２３０の反射率の高い表面で複数回反射するよう配置される。

ビーム２２１３が、ヘテロダイン・モードで作動する変位測定干渉計から得られるビームである最終用途では、第２の干渉計２２６２の入力ビーム源は、変位測定干渉計への２周波数入力ビームの一部であり、したがって第２の干渉計２２６２もヘテロダイン・モードで作動する。

第３の干渉計システムに関する残りの説明は、第１の干渉計システムに関する説明のために与えられた説明の対応する部分と同じである。
第３の干渉計システムの変形を図１４ｂに概略的に示す。第３の干渉計システムの変形の装置は、同じ要素番号を有する第３の干渉計システムの装置の要素、および図１４ｂで概ね要素２２３１として指示されるエタロンを備える。

エタロン２２３１は、媒体として電気光学結晶を有し、フィネスが高いキャビティ表面を備える。第３の干渉計システムの変形では、光路長（ｎｄ）は、電気光学結晶に電界を加えることによって制御される。電界は、エタロン２２３１の透明な電極に加えた電気信号２２４０によって生成される。電気信号２２４０の成分は、ヘテロダイン信号２２２８に基づき、電子プロセッサ２７０によってサーボ制御信号として生成される。電気信号２２４０は、角周波数ω₁₀₅で変調した成分も含む。電気信号２４０のサーボ信号成分は、（ｐ₁₀₅）₀＝０になるよう（ｐ₁₀₅）₀を制御するように電界を制御する。

（ｐ₁₀₅）₀＝０になるような（ｐ₁₀₅）₀の制御は、入力ビーム２２１３の伝播方向の変化を、光路長（ｎｄ）の変化に含まれる情報に変換する。特定の最終用途では、光路長（ｎｄ）の変化は、電子プロセッサ２２７０が、電気信号２２４０のサーボ制御信号成分から出力信号２２４２として、さらにｎと印加電気信号の関係に関する知識から直接得られる。

特定の他の最終用途では、光路長（ｎｄ）の変化は、光源２２１０、入力ビーム２２１４、出力ビーム２２２７、検出器２２５９、電気信号２２２９、電子プロセッサ２２７１、およびサーボ制御信号２２４１を備える第２の光学システムによって測定される。入力ビーム２２１４の伝播方向は、エタロン２２３１の反射率の高い表面と直交する。

供給源２２１０は、単一モード・レーザ・ダイオードなど、単一周波数ビームの供給源を備える。供給源２２１０の波数ｋ₁₀₆は、レーザ・ダイオードへの注入電流を変調することにより、角周波数ω₁₀₆で変調される。角周波数ω１０６での出力ビーム２２２９の成分は、電子プロセッサ２２７１によって使用され、サーボ制御信号２２４１を生成する。サーボ制御信号２２４１は、供給源２２１０へ伝送され、２ｋ₁₀₆ｎｄ＝２πｑ₁₀₆になるよう波数ｋ₁₀₆を制御し、ここでｑ₁₀₆は整数である。２ｋ₁₀₆ｎｄ＝２πｑ₁₀₆の状態で、入力ビーム２２１３の伝播方向の変化は、波数ｋ₁₀₆の変化に含まれる情報に変換されている。

ｋ₁₀₆の変化は、周知の技術を使用して測定される。１つの周知の技術は、ビーム２２１４の一部と固定周波数の基準ビームとの間のうなり周波数を測定する。第２の周知の技術は、固定物理長の光学路の変化を干渉計で測定する。特定の最終用途には、ダイオード・レーザへの注入電流と波数ｋ₁₀₆との関係に関する知識を使用して、ｋ₁₀₆の変化を監視する。これで、θ_o,105の変化は、δ’₁₀₅＝２ｑ₁₀₅π、（ｐ₁₀₅）₀＝０、および２ｋ₁₀₆ｎｄ＝２πｑ₁₀₆として、式（３４）を使用して波数ｋ₁₀₆の変化の測定値から得られる。

第３の干渉計システムの変形に関する残りの説明は、第３の干渉計システムに与えられた説明の対応する部分と同じである。
第４の干渉計システムを図１５に概略的に示す。第４の干渉計システムは、所与の面におけるビーム２本の伝播方向間の角度が、最終用途にしたがって所定の値とどの程度同じであるか、干渉計で求める。第４の干渉計システムの変形は、ある面で、ビーム２本の伝播方向間の角度を干渉計で測定する。

図１５に示す第４の干渉計システムの装置は、第１の干渉計システムの構成要素と同じ構成要素を多数備える。図１５に要素２３３０として概ね指示されているエタロン２３３０の特性を除き、第１の干渉計システムの要素と同じ機能を実行する第４の干渉計システムの要素は、第１の干渉計システムの対応する要素の要素番号を３００増加した要素番号を有する。

第４の干渉計システムの装置は、２つの干渉計サブシステムを備える。第１の干渉計サブシステムは、入力ビーム２３１３の伝播方向のエラーを指示する電気信号２３２８を生成する。入力ビーム２３１３は単一周波数の光線である。エラーは、所定の値θ_o,107からの角度θ₁₀₇の変化であり、ここで角度θ₁₀₇は、エタロン２３３０のキャビティ（図１５参照）を形成する２つの表面への法線に対する、図１５の面における入力ビーム２３１３の伝播方向の角度である。第２の干渉計サブシステムは、所定の値に合わせてエタロン２３３０の間隔ｄ₁₀₇を制御する制御信号２３４０を生成する。間隔ｄ₁₀₇は、１組の圧電変換器（１つを図示）を備える変換器２３３２によって決定される。

第１の干渉計サブシステムは、図１５で要素２３２８として指示された電気信号ｓ₁₀₇を生成する。電気信号ｓ₁₀₇は、式（４０）によって与えられた第３の干渉計システムの信号ｓ₁₀₅と同じ一般的特性を有し、下式のように書くことができる。

ｓ７のヘテロダイン成分は、角周波数ω７を有する。
第１の干渉計サブシステムの操作に関する残りの説明は、第３の干渉計システムについて与えられた説明の対応する部分と同じである。

第２の干渉計サブシステムは、図１５で要素２３２９として指示された電気信号ｓ８を生成する。電気信号ｓ８は下式のように書くことができる。

ｓ₁₀₈のヘテロダイン成分は、角周波数ω₁₀₇を有する。ｓ₁₀₈のヘテロダイン成分は、電子プロセッサ２３７０が使用して、（ｎｄ）を制御するためのサーボ制御信号２３４０を精製し、したがって下式のようになる。

