JPH08105711A - 光波干渉測長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 調整作業が容易であるにも拘らず、高精度で
信頼性の高い測定を行う光波干渉測長装置を得る。 【構成】 固定鏡を回転台１２とプリズム１３とから構
成する。これにより、参照光を反射させると共に偏光状
態を円偏光とする。上記回転台１２は、参照光の進行方
向に対して垂直な方向の軸を中心として所望角度、回動
自在である。上記プリズム１３は、この回転台１２上面
に固定する。このプリズム１３は、参照光を透過自在
で、参照光の波長に於ける屈折率ｎが１．５５３８以上
の硝材により造る。そして、互いに直交する第一、第二
の全反射面１４、１５を有する。この為、反射後の参照
光のｐ成分とｓ成分との位相差は９０度となる。このプ
リズム１３の配置調整は、上記回転台１２を所望角度だ
け回動させる事で行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の光波干渉測長装置は、例
えば超ＬＳＩ（ＶＬＳＩ：超大規模集積回路）を製造す
る為の製造装置、或は光子エネルギビーム加工装置等の
超精密加工装置、更にはこれら各種装置に組み込まれる
超精密測定装置等に付設される。そして、これらの装置
に設けられた移動台等の微動部材を、所望量だけ正確に
移動させるべく制御したり、或は上記微動部材の移動量
を正確に検出する為に利用する。

【０００２】

【従来の技術】近年に於ける高度先端技術製品の出現に
伴い、超精密加工の必要性が高まっている。例えば、マ
イクロコンピュータ等の電子機器には、ＩＣ（集積回
路）やＬＳＩ（大規模集積回路）、更には超ＬＳＩが広
く使用される様になっている。これらＩＣやＬＳＩ、超
ＬＳＩを製造する場合、例えば１００mm径の半導体ウエ
ハに数千から数万個の微小な回路素子を造り込む。従っ
て、これらＬＳＩ等を製造する場合、上記半導体ウエハ
の位置決めを、ｎｍ（１０^-9ｍ）のオーダーの精度で正
確に行う必要がある。又、上記ＬＳＩ等のマスクのピッ
チ等を、やはり上記精度で正確に測定する必要がある。

【０００３】更に、上記ＬＳＩ等の製造以外の分野に於
いても、例えばビデオディスクの製造、ボールベアリン
グの製造、ダイヤモンド単結晶の単刃バイトによる鏡面
切削加工等、極めて高い加工精度が要求されるものが存
在する。これら極めて高い加工精度を要求される製造物
や被加工物に於いては、やはり超精密な位置決めを要求
される。そして、上記加工精度を更に向上させるべく、
上記製造物や被加工物の位置決めを上記ｎｍのオーダー
の精度で行う事も研究され、又、実施されている。

【０００４】上述した様なｎｍのオーダーの位置決めを
行う場合、従来は図５、或は図６に示す様な装置を用い
ていた。このうち図５は、上記ＬＳＩ等の製造に係る電
子ビーム露光装置のＸ−Ｙステージ２０を示している。
このＸ−Ｙステージ２０は、基台２２の上面にＸ軸方向
（図５の矢印Ｘ方向）に移動自在な第一の移動台２３を
設けている。上記基台２２の上面には上記Ｘ軸方向に亙
る１対の案内溝２４、２４を形成している。そして、こ
の案内溝２４、２４に上記第一の移動台２３の下面に形
成した１対の突部２５、２５を嵌合させている。従っ
て、上記第一の移動台２３は上記案内溝２４、２４に沿
って上記Ｘ軸方向に移動自在である。

【０００５】更に、この第一の移動台２３の上面には、
上記Ｘ軸と直交するＹ軸方向（図５の矢印Ｙ方向）に移
動自在な第二の移動台２６を設けている。上記第一の移
動台２３の上面には、上記Ｙ軸方向に亙る１対の案内溝
２７、２７を形成している。そして、この案内溝２７、
２７に上記第二の移動台２６の下面に形成した１対の突
部２８、２８を嵌合させている。従って、第二の移動台
２６は上記案内溝２７、２７に沿って上記Ｙ軸方向に移
動自在である。上記第一、第二の各移動台２３、２６に
は、それぞれ圧電素子等から構成される駆動部材（図示
せず）を連結し、これら第一、第二の移動台２３、２６
を上記ｎｍのオーダーで微動自在としている。

