JPH0611307A - 干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光学部材の間に温度差が生じ、さらに空気の揺
らぎが生じていても測定誤差を少なくする。 【構成】光源手段１からの光を偏光分離する偏光分離面
１１ａとこの面１１ａと直交する反射面１１ｂを有する
第１光学部材１１を用いて、第１光学部材１１と第１反
射部材１５とで２回反射された光束、及び第１光学部材
１１と第２反射部材１６とで２回反射された光束とを受
光し各反射部材の相対的な移動量を第１検出手段１０ａ
で検出する。これと同時に、第１光学部材１１と第１反
射部材１５とで２回反射された光束、及び補正部材２２
を介して第１光学部材１１と第１反射部材１５とで２回
反射された光束とを受光し空気の屈折率変化を第２検出
手段１０ｂで検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度変化に伴う測定誤
差を光学的な構成により補正しながら、さらに空気のゆ
らぎ、特に空気の屈折率変化に伴う測定誤差をより正確
に計測しつつ、この測定誤差補正し得る干渉計に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】第１の点と第２の点との相対的な距離の
変化量を高精度に計測できる装置としてレーザ干渉計
（あるいはレーザ測長器）が知られている。レーザ干渉
計は、第１の点から反射された第１のレーザビームの光
路長と第２の点から反射された第２のレーザビームの光
路長との差が変化する時の干渉縞の変化又はビート信号
の変化を計数パルスに変換するものであり、例えば、こ
の計数パルスを積算計数することにより相対的な距離を
求めることができる。

【０００３】この場合、光路長はレーザービームの光路
の実際の長さとこのビームが通過する媒体の屈折率との
積である。例えば特開昭６３−２２８００３号公報に開
示されているように、一般に、光路長は屈折率の小さい
（１に近い）空気中を通過するレーザービームの多数の
光路に起因する部分と、屈折率の高いガラス等の媒体中
を通過するレーザービームの多数の光路に起因する部分
とから構成されている。従って、周囲の温度変化又は支
持部材の熱変化等によりそのガラス等の媒体の内部の温
度が変化して屈折率が変化すると、第１の点と第２の点
との相対的な距離が変化していないにも拘らず光路長の
差が変化して、レーザー干渉計により距離の変化が誤っ
て検出される虞がある。

【０００４】近時は、レーザー干渉計は半導体素子製造
用の投影露光装置の変位検出部などのように、極めて高
い測定精度が要求される用途に使用されており、熱的な
要因による測定誤差をできるだけ排除することが望まれ
ている。そして、上記の特開昭６３−２２８００３号公
報においては、熱的な要因による測定誤差を少なくでき
高温でも高い精度で距離の変化を検出できる干渉計とし
て、以下のような干渉計が提案されている。

【０００５】図３（ａ）はその従来の干渉計を示し、こ
の図３（ａ）において、１は２周波レーザー用のレーザ
ー光源であり、レーザー光源１からは図３（ａ）の紙面
に平行な方向に直線偏光した周波数ｆ１の第１ビームと
図３（ａ）の紙面に垂直な方向に直線偏光した周波数ｆ
２（ｆ２≠ｆ１）の第２ビームとが混合した形でＸ方向
に射出される。２は、直角プリズム３と図３（ａ）の紙
面に平行な面が平行四辺形の平行六面体４とを貼り合わ
せてなるプリズム体を示し、直角プリズム３と平行六面
体４との貼り合わせ面が偏光分離面２ａとなり、この面
２ａと平行な平行六面体の１面が反射面２ｂとなってい
る。反射面２ｂは全反射を利用したミラーでもよい。即
ち、そのプリズム体２は、偏光分離面２ａと反射面２ｂ
とを平行に配置した光学部材ともみなすことができる。
その偏光分離面２ａが図３（ａ）の紙面に垂直で且つＸ
方向に４５°で交差するように、そのプリズム体２が配
置されている。

【０００６】レーザー光源１からのレーザービーム（第
１ビーム及び第２ビーム）はそのプリズム体２の偏光分
離面２ａに４５°の入射角で入射する。その内の第１ビ
ームは面２ａに対してＰ偏光でありそのまま面２ａを透
過して１／４波長板５を介して基準鏡６に入射し、この
基準鏡６で反射された第１ビームは１／４波長板５を介
して再びプリズム体２の偏光分離面２ａに入射する。こ
の際に、１／４波長板５を往復したことにより第１ビー
ムは面２ａに対してＳ偏光になっているため、第１ビー
ムは面２ａで反射されてコーナーキューブ７に向かう。

【０００７】コーナーキューブ７により反射された第１
ビームは１／２波長板８により偏光面が９０°回転され
た後にプリズム体２の偏光分離面２ａに入射する。この
面２ａへの入射位置は射出位置に対して図３（ａ）の紙
面に平行な方向にずれた位置である。この場合、第１ビ
ームは１／２波長板８によりＰ偏光になっているので、
そのまま面２ａを透過した後に反射面２ｂで反射されて
から１／４波長板５を介して基準鏡６に入射する。再び
この基準鏡６で反射された第１ビームは１／４波長板５
を経てプリズム体２の反射面２ｂで反射されて偏光分離
面２ａに入射する。今回は１／４波長板５を往復するこ
とにより、第１ビームはＳ偏光になっているので、その
面２ａで反射されてレシーバ１０に入射する。レシーバ
１０にはアナライザ及び受光素子が内蔵されている。

【０００８】一方、レーザー光源１からプリズム体２の
偏光分離面２ａに入射するレーザービームの内の第２ビ
ームは面２ａに対してＳ偏光であり、この第２ビームは
面２ａで反射された後に反射面２ｂで反射される。その
後第２ビームは１／４波長板５を介して移動鏡９に入射
する。移動鏡９は基準鏡６よりも幅が広く、且つＸ方向
にずれた領域にＸ方向に移動自在に保持されている。こ
の移動鏡９で反射された第２ビームは１／４波長板を経
て再びプリズム体２の反射面２ｂで反射されて偏光分離
面２ａに入射する。この際に、１／４波長板５を往復し
たことにより第２ビームは面２ａに対してＰ偏光になっ
ているため、第２ビームは面２ａを透過してコーナーキ
ューブ７に向かう。

