JPH1144506A - 干渉計測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学非線形誤差の影響を低減し、高精度の測
定が可能な干渉計測定装置を提供する。 【解決手段】 レーザ光源４と、レーザ光源４からの投
光を参照光と被測定物１に照射される測定光とに分離す
る干渉計ブロック５Ａ、５Ｂとを備え、参照光および測
定光の干渉に基づいて測長を行う干渉計測定装置におい
て、レーザ光源４から干渉計ブロック５Ａ、５Ｂに至る
レーザ光の光路を密閉管２０により覆う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、高精度座
標測定機や高精度半導体露光装置等に用いられ、高精度
な測長を行うレーザ干渉計測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】測定精度の向上を図るためには、レーザ
干渉計の光路中の温度、気圧、温度安定性が重要な要素
となる。レーザ干渉計の干渉計ビーム光路中に空気揺ら
ぎが生じると、光路の空気屈折率が変動し、レーザ波長
が変化するため測定精度が低下する。

【０００３】例えば、光路中の空気環境が微量変動した
とき、温度ΔＴ（゜Ｃ）、気圧ΔＰ（ｈｐａ）、湿度Δ
Ｈ（％）の変動に対してレーザー波長λの相対変化量Δ
λ／λは近似的に次式で表せる。 Δλ／λ＝（０．９３ΔＴ＋０．２７ΔＰ−０．００９８ΔＨ）×１０^-6 ・・・（１） このとき、測定寸法Ｌに対する測定誤差は次式となる。 ΔＬ＝Ｌ×（Δλ／λ） ・・・（２）

【０００４】したがって、仮に測定寸法Ｌ＝５０ｍｍに
対して測定誤差ΔＬを１ｎｍ以下とするためにΔλ／λ
が満たすべき条件は式（２）より式（３）のようにな
る。 Δλ／λ≦ΔＬ／Ｌ＝１×１０^-9／５０×１０^-3＝２×１０^-8 ・・・（３） この波長変動率Δλ／λが２×１０^-8以下となるために
は、例えば、ΔＴ、ΔＰおよびΔＨのうちのいずれかひ
とつが変動したと仮定すると、式（１）より ΔＴ≦０．０２２゜Ｃ、ΔＰ≦０．０７４ｈｐａ、ΔＨ
≦２．０１％ でなければならない。

【０００５】高精度座標測定機等では、上述の空気揺ら
ぎによる光路の空気屈折率の変動を計測し、屈折率の変
動に基づく測定誤差を補正しなければならない。現在行
われている補正方法としては、以下のようなものがあ
る。ここで、その特徴および問題点を述べる。 （１）ＡＬＣＰ（Auto Laser Compensation）方式 測定機が置かれている測定環境の気圧、温度、湿度を各
センサーで計測し、レーザー波長を補正する方式であ
る。空気の屈折率をＸＹ軸別々に計算して補正量が求め
られるが、センサーの応答時間に起因する応答の遅れ
や、センサーの測定精度が問題になる。 （２）トラッカー方式 図５に示すように、波長トラッカーを用いてエタロン
（ファブリ−ペロー干渉計）を基準長にして空気の屈折
率を随時追跡し、環境の変化を光学的にモニターする方
式である（ＨＰ社 Product Note 5527A2 P.27）。レー
ザー波長を直接測定するので、誤差要因が少なく応答性
も良い。ただし、干渉計光路と離れた場所の屈折率を測
定しているのが問題点である。また、図４のトラッカー
１個の構成であるとＸＹ軸とも同じ補正値にせざるを得
ない。 （３）三角密閉管方式 三角密閉管座標測定器で干渉計の光路を三角密閉管で覆
い、事実上光路中の空気揺らぎをなしとする方式である
（特開平５−７１９１２号公報）。ＸＹをそれぞれ自動
的に補正するが、三角密閉管の駆動の煩雑さがある。