【０００６】又、図６に示したものは、超精密工作機械
等に用いられている昇降部材２１を示している。この昇
降部材２１は、前記図５に示した様なＸ−Ｙステージ２
０の第二の移動台２６の上面に設けた立ち壁２９に、昇
降自在に設けられている。この昇降部材２１には被加工
物の高さ位置を検知する為の探針等が設けられる。又、
この昇降部材２１には図示しない駆動装置を連結し、昇
降部材２１をやはりｎｍのオーダーで昇降できる様にし
ている。

【０００７】上述の様に上記Ｘ−Ｙステージ２０や昇降
部材２１等、ｎｍのオーダーで移動する部材の移動量を
測定する場合、従来は以下の様に行っていた。即ち、前
記図５に示したＸ−Ｙステージ２０に於いては、第二の
移動部材２６の互いに隣り合う側面に、それぞれ平面鏡
３０、３０を固定している。そして、これら平面鏡３
０、３０を含む干渉計（図示せず）を１対設け、これら
干渉計と共にそれぞれ図示しない光源手段や検出手段等
から成る干渉測長装置によってＸ軸、Ｙ軸それぞれの方
向の移動量を測定自在としている。又、前記図６に於け
る昇降部材２１の昇降量を測定する場合に於いては、や
はり上記昇降部材２１の下面に反射鏡３１を固定する。
そして、この反射鏡３１を含む干渉計３２、並びに光源
手段（図示せず）や検出手段３３から成る干渉測長装置
により、上記昇降部材２１の昇降量を検出する様にして
いる。尚、この図６で３４は、折畳式のスパイラルカバ
ー、３５は、保護カバーである。これら各カバー３４、
３５は、光源手段から送り出された光束や、この光束が
通過する光路を保護する為に設けている。

【０００８】上述した干渉測長装置としては、従来から
例えば図７に示す様な、光波干渉測長装置が知られてい
る。この図７に於いて、１は光源手段であるレーザーで
ある。このレーザー１から出射したレーザー光は単一の
周波数を有し、且つその偏光状態が直線偏光である。
尚、レーザーの種類によっては、このレーザーから出射
される光波が、単一の周波数を有するが、その偏光状態
が直線偏光でないものも存在する。この様なレーザーの
場合、このレーザーの後方にグラン・トムソン偏光プリ
ズム等の偏光子を配置し、上記レーザーとこの偏光子と
により光源手段を構成する。この偏光子の存在により、
次述するハーフビームスプリッタ２に入射する光波の偏
光状態を直線偏光とする。出射したレーザー光が単一の
周波数を有し、且つその偏光状態が直線偏光である様な
レーザー１に於いては、上記グラン・トムソン偏光プリ
ズム等の偏光子は不要であり、このレーザー１のみで光
源手段をなす。

【０００９】２は半透鏡であるハーフビームスプリッタ
で、このハーフビームスプリッタ２は、上記レーザー光
を、それぞれ振幅が等しい測定光と参照光とに２分割す
る。即ち、上記レーザー光の半分は上記ハーフビームス
プリッタ２で反射し、図７の上方に向けて進む。この光
束が参照光となる。一方、上記レーザー光の残りの半分
は、上記ハーフビームスプリッタ２を透過し、直進す
る。この光束が測定光となる。

【００１０】上記参照光の進行方向前方（図７の上方）
には、１／８波長板３と、固定の反射鏡であるコーナー
キューブ４とを、上記ハーフビームスプリッタ２の側か
ら順に、直列に配置している。従って、上記参照光は、
１／８波長板３を通過してコーナーキューブ４に入射す
る。そして、このコーナーキューブ４で反射して再び１
／８波長板３を通過する。上記１／８波長板３は、上記
参照光を往路及び復路の二度に亙って通過させる事によ
り、この参照光の偏光状態を円偏光とする。上記コーナ
ーキューブ４は互いに直交する３つの反射面を有してい
る。この様なコーナーキューブ４で反射し、１／８波長
板３を通過した参照光は、上記ハーフビームスプリッタ
２に入射し、更に、次述する偏光ビームスプリッタ５に
向けて進む。尚、上記１／８波長板３は、上述した様に
参照光の光路上に設ける代りに、上記測定光の光路上に
設ける事もできる。

