JPH10227612A - Light wave interference measuring device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure, for example, the length, displacement, and density of an object by constituting a double path using an achromatic wavelength plate for changing the polarization orientation of light with a plurality of frequencies by a specific, same angle. SOLUTION: Fresnel roms 30-33 are arranged, as an anachromatic wavelength plate with less wavelength dependency, in the measurement light path and the reference light path of an interference part 101, a flat-panel mirror (traveling mirror) 5 for measurement light and a flat-panel mirror (fixed mirror) 34 for reference light are used as reflection mirrors that are required for measuring the amount of travel of, for example, an X-Y stage, and the measurement light path and the reference light path are configured in a double path. With this configuration, each light can be reflected on the flat-panel mirror 5 for two times, thus doubling a measurement resolution. Also, the light axis of transmission light is shifted in parallel by the Fresnel roms 30-33 but incidence light can be guided to the center of an incidence surface, thus increasing the luminous flux of incidence light. And further, the angle dependency and wavelength dependency of incidence are small, thus enlarging the tolerance of arrangement and miniaturizing a device.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、空気あるいはその
他の気体中で物体の長さ、変位、密度等を高精度に測定
する光波干渉測定装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical interference measuring apparatus for measuring the length, displacement, density and the like of an object in air or other gas with high accuracy.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来の光波干渉測定装置を図６を用いて
説明する。光源１は、紙面に平行な偏光方位を有する周
波数ω１の光と、紙面に垂直な偏光方位を有する周波数
ω１’（＝ω１＋△ω）の光（すなわち互いに偏光方位
が直交している）を射出するようになっている。これら
の周波数ω１、ω１’の光は、移動物体の変位を計測す
るために用いられる。光源１を射出した周波数ω１、ω
１’の光は、周波数結合素子３を通過して偏光ビームス
プリッタ４に向かう。2. Description of the Related Art A conventional light wave interference measuring apparatus will be described with reference to FIG. The light source 1 emits light having a frequency ω1 having a polarization direction parallel to the paper surface and light having a frequency ω1 ′ (= ω1 + △ ω) having a polarization direction perpendicular to the paper surface (that is, the polarization directions are orthogonal to each other). It is supposed to. The lights of these frequencies ω1 and ω1 ′ are used for measuring the displacement of the moving object. Frequency ω1, ω at which light source 1 is emitted
The light 1 ′ passes through the frequency coupling element 3 and goes to the polarization beam splitter 4.

【０００３】一方光源１４は、周波数ω２（ω２≠ω
１）の光を射出する。周波数ω２の光の一部は、第２高
調波発生素子１５に入射して周波数がω２の第２高調波
ω３（＝２・ω２）の光となる。周波数ω２の光の偏光
方位と周波数ω３の光の偏光方位は同一であり、且つ周
波数ω１の光の偏光方位に対して４５°傾くように、第
２高調波発生素子１５の後ろに挿入された少なくとも１
枚以上の波長板（不図示）によって調節される。これら
周波数ω２、ω３の光は周波数結合素子３で反射して周
波数ω１、ω１’の光と同軸となって偏光ビームスプリ
ッタ４に向かう。周波数ω２、ω３の光は、周波数ω１
およびω１’の光の進む光路中の屈折率変動を計測する
ために用いられる。On the other hand, a light source 14 has a frequency ω2 (ω2 ≠ ω
Emit the light of 1). Part of the light having the frequency ω2 is incident on the second harmonic generation element 15 and becomes light having the second harmonic ω3 (= 2 · ω2) having the frequency ω2. The polarization direction of the light having the frequency ω2 is the same as the polarization direction of the light having the frequency ω3, and the polarization direction of the light having the frequency ω1 is inserted after the second harmonic generation element 15 so as to be inclined by 45 ° with respect to the polarization direction of the light having the frequency ω1. At least one
It is adjusted by one or more wave plates (not shown). The lights having the frequencies ω2 and ω3 are reflected by the frequency coupling element 3 and are coaxial with the lights having the frequencies ω1 and ω1 ′, and travel toward the polarization beam splitter 4. Light of frequencies ω2 and ω3 is
And ω1 ′ are used to measure the refractive index fluctuation in the optical path in which the light travels.

【０００４】偏光ビームスプリッタ４は、紙面に平行な
偏光の成分の光を透過させ、紙面に垂直な偏光の成分の
光を反射させる。従って、偏光ビームスプリッタ４にお
いて、周波数ω１とω１’の光のうちいずれか一方が透
過させられ、他方は反射させられることになる。ここで
は、周波数ω１の光が偏光ビームスプリッタ４を透過
し、周波数ω１’の光は反射するものとして説明を進め
る。また、周波数ω１の光の偏光方位に対して４５°い
ている周波数ω２、ω３の光は共に、偏光ビームスプリ
ッタ４で透過光、反射光に分離される。The polarization beam splitter 4 transmits light having a polarization component parallel to the paper surface and reflects light having a polarization component perpendicular to the paper surface. Therefore, in the polarization beam splitter 4, one of the lights of the frequencies ω1 and ω1 ′ is transmitted and the other is reflected. Here, the description will be made on the assumption that the light having the frequency ω1 is transmitted through the polarization beam splitter 4 and the light having the frequency ω1 ′ is reflected. Further, both the lights of frequencies ω2 and ω3, which are at 45 ° to the polarization direction of the light of frequency ω1, are separated by the polarization beam splitter 4 into transmitted light and reflected light.

【０００５】偏光ビームスプリッタ４を透過した周波数
ω１、ω２、ω３の光が進む光路を測定光路とし、偏光
ビームスプリッタ４で反射した周波数ω１’、ω２、ω
３の光が進む光路を参照光路とする。測定光路中には、
移動物体（図示せず）に固定されて移動物体と共に移動
する移動反射鏡（コーナーキューブ）２５が配置されて
いる。偏光ビームスプリッタ４を透過して測定光路を進
む異なる３つの周波数ω１、ω２、ω３の光は、コーナ
ーキューブ２５で入射方向と平行に反射され、再び偏光
ビームスプリッタ４に戻る。測定光路の周波数ω１、ω
２、ω３の光は、光ビームスプリッタ４を透過して干渉
部１００から周波数分離素子７に向かう。[0005] The optical path through which the light of the frequencies ω1, ω2, and ω3 transmitted through the polarization beam splitter 4 travels is defined as a measurement optical path, and the frequencies ω1 ', ω2, and ω reflected by the polarization beam splitter 4 are used.
The optical path through which the light of No. 3 travels is referred to as a reference optical path. In the measurement optical path,
A movable reflecting mirror (corner cube) 25 fixed to a moving object (not shown) and moving with the moving object is arranged. Light having three different frequencies ω1, ω2, and ω3 that pass through the polarization beam splitter 4 and travel along the measurement optical path is reflected by the corner cube 25 in parallel with the incident direction, and returns to the polarization beam splitter 4 again. Frequency ω1, ω of measurement optical path
The light of ω3 passes through the light beam splitter 4 and travels from the interference unit 100 to the frequency separation element 7.

【０００６】一方、参照光路中には、固定反射鏡（コー
ナーキューブ）６が配置されている。偏光ビームスプリ
ッタ４で反射して参照光路を進む異なる３つの周波数ω
１’、ω２、ω３の光は、コーナーキューブ６で入射方
向と平行に反射され、再び偏光ビームスプリッタ４に戻
る。参照光路の周波数ω１’、ω２、ω３の光は、光ビ
ームスプリッタ４を反射して干渉部１００から周波数分
離素子７に向かう。On the other hand, a fixed reflecting mirror (corner cube) 6 is arranged in the reference light path. Three different frequencies ω reflected by the polarization beam splitter 4 and traveling along the reference optical path
The lights 1 ′, ω2, and ω3 are reflected by the corner cube 6 in parallel with the incident direction, and return to the polarization beam splitter 4 again. Light having frequencies ω1 ′, ω2, and ω3 in the reference optical path is reflected by the light beam splitter 4 and travels from the interference unit 100 to the frequency separation element 7.

【０００７】干渉部１００を射出した測定光路及び参照
光路からの周波数ω１、ω１’ω２、ω３の光は、周波
数ω１近傍の光（周波数ω１’を含む）は透過させ、周
波数ω２とω３の光は反射する性質を有する周波数分離
素子７によりそれぞれ分離される。周波数分離素子７を
透過した周波数ω１とω１’の光は偏光板８を透過して
干渉し、光電変換素子９でその干渉光が受光され、測定
ビート信号として位相計１０に入力される。また、光源
１を射出した周波数ω１とω１’の光の一部はビームス
プリッタ２により反射され、偏光板１２を透過して干渉
し、光電変換素子１３でその干渉光が受光され、参照ビ
ート信号として位相計１０に入力される。位相計１０で
は測定ビート信号と参照ビート信号から測定用平面鏡
（移動鏡）５の変位量を求め、演算器１１に出力する。Light of frequencies ω1, ω1 ', ω2, and ω3 from the measurement optical path and the reference optical path that have exited the interference unit 100 transmits light near the frequency ω1 (including the frequency ω1'), and transmits light of frequencies ω2 and ω3. Are separated by a frequency separating element 7 having a reflecting property. The lights of frequencies ω1 and ω1 ′ transmitted through the frequency separation element 7 are transmitted through the polarizing plate 8 and interfere with each other. The interference light is received by the photoelectric conversion element 9 and input to the phase meter 10 as a measurement beat signal. Further, a part of the light of the frequencies ω1 and ω1 ′ emitted from the light source 1 is reflected by the beam splitter 2, transmitted through the polarizing plate 12 and interferes, the interference light is received by the photoelectric conversion element 13, and the reference beat signal Is input to the phase meter 10. The phase meter 10 obtains the displacement of the measurement plane mirror (moving mirror) 5 from the measurement beat signal and the reference beat signal, and outputs the displacement to the calculator 11.

【０００８】一方、周波数分離素子７で反射された周波
数ω２とω３の光のうち、測定光路を通った成分は偏光
ビームスプリッタ１６を透過し、２つの周波数ω２、ω
３のうち低い周波数ω２の光は第２高調発生素子１７に
より周波数ω３’（＝２・ω２）の光に変換され、測定
光路を通った周波数ω３の光と干渉し、その干渉光が光
電変換素子１８により受光され、測定信号として位相計
２１に入力される。On the other hand, of the light of the frequencies ω2 and ω3 reflected by the frequency separation element 7, the component passing through the measurement optical path passes through the polarization beam splitter 16 and passes through the two frequencies ω2 and ω3.
3 is converted into light of frequency ω3 ′ (= 2 · ω2) by the second harmonic generation element 17 and interferes with light of frequency ω3 that has passed through the measurement optical path. The light is received by the element 18 and input to the phase meter 21 as a measurement signal.