【０００６】高精度の再現性を得るためには測定環境の
制御が不可欠であり、制御の容易性の順序から温度ある
いは湿度が制御されている。現在の高精度座標測定機で
は、高精度チャンバーにより測定環境が制御され、チャ
ンバー内の温度は±１／１００゜Ｃ、湿度は０．４％以
内でコントロールされている。このような測定環境下で
は測定誤差量自体が微量に抑えられている。レーザー波
長λの相対的変化量Δλ／λを近似式より求め、測定誤
差寸法Ｌ＝５０ｍｍに対しての測定誤差ΔＬを求める
と、ΔＴ＝±１／１００゜Ｃに対しては、ΔＬ＝０．９
３ｎｍ、ΔＨ＝０．４に対してはΔＬ＝０．１９ｎｍと
なる。

【０００７】実際の湿度計による湿度測定では、ΔＨ＝
０．４に対してΔＬ＝０．０１９ｎｍとなり湿度変動に
よるレーザー波長変動によるレーザー波長λの相対的変
化量は無視できる程度のものであることが分かる。問題
となるのは、±１／１００゜Ｃの温度変動および気圧変
動に伴う誤差である。高精度チャンバーであっても温度
制御能力は±１／１００゜Ｃが限界である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】高精度座標測定機では
慣例として次のような条件で座標測定の再現性を評価す
る。すなわち、４９個の十字マスクパターンが７×７に
配列したパターンを用い、各十字パターンの中心の４９
の座標を３０回繰返し測定し、その座標値のずれを３σ
で表し評価する。測定時間は測定方式にもよるが３時間
半程度の時間がかかる。

【０００９】上述の高精度チャンバーで制御された測定
環境において、上述の（１）、（２）および（３）の波
長補正方式で座標再現性を評価した。その結果３方式に
有意差は見られず、２．０〜２．７ｎｍ程度の座標再現
性精度が得られた。しかし、良好な再現性データが得ら
れるのは、上記の３方式共通で１回の測定サイクル（３
時間半）での気圧変化が通常０〜１．５ｈｐａ以内の時
に限られる。例えば、冬場の高気圧、低気圧の通過時な
どは、３時間半の間で３〜５ｈｐａ気圧が変動し、この
ような場合には３．０〜４．５ｎｍ程度に精度が悪化す
る傾向がある。従来、このような現象は波長補正がうま
く行われていないことに起因すると考えられていた。

【００１０】原因調査の結果、この測定精度の悪化は波
長補正に起因するのではなく、図３に示す光学的非線形
誤差（ＨＰ社 Prodct Note 5527A2 p.5に記述）が原因
となっていることが解った。レーザーの漏れ光、および
偏光部材ＰＢＳの消光比に比例して発生する漏れ光（戻
り光も含む）が原因である。図３に示すように、光学的
非線形誤差は光路長の変化に伴って誤差量が周期的に変
動するという特徴をもっている。干渉計構成によりその
変化量は異なるが、レーザ光を２往復させる、いわゆる
ダブルパス干渉計の構成の場合における解析の結果を図
４に示す。ダブルパス干渉計では、非線形誤差の周期は
λ／８（79.1ｎｍ）であり、この誤差量はΔＥ＝２５γ
1/2 ｎｍで見積もられる（γは偏光ビームスプリッター
の消光比）。

【００１１】Ｐ偏光（水平偏光）の消光比は１／２５０
０までは下げられるが、ＰＢＳの薄膜の特性の関係でこ
れ以上は消光比を小さくすることは困難である。消光比
はγ＝１／２５００で見積もると、誤差量ΔＥ＝０．５
ｎｍとなり、座標再現性精度に影響を与えるレベルであ
る。気圧変化で見積もると測定寸法Ｌ＝５０ｍｍに対し
てΔＰ＝５．８６ｈｐａで位相が回転してしまう。３時
間半で５．８６ｈｐａ変化する状況は低気圧、高気圧通
過時に起こり無視できない。

【００１２】また、３時間半の間に３〜５ｈｐａ気圧が
変化する場合は、干渉計光路の温度が±１／１００゜Ｃ
にチャンバーで温度制御がされているが、その間、温度
がジグザグに上下動する。これはチャンバーが温度制御
を行っているためであると推測できるが、温度が上限に
変動すると気圧も上下に変動するから、このような温度
変動も座標再現性精度を低下させるため、この意味でも
気圧変動を抑制する必要がある。