【００１１】一方、上記測定光の進行方向前方（図７の
右方）には可動鏡を設けている。この可動鏡は、例えば
前記Ｘ−Ｙステージ２０を構成する第二の移動台２６
（図５）や昇降部材２１（図６）等、微動する部材に反
射鏡を固定する事により構成される。そして、上記測定
光の光路と同方向（図７の矢印Ａ方向）に移動自在であ
る。即ち、この可動鏡が前記図５に示す平面鏡３０、或
は前記図６に示す反射鏡３１に相当する。この可動鏡と
しては従来からコーナーキューブ６を使用している。
尚、可動鏡として、上記コーナーキューブ６以外にも従
来から知られた反射鏡を使用する事も可能ではある。し
かしながら、上記コーナーキューブ６以外の反射鏡を使
用した場合、上記Ｘ−Ｙステージ２０や昇降部材２１の
微小な傾きの影響を受ける。他方、上記コーナーキュー
ブ６は、この様な影響を受ける事はない。この為、コー
ナーキューブ６を用いるのが一般的である。このコーナ
ーキューブ６は前記コーナーキューブ４と同様、互いに
直交する３つの反射面を有している。これら各反射面に
は偏光特性の影響を排除すべく、金属膜を蒸着させる事
が好ましい。コーナーキューブ６で反射した測定光は上
記ハーフビームスプリッタ２で反射する。この際の測定
光の偏光方向は、このハーフビームスプリッタ２に対し
４５度傾いた直線偏光である。上記ハーフビームスプリ
ッタ２で反射した測定光は、上記参照光と結合し、次述
する偏光ビームスプリッタ５に入射する。

【００１２】上記ハーフビームスプリッタ２の、上記コ
ーナーキューブ４と反対側（図７の下側）には、偏光ビ
ームスプリッタ５を設けている。上記偏光ビームスプリ
ッタ５に入射した光束は、この偏光ビームスプリッタ５
により干渉縞を発生する。この際、上記光束のｐ成分
（入射面に対して平行な成分）の干渉縞とｓ成分（入射
面に対して垂直な成分）の干渉縞とは、それぞれの位相
が９０度異なっている。尚、偏光ビームスプリッタ５の
入射面の方向は、上記ビームスプリッタ２の入射面の方
向と一致させる事が望ましい。

【００１３】上記偏光ビームスプリッタ５の後方（図７
の右方、並びに下方）には、それぞれ検出手段を構成す
る第一、第二の光電変換素子７、８を設けている。この
第一、第二の各光電変換素子７、８は、それぞれ上記ｐ
成分の干渉縞とｓ成分の干渉縞との強度をそれぞれ電気
信号に変換する。次いで、これらの電気信号は、演算手
段に送られる。この演算手段としては、ワンチップマイ
コン等の演算回路、或はマイクロコンピュータやミニコ
ンピュータ（図示せず）等を使用できる。そして、この
演算手段よって上記可動鏡を構成するコーナーキューブ
６の移動量を算出する。更に、上記電気信号は、上記第
二の移動台２６或は昇降部材２１等の、上記可動鏡に一
体に設けられた部材が移動方向一側に向けて移動した
か、或は他側に向けて移動したかを弁別する為の基準信
号となる。又、これらの信号は、上記演算手段が、測定
分解能を向上させるべく行う演算方法の一つである内挿
分割を行う際の基準信号ともなる。

