(57)【要約】【課題】波長変化の検出精度を向上させる波長検出装置、圧力検出装置、除振装置、および露光装置を提供する。【解決手段】前記光源部から射出される光を複数の光に分離し、当該分離した複数の光のうち少なくとも２つの光を干渉させる光学部と、前記干渉によって得られた干渉光を受光する受光部と、前記受光部によって受光された干渉光の干渉強度を検出する検出部とを備え、前記光学部は、前記干渉させる２つの光のうちいずれか一方の光を測定対象となる媒質に透過させる測定媒質部を備える。【選択図】図１
2011053142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記光源部から射出される光を複数の光に分離し、当該分離した複数の光のうち少なくとも２つの光を干渉させる光学部と、
前記干渉によって得られた干渉光を受光する受光部と、
前記受光部によって受光された干渉光の干渉強度を検出する検出部とを備え、
前記光学部は、前記干渉させる２つの光のうちいずれか一方の光を測定対象となる媒質に透過させる測定媒質部を備えることを特徴とする波長検出装置。
【請求項２】
前記光学部は、
前記複数の光として、前記光源部から射出される光を互いに光路が異なる第１の光および第２の光に分離して、前記測定媒質部を透過した前記第１の光と、前記第２の光とを干渉させ、
前記受光部は、
前記第１の光および前記第２の光に基づく干渉光を受光することを特徴とする請求項１に記載の波長検出装置。
【請求項３】
前記光学部は、
前記光源部から射出される光のうち少なくとも前記第１の光および前記第２の光に分離する光学部材と、
前記第１の光と前記第２の光とが干渉用光学部材において重なるように、前記第１の光または前記第２の光の進行方向を変える偏向部と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の波長検出装置。
【請求項４】
前記光学部材は、位相格子又はビームスプリッタを有することを特徴とする請求項３に記載の波長検出装置。
【請求項５】
前記干渉用光学部材は、位相格子又はビームスプリッタを有することを特徴とする請求項３あるいは４に記載の波長検出装置。
【請求項６】
前記第１の光の位相と前記第２の光の位相とを相対的に変調する光変調部を備えることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の波長検出装置。
【請求項７】
前記光学部は、
前記測定対象となる媒質に対して基準となる媒質に前記第２の光を透過させる基準媒質部を備えることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載の波長検出装置。
【請求項８】
前記基準媒質部は、前記第２の光の光路に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の波長検出装置。
【請求項９】
前記光学部は、
前記複数の光として、前記光源部から射出される光を互いに光路が異なる第１の光と第２の光に分離して、前記測定媒質部を透過した前記第１の光と、前記第２の光とを第１の干渉領域で干渉させるとともに、
前記複数の光として前記光源部から射出される光を互いに光路が異なる第３の光と第４の光に分離して、前記第３の光と前記第４の光を前記第１の干渉領域と異なる第２の干渉領域で干渉させることを特徴とする請求項１に記載の波長検出装置。
【請求項１０】
前記光学部は、
前記第１の干渉領域を有する第１の干渉用光学部材と、
前記第２の干渉領域を有する第２の干渉用光学部材と、
前記第１の光と前記第２の光とが前記第１の干渉用光学部材で重なるようにするとともに、前記第３の光と前記第４の光とが前記第２の干渉用光学部材で重なるようにする第２の光学部材と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の波長検出装置。
【請求項１１】
前記光学部は、
前記第１の光と前記第２の光とが前記第１の干渉領域で重なるようにするとともに、前記第３の光と前記第４の光とが前記第２の干渉領域で重なるようにする第２の光学部材と、
前記第１の干渉領域と前記第２の干渉領域とを有する第１の干渉用光学部材と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の波長検出装置。
【請求項１２】
少なくとも前記第１の干渉領域と前記第２の干渉領域とにそれぞれ生じる干渉縞をそれぞれ受光する少なくとも２つの前記受光部を備え、
前記光源部から射出される光を変調する光変調部による変調に伴って、前記少なくとも２つの干渉縞が前記第２の光学部材上で互いに反対方向に移動するように、前記光を前記第２の光学部材に入射させることを特徴とする請求項９あるいは１１に記載の波長検出装置。
【請求項１３】
前記干渉用光学部材は、位相格子を有することを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の波長検出装置。
【請求項１４】
前記光学部によって前記複数の光に分離される前の光であって、前記光源部から射出された光を変調する光変調部を備えることを特徴とする請求項９から１３のいずれか一項に記載の波長検出装置。
【請求項１５】
前記第１の光と前記第３の光の光路長が同一であることを特徴とする請求項９から１４のいずれか一項に記載の波長検出装置。
【請求項１６】
前記光学部は、
前記測定対象となる媒質に対して基準となる媒質に前記第３の光を透過させる基準媒質部をさらに備えることを特徴とする請求項９から１５のいずれか一項に記載の波長検出装置。
【請求項１７】
前記基準媒質部は、前記第３の光の光路に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の波長検出装置。
【請求項１８】
前記測定媒質部は、前記第１の光の光路に配置されていることを特徴とする請求項２から１７のいずれか一項に記載の波長検出装置。
【請求項１９】
前記検出部は、
前記光変調部によって変調された光の周波数を基本周波数として、前記干渉光の同期検波を行い、前記測定媒質部を透過する光の光路長の変化を検出することを特徴とする請求項６あるいは１４に記載の波長検出装置。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか一項に記載の前記波長検出装置を備える圧力検出装置であって、
前記計測対象となる媒質が大気である場合、
前記検出部は、検出される大気の温度および湿度と前記干渉光の干渉強度とに基づき、前記測定対象となる媒質である大気の圧力の変化を検出することを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の前記圧力検出装置を備える除振装置であって、
床面に配置された複数のエアマウントを介して支持された除振台と、
前記エアマウントに対して個別に空圧を供給し、前記除振台に対して支持方向に推力を発生させる空圧供給部と、
前記圧力検出装置によって検出された前記圧力の変化に基づき、前記空圧供給部によって供給される空圧を調整する空圧調整部と
を備えることを特徴とする除振装置。
【請求項２２】
請求項１から１９のいずれか一項に記載の前記波長検出装置を備える露光装置であって、
基板上に光を照射する照射部と、
前記波長検出装置によって検出された前記干渉光の干渉強度に基づき前記測定媒質部を透過する光の光路長の変化を検出して、当該光路長の変化に応じて前記照射部を制御する制御部と
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２３】
前記波長検出装置の前記光源部から出射される光と、前記露光装置の前記照射部から出射される光は、同じ波長の光であることを特徴とする請求項２２に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長の変化を検出できる波長検出装置、圧力検出装置、除振装置、および露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気中にレーザ光線を射出させる場合、空気（大気）の温度、気圧、湿度等が変動するとレーザ光線の光路上の空気の屈折率が変動し、レーザ光線の波長が変動する可能性がある。そこで、波長トラッカー等を用いて空気の屈折率の変動を検出し、屈折率の変動に基づく測定誤差を補正する干渉計測定装置がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−４４５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したレーザ光線は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの半導体装置などを製造する場合の露光処理においても用いられている。