【００１３】本発明の目的は、光学非線形誤差の影響を
低減し、高精度の測定が可能な干渉計測定装置を提供す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
〜図５に対応づけて説明すると、請求項１に記載の発明
は、レーザ光源４と、レーザ光源４からの投光を参照光
Ｌ１および被測定物１に照射される測定光Ｌ２に分離す
る干渉計ブロック５Ａとを備え、参照光Ｌ１および測定
光Ｌ２の干渉に基づいて測長を行う干渉計測定装置に適
用される。そして、レーザ光源４から干渉計ブロック５
Ａに至るレーザ光の光路を密閉する密閉容器２０を備え
ることにより上述の目的が達成される。請求項２に記載
の発明は、請求項１に記載の干渉計測定装置において、
干渉計ブロック５Ａで分離された参照光Ｌ１および測定
光Ｌ２の光路を密閉する密閉容器７Ａ、８Ａ、９Ａを備
えるものである。請求項３に記載の発明は、請求項１に
記載の干渉計測定装置において、環境の変動に基づく測
定誤差を補正するための波長トラッカー１０３を備える
ものである。請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれか１項に記載の干渉計測定装置において、干渉計
ブロック５Ａと被測定物１との間で測定光Ｌ２を２往復
させるダブルパス方式を採用したものである。請求項５
に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の
干渉計測定装置において、レーザ光の波長変動比率をΔ
λ／λ＝２×１０^-8以下とすることにより光学非線形誤
差を抑制したものである。請求項６に記載の発明は、請
求項１〜５のいずれか一項に記載の干渉計測定装置にお
いて、第１および／または第２の密閉容器２０、７Ａ、
８Ａ、９Ａ、７Ｂ、８Ｂ、９Ｂにはレーザ光が入射ある
いは出射するための窓７ａ、８ａ、９ａをさらに有し、
窓７ａ、８ａ、９ａには、屈折率と温度とが負の相関関
係を有する硝材が用いられる。請求項７に記載の発明
は、請求項６に記載の干渉計測定装置において、硝材は
その主成分として少なくとも金属フッ化物と金属酸化物
とを含有する異常部分分散ガラスとしたものである。

【００１５】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。

【００１６】

【発明の実施の形態】

−第１の実施の形態− 以下、図１〜図４を用いて本発明によるレーザ干渉計測
定装置の第１の実施の形態について説明する。第１の実
施の形態は本発明のレーザ干渉計測定装置を高精度座標
測定機に適用したものである。

【００１７】図１および図２において、１は互いに直交
するＸＹ平面内を移動可能に設けられた移動ステージ、
２は移動ステージ１上に固定された厚ガラスウエハー、
３は移動ステージ１の上方に固定され、ウエハー２上の
パターンを捉えるための対物レンズである。図１のＩＩ
−ＩＩ断面を示す図２を参照して説明すると、移動ステ
ージ１はステージモータ１１ＡによってＸ軸方向に、ス
テージモータ１１Ａとは別のモータ（不図示）によって
Ｙ軸方向に、それぞれ駆動される。

【００１８】図１および図２において、４は互いにわず
かに周波数の異なる２波長の、その振動方向が互いに直
交する直線偏光光を射出するレーザ光源、４１はレーザ
光源４から照射されたレーザ光を２方向に分岐するビー
ムスプリッタ、５Ａはビームスプリッタ４１で折り曲げ
られたレーザ光を測定光と参照光とに分離するととも
に、反射により戻った測定光と参照光とを混合する干渉
計ブロック部、６Ａは干渉計ブロック部５Ａから射出さ
れる測定光および参照光を受光するレシーバー、５Ｂは
ビームスプリッタ４１を透過したレーザ光を測定光と参
照光とに分離するとともに、反射により戻った測定光と
参照光とを混合する干渉計ブロック部、６Ｂは干渉計ブ
ロック部５Ｂから射出される測定光および参照光を受光
するレシーバーである。

【００１９】干渉計ブロック部５Ａはミラー５１Ａ、コ
ーナーキューブ５２Ａ、偏光ビームスプリッタ５３Ａ、
１／２λ板５４Ａ’および４枚の１／４λ板５４Ａを、
干渉計ブロック部５Ｂはミラー５１Ｂ、コーナーキュー
ブ５２Ｂ、偏光ビームスプリッタ５３Ｂ、１／２λ板５
４Ｂ’および４枚の１／４λ板５４Ｂを、それぞれ備え
る。