【０００９】また、周波数分離素子７で反射された周波
数ω２とω３の光のうち、参照光路を通った成分は偏光
ビームスプリッタ１６で反射し、２つの周波数ω２、ω
３のうち低い周波数ω２の光が第２高調波発生素子１９
の機能により変換された周波数ω３’（＝２・ω２）の
光と参照光路を通った周波数ω３の光とが干渉し、その
干渉信号が光電変換素子２０で受光され、参照信号とし
て位相計２１に入力される。位相計２１では測定信号と
参照信号から測定光路および参照光路で生じた空気や他
の気体の屈折率変動を求め、演算器１１に出力する。演
算器１１では位相計１０からのコーナーキューブ２５の
変位量と位相計２１からの屈折率変動の情報を演算する
ことによりコーナーキューブ２５の真の変位量を求め
る。[0009] Of the light of frequencies ω2 and ω3 reflected by the frequency separation element 7, the component that has passed through the reference optical path is reflected by the polarization beam splitter 16 and has two frequencies ω2 and ω2.
3, the light having the low frequency ω2 is the second harmonic generation element 19
The light having the frequency ω3 ′ (= 2 · ω2) converted by the function described above and the light having the frequency ω3 passing through the reference optical path interfere with each other, and the interference signal is received by the photoelectric conversion element 20, and the phase meter 21 is used as the reference signal. Is input to The phase meter 21 obtains a change in the refractive index of air or another gas generated in the measurement optical path and the reference optical path from the measurement signal and the reference signal, and outputs the result to the arithmetic unit 11. The computing unit 11 calculates the true displacement of the corner cube 25 by calculating the displacement of the corner cube 25 from the phase meter 10 and the information on the refractive index fluctuation from the phase meter 21.

【００１０】[0010]

【発明が解決しようとする課題】以上が従来の光波干渉
測定装置の全体の構成の概略である。上述のように従来
の光波干渉測定装置は、反射鏡に測定光が１回だけ入射
するいわゆるシングルパスの構成を有している。また、
移動鏡および固定鏡にはコーナーキューブが用いられて
いる。The above is an outline of the whole structure of the conventional light wave interference measuring apparatus. As described above, the conventional light wave interference measurement apparatus has a so-called single-pass configuration in which the measurement light is incident on the reflecting mirror only once. Also,
A corner cube is used for the movable mirror and the fixed mirror.

【００１１】ところで、露光装置等のＸ−Ｙステージの
制御に光波干渉測定装置を用いようとする場合、測定系
の座標系はＸ−Ｙステージの移動面内に含まれていない
と高精度の測定をすることが困難であるので、移動鏡お
よび固定鏡に平面鏡を用いることが必須と言ってもよ
い。また、測定分解能を向上させるためには、測定光を
反射鏡に複数回入射させるいわゆるダブルパスの構成で
あることが望ましい。When an optical interference measuring apparatus is used for controlling an XY stage such as an exposure apparatus, a highly accurate coordinate system of a measuring system is required unless it is included in the moving plane of the XY stage. Since it is difficult to perform the measurement, it may be said that it is essential to use a plane mirror for the movable mirror and the fixed mirror. Further, in order to improve the measurement resolution, it is desirable to adopt a so-called double-pass configuration in which the measurement light is incident on the reflecting mirror a plurality of times.

【００１２】しかしながら、光波干渉測定装置の移動鏡
および固定鏡に平面鏡を用いてダブルパスの構成にする
場合には、３つの異なる周波数ω１、ω２、ω３の光を
それぞれ反射鏡である平面鏡と偏光ビームスプリッタと
の間で２往復させるために、周波数ω１、ω２、ω３の
光の偏光方位を９０°回転させる機構を設ける必要が生
じる。一般的な偏光方位を回転させる素子として１／４
波長板があるが、３つの異なる周波数に対応したアクロ
マチックな波長板は、周波数ω１、ω２、ω３が倍波の
関係になっていない場合は、通常の水晶（一軸性結晶）
を使用したものでは達成できていない。However, in the case of using a plane mirror as the moving mirror and the fixed mirror of the light wave interference measuring apparatus to form a double-pass configuration, light of three different frequencies ω1, ω2, and ω3 are respectively reflected by a plane mirror as a reflecting mirror and a polarized beam. In order to make two reciprocations with the splitter, it is necessary to provide a mechanism for rotating the polarization directions of the lights of the frequencies ω1, ω2, ω3 by 90 °. 1/4 as a general element for rotating the polarization direction
There is a wave plate, but an achromatic wave plate corresponding to three different frequencies is a normal crystal (uniaxial crystal) when the frequencies ω1, ω2, ω3 are not in a harmonic relationship.
Can not be achieved by using.

【００１３】アクロマチックな波長板として図７に示す
ような色消しプリズムを用い、平面鏡によるダブルパス
の構成を実現した光波干渉測定装置が米国特許第５，４
０４，２２２号に開示されている。アクロマチックな波
長板としての色消しプリズムによる位相飛びについて図
７を用いて説明する。入射光５０は全反射面４１ａ、４
１ｂ、４１ｃで３回全反射される。このとき各全反射面
での全反射角によって、全反射面におけるＰ偏光成分
（図７で紙面と平行な偏光成分）とＳ偏光成分（図７で
紙面と垂直な偏光成分）が全反射する際に２つの偏光間
で位相の飛び（位相差）が生じ、３回の全反射の合計で
２つの偏光間での位相飛びが９０度となる。US Pat. No. 5,4,104 discloses an optical interference measuring apparatus which uses an achromatic prism as shown in FIG. 7 as an achromatic wavelength plate and realizes a double-pass configuration using a plane mirror.
No. 04,222. The phase jump by the achromatic prism as an achromatic wavelength plate will be described with reference to FIG. The incident light 50 is transmitted to the total reflection surfaces 41a and 4a.
The light is totally reflected three times by 1b and 41c. At this time, the P-polarized light component (the polarized light component parallel to the paper surface in FIG. 7) and the S-polarized light component (the polarized light component perpendicular to the paper surface in FIG. 7) are totally reflected by the total reflection angle at each total reflection surface. In this case, a phase jump (phase difference) occurs between the two polarized lights, and a total of three times of total reflection causes a phase jump between the two polarized lights of 90 degrees.

【００１４】入射光５０は直線偏光であり、色消しプリ
ズム４０を１／４波長板として機能させるために、入射
光５０の偏光方位を光軸６０を中心に４５度傾けた状態
にする。このような３回の全反射を利用したアクロマチ
ックな波長板としての色消しプリズムは、色消しプリズ
ムへの入射光と透過光との光軸がずれない点に有利性を
有している。また、色消しの性能を向上させるために、
全反射面４１ｂには所定の膜厚の保護膜４２が蒸着され
ている場合もある。The incident light 50 is linearly polarized light, and the polarization direction of the incident light 50 is inclined by 45 degrees about the optical axis 60 so that the achromatic prism 40 functions as a に wavelength plate. Such an achromatic prism as an achromatic wave plate utilizing total reflection three times has an advantage in that the optical axes of light incident on the achromatic prism and transmitted light do not shift. Also, in order to improve the performance of achromatism,
In some cases, a protective film 42 having a predetermined thickness is deposited on the total reflection surface 41b.

【００１５】しかしながら、この色消しプリズムを用い
る場合には、図７から明らかなように色消しプリズムの
入射端面の大きさよりかなり小さいビーム径の入射光を
用いなければならないという制限がある。また、３回全
反射させる際の全反射角に対する入射角度の誤差が位相
飛びの誤差に大きく影響してしまう点、さらに入射角度
の依存性が大きいことから、装置への配置固定が困難で
あるとともに、移動鏡の移動に伴うピッチング、ヨーイ
ングによる色消しプリズムへの入射光の角度変化に敏感
で測定誤差を生じやすいという問題点を含んでいる。さ
らに、色消しプリズムは一般の光学素子と比較して加工
が面倒であるという問題も有している。However, when this achromatic prism is used, there is a limitation that incident light having a beam diameter much smaller than the size of the incident end face of the achromatic prism must be used as is apparent from FIG. Further, since the error of the incident angle with respect to the total reflection angle at the time of total reflection three times greatly affects the error of the phase jump, and the dependency of the incident angle is large, it is difficult to fix the arrangement to the apparatus. In addition, there is a problem that a measurement error is easily caused due to a change in the angle of light incident on the achromatic prism due to pitching and yawing caused by movement of the movable mirror. Further, the achromatic prism also has a problem that the processing is troublesome as compared with a general optical element.

【００１６】本発明の目的は、複数の周波数の光の偏光
方位を所定の同一角度だけ変化させることができるアク
ロマチックな波長板を用いてダブルパスの構成を実現
し、物体の長さ、変位、密度等を高精度に測定すること
ができる光波干渉測定装置を提供することにある。An object of the present invention is to realize a double-pass configuration using an achromatic wave plate capable of changing the polarization direction of light of a plurality of frequencies by a predetermined same angle, and to realize the length, displacement, It is an object of the present invention to provide a light wave interference measurement device capable of measuring density and the like with high accuracy.

【００１７】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的は、複数の波長
を有する光を射出する光源部と、光を測定光と参照光に
分離するビームスプリッタと、測定光の光路上を移動可
能に設けられ測定光を反射する測定光用反射鏡と、参照
光の光路上に設けられ参照光を反射する参照光用反射鏡
と、ビームスプリッタと測定光用反射鏡との間に設けら
れ、測定光を全反射させて、測定光のＰ偏光成分とＳ偏
光成分との間に所定の位相差を生じさせる偏光光学素子
と、参照光及び測定光の各反射光を干渉させて受光する
受光手段と、受光手段で受光された干渉光により、測定
光用反射鏡の移動量を演算する処理系とを備えたことを
特徴とする光波干渉測定装置によって達成される。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a light source for emitting light having a plurality of wavelengths, a beam splitter for separating light into measurement light and reference light, and to be movable on an optical path of the measurement light. A measuring light reflecting mirror for reflecting the measuring light, a measuring light reflecting mirror provided on an optical path of the reference light and reflecting the reference light, and a measuring light reflecting mirror provided between the beam splitter and the measuring light reflecting mirror. A polarizing optical element that causes total reflection of the reflected light to generate a predetermined phase difference between the P-polarized light component and the S-polarized light component of the measurement light; and a light receiving unit that receives the reflected light of the reference light and the measurement light by interfering with each other. And a processing system for calculating the amount of movement of the measuring light reflecting mirror based on the interference light received by the light receiving means.