ところで、近年、半導体装置等における回路パターンの微細化に伴い、この半導体装置を製造する場合の露光処理に用いられるレーザ光線の精度は、より高いものが求められてきている。
そのため、上述した屈折率の変動によるレーザ光線の波長の変動を検出する装置にも、より高い精度のものが求められてきている。
しかしながら、従来の波長検出装置では十分な検出精度を実現することができず、高精度な波長検出装置への要求に対して十分に応えることができていないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を考慮してなされたものであって、その目的は、波長変化の検出精度を向上させる波長検出装置、圧力検出装置、除振装置、および露光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明の実施態様は、前記光源部から射出される光を複数の光に分離し、当該分離した複数の光のうち少なくとも２つの光を干渉させる光学部と、前記干渉によって得られた干渉光を受光する受光部と、前記受光部によって受光された干渉光の干渉強度を検出する検出部とを備え、前記光学部は、前記干渉させる２つの光のうちいずれか一方の光を測定対象となる媒質に透過させる測定媒質部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、波長検出の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の波長検出装置に係る第１の実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の波長検出装置に係る第２の実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明の波長検出装置に係る第３の実施形態を示す概略図である。
【図４】本発明の波長検出装置に係る第４の実施形態を示す概略図である。
【図５】本発明の波長検出装置に係る第５の実施形態を示す概略図である。
【図６】本発明の圧力検出装置に係る一実施形態を示す概略図である。
【図７】本発明の露光装置に係る一実施形態を示す概略斜視図である。
【図８】本発明の露光装置に係る制御系の一実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第１の実施形態］
以下、図面を参照して、本発明に係る波長検出装置の一実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る波長検出装置の構成の一例を示す概略図である。なお、本実施形態に係る波長検出装置の位置関係を説明するため、紙面の右方向をＸ軸の正方向、紙面の下方に向かう方向をＹ軸の正方向、紙面の裏面から表面に向かう方向をＺ軸の正方向として、以下説明する。
図１に示す通り、本実施形態に係る波長検出装置１０１は、光源部１１、光学部材１２と、ガラスブロック１３と、偏向部１４と、干渉用光学部材１５と、受光素子１６と、検出部１７と、測定媒質部１８と、基準媒質部１９と、を備える。
【００１０】
光源部１１は、例えば波長λ（＝８５０ｎｍ）のレーザ光を射出するレーザ素子であって、レーザ光を光学部材１２に向けて射出する。
光学部材１２は、例えば、Ｘ軸方向に所定のピッチで回折パターンが形成されたプレートからなる透過型の回折格子であって、光源部１１から射出されたレーザ光を互いに光路が異なる複数の光に分離し、例えば、−１次回折光である第１の光Ｌ１と、＋１次回折光である第２の光Ｌ２とに分離する。また、光学部材１２は、入射した光を複数の光に分離する構成であればよく、回折格子（回折型の位相格子）のほか、ブレーズ型の位相格子、またはビームスプリッタ等が利用できる。
【００１１】
ガラスブロック１３は、光源部１１と受光素子１６との間に配置されており、光源部１１と対向する側には光学部材１２が、受光素子１６と対向する側には干渉用光学部材１５が設けられている。また、ガラスブロック１３は、その内部に互いに向かい合うＹ−Ｚ平面に平行な一対の偏向部１４を備え、光学部材１２によって分離された第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２を偏向部１４で偏向して、干渉用光学部材１５の干渉領域で第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２が重なるように干渉用光学部材１５に入射させる。さらに、ガラスブロック１３は、第１の光Ｌ１の光路上に測定媒質部１８を、第２の光Ｌ２の光路上に基準媒質部１９をそれぞれ備える。
また、ガラスブロック１３は、光学部材１２から干渉用光学部材１５までの光路のうち、測定媒質部１８および基準媒質部１９に対応する部分を除いた光路において、第１の光Ｌ１の光路長と第２の光Ｌ２の光路長とが同一のなるように構成されており、例えば、一定の屈折率を有するガラスで構成されている。なお、ガラスブロック１３は、上述の区間において第１の光Ｌ１の光路長と第２の光Ｌ２の光路長とが同一となる構成であればよく、屈折率が部分的に異なるものであってもよい。
偏向部１４は、例えば、ガラスブロック１３に設けられた反射部材であって、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とが干渉用光学部材１５の干渉領域において重なるように、第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２の進行方向を変える。なお、偏向部１４は、反射部材に限られず、位相格子やビームスプリッタ等であってもよい。
【００１２】
干渉用光学部材１５は、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とが重なるように入射する干渉領域を備え、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とに基づく干渉光Ｌ１２を受光素子１６に向けて射出する。また、干渉用光学部材１５には、光学部材１２と同様に、Ｘ軸方向に所定のピッチで回折パターンが形成されている回折格子が利用可能であって、位相格子やビームスプリッタ等も利用可能である。さらに、干渉用光学部材１５は、例えば、光学部材１２と平行に配置されている。そのため、光学部材１２を射出されてから干渉用光学部材１５に入射されるまでの第１の光Ｌ１が通過する光路に対応する物理的距離と、第２の光Ｌ２が通過する光路に対応する物理的距離とが同一となる。干渉用光学部材１５としては、ブレーズ型の位相格子、あるいはビームスプリッタ等が利用可能である。
【００１３】
受光素子１６は、干渉用光学部材１５から射出された干渉光Ｌ１２を受光し、この干渉光Ｌ１２を光電変換して干渉強度を示す光電変換信号を生成し、検出部１７に出力する。
検出部１７は、受光素子１６から出力された光電変換信号に基づき干渉光Ｌ１２の干渉強度を検出する。また、検出部１７は、この干渉強度に基づき、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２の光学的な距離の差（光路差）を算出し、測定媒質部１８の屈折率の変化に応じた第１の光Ｌ１の波長の変化を検出する。
【００１４】
測定媒質部１８は、第１の光Ｌ１の光路上に配置され、第１の光Ｌ１を測定対象である媒質に透過させる。また、測定媒質部１８は、第１の光Ｌ１の光路のうち物理的な距離Ｌにおいて第１の光Ｌ１が測定対象である媒質を透過するように、測定対象である媒質を収容する。例えば、測定媒質部１８は、ガラスブロック１３に形成された空洞であって、内部と外部とを媒質が出入りするための開口部を備える。なお、測定対象である媒質とは、第１の光Ｌ１の波動が伝播する場となる物質や物体のことであって、少なくとも流体を含むものである。また、本実施形態において、測定対象である媒質は、波長検出装置１０１が設置される場所の周囲の大気（空気）とする。
【００１５】
基準媒質部１９は、第２の光Ｌ２の光路上に配置され、測定媒質部１８内の測定対象である媒質に対して基準となる媒質（以下、基準媒質という）に第２の光Ｌ２を透過させる。また、基準媒質部１９は、圧力や湿度あるいは温度が安定した基準媒質を封入した状態で密閉されている。さらに、後述する管理環境において、第２の光Ｌ２が基準媒質を透過する物理的な距離が、第１の光Ｌ１が測定媒質部１８を透過する物理的な距離Ｌと同一となるように、基準媒質部１９は基準媒質を収容している。