【０００９】コーナーキューブ７により反射された第２
ビームは１／２波長板８により偏光面が９０°回転され
た後にプリズム体２の偏光分離面２ａに入射する。この
場合、第２ビームは１／２波長板８によりＳ偏光になっ
ているので、その面２ａで反射されてから１／４波長板
５を介して移動鏡９に入射する。再びこの移動鏡９で反
射された第２ビームは１／４波長板５を経てプリズム体
２の偏光分離面２ａに入射する。今回は１／４波長板５
を往復することにより、第２ビームはＰ偏光になってい
るので、その面２ａを透過してレシーバ１０に入射す
る。レシーバ１０においては、基準鏡６で２回反射され
た第１ビームと移動鏡９で２回反射された第２ビームと
がアナライザにより偏光方向が揃えられて受光素子に入
射する。

【００１０】レシーバ１０の受光素子からは、移動鏡９
が停止している状態では、周波数が（ｆ１−ｆ２）のビ
ート信号が出力され、移動鏡９が移動すると周波数が変
調されたビート信号が出力される。従って、この周波数
の変化を積算することにより、移動鏡９の基準鏡６に対
するＸ方向の移動量を検出することができる。図３
（ｂ）は、図３（ａ）の干渉計のプリズム体２を示し、
このプリズム体２のＸ方向の幅をｄ１１、Ｘ方向に直交
する方向の長さをｄ１２とすると、次の関係がある。

【００１１】ｄ１２＝２・ｄ１１ また、レーザービームのビーム径をφとすると、幅ｄ１
１は２φ程度以上である必要がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図３（ａ）の干渉計の
中のプリズム体２の中の第１ビームと第２ビームとの光
路について図３（ｂ）を用いて検討する。図３（ｂ）に
示すように、プリズム体２の内の平行六面体４の内部で
は、共通の光路を除いて第１ビーム及び第２ビームの光
路はそれぞれＴ１１及びＴ２１であり、直角プリズム３
の内部では、共通の光路を除いて第１ビーム及び第２ビ
ームの光路はそれぞれＴ１２及びＴ２２である。そし
て、Ｔ１１＋Ｔ１２＝Ｔ２１＋Ｔ２２が成立しているの
で、プリズム体２全体としては第１ビームの光路と第２
ビームの光路とは等しい。

【００１３】しかしながら、平行六面体４と直角プリズ
ム３とを個別に検討すると、平行六面体４についてはＴ
１１＞Ｔ２１が成立し、且つ直角プリズム３については
Ｔ１２＜Ｔ２２が成立している。従って、平行六面体４
及び直角プリズム３の屈折率が等しい場合でも、仮に両
者の温度が異なるようになった場合には、第１ビームと
第２ビームとの光路差に変化が生じ、移動鏡９が停止し
ているにも拘らず、移動量が変化したものとして検出さ
れてしまう。即ち、図３（ａ）の構成では、プリズム体
２を構成する光学部材間に温度差が生じると、測定誤差
が生ずる不都合がある。

【００１４】また、図３（ｂ）に示すように、プリズム
体２のＸ方向の幅はｄ１１であるが、この幅ｄ１１の間
を平行に２本のレーザービームが通過しなければならな
いため幅ｄ１１が大きくなり、プリズム体２自体が大き
いという不都合もある。このようにプリズム体２が大き
いことは、内部の温度差が更に大きくなり易いことを意
味する。

【００１５】さらに、干渉計においては、空気上を通過
する光路が存在するため、空気の揺らぎ、特に空気の屈
折率の変化に起因する測定誤差が生ずるため、高精度の
もとでの計測ができない問題がある。本発明は、上記の
問題点を全て解決し、光学部材間に温度変化が生じ、さ
らに空気の揺らぎが生じていても測定誤差が極めて少な
い高精度な干渉計を提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、例えば図１に示す如く、コヒーレントな
光束を供給する光源手段(1) と、その光束を第１光束と
第２光束とに偏光分離する偏光分離面(11a) とその偏光
分離面(11a) と直交する反射面(11b) を有する第１光学
部材(11)と、第１光学部材(11)に対向して配置された第
１反射部材(15)と、その偏光分離面(11a) を通過する第
１光束がその偏光分離面(11a) とその第１反射部材(15)
との間を別光路でそれぞれ往復してその偏光分離面(11
a) を射出するように，その第１光学部材(11)とその第
１反射部材(15)との間の各往復光路に設けられた第１及
び第２の１／４波長板(14a,14b) と、その偏光分離面(1
1a)を射出する第１光束とその偏光分離面(11a) を反射
する第２光束とを再びその偏光分離面(11a) に向けて偏
向する偏向部材(17)と、その偏向部材(17)を介した第１
光束をその偏光分離面(11a) で反射させかつその偏向部
材(17)を介した第２光束をその偏光分離面(11a) で透過
させるために、その偏向部材(17)とその偏光分離面(11
a) との光路間に配置された位相部材(18)と、その第１
光学部材(11)に対向して配置された第２反射部材(16)
と、その偏光分離面(11a) を通過する第２光束がその偏
光分離面(11a) とその第２反射部材(16)との間を別光路
でそれぞれ往復してその偏光分離面(11a) を射出するよ
うに、その第１光学部材(11)とその第２反射部材(16)と
の間の各往復光路に設けられた第３及び第４の１／４波
長板(14e,14f) と、その偏光分離面(11a) を反射する第
１光束とその偏光分離面(11a)を射出する第２光束とを
受光して第１反射部材(15)と第２反射部材(16)との相対
的な移動量を検出する第１検出手段(10a) とを有するも
のである。