【００１８】また上記目的は、第１の周波数を有する測
長用光束を射出する第１の光源と、第１の周波数と異な
る第２及び第３の周波数を有し、測長用光束の光路上の
屈折率変動を計測する屈折率変動計測用光束を射出する
第２の光源と、測長用光束と屈折率変動計測用光束との
共通光路上に設けられ、光路を測定光路と参照光路に分
離するビームスプリッタと、参照光路上に設けられた反
射鏡と、測定光路上を移動可能に設けられ、測定光路上
の測長用光束と屈折率変動計測用光束とをほぼ垂直に反
射させる測定光用平面鏡と、ビームスプリッタと平面鏡
との間の測定光路上に設けられ、測長用光束と屈折率変
動計測用光束のそれぞれの光を２回全反射させて、それ
ぞれの光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との間にほぼ９０°
の位相差を生じさせる偏光光学素子と、参照光路及び測
定光路からの反射光束の各干渉光をそれぞれ受光する複
数の受光手段と、受光手段で受光された干渉光により、
測長用光束の光路上の屈折率変動を補正して測定光用反
射鏡の移動量を演算する処理系とを備えたことを特徴と
する光波干渉測定装置によって達成される。It is another object of the present invention to provide a first light source for emitting a length measuring light beam having a first frequency, and a second and a third frequency different from the first frequency, the light of the length measuring light beam. A second light source that emits a refractive index fluctuation measuring light beam for measuring a refractive index fluctuation on a path, and a common light path of a length measuring light beam and a refractive index fluctuation measuring light beam; A beam splitter, a reflecting mirror provided on the reference optical path, and a movable mirror on the measuring optical path for reflecting the length measuring beam and the refractive index fluctuation measuring beam on the measuring optical path almost vertically. A plane mirror for measuring light, and a measuring light path provided between the beam splitter and the plane mirror. The light of the length measuring light flux and the light of the refractive index fluctuation measuring light are totally reflected twice, and the P-polarized light of each light is reflected. Approximately 90 ° between the component and the S-polarized component
A polarizing optical element that causes a phase difference between the light beam, a plurality of light receiving units that respectively receive the interference light beams reflected from the reference optical path and the measurement optical path, and the interference light beams received by the light receiving unit.
And a processing system for compensating for a change in the refractive index of the measuring light beam on the optical path and calculating the amount of movement of the measuring light reflecting mirror.

【００１９】上記光波干渉測定装置において、参照光路
上に設けられた反射鏡は、参照光路上の測長用光束と屈
折率変動計測用光束とをほぼ垂直に反射させる参照光用
平面鏡であり、ビームスプリッタは、所定の偏光を有す
る測定光を測定光路に、測定光とは直交する偏光を有す
る参照光を参照光路に導く偏光ビームスプリッタであ
り、偏光ビームスプリッタと参照光用平面鏡との間の参
照光路上には、測長用光束と屈折率変動計測用光束のそ
れぞれの光を２回全反射させて、それぞれの光のＰ偏光
成分とＳ偏光成分との間にほぼ９０°の位相差を生じさ
せる偏光光学素子が設けられているようにしてもよい。In the above light wave interference measuring apparatus, the reflecting mirror provided on the reference light path is a plane mirror for the reference light for reflecting the length measuring light beam and the refractive index fluctuation measuring light beam on the reference light path almost vertically, The beam splitter is a polarization beam splitter that guides the measurement light having a predetermined polarization to the measurement light path, and the reference light having the polarization orthogonal to the measurement light to the reference light path, between the polarization beam splitter and the reference light plane mirror. On the reference optical path, each light of the length measuring light beam and the refractive index fluctuation measuring light beam is totally reflected twice, and a phase difference of approximately 90 ° between the P polarization component and the S polarization component of each light. May be provided.

【００２０】また、上記光波干渉測定装置において、第
３の周波数の光は、第２の周波数の光の高調波であり、
偏光光学素子は、第３の周波数の光を基準として当該光
のＰ偏光成分とＳ偏光成分との間に９０°の位相差を生
じさせるように調整されているようにしてもよい。In the above-mentioned optical interference measuring apparatus, the light of the third frequency is a harmonic of the light of the second frequency,
The polarizing optical element may be adjusted so as to generate a phase difference of 90 ° between the P-polarized component and the S-polarized component of the third frequency light as a reference.

【００２１】またさらに、上記光波干渉測定装置におい
て、偏光光学素子は、所定の間隔で平行に対向する２つ
の反射面を有しているようにしてもよい。偏光光学素子
は、フレネルロムであることが望ましい。フレネルロム
の２つの全反射面のそれぞれ、もしくは一方には、色消
しの性能を向上させるため、さらに、光のＰ偏光成分と
Ｓ偏光成分との位相飛びの入射角依存性を拡大するため
の薄膜が形成されているようにしてもよい。Further, in the above-mentioned light wave interference measuring apparatus, the polarizing optical element may have two reflecting surfaces facing each other in parallel at a predetermined interval. The polarizing optical element is desirably Fresnelrom. A thin film on each or one of the two total reflection surfaces of the Fresnel rhomb for improving the achromatic performance and for further increasing the incident angle dependence of the phase jump between the P-polarized light component and the S-polarized light component. May be formed.

【００２２】本発明によれば、波長依存性の極めて少な
いアクロマチックな波長板としてのフレネルロムを用い
ることにより、例えばＸ−Ｙステージ等の移動量の計測
に必須の平面鏡を測定光用および参照光用反射鏡として
用いることができるようになり、露光装置等のステージ
の移動量の計測及び制御に最適な光波干渉測定装置を実
現することができる。また、上記構成にすることにより
単にコーナーキューブを反射鏡に用いる場合と比較し
て、各光が測定用平面鏡を２回反射するので測定分解能
を光学的に２倍にすることができるようになる。According to the present invention, by using a Fresnel rhomb as an achromatic wave plate having extremely little wavelength dependence, for example, a plane mirror indispensable for measuring the movement amount of an XY stage or the like can be used for measurement light and reference light. It is possible to realize an optical interference measuring apparatus optimal for measuring and controlling the amount of movement of a stage such as an exposure apparatus. In addition, by adopting the above configuration, each light is reflected twice by the measurement plane mirror as compared with the case where the corner cube is simply used as the reflection mirror, so that the measurement resolution can be optically doubled. .

【００２３】[0023]

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態による光波
干渉測定装置を図１乃至図５を用いて説明する。図１
は、本実施の形態による光波干渉測定装置の構成を示し
ている。図２は、本実施の形態による光波干渉測定装置
において用いられるアクロマチックな波長板としてのフ
レネルロム（フレネルの斜方体）の一断面を示してい
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An optical interference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG.
Shows the configuration of the optical interference measuring apparatus according to the present embodiment. FIG. 2 shows a cross section of a Fresnel rhomb (Fresnel rhombus) as an achromatic wave plate used in the lightwave interference measuring apparatus according to the present embodiment.

【００２４】初めに、図１を用いて本実施の形態による
光波干渉測定装置の構成を説明する。本実施の形態によ
る光波干渉測定装置は、測定光用反射鏡及び参照光用反
射鏡に平面鏡を用い、測定光路および参照光路をいわゆ
るダブルパスの構成となるように、測定光路および参照
光路にアクロマチックな波長板としてのフレネルロムを
配置した点に特徴を有している。First, the configuration of the optical interference measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The light wave interference measuring apparatus according to the present embodiment uses plane mirrors for the measuring light reflecting mirror and the reference light reflecting mirror, and achromaticly measures the measuring light path and the reference light path so that the measuring light path and the reference light path have a so-called double-path configuration. It is characterized in that a Fresnel rhomb as a simple wave plate is arranged.

【００２５】図中破線で示したブロック内が干渉部１０
１であり、この干渉部１０１以外の構成は、図６に示し
た従来の光波干渉測定装置と基本的に同一であるので、
従来の光波干渉測定装置と同一の機能を有する構成要素
については、同一の符号を付している。In the block shown by a broken line in FIG.
1, and the configuration other than the interference unit 101 is basically the same as that of the conventional lightwave interference measurement apparatus shown in FIG.
Components having the same functions as those of the conventional light wave interference measurement device are denoted by the same reference numerals.

【００２６】光源１は、紙面に平行な偏光方位を有する
周波数ω１の光と、紙面に垂直な偏光方位を有する周波
数ω１’（＝ω１＋△ω）の光（すなわち互いに偏光方
位が直交している）を射出するようになっている。これ
らの周波数ω１、ω１’の光は、移動物体の変位を計測
するために用いられる。光源１を射出した周波数ω１、
ω１’の光は、周波数結合素子３を通過して偏光ビーム
スプリッタ４に向かう。The light source 1 has light having a frequency ω1 having a polarization direction parallel to the paper surface and light having a frequency ω1 ′ (= ω1 + △ ω) having a polarization direction perpendicular to the paper surface (that is, the polarization directions are orthogonal to each other). ). The lights of these frequencies ω1 and ω1 ′ are used for measuring the displacement of the moving object. Frequency ω1, which emitted light source 1,
The light of ω1 ′ passes through the frequency coupling element 3 and goes to the polarization beam splitter 4.

【００２７】一方光源１４は、周波数ω２（ω２≠ω
１）の光を射出する。周波数ω２の光の一部は、第２高
調波発生素子１５に入射して周波数がω２の第２高調波
ω３（＝２・ω２）の光となる。周波数ω２の光の偏光
方位と周波数ω３の光の偏光方位は同一であり、且つ周
波数ω１の光の偏光方位に対して４５°傾くように、第
２高調波発生素子１５の後ろに挿入された少なくとも１
枚以上の波長板（不図示）によって調節される。これら
周波数ω２、ω３の光は周波数結合素子３で反射して周
波数ω１、ω１’の光と同軸となって偏光ビームスプリ
ッタ４に向かう。周波数ω２、ω３の光は、周波数ω１
およびω１’の光の進む光路中の屈折率変動を計測する
ために用いられる。On the other hand, the light source 14 has a frequency ω2 (ω2 ≠ ω
Emit the light of 1). Part of the light having the frequency ω2 is incident on the second harmonic generation element 15 and becomes light having the second harmonic ω3 (= 2 · ω2) having the frequency ω2. The polarization direction of the light having the frequency ω2 is the same as the polarization direction of the light having the frequency ω3, and the polarization direction of the light having the frequency ω1 is inserted after the second harmonic generation element 15 so as to be inclined by 45 ° with respect to the polarization direction of the light having the frequency ω1. At least one
It is adjusted by one or more wave plates (not shown). The lights having the frequencies ω2 and ω3 are reflected by the frequency coupling element 3 and are coaxial with the lights having the frequencies ω1 and ω1 ′, and travel toward the polarization beam splitter 4. Light of frequencies ω2 and ω3 is
And ω1 ′ are used to measure the refractive index fluctuation in the optical path in which the light travels.