【００１４】尚、上記ハーフビームスプリッタ２は、上
記レーザー光の偏光方向がこのハーフビームスプリッタ
２の入射面に対して４５度の角度を有する様に配置す
る。これは、上記ｐ成分、ｓ成分それぞれの干渉縞のＤ
Ｃ成分及びコントラストを等しくし、上記演算手段に於
ける信号処理を容易にする為である。又、これと共に、
上記１／８波長板３の向きの調整を容易にする為であ
る。更に、上記ハーフビームスプリッタ２のガラス表面
には、偏光特性に基づく悪影響を避ける為、金属の薄膜
を蒸着したものが好ましく用いられる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光波干渉測長装置に於いては、参照光の光路
上、或は測定光の光路上に１／８波長板３を設ける事に
起因して、測定精度の低下を招く場合があり、その解決
が望まれていた。即ち、１／８波長板３は、この１／８
波長板３の進相軸の光路長と遅相軸の光路長との差が、
使用するレーザーの発振波長の１／８のものを選択す
る。しかしながら製造時の誤差により、上記差が正しく
レーザー光の波長の１／８とならない場合がある。この
様な場合、上記誤差の存在に伴い、上記ｐ成分の干渉縞
と上記ｓ成分の干渉縞との位相差が９０度にならない。
この為、上記内挿分割を行った際に分割間隔が一定にな
らず、測定精度が悪化してしまう。この様な測定精度の
悪化を防止する為には１／８波長板３の製造誤差を極力
小さくすれば良いが、この為には製造コストが嵩んでし
まい、現実的でない。

【００１６】又、上記製造誤差が測定精度に影響を与え
ない程度であっても、１／８波長板３の配置調整に起因
する誤差により、測定精度の悪化を生じる場合もある。
即ち、この１／８波長板３は、この１／８波長板３の進
相軸或は遅相軸の方向を、上記レーザー光の直線偏光の
方向に対して４５度傾けた状態で配置しなければならな
い。この調整を少しでも容易にすべく、前述した様に上
記ハーフビームスプリッタ２を、上記レーザー光の偏光
方向がこのハーフビームスプリッタ２の入射面に対して
４５度の角度を有する様に配置している。しかしなが
ら、この様な対策を施しても、依然としてこの調整は面
倒であり、この調整に誤差を生じた場合、上述した様に
測定精度が悪化する。

【００１７】尚、上述した様な、測定光と参照光とを干
渉させ、干渉信号の明滅（干渉強度の位相）から上記可
動鏡に一体に設けられた部材の移動距離を算出する構造
の他に、ヘテロダイン干渉計と称される、１／８波長板
３を用いない構造の干渉計も従来から知られている。こ
のヘテロダイン干渉計は、ドップラー効果を利用して上
記可動鏡に一体に設けられた部材の変位量を測定するも
のである。即ち、周波数の異なる２光束をそれぞれ参照
光路及び測定光路に導き、互いに干渉させる事で生じる
ビート信号の周波数変化から上記変位量を求める。この
様な構造の干渉計を利用すれば、上述した１／８波長板
３の存在に基づく上記不都合を回避できる。しかしなが
ら、ヘテロダイン干渉計の場合、偏光状態の異なる２周
波を造る為に却って装置が複雑化し、コストがより一層
嵩んでしまう。本発明の光波干渉測長装置は、上述の様
な事情に鑑みて考えたものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の光波干渉測長装
置は、単一周波数でその偏光状態が直線偏光である光波
を送り出す光源手段と、この光源手段から送り出された
光波を参照光と測定光とに分割する半透鏡と、測定光の
光路上に設けられ、この測定光を反射させる可動鏡と、
上記参照光を反射させると共にその偏光状態を円偏光と
する固定鏡と、上記可動鏡で反射した測定光と上記固定
鏡で反射した参照光とを干渉させる偏光ビームスプリッ
タと、この偏光ビームスプリッタにより生じる干渉縞の
光強度を電気信号に変換する検出手段と、この検出手段
により得られた電気信号に基づいて上記可動鏡に一体に
設けられた部材の移動量を算出する演算手段とを備えて
いる。

【００１９】特に、本発明の光波干渉測長装置に於いて
は、上記固定鏡を、上記参照光の進行方向に対して垂直
な方向の軸を中心として所望角度回動自在な回転台と、
この回転台に固定されたプリズムとから構成している。
そして、このプリズムは、上記光波を透過自在でこの光
波の波長に於ける屈折率が１．５５３８以上の誘電体に
より造られ、且つ、互いに直交する第一、第二の全反射
面を有している。