【００１７】そして、上記の基本構成に基づいて、本発
明は、その偏光分離面(11a) を射出する第１光束とその
偏光分離面(11a) を反射する第２光束を各々分割し，分
割された第１光束をその偏光分離面(11a) で反射させか
つ分割された第２光束をその偏光分離面(11a) で透過さ
せるために，その偏光分離面(11a) とその偏向部材(17)
との間に配置された第２光学部材(19)と、その第２光学
部材(19)を介してその偏光分離面(11a) を通過する分割
された第２光束がその偏光分離面(11a) と上記第１もし
くは第２反射部材(15,16) との間を別光路でそれぞれ往
復してその偏光分離面(11a) を射出するように，その第
１光学部材(11)とその第１もしくは第２反射部材(15,1
6) との間の各往復光路に設けられた第５及び第６の１
／４波長板(14c,14d) と、その第１光学部材(11)とその
第１もしくは第２反射部材(15,16)との間の第５の１／
４波長板(14c) を往復する光路中に設けられた第１補正
部材(22)と、その第１光学部材(11)とその第１もしくは
第２反射部材(15,16) との間の第６の１／４波長板(14
d) を往復する光路中に設けられた第２補正部材(22)
と、その偏光分離面(11a) を反射する分割された第１光
束とその偏光分離面(11a)を射出する分割された第２光
束とを受光して空気の屈折率の変化を検出する第２検出
手段(10b) とを有するものである。

【００１８】

【作 用】斯かる本発明の干渉計によれば、第１反射部
材（１５）と第２反射部材（１６）とは、第１光束の進
行方向である第１方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向に
ずらして配置することができる。そして、第１反射部材
（１５）で２回反射された第１光束と第２反射部材（１
６）で２回反射された第２光束とが第１検出手段（１０
ａ）で混合して受光される。

【００１９】従って、第１反射部材（１５）と第２反射
部材（１６）とのＸ方向の相対位置が変化すると、第１
光束と第２光束との光路長が変化して受光手段（１０
ａ）における干渉縞又はビート信号が変化することか
ら、両部材（１５，１６）の相対的な移動量を検出する
ことができる。また、光源手段（１）から光束が第１光
学部材（１１）に介した際に反射する第２光束の１部を
第１または第２反射部材（１５，１６）で補正部材を介
して２回反射させた補正用光束と、第１または第２反射
部材（１５，１６）で２回反射された光束の１部とが第
２検出手段（１０ｂ）で混合して受光される。

【００２０】従って、第１光学部材（１１）と第１また
は２反射部材（１５，１６）との空気中にさらされた光
路での空気の揺らぎ（空気の屈折率変化）に伴う光路長
の変化、即ちＸ方向に所定の長さを持つ補正部材の長さ
に対する空気中の光路長変化を第２検出手段にて精度良
く検出できる。よって、第２検出手段にて得られる補正
信号の分だけ第１検出手段（１０ａ）にて得られる計測
信号に補正を加えることで格段に優れた精度のもとでの
計測が達成される。

【００２１】このように、本発明は、干渉計の計測用光
路の１部を空気屈折率の変化を検出する補正用光路の１
部として共用し、さらにこの共用光路と並列的に空気屈
折率の変化の基準となる補正基準用の光路を形成してい
るため、干渉計の構成をコンパクトにしながらも、干渉
計が実際に受ける空気の屈折率による測定誤差をより正
確に検出できる。

【００２２】また、本発明による干渉計は温度変化によ
る測定誤差をも解消できる構成となっており、この事を
具体的に説明する。まず、第１光学部材（１１）は、例
えば図１（ｂ）に示すように、偏光分離面（１１ａ）と
反射面（１１ｂ）とが直交して配置されている。そし
て、第１光学部材（１１）のＸ方向の幅（高さ）をｄ１
とすると、この部材のＸ方向に垂直な方向の長さｄ２に
ついては、ｄ２＝２・ｄ１の関係がある。

【００２３】ここで、まず、計測用の光路について検討
すると、第１光学部材（１１）が直角２等辺三角形の断
面を持つ三角柱状のプリズム（１３）のみで構成されて
いる場合には、第１反射部材（１５）で２回反射された
第１光束が第１光学部材（１１）内を通過する光路（図
１（ｂ）に示すプリズム１３内部の実線の光路Ｔ１）
と、第２反射部材（１６）で２回反射された第２光束が
第１光学部材（１１）内を通過する光路（図１（ｂ）に
示すプリズム１３内部の点線の光路Ｔ２）とは、上下方
向に離れた同じ長さの光路を通り、プリズム１３の温度
が変化しても両者の光路差は変わらずより高精度に測定
ができる。

【００２４】さらに、図１に示す如く、直角２等辺三角
形の断面を持つ三角柱状の２つのプリズム、即ち直角プ
リズム（１２，１３）を一体化して第１光学部材（１
１）を構成した場合にも、第１光束と第２光束とはその
光学部材（１１）の上下で同じ長さの光路（図１（ｂ）
に示す実線の光路Ｔ１及び点線の光路Ｔ２）を通過す
る。従って、直角プリズム（１２）と直角プリズム（１
３）との間に温度差が生じても、第１光束と第２光束と
の光路差は不変となり、より高精度な測定が保証され
る。

【００２５】次に、補正用光路について検討すると、ま
ず、第１光学部材（１１）が直角プリズム（１２）のみ
で構成されている場合には、図１（ｄ）に示す如く、直
角プリズム（１２）中での空気の揺らぎを影響を受けた
光束の光路はＴ１又はＴ２となり、補正部材を介した補
正基準となる光束の光路はＴ３となる。従って、光路Ｔ
１（又はＴ２）と光路Ｔ３とは同一の長さであり、プリ
ズム１３の温度が変化しても両者の光路差は変わらない
ため、空気の揺らぎ（空気の屈折率変化）に伴う光路長
の変化を高精度のもとで測定できる。