以上の配置構成は、高周波用途での使用に特に適していることが明白である。第４の干渉計システムについての残りの説明は、第１および第３の干渉計システムに与えられた説明の対応する部分と同じである。

第４の干渉計システムの装置は、ｑ₁₀₇およびｑ₁₀₈によって表された位相冗長性の分析で、２本の線間の角度を測定する。位相冗長性は、周知の技術で分析することができる。２本の線は、１つまたは複数の表面への法線および／または光線の伝播方向を含んでもよい。

測定対象への距離変化および／または測定対象の角方位変化を測定するために動的ビーム・ステアリング素子を使用する干渉計システムに戻ると、追加の実施形態は、測定ビームが測定対象から反射した後でのみ、測定ビームを配向するよう、動的ビーム・ステアリング素子を配置することができる。例えば、図１７を参照すると、入力ビーム１７１０は干渉計１７２０内に配向される。本明細書の記述では、干渉計１７２０は単光路マイケルソン干渉計であるが、他の実施形態では、干渉計は異なるタイプでよい。干渉計は、偏波ビーム・スプリッタ１７３０、４分の１波長プレート１７３２および１７３４、基準鏡１７３６および測定対象１７４０を含む。干渉計１７２０は、測定対象１７４０から反射した測定成分、および基準鏡１７３６から反射した基準成分を含む中間ビーム１７５０を生成し、測定成分と基準成分とは相互に対して直角に偏向する。

測定対象の角方位が変化すると、中間ビーム１７５０の測定成分と基準成分の間に角変位を生じることがあり、これはその後の干渉測定を劣化させ得る。したがって、偏波ビーム・スプリッタ１７６０は中間ビーム１７５０を基準ビーム１７６２と測定ビーム１７６４に分割し、これはビーム・ステアリング鏡１７６６の第１の表面に配向する。ビーム・ステアリング鏡１７６６および方位変換器１７６７Ａおよび１７６７Ｂは、ビーム・ステアリング・アセンブリを備え、これはビーム１７６４を鏡１７７０に、および順次かがみ１７７２、鏡アセンブリ１７７４および鏡１７７６へと方向転換し、これはビームをビーム・ステアリング鏡１７６６の第２の表面へと配向する。鏡アセンブリ１７７４は、図１７ａの面の軸を中心とし、それに入る伝播方向に直交する画像インバータである。鏡アセンブリ１７７４は、図４ｂ、図５ｂ、図５ｄ、図６ｂ、図６ｄ、図７ｂ、図７ｅおよび図８ｂのいずれかで前述したものと同じでよい。

次に、ビーム・ステアリング鏡１７６６の第２の表面が、測定ビーム１７６４を偏波ビーム・スプリッタ１７８０に配向する。基準ビーム１７６２は、鏡１７８２によって偏波ビーム・スプリッタ１７８０へと方向転換し、これは測定ビームと基準ビームとを再結合して、出力ビーム１７９０を形成する。

非偏波ビーム・スプリッタ１７８６は、出力ビーム１７９０の第１の部分１７９２を角度測定検出器１７０２に、出力ビーム１７９０の第２の部分を距離測定検出器１７０４に送る。角度測定検出器１７０２は、変換器１７６７Ａおよび１７６７Ｂにビーム・ステアリング鏡１７６６の方向を転換させる制御信号１７０６を生成するため、前述した検出器のいずれかでよい。例えば、ここで述べる実施形態では、角度測定検出器１７０２はゼロ・モードで作動し、測定対象の角度方位の変化に応答して、ビーム・ステアリング鏡の方向を転換し、出力ビーム１７９０の測定成分と基準成分を相互に平行に伝播させる。出力ビーム１７９０の基準ビーム成分と測定ビーム成分との間には多少の横シャーがあることもあるが、測定ビームは、従来の安定性が高い距離測定干渉計では２本以上のパスが形成されるが、測定対象までに１本のパスしか形成しないので、横シャーを比較的小さくすることができる。検出器１７０８は、ビーム・ステアリング鏡の方向転換を監視して、前述したように測定対象の角度方位の変化を決定する。

これも前述したように、距離測定検出器１７０４は、出力ビーム１７９０の第２の部分１７９４の測定成分と基準成分の偏波を混合する偏光器、測定成分と基準成分の偏波の混合によって生成された光学的干渉の強度を測定する検出器、および干渉強度の位相に基づいて測定対象までの距離の変化を決定するプロセッサを含むことができる。

図１７に示す実施形態と同様の他の実施形態では、中間ビーム１７５０の一部が、図１２ａ、図１２ｂ、図１３、図１４ａ、図１４ｂ、図１５および図１６に関して述べた角変位干渉計のうち１つに送られて、中間ビームの測定成分と基準成分間の角変位を直接測定し、そこから測定対象の角度方位の変化を決定することができる。さらに、このような実施形態では、制御信号１７０６を生成してビーム・ステアリング素子１７６６を方向転換させるため、ゼロ・モードで作動する角度測定検出器１７０２を使用する代わりに、制御信号は、角変位干渉計による測定をベースにしてもよい。

上述した実施形態の干渉計システムは、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途に、特に有用である。リソグラフィは、半導体製造産業にとって重要なテクノロジーの駆動力である。オーバーレイの改良は、１００ｎｍ未満へとライン幅を減少させる５つの最も困難な挑戦（設計ルール）の一つである。例えば、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｒｏａｄｍａｐ（１９９７）の８２ページを参照のこと。オーバーレイは、ウェーハおよびレチクル（マスク）・ステージの位置決めに使用する距離測定干渉計の性能、つまり正確さおよび精度に直接依存する。リソグラフィ・ツールは、年間５０〜１億ドルの製品を生産することがあるので、距離測定干渉計の性能改良による経済的価値は重大である。リソグラフィ・ツールの歩留まりが１％上昇することに、集積回路製造業者にとっては年間約１００万ドルの経済的メリットが生じ、リソグラフィ・ツール販売業者にもほぼ同様の利点がある。

リソグラフィ・ツールの機能は、空間的にパターン形成された放射線をフォトレジストでコーティングしたウェーハに配向することである。このプロセスは、ウェーハのどの位置が放射線を受けるかの決定（位置合わせ）、およびその位置で放射線をフォトレジストに加えること（露光）とを含む。