ここで、基準媒質とは、光学部材１２から干渉用光学部材１５までの光路において、測定媒質部１８を透過する第１の光Ｌ１の光路長と、基準媒質部１９を透過する第２の光Ｌ２の光路長とを近づけるような屈折率を有する媒質である。例えば、波長検出装置１０１が、一定の温度、湿度および気圧に維持するように管理されている環境に置かれている場合（以下、このような環境を管理環境という）、この管理環境下で、測定対象である媒質の屈折率と同一となる媒質を基準媒質として基準媒質部１９内に収容する。よって、基準媒質としては、管理環境下で、測定対象である空気と同じ屈折率を有する空気であってもよく、測定対象である媒質の屈折率と同一となるガラス等の媒質であってもよい。
なお、この基準媒質としては、波長検出装置１０１の置かれる環境に応じて屈折率が変動する場合であっても、一定の屈折率を有する媒質とすることが望ましい。
さらに、検出部１７によって検出される波長の最大値と最小値に対応した、第１の光Ｌ１の屈折率の最大値と最小値が予め決まっている場合、この屈折率の最大値と最小値の中間値となる一定の屈折率を第２の光Ｌ２から得られるような媒質を基準媒質とするものであってもよい。
【００１６】
以下、波長検出装置１０１の波長検出方法の一例について説明する。
光源部１１から射出された光は、光学部材１２で−１次回折光である第１の光Ｌ１と、＋１次回折光である第２の光Ｌ２に分離される。この分離された第１の光Ｌ１は、Ｙ軸の正方向に進みつつＸ軸の負方向に進み、偏向部１４でＸ軸の正方向に偏向されて測定媒質部１８を透過し、干渉用光学部材１５に入射する。一方、分離された第２の光Ｌ２は、Ｙ軸の正方向に進みつつＸ軸の正方向に進み、偏向部１４でＸ軸の負方向に偏向されて基準媒質部１９を透過し、第１の光Ｌ１と重なるように干渉用光学部材１５の干渉領域に入射する。これにより、干渉用光学部材１５の干渉領域において重なった第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２は干渉光Ｌ１２として受光素子１６に入射する。
受光素子１６は、入射した干渉光Ｌ１２を光電変換して干渉強度を示す光電変換信号（検出信号）を生成し、検出部１７に出力する。検出部１７は、受光素子１６から出力された光電変換信号に基づき干渉光Ｌ１２の干渉強度に基づき、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２の光路差を算出して、測定媒質部１８の屈折率の変化に応じた第１の光Ｌ１の波長の変化を検出する。
【００１７】
以下、検出部１７によって検出される第１の光Ｌ１の波長の変化について具体的に説明する。
ここで、受光素子１６によって得られる第１の光Ｌ１の光強度Ｅ１と第２の光Ｌ２の光強度Ｅ２は、それぞれ以下に示す式１、式２で表わされる。
【００１８】
【数１】
2011053142.tif 000003
【００１９】
【数２】
2011053142.tif 000004
【００２０】
なお、式１および式２において、Ｌ１は第１の光Ｌ１の光学的な距離（以下、光路長という）を、Ｌ２は第２の光Ｌ２の光路長をそれぞれ表わし、φは第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２の位相差を、ｋは波長（２π／レーザ光の波長）を表わしている。
そして、干渉光Ｌ１２の干渉強度は、以下に示す式３で表わされる。
【００２１】
【数３】
2011053142.tif 000005
【００２２】
この式３より、第１の光Ｌ１の光路長Ｌ１と第２の光Ｌ２の光路長Ｌ２との光路差（Ｌ１−Ｌ２）が変化することがわかる。また、周期干渉強度は１波長毎に変化する。つまり、式３に示す干渉強度は、光路差の変化量に応じて変化するため、式３に示す干渉強度の変化を検出することで、光路差の変化量を検出することができる。
【００２３】
上述の通り、本実施形態に係る波長検出装置１０１は、測定媒質部１８に第１の光Ｌ１を透過させるとともに、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とを干渉させて干渉光Ｌ１２を得るようにした。また、第１の光Ｌ１の光路と第２の光Ｌ２の光路を、光源部１１から射出される光の光軸に対して線対称とすることで、第１の光Ｌ１の光路と第２の光Ｌ２の光路の物理的距離が同一となるようにした。以上により、干渉光Ｌ１２の干渉強度の変化に基づき、分解能を向上させ、測定媒質部１８の媒質の屈折率の変化に応じた第１の光Ｌ１の波長の変化を高精度に検出できる。
【００２４】
また、第２の光Ｌ２が、基準媒質部１９を介して一定の屈折率となる基準媒質を透過することによって、第２の光Ｌ２の干渉強度は、第１の光Ｌ１の光との関係において、相対的に一定となる基準値となる。よって、基準媒質部１９内の基準媒質の屈折率を、例えば、管理環境下における測定対象である媒質の屈折率とすることによって、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２の光路長を近づけることができる。
詳細には、図１に示す例において、光学部材１２から干渉用光学部材１５までの第１の光Ｌ１の光路に対応する物理的距離は、光学部材１２から干渉用光学部材１５までの第２の光Ｌ２の光路に対応する物理的距離と同一である。また、測定媒質部１８および基準媒質部１９は、それぞれ同じ距離Ｌだけ第１の光Ｌ１の光路上あるいは第２の光Ｌ２の光路上のそれぞれに位置されている。以上により、基準媒質部１９の基準媒質の屈折率を、例えば、管理環境下の測定対象である媒質の屈折率と同一である場合、第１の光Ｌ１の光路長と第２の光Ｌ２の光路長とを一致させることができる。このため、測定媒質部１８の屈折率が変化した場合であっても、第２の光Ｌ２の干渉強度は上述の通り一定の基準値であるため、第１の光Ｌ１の干渉強度は第２の光Ｌ１の干渉強度に近い値を変動することとなる。
【００２５】
このため、光源部１１として可干渉距離の小さいレーザダイオードを用いることができ、不要な迷光による干渉を防ぐことができる。また、分解能を向上させることができる。
さらに、光源部１１から射出される光の光軸がドリフト（変動）した場合であっても測定値の変化を小さくすることができる。つまり、光源部１１から射出される光の光軸がドリフトした場合、第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２がともに、このドリフトに応じた変化量だけ変動ことにより、検出部１７は、このドリフトの影響を殆ど受けずに、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２の光路差を検出して測定媒質部１８における屈折率の変化に基づく波長変化を高精度に検出することができる。
【００２６】
なお、本発明はこれに限られず、例えば以下のような構成であってもよい。光学部材１２は、入射した光を複数の光に分離するものであればよくビームスプリッタであってもよい。また、ガラスブロック１３は、測定媒質部１８および基準媒質部１９に対応する光路部分を除いて、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２の光路上の屈折率が一定となる構成であればよく、例えば、内蔵するガラス部分に代えて内部を真空状態とする構成、あるいは、測定媒質部１８に対応する部分を除いた光路だけを真空状態とするファイバー部材を備える構成であってもよい。さらに、光学部材１２と、ガラスブロック１３と、偏向部１４と、干渉用光学部材１５と、測定媒質部１８と、基準媒質部１９とは、一体的に光学部として形成されていてもよい。
また、本実施形態に係る波長検出装置１０１は、少なくとも第１の光Ｌ１の光路上に測定媒質部１８を備えていればよく、基準媒質部１９はなくてもよい。
【００２７】
［第２実施形態］
次に、図２を参照して、第２実施形態に係る波長検出装置１０２の一例について説明する。図２は、第２実施形態に係る波長検出装置１０２の構成の一例を示す概略図である。なお、第１実施形態と同様の機能と構成を有する部材においては同一の名称を付して詳細な説明は省略する。
図２に示す通り、本実施形態に係る波長検出装置１０２は、光源部１１、光学部材１２と、ガラスブロック１３と、一対の偏向部１４と、干渉用光学部材１５に加え、振動部材２１と、駆動装置２１Ａと、コリメータレンズ２２と、光学部材２３と、干渉用光学部材２４と、第１の受光素子２５と、第２の受光素子２６と、検出部２７と、測定媒質部２８と、基準媒質部２９を備える。なお、ここでは、ガラスブロック１３の干渉用光学部材２４が設けられている一部が、干渉用光学部材２４を透過する光の光路長を調整するため、凸状に形成されている。しかし、本発明に係るガラスブロック１３はこの凸状部分を有する構成に限られず、凸状を有さないものであってもよい。
【００２８】
振動部材２１は、光源部１１からの光を光学部材１２に向けて反射する。振動部材２１は、アクチュエータを有する駆動装置２１Ａによって、Ｚ軸回りの回転方向に周期的に回転振動される。この回転振動により、振動部材２１に入射した光の反射方向は、その反射面の向きによって異なることとなり、コリメータレンズ２２に入射する光の角度が周期的に変調されるようになる。つまり、振動部材２１は、駆動装置２１Ａによって制御されることにより光を変調する光変調部を構成する。