【００２６】さらに、図１に示す如く、２つの直角プリ
ズム（１２，１３）を一体化して第１光学部材（１１）
を構成した場合にも、図１（ｄ）に示した如く、直角プ
リズム（１２）中では、空気の揺らぎを影響を受けた光
束の光路長（Ｔ１又はＴ２）と補正部材を介した補正基
準となる光束の光路長Ｔ３とは等しく、また、直角プリ
ズム（１３）中での空気の揺らぎを影響を受けた光束と
補正部材を介した補正基準となる光束との光路は等し
い。従って、直角プリズム（１２）と直角プリズム（１
３）との間に温度差が生じても、空気の揺らぎを影響を
受けた光束と補正部材を介した補正基準となる光束との
間の光路長の差は変化することがなく、常に正確に空気
の揺らぎ（空気の屈折率変化）に伴う光路長の変化を計
測できる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明による第１実施例の干渉計につ
いて図１を参照して説明する。なお、本例のレーザー光
源１及びレシーバ１０は図３（ａ）に示した従来例のも
のと同じ符号を付してある。図１（ａ）は本例のレーザ
ー干渉計の要部を示し、この図１（ａ）において、１１
は第１の直角プリズム１２と第２の直角プリズム１３と
を貼り合わせてなる第１のプリズム体（第１光学部材：
以下、プリズム体１１と称する。）である。このプリズ
ム体１１は、図１（ｂ）に示すように、直交する辺の長
さがｄ１で４５°傾いた斜辺を持つ直角プリズム１２の
斜辺と、長さがｄ２（＝２・ｄ１）の４５°傾いた斜辺
を持つ直角プリズム１３の直交する２辺の内の１辺とを
貼り合わせたものである。そして、その貼り合わせ面
（直角プリズム１３の直交する２辺の内の一方の辺側の
面）は偏光分離面（偏光ビームスプリッター面）１１ａ
で形成され、直角プリズム１３の直交する２辺の内の他
方の辺側の面は反射面１１ｂで形成されている。なお、
この反射面１１ｂには反射膜を設けることなく、この面
１１ｂは光を全反射させるように構成されても良い。

【００２８】ここで、プリズム体１１は原理的に偏光分
離面１１ａと反射面１１ｂとが直交して配置されたもの
であれば良く、直角プリズム１３のみで構成しても良
い。また、例えば、図１（ｃ）に示すように、３個の直
角プリズム１１１〜１１３を貼り合わせてプリズム体１
１０を構成し、直角プリズム１１１と１１２との貼り合
わせ面を偏光分離面１１０ａで形成し、直角プリズム１
１３の外部の面を反射面１１０ｂとすれば、このプリズ
ム体１１０をプリズム体１１の代わりに使用することが
できる。

【００２９】さて、図１（ａ）に戻って説明すると、レ
ーザー光源１から周波数の異なる２本のレーザービーム
（第１ビーム及び第２ビーム）が射出される方向をＸ方
向として、プリズム体１１の偏光分離面１１ａがＸ方向
に４５°で交差するようにプリズム体１１が配置され、
このプリズム体１１に対向してＸ方向には、それぞれ移
動自在で平面鏡よりなる第１の移動鏡１５及び第２の移
動鏡１６がＸ方向に垂直な方向にずらして配置されてい
る。

【００３０】プリズム体１１の直交する２辺（１１ａ，
１１ｂ）に対して等しい角度を成す斜辺を形成する透過
面１１ｃ近傍にはそれぞれ６個の１／４波長板１４ａ〜
１４ｆがそれぞれ並列的に配置されており、この内の２
個の１／４波長板（１４ｃ，１４ｄ）と第１の移動鏡１
５との間には、後述するが、２個の１／４波長板（１４
ｃ，１４ｄ）を各々介して第１の移動鏡１５で反射往復
する２つの往復光路の所定の長さだけ周囲と隔離する密
閉管２２（補正部材）が配置されている。

【００３１】この密閉管２２は、少なくとも両端が透明
で所定の長さを持つ中空状の円筒で構成される部材であ
り、この内部には空気が充填されている。なお、密閉管
２２の内部を真空としても良い。また、プリズム体１１
の偏光分離面１１ａでレーザー光源１からのレーザービ
ームが反射される方向には、偏光分離面１１ａから射出
する光を１８０°偏向させる偏向部材としての偏向プリ
ズム（直角プリズム）１７が配置されている。この場
合、偏向プリズム１７内の２回の全反射によりレーザー
ビームがその偏光分離面１１ａへ再び戻されるものとし
て、プリズム体１１の偏光分離面１１ａと反射面１１ｂ
との稜線に対してプリズム体１１により偏向される光路
を含む面が平行となるように、その偏向プリズム１７の
位置決めがされている。

【００３２】プリズム体１１と偏向プリズム１７との間
の一方の光路の途中には、１／２波長板１８が配置され
ており、偏向プリズム１７からのレーザービームが偏光
分離面１１ａで反射される方向には第１及び第２の移動
鏡（１５，１６）の相対的な移動量を検出する第１のレ
シーバ１０ａが配置されている。また、プリズム体１１
と１／２波長板１８との間には、プリズム体１１と類似
した形状を有する第２のプリズム体１９（第２光学部
材：以下、プリズム体１９と称する。）が設けられてい
る。このプリズム体１９は、２つの直角プリズム（２
０，２１）を貼り合わせて構成されており、その貼り合
わせ面（直角プリズム２０の直交する２辺の内の一方の
辺側の面）は光分割面（ビームスプリッター面）１９ａ
で形成され、直角プリズム２０の直交する２辺の内の他
方の辺側の面は反射面１９ｂで形成されている。

【００３３】また、１／２波長板１８を介しプリズム体
１９により分割・偏向されたビームがプリズム体１１の
偏光分離面１１ａで反射される方向には、プリズム体１
１と各移動鏡（１５，１６）との間の空気の屈折率の変
化を検出する第２のレシーバ１０ｂが配置されている。
なお、この１／２波長板１８の代わりに、偏向プリズム
１７の入射及び射出面の全面を覆うように１／４波長板
を配置すると共に、プリズム体１９の射出面に１／４波
長板を配置しても良く、さらには、プリズム体１９とプ
リズム体１１との間の３つの光路上に１／４波長板を配
置しても良い。この時、この１／４波長板をプリズム体
１１の直角プリズム１２の面に接合しても良い。

【００３４】次に、本例の動作につき説明する。先ず、
レーザー光源１からのレーザービーム（第１ビーム及び
第２ビーム）はプリズム体１１の偏光分離面１１ａに対
し４５°の入射角で入射する。その内の面１１ａに対し
てＰ偏光の第１ビームは、そのまま面１１ａを透過して
１／４波長板１４ａを介して円偏光に変換され、第１の
移動鏡１５により再び１／４波長板１４ａを介し、プリ
ズム体１１の偏光分離面１１ａに入射する。この際、第
１ビームは１／４波長板１４ａを往復することによりＳ
偏光の状態で偏光分離面１１ａに入射するため、偏光分
離面１１ａで反射される。そして、偏光分離面１１ａを
反射した第１ビームは、反射面１１ｂで９０°反射偏向
された後、１／４波長板１４ｂを介して円偏光に変換さ
れて、第１の移動鏡１５により再び１／４波長板１４ｂ
へ向けて反射される。１／４波長板１４ｂを介した第１
ビームは、再び反射面１１ｂを反射して偏光分離面１１
ａに入射する。この時、第１ビームは１／４波長板１４
ｂを往復することによりＰ偏光の状態で面１１ａに入射
するため、面１１ａを透過して１／２波長板１８に向か
う。この１／２波長板１８を介した第１ビームは、偏光
面が９０°回転されてＳ偏光に変換された後、プリズム
体１９の光分割面１９ａで２分割される。