ウェーハを適切に位置決めするため、ウェーハは、専用センサによって測定することができる位置合わせマークをウェーハ上に含む。測定された位置合わせマークの位置は、ツール内のウェーハの位置を画定する。この情報は、ウェーハ表面の所望のパターン形成に関する仕様とともに、空間的にパターン形成された放射線に対するウェーハの位置合せをガイドする。フォトレジストがコーティングされたウェーハを支持し並進可能なステージは、このような情報に基づき、放射線がウェーハの適正な位置を露光するよう、ウェーハを移動させる。

露光中、放射線源はパターン状のレチクルを照明し、これは放射線を散乱させて、空間的にパターン形成された放射線を生成する。レチクルはマスクとも呼ばれ、これらの用語は以下では区別なく使用される。縮小リソグラフィの場合は、縮小レンズが散乱した放射線を集め、レチクル・パターンの縮小像を形成する。あるいは、近接印刷の場合は、散乱した放射線は、ウェーハに接触する前に、短い距離（通常はミクロンのオーダー）しか伝播せず、１：１のレチクル・パターンの像を生成する。放射線は、レジストで光化学プロセスを開始し、これは放射線パターンをレジスト内の潜像に変換する。

上述した干渉計システムは、ウェーハおよびレチクルの位置を制御し、ウェーハ上のレチクル像を見当合わせする位置決め機構の重要な構成要素である。
概して、露光システムとも呼ばれるリソグラフィ・システムは、通常、照明システムおよびウェーハ位置決めシステムを含む。照明システムは、紫外線、可視光線、Ｘ線、電子、またはイオン放射線などの放射線を提供する放射線源、および放射線にパターンを与え、それによって空間的にパターン形成された放射線を生成するレチクルまたはマスクを含む。また、縮小リソグラフィの場合、照明システムは、空間的にパターン形成された放射線をウェーハ上に撮像するためのレンズ・アセンブリを含むことができる。撮像された放射線は、ウェーハにコーティングされたレジストを露光する。照明システムは、マスクを支持するマスク・ステージ、およびマスクを通して配向された放射線に対するマスク・ステージの位置を調節する位置決めシステムも含む。ウェーハ位置決めシステムは、ウェーハを支持するウェーハ・ステージ、および撮像された放射線に対するウェーハ・ステージの位置を調節する位置決めシステムを含む。集積回路の製造は、複数の露光ステップを含むことがある。リソグラフィに関する一般的な参考文献については、例えば、Ｊ．Ｒ．ＳｈｅａｔｓおよびＢ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈの「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ： Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ， Ｉｎｃ．， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， １９９８）を参照されたい。その内容は、引用によって本明細書の記載に援用する。

上述した干渉計システムは、レンズ・アセンブリ、放射線源、または支持構造など、露光システムの他の構成要素に対するウェーハ・ステージおよびマスク・ステージそれぞれの位置（例えば、距離および／または角度方位）を精密に測定するために使用することができる。このような場合、干渉計システムを静止構造に取り付けて、測定対象を、マスク・ステージおよびウェーハ・ステージの一方など、可動素子に取り付けることができる。あるいは、状態を逆にして、干渉計システムを可動物体に取り付けて、測定対象を静止物体に取り付けることができる。

より一般的に、干渉計システムは、露光システムの他の構成要素に対する、露光システムの任意の一構成要素の位置を測定するために使用することができ、ここでは干渉計システムを構成要素の一つに取り付けるか、それで支持し、測定対象を他の構成要素に取り付けるか、それで支持する。

干渉計システム１４２６を使用するリソグラフィ・スキャナ１４００の例を、図９ａに示す。干渉計システムは、露光システム内でウェーハの位置を精密に測定するために使用される。ここでは、ステージ１４２２を使用して、露光ステーションに対するウェーハの位置を決定する。スキャナ１４００はフレーム１４０２を備え、これは他の支持構造、およびこれらの構造に担持される他の構成要素を担持する。露光ベース１４０４は、自身上に装着されたレンズ・ハウジング１４０６を有し、その頂部にはレチクル・ステージまたはマスク・ステージ１４１６が装着され、それはレチクルまたはマスクの支持に使用する。露光ステーションに対するマスクの位置を決定する位置決めシステムは、要素１４１７によって概略的に示される。位置決めシステム１４１７は、例えば、圧電変換器素子、および対応する制御電子機器を含むことができる。しかし、これはここで記述する実施形態には含まれず、上述した干渉計システムの１つまたは複数は、マスク・ステージ、さらにリソグラフィ構造の製造のためにプロセス中で正確に位置を監視しなければならない他の可動素子の位置を精密に測定するために使用することもできる（上記のＳｈｅａｔｓおよびＳｍｉｔｈの「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ： Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」参照）。

露光ベース１４０４の下には、ウェーハ・ステージ１４２２を担持する支持ベース１４１３が吊り下げられる。ステージ１４２２は、干渉計システム１４２６によってステージに配向された少なくとも１本の測定ビーム１４１５を反射する平面鏡１４２８を含む。干渉計システム１４２６に対するステージ１４２２の位置を決定する位置決めシステムは、要素１４１９で概略的に示される。位置決めシステム１４１９は、例えば、圧電変換器素子および対応する制御電子機器を含むことができる。測定ビームは、反射して干渉計システムに戻り、これは露光ベース１４０４に装着されている。干渉計システムは、前述した実施形態のいずれでもよい。

動作中に、紫外線（ＵＶ）レーザ（図示せず）からのＵＶビームなどの放射線ビーム１４１０は、ビーム形成光学アセンブリ１４１２を通過し、鏡１４１４から反射した後、下方向に進む。その後、放射線ビームは、マスク・ステージ１４１６に担持されたマスク（図示せず）を通過する。マスク（図示せず）は、レンズ・ハウジング１４０６に担持されたレンズ・アセンブリ１４０８を介して、ウェーハ・ステージ１４２２上のウェーハ（図示せず）に撮像される。ベース１４０４およびそれに支持される様々な構成要素は、ばね１４２０によって描かれた減衰システムによって環境振動から隔離される。

リソグラフィ・スキャナの他の実施形態では、前述した干渉計システムの１つまたは複数を使用して、例えば、ウェーハおよびレチクル（またはマスク）・ステージなどに関連した複数の軸に沿って、角度および／または距離を測定することができる。また、ＵＶレーザ・ビームではなく、例えば、Ｘ線、電子ビーム、イオン・ビーム、および可視光線など、他のビームを使用してウェーハを露光することができる。