【００２０】

【作用】上述の様に構成される本発明の光波干渉測長装
置により、可動鏡に一体に設けられた部材の移動量を測
定する際の作用自体は、前述の従来装置と同様である。
特に、本発明の光波干渉測長装置に於いては、参照光を
反射させる固定鏡を、回転台と、この回転台に固定され
た、互いに直交する第一、第二の全反射面を有するプリ
ズムとから構成している。更に、このプリズムをなす誘
電体は、上記参照光を透過自在で、この光波の波長に於
ける屈折率が１．５５３８以上のものとしている。この
為、このプリズムで反射する参照光が、互いに直交する
２つの偏光間で９０度の位相差を発生する様に、このプ
リズムの配置を調整する場合、上記回転台を所望角度だ
け回動させる事で行える。従って、このプリズムの調整
作業が容易となる。しかも、上記参照光の互いに直交す
る２つの偏光間での位相差を、前述した従来装置に比較
して精度良く９０度とできる。この結果、上記可動鏡に
一体に設けられた部材の変位量を、容易な調整作業で精
度良く測定する事が可能になる。更に、前述した従来装
置に比較して簡易に構成できる為、装置全体の製造コス
トを低廉化する事が可能になる。

【００２１】

【実施例】次に本発明の実施例に就いて説明する。尚、
本発明の光波干渉測長装置は、従来装置に於ける１／８
波長板を省略する代わりに、固定鏡に、参照光を反射さ
せると共にこの参照光の偏光状態を円偏光とする機能を
持たせ、測定前に於ける調整作業の容易化を図る事にそ
の特徴を有する。その他の構成並びに作用に就いては、
前述した従来例とほぼ同様である為、同等部分には同一
符号を付して重複する説明を省略、若しくは簡略化し、
以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。図１〜２は
本発明の第一実施例を示している。本実施例に於いて
は、光源手段としてレーザー１を採用している。このレ
ーザー１は、単一波長を有すると共にその偏光状態を直
線偏光としたレーザー光を出射する。この様なレーザー
１の他に単一の周波数を有するが、その偏光状態が円偏
光等、直線偏光でないレーザーの場合、前述した様にグ
ラン・トムソン偏光プリズム等の偏光子を配設し、上記
レーザーとこの偏光子とにより光源手段を構成する。
尚、上記レーザーに代えて、例えば気体放電管等、他の
単一波長を有する光源を採用しても良い。但し、光源の
安定化を図ると共に小型化をなし得る為には、上記単一
の周波数を有し偏光状態が直線偏光である、半導体レー
ザー等のレーザー１を採用するのが好ましい。

【００２２】更に、本実施例に於いては、上記レーザー
１から出射したレーザー光を、先ず光アイソレータ９を
通し、更に偏波面保持光ファイバー１０に導波させてい
る。上記光アイソレータ９により、上記偏波面保持光フ
ァイバー１０や前記ハーフビームスプリッタ２等の干渉
装置を構成する部材から、不要な戻り光が上記レーザー
１に帰還する事を防止している。更に、偏波面保持光フ
ァイバー１０を用いる事により、光源手段であるレーザ
ー１を上記干渉装置部分から分離した構成としている。
この為、この干渉装置部分の容積を小さくでき、前述し
たＬＳＩ製造に係る装置や各種精密測定装置と言った機
器への組込みが容易になる。しかも、レーザー１の発生
する熱の影響を僅少にする事ができる。

【００２３】上記偏波面保持光ファイバー１０の後方
（図１の右方）には、１／２波長板１１を設けている。
この１／２波長板１１は、レーザー光を前記ハーフビー
ムスプリッタ２の入射面に対し４５度傾いた直線偏光に
変換する。又、図１で３６ａ、３６ｂはコリメータレン
ズである。コリメータレンズ３６ａは、光アイソレータ
９と偏波面保持光ファイバー１０との間に配置し、上記
レーザー１から出射したレーザー光を効率良く偏波面保
持光ファイバー１０に導波する。又、上記コリメータレ
ンズ３６ｂは、上記偏波面保持光ファイバー１０と１／
２波長板１１との間に配置し、この偏波面保持光ファイ
バー１０から出射した光束を平行な光束とする。