【００２９】
コリメータレンズ２２は、振動部材２１で反射されたレーザ光を平行光に変換する。
光学部材２３は、自身を透過した第１の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２とが干渉用光学部材１５で重なるようにするとともに、第１の光Ｌ２１から分離した第３の光Ｌ２３と、第２の光Ｌ２２から分離した第４の光Ｌ２４とが干渉用光学部材２４で重なるようにする光学部材であって、例えば、ハーフミラーが利用可能である。
【００３０】
光学部材２３は、光学部材１２によって分離された第１の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２が干渉用光学部材１５に入射するまでの第１の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２の光路上に配置され、第１の光Ｌ２１の一部を透過して干渉用光学部材１５に導くとともに、第１の光Ｌ２１の一部（以下、第３の光Ｌ２３という）を反射して干渉用光学部材２４に導く。また、光学部材２３は、第２の光Ｌ２２の一部を透過して干渉用光学部材１５に導くとともに、第２の光Ｌ２２の一部（以下、第４の光Ｌ２４という）を反射して干渉用光学部材２４に導く。さらに、光学部材２３は、第１の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２を干渉領域で重なるように干渉用光学部材１５に導くとともに、第３の光Ｌ２３と第４の光Ｌ２４を干渉領域で重なるように干渉用光学部材２４に導く。
光学部材２３は、透過した第１の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２が干渉用光学部材１５に入射するまでの光路と、反射した第３の光Ｌ２３と第４の光Ｌ２４が干渉用光学部材２４に入射するまでの光路とが、光学的に共役となるような位置に配置されている。また、光学部材２３は、光学部材１２を射出してから干渉用光学部材１５に入射するまでの第１の光Ｌ２１の光路に対応する物理的距離と、光学部材１２を射出してから干渉用光学部材２４に入射するまでの第３の光Ｌ２３の光路に対応する物理的距離とが同一であり、かつ、光学部材１２を射出してから干渉用光学部材１５に入射するまでの第２の光Ｌ２２の光路に対応する物理的距離と、光学部材１２を射出してから干渉用光学部材２４に入射するまでの第４の光Ｌ２４の光路に対応する物理的距離とが同一となる位置に位置されている。
【００３１】
干渉用光学部材１５は、第１の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２とが重なるように入射する干渉領域を備え、第１の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２に基づく干渉光Ｌ２１２を受光素子２５に向けて射出する。
干渉用光学部材２４は、第３の光Ｌ２３と第４の光Ｌ２４が入射して重なる干渉領域を備え、第３の光Ｌ２３と第４の光Ｌ２４に基づく干渉光Ｌ２３４を受光素子２６に向けて射出する。また、干渉用光学部材２４には、干渉用光学部材１５と同様の回折パターンであって、Ｙ軸方向に周期を有する回折パターンが形成されている。干渉用光学部材２４は、Ｘ−Ｚ方向の平面を有する干渉用光学部材１５と直交するＹ−Ｚ方向の平面を有し、ガラスブロック１３の凸状部分に設けられている。
第１の受光素子２５は、干渉用光学部材１５から射出された干渉光Ｌ２１２を受光し、この干渉光Ｌ２１２を光電変換して干渉強度を示す光電変換信号（検出信号）を検出部２７に出力する。
第２の受光素子２６は、干渉用光学部材２４から射出された干渉光Ｌ２３４を受光し、この干渉光Ｌ２３４を光電変換して干渉強度を示す光電変換信号（検出信号）を検出部２７に出力する。
【００３２】
検出部２７は、第１の受光素子２５から出力された光電変換信号に基づき干渉光Ｌ２１２の干渉強度を検出するとともに、第２の受光素子２６から出力された光電変換信号に基づき干渉光Ｌ２３４の干渉強度を検出する。また、検出部２７は、干渉光Ｌ２１２と干渉光Ｌ２３４に基づく検出結果に基づき、振動部材２１および駆動装置２１Ａによって変調される変調周波数で干渉光Ｌ２１２、Ｌ２３４の干渉強度の信号を位相同期検波することによって、測定媒質部１８内の測定対象である媒質の屈折率の変化を高分解能に検出する。
測定媒質部２８は、第１の光Ｌ２１の光路上に位置され、測定対象である媒質に第１の光Ｌ２１を透過させ、測定媒質部１８の内部と外部とを媒質が出入りする開口部とを備える。
基準媒質部２９は、第３の光Ｌ２３の光路上に配置され、測定媒質部２８に含まれる測定対象である媒質に対して基準となる基準媒質に第３の光Ｌ２３を透過させる。なお、基準媒質部２９は、圧力や湿度あるいは温度が安定した媒質を封入した状態で密閉されている。
また、測定媒質部２８は、第１の光Ｌ２１の光路のうち物理的な距離Ｌに相当する光路において、測定対象である媒質を第１の光Ｌ２１が透過するように位置されている。さらに、基準媒質部２９も同様、物理的な距離Ｌに相当する光路において、基準媒質を第３の光Ｌ２３が透過するように位置されている。
つまり、基準媒質部２９は基準媒質部１９と、測定媒質部２８は測定媒質部１８と、それぞれ対応している。
【００３３】
以下、波長検出装置１０２の波長検出方法の一例について説明する。
光源部１１から射出されたレーザ光は、振動部材２１によって位相が変調されて、コリメータレンズ２２に入射する。位相が変調されたレーザ光は、コリメータレンズ２２によって平行光に変換され、光学部材１２で第１の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２に分離される。分離された第１の光Ｌ２１は、Ｙ軸の正方向に進みつつＸ軸の負方向に進み、偏向部１４でＸ軸の正方向に偏向されて光学部材２３に入射し、一部が光学部材２３を透過するとともに他の一部が光学部材２３で干渉用光学部材２４に向かって偏向される。光学部材２３を透過した第１の光Ｌ２１は、測定媒質部２８を透過して、干渉用光学部材１５に入射する。また、光学部材２３で偏向された第３の光Ｌ２３は、基準媒質部２９を透過して干渉用光学部材２４に入射する。
【００３４】
一方、分離された第２の光Ｌ２２は、Ｙ軸の正方向に進みつつＸ軸の正方向に進み、偏向部１４でＸ軸の負方向に偏向されて光学部材２３に入射し、一部が光学部材２３を透過するとともに他の一部が光学部材２３で干渉用光学部材２４に向かって偏向される。光学部材２３を透過した第２の光Ｌ２２は、第１の光Ｌ２１と重なるように干渉用光学部材１５の干渉領域に入射する。また、光学部材２３から反射された第４の光Ｌ２４は、第３の光Ｌ２３と重なるように干渉用光学部材２４の干渉領域に入射する。
これにより、干渉用光学部材１５は、干渉領域において重なった第１の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２に基づく干渉光Ｌ２１２を、第１の受光素子２５に向かって射出する。一方、干渉用光学部材２４は、干渉領域において重なった第３の光Ｌ２３と第４の光Ｌ２４に基づく干渉光Ｌ２３４を、第２の受光素子２６に向かって射出する。
そして、第１の受光素子２５は、干渉用光学部材１５から射出された干渉光Ｌ２１２を受光し、この干渉光Ｌ２１２を光電変換して干渉強度を示す光電変換信号（検出信号）を検出部２７に出力する。また、第２の受光素子２６は、干渉用光学部材２４から射出された干渉光Ｌ２３４を受光し、この干渉光Ｌ２３４を光電変換して干渉強度を示す光電変換信号（検出信号）を検出部２７に出力する。
検出部２７は、第１の受光素子２５から出力される干渉光Ｌ２１２および第２の受光素子２６から出力される干渉光Ｌ２３４の検出結果に基づき、振動部材２１および駆動装置２１Ａによって変調される変調周波数で干渉光Ｌ２１２、Ｌ２３４の干渉強度の信号を位相同期検波する。これにより、検出部２７は、測定媒質部１８内の測定対象である媒質の屈折率の変化を高分解能に検出することができる。
【００３５】
このように、もともと同一の光であって、光学部材２３を透過した一部（第１の光Ｌ２１）を測定媒質部２８に透過させ、光学部材２３で偏向された一部（第３の光Ｌ２３）を基準媒質部２９に透過させるようにした。また、もともと同一の光であって光学部材２３によって分離された第２の光Ｌ２２と第４の光Ｌ２４との光路長を一致させて、第２の光Ｌ２２は第１の光Ｌ２１と、第４の光Ｌ２４は第３の光Ｌ２３と、それぞれ干渉させるようにした。以上により、測定媒質部２８にある媒質の屈折率と基準媒質部２９に密閉されている媒質の屈率とが同一である場合、第１の受光素子２５において得られる干渉光Ｌ２１２の干渉強度と、第２の受光素子２６において得られる干渉光Ｌ２３４の干渉強度が一致する。よって、干渉光Ｌ２１２と干渉光Ｌ２３４の干渉強度の差を算出することによって基準媒質部２９を基準とした測定媒質部２８の屈折率の変化に基づく第１の光Ｌ２１の波長変化を検出することができる。