【００３５】まず、プリズム体１９の光分割面１９ａを
通過する一方の第１ビームは、偏向プリズム１７により
１８０°反射偏向されて、プリズム体１１の偏光分離面
１１ａに再入射する。この時、第１ビームは、１／２波
長板１８によりＳ偏光に変換されているため、その偏光
分離面１１ａで反射されて第１のレシーバ１０ａで受光
される。

【００３６】一方、プリズム体１９の光分割面１９ａを
反射する他方の第１ビームは、反射面１９ｂで９０°反
射偏向され、プリズム体１１の偏光分離面１１ａに再入
射する。この時、第１ビームは、１／２波長板１８によ
りＳ偏光に変換されているため、その偏光分離面１１ａ
で反射されて第２のレシーバ１０ｂで受光される。次
に、レーザー光源１からプリズム体１１の偏光分離面１
１ａに入射するレーザービームの内の面１１ａに対して
Ｓ偏光の第２ビームは、その面１１ａで反射されて１／
２波長板１８に向かう。この１／２波長板１８を介した
第２ビームは、偏光面が９０°回転されてＰ偏光に変換
された後に、プリズム体１９の光分割面１９ａで２分割
される。

【００３７】まず、プリズム体１９の光分割面１９ａを
通過する一方の第２ビームは、偏向プリズム１７により
１８０°反射偏向されて、プリズム体１１の偏光分離面
１１ａに再入射する。この時、第１ビームは、１／２波
長板１８によりＰ偏光に変換されているため、その面１
１ａを透過して反射面１１ｂで９０°反射偏向された
後、１／４波長板１４ｅを介して円偏光に変換されて、
第２の移動鏡１５により再び１／４波長板１４ｅへ向け
て反射される。そして、この１／４波長板１４ｅを介し
た第２ビームは、再び反射面１１ｂを反射して偏光分離
面１１ａに入射する。この時、第２ビームは１／４波長
板１４ｅを往復することによりＳ偏光の状態で偏光分離
面１１ａに入射するため、偏光分離面１１ａを反射して
１／４波長板１４ｆに向かう。この１／４波長板１４ｆ
を介した第２ビームは円偏光に変換された後、第２の移
動鏡１６により再び１／４波長板１４ｆへ向けて反射さ
れて、偏光分離面１１ａに入射する。この時、第２ビー
ムは１／４波長板１４ｆを往復することによりＰ偏光の
状態で偏光分離面１１ａに入射するため、偏光分離面１
１ａを透過して第１のレシーバ１０ａで受光される。

【００３８】一方、プリズム体１９の光分割面１９ａを
反射する他方の第２ビームは、反射面１９ｂで９０°反
射偏向され、プリズム体１１の偏光分離面１１ａに再入
射する。この時、第２ビームは、１／２波長板１８によ
りＰ偏光に変換されているため、その面１１ａを通過し
て反射面１１ｂで９０°反射偏向された後、１／４波長
板１４ｃを介して円偏光に変換される。その後、第２ビ
ームは、ｘ方向に所定の長さを持つ密閉管２２を通過
し、第１の移動鏡１５で反射されて、再び密閉管２２を
通過して１／４波長板１４ｃへ向かう。そして、この１
／４波長板１４ｃを介した第２ビームは、反射面１１ｂ
で反射されて再びプリズム体１１の偏光分離面１１ａに
入射する。この時、第２ビームは、１／４波長板１４ｃ
を往復することによりＳ偏光の状態で偏光分離面１１ａ
に入射するため、その偏光分離面１１ａを反射して、１
／４波長板１４ｄへ向かう。１／４波長板１４ｄを介し
た第２ビームは、円偏光に変換された後、密閉管２２を
通過して第１の移動鏡１５で反射されて再び密閉管２２
に向かう。密閉管２２を通過した第２ビームは、１／４
波長板１４ｄを介してＰ偏光に変換され、プリズム体１
１の偏光分離面１１ａを透過して第２のレシーバ１０ａ
で受光される。

【００３９】以上の如く、本発明による第１実施例の干
渉計は、干渉計の計測用光路の１部を空気屈折率の変化
を検出する補正用光路の１部として共用し、さらにこの
共用光路と並列的に空気屈折率の変化の基準となる補正
基準用の光路を形成する特徴的な構成を有しているた
め、干渉計が実際に受ける空気の屈折率による測定誤差
をより正確に検出することを可能としている。

【００４０】さて、レシーバ１０ａにおいては、第１の
移動鏡１５で２回反射された第１ビームと第２の移動鏡
１６で２回反射された第２ビームとがアナライザにより
偏光方向が揃えられて受光素子に入射する。ここで、レ
シーバ１０ａの受光素子からは、第１の移動鏡１５と第
２の移動鏡１６とがＸ方向に相対的に停止している状態
では、周波数が（ｆ１−ｆ２）のビート信号が出力さ
れ、両者がＸ方向に相対的に移動すると周波数が変調さ
れたビート信号が出力される。従って、この周波数の変
化を積算することにより、第１の移動鏡１５と第２の移
動鏡１６とのＸ方向の相対的な移動量を検出することが
できる。

【００４１】この場合、本例では図１（ａ）より明かな
ように、プリズム体１１の直角プリズム１２の内部では
計測用の第１及び第２ビームとは同一の光路を通過す
る。また、プリズム体１１の直角プリズム１３の内部で
は、計測用の第１及び第２ビームとは上下に離れた同じ
長さの光路（即ち、図１（ｂ）に示す実線の光路Ｔ１，
点線の光路Ｔ２）を通過する。従って、直角プリズム１
２と直角プリズム１３との間に温度差が生じても、第１
ビームと第２ビームとの光路長の差は変化しなため、第
１の移動鏡１５と第２の移動鏡９とのＸ方向の相対的な
移動量を常に高精度のもとで計測することができる。