【００２０】図１および図２において、７Ａは干渉計ブ
ロック部５Ａから射出される測定光Ｌ１および参照光Ｌ
２の光路を覆う固定密閉容器、８Ａは参照光Ｌ１の光路
を覆う固定密閉容器である。９Ａは測定光Ｌ２の光路を
覆う三角密閉容器であり、図１に示すＸＹ平面内のＰ方
向（Ｘ軸と４５度の角度をもって交わる方向）に移動可
能とされている。また、７Ｂは干渉計ブロック部５Ｂか
ら射出される測定光および参照光の光路を覆う固定密閉
容器、８Ｂは参照光の光路を覆う固定密閉容器である。
９Ｂは測定光の光路を覆う三角密閉容器であり、ＸＹ平
面内のＰ方向に移動可能とされている。

【００２１】図１の符号２０はレーザ光の光路を密閉す
る密閉管である。密閉管２０は、熱膨張係数の小さな、
例えばスーパーインバー（熱膨張係数０．５〜１．０ｐ
ｐｍ程度の合金）により形成することができる。また、
レーザ光源からの送光ビームを密閉管２０内に向けて透
過させるための部分、干渉計ブロック部５Ａから固定密
閉容器７Ａへ、あるいは干渉計ブロック部５Ｂから固定
密閉容器７Ｂへのビーム光の光路部分については、温度
変化に基づく光路長変化の小さい、例えば異常部分分散
ガラス（ＥＤガラス）等の材料を用いた窓が気密的に取
付けられている。ビーム光はこれらの窓を透過する。

【００２２】異常部分分散ガラスはどの波長領域でも同
一の屈折率が得られるように設計され、通常、色收差を
取り除くために使用されるガラスであり、金属酸化物お
よび金属フッ化物を主成分とする。そして通常は金属フ
ッ化物を金属酸化物よりも多く含有する。異常部分分散
ガラスには高温時において屈折率が温度と負の相関をも
つという特性があり、この特性を利用することにより温
度変動による光路長変化を打ち消すことができる。この
結果、温度変化に対する光路長変化量を低減させること
ができる。今、光路長変化率が１．１×１０^-6 ／゜Ｃ
の異常部分分散ガラスを用いたガラス窓の厚みが８ｍｍ
であり、ガラス窓の温度が０．０２゜Ｃ変化したとする
と、ガラス窓による光路長変化は、

【数１】（８×１０⁶ ｎｍ）×（１．１×１０^-6 ／゜
Ｃ）×０．０２゜Ｃ＝０．１８ｎｍ となり、測定精度の点で現状では許容できる範囲であ
る。これに対し、光路長変化率が８．０×１０^-6 ／゜
Ｃの石英ガラスを使用した場合、ガラス窓による同一条
件下での光路長変化は、

【数２】（８×１０⁶ ｎｍ）×（８．０×１０^-6 ／゜
Ｃ）×０．０２゜Ｃ＝１．３ｎｍ となり、測定精度的に許容できないことが判る。

【００２３】次に、第１の実施の形態の装置の動作につ
いて説明する。レーザ光源４から射出されたレーザ光は
ビームスプリッタ４１で二分され、２波長のレーザ光を
含む一方の光線は干渉計ブロック５Ａに向けて、他方の
光線は干渉計ブロック５Ｂに向けて進む。

【００２４】干渉計ブロック５Ａでは２波長（振動数ｆ
₁のｓ偏光と振動数ｆ₂のｐ偏光）のレーザ光が分離さ
れ、振動数ｆ₁のｓ偏光のレーザ光は参照光Ｌ１（図
２）として対物レンズ３のミラー３Ａに向けて、振動数
ｆ₂のｐ偏光のレーザ光は測定光Ｌ２（図２）として移
動ステージ１のミラー１Ａに向けて、それぞれ射出され
る。参照光Ｌ１は干渉計ブロック５Ａとミラー３Ａとの
間を、測定光Ｌ２は干渉計ブロック５Ａとミラー１Ａと
の間を、それぞれ２往復して干渉計ブロック５Ａに戻る
ように構成されている（図１参照）。参照光Ｌ１および
測定光Ｌ２を２往復させる、いわゆるダブルパス干渉計
構造を採用することにより、ステージ１の移動量に対し
て光路長の変動幅が４倍（シングルパスでは、この値が
２倍となる）となるので、シングルパスでの測定に比較
して測定の分解能が向上する。