【００３６】
また、基準媒質部２９を第３の光Ｌ２３の光路上に設け、基準媒質部２９内基準媒質の屈折率と測定媒質部２８内の測定対象である媒質の屈折率とが近ければ、干渉光Ｌ２１２と干渉光Ｌ２３４の干渉強度を近づけることができる。これにより、検出部２７は、振動部材２１によるレーザ光の振動中心のドリフトの影響を殆ど受けずに、干渉光Ｌ２１２、Ｌ２３４の干渉強度の差を検出し、測定媒質部２８における屈折率の変化に基づく波長変化をより精度よく検出することができる。つまり、光源部１１から射出される光の振動中心がドリフト（変動）した場合であっても、第１の光Ｌ２１〜第４の光Ｌ２４はドリフトに応じた変動量で変動するため、干渉光Ｌ２１２、Ｌ２３４の差分を算出することによってドリフトによる影響を低減する又はキャンセルすることができる。
さらに、光源部１１から射出されたレーザ光を光変調部２１によって変調することにより、光学部材１２の異なる位置から射出された光の位相差の変動範囲が大きくなるため、変調しない場合に比べて干渉用光学部材１５あるいは干渉用光学部材２４で形成される干渉光Ｌ２１２、Ｌ２３４の変調効率を向上することができる。これにより、検出部２７は、第１の光Ｌ２１と第２の光Ｌ２２の光路差を精度よく検出し、測定媒質部１８の媒質の屈折率の変化に基づく第１の光Ｌ２１の波長変化を精度よく検出することができる。
また、検出部２７によって干渉光Ｌ２１２、Ｌ２３４の干渉強度の信号が変調周波数で位相同期検波されることによって、光源部１１から干渉用光学部材１５、２４までの光路長を短くすることができる。これにより、波長検出装置１０２のサイズを小型化し、軽量化することができる。例えば、波長変化を検出する波長トラッカーは、一般的に長手方向に１０〜２０ｃｍ程のサイズであったが、上記構成とすることによって、長手方向に３〜５ｃｍ程のサイズとすることができる。よって、狭いところや波長トラッカーでは設置が困難な場所であっても波長検出装置１０２を配置することができるようになり、波長変化の測定対象の近傍で波長の変化を検出することができる。
【００３７】
［第３実施形態］
次に、図３を参照して、第３実施形態に係る波長検出装置１０３の一例について説明する。図３は、第３実施形態に係る波長検出装置１０３の構成の一例を示す概略図である。なお、上述の実施形態と同様の構成を有する部材においては同一の名称を付して詳細な説明は省略する。
図３に示す通り、本実施形態に係る波長検出装置１０３は、光源部３１と、光変調部３１Ａと、コリメータレンズ３２と、光学部材３３と、ガラスブロック３４と、干渉用光学部材３５と、第１の受光素子２５と、第２の受光素子２６と、検出部２７と、測定媒質部２８と、基準媒質部２９と、を備える。
【００３８】
光源部３１は、例えばレーザ光を射出するレーザ素子であって、光変調部３１Ａによって駆動されることにより波長が変調されたコヒーレントな光をコリメータレンズ３２に向けて射出する。
光変調部３１Ａは、光源部３１のレーザ素子に供給する電流の増減を制御することによって、８５０±５０ｎｍの範囲で波長が変調されたレーザ光を光源部３１から射出させる。
コリメータレンズ３２は、光源部３１から射出された光を受光し、Ｙ軸の正方向に平行な複数の平行光を光学部材３３に向けて射出する。例えば、コリメータレンズ３２は、光源部３１から射出される光の光軸に対応する位置に第１の平行光Ｌ３０１を射出し、この第１の平行光Ｌ３０１よりも光軸の外側を通過する第２の平行光Ｌ３０２および第３の平行光Ｌ３０３を射出する。この第１〜３の平行光Ｌ３０１〜Ｌ３０３は、それぞれ光学部材３３の異なる位置に入射する。
【００３９】
光学部材３３は、コリメータレンズ３２から入射した第２の平行光Ｌ３０２に基づき、例えば＋１次回折光である第１の光Ｌ３１を干渉用光学部材３５に向けて射出するとともに、光学部材３３の異なる位置から入射した第１の平行光Ｌ３０１の−１次回折光である第２の光Ｌ３２を干渉用光学部材３５で第１の光Ｌ３１と重なるように射出する。また、光学部材３３は、コリメータレンズ３２から入射した第３の平行光Ｌ３０３に基づく−１次回折光である第３の光Ｌ３３を干渉用光学部材３５に向けて射出するとともに、第２の平行光Ｌ３０２に基づく＋１次回折光（つまり、第２の光Ｌ３２と同一の光から回折された＋１次回折光）である第４の光Ｌ３４を干渉用光学部材３５で第３の光Ｌ３３と重なるように射出する。
ガラスブロック３４には、第１の光Ｌ３１の光路上に測定媒質部２８が、第３の光Ｌ３３の光路上に基準媒質部２９が設けられている。
干渉用光学部材３５は、第１の光Ｌ３１と第２の光Ｌ３２に基づく干渉光Ｌ３１２を第１の受光素子２５に向けて射出するとともに、第３の光Ｌ３３と第４の光Ｌ３４に基づく干渉光Ｌ３３４を第２の受光素子２６に向けて射出する。
【００４０】
以下、波長検出装置１０３の波長検出方法の一例について説明する。
光変調部３１Ａによって波長が変調されて光源部１１から射出された光は、コリメータレンズ３２で平行光に偏向されて、Ｙ軸の正方向に光学部材３３に向かって射出される。コリメータレンズ３３によって偏向された平行光のうち、光源部１１から射出する光の光軸に沿って光学部材３３に入射した光（例えば、第２の平行光Ｌ３０２）は、例えば、±１次回折光に回折されて、第２の光Ｌ３２および第４の光Ｌ３４となる。また、コリメータレンズ３２によって偏向された平行光のうち、第２の光Ｌ３２と第４の光Ｌ３４のもとの光が光学部材３３に入射した位置から距離ＲだけＸ軸の負方向に離れた位置に入射した平行光（例えば、第１の平行光Ｌ３０１）が光学部材３３によって＋１次回折光に回折されて第１の光Ｌ３１となる。一方、コリメータレンズ３２によって偏向された平行光のうち、第２の光Ｌ３２と第４の光Ｌ３４のもとの光が光学部材３３に入射した位置から距離ＲだけＸ軸の正方向に離れた位置に入射した平行光（例えば、第３の平行光Ｌ３０３）が光学部材３３によって−１次回折光に回折されて第３の光Ｌ３３となる。
そして、光学部材３３によって回折された第１の光Ｌ３１は測定媒質部２８を透過し、第２の光Ｌ３２と干渉用光学部材３５において干渉し、干渉光Ｌ３１２として第１の受光素子２５に入射する。また、光学部材３３によって回折された第３の光Ｌ３３は基準媒質部２９を透過し、第４の光Ｌ３４と干渉用光学部材３５において干渉し、干渉光Ｌ３３４として第２の受光素子２６に入射する。
【００４１】
このように、第２の光Ｌ３２と第４の光Ｌ３４は、同一の光に基づく例えば±１次回折光であって、光源部３１から干渉用光学部材３５までの光路長が一致する。また、第２の光Ｌ３２は、干渉用光学部材３５に対してＸ軸の負方向から入射し、一方、第４の光Ｌ３４は、干渉用光学部材３５に対してＸ軸の正方向から入射しており、第２の光Ｌ３２と第４の光Ｌ３４とは、それぞれ反対方向から異なる干渉領域に入射している。さらに、第１の光Ｌ３１は測定媒質部２８を透過してＸ軸の負方向から入射して第２の光Ｌ３２と干渉用光学部材３５で干渉している。また、第３の光Ｌ３３は基準媒質部２９を透過してＸ軸の正方向から入射して第４の光Ｌ３４と干渉用光学部材３５で干渉している。
以上により、第１の光Ｌ３１と第２の光Ｌ３２に基づく干渉光Ｌ３１２には光路差が生じるとともに、第３の光Ｌ３３と第４の光Ｌ３４に基づく干渉光Ｌ３３４にも光路差が生じ、それぞれ対応する光（第１の光Ｌ３１と第２の光Ｌ３２、第３の光Ｌ３３と第４の光Ｌ３４）がＸ軸に対して逆方向から干渉用光学部材３５のそれぞれの干渉領域に入射することで、光源部３１から射出されるレーザ光が変調された場合には、干渉光Ｌ３１２と干渉光３３４は、互いに反対位相（逆位相）で変調される。これにより、干渉光Ｌ３１２の干渉縞と干渉光Ｌ３３４の干渉縞は、光源部３１から射出されるレーザ光の変調に応じて、干渉用光学部材３５上で互いに反対方向に移動する。よって、検出部２７は、干渉光Ｌ３１２および干渉光Ｌ３３４に基づき、同期位相検波によって位相信号に変換することができる。また、干渉光Ｌ３１２、Ｌ３３４のそれぞれに基づく干渉強度を加算することによって、変調による干渉強度の影響を互いに打ち消し合うことができる。
【００４２】
検出部２７は、第１の光Ｌ３１と第２の光Ｌ３２の光路差、および第３の光Ｌ３３と第４の光Ｌ３４の光路差を精度よく検出して、測定媒質部１８の媒質の屈折率変化に基づく第１の光Ｌ３１の波長の変化を精度よく検出することができる。