【００２８】偏光ビームスプリッタ４は、紙面に平行な
偏光の成分の光を透過させ、紙面に垂直な偏光の成分の
光を反射させる。従って、偏光ビームスプリッタ４にお
いて、周波数ω１とω１’の光のうちいずれか一方が透
過させられ、他方は反射させられることになる。本実施
の形態においては、周波数ω１の光が偏光ビームスプリ
ッタ４を透過し、周波数ω１’の光は反射するものとし
て説明を進める。また、周波数ω１の光の偏光方位に対
して４５°傾いている周波数ω２、ω３の光は共に、偏
光ビームスプリッタ４で透過光、反射光に分離される。The polarization beam splitter 4 transmits light having a polarization component parallel to the paper surface and reflects light having a polarization component perpendicular to the paper surface. Therefore, in the polarization beam splitter 4, one of the lights of the frequencies ω1 and ω1 ′ is transmitted and the other is reflected. In the present embodiment, description will be made on the assumption that light of frequency ω1 is transmitted through the polarizing beam splitter 4 and light of frequency ω1 ′ is reflected. Further, both the lights of frequencies ω2 and ω3, which are inclined by 45 ° with respect to the polarization direction of the light of frequency ω1, are separated by the polarization beam splitter 4 into transmitted light and reflected light.

【００２９】偏光ビームスプリッタ４を透過した周波数
ω１、ω２、ω３の光が進む光路を測定光路とし、偏光
ビームスプリッタ４で反射した周波数ω１’、ω２、ω
３の光が進む光路を参照光路とする。The optical path through which the light of the frequencies ω1, ω2, and ω3 transmitted through the polarization beam splitter 4 travels is defined as a measurement optical path, and the frequencies ω1 ′, ω2, and ω reflected by the polarization beam splitter 4 are used.
The optical path through which the light of No. 3 travels is referred to as a reference optical path.

【００３０】測定光路中には、移動物体（図示せず）に
固定されて移動物体と共に移動する測定用平面鏡（移動
反射鏡）５が配置されている。また、偏光ビームスプリ
ッタ４と測定用平面鏡５との間の測定光路中にアクロマ
チックな波長板であるフレネルロム３０、３１が配置さ
れている。A measuring plane mirror (moving reflecting mirror) 5 fixed to a moving object (not shown) and moving with the moving object is arranged in the measuring optical path. In the measurement optical path between the polarization beam splitter 4 and the measurement plane mirror 5, Fresnel roms 30 and 31, which are achromatic wavelength plates, are arranged.

【００３１】偏光ビームスプリッタ４を透過して測定光
路を進む異なる３つの周波数ω１、ω２、ω３の光は、
フレネルロム３０を透過して測定用平面鏡５で反射さ
れ、再び偏光ビームスプリッタ４に戻る過程でフレネル
ロム３０を透過する。周波数ω１、ω２、ω３の光は、
フレネルロム３０を最初に透過することによりそれぞれ
直線偏光から円偏光に変換されて測定用平面鏡５に入射
する。The light having three different frequencies ω1, ω2, and ω3 that travels through the polarization beam splitter 4 and travels along the measurement optical path is
The light passes through the Fresnel rom 30 and is reflected by the plane mirror for measurement 5, and passes through the Fresnel rom 30 in the process of returning to the polarization beam splitter 4 again. Light of frequencies ω1, ω2, ω3 is
When the light passes through the Fresnel rhomb 30 first, it is converted from linearly polarized light to circularly polarized light, and then enters the measurement plane mirror 5.

【００３２】測定用平面鏡５で反射した周波数ω１、ω
２、ω３の光は、再びフレネルロム３０に入射してそれ
ぞれ円偏光から直線偏光に変換される。従って、測定用
平面鏡５から反射して偏光ビームスプリッタ４に入射す
る際には、周波数ω１、ω２、ω３の各光の偏光方位
は、偏光ビームスプリッタ４を射出したときの直線偏光
の偏光方位に対して９０°ずれた直線偏光となっている
ので、偏光ビームスプリッタ４で反射されることにな
る。The frequencies ω1, ω reflected by the plane mirror for measurement 5
The light of 2.omega.3 enters the Fresnel rhomb 30 again, and is converted from circularly polarized light to linearly polarized light. Therefore, when the light is reflected from the measurement plane mirror 5 and enters the polarization beam splitter 4, the polarization directions of the lights of the frequencies ω 1, ω 2, and ω 3 are set to the polarization directions of the linearly polarized light when the polarization beam splitter 4 is emitted. Since the light is linearly polarized light shifted by 90 °, the light is reflected by the polarization beam splitter 4.

【００３３】偏光ビームスプリッタ４で反射した周波数
ω１、ω２、ω３の各光は、コーナーキューブ３５に入
射して平行に反射され、再び偏光ビームスプリッタ４で
反射されて測定用平面鏡５に向かう。測定用平面鏡５に
至る途中に配置されたフレネルロム３１を通過して、上
述と同様に周波数ω１、ω２、ω３の光は、フレネルロ
ム３１を最初に透過することによりそれぞれ偏光方位が
４５°ずらされて直線偏光から円偏光に変換されて測定
用平面鏡５に入射する。The lights of frequencies ω1, ω2, and ω3 reflected by the polarization beam splitter 4 enter the corner cube 35, are reflected in parallel, are again reflected by the polarization beam splitter 4, and travel toward the measurement plane mirror 5. The light having the frequencies ω1, ω2, and ω3, which have passed through the Fresnel rhomb 31 arranged on the way to the measurement plane mirror 5 and transmitted through the Fresnel rhomb 31 first as described above, have their polarization directions shifted by 45 °. The light is converted from linearly polarized light into circularly polarized light and is incident on the plane mirror for measurement 5.

【００３４】測定用平面鏡５を反射した周波数ω１、ω
２、ω３の光は、再びフレネルロム３１に入射してそれ
ぞれ偏光方位がさらに４５°ずらされて円偏光から直線
偏光に変換される。従って、測定用平面鏡５を反射して
偏光ビームスプリッタ４に入射する際には、周波数ω
１、ω２、ω３の各光の偏光方位は、偏光ビームスプリ
ッタ４で反射したときの直線偏光の偏光方位に対して９
０°ずれた直線偏光となっているので、今度は偏光ビー
ムスプリッタ４を透過することになる。The frequencies ω1, ω reflected from the measuring plane mirror 5
The light of 2.omega.3 enters the Fresnel rhomb 31 again, and the polarization direction is further shifted by 45.degree., And is converted from circularly polarized light to linearly polarized light. Therefore, when the light is reflected by the measurement plane mirror 5 and enters the polarization beam splitter 4, the frequency ω
The polarization azimuth of each light of 1, ω2 and ω3 is 9 with respect to the polarization azimuth of the linearly polarized light when reflected by the polarization beam splitter 4.
Since the linearly polarized light is shifted by 0 °, it is transmitted through the polarization beam splitter 4 this time.

【００３５】測定光路の周波数ω１、ω２、ω３の光
は、光ビームスプリッタ４を透過して干渉部１０１から
周波数分離素子７に向かう。一方、参照光路中には、固
定された参照用平面鏡（固定反射鏡）３４が配置されて
いる。また、偏光ビームスプリッタ４と参照用平面鏡３
４との間の参照光路中にアクロマチックな波長板である
フレネルロム３２、３３が配置されている。Light having frequencies ω 1, ω 2, and ω 3 in the measurement optical path passes through the light beam splitter 4 and travels from the interference unit 101 to the frequency separation element 7. On the other hand, a fixed reference plane mirror (fixed reflection mirror) 34 is arranged in the reference light path. Further, the polarizing beam splitter 4 and the reference plane mirror 3
In the reference light path between the light-receiving elements 4 and 4, Fresnel roms 32 and 33, which are achromatic wave plates, are arranged.

【００３６】偏光ビームスプリッタ４を透過して参照光
路を進む異なる３つの周波数ω１’、ω２、ω３の光
は、フレネルロム３２を透過して参照用平面鏡３４で反
射され、再び偏光ビームスプリッタ４に戻る過程でフレ
ネルロム３２を透過する。周波数ω１’、ω２、ω３の
光は、フレネルロム３２を最初に透過することによりそ
れぞれ偏光方位が４５°ずらされて直線偏光から円偏光
に変換されて参照用平面鏡３４に入射する。参照用平面
鏡３４を反射した周波数ω１’、ω２、ω３の光は、再
びフレネルロム３２に入射してそれぞれ偏光方位がさら
に４５°ずらされて円偏光から直線偏光に変換される。Light of three different frequencies ω 1 ′, ω 2, and ω 3 traveling through the polarization beam splitter 4 and traveling along the reference optical path is transmitted through the Fresnel rhomb 32, reflected by the reference plane mirror 34, and returns to the polarization beam splitter 4 again. In the process, the light passes through the Fresnel rom 32. The lights having the frequencies ω1 ′, ω2, and ω3 are first transmitted through the Fresnel rhomb 32, are respectively shifted in polarization direction by 45 °, are converted from linearly polarized light to circularly polarized light, and are incident on the reference plane mirror. The lights of the frequencies ω1 ′, ω2, and ω3 reflected by the reference plane mirror 34 are again incident on the Fresnel rhomb 32, and their polarization directions are further shifted by 45 ° to be converted from circularly polarized light to linearly polarized light.