【００２５】図１および図２に示すように、参照光Ｌ１
は固定密閉容器７Ａおよび固定密閉容器８Ａの内部を通
過し、測定光Ｌ２は固定密閉容器７Ａおよび三角密閉容
器９Ａの内部を通過する。三角密閉容器９Ａは移動ステ
ージ１のＸ軸方向への移動に合せてＰ方向に移動するよ
う構成され、三角密閉容器９Ａとミラー１Ａとの間隔が
常に小さく維持される。図２において、７ａは固定密閉
容器７Ａの窓材、８ａは固定密閉容器８Ａの窓材、９ａ
は三角密閉容器９Ａの窓材であり、温度変化による光路
長変化が小さな材質が選択されている。図２に示すよう
に、窓材９ａは固定密閉容器７Ａと固定密閉容器８Ａと
の間に向けて上方に突設されているが、これは、参照光
Ｌ１と測定光Ｌ２とが窓材９ａを通過するように構成す
ることにより、窓材９ａの屈折率変動に起因する測定光
Ｌ１と参照光Ｌ２との光路長差を打ち消すためである。

【００２６】干渉計ブロック５Ａとミラー３Ａとの間、
および干渉計ブロック５Ａとミラー１Ａとの間を２往復
し干渉計ブロック５Ａに戻った参照光および測定光は、
いずれもレシーバ６Ａに入射する。参照光および測定光
はレシーバ６Ａで互いに干渉してビート信号（うなり信
号）を発生させる。このビート信号は所定の参照ビート
信号と電気的に比較され、その位相差が検出される。そ
してその位相差に基づいて参照光Ｌ１の光路長と測定光
Ｌ２の光路長との差が計測でき、移動ステージ１のＸ座
標が算出される。

【００２７】Ｙ座標の算出は上述したＸ座標の算出と同
一原理に基づく。すなわち、ビームスプリッタ４１を経
由して干渉計ブロック５Ｂに入射したレーザ光は干渉計
ブロック５Ａに入射したレーザ光と同様に参照光と測定
光とに分離される。参照光は干渉計ブロック５Ｂと対物
レンズ３のミラー３Ｂとの間を２往復し、測定光は干渉
計ブロック５Ｂと移動ステージ１のミラー１Ｂとの間を
２往復する。参照光は固定密閉容器７Ｂおよび固定密閉
容器８Ｂの内部を、測定光は固定密閉容器７Ｂおよび三
角密閉容器９Ｂの内部を通過する。三角密閉容器９Ｂは
移動ステージ１のＹ軸方向の移動に合せてＰ方向に移動
するように構成されている。

【００２８】干渉計ブロック５Ｂに戻った参照光および
測定光はレシーバ６Ｂに入射して互いに干渉しビート信
号を発生させる。このビート信号と所定の参照ビート信
号との位相差に基づいて参照光および測定光の光路差が
計測でき、移動ステージ１のＹ座標が算出される。

【００２９】本実施の形態では、レーザ光源４から干渉
計ブロック５Ａあるいは干渉計ブロック５Ｂに至るまで
の光路全体を密閉管２０により覆い、密閉管２０内部の
気圧を安定化している。上述のように密閉管２０は剛性
の高い金属材料（合金）により形成されているので、通
常の気圧変動では殆ど変形することはなく、密閉管２０
内部の気圧はほぼ一定に保たれる。また、温度を制御す
る際に発生する温度変動を受けることもない。このた
め、密閉管２０内部の光路長の変動を極めて小さく抑え
ることができる。