【００４２】一方、第２のレシーバ１０ｂにおいては、
第１の移動鏡１５で２回反射された第１ビーム（実際に
空気の屈折率の変化の影響を受けたビーム）と、密閉管
２２を介して第１の移動鏡１５で２回反射された第２ビ
ーム（空気屈折率の変化の基準となる補正基準用のビー
ム）とがアナライザにより偏光方向が揃えられて受光素
子に入射する。

【００４３】第２のレシーバ１０ｂの受光素子からは、
空気の揺らぎ（空気の屈折率の変化）による光路長差が
生じていない状態では、周波数が（ｆ１−ｆ２）のビー
ト信号が出力され、空気の揺らぎ（空気の屈折率の変
化）によりＸ方向での光路長差が生ずると周波数が変調
されたビート信号が出力される。従って、この周波数の
変化を積算することにより、空気の揺らぎ（空気の屈折
率の変化）によるＸ方向での光路長の変化量を検出する
ことができる。

【００４４】この場合、本例では図１（ａ）より明かな
ように、プリズム体１１の直角プリズム１２の内部で
は、空気の屈折率の変化を検出するための第１及び第２
ビームとは同一の光路を通過する。また、プリズム体１
１の直角プリズム１３の内部では、図１（ｄ）に示すよ
うに、空気の屈折率の変化を検出するための第１及び第
２ビームとはそれぞれ光路Ｔ１及びＴ３を通過するが、
光路Ｔ１の長さと光路Ｔ３の長さとは等しい。従って、
直角プリズム１２と直角プリズム１３との間に温度差が
生じても、第１及び第２ビームとの光路長の差は変化す
ることがなく、常に高精度のもとで空気の揺らぎ（空気
の屈折率の変化）によるＸ方向での光路長の変化量を計
測することができる。

【００４５】このように、第１及び第２のレシーバ（１
０ａ，１０ｂ）からそれぞれ出力される信号を不図示の
演算処理系（演算手段）に入力して、この演算処理系に
おいて、第２のレシーバからの出力される空気の揺らぎ
の情報を含む信号に基づいて所定の演算を行い、第１の
レシーバからの出力される計測信号を補正することによ
って、より高精度な第１及び第２の移動鏡（１５，１
６）の相対的な移動量を検出することができる。

【００４６】以上の如く、図１に基づいて説明した第１
実施例を、例えば半導体製造用の投影露光装置のウエハ
を載置するＸＹステージの２次元的な位置を検出する干
渉計として用いた場合には、レチクル上のパターンをウ
エハ上に投影する投影対物レンズの鏡筒に第１の移動鏡
１５を固設し、上記ＸＹステージ上の一端に第１の移動
鏡１６を固設することが良い。このとき、密閉管２２
（補正部材）の一端が第１の移動鏡１５と結合していて
も良いが、外的な要因による振動や膨張による力が第１
の移動鏡１５及び投影対物レンズに伝達される恐れがあ
るため好ましくない。

【００４７】なお、図１（ａ）に示した第１実施例で
は、１／４波長板（１４ａ〜１４ｆ）を６枚で構成した
場合について説明したが、これらを一体化して１枚の１
／４波長板で構成しても良い。また、図１（ａ）に示し
た第１実施例では、偏向プリズム１７とプリズム体１１
との間の上方の光路中にプリズム体１９を配置している
が、このプリズム体１９を偏向プリズム１７とプリズム
体１１との間の下方の光路中に配置し、これに伴って密
閉管２２（補正部材）をプリズム体１１と第２の移動鏡
１６との間に配置しても良い。

【００４８】さらに、図１（ａ）に示した第１実施例で
は、プリズム体１９を介して第１の移動鏡１５を２往復
する２つの補正用光路をカバーするように密閉管２２
（補正部材）が配置されているが、各々の補正用光路に
それぞれ密閉管２２（補正部材）を配置しても良く、さ
らには、各々の補正用光路にそれぞれ配置された１／４
波長板（１４ｃ，１４ｄ）と密閉管２２とを入れ換えて
逆の配置にしても良い。

【００４９】また、図１（ａ）に示した実施例では、互
いに直交した２つの面を持つ直角プリズム１２の第１の
面側にレーザー光源１と２つのレシーバ（１０ａ，１０
ｂ）とが配置され、第２の面側に１／２波長板１８，プ
リズム体１９及び直角プリズム１７とが配置されてい
る。しかしながら、この配置構成に限ることなく、この
直角プリズム１２の第２の面側にレーザー光源１と２つ
のレシーバ（１０ａ，１０ｂ）とを配置し、直角プリズ
ム１２の第１の面側に１／２波長板１８，プリズム体１
９及び直角プリズム１７とを配置しても良く、さらに
は、レーザー光源１と２つのレシーバ（１０ａ，１０
ｂ）の内のいずれか一方とを入れ換えた配置としても良
い。

【００５０】また、図１（ａ）に示した第１実施例にお
ける第１及び第２の移動鏡（１５，１６）とのいずれか
一方を固定鏡とし、他方を移動鏡として使用できること
は言うまでもない。次に、本発明の第２実施例による干
渉計について図２を参照しながら説明する。本例は図１
の例を変形したものであり、偏向プリズム１７（直角プ
リズム）を横に寝せた状態で配置して平面的に構成した
ものであり、図２において図１に対応する部分には同一
符号を付してその詳細説明を省略する。

【００５１】図２は本例のレーザー干渉計の要部の構成
を示し、この図２において、２２０は所定の長さを持ち
熱膨張率の極めて小さな棒状の補正部材であり、この棒
状部材２２０の一方の一端は固定鏡１５（本実施例で
は、表面鏡１５を固定鏡、表面鏡１６を移動鏡としてい
る。）に固設され、他方の一端には反射鏡２２０ａが設
けられている。また、第２実施例では、プリズム体１１
の透過面１１ｃの近くに６個の１／４波長板（１４ａ〜
１４ｆ）を配置した第１実施例と異なり、１枚の１／４
波長板のみを配置している。