【００３７】従って、参照用平面鏡３４から反射して偏
光ビームスプリッタ４に入射する際には、周波数ω
１’、ω２、ω３の各光の偏光方位は、偏光ビームスプ
リッタ４で反射したときの直線偏光の偏光方位に対して
９０°ずれた直線偏光となっているので、偏光ビームス
プリッタ４を透過することになる。偏光ビームスプリッ
タ４を透過した周波数ω１’、ω２、ω３の各光は、コ
ーナーキューブ３５に入射して平行に反射され、再び偏
光ビームスプリッタ４を透過して参照用平面鏡３４に向
かう。参照用平面鏡３４に至る途中に配置されたフレネ
ルロム３３を通過して、上述と同様に周波数ω１’、ω
２、ω３の光は、フレネルロム３３を最初に透過するこ
とによりそれぞれ偏光方位が４５°ずらされて直線偏光
から円偏光に変換されて参照用平面鏡３４に入射する。Accordingly, when the light is reflected from the reference plane mirror 34 and enters the polarization beam splitter 4, the frequency ω
Since the polarization directions of the light beams 1 ′, ω2, and ω3 are shifted by 90 ° from the polarization direction of the linearly polarized light reflected by the polarization beam splitter 4, the light passes through the polarization beam splitter 4. Will be. The lights of frequencies ω1 ′, ω2, and ω3 that have passed through the polarizing beam splitter 4 are incident on the corner cube 35 and are reflected in parallel, and then pass through the polarizing beam splitter 4 again to travel to the reference plane mirror 34. After passing through the Fresnel rhomb 33 disposed on the way to the reference plane mirror 34, the frequencies ω1 ′ and ω
The light of 2.omega.3 is first transmitted through the Fresnel rhomb 33, the polarization direction is shifted by 45.degree., Converted from linearly polarized light to circularly polarized light, and enters the reference plane mirror.

【００３８】参照用平面鏡３４を反射した周波数ω
１’、ω２、ω３の光は、再びフレネルロム３３に入射
してそれぞれ偏光方位がさらに４５°ずらされて円偏光
から直線偏光に変換される。従って、参照用平面鏡３４
を反射して偏光ビームスプリッタ４に入射する際には、
周波数ω１’、ω２、ω３の各光の偏光方位は、偏光ビ
ームスプリッタ４を透過したときの直線偏光の偏光方位
に対して９０°ずれた直線偏光となっているので、今度
は偏光ビームスプリッタ４で反射させられることにな
る。Frequency ω reflected by reference plane mirror 34
The lights 1 ′, ω2, and ω3 are incident on the Fresnel rhomb 33 again, and their polarization directions are further shifted by 45 ° to be converted from circularly polarized light to linearly polarized light. Therefore, the reference plane mirror 34
Is reflected and enters the polarization beam splitter 4,
Since the polarization directions of the lights of the frequencies ω1 ′, ω2, and ω3 are shifted from the polarization direction of the linearly polarized light transmitted through the polarization beam splitter 4 by 90 °, the polarization beam splitter 4 Will be reflected.

【００３９】参照光路の周波数ω１’、ω２、ω３の光
は、光ビームスプリッタ４で反射して干渉部１０１から
周波数分離素子７に向かう。このように、波長依存性の
極めて少ないアクロマチックな波長板としてのフレネル
ロムを用いることにより、Ｘ−Ｙステージ等の移動量の
計測に必須の平面鏡を測定光用および参照光用反射鏡と
して用いることができるようになり、露光装置等のステ
ージの移動量の計測及び制御に最適な光波干渉測定装置
を実現することができる。また、上記構成にすることに
より単にコーナーキューブを反射鏡に用いる場合と比較
して、各光が測定用平面鏡を２回反射するので測定分解
能を光学的に２倍にすることができるようになる。The light having the frequencies ω 1 ′, ω 2, and ω 3 in the reference light path is reflected by the light beam splitter 4 and travels from the interference unit 101 to the frequency separation element 7. As described above, by using the Fresnel rhomb as an achromatic wavelength plate having extremely little wavelength dependence, a plane mirror indispensable for measuring the movement amount of an XY stage or the like can be used as a reflection mirror for a measurement light and a reference light. Therefore, it is possible to realize an optical interference measuring apparatus optimal for measuring and controlling the amount of movement of a stage such as an exposure apparatus. In addition, by adopting the above configuration, each light is reflected twice by the measurement plane mirror as compared with the case where the corner cube is simply used as the reflection mirror, so that the measurement resolution can be optically doubled. .

【００４０】干渉部１０１を射出した測定光路及び参照
光路からの周波数ω１、ω１’ω２、ω３の光は、周波
数ω１近傍の光（周波数ω１’を含む）は透過させ、周
波数ω２とω３の光は反射する性質を有する周波数分離
素子７によりそれぞれ分離される。周波数分離素子７を
透過した周波数ω１とω１’の光は偏光板８を透過して
干渉し、光電変換素子９でその干渉光が受光され、測定
ビート信号として位相計１０に入力される。また、光源
１を射出した周波数ω１とω１’の光の一部はビームス
プリッタ２により反射され、偏光板１２を透過して干渉
し、光電変換素子１３でその干渉光が受光され、参照ビ
ート信号として位相計１０に入力される。位相計１０で
は測定ビート信号と参照ビート信号から測定用平面鏡
（移動鏡）５の変位量を求め、演算器１１に出力する。The light of frequencies ω1, ω1 ', ω2 and ω3 from the measurement optical path and the reference optical path that have exited the interference unit 101 transmits light near the frequency ω1 (including the frequency ω1'), and transmits light of frequencies ω2 and ω3. Are separated by a frequency separating element 7 having a reflecting property. The lights of frequencies ω1 and ω1 ′ transmitted through the frequency separation element 7 are transmitted through the polarizing plate 8 and interfere with each other. The interference light is received by the photoelectric conversion element 9 and input to the phase meter 10 as a measurement beat signal. Further, a part of the light of the frequencies ω1 and ω1 ′ emitted from the light source 1 is reflected by the beam splitter 2, transmitted through the polarizing plate 12 and interferes, the interference light is received by the photoelectric conversion element 13, and the reference beat signal Is input to the phase meter 10. The phase meter 10 obtains the displacement of the measurement plane mirror (moving mirror) 5 from the measurement beat signal and the reference beat signal, and outputs the displacement to the calculator 11.

【００４１】一方、周波数分離素子７で反射された周波
数ω２とω３の光のうち、測定光路を通った成分は偏光
ビームスプリッタ１６を透過し、２つの周波数ω２、ω
３のうち低い周波数ω２の光は第２高調発生素子１７に
より周波数ω３’（＝２・ω２）の光に変換され、測定
光路を通った周波数ω３の光と干渉し、その干渉光が光
電変換素子１８により受光され、測定信号として位相計
２１に入力される。On the other hand, of the light of the frequencies ω2 and ω3 reflected by the frequency separation element 7, the component that has passed through the measurement optical path passes through the polarization beam splitter 16 and has two frequencies ω2 and ω3.
3 is converted into light of frequency ω3 ′ (= 2 · ω2) by the second harmonic generation element 17 and interferes with light of frequency ω3 that has passed through the measurement optical path. The light is received by the element 18 and input to the phase meter 21 as a measurement signal.

【００４２】また、周波数分離素子７で反射された周波
数ω２とω３の光のうち、参照光路を通った成分は偏光
ビームスプリッタ１６で反射し、２つの周波数ω２、ω
３のうち低い周波数ω２の光が第２高調波発生素子１９
の機能により変換された周波数ω３’（＝２・ω２）の
光と参照光路を通った周波数ω３の光とが干渉し、その
干渉信号が光電変換素子２０で受光され、参照信号とし
て位相計２１に入力される。位相計２１では測定信号と
参照信号から測定光路および参照光路で生じた空気や他
の気体の屈折率変動を求め、演算器１１に出力する。演
算器１１では位相計１０からの移動反射鏡５の変位量と
位相計２１からの屈折率変動の情報を演算することによ
り移動反射鏡５の真の変位量を求める。以上が本実施の
形態による光波干渉測定装置の全体の構成の概略であ
る。Further, of the light of frequencies ω2 and ω3 reflected by the frequency separation element 7, the component passing through the reference optical path is reflected by the polarization beam splitter 16, and the two frequencies ω2 and ω3
3, the light having the low frequency ω2 is the second harmonic generation element 19
The light having the frequency ω3 ′ (= 2 · ω2) converted by the function described above and the light having the frequency ω3 passing through the reference optical path interfere with each other, and the interference signal is received by the photoelectric conversion element 20, and the phase meter 21 is used as the reference signal. Is input to The phase meter 21 obtains a change in the refractive index of air or another gas generated in the measurement optical path and the reference optical path from the measurement signal and the reference signal, and outputs the result to the arithmetic unit 11. The calculator 11 calculates the true displacement of the movable reflecting mirror 5 by calculating the displacement of the moving reflecting mirror 5 from the phase meter 10 and the information on the refractive index fluctuation from the phase meter 21. The above is an outline of the overall configuration of the lightwave interference measurement apparatus according to the present embodiment.

【００４３】次に、本実施の形態による光波干渉測定装
置に用いたアクロマチックな波長板としてのフレネルロ
ムについて図２乃至図５を用いて説明する。図２は本実
施の形態によるアクロマチックな波長板としてのフレネ
ルロムの構成を示している。フレネルロム４３は、所定
の間隔で平行に対向する２つの全反射面４４ａ、４４ｂ
を有しているガラス材で形成された斜方体であり、少な
くとも偏光ビームスプリッタ４と移動反射鏡５との間の
測定光路上に設けられ、周波数ω１の測長用光束と周波
数ω２、ω３の屈折率変動計測用光束のそれぞれの光を
２回全反射させて、それぞれの光のＰ偏光成分とＳ偏光
成分との間にほぼ９０°の位相差を生じさせることがで
きるようになっている。図２において、光軸６１に対し
て４５°傾いた偏光方位を持つ直線偏光の光５２を入射
させると、透過光として円偏光の光５３を得ることがで
きる。色消しの性能を向上させるために、全反射面４４
ａ、４４ｂの少なくとも一方に所定の膜厚の保護膜４５
を蒸着してもよい。Next, a Fresnel rhomb as an achromatic wave plate used in the optical interference measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a configuration of a Fresnel rhomb as an achromatic wave plate according to the present embodiment. The Fresnel rhomb 43 has two total reflection surfaces 44a and 44b facing each other in parallel at a predetermined interval.
Which is provided on at least a measurement optical path between the polarizing beam splitter 4 and the movable reflecting mirror 5 and has a length measuring beam having a frequency ω1 and frequencies ω2 and ω3. Of the refractive index fluctuation measurement light flux of the above two times, it is possible to generate a phase difference of about 90 ° between the P-polarized light component and the S-polarized light component of each light. I have. In FIG. 2, when linearly polarized light 52 having a polarization direction inclined by 45 ° with respect to the optical axis 61 is made incident, circularly polarized light 53 can be obtained as transmitted light. In order to improve the achromatic performance, the total reflection surface 44 is used.
a protective film 45 having a predetermined thickness on at least one of
May be deposited.