【００３０】また、干渉計ブロック５Ａあるいは干渉計
ブロック５Ｂから射出される参照光および測定光の光路
についてもその大部分が密閉容器７Ａ、８Ａ、９Ａある
いは密閉容器７Ｂ、８Ｂ、９Ｂの内部に位置するので、
この光路部分についても光路長の変動を極めて小さく抑
制できる。

【００３１】このように、本実施の形態ではレーザ光の
光路を密閉管２０および密閉容器７Ａ〜９Ａ、密閉容器
７Ｂ〜９Ｂによって密閉し、光路部分の気圧変動を抑え
ているので、空気の屈折率変化に起因する測定誤差の発
生を極めて小さなものとすることができる。

【００３２】本実施の形態では、参照光および測定光の
相対的な光路差の変動に起因する通常の誤差のほかに、
光学的非線形に起因する誤差についてもその抑制を図る
ことができる。この点について、以下に説明する。

【００３３】干渉計ブロック５Ａおよび干渉計ブロック
５Ｂの内部では、参照光および測定光として用いられる
２波長の、その振動方向が互いに直交する直線偏光レー
ザ光がそれぞれ同一の雰囲気内の光路をとる。したがっ
て参照光および測定光の相対的な光路長差の変動のみを
考慮し、光学的非線形誤差については考慮しないという
条件の下では、その領域の光路長変動を抑制することは
意味をもたない。すなわち、その領域では参照光および
測定光の光路の両者に等しく屈折率変動の影響が及ぶの
で、その効果がキャンセルされるはずである。

【００３４】しかし、一般に、レーザ干渉計ではレーザ
光源からのレーザの漏れ光、偏光ビームスプリッタ等の
偏光部材の漏れ光（戻り光を含む）に起因する光学的非
線形誤差が発生し、参照光および測定光が同時に同一の
光路長変動を受ける場合であっても光学的非線形誤差が
発生することが知られている。そして、本実施の形態の
ように、干渉計ブロック５Ａあるいは干渉計ブロック５
Ｂにおいて分離された参照光および測定光の光路を密閉
容器で覆い、その光路長変動を極めて小さく抑制してい
るような場合には、このような光学非線形誤差を無視す
ることができず、光学非線形誤差の抑制により計測精度
をさらに向上させることができる。

【００３５】本実施の形態では、レーザ光源４からの漏
れ光および偏光ビームスプリッタ５３Ａ，５３Ｂの漏れ
光が存在する。このため、偏光ビームスプリッタ５３Ａ
からの漏れ光がレシーバ６Ａに、偏光ビームスプリッタ
５３Ｂからの漏れ光がレシーバ６Ｂに、それぞれ入射す
る。また、偏光ビームスプリッタ５３Ａからの戻り光お
よび偏光ビームスプリッタ５３Ｂからの戻り光が、それ
ぞれレーザ光源４に逆向きに入射する。レーザ発振はレ
ーザ光源４への戻り光に敏感に反応するため、戻り光の
変動はレーザ光に複雑な影響を及ぼす。しかし、本実施
の形態では密閉管２０および密閉容器７Ａ〜９Ａ，７Ｂ
〜９Ｂによってレーザ光の光路の大部分を密閉してお
り、光路部分の気圧の変動を抑制している。このため光
路長変動は図４の横軸方向について殆ど変化しない範囲
に収まり、図４の縦軸方向の変動、すなわち光学非線形
誤差が極く小さな値となる。第１の実施の形態では、移
動ステージ１の座標の測定再現精度として２ｎｍ（３
σ）未満の値を達成することができる。

【００３６】密閉管２０およびガラス製の窓は剛性が高
く、通常の測定環境では気圧変動による密閉管２０の変
形を無視することができる。しかし、例えば短時間のう
ちに台風が接近、通過し、気圧変動幅が５０ｈｐａ以上
あるような場合には、密閉管２０が変形して密閉管２０
内の気圧が変動する可能性がある。この場合、密閉管２
０内部の気圧変動に基づいて計測値を補正することも原
理的には可能であるが、実際には密閉管２０内の気圧を
見積もることは困難である。このため、外部の気圧変動
に応じて計測値がどのように変動するのか、予め所定の
長さについての計測を行い、その計測データに基づいて
得た補正式によって補正すればよい。