また、リソグラフィ・スキャナはカラム基準を含むことができ、これで干渉計システム１４２６は基準ビームをレンズ・ハウジング１４０６、または他の構造に配向し、これは干渉計システム内部の基準路より放射線ビームを配向する。干渉計システム１４２６によって生成された干渉信号は、ステージ１４２２から反射した測定ビーム１４５４とレンズ・ハウジング１４０６から反射した基準ビームを結合すると、放射線ビームに対するステージの位置変化を示す。さらに、他の実施形態では、干渉計システム１４２６を位置決めして、レチクル（またはマスク）・ステージ１４１６、またはスキャナ・システムの他の可動構成要素の位置変化を測定することができる。また、他の実施形態では、干渉計システム１４２６と平面鏡１４２８の位置を逆転させ、干渉計システムを可動ステージに、平面鏡を支持構造に取り付けることができる。最後に、干渉計システムは、スキャナに加えて、またはスキャナではなくステッパを含むリソグラフィ・システムと同様の方法で使用することができる。

当技術分野で周知のように、リソグラフィは、半導体デバイスを作成する製造方法の非常に重要な部分である。例えば、米国特許第５，４８３，３４３号は、このような製造法のステップを概略している。これらのステップを、図９ｂおよび図９ｃに関連して以下で説明する。図９ｂは、半導体チップ（例えば、ＩＣまたはＬＳＩ）、確晶パネルまたはＣＣＤなどの半導体デバイスを製造するシーケンスの流れ図である。ステップ１４５１は、半導体デバイスの回路を設計する設計プロセスである。ステップ１４５２は、回路パターンの設計に基づき、マスクを製造するプロセスである。ステップ１４５３は、シリコンなどの材料を使用してウェーハを製造するプロセスである。

ステップ１４５４は、予備プロセスと呼ばれるウェーハ・プロセスであり、いわゆる準備済みのマスクおよびウェーハを使用することにより、リソグラフィを通してウェーハ上に回路を形成する。ステップ１４５５は、後プロセスと呼ばれる組立ステップであり、ステップ１４５４で処理したウェーハを半導体チップに形成する。このステップは、組立（ダイシングおよび結合）およびパッケージング（チップ密封）を含む。ステップ１４５６は、ステップ１４５５で生産した半導体デバイスの操作性チェック、耐久性チェックなどが実施される検査ステップである。これらのプロセスにより、半導体デバイスは仕上げ加工され、出荷される（ステップ１４５７）。

図９Ｃは、ウェーハ・プロセスの詳細を示す流れ図である。ステップ１４６１は、ウェーハの表面を酸化する酸化プロセスである。ステップ１４６２は、ウェーハ表面上に絶縁膜を形成するＣＶＤプロセスである。ステップ１４６３は、蒸着によってウェーハ上に電極を形成する電極形成プロセスである。ステップ１４６４は、イオンをウェーハに注入するイオン注入プロセスである。ステップ１４６５は、レジスト（感光性材料）をウェーハに塗布するレジスト・プロセスである。ステップ１４６６は、上述した露光装置を通して露光することにより、ウェーハ上にマスクの回路パターンを印刷する露光プロセスである。ステップ１４６７は、露光したウェーハを現像する現像プロセスである。ステップ１４６８は、生成されたレジスト像以外の部分を除去するエッチング・プロセスである。ステップ１４６９は、エッチング・プロセスにかけた後に、ウェーハ上に残ったレジスト材料を分離するレジスト分離プロセスである。これらのプロセスを繰り返すことにより、回路パターンが形成され、ウェーハ上に重ねられる。

上述した干渉計システムは、対象の相対的位置を精密に測定する必要がある他の用途にも使用することができる。例えば、基板またはビームが移動するにつれ、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マークする用途では、干渉計システムを使用して、基板と書込みビームとの相対的運動を測定することができる。

一例として、ビーム書込みシステム１６００の略図を図１０に示す。供給源１６１０が書込みビーム１６１２を生成し、ビーム集束アセンブリ１６１４が、可動ステージ１６１８に支持された基板１６１６に放射線ビームを配向する。ステージの相対位置を決定するため、干渉計システム１６２０は、基準ビーム１６２２をビーム収束アセンブリ１６１４に装着された鏡１６２４に配向し、測定ビーム１６２６をステージ１６１８に装着された鏡１６２８に配向する。干渉計システム１６２０は、前述した干渉計システムのいずれでもよい。干渉計システムが測定した位置の変化は、基板１６１６上における書込みビーム１６１２の相対位置の変化に対応する。干渉計システム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を制御装置１６３０に送信する。制御装置１６３０は、ステージ１６１８を支持して位置決めするベース１６３６に出力信号１６３４を送信する。また、制御装置１６３０は、基板の選択された位置でのみ光物理的または光化学的変化が生じるのに十分な強度で書込みビームが基板と接触するよう、供給源１６１０に信号１６３８を送信して、書込みビーム１６１２の強度を変化させるか、それを遮断する。さらに、実施形態によっては、制御装置１６３０は、ビームをアセンブリ１６１４に集束させ、例えば、信号１６４４を使用するなどして、基板の領域で書込みビームを走査することができる。その結果、制御装置１６３０は、システムの他の構成要素に指示して、基板にパターン形成する。パターン形成は、通常、制御装置に記憶された電子設計パターンに基づく。用途によっては、書込みビームは、基板にコーティングされたレジストにパターン形成し、他の用途では、書込みビームが基板に直接エッチングするなど、パターン形成する。

このようなシステムの重要な用途は、前述したリソグラフィ方法で使用す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・マスクを製造するには、電子ビームを使用して、クロムでコーティングしたガラスの基板にパターン形成することができる。書込みビームが電子ビームであるような場合には、ビーム書込みシステムが、真空内に電子ビームを封入する。また、書込みビームが、例えば、電子またはイオン・ビームである場合、ビーム集束アセンブリは、荷電粒子を真空中の基板に集束させ、配向するため、四重極レンズなどの電界発生器を含む。書込みビームが、例えば、Ｘ線、ＵＶまたは可視光線などの放射線ビームである場合は、ビーム集束アセンブリが、放射線を基板上に集束させ、配向する、これに対応した光学機器を含む。