【００５２】次に、図２（ａ）に基づいて本例の引き回
し光路について説明する。先ず、レーザー光源１からの
レーザービーム（第１ビーム及び第２ビーム）はプリズ
ム体１１の偏光分離面１１ａに４５°の入射角で入射す
る。その内の偏光分離面１１ａに対してＰ偏光の第１ビ
ームは、そのまま偏光分離面１１ａを透過し、１／４波
長板１４を通過して固定鏡１５で反射され、再び１／４
波長板１４を介した後、偏光分離面１１ａで反射され
る。この偏光分離面１１ａを反射した第１ビームは、反
射面１１ｂ、１／４波長板１４を介して固定鏡１５で反
射され、再び１／４波長板１４、反射面１１ｂを介し
て、偏光分離面１１ａを透過した後、１／２波長板１８
に向かう。この１／２波長板１８を介した第１ビーム
は、プリズム体１９の光分割面１９ａで２分割される。

【００５３】プリズム体１９の光分割面１９ａを通過す
る一方の第１ビームは、偏向プリズム１７を介して、偏
光分離面１１ａで反射して第１のレシーバ１０ａで受光
され、一方、プリズム体１９の光分割面１９ａを反射す
る他方の第１ビームは、反射面１９ｂを介して偏光分離
面１１ａを反射して第２のレシーバ１０ｂで受光され
る。

【００５４】次に、レーザー光源１からプリズム体１１
の偏光分離面１１ａに入射するレーザービームの内の偏
光分離面１１ａに対してＳ偏光の第２ビームは、その偏
光分離面１１ａで反射されて１／２波長板１８に向か
う。この１／２波長板１８を介した第２ビームは、プリ
ズム体１９の光分割面１９ａで２分割される。まず、プ
リズム体１９の光分割面１９ａを通過する一方の第２ビ
ームは、偏向プリズム１７を介して偏光分離面１１ａを
透過し、反射面１１ｂ及び１／４波長板１４を介して移
動鏡１６で反射される。そして、この移動鏡１６で反射
された第２ビームは、再び１／４波長板１４及び反射面
１１ｂを介して偏光分離面１１ａで反射し、再度１／４
波長板１４に向かう。この１／４波長板１４を介した第
２ビームは、移動鏡１６により再び１／４波長板１４へ
向けて反射され、偏光分離面１１ａを透過して第１のレ
シーバ１０ａで受光される。

【００５５】一方、プリズム体１９の光分割面１９ａを
反射する他方の第２ビームは、反射面１９ｂで反射さ
れ、プリズム体１１の偏光分離面１１ａを通過して反射
面１１ｂで反射される。その後、第２ビームは、１／４
波長板１４を介して固定鏡１５に固設された棒状部材２
２０の一端に設けられた反射面２２０ａで反射されて、
再び１／４波長板１４及び反射面１１ｂを介して偏光分
離面１１ａで反射されて、１／４波長板１４へ向かう。
１／４波長板１４を介した第２ビームは、棒状部材２２
０の一端に設けられた反射面２２０ａで反射された後、
１／４波長板１４を介して偏光分離面１１ａを透過し、
第２のレシーバ１０ｂで受光される。

【００５６】以上の如く、本発明による第２実施例の干
渉計も、第１実施例と同様に、干渉計の計測用光路の１
部を空気屈折率の変化を検出する補正用光路の１部とし
て共用し、さらにこの共用光路と並列的に空気屈折率の
変化の基準となる補正基準用の光路を形成する特徴的な
構成を有しているため、干渉計が実際に受ける空気の屈
折率による測定誤差をより正確に検出することを可能と
している。

【００５７】従って、第１のレシーバ１０ａで固定鏡１
５に対する移動鏡１６の移動量が精度良く検出でき、第
２のレシーバ１０ｂで空気の揺らぎ（空気の屈折率の変
化）によるＸ方向での光路長の変化量を高精度のもとで
検出できるため、第２のレシーバからの出力される信号
に基づいて所定の演算を行い、第１のレシーバからの出
力される計測信号を補正することによって、より高精度
な移動鏡１６の移動量を検出することができる。

【００５８】ここで、本例では図２（ａ）より明かなよ
うに、プリズム体１１の直角プリズム１２の内部では計
測用の第１及び第２ビームは同一の光路を通過するとと
もに、空気の揺らぎを計測するための第１及び第２ビー
ムも同一の光路を通過する。また、プリズム体１１の直
角プリズム１３の内部では、図２（ｂ）に示すように計
測用の第１及び第２ビームはそれぞれ光路Ｔ１及びＴ２
を通過するが、光路Ｔ１の長さと光路Ｔ２の長さとは等
しい。また、プリズム体１１の直角プリズム１３の内部
では、図２（ｂ）に示すように空気の揺らぎを計測する
ための第１及び第２ビームはそれぞれ光路Ｔ１及びＴ３
を通過するが、光路Ｔ１の長さと光路Ｔ３の長さとは等
しい。

【００５９】従って、直角プリズム１２と直角プリズム
１３との間に温度差が生じても、計測用の第１及び第２
ビームの光路長の差は変化することがないと同時に、空
気の揺らぎを計測するための第１及び第２ビーム光路長
の差は変化することがない。この様に、直角プリズム１
２と直角プリズム１３との間に温度差が生じても、固定
鏡１５と移動鏡１６とのＸ方向の相対的な移動量を常に
高精度で計測しながら、空気の揺らぎ（空気の屈折率の
変化）によるＸ方向での光路長の変化量を常に高精度の
もとで計測することができるため、移動鏡１６の移動量
をより高精度に検出することができる。

【００６０】なお、図２（ａ）に示す第２実施例では、
１／４波長板１４を１枚で構成した場合を示している
が、固定鏡１５及び反射面２２０ａの反射により往復す
る６つの往復光路の各々に１／４波長板１４ａを配置し
ても良い。また、図２（ａ）に示した第２実施例では、
互いに直交した２つの面を持つ直角プリズム１２の第１
の面側にレーザー光源１と２つのレシーバ（１０ａ，１
０ｂ）とが配置され、第２の面側に１／２波長板１８，
プリズム体１９及び直角プリズム１７とが配置されてい
る。しかしながら、この配置構成に限ることなく、この
直角プリズム１２の第２の面側にレーザー光源１と２つ
のレシーバ（１０ａ，１０ｂ）とを配置し、直角プリズ
ム１２の第１の面側に１／２波長板１８，プリズム体１
９及び直角プリズム１７とを配置しても良く、さらに
は、レーザー光源１と２つのレシーバ（１０ａ，１０
ｂ）の内のいずれか一方とを入れ換えた配置としても良
い。