【００２４】本発明の特徴部分である固定鏡は、回転台
１２とプリズム１３とから構成されている。上記回転台
１２は、上記参照光の進行方向に対して垂直な方向（図
１の表裏方向）の軸を中心として所望角度回動自在であ
る。この様な回転台１２は、ウォーム機構により基台を
回動自在とする構成等、例えば従来知られた割出し円テ
ーブルと同様の構成を採用できる。

【００２５】又、上記プリズム１３は、上記参照光（レ
ーザー１から出射したレーザー光）を透過自在で、この
参照光（上記レーザー光）の波長に於ける屈折率ｎがｎ
＝１．５５３８以上の誘電体である硝材（ガラス材）に
より造られ、互いに直交する第一、第二の全反射面１
４、１５を有している。尚、プリズム１３を構成する部
材は、上記硝材に限らず、石英や水晶等の結晶、或は合
成樹脂としても良い。要は、上記参照光を透過すると共
に、この参照光の波長に於ける屈折率ｎがｎ＝１．５５
３８以上である誘電体であれば良い。

【００２６】プリズム１３を上述の様に構成する為、こ
のプリズム１３に図１、２に示す様に入射した光束は、
第一の全反射面１４と第二の全反射面１５とで２度の全
反射を行う事により、ｐ成分とｓ成分との位相差が９０
度になる。即ち、プリズム１３の上記光束の波長に於け
る屈折率ｎが、ｎ＝１．５５３８以上である場合、入射
角と位相差との関係を表す図３から分かる様に、参照光
のｐ成分とｓ成分との位相差が９０度になる点が少なく
とも１つ存在する。従って、上記プリズム１３を、上記
回転台１２に固定し、このプリズム１３の向きを回転台
１２の回動により微調整すれば、上記参照光を反射する
と共にこの参照光のｐ成分とｓ成分との位相差を９０度
とする事ができる。

【００２７】尚、上記図３に於いて横軸は入射する光束
の入射角度（度）を、縦軸はこの光束のｐ成分とｓ成分
との位相差（度）を、それぞれ表している。又、この図
３に記載した２つの曲線ア、イのうち、曲線アは上記光
束の波長に於ける屈折率が１．５５３８のものの上記入
射角と位相差との関係を、曲線イは上記屈折率が１．５
５３８よりも大きい１．６のものの上記入射角と位相差
との関係を、それぞれ示している。これら両曲線ア、イ
のそれぞれ両端縁は、この光束が全反射する限界点であ
る。上記入射角と位相差との関係は、図示の様に放物線
状となる。そして、屈折率を１．５５３８以上とした場
合、この数値が大きくなるにつれて曲線は図３の上方に
移動すると共に尖鋭的になる傾向となり、位相差が９０
度である直線ハと必ず交差する。

【００２８】上述した様に、本発明に於いては参照光を
反射させるプリズム１３が、反射後の参照光のｐ成分と
ｓ成分との位相差を９０度とする機能を有している。従
って、従来装置に於ける１／８波長板３（図７）を省略
できる。プリズム１３の配置（向き）を、上記参照光の
ｐ成分とｓ成分との間で９０度の位相差を発生する様に
調整する作業は、図示しない摘みを所望量回動させる等
により上記回転台１２を所望角度だけ回動させる事で容
易に行える。又、上記プリズム１３の第一、第二の全反
射面１４、１５同士のなす角が直角から多少ずれていた
り、このプリズム１３に入射する参照光が多少傾いてい
たりした等の場合でも、上記回転台１３の回動によりこ
れら誤差を容易に吸収できる。更に、本発明の場合、上
記プリズム１３の配置調整を正しく行なう事で、上記参
照光の互いに直交する２つの偏光間での位相差を精度良
く９０度とする事ができる。従って、前記演算手段をな
す演算回路或はマイクロコンピュータ等に於いて、前記
内挿分割を行う場合、この内挿分割が精度良く行われ、
上記可動鏡（コーナーキューブ６）に一体に設けられた
部材の変位量を精度良く測定する事が可能になる。尚、
上記プリズム１３を構成する硝材を、上記参照光の波長
に於ける屈折率ｎが、ｎ＝１．５５３８に近い（但しｎ
＝１．５５３８を下回らない）ものを採用すれば、より
一層上記調整が容易になる。即ち、上記図３から明らか
な様に、ｎ＝１．５５３８に近い場合、位相の変化はな
だらかである。この為、上記屈折率に近い値の硝材等の
誘電体によりプリズム１３を造る事で、上記調整を更に
容易に行える。