他の態様、利点および修正は、以下の特許請求の範囲内に含まれる。

本発明の干渉計システムの第１の実施形態の略図である。 本発明の干渉計システムの第２の実施形態の略図である。 本発明の干渉計システムの第３の実施形態の略図である。 本発明の干渉計システムの第４の実施形態の略図である。 本発明の干渉計システムの第４の実施形態の略図である。 本発明の干渉計システムの第５の実施形態の略図である。 本発明の干渉計システムの第５の実施形態の略図である。 第５の実施形態を変形したものの略図である。 第５の実施形態を変形したものの略図である。 第５の実施形態を変形したものの略図である。 第５の実施形態を変形したものの略図である。 第５の実施形態を変形したものの略図である。 本発明の干渉計システムの第６の実施形態の略図である。 本発明の干渉計システムの第６の実施形態の略図である。 第６の実施形態を変形したものの略図である。 第６の実施形態を変形したものの略図である。 第６の実施形態を変形したものの略図である。 第６の実施形態を変形したものの略図である。 第６の実施形態を変形したものの略図である。 本発明の干渉計システムの第７の実施形態の略図である。 本発明の干渉計システムの第７の実施形態の略図である。 第７の実施形態を変形したものの略図である。 第７の実施形態を変形したものの略図である。 本発明の干渉計システムの第８の実施形態の略図である。 本発明の干渉計システムの第８の実施形態の略図である。 本発明の干渉計システムの第８の実施形態の略図である。 リソグラフイと集積回路を製造する際の適用とを示す。図９ａは、本発明の干渉計システムを使用するリソグラフィ露光システムの略図である。 リソグラフィと集積回路を製造する際の適用とを示す。図９ｂは、集積回路を製造する際のステップを説明するための流れ図である。 リソグラフィと集積回路を製造する際の適用とを示す。図９ｃは、集積回路を製造する際のステップを説明するための流れ図である。 本発明の干渉計システムを使用するビーム書込みシステムの略図である。 本発明の干渉計システムの第９の実施形態の略図である。 本発明の干渉計システムの第９の実施形態の略図である。 本発明の干渉計システムの第９の実施形態の略図である。 本発明の干渉計システムの第９の実施形態の略図である。 本発明の干渉計システムの第９の実施形態の略図である。 １つの平面内の２つのビーム成分の伝播方向の間の角度の変化を測定する４つの干渉計システムの第１の干渉計システムの一部が斜視図になっている簡単な立面図である。 本発明の干渉計システムの動作を理解するのに役に立つ、角度θ０，１およびθ０，２の間の関係を示す。 第２の干渉計システムの装置により固定されているある方向に対する１つの平面内の１つのビーム成分の伝播方向の変化を測定する４つの干渉計システムの第２の干渉計システムの簡単な立面図である。 第３の実施形態の装置により固定されているある方向に対する１つの平面内の１つのビーム成分の伝播方向の変化を測定する４つの干渉計システムの第３の干渉計システムの簡単な立面図である。 第３の干渉計システムの装置により固定されているある方向に対する１つの平面内の１つのビーム成分の伝播方向の変化を測定する４つの干渉計システムの第３の干渉計システムを修正したものの簡単な立面図である。 所与の平面内の２つのビームの伝播方向の間の角度が、最終用途により、予め定めた数値を同じであるか、および／または所与の平面内で、２つのビームの伝播方向の間の角度を測定する場合に、干渉計により測定する４つの干渉計システムの第４の干渉計システムの簡単な立面図である。 ４つの干渉計システムの第４の干渉計システムおよびそれを修正したものを実施するために実行することができる種々のステップを示す流れ図である。 動的ビーム・ステアリング素子が、測定対象から反射した後で、測定ビームだけの方位を変える干渉計システムの他の実施形態の略図である。

Claims (52)

1. 干渉計システムであって、
   動作中、測定対象を照射している測定路に沿って測定ビームをある方向に向け、該測定ビームが測定対象に接触した後、前記測定ビームから分割された少なくとも２つの部分ビームの各々を対応する基準ビームと結合して、少なくとも２組の重畳している出口ビームを形成する干渉計であって、ビーム・ステアリング素子と該ビーム・ステアリング素子をある方向に向けるための位置決めシステムとを有するビーム・ステアリング・アセンブリを備え、前記ビーム・ステアリング素子は、該ビーム・ステアリング素子を照射する前記測定ビームを前記測定対象の方に向けるように位置している、干渉計と、
   動作中、前記位置決めシステムに、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の向きを変えさせる制御回路と、
   動作中、前記少なくとも２組の重畳している出口ビームからの干渉計信号および前記ビーム・ステアリング素子の方位の変化の中の少なくとも１つに基づいて前記測定対象の角度方位の変化を計算する角度測定システムとを備える干渉計システム。
   
2. 請求項１記載の干渉計システムにおいて、動作中、前記角度測定システムが、前記ビーム・ステアリング素子の方位の変化に基づいて前記測定対象の角度方位の変化を計算する干渉計システム。
   
3. 請求項１記載の干渉計システムにおいて、動作中、前記角度測定システムが、前記少なくとも２組の重畳している出口ビームからの前記干渉計信号に基づいて前記測定対象の角度方位の変化を計算する干渉計システム。
   
4. 請求項１記載の干渉計システムにおいて、動作中、前記角度測定システムが、二次元に沿って前記測定対象の角度方位の変化を計算する干渉計システム。
   
5. 請求項１記載の干渉計システムにおいて、動作中、前記角度測定システムが、さらに、前記少なくとも２組の重畳している出口ビームからの前記干渉計信号の中の少なくとも１つに基づいて前記測定対象の距離の変化を計算する干渉計システム。
   
6. 請求項１記載の干渉計システムにおいて、動作中、前記制御回路が、前記少なくとも２組の重畳している出口ビームからの前記干渉計信号に基づいてサーボ信号を発生し、前記位置決めシステムに、前記サーボ信号に基づいて、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の方位を変えさせる干渉計システム。
   
7. 請求項６記載の干渉計システムにおいて、動作中、前記制御回路が、前記位置決めシステムに、前記サーボ信号に基づいて、二次元に沿って前記ビーム・ステアリング素子の方位を変えさせる干渉計システム。
   
8. 請求項１記載のシステムにおいて、前記制御回路が、前記少なくとも２組の重畳している出口ビームの少なくとも一部分の位置および／または方向を測定するために動作する、空間的に分離している複数の検出装置素子を有する検出装置を備え、動作中、前記制御信号が、前記測定位置および／または方向に基づいてサーボ信号を発生し、前記位置決めシステムに、前記サーボ信号に基づいて、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の向きを変えさせる干渉計システム。
   