【００４４】このフレネルロム４３の仕様を図３乃至図
５を用いてより具体的に説明する。初めに全反射面４４
ａ、４４ｂに薄膜４５を蒸着しない場合で説明する。フ
レネルロム４３は、１回の全反射によるＰ偏光とＳ偏光
の位相飛びが４５°となるような全反射角を求める必要
がある。このために必要な法則（式）は、（１）スネル
の法則（臨界角条件）、及び（２）フレネルの式（境界
における波の反射、透過の状態を表す、Ｍａｘｗｅｌｌ
方程式より求まる）であり、この２つから全反射による
位相とび（γｓ−γｐ）を表す式を求めると以下のよう
になる。The specifications of the Fresnel rhomb 43 will be described more specifically with reference to FIGS. First, the total reflection surface 44
The case where the thin film 45 is not deposited on a and 44b will be described. The Fresnel rhomb 43 needs to find a total reflection angle such that the phase jump of P-polarized light and S-polarized light by one total reflection becomes 45 °. The rules (formulas) necessary for this are (1) Snell's law (critical angle condition) and (2) Fresnel's formula (Maxwell, which represents the state of reflection and transmission of waves at the boundary)
An equation representing the phase jump (γs−γp) due to total reflection from these two equations is as follows.

【００４５】[0045]

【数１】 (Equation 1)

【００４６】ここで、ｎ１は媒質１の屈折率、ｎ２は媒
質２の屈折率、θは全反射角を表す。本実施の形態で用
いているフレネルロム４３は、入射光の基準となる波長
をλ＝５３２ｎｍとし、硝材は、ＢＫ７（ＳＣＨＯＴＴ
社製）を用いている。屈折率ｎ_(532nm)＝１．５１９４
７５である。この硝材は一般に用いられているものであ
る。また製造が容易であり、研磨も容易であって、且つ
安価な硝材であるという利点を有している。Here, n1 is the refractive index of the medium 1, n2 is the refractive index of the medium 2, and θ is the total reflection angle. The Fresnel rhomb 43 used in the present embodiment has a reference wavelength of incident light of λ = 532 nm, and is made of BK7 (SCHOTT).
Manufactured by the company). Refractive index n _{(532 nm)} = 1.5194
75. This glass material is generally used. It also has the advantage that it is easy to manufacture, easy to polish, and is an inexpensive glass material.

【００４７】以上のフレネルロム４３においてパラメー
タを全反射角として位相飛びを表した曲線が図３及び図
４に示すグラフである。両図とも縦軸は位相飛びを表
し、横軸は全反射角を表しているが、図３に対して図４
は縦軸、横軸の範囲が狭い、つまり拡大表示したグラフ
となっている点のみが異なっている。図３及び図４にお
いて、位相飛びが４５°となる全反射角は２個所ある
が、入射光の入射角変動の影響を考慮して、曲線の勾配
が小さい方を選択する。すなわちフレネルロムの設計角
（図２における入射面４６と全反射面４４ｂのなす角）
は、約５５．３８°となる。The curves representing the phase jump in the above Fresnel rhomb 43 with the parameter being the total reflection angle are the graphs shown in FIGS. In both figures, the vertical axis represents the phase jump, and the horizontal axis represents the total reflection angle.
Is different only in that the range of the vertical axis and the horizontal axis is narrow, that is, the graph is enlarged. In FIGS. 3 and 4, there are two total reflection angles at which the phase jump is 45 °, but the smaller one of the curves is selected in consideration of the influence of the incident angle fluctuation of the incident light. That is, the design angle of the Fresnel rhomb (the angle between the incident surface 46 and the total reflection surface 44b in FIG. 2)
Is about 55.38 °.

【００４８】因みに図７に示した従来の色消しプリズム
の場合には、全反射角が、 全反射面４１ａ（１回目）：全反射角７４．０５°−＞位相飛び２３．５３° 全反射面４１ｂ（２回目）：全反射角５８．１０°−＞位相飛び４２．９１° 全反射面４１ｃ（３回目）：全反射角７７．０５°−＞位相飛び２３．５３° であり、全反射面４１ｂでの２回目の全反射は曲線の勾
配の比較的小さな全反射角を用いているが、１回目と３
回目の全反射は曲線の勾配が大きくなってしまう領域の
全反射角を用いなければならないため、入射光の入射角
変動による位相飛びの誤差はフレネルロムよりも３倍程
度大きくなってしまう。In the case of the conventional achromatic prism shown in FIG. 7, the total reflection angle is the total reflection surface 41a (first time): the total reflection angle 74.05 ° → the phase jump 23.53 °. Surface 41b (second): total reflection angle 58.10 °-> phase jump 42.91 ° Total reflection surface 41c (third): total reflection angle 77.05 °-> phase jump 23.53 °. The second total reflection on the reflection surface 41b uses a total reflection angle having a relatively small slope of the curve.
For the second total reflection, the total reflection angle in the region where the slope of the curve becomes large must be used, so that the phase jump error due to the change in the incident angle of the incident light is about three times larger than that of Fresnel ROM.

【００４９】次に、位相飛びの波長依存性について図５
を用いて説明する。図５において、縦軸は位相飛びを表
し、横軸は全反射角を表している。フレネルロムは波長
依存性に優れているものの、全波長域に対して一つの反
射面で常に４５°の位相飛びが得られるわけではない。
位相飛びが４５°からずれると、移動鏡の変位に対して
測定誤差が生じる。FIG. 5 shows the wavelength dependence of the phase jump.
This will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents the phase jump, and the horizontal axis represents the total reflection angle. Although the Fresnel rhomb has excellent wavelength dependency, a 45 ° phase jump cannot always be obtained with a single reflecting surface over the entire wavelength range.
When the phase jump deviates from 45 °, a measurement error occurs with respect to the displacement of the movable mirror.

【００５０】本実施の形態による光波干渉測定装置の場
合にあっては、異なる３つの周波数ω１、ω２、ω３の
光を用いているが、屈折率変動を測定する２つの周波数
ω２、ω３の光の波長λ２、λ３のうち、最終的に検出
素子で取り込まれる波長λ３（本実施の形態における周
波数ω３の光の波長）に対しての位相飛びが４５°から
どれだけずれてしまうかが問題となる。本実施の形態で
使用している波長は、λ１＝６３２．８ｎｍ、λ２＝１
０６４ｎｍ、λ３＝５３２ｎｍである。従って、本実施
の形態では、図５のグラフに示すような、周波数ω３の
光（λ３＝５３２ｎｍ）に対して位相飛びがちょうど４
５°となるようなフレネルロムを用いている。測定に使
用する光の周波数を変更したような場合（例えば、ω２
＝５３２ｎｍ、ω３＝２６６ｎｍとした場合）には、改
めて周波数ω３の光に対して位相飛びが４５°になるよ
うに最適に設計し直すことが望ましい。In the case of the light wave interference measuring apparatus according to the present embodiment, light of three different frequencies ω1, ω2, ω3 is used, but light of two frequencies ω2, ω3 for measuring refractive index fluctuation is used. Among the wavelengths λ2 and λ3, the problem is how much the phase jump from 45 ° with respect to the wavelength λ3 (the wavelength of the light having the frequency ω3 in the present embodiment) finally captured by the detection element. Become. The wavelengths used in the present embodiment are λ1 = 632.8 nm, λ2 = 1
064 nm and λ3 = 532 nm. Therefore, in the present embodiment, as shown in the graph of FIG. 5, light having a frequency ω3 (λ3 = 532 nm) has a phase jump of just 4
A Fresnel rom that is 5 ° is used. When the frequency of light used for measurement is changed (for example, ω2
= 532 nm and ω3 = 266 nm), it is desirable to re-design the light at the frequency ω3 again so that the phase jump becomes 45 °.

【００５１】次に、フレネルロム４３に用いる硝材であ
るが、これは特に限定はない。その硝材に対して最適な
設計解が存在する。ただし、精度の高い測定を行う際に
は、材質には複屈折性が無いものを用いる必要がある。
複屈折性の回避のためには、光学研磨ではなく、エッチ
ングによる加工を行う、アニールを十分に行う、全反射
面の物性変化（傷、腐食、不要物の付着）を無くすため
に保護膜を蒸着する等の対策が必要である。保護膜の蒸
着については後述する。Next, the glass material used for the Fresnel rhomb 43 is not particularly limited. There is an optimal design solution for the glass material. However, when performing highly accurate measurement, it is necessary to use a material having no birefringence.
In order to avoid birefringence, perform processing by etching instead of optical polishing, perform sufficient annealing, and use a protective film in order to eliminate physical property changes (scratch, corrosion, adhesion of unnecessary substances) on the total reflection surface. It is necessary to take measures such as vapor deposition. The deposition of the protective film will be described later.

【００５２】また、フレネルロム４３を適当な保持機構
によって光波干渉測定装置に取り付ける場合等に生じる
外部応力によって硝材内部の歪みによる複屈折性が生じ
るので、外部応カに強い（すなわち、光弾性定数の小さ
い）硝材を選ぶことも検討すべきである。例えば、硝材
の材料に鉛を含んでる重フリント系の硝子を用いるよう
にする（ただし、全ての重フリント系の硝子が光弾性定
数が小さいとは限らない）。In addition, since the Fresnel rhomb 43 is attached to the light wave interference measuring device by an appropriate holding mechanism, birefringence is generated due to distortion inside the glass material due to external stress, and therefore, it is strong against external stress (that is, the photoelastic constant is low). The choice of a (small) glass material should also be considered. For example, heavy flint glass containing lead is used as the material of the glass material (however, not all heavy flint glass has a small photoelastic constant).