【００６１】さらに、図２（ａ）に示した第２実施例の
１／２波長板１８の代わりに、直角プリズム１７の入射
及び射出面の全面を覆うように１／４波長板を配置する
と共に、フリズム体１９の射出面に１／４波長板を配置
しても良く、さらには、後述するフリズム体１９とプリ
ズム体１１との間の３つの光路上に１／４波長板を配置
しても良い。この時、この１／４波長板をプリズム体１
１の直角プリズム１２の面に接合して一体的にしても良
く、さらには１／４波長板１４をプリズム体１１の直角
プリズム１３の面に接合して一体的にしても良い。

【００６２】なお、上述実施例はヘテロダイン方式のレ
ーザー干渉計に本発明を適用したものであるが、本発明
はホモダイン方式の干渉計にも同様に適用することがで
きる。また、直角プリズム１７の代わりにコーナーキュ
ーブ等を使用しても良い。このように、本発明は上述実
施例に限定されず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の構成を取り得る。

【００６３】

【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、光学部材
間に温度変化が生じ、さらに空気の揺らぎが生じていて
も測定誤差が極めて少ない高精度な干渉計をコンパクト
な構成で達成できる。しかも、比較的少ない部品点数で
本発明の干渉計が実現できるため、コストの低減につい
ても極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明による干渉計の第１実施例を示
す斜視図、（ｂ）は第１実施例のプリズム体１１を通過
する計測光路の様子を示す平面図、（ｃ）は第１実施例
のプリズム体の他の例を示す平面図、（ｄ）は第１実施
例のプリズム体１１を通過する空気の揺らぎ計測用光路
の様子を示す平面図である。

【図２】（ａ）は本発明による干渉計の第２実施例を示
す構成図、（ｂ）は第２実施例のプリズム体１１の平面
図である。

【図３】（ａ）は従来の干渉計を示す構成図、（ｂ）は
従来のプリズム体２の平面図である。

【主要部分の符号の説明】

１・・・・・ レーザー光源 １０ａ，１０ｂ・・・・・ レシーバ １１・・・・・ 第１のプリズム体 １４（１４ａ〜１４ｆ）・・・・・ １／４波長板 １５・・・・・ 第１の移動鏡 １６・・・・・ 第２の移動鏡 １７・・・・・ 偏向プリズム（直角プリズム） １８・・・・・ １／２波長板 １９・・・・・ 第１のプリズム体 ２２・・・・・ 補正部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コヒーレントな光束を供給する光源手段
   と、該光束を第１光束と第２光束とに偏光分離する偏光
   分離面と該偏光分離面と直交する反射面を有する第１光
   学部材と、第１光学部材に対向して配置された第１反射
   部材と、前記偏光分離面を通過する第１光束が前記偏光
   分離面と前記第１反射部材との間を別光路でそれぞれ往
   復して前記偏光分離面を射出するように，前記第１光学
   部材と前記第１反射部材との間の各往復光路に設けられ
   た第１及び第２の１／４波長板と、前記偏光分離面を射
   出する第１光束と前記偏光分離面を反射する第２光束と
   を再び前記偏光分離面に向けて偏向する偏向部材と、該
   偏向部材を介した第１光束を前記偏光分離面で反射させ
   かつ該偏向部材を介した第２光束を前記偏光分離面で透
   過させるために，前記偏向部材と前記偏光分離面との光
   路間に配置された位相部材と、前記第１光学部材に対向
   して配置された第２反射部材と、前記偏光分離面を通過
   する第２光束が前記偏光分離面と前記第２反射部材との
   間を別光路でそれぞれ往復して前記偏光分離面を射出す
   るように，前記第１光学部材と前記第２反射部材との間
   の各往復光路に設けられた第３及び第４の１／４波長板
   と、前記偏光分離面を反射する第１光束と前記偏光分離
   面を射出する第２光束とを受光して前記１反射部材と第
   ２反射部材との相対的な移動量を検出する第１検出手段
   と、前記偏光分離面を射出する第１光束と前記偏光分離
   面を反射する第２光束を各々分割し，分割された第１光
   束を前記偏光分離面で反射させかつ分割された第２光束
   を前記偏光分離面で透過させるために，前記偏光分離面
   と前記偏向部材との間に配置された第２光学部材と、該
   第２光学部材を介して前記偏光分離面を通過する分割さ
   れた第２光束が前記偏光分離面と前記第１もしくは第２
   反射部材との間を別光路でそれぞれ往復して前記偏光分
   離面を射出するように，前記第１光学部材と前記第１も
   しくは第２反射部材との間の各往復光路に設けられた第
   ５及び第６の１／４波長板と、前記第１光学部材と前記
   第１もしくは第２反射部材との間の前記第５の１／４波
   長板を往復する光路中に設けられた第１補正部材と、前
   記第１光学部材と前記第１もしくは第２反射部材との間
   の前記第６の１／４波長板を往復する光路中に設けられ
   た第２補正部材と、前記偏光分離面を反射する分割され
   た第１光束と前記偏光分離面を射出する分割された第２
   光束とを受光して空気の屈折率の変化を検出する第２検
   出手段とを有することを特徴とする干渉計。
2. 【請求項２】前記第１及び第２補正部材は、内部が真空
   もしくは空気が封入された密閉部材で構成されることを
   特徴とする請求項１記載の干渉計。
3. 【請求項３】前記第１及び第２補正部材は、熱膨張が殆
   どない棒状部材で構成され、該棒状部材の一方の端は前
   記第１もしくは第２反射部材に固定され、該棒状部材の
   一方の端は反射面を有することを特徴とする請求項１記
   載の干渉計。
4. 【請求項４】前記第１及び第２補正部材は、一体的に構
   成されることを特徴とする請求項１記載の干渉計。
5. 【請求項５】前記第１乃至第６の１／４波長板は一体的
   に構成されることを特徴とする請求項１乃至４記載の干
   渉計。