9. 請求項８記載のシステムにおいて、前記検出装置が、前記少なくとも２組の重畳している出口ビームのうちの少なくとも１組の前記出口ビームの間の位置および／または方向の違いを測定するために動作するシステム。
   
10. 請求項８記載のシステムにおいて、前記検出装置が、基準位置および／または方向に関する、前記少なくとも２組の重畳している出口ビームのうちの少なくとも１組の測定ビーム成分の位置および／または方向を測定するために動作するシステム。
    
11. 請求項１記載のシステムにおいて、動作中、前記干渉計が、前記測定ビームの２つの各部分を前記対応する基準ビームと結合する前に前記ビーム・ステアリング素子を照射するように、前記測定ビームの少なくとも２つの部分ビームをある方向に向けるシステム。
    
12. 請求項１記載のシステムにおいて、動作中、前記制御回路が、前記測定ビームに、前記測定対象の角度方位のある範囲にわたって、ほぼ垂直に前記測定対象を照射させるシステム。
    
13. 干渉計システムであって、
    動作中、測定対象を照射している測定路に沿ってビームをある方向に向け、該ビームが測定対象と接触した後、前記ビームをｍ個の部分ビームに分割し、該ｍ個の部分ビームのうちの１つの少なくとも一部分を残りのｍ−１個の部分ビームの各々と再結合して、ｍ−１組の重畳している出口ビームを形成する干渉計であって、前記測定対象の方向に前記ビームを向け、前記ｍ個の分割部分ビームを受光するように位置しているビーム・ステアリング素子と前記ビーム・ステアリング素子をある方向に向けるための位置決めシステムを有するビーム・ステアリング・アセンブリを有し、前記ビームと前記ｍ個の各分割部分ビームが前記ビーム・ステアリング素子を照射する、前記干渉計と、
    動作中、前記位置決めシステムに、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の向きを変えさせる制御回路と、
    動作中、前記ｍ−１組の重畳している出口ビームからの干渉計信号および前記ビーム・ステアリング素子の方位の変化中の少なくとも１つに基づいて前記測定対象の角度方位の変化を計算する角度測定システムとを備える干渉計システム。
    
14. 請求項１３記載の干渉計システムにおいて、ｍが２および３のうちの一方である干渉計システム。
    
15. 請求項１３記載の干渉計システムにおいて、動作中、前記角度測定システムが、二次元に沿って、前記測定対象の角度方位の変化を計算する干渉計システム。
    
16. 請求項１３記載の干渉計システムにおいて、動作中、前記制御回路が、前記ｍ−１組の重畳している出口ビームからの前記干渉計信号に基づいてサーボ信号を発生し、前記位置決めシステムに、前記サーボ信号に基づいて、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の方位を変えさせる干渉計システム。
    
17. 請求項１３記載のシステムにおいて、前記制御回路が、前記ｍ−１組の重畳している出口ビームの少なくとも一部分の位置および／または方向を測定するために動作する、空間的に分離している複数の検出装置素子を有する検出装置を備え、動作中、前記制御信号が、前記測定位置および／または方向に基づいてサーボ信号を発生し、前記位置決めシステムに、前記サーボ信号に基づいて、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の向きを変えさせるシステム。
    
18. 請求項１３記載のシステムにおいて、動作中、前記制御回路が、前記ビームに、前記測定対象の角度方位のある範囲にわたって、ほぼ垂直に前記測定対象を照射させるシステム。
    
19. 干渉計システムであって、
    動作中、測定対象を照射している、対応する測定路に沿って２つのビームをある方向に向け、前記２つのビームを結合して、１組の重畳している出口ビームを形成する干渉計であって、前記２つのビームを前記測定対象の方に向けるように位置しているビーム・ステアリング素子と前記ビーム・ステアリング素子をある方向に向けるための位置決めシステムとを有するビーム・ステアリング・アセンブリを備え、前記２つのビームが前記ビーム・ステアリング素子を照射している、前記干渉計と、
    また、動作中、前記位置決めシステムに、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の向きを変えさせる制御回路と、
    動作中、前記１組の重畳している出口ビームからの干渉計信号および前記ビーム・ステアリング素子の方位の変化の中の少なくとも１つに基づいて前記測定対象の角度方位の変化を計算する角度測定システムとを備える干渉計システム。
    
20. 請求項１９記載の干渉計システムにおいて、動作中、前記制御回路が、前記１組の重畳している出口ビームからの前記干渉計信号に基づいてサーボ信号を発生し、前記位置決めシステムに、前記サーボ信号に基づいて、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の方位を変えさせる干渉計システム。
    
21. 請求項１９記載のシステムにおいて、前記制御回路が、前記１組の重畳している出口ビームの少なくとも一部分の位置および／または方向を測定するために動作する、空間的に分離している複数の検出装置素子を有する検出装置を備え、動作中、前記制御信号が、前記測定位置および／または方向に基づいてサーボ信号を発生し、前記位置決めシステムに、前記サーボ信号に基づいて、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の向きを変えさせるシステム。
    
22. 請求項１９記載のシステムにおいて、動作中、前記制御回路が、前記ビームに、前記測定対象の角度方位のある範囲にわたって、ほぼ垂直に前記測定対象を照射させるシステム。
    
23. 請求項１９記載のシステムにおいて、前記干渉計が、ほぼ同じ位置で、前記測定対象を照射するように、前記２つの測定ビームを向けるシステム。
    
24. 干渉計システムであって、
    動作中、入力ビームを受光し、前記入力ビームを、後で測定対象と接触する測定ビームと、１より大きい整数であるｍ個の基準ビームに分割し、測定対象を照射する測定路に沿って前記測定ビームを伝播し、前記測定ビームから分割されたｍ個の各部分ビームを前記ｍ個の基準ビームの中の対応する１つのビームと結合して、ｍ組の重畳している出口ビームを形成する干渉計と、
    ビーム・ステアリング素子と前記ビーム・ステアリング素子をある方向に向けるための位置決めシステムを有するビーム・ステアリング・アセンブリであって、前記ビーム・ステアリング素子が、前記入力ビームおよび前記ｍ組の重畳している出口ビームをある方向に向ける位置に位置し、前記入力ビームおよび前記ｍ組の重畳している出口ビームが前記ビーム・ステアリング素子を照射する、前記ビーム・ステアリング・アセンブリと、
    動作中、前記位置決めシステムに、測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の方位を変えさせる制御回路と、
    動作中、前記ｍ組の重畳している出口ビームからの干渉計信号、および前記ビーム・ステアリング素子の方位の変化の中の少なくとも１つに基づいて前記測定対象の角度方位の変化を計算する角度測定システムとを備える干渉計システム。
    