【００５３】次にフレネルロム４３の全反射面に所定の
薄膜を蒸着した場合について説明する。図４、図５には
フレネルロムの全反射面４４ａ、４４ｂに薄膜（保護
膜）４５を蒸着した場合の曲線が描かれている。フレネ
ルロム４３の全反射面４４ａ、４４ｂに薄膜４５を蒸着
すると、全反射角による位相飛びの特性をシフトさせる
ことができ、図４に示すように全反射角５１．４°で曲
線の位相飛びの極値４５°を得ることができる。薄膜４
５を全反射面４４ａ、４４ｂに蒸着することにより、位
相飛びの４５°の位置での曲線の勾配を極小にすること
ができるので入射光の入射角変動を受け難くすることが
できるようになる。また、フレネルロム４３の端面反射
光を除去するためにフレネルロム４３を傾ける必要が生
じても、傾き角が±０．８°程度までは位相飛びのずれ
はほとんど生じない。Next, a case where a predetermined thin film is deposited on the total reflection surface of the Fresnel rhomb 43 will be described. 4 and 5 show curves when a thin film (protective film) 45 is deposited on the total reflection surfaces 44a and 44b of Fresnel rhomb. When the thin film 45 is deposited on the total reflection surfaces 44a and 44b of the Fresnel rhomb 43, the characteristic of the phase jump due to the total reflection angle can be shifted, and the phase jump of the curve at the total reflection angle 51.4 ° as shown in FIG. An extreme value of 45 ° can be obtained. Thin film 4
By vapor-depositing 5 on the total reflection surfaces 44a and 44b, the gradient of the curve at the 45 ° phase jump position can be minimized, so that the incident angle fluctuation of the incident light can be suppressed. . Further, even if it is necessary to tilt the Fresnel rhomb 43 in order to remove the reflected light from the end face of the Fresnel rhomb 43, there is almost no phase jump deviation until the tilt angle is about ± 0.8 °.

【００５４】なお、図４、図５に例示する薄膜は、 膜名 ： ＭｇＦ２ 屈折率： ｎ_(532nm)＝１．３８７５ 膜厚 ： １８ｎｍ である。また、図５に示されているように、薄膜４５を
全反射面４４ａ、４４ｂに成膜することにより波長依存
性の影響をほとんど受けないフレネルロムを作製するこ
とができるようになる。The thin films illustrated in FIGS. 4 and 5 have a film name: MgF2, a refractive index: n _{(532 nm)} = 1.875, and a film thickness: 18 nm. Further, as shown in FIG. 5, by forming the thin film 45 on the total reflection surfaces 44a and 44b, a Fresnel rhomb which is hardly affected by the wavelength dependence can be manufactured.

【００５５】次に、本実施の形態で用いているフレネル
ロムをアクロマチックな波長板として光波干渉測定装置
に応用した利点について図７に示した色消しプリズムと
対比しつつ説明する。図７で示したような色消しプリズ
ムは、その全反射角から入射光の角度依存性が敏感であ
る。さらに、素子の全長が長くなりやすく、図７に示し
たように入射光の光束の径を大きくする場合には適さな
い。一般的に光波干渉測定装置において移動反射鏡５を
変位させる際に反射面が変位方向に垂直な状態で保たれ
ずに反射面が傾きながら変位する。これにより、参照光
路を通った光（参照光）と測定光路（測定光）を通った
光が移動鏡変位時に光軸ずれを起こしてしまう。Next, the advantage of applying the Fresnel rhomb used in the present embodiment as an achromatic wavelength plate to a light wave interference measuring apparatus will be described in comparison with the achromatic prism shown in FIG. The achromatic prism as shown in FIG. 7 is sensitive to the angle dependence of incident light due to its total reflection angle. Further, the overall length of the element tends to be long, which is not suitable for increasing the diameter of the light beam of the incident light as shown in FIG. In general, when the movable reflecting mirror 5 is displaced in the light wave interference measuring apparatus, the reflecting surface is displaced while being tilted without being kept perpendicular to the direction of displacement. As a result, the light passing through the reference light path (reference light) and the light passing through the measurement light path (measurement light) cause an optical axis shift when the movable mirror is displaced.

【００５６】本実施の形態による光波干渉測定装置で
は、移動反射鏡５の変位による測定光と参照光の光軸が
ずれても２つの光が干渉するように、各々の光の光束径
をある程度大きくする必要がある。図２に示した本実施
の形態におけるアクロマチックな波長板としてのフレネ
ルロムでは、透過光の光軸は平行シフトするが、入射面
４６の中心に入射光５２を入射させられるので入射光の
光束径を大きくとることができ、さらに入射光の角度依
存性も図７に示した色消しプリズムに比べると小さい。
移動鏡変位時の移動反射鏡５の反射面の傾きによる入射
光の角度ずれに対しても１／４波長板としての性能誤差
が小さいので、本実施の形態による光波干渉測定装置に
適している。In the light wave interference measuring apparatus according to the present embodiment, the beam diameter of each light beam is adjusted to some extent so that the two light beams interfere with each other even if the optical axes of the measuring light beam and the reference light beam are displaced due to the displacement of the movable reflecting mirror 5. Need to be bigger. In the Fresnel rhomb as the achromatic wave plate according to the present embodiment shown in FIG. 2, the optical axis of the transmitted light shifts in parallel, but the incident light 52 is made incident on the center of the incident surface 46, so that the beam diameter of the incident light is increased. And the angle dependence of the incident light is smaller than that of the achromatic prism shown in FIG.
Since the performance error as a quarter-wave plate is small even with respect to the angular deviation of the incident light due to the inclination of the reflecting surface of the movable reflecting mirror 5 when the moving mirror is displaced, it is suitable for the optical interference measuring apparatus according to the present embodiment. .

【００５７】また、入射光５２と入射面４６を垂直にす
ると、入射面４６での反射光が迷光となり、光波干渉測
定装置の光電変換素子で検出されてしまうと測定精度を
低下させる。これを回避するために、フレネルロム４３
を光軸６１より傾けて配置するが、この傾けたことによ
る１／４波長板としての機能の低下もフレネルロムの方
が図７に示した色消しプリズムよりも小さい。またさら
に、色消しプリズムからの端面反射光を除くために色消
しプリズムを光軸より傾けて配置すると、色消しプリズ
ムに入射する光路に対して色消しプリズム射出後の光路
が傾いてしまうが、フレネルロム４３の場合には、全反
射面が平行であるので入射光の光路に対して射出光の光
路が傾いてしまうことはない。色消しプリズムのように
射出光が傾いてしまうと、測定光は移動鏡に垂直に入射
することができずに斜めに入射するので、移動鏡からの
反射光を色消しプリズムに再入射させることが困難にな
ってしまう。従って、色消しプリズムを傾けられる範囲
は極めて狭く、端面反射光を除去することが十分にでき
ない可能性があるが、フレネルロム４３ではそのような
問題は生じない。When the incident light 52 and the incident surface 46 are perpendicular to each other, the reflected light on the incident surface 46 becomes stray light, and if it is detected by the photoelectric conversion element of the light wave interference measuring device, the measurement accuracy is reduced. To avoid this, Fresnel Rome 43
Are inclined with respect to the optical axis 61, and the decrease in the function as a quarter-wave plate due to the inclination is smaller in the Fresnel rhomb than in the achromatic prism shown in FIG. Furthermore, if the achromatic prism is disposed at an angle from the optical axis in order to remove the end face reflected light from the achromatic prism, the optical path after the achromatic prism is inclined with respect to the optical path incident on the achromatic prism, In the case of the Fresnel rhomb 43, since the total reflection surface is parallel, the optical path of the emitted light does not tilt with respect to the optical path of the incident light. If the emitted light is tilted like an achromatism prism, the measurement light cannot enter the moving mirror vertically but will enter the mirror diagonally, so the reflected light from the moving mirror must be re-entered into the achromatism prism. Becomes difficult. Accordingly, the range in which the achromatic prism can be tilted is extremely narrow, and it may not be possible to sufficiently remove the end face reflected light. However, such a problem does not occur in the Fresnel rhomb 43.

【００５８】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施の形態において
は、測定光路及び参照光路の両光路中にフレネルロムを
挿入したが、例えば光源から射出した屈折率変動計測用
の周波数ω２、ω３の光の偏光方位を測長用の周波数ω
１の偏光方位と一致させて、これら屈折率変動計測用の
周波数ω２、ω３の光が測定光路のみに進むようにすれ
ば、フレネルロムは測定光路中にのみ配置すればよく、
参照光路に設ける必要はない。The present invention is not limited to the above embodiment, but can be variously modified. For example, in the above embodiment, the Fresnel rhomb was inserted into both the measurement optical path and the reference optical path. For example, the polarization azimuth of the light having the frequencies ω2 and ω3 for measuring the refractive index fluctuation emitted from the light source was used for measuring the length. Frequency ω
If the light of the frequencies ω2 and ω3 for measuring the refractive index fluctuation is made to travel only to the measurement optical path by matching with the polarization direction of 1, the Fresnel rhomb may be arranged only in the measurement optical path,
It is not necessary to provide in the reference optical path.

【００５９】また、上記実施の形態においては露光装置
を初めとするＸ−Ｙステージの位置決め等に光波干渉測
定装置を用いることを前提とし、Ｘ−Ｙステージの移動
面内に２つの測定軸が含まれるようにするために、移動
反射鏡として平面鏡を用いるようにしているが、本発明
はこれに限られず、例えば、１軸のみの測定の場合や、
２軸測定であっても各軸が別個の座標系を採り得るので
あればコーナーキューブを反射鏡として用い、偏光ビー
ムスプリッタとコーナーキューブとの間の光路中にフレ
ネルロムを配置するようにしてもよい。この場合には、
移動反射鏡に２つのコーナーキューブを用いて測定分解
能を光学的に２倍にすることができる。In the above embodiment, it is assumed that an optical interference measuring apparatus is used for positioning the XY stage including the exposure apparatus, and two measuring axes are provided in the moving plane of the XY stage. In order to be included, a plane mirror is used as a movable reflecting mirror. However, the present invention is not limited to this. For example, when only one axis is measured,
Even in the two-axis measurement, if each axis can adopt a separate coordinate system, a corner cube may be used as a reflecting mirror, and the Fresnel rhomb may be arranged in the optical path between the polarizing beam splitter and the corner cube. . In this case,
The measurement resolution can be optically doubled by using two corner cubes for the moving reflector.

【００６０】また、上記実施の形態においては、いわゆ
るヘテロダイン方式の測長系を用いて説明したが、本発
明はこれに限られるものではなく、ホモダイン方式の測
長系にも応用できるものである。In the above embodiment, a so-called heterodyne length measuring system has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to a homodyne length measuring system. .