【００２９】更に、本実施例の場合、コーナーキューブ
６で反射し、ハーフビームスプリッタ２を透過する測定
光、及び上記プリズム１３で反射し、このハーフビーム
スプリッタ２で反射する参照光を反射させる表面反射鏡
１６を設けている。更に、この表面反射鏡１６の後方
（図１の下方）には第三の光電変換素子１７を設けてい
る。従って、上記表面反射鏡１６で反射した光束は、第
三の光電変換素子１７に入射する。この第三の光電変換
素子１７に入射する光束は、上記測定光と参照光とが結
合したものである為、上記測定光と参照光との光強度の
和が上記第三の光電変換素子１６によって電気信号に変
換させられる。この様に、上記表面反射鏡１６と第三の
光電変換素子１７とを設けたのは、以下の理由による。
即ち、前記第一、第二の光電変換素子７、８によって得
られる信号には、測定精度に悪影響を及ぼすＤＣ成分が
含まれている。上記第三の光電変換素子１７によって得
られる電気信号はこのＤＣ成分を取り除く為に使用す
る。即ち、上記第一、第二の光電変換素子７、８によっ
て得られたそれぞれの信号から上記第三の光電変換素子
１７によって得られた信号の乗数倍を減ずる事により、
上記ＤＣ成分を取り除いた正弦波信号を得る事ができ
る。この為、上記レーザー１の強度変動、上記偏波面保
持光ファイバー１０による光の変動等の影響を僅少にす
る事ができる。この様にＤＣ成分を取り除く為の処理
は、演算手段をなすワンチップマイコン等の演算回路や
マイクロコンピュータ等が行う。

【００３０】本発明の光波干渉測長装置は、上述の様に
構成される為、従来装置に於ける１／８波長板３（図
７）を省略できる。従って、従来面倒であった、この１
／８波長板３の配置方向の調整を行う必要がなくなる。
本発明に於いては参照光の偏光状態を円偏光とする機能
はプリズム１３に持たせているが、このプリズム１３の
配置方向を調整する作業は、図示しない摘み等を所望量
だけ回動させる等により回転台１２を所望量だけ回動さ
せる事で容易に行える。しかも、参照光のｐ成分とｓ成
分との位相量は精度良く９０度となる為、上記可動鏡に
一体に設けられた、上記Ｘ−Ｙ移動ステージ２０の第二
の移動台２６や昇降部材２１等の部材の変位量を、精度
良く測定できる。更に、上記従来装置に比較して構成が
簡易となる為、装置全体としての製造コストを低減でき
る。

【００３１】尚、上記図１〜２に示した第一実施例とは
異なり、図４に示す構成とする事もできる。即ち、この
図４に示した本発明の第二実施例に於いては、前記第一
実施例の偏光ビームスプリッタ５（図１）を省略する代
わりに、第一、第二の偏光子１８、１９を設け、これら
各偏光子１８、１９を通過した光束を、これら各偏光子
１８、１９の後方（図４の下方）に設けた光電変換素子
７、１７に入射し、それぞれ電気信号に変換する様に構
成する。ハーフビームスプリッタ２に戻る参照光と測定
光とは、このハーフビームスプリッタ２で結合する。そ
して、この結合した光束の一部は、このハーフビームス
プリッタ２で反射し、上記第一の偏光子１８に入射す
る。一方、このハーフビームスプリッタ２を通過した上
記光束の残りは前記表面反射鏡１６で反射し、第二の偏
光子１９に入射する。これら各偏光子１８、１９を通過
したそれぞれの光束は、光電変換素子７、１７により電
気信号に変換される。そして、演算手段を構成するワン
チップマイコン等の演算回路やマイクロコンピュータ等
により、前記Ｘ−Ｙステージ２０の第二の移動台２６
（図５）や前記昇降部材２１（図６）等の、可動鏡であ
るコーナーキューブ６と一体に設けた部材の移動量を算
出する。その他の構成、並びに作用に就いては、前述し
た第一実施例の場合と同様である。