また、第２の実施例と同様、基準媒質部２９内基準媒質の屈折率と測定媒質部２８内の測定対象である媒質の屈折率とが近ければ、それぞれ干渉する第１の光Ｌ３１と第２の光Ｌ３２の光路長および光路差と、干渉する第３の光Ｌ３３と第４の光Ｌ３４の光路長および光路差とが、それぞれ近づく。これにより、検出部２７は、レーザ光の振動中心のドリフトの影響を殆ど受けずに、干渉光Ｌ３１２、Ｌ３３４の干渉強度の差を検出して、測定媒質部２８における屈折率の変化に基づく波長変化を精度よく検出することができる。つまり、光源部１１から射出される光の振動中心がドリフト（変動）した場合であっても、このドリフトによる影響は左右共通に現れるため、干渉光Ｌ３１２、Ｌ３３４の和をとることによってドリフトによる影響を低減する又はキャンセルすることができる。
【００４３】
［第４実施形態］
次に、図４を参照して、第４実施形態に係る波長検出装置１０４の一例について説明する。図４は、第４実施形態に係る波長検出装置１０４の構成の一例を示す概略図である。なお、本実施形態に係る波長検出装置１０４は、第１実施形態に係る波長検出装置１０１に電気光学素子４１と光変調部４１Ａとをさらに備えた構成であって、同様の構成部材については同一の名称を付して詳細な説明は省略する。
図４に示す通り、本実施形態に係る波長検出装置１０４は、光源部１１、光学部材１２と、ガラスブロック１３と、偏向部１４と、干渉用光学部材１５と、受光素子１６と、検出部３７と、測定媒質部１８と、基準媒質部１９と、電気光学素子４１と光変調部４１Ａを備える。
電気光学素子４１は、印加電圧に比例して屈折率が変化する光学素子であって、第２の光Ｌ４２の光路上に配置されている。例えば、電気光学素子４１は、ＥＯＭ（Electro ‐ Optic Modulator）である。この電気光学素子４１は、光変調部４１Ａから高周波電圧が印加されることによって、透過する第２の光Ｌ４２の屈折率を変化させ、第１の光Ｌ４１と第２の光Ｌ４２の光路差を変調させることによって干渉光Ｌ４１２を変調させる。これにより、電気光学素子４１は、第２の光Ｌ４２のみを変調させることで、干渉用光学部材１５で干渉する第１の光Ｌ４１と第２の光Ｌ４２の位相を相対的に変調させる。
【００４４】
これにより、干渉用光学部材１５において干渉する干渉光Ｌ４１２の位相差の変動範囲が大きくなるため、干渉光Ｌ４１２が変調していない場合に比べて干渉用光学部材１５で形成される干渉光Ｌ４１２の変調効率を向上することができる。これにより、検出部３７は、第１の光Ｌ４１と第２の光Ｌ４２の光路差を精度よく検出し、測定媒質部１８の媒質の屈折率変化に基づく第１の光Ｌ４１の波長変化を精度よく検出することができる。
なお、本実施形態に係る電気光学素子４１は、電気光学素子に限られず、例えば、ＡＯＭ（Acousto ‐ Optic Modulator）などからなる音響光学素子を用いるものであってもよい。また、光源部１１として利用されるレーザ素子の温度を変化させることにより波長を周期的に変化させるものであってもよい。
【００４５】
［第５実施形態］
次に、図５を参照して、第５実施形態に係る波長検出装置１０５の一例について説明する。図５は、第５実施形態に係る波長検出装置１０５の構成の一例を示す概略図である。なお、上述の実施形態と同様の機能と構成を有する部材においては同一の名称を付して詳細な説明は省略する。
図５に示す通り、本実施形態に係る波長検出装置１０５は、光源部１１と、受光素子１６と、測定媒質部１８と、基準媒質部１９と、検出部３７と、電気光学素子４１と、光変調部４１Ａと、ガラスブロック５０と、光学部材５１と、第１の偏向部５２と、第２の偏向部５３と、干渉用光学部材５４と、を備える。
ガラスブロック５０には、光源部１１から射出されたレーザ光を第１の光Ｌ５１と第２の光Ｌ５２に分離する光学部材５１と、第１の光Ｌ５１を偏向する第１の偏向部５２と、第２の光Ｌ５２を偏向する第２の偏向部５３と、第１の光Ｌ５１と第２の光Ｌ５２とが干渉される干渉用光学部材５４とが設けられている。また、ガラスブロック５０は、第１の光Ｌ１の光路上の一部が凹部状に形成されることによって、第１の光Ｌ１がガラスブロック５０の外部の大気中を透過するように構成されている測定媒質部１８を備える。さらに、ガラスブロック５０は、第２の光Ｌ５２の光路上に基準媒質部１９を備える。
【００４６】
光源部１１からＹ軸の正方向に射出されたレーザ光は、例えばビームスプリッタである光学部材５１を透過した一部の光が第１の光Ｌ５１として第１の偏向部５２に入射し、光学部材５１で反射された他の一部の光が第２の光Ｌ５２として第２の偏向部５３に入射する。ここで、第１の光Ｌ５１は光源部１１から射出されたレーザ光の光軸と同じ方向（Ｙ軸の正方向）に進み、第２の光Ｌ５２は第１の光Ｌ５１に対して垂直方向であるＸ軸の正方向に進む。この第１の偏向部５２に入射した第１の光Ｌ５１は垂直に偏向されてＸ軸の正方向に進み、干渉用光学部材５４に入射する。一方、第２の偏向部５３に入射した第２の光Ｌ５２は垂直に偏向されてＹ軸の正方向に進み、電気光学素子４１および基準媒質部１９を透過して干渉用光学部材５４に入射する。偏向された第１の光Ｌ５１および第２の光Ｌ５２は、例えばビームスプリッタである干渉用光学部材５４の反射面（透過面でもある）で干渉して、干渉光Ｌ５１２として受光素子１６に入射する。
【００４７】
これにより、受光素子１６は、相対的に位相が変調された干渉光Ｌ５１２に基づき、第１の光Ｌ５１と第２の光Ｌ５２の光路差の変化を精度よく検出することができ、測定媒質部１８の媒質の屈折率変化に基づく第１の光Ｌ５１の波長の変化を精度よく検出することができる。
また、上述の通り、第１の光Ｌ５１と第２の光Ｌ５２の光路が矩形状となるようなガラスブロック５０を用いて、第１の光Ｌ５１の光路に対応する一部分を凹部状に切り欠くことによって測定媒質部１８を形成するようにした。これにより、第１の光Ｌ５１と第２の光Ｌ５２の光路に対応する物理的距離を一致させるとともに、測定媒質部１８の媒質を透過する第１の光Ｌ５１の距離Ｌと、基準媒質部１９の基準媒質を透過する第２の光Ｌ５２の距離Ｌを一致させる構成を容易に作成することができる。
【００４８】
［第６実施形態］
次に、上述の波長検出装置１０１〜１０５を利用した圧力検出装置の一例について説明する。図６は、本実施形態に係る圧力検出装置の一例を示す概略図である。
図６に示す通り、圧力検出装置６００は、上述の実施形態のいずれかひとつに係る波長検出装置６０１と、測定対象である媒質の温度を検出する温度検出部６０２と、測定対象である媒質の湿度を検出する湿度検出部６０３と、これらの検出結果に基づき測定対象である媒質の圧力を算出する圧力算出部６０４とを備える。
例えば、第１〜５実施形態に係る波長検出装置１０１〜１０５を波長検出装置６０１として利用した場合、媒質である空気の圧力（気圧）が変化すると、測定媒質部１８を透過する第１の光（Ｌ１、Ｌ２１、Ｌ３１、Ｌ４１、Ｌ５１）の屈折率が変化する。
【００４９】
ところで、波長λの相対変化量Δλ／λは近似的に以下に示す式４のように表わすことができる。
【００５０】
【数４】
2011053142.tif 000006
【００５１】
この、式４において、ΔＴは温度（℃）の変動量、ΔＰは圧力（ｈＰａ）の変動量、ΔＨは湿度（％ＲＨ）の変動量を表わしている。
【００５２】
圧力算出部６０４には、波長検出装置６０１によって検出される波長の変化量（Δλ／λ）と、温度検出部６０２によって検出される温度の変化量（ΔＴ）と、湿度検出部６０３によって検出される湿度の変化量（ΔＨ）とが入力される。そして、圧力算出部６０４は、下記の式４に従って、これらの変化量に基づき、圧力の変化量（ΔＰ）を算出して、出力する。
このように、圧力検出装置８００は、検出精度のよい波長検出装置６０１を利用することにより、圧力の検出精度も高めることができる。
【００５３】
例えば、測定媒質部１８および基準媒質部１９における距離Ｌを５ｍｍとした場合、例えば気圧が１ｈＰａ変化することによって、光路差（Ｌ１−Ｌ２）＝ΔＬ＝Ｌ×（Δλ／λ）より、１．３９ｎｍの光路差が生じたものとする。
ここで、光源部１１から射出されるレーザ光の波長が８５０ｎｍとすると、（１．３９／８５０）周期に応じた干渉強度の変化量が得られる。よって、検出部１７は、この干渉強度の変化量に基づき第１の光（Ｌ１、Ｌ２１、Ｌ３１、Ｌ４１、Ｌ５１）の波長の変化量を検出することができる。
【００５４】
［第７実施形態］
次に、上述の波長検出装置や圧力検出装置を利用した除振装置および露光装置の一例について説明する。図７は、本実施の形態に係る除振装置７００を搭載する露光装置８００を示す概略斜視図である。
図７に示す通り、露光装置８００は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置であって、設置面となる床上には、長方形状のフレームキャスタ８０１が設置され、このフレームキャスタ８０１上面の四方の角部にマウント部８０２Ａ〜８０２Ｄ（ただし、図７の紙面奥側に位置するマウント部８０２Ｄの図示を省略）が設置され、これらマウント部８０２Ａ〜８０２Ｄの上部に正方形状の除振台８０３が設置されている。