【００６１】[0061]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、２回の全
反射を利用した偏光光学素子を用いることにより、複数
の異なる周波数の光に対してほぼ同様な偏光状態の制御
ができ、光波干渉測定装置の測定系にダブルパスの構成
を容易に適用することができるようになる。さらに、フ
レネルロムを用いることにより光波干渉測定装置におけ
る配置の許容性の拡大と小型化を実現することができる
ようになる。As described above, according to the present invention, substantially the same polarization state can be controlled for a plurality of lights of different frequencies by using a polarizing optical element utilizing total reflection twice. The configuration of the double path can be easily applied to the measurement system of the optical interference measurement apparatus. Further, by using the Fresnel rhomb, it becomes possible to realize an increase in the permissible arrangement and a reduction in size of the light wave interference measuring apparatus.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装置
の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a light wave interference measurement device according to an embodiment of the present invention.

【図２】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装置
に用いたアクロマチックな波長板としてのフレネルロム
の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a Fresnel rhomb as an achromatic wave plate used in a light wave interference measurement device according to an embodiment of the present invention.

【図３】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装置
に用いたアクロマチックな波長板としてのフレネルロム
による全反射角による位相飛びを説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a phase jump due to a total reflection angle by a Fresnel rom as an achromatic wave plate used in the light wave interference measuring apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図４】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装置
に用いたアクロマチックな波長板としてのフレネルロム
による全反射角による位相飛びを説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a phase jump due to a total reflection angle by a Fresnel rhomb as an achromatic wave plate used in the light wave interference measuring apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図５】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装置
に用いたアクロマチックな波長板としてのフレネルロム
での位相飛びの波長依存性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the wavelength dependence of phase jump in a Fresnel rhomb as an achromatic wave plate used in a light wave interference measurement device according to an embodiment of the present invention.

【図６】従来の光波干渉測定装置の構成を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a conventional light wave interference measurement device.

【図７】従来のアクロマチックな波長板としての色消し
プリズムを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an achromatic prism as a conventional achromatic wavelength plate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１、１４ 光源 ２ ビームスプリッタ ３ 周波数結合素子 ４、１６ 偏光ビームスプリツタ ５ 測定用平面鏡（移動鏡） ６ 固定鏡 ７ 周波数分離素子 ８、１２ 偏光板 ９、１３、１８、２０ 光電変換素子 １０、２１ 位相計 １１ 演算器 １５、１７、１９ 第２高調波変換素子 ２５ 移動鏡 ３０、３１、３２、３３ アクロマチックな波長板とし
てのフレネルロム ３４ 参照用平面鏡（固定鏡） ３５ コーナーキューブ ４０ 色消しプリズム ４３ フレネルロム １００、１０１ 干渉部DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 14 Light source 2 Beam splitter 3 Frequency coupling element 4, 16 Polarization beam splitter 5 Planar mirror (moving mirror) 6 Fixed mirror 7 Frequency separation element 8, 12 Polarization plate 9, 13, 18, 20 Photoelectric conversion element 10, Reference Signs List 21 phase meter 11 arithmetic unit 15, 17, 19 second harmonic conversion element 25 moving mirror 30, 31, 32, 33 Fresnel rhomb as achromatic wave plate 34 reference plane mirror (fixed mirror) 35 corner cube 40 achromatic prism 43 Fresnel rom 100, 101 Interference part

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】複数の波長を有する光を射出する光源部
と、 前記光を測定光と参照光に分離するビームスプリッタ
と、 前記測定光の光路上を移動可能に設けられ、前記測定光
を反射する測定光用反射鏡と、 前記参照光の光路上に設けられ、前記参照光を反射する
参照光用反射鏡と、 前記ビームスプリッタと前記測定光用反射鏡との間に設
けられ、前記測定光を全反射させて、前記測定光のＰ偏
光成分とＳ偏光成分との間に所定の位相差を生じさせる
偏光光学素子と、 前記参照光及び前記測定光の各反射光を干渉させて受光
する受光手段と、 前記受光手段で受光された干渉光により、前記測定光用
反射鏡の移動量を演算する処理系とを備えたことを特徴
とする光波干渉測定装置。A light source unit for emitting light having a plurality of wavelengths; a beam splitter for separating the light into measurement light and reference light; and a light source unit movably provided on an optical path of the measurement light. A reflecting mirror for measuring light to be reflected, provided on an optical path of the reference light, and a reflecting mirror for reference light for reflecting the reference light; provided between the beam splitter and the reflecting mirror for measuring light; A polarization optical element that totally reflects the measurement light to generate a predetermined phase difference between the P-polarized light component and the S-polarized light component of the measurement light, and causes the reflected light of the reference light and the reflected light of the measurement light to interfere with each other. A light wave interference measurement device, comprising: a light receiving means for receiving light; and a processing system for calculating a movement amount of the measuring light reflecting mirror based on the interference light received by the light receiving means. 【請求項２】第１の周波数を有する測長用光束を射出す
る第１の光源と、 前記第１の周波数と異なる第２及び第３の周波数を有
し、前記測長用光束の光路上の屈折率変動を計測する屈
折率変動計測用光束を射出する第２の光源と、 前記測長用光束と前記屈折率変動計測用光束との共通光
路上に設けられ、光路を測定光路と参照光路に分離する
ビームスプリッタと、 前記参照光路上に設けられた反射鏡と、 前記測定光路上を移動可能に設けられ、前記測定光路上
の前記測長用光束と前記屈折率変動計測用光束とをほぼ
垂直に反射させる測定光用平面鏡と、 前記ビームスプリッタと前記平面鏡との間の前記測定光
路上に設けられ、前記測長用光束と前記屈折率変動計測
用光束のそれぞれの光を２回全反射させて、前記それぞ
れの光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との間にほぼ９０°の
位相差を生じさせる偏光光学素子と、 前記参照光路及び前記測定光路からの反射光束の各干渉
光をそれぞれ受光する複数の受光手段と、 前記受光手段で受光された前記干渉光により、前記測長
用光束の光路上の屈折率変動を補正して前記測定光用反
射鏡の移動量を演算する処理系とを備えたことを特徴と
する光波干渉測定装置。2. A first light source for emitting a length measuring light beam having a first frequency, and a second light source having a second frequency and a third frequency different from the first frequency, and on a light path of the measuring light beam. A second light source that emits a refractive index variation measurement light beam that measures the refractive index variation of the light source; a second light source that is provided on a common optical path of the length measurement light beam and the refractive index variation measurement light beam; A beam splitter for splitting into an optical path, a reflecting mirror provided on the reference optical path, and provided movably on the measuring optical path, the length measuring light flux and the refractive index fluctuation measuring light flux on the measuring optical path. A plane mirror for measuring light that reflects the light substantially perpendicularly, and is provided on the measuring optical path between the beam splitter and the plane mirror, and each of the light beam for measuring the length and the light beam for measuring the refractive index variation are twice transmitted. By total reflection, the P polarization component of each light A polarizing optical element for generating a phase difference of about 90 ° between the light beam and the S-polarized light component; a plurality of light receiving means for receiving each of the interference light beams reflected from the reference light path and the measurement light path; A processing system that corrects the refractive index fluctuation on the optical path of the length measuring light beam by the interference light received at the step (b) and calculates the amount of movement of the measuring light reflecting mirror. measuring device. 【請求項３】請求項２記載の光波干渉測定装置におい
て、 前記参照光路上に設けられた反射鏡は、前記参照光路上
の前記測長用光束と前記屈折率変動計測用光束とをほぼ
垂直に反射させる参照光用平面鏡であり、 前記ビームスプリッタは、所定の偏光を有する測定光を
前記測定光路に、前記測定光とは直交する偏光を有する
参照光を前記参照光路に導く偏光ビームスプリッタであ
り、 前記偏光ビームスプリッタと前記参照光用平面鏡との間
の前記参照光路上には、前記測長用光束と前記屈折率変
動計測用光束のそれぞれの光を２回全反射させて、前記
それぞれの光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との間にほぼ９
０°の位相差を生じさせる偏光光学素子が設けられてい
ることを特徴とする光波干渉測定装置。3. The light wave interference measuring device according to claim 2, wherein the reflecting mirror provided on the reference light path makes the length measuring light beam and the refractive index fluctuation measuring light beam on the reference light path substantially perpendicular to each other. The beam splitter is a polarization beam splitter that guides the measurement light having a predetermined polarization to the measurement light path and the reference light having the polarization orthogonal to the measurement light to the reference light path. On the reference light path between the polarizing beam splitter and the reference light plane mirror, the light of the length measurement light flux and the light of the refractive index fluctuation measurement light flux are totally reflected twice, and Between the P-polarized component and the S-polarized component of
A light wave interference measurement device, comprising: a polarizing optical element for generating a phase difference of 0 °. 【請求項４】請求項２又は３に記載の光波干渉測定装置
において、 前記第３の周波数の光は、前記第２の周波数の光の高調
波であり、 前記偏光光学素子は、前記第３の周波数の光を基準とし
て当該光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との間に９０°の位
相差を生じさせるように調整されていることを特徴とす
る光波干渉測定装置。4. The light wave interference measuring apparatus according to claim 2, wherein the light of the third frequency is a harmonic of the light of the second frequency, and the polarization optical element is A light-wave interference measuring apparatus, which is adjusted so as to generate a phase difference of 90 ° between the P-polarized light component and the S-polarized light component of the light having the reference frequency. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の光波干
渉測定装置において、 前記偏光光学素子は、所定の間隔で平行に対向する２つ
の反射面を有していることを特徴とする光波干渉測定装
置。5. The light wave interference measuring apparatus according to claim 1, wherein the polarizing optical element has two reflecting surfaces facing each other in parallel at a predetermined interval. Light wave interference measurement device. 【請求項６】請求項５記載の光波干渉測定装置におい
て、 前記偏光光学素子は、フレネルロムであることを特徴と
する光波干渉測定装置。6. The light wave interference measuring device according to claim 5, wherein the polarization optical element is a Fresnel rhomb. 【請求項７】請求項６記載の光波干渉測定装置におい
て、 前記フレネルロムの前記２つの反射面のそれぞれには、
光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との間にほぼ４５°の位相
差を生じさせる薄膜が形成されていることを特徴とする
光波干渉測定装置。7. The optical interference measuring apparatus according to claim 6, wherein each of the two reflecting surfaces of the Fresnel rhomb comprises:
A light wave interference measurement apparatus, wherein a thin film for generating a phase difference of approximately 45 ° between a P-polarized component and an S-polarized component of light is formed.