【００３２】尚、上記第一、第二の偏光子１８、１９の
うち、第二の偏光子１９の透過軸の方向を、第一の偏光
子１８の透過軸の方向に対して９０度回動させた状態で
配置すれば、互いに９０度位相が異なる２つの干渉信号
を得る事ができる。本第二実施例に於いては上述した第
一実施例の様にＤＣ成分を取り除く機能はない為、上記
第一実施例に比べて測定精度は低下するが、装置をより
安価に製造可能となる。従って、この第二の実施例の構
造は、さほどの精度を要求されない機器に付設し、この
測長装置を含む各種機器全体の価格低減に寄与できる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の光波干渉測長装置は、上述の様
に構成され作用する為、ｎｍのオーダで移動する可動鏡
に一体に設けられた、Ｘ−Ｙステージ等の移動部材の位
置決めや移動量の測定を、容易な調整にも拘らず精度良
く正確に行える。従って、本発明の測長装置を組み込ん
だ装置により、製造或は加工された物品の加工精度が向
上する。しかも、本発明の装置は、構成が簡易である
為、製造コストを低廉化できる。従って、ＬＳＩ製造に
係る各種装置、超高精度精密測定装置等の各種機器に本
発明装置を付設した場合、これら各種機器全体としての
価格を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の全体構成を示す図。

【図２】固定鏡を示す斜視図。

【図３】プリズムの屈折率による、光束の入射角度と位
相差との関係を示す線図。

【図４】本発明の第二実施例の全体構成を示す図。

【図５】従来の微動部材の第１例を示す斜視図。

【図６】同第２例を示す斜視図。

【図７】従来の光波干渉測長装置を示す図。

【符号の説明】

１ レーザー ２ ハーフビームスプリッタ ３ １／８波長板 ４ コーナーキューブ ５ 偏光ビームスプリッタ ６ コーナーキューブ ７ 第一の光電変換素子 ８ 第二の光電変換素子 ９ 光アイソレータ １０ 偏波面保持光ファイバー １１ １／２波長板 １２ 回転台 １３ プリズム １４ 第一の全反射面 １５ 第二の全反射面 １６ 表面反射鏡 １７ 第三の光電変換素子 １８ 第一の偏光子 １９ 第二の偏光子 ２０ Ｘ−Ｙステージ ２１ 移動部材 ２２ 基台 ２３ 第一の移動台 ２４ 案内溝 ２５ 突部 ２６ 第二の移動台 ２７ 案内溝 ２８ 突部 ２９ 立ち壁 ３０ 平面鏡 ３１ 反射鏡 ３２ 干渉計 ３３ 検出手段 ３４ スパイラルカバー ３５ 保護カバー ３６ａ、３６ｂ コリメータレンズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一の周波数でその偏光状態が直線偏光
   である光波を送り出す光源手段と、この光源手段から送
   り出された光波を参照光と測定光とに分割する半透鏡
   と、測定光の光路上に設けられ、この測定光を反射させ
   る可動鏡と、上記参照光を反射させると共にその偏光状
   態を円偏光とする固定鏡と、上記可動鏡で反射した測定
   光と上記固定鏡で反射した参照光とを干渉させる偏光ビ
   ームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタにより生
   じる干渉縞の光強度を電気信号に変換する検出手段と、
   この検出手段により得られた電気信号に基づいて上記可
   動鏡に一体に設けられた部材の移動量を算出する演算手
   段とを備えた光波干渉測長装置であって、上記固定鏡
   は、上記参照光の進行方向に対して垂直な方向の軸を中
   心として所望角度回動自在な回転台と、この回転台に固
   定されたプリズムとから構成され、このプリズムは、上
   記光波を透過自在でこの光波の波長に於ける屈折率が
   １．５５３８以上の誘電体により造られ、且つ、互いに
   直交する第一、第二の全反射面を有するものである光波
   干渉測長装置。