ここで、本実施形態においては後述するように投影光学系ＰＬが使用されるため、投影光学系ＰＬの光軸と平行にＺ軸をとり、Ｚ軸に直交する平面内で除振台８０３の隣り合う辺方向にＸ軸、Ｙ軸をとることとする。また、それぞれの軸回りの回転方向をＺθ、Ｘθ、Ｙθ方向と定めることとする。なお、以下の説明においては、必要に応じて図７中のＸ、Ｙ、Ｚ軸を示す各矢印の示す方向を＋Ｘ、＋Ｙ、＋Ｚ方向、これと反対の方向を−Ｘ、−Ｙ、−Ｚ方向と区別して用いるものとする。
【００５５】
マウント部８０２Ａ〜８０２Ｄは、それぞれ除振台８０３の下面の４角付近に配置されている。マウント部８０２Ａは、アクチュエータ８０４Ａとアクチュエータ８０４Ａ上部に設置されたエアマウント８０５Ａとを備えて構成されている。アクチュエータ８０４Ａは、フレームキャスタ８０１の上面に固定された固定子８１６Ａとエアマウント８０５Ａの下部に固定された可動子８１７Ａとから構成されており、メイン制御装置８０８（図７では図示を省略、図８参照）からの指示によりフレームキャスタ８０１から除振台８０３に対するＺ方向の付勢力、または除振台８０３からフレームキャスタ８０１に向かう吸引力を発生させる。
他のエアマウント８０２Ｂ〜８０２Ｄも、エアマウント８０２Ａと同様にアクチュエータ８０４Ｂ〜８０４Ｄと各アクチュエータの上にそれぞれ設置されたエアマウント８０５Ｂ〜８０５Ｄとから構成されており（但し、図７では紙面奥に位置するアクチュエータ８０４Ｃ、８０４Ｄの図示を省略）、これらのアクチュエータ８０４Ｂ〜８０４Ｄの付勢力または吸引力もそれぞれメイン制御装置８０８によって制御される。
【００５６】
除振台８０３の下面には、図示しない駆動手段によってＸＹの２次元方向に駆動されるＸＹステージ８１１が載置されている。ＸＹステージ８１１上には、Ｚレベリングステージ（不図示）、θステージ（不図示）およびウエハホルダ（不図示）を介して基板（ウエハ）Ｗが吸着保持されている。また、除振台８０３の上面中央部には、投影光学系ＰＬが固定されるとともに投影光学系ＰＬを囲むようにインバ８１２が立設されている。さらに、インバ８１２の上部には、レチクルステージ８１３を介してレチクル（マスク）Ｒが載置されている。
Ｚレベリングステージは、Ｚ軸方向の駆動およびＺ軸に対する傾斜が調整可能に構成され、θステージは、Ｚ軸回りの微小回転が可能に構成されている。これにより、基板ＷはＸＹステージ８１１、Ｚレベリングステージおよびθステージによって３次元的に位置決めが可能となっている。レチクルステージ８１３は、レチクルＲのＹ軸方向の微調整、および回転角の調整が可能に構成されている。
【００５７】
レチクルＲの上方には、投影光学系ＰＬを介して基板Ｗを照射する照射部８２０が配置されている。照射部８２０は、照射制御部（図７では図示を省略、図８参照）８２５によって焦点検出系によるオートフォーカスが行われ、照明部８２０から露光用の照明光を出射する。これにより、レチクルＲのパターンの投影光学系ＰＬを介した像が基板Ｗの各ショット領域に順次露光される。
【００５８】
フレームキャスタ８０１上面の−Ｘ方向の端部には支持フレーム８１４ａが立設されており、支持フレーム８１４ａと除振台８０３との間にはアクチュエータ８１５Ａが取り付けられている。アクチュエータ８１５Ａは、支持フレーム８１４ａに固定された固定子８１６Ａと、除振台８０３に固定された可動子８１７Ａとから構成されており、制御装置８０８からの制御指示により除振台３に対して±Ｙ方向に力を与えることができる。
同様に、フレームキャスタ８０１上面の＋Ｘ方向の端部に立設された支持フレーム８１４ｂと除振台８０３との間にはアクチュエータ８１５Ｂが取り付けられている。アクチュエータ８１５Ｂは、アクチュエータ８１５Ａと同様に、支持フレーム８１４ｂに固定された固定子８１６Ｂと、除振台８０３に固定された可動子８１７Ｂとから構成されており、制御装置８０８からの指示により除振台８０３に対して±Ｙ方向に力を与えることができるようになっている。
また、支持フレーム８１４ｂと除振台８０３との間にはアクチュエータ８１５Ｃが取り付けられている。アクチュエータ８１５Ｃは、支持フレーム８１４ｂに固定された固定子８１６Ｃと、除振台８０３に固定された可動子８１７Ｃとから構成されており、制御装置８０８からの指示により除振台８０３に対して±Ｘ方向に力を与えることができる。
【００５９】
除振台８０３上面の＋Ｙ方向の端部には、除振台８０３のＸ方向加速度ならびにＺ方向加速度を検出する加速度センサ８１８ａが振動センサとして取り付けられている。また、除振台３上面の−Ｙ方向側の端部には、除振台３のＹ方向加速度ならびにＺ方向加速度を検出する加速度センサ８１８ｂ、８１８ｃが振動センサとして取り付けられている。これら加速度センサ８１８ａ、８１８ｂ、８１８ｃには、例えば半導体式加速度センサが使用されており、各加速度センサの出力はメイン制御装置８０８（７では図示を省略、図８参照）に供給されるようになっている。
除振台３上面の−Ｘ方向の側面には、除振台８０３のＸ方向変位ならびにＺ方向変位を検出する変位センサ８１９ａと、除振台８０３のＹ方向変位ならびにＺ方向変位を検出する変位センサ８１９ｂとが設けられている。また、除振台３の＋Ｘ方向の側面には、除振台８０３のＹ方向変位ならびにＺ方向変位を検出する変位センサ８１９ｃが設けられている。これら変位センサ８１９ａ、８１９ｂ、８１９ｃには、例えば渦電流変位センサが使用されており、各変位センサの出力はメイン制御装置８０８に供給されるようになっている。なお、本実施形態では、除振台８０３、ＸＹステージ８１１、インバ８１２、レチクルステージ８１３、投影光学系ＰＬを含めて、露光装置本体部という。
【００６０】
次に、露光装置８００における除振装置７００による除振のための制御系について説明する。図８は、除振装置７００と露光装置８００の制御系のブロック図の一例を示す。
メイン制御装置８０８では、例えばＣＰＵで構成されており、加速度センサ８１８ａ、８１８ｂ、８１８ｃ（以下、これらをまとめて加速度センサ８１８と言う）ならびに変位センサ８１９ａ、８１９ｂ、８１９ｃ（以下、これらをまとめて変位センサ８１９と言う）の出力に基づき、除振台８０３を含む露光装置本体部８２１の振動を抑制するようにアクチュエータ８０４Ａ、８０４Ｂ、８０４Ｃ、８０４Ｄ、８１５Ａ、８１５Ｂ、８１５Ｃが駆動制御されるようになっている。
【００６１】
メイン制御装置８０８は、変位センサ８１９の出力を、露光装置本体部の重心の６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｘθ、Ｙθ、Ｚθ）における変位量（ｘ、ｙ、ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）に変換し、位置コントローラ８８１としてこの変位量に基づき６自由度のそれぞれの位置偏差を算出し、この位置偏差を動作信号として制御動作を行う。
また、メイン制御装置８０８は、加速度センサ８１８の出力を、露光装置本体部の重心の、６自由度のそれぞれの方向の加速度（ｘ''、ｙ''、ｚ''、θｘ''、θｙ''、θｚ''）に変換し、速度コントローラ８８２として、６自由度方向のそれぞれの方向の速度偏差を算出し、この速度偏差を動作信号として制御動作を行い、６自由度のそれぞれの方向の速度制御を行う。
さらに、メイン制御装置８０８は、位置コントローラ８８１ならびに速度コントローラ８８２としての制御動作によって得られた制御信号を、各アクチュエータの位置で発生する速度指令値に変換するための非干渉化演算を行い、この速度指令値を各アクチュエータで発生する推力にそれぞれ変換する。
【００６２】
また、メイン制御装置８０８は、エアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄに生じる推力を制御するためのエアマウント制御部（除振台制御系）８８３を備える。エアマウント制御部８８３は、変位センサ８１９で計測された除振台８０３のＺ方向変位（高さ）に基づいて、除振台８０３の高さを予め設定されている値にするとともに水平レベルを維持するために各エアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄの高さが算出される。そして、エアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄの高さがそれぞれ算出された高さに設定され、除振台８０３の水平が維持されるようになっている。また、エアマウント制御部８８３は、圧力検出装置８４０Ａ〜８４０Ｄによって検出されるエアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄの内圧に基づき、除振台８０３を支持するエアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄの推力を測定する。例えば、エアマウント制御部８３０は、エアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄの内圧に支持部面積（既知）を乗じることでエアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄの推力を測定することができる。