【００３７】−第２の実施の形態− 以下、図５を用いて本発明によるレーザ干渉計測定装置
の第２の実施の形態について説明する。

【００３８】図５において、１０１はわずかに周波数の
異なる２波長の、その振動方向が互いに直交する直線偏
光光を射出するレーザ光源、１０２はレーザ光源１０１
から射出されたレーザ光を二分するビームスプリッタ、
１０３はビームスプリッタ１０２により折り曲げられた
ビーム光を受ける波長トラッカー、１０４は波長トラッ
カー１０３から射出された参照光および測定光による干
渉光を受光するレシーバ、１０５はビームスプリッタ１
０２を透過したビーム光を二分するビームスプリッタで
ある。

【００３９】１０６Ａはビームスプリッタ１０５により
折り曲げられたビーム光を受ける干渉計ブロック、１０
７Ａは干渉計ブロック１０６Ａから射出された参照光お
よび測定光による干渉光を受光するレシーバ、１０６Ｂ
はビームスプリッタ１０５を透過したビーム光を受ける
干渉計ブロック、１０７Ｂは干渉計ブロック１０６Ｂか
ら射出された参照光および測定光による干渉光を受光す
るレシーバ、１１０はＸＹ平面内を移動可能に設けられ
た移動ステージである。

【００４０】以上のように構成された第２の実施の形態
のレーザ干渉計測定装置の動作について、次に説明す
る。

【００４１】レーザ光源１０１から射出された２波長
（振動数ｆ₁のｓ偏光と振動数ｆ₂のｐ偏光）のレーザ光
の一部が干渉計ブロック１０６Ａに入射すると、振動数
ｆ₁のｓ偏光レーザ光は測定光Ｌ３として移動ステージ
１１０のミラー１１０Ａに向けて射出され、振動数ｆ₂
のｐ偏光波長のレーザ光は参照光として干渉計ブロック
１０６Ａ内の参照面（不図示）に向けて射出される。ミ
ラー１１０Ａで反射された測定光Ｌ３および参照面で反
射された参照光はレシーバ１０７Ａに向けて射出され、
レシーバ１０７Ａでは測定光Ｌ３と参照光とが干渉し合
ってビート信号が発生する。このビート信号を所定の参
照ビート信号と電気的に比較することにより両者の位相
差が検出され、その位相差に基づいて参照光の光路長と
測定光Ｌ３の光路長との差が計測でき、移動ステージ１
のＸ座標が算出される。

【００４２】干渉計ブロック１０６Ｂに入射したビーム
光は同様に測定光Ｌ４と参照光とに分離される。上述と
同一の原理によって、両者のビート信号を介して移動ス
テージ１のＹ座標を算出することができる。

【００４３】図５に示すように、空調ファン１０８Ａは
干渉計ブロック１０６Ａから射出される測定光Ｌ３の光
路に向けて、空調ファン１０８Ｂは干渉計ブロック１０
６Ｂから射出される測定光Ｌ４の光路に向けて、それぞ
れ送風を行い、測定光Ｌ３，Ｌ４の光路部分の環境のゆ
らぎを減少させる。

【００４４】レーザ光源１０１から射出された２波長の
レーザ光の一部が波長トラッカー１０３に入射すると、
レーザ光の一部は測定光として波長トラッカー１０３内
のエタロン（不図示）に向けて射出され、レーザ光の他
の部分は参照光として波長トラッカー１０３内の参照面
（不図示）に向けて射出される。干渉計は高分解能イン
ターフェロメータで、その内部において測定光と参照光
とは互いに共通の光路を経る。したがって測定光と参照
光とに対して等しく屈折率変動の影響が及ぶので、測定
に際しての温度ドリフトがなくなる。波長トラッカー１
０３は、エタロン長を絶対基準長として空気の屈折率変
化を随時測定する。この時、補正値を計算して環境の変
化によるレーザ測定値の変動を補正する。

【００４５】このように、波長トラッカーを用いること
によりリアルタイムで空気の屈折率を追跡することがで
きるので、この計測値に基づいて移動ステージ１のＸＹ
座標を補正することにより、環境の変動に起因する測定
誤差をキャンセルすることができる。