25. 請求項２４記載の干渉計システムにおいて、動作中、前記角度測定システムが、さらに、前記ｍ組の重畳している出口ビームからの前記干渉計信号の中の少なくとも１つに基づいて前記測定対象の距離の変化を計算する干渉計システム。
    
26. 請求項２４記載の干渉計システムにおいて、動作中、前記制御回路が、前記ｍ組の重畳している出口ビームからの前記干渉計信号に基づいてサーボ信号を発生し、前記位置決めシステムに、前記サーボ信号に基づいて、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の方位を変えさせる干渉計システム。
    
27. 請求項２４載のシステムにおいて、前記制御回路が、前記ｍ組の重畳している出口ビームの少なくとも一部分の位置および／または方向を測定するために動作する、空間的に分離している複数の検出装置素子を有する検出装置を備え、動作中、前記制御信号が、前記測定位置および／または方向に基づいてサーボ信号を発生し、前記位置決めシステムに、前記サーボ信号に基づいて、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の向きを変えさせるシステム。
    
28. 請求項２４記載のシステムにおいて、動作中、前記制御回路が、前記測定ビームに、前記測定対象の角度方位のある範囲にわたって、ほぼ垂直に前記測定対象を照射させるシステム。
    
29. 干渉計システムであって、
    動作中、入力ビームを受光し、前記入力ビームを後で測定対象と接触する２つの測定ビームに分割し、前記測定対象を照射する各測定路に沿って前記測定ビームを伝播し、前記２つの測定ビームを結合して、１組の重畳している出口ビームを形成する干渉計と、
    ビーム・ステアリング素子と前記ビーム・ステアリング素子をある方向に向けるための位置決めシステムとを有するビーム・ステアリング・アセンブリであって、前記ビーム・ステアリング素子が前記入力ビームおよび前記１組の重畳している出口ビームをある方向に向けるように位置し、前記入力ビームおよび前記１組の重畳している出口ビームがビーム・ステアリング素子を照射する、前記ビーム・ステアリング・アセンブリと、
    動作中、位置決めシステムに、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の方位を変えさせる制御回路と、
    前記１組の重畳している出口ビームからの干渉計信号、およびビーム・ステアリング素子の方位の変化の中の少なくとも一方に基づいて前記測定対象の角度方位の変化を計算する角度測定システムとを備える干渉計システム。
    
30. 請求項２９記載の干渉計システムにおいて、動作中、前記制御回路が、前記１組の重畳している出口ビームからの前記干渉計信号に基づいてサーボ信号を発生し、前記位置決めシステムに、前記サーボ信号に基づいて、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の方位を変えさせる干渉計システム。
    
31. 請求項２９記載のシステムにおいて、前記制御回路が、前記１組の重畳している出口ビームの少なくとも一部分の位置および／または方向を測定するために動作する、空間的に分離している複数の検出装置素子を有する検出装置を備え、動作中、前記制御信号が、前記測定位置および／または方向に基づいてサーボ信号を発生し、前記位置決めシステムに、前記サーボ信号に基づいて、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の向きを変えさせるシステム。
    
32. 請求項２９記載のシステムにおいて、動作中、前記制御回路が、前記測定ビームに、前記測定対象の角度方位のある範囲にわたって、ほぼ垂直に前記測定対象を照射させるシステム。
    
33. 請求項２４記載のシステムにおいて、
    該ビームが測定対象と接触した後、前記干渉計は、ｍ組の重畳している出口ビームのうちの一つの出口ビームを第１および第２の部分出口ビームに分離し、前記第１および第２の部分出口ビームを別々の経路に沿って伝播させ、その後で、前記第１および第２の部分出口ビームを相互に再結合して、少なくとも１組の重畳している出口ビームを形成し、前記ビーム・ステアリング素子が、測定対象の方向にビームを向け、測定対象からビームを受信するように位置し、それにより、ビームが、ビーム・ステアリング素子を二回照射し、その後で、干渉計が、ビームを第１および第２の部分出口ビームに分離し、
    前記制御回路は、動作中、位置決めシステムに、前記少なくとも１組の重畳している出口ビームからの、少なくとも１つの干渉計信号に基づいて、測定対象の角度方位の変化に応じてビーム・ステアリング素子の方位を変えさせ、
    前記角度測定システムは、動作中、前記ビーム・ステアリング素子の方位の変化に基づいて前記測定対象の角度方位の変化を計算する、干渉計システム。
    
34. 請求項３３記載の干渉計システムにおいて、前記干渉計が、前記第１および第２の部分出口ビームを２組の重畳している出口ビームに再結合し、少なくとも１つの干渉計信号が、前記２組の重畳している出口ビームからの少なくとも２つの干渉計信号である、干渉計システム。
    
35. 請求項３４記載の干渉計システムにおいて、前記制御回路が、動作中、少なくとも２つの干渉計システムを測定する２つの検出チャネルを備え、前記検出チャネルの一方が、前記２つの干渉計システムを相互に直交位相にさせるような方向を向いている１／４波長プレートを備える、干渉計システム。
    
36. 請求項３３記載の干渉計システムにおいて、動作中、前記干渉計は、さらに、前記ビームが、前記ビーム・ステアリング素子を二回照射した後で、前記ビームを第３および第４の部分出口ビームに分離し、別々の経路に沿って前記第３および第４の部分ビームを伝播し、第２の少なくとも１組の重畳している出口ビームを形成するために前記第３および第４の部分出口ビームを再結合し、動作中、前記制御回路が、前記位置決めシステムに、前記少なくとも１つの干渉計信号、および前記第２の少なくとも１組の重畳している出口ビームの少なくとも１つの干渉計信号に基づいて、２つの次元に沿って前記ビーム・ステアリング素子の向きを変えさせる干渉計システム。
    
37. 請求項３３記載の干渉計システムにおいて、動作中、前記角度測定システムが、二次元に沿って、前記測定対象の角度方位の変化を計算する干渉計システム。
    
38. 請求項１記載の干渉計システムにおいて、前記干渉計が、さらに、前記測定ビーム、前記測定ビームの部分ビーム、前記基準ビームの元のビーム、および前記基準ビームをある方向に向ける方向を向いている複数の反射面を備え、前記測定ビームおよび元のビームに対する最初の線形偏波および伝播方向のために、後続の反射の場合の、前記測定ビーム、前記測定ビームの部分ビーム、前記基準ビームの元のビーム、および前記基準ビームに対する線形偏波を保存するような方向を向いている干渉計システム。
    