【００６３】
本実施形態において、この圧力検出装置８４０Ａ〜８４０Ｄとして、例えば、波長検出装置１０１を備える圧力検出装置６００が利用可能である。この場合、波長検出装置１０１の検出部１７は、例えば、電流電圧変換回路と波形整形回路等を含み、電流電圧変換回路によって変換された正弦波電圧信号を、波形整形回路が２値化あるいは内挿を行ったのち、２つの矩形波電圧信号（位相０°、９０°）を得るものであってもよい。エアマウント制御部８３０は、この検出部１７によって検出された２つの矩形波電圧信号に基づき、エアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄの内圧を検出することができる。さらに、エアマウント制御部８３０は、検出したエアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄの内圧に基づいて、エアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄの推力を測定することができる。
【００６４】
空圧調整部８３１は、エアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄのそれぞれと供給系配管を介して空圧供給源８３２と接続されているとともに、排出系配管を介して排出口８３３と接続されている。また、空圧調整部８３１は、エアマウント制御部８８３によって制御され、空圧供給源８３２から供給される空圧が必要以上に大きい場合、排出口８３３に空圧を逃がして供給系配管内の圧力を所定の大きさに調節する。さらに、空圧調整部８３１は、エアマウントから空圧を逃がして供給系配管内の圧力を所定の大きさに調節する。また、空圧調整部８３１は、エアマウント制御部８８３の指示により排出系配管を開閉して空圧の排出経路を断続する。
また、各エアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄには、その内部の圧力を計測する圧力検出装置８４０Ａ〜８４０Ｄがそれぞれ設けられている。
【００６５】
上記のように構成された露光装置８００の作動について説明する。エアマウント制御部８８３は、除振台８０３の水平維持制御を行うことに加え、空圧調整部８３１を介してエアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄの推力を制御する。エアマウント制御部８８３は、アクチュエータ８０４Ａ〜８０４Ｄの推力として、ローパスフィルタＬＦによって検出されるアクチュエータ８０４Ａ〜８０４Ｄの推力の低周波成分を検出する。そして、エアマウント制御部８８３は、検出された推力値に基づいてエアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄによる推力の要否を判定し、推力が必要と判定した場合にはそれぞれのエアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄに対して、空調調整部８３１の供給系配管を介して空圧供給部８３２からの空圧を供給し、エアマウントの内圧を高めることで推力を与える。これにより、エアマウントには空圧供給部８３２からの空圧が供給され内圧が高められることで＋Ｚ方向の推力が拡大される。
このとき、エアマウント８０５Ａの推力は、圧力検出装置８４０Ａによって検出されるエアマウント８０５Ａの内圧に基づいて測定されており、エアマウント８０５Ａの推力が、目標値（アクチュエータ８０４Ａによる＋Ｚ方向の推力）の許容値に達した時点で、空圧調整部８３１の供給系配管が閉じられ、エアマウント８０５Ａによる＋Ｚ方向の推力置換が完了する。
【００６６】
エアマウント制御部８３０は、圧力検出装置８４０Ａ〜８４０Ｄによってエアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄの内圧が検出されると、この内圧に基づきエアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄの推力を測定する。
圧力検出装置８４０Ａ〜８４０Ｄは、それぞれ、エアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄの近傍、あるいはエアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄの内部に組み込まれている。また、圧力検出装置８４０Ａ〜８４０Ｄは、エアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄごとに圧力を計測して、エアマウント制御部８８３に出力する。
これにより、エアマウント制御部８８３は、圧力検出装置８４０Ａ〜８４０Ｄによる検出結果に基づき、エアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄに与える推力をフィードバック制御することができる。
このような構成により、エアマウント制御部８８３は、圧力検出装置８４０Ａ〜８４０Ｄによって検出された検出結果に基づき、各エアマウント８０５Ａ〜８０５Ｄを高感度に制御することができる。よって、アクチュエータが局部的に発熱してチャンバ内の空気の屈折率が変化した場合であっても、この空気の屈折率の変化を圧力検出装置８４０Ａ〜８４０Ｄが精度よく検出することができるため、ＸＹステージ８１１の精度よく制御することができる。
【００６７】
また、上述の第１〜５の実施形態に係る波長検出装置１０１〜１０５のうちいずれか１つと同様の構成を有する波長検出装置８２１が、照射部８２０から射出される照射光の光軸の近傍に配置されている。これは、上述の通り、分解能が向上したことにより波長検出装置８２１が小型化したことにより、取り付けの自由度が向上したことによるものである。この波長検出装置８２１は、この光軸付近の屈折率の変化に基づく波長の変化を検出して、照射制御部８２５に出力する。照射制御部８２５は、波長検出装置８２１による検出結果に基づき、照射部８２０から射出される照射光の波長を変調する。
これにより、波長検出装置８２１は、照射部８２０から射出される光の波長の変化を精度よく検出することができる。
また、波長検出装置８２１の光源部１１から射出される光と照射部８２０から射出される光は、同じ波長の光であることが好ましい。これにより、波長検出装置８２１は、照射部８２０から射出される光に相当する光を用いて波長の変化を検出することができるため、照射部８２０から射出される光の波長検出の精度をさらに高めることができる。
【００６８】
なお、干渉用光学部材１６は、透過型に限られず、例えば、反射型の回折格子であってもよく、この場合、第１の受光素子１７と第２の受光素子１８は、反射光を受光できる位置に配置されることになる。
また、検出部１７、２７は、米国特許第６，６３９，６８６の明細書に記載されている論理回路を用いて光路差を高分解能に検出するものであってもよい。
さらに、回折される回折光として、±１次回折光を例に説明したが、本発明はこれに限られず、例えば、波長検出装置１０１の光学部材１２は、−１次回折光である第１の光Ｌ１と、＋２次回折光である第２の光Ｌ２とに分離する構成であってもよい。つまり、次数の異なる光同士を干渉させる構成であってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１１…光源部、  １２…光学部材、  １３…ガラスブロック、  １４…偏向部、  １５…干渉用光学部材、  １６…受光素子、  １７…検出部、  １８…測定媒質部、  １９…基準媒質部、  ２１…振動部材、  ２１Ａ…駆動装置、  ２２…コリメータレンズ、  ２３…光学部材、  ２４…光学部材、  ２５…受光素子、  ２６…受光素子、２７…検出部、  ２８…測定媒質部、  ２９…基準媒質部、  ３１…光源部、  ３１Ａ…光変調部、  ４１…電気光学素子、  ４１Ａ…光変調部、  ６００…圧力検出装置、  ７００…除振装置、  ８００…露光装置、  ８０３…除振台、  ８２０…照射部、  ８２１…波長検出装置、  ８２５…照射制御部、  ８３１…空圧調整部、  ８３２…空圧供給部、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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