【００４６】図５に示すように、第２の実施の形態で
は、レーザ光源１０１から干渉計ブロック１０６Ａ、１
０６Ｂに至る光路と、干渉計ブロック１０６Ａ、１０６
Ｂ自体を密閉管１２０により密閉するようにしている。
レーザ光源１０１からのレーザ光が入射する部分、干渉
計ブロック１０６Ａおよび干渉計ブロック１０６Ｂから
の測定光Ｌ３，Ｌ４が射出する部分には、第１の実施の
形態と同様、ガラス材の窓が気密的に取付けられてい
る。

【００４７】第２の実施の形態では、密閉管１２０を設
けることにより、密閉管１２０の内部の圧力変動を抑制
することができ、密閉管１２０内の光路長の変化を極め
て小さなものとすることができる。したがって、第１の
実施の形態と同様、光学非線形誤差の影響を低減するこ
とができる。

【００４８】測定分解能を向上させるため、第１の実施
の形態と同様に測定光を２往復させる、いわゆるダブル
パス方式を採用してもよい。

【００４９】以上の発明の実施の形態と請求項との対応
において、密閉管２０が第１の密閉容器を、密閉容器７
Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂおよび三角密閉容器８Ａ、８Ｂが
第２の密閉容器を窓材７ａ、８ａ、９ａが窓をそれぞれ
構成する。

【００５０】

【発明の効果】本発明による干渉計測定装置によれば、
レーザ光源から干渉計ブロックに至るレーザ光の光路を
密閉する密閉管および密閉容器を備えるので、この光路
部分の気圧変化を抑制することができ、光学非線形誤差
を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の干渉計測定装置を示す斜視
図。

【図２】第１の実施の形態の干渉計測定装置を示す断面
図（図１のＩＩ−ＩＩ断面図）。

【図３】光学非線形誤差を説明する図。

【図４】ダブルパス干渉計構造における光学非線形誤差
の解析結果を示す図。

【図５】第２の実施の形態の干渉計測定装置の光学配置
を示す図。

【符号の説明】

４ レーザ光源 ５Ａ、５Ｂ 干渉計ブロック ７Ａ、７Ｂ 密閉容器 ７ａ 窓材 ８Ａ、８Ｂ 密閉容器 ８ａ 窓材 ９Ａ、９Ｂ 三角密閉容器 ９ａ 窓材 ２０ 密閉管 ５４Ａ、５４Ｂ λ／４板 ５４Ａ’、５４Ｂ’ λ／２板 １０３ 波長トラッカー １２０ 密閉管 Ｌ１ 参照光 Ｌ２ 測定光

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源と、前記レーザ光源からの投
   光を参照光および被測定物に照射される測定光に分離す
   る干渉計ブロックとを備え、前記参照光および前記測定
   光の干渉に基づいて測長を行う干渉計測定装置におい
   て、 前記レーザ光源から前記干渉計ブロックに至るレーザ光
   の光路を密閉する第１の密閉容器を備えることを特徴と
   する干渉計測定装置。
2. 【請求項２】 前記干渉計ブロックで分離された前記参
   照光および前記測定光の光路を密閉する第２の密閉容器
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の干渉計測定
   装置。
3. 【請求項３】 環境の変動に基づく測定誤差を補正する
   ための波長トラッカーを備えることを特徴とする請求項
   １に記載の干渉計測定装置。
4. 【請求項４】 前記干渉計ブロックと前記被測定物との
   間で前記測定光を２往復させるダブルパス方式を採用し
   たことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載
   の干渉計測定装置。
5. 【請求項５】 レーザ光の波長変動比率をΔλ／λ＝２
   ×１０^-8以下とすることにより光学非線形誤差を抑制し
   たことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載
   の干渉計測定装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか一項に記載の干
   渉計測定装置において、 前記第１および／または第２の密閉容器には前記レーザ
   光が入射あるいは出射するための窓を有し、 前記窓には、屈折率と温度とが負の相関関係を有する硝
   材が用いられることを特徴とする干渉計測定装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の干渉計測定装置におい
   て、 前記硝材はその主成分として少なくとも金属フッ化物と
   金属酸化物とを含有する異常部分分散ガラスであること
   を特徴とする干渉計測定装置。