39. 請求項１３記載の干渉計システムにおいて、前記干渉計が、さらに、前記ビームおよび前記ビームの部分ビームをある方向に向ける方向を向いている複数の反射面を備え、前記ビームに対する最初の線形偏波および伝播方向のために、前記複数の反射面が、後続の反射の場合の、前記ビームおよび前記ビームの部分ビームに対する線形偏波を保存するような方向を向いている干渉計システム。
    
40. 請求項１９記載の干渉計システムにおいて、前記干渉計が、さらに、前記ビームをある方向に向ける方向を向いている複数の反射面を備え、前記ビームの元のビームに対する最初の線形偏波および伝播方向のために、前記複数の反射面が、後続の反射の場合の、前記ビームに対する線形偏波を保存するような方向を向いている干渉計システム。
    
41. 請求項２４記載の干渉計システムにおいて、前記干渉計が、さらに、前記測定ビームおよび前記基準ビームをある方向に向ける方向を向いている複数の反射面を備え、前記入力ビームに対する最初の線形偏波および伝播方向のために、前記複数の反射面が、後続の反射の場合の、前記測定ビームおよび前記基準ビームに対する線形偏波を保存するような方向を向いている干渉計システム。
    
42. 請求項２９記載の干渉計システムにおいて、前記干渉計が、さらに、前記ビームをある方向に向ける方向を向いている複数の反射面を備え、前記入力ビームに対する最初の線形偏波および伝播方向のために、前記複数の反射面が、後続の反射の場合の、前記ビームに対する線形偏波を保存するような方向を向いている干渉計システム。
    
43. 請求項３３記載の干渉計システムにおいて、前記干渉計が、さらに、前記ビームおよび前記ビームの部分出口ビームをある方向に向ける方向を向いている複数の反射面を備え、前記ビームに対する最初の線形偏波および伝播方向のために、前記複数の反射面が、後続の反射の場合の、前記ビームおよび前記ビームの部分出口ビームに対する線形偏波を保存するような方向を向いている干渉計システム。
    
44. 干渉計の使用方法であって、
    ビーム・ステアリング素子を用いて測定対象を照射する測定路に沿ってビームをある方向に向けるステップと、
    前記ビームの少なくとも一部分を他のビームと結合して、１組の重畳している出口ビームを形成するステップと、
    前記１組の重畳している出口ビームの少なくとも一部分からのサーボ信号に基づいて、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の方位を変えるために電子制御システムを使用するステップと、
    前記１組の重畳している出口ビームからの干渉計信号、および前記ビーム・ステアリング素子の方位の変化のうちの一方に基づいて角度方位の変化を計算するステップとを含む干渉計の使用方法。
    
45. 請求項４４記載の干渉計の使用方法であって、前記電子制御システムを使用するステップが、測定対象のある範囲の角度方位にわたって、ほぼ垂直に前記測定対象を照射するために前記ビームの方位を変えるステップを含む干渉計の使用方法。
    
46. 集積回路を製造するためのリソグラフィ・システムであって、
    相互に運動することができる第１および第２の部材と、
    前記第２の部材に固定されている、請求項１記載の前記干渉計システムとを備え、前記測定対象が、前記第１の部材にしっかりと固定されている鏡であり、動作中、前記干渉計システムが、前記第２の部材に対する前記第１の部材の位置を測定するリソグラフィ・システム。
    
47. 請求項４６記載のリソグラフィ・システムにおいて、前記第２の部材が、動作中、ウェーハを支持する可動ステージであるリソグラフィ・システム。
    
48. 請求項４６記載のリソグラフィ・システムにおいて、動作中、前記ビーム・ステアリング素子が、前記測定ビームに、前記測定対象の角度方位のある範囲にわたってほぼ垂直に前記鏡を照射させるリソグラフィ・システム。
    
49. リソグラフィ法であって、
    空間的にパターン化された放射にウェーハを露光するために、リソグラフィ・システムの第２の部材に対してリソグラフィ・システムの第１の部材を位置決めするステップと、
    請求項４４記載の方法により、前記第２の部材に対する前記第１の部材の位置を測定するステップとを含み、前記第１の部材が前記測定対象を含むリソグラフィ法。
    
50. リソグラフィ・マスクを製造する際に使用するためのビーム書込みシステムであって、
    基板をパターン形成するために書込みビームを供給する書込みビーム供給源と、
    前記基板を支持するためのステージと、
    前記基板に前記書込みビームを供給するためのビーム放射アセンブリと、
    前記ステージおよびビーム放射アセンブリを相互に位置決めするための位置決めシステムと、
    前記ビーム放射アセンブリに対する前記ステージの位置を測定するための、請求項１記載の前記干渉計システムとを備えるビーム書込みシステム。
    
51. リソグラフィ・マスクを製造する際に使用するためのビーム書込み方法であって、
    基板をパターン化するために前記基板に書込みビームを照射するステップと、
    前記書込みビームに対して前記基板を位置決めするステップと、
    請求項４４記載の前記干渉計使用方法を使用して前記書込みビームに対する前記基板の位置を測定するステップとを含むビーム書込み方法。
    
52. 干渉計システムであって、
    動作中、基準路に沿って基準ビームをある方向に向け、測定対象を照射する測定路に沿って測定ビームをある方向に向け、前記基準ビームと測定ビームとを結合して、基準路および測定路の間の相対的な光学路の長さの変化を示す、１組の重畳している出口ビームを形成する干渉計であって、ビーム・ステアリング素子と前記ビーム・ステアリング素子をある方向に向けるための位置決めシステムとを有するビーム・ステアリング・アセンブリを備え、前記ビーム・ステアリング素子が、前記測定ビームが、前記測定対象を照射した後で、前記測定ビームをある方向に向けるように位置している少なくとも２つの面を持ち、前記測定ビームが、前記干渉計内を伝播中、前記測定対象を照射し、その後で、前記２つの各面を照射する、前記干渉計と、
    動作中、前記位置決めシステムに、前記測定対象の角度方位の変化に応じて前記ビーム・ステアリング素子の向きを変えさせる制御回路と、
    動作中、前記１組の重畳している出口ビームからの干渉計信号および前記ビーム・ステアリング素子の方位の中の少なくとも１つに基づいて前記測定対象の角度方位の変化を計算する角度測定システムとを備える干渉計システム。

Images