(57)【要約】【課題】多軸干渉計のコンパクトな構成を実現すること。【解決手段】多軸平面鏡干渉計(300,400,500,600)は、測定リフレクタ及び基準リフレクタ(140,180)からそれぞれ反射する共用測定ビームと共用基準ビームを使用し、その後それらの共用ビームは、干渉計の測定軸に対応した個別のビームに分割される。従って、Ｎ軸干渉計は、（Ｎ＋１）個の測定ビーム光路のみを必要とし、１つの光路は共用測定ビーム用であり、Ｎ個の光路は、測定リフレクタ(140)と基準リフレクタ(180)との間の角度的アライメント不良を相殺する２つの反射を各測定軸に提供するための個別の測定ビーム用である。【選択図】図３
2004239905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多軸干渉計であって、
入力ビームを共用測定ビームと共用基準ビームに分割するように配置された偏光ビームスプリッタ（１２０）と、
前記偏光ビームスプリッタ（１２０）から測定リフレクタ（１４０）までの前記共用測定ビームの光路に沿った第１の偏光変更要素（１３０）と、
前記偏光ビームスプリッタ（１２０）から基準リフレクタ（１８０）までの前記共用基準ビームの光路に沿った第２の偏光変更要素（１７０）と、及び
前記共用測定ビームが前記測定リフレクタ（１４０）から反射した後の、前記共用測定ビームの光路に沿ったビーム分割光学部品（３９０、４９０、または５９０）とを備え、  前記ビーム分割光学部品によって、前記共用測定ビームが、前記偏光ビームスプリッタ（１２０）に送り込まれる個別の測定ビームに分割される、多軸干渉計。
【請求項２】
前記個別の測定ビームのそれぞれが、前記干渉計の異なる測定軸に対応する、請求項１に記載の干渉計。
【請求項３】
前記干渉計の測定軸にそれぞれ関連した複数のリトロリフレクタ（３５１、３５２）をさらに含み、前記リトロリフレクタのそれぞれが、前記個別の測定ビームの対応する１つを、前記偏光ビームスプリッタ（１２０）への光路に反射するように配置されている、請求項１または２に記載の干渉計。
【請求項４】
前記偏光ビームスプリッタからの前記共用測定ビームを、前記ビーム分割光学部品（４９０または５９０）へと反射するように配置されたリトロリフレクタ（４５０）をさらに含む、請求項１または２に記載の干渉計。
【請求項５】
前記ビーム分割光学部品（３９０、４９０、または５９０）は、前記共用基準ビームが前記基準リフレクタ（１８０）から反射した後の、前記共用基準ビームの光路に沿っており、前記ビーム分割光学部品によって、前記共用基準ビームが、前記偏光ビームスプリッタ（１２０）に送り込まれる個別の基準ビームに分割される、請求項１、２、３、または４に記載の干渉計。
【請求項６】
前記測定ミラー（１４０）と基準ミラー（６８０）が、前記偏光ビームスプリッタ（６２０）に対して移動可能な物体に取り付けられている、請求項１〜５のいずれか１つに記載の干渉計。
【請求項７】
干渉計を動作させるための方法であって、
入力ビームを共用基準ビームと共用測定ビームに分割する光学部品（１２０）に前記入力ビームを送り込むステップと、
前記共用測定ビームが、測定される物体に取り付けられたリフレクタ（１４０）から反射した後、前記共用測定ビームと前記共用基準ビームを再結合することにより、結合ビームを形成するステップと、
前記結合ビームを、それぞれ、前記干渉計の測定軸に対応する複数の個別のビームに分割するステップと、
前記個別のビームを前記光学部品（１２０）に送り込むステップであって、各個別のビーム毎に、前記光学部品（１２０）によって前記個別のビームが個別の基準ビームと個別の測定ビームに分割される、ステップと、
前記個別の測定ビームに対応する出力ビームを形成するステップであって、各個別の測定ビーム毎に、前記対応する出力ビームを形成することは、前記個別の測定ビームが、前記測定される物体に取り付けられたリフレクタ（１４０）から反射した後、前記個別の測定ビームと前記個別の基準ビームの対応する１つとを再結合することからなる、ステップと、及び
前記出力ビームを解析して、多数の軸に沿った測定値を求めるステップとを含む、方法。
【請求項８】
前記個別のビームを前記光学部品（１２０）へと反射するそれぞれのリトロリフレクタ（３５１、３５２）に前記個別のビームを送り込むステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記結合ビームの分割を行うビーム分割システム（４９０または５９０）へと前記結合ビームを反射するリトロリフレクタ（４５０）へ前記結合ビームを送り込ステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記光学部品が、前記入力ビームの偏光成分を分割して、前記共用測定ビームと前記共用基準ビームを形成する偏光ビームスプリッタ（１２０）を含む、請求項７、８、または９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンパクトな多軸干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
干渉計は、対象デバイスの位置及び／または速度を正確に測定することができる精密ツールである。係る測定の場合、対象デバイスに測定ミラーを取り付けるのが一般的である。例えば、半導体デバイス製造設備の場合、精密ステージに測定ミラーを取り付けることにより、ステージが処理のためにウェーハの位置決めを行う間、干渉計がステージの移動を正確に測定することを可能にする。
【０００３】
干渉計の測定ミラーは、一般に、測定ミラーに測定ビームを向ける干渉計光学部品類とのアライメントをとることが必要とされる。平面鏡干渉計は、平面測定ミラーを使用し、これによって、一様なターゲット領域が提供されるので、測定ミラーの位置のアライメントは、他のタイプの干渉計に比べてクリティカルでなくなる。また、平面鏡干渉計における測定ミラーの向きに関するアライメントの許容誤差は、測定ミラーからの２つの反射を含む測定ビーム光路を有する干渉計光学部品類を用いることによって緩和され得る。２つの反射の場合、第１の反射で生じる角度誤差によって、第２の反射で生じる、等しいけれども逆である角度誤差を相殺することができる。
【０００４】
図１は、測定ミラー１４０からの２つの反射を含む測定ビーム光路を有する、既知の単軸平面鏡干渉計１００の一例を示す。干渉計１００には、ビーム源１１０、偏光ビームスプリッタ１２０、四分の一波長板１３０と１７０、測定ミラー１４０、リトロリフレクタ１５０、基準ミラー１８０、及びセンサ１６０が含まれる。
【０００５】
ビーム源１１０は、干渉計のタイプに応じて、単色ビームまたはヘテロダインビームである入力ビームＩＮを発生する。入力ビームＩＮには、それぞれ、偏光ビームスプリッタ１２０のビームスプリッタコーティングによって反射されるか、またはそれを透過するビームに対応する方向と直交する直線偏光を有する２つの偏光成分が含まれる。図１では、２つの成分ビームは、それぞれ、別個の点線と実線を用いて区別されているが、２つの成分ビームは、実際の干渉計において同一線上にある。入力ビームＩＮがヘテロダインビームの場合、偏光成分ビームの一方は第１の周波数ｆ１を有し、偏光成分ビームの他方は第２の周波数ｆ２を有するが、この場合、周波数ｆ１とｆ２は、わずかに（例えば、数ＭＨｚだけ）異なっている。
【０００６】
入力ビームＩＮが、偏光ビームスプリッタ１２０に入射し、偏光ビームスプリッタコーティングによって、一方の成分が反射され、他方の成分が透過する。図１の場合、透過ビームが測定ビームであるが、干渉計１００のコンポーネントを適正に再構成すれば、代わりに、反射ビームを測定ビームとして用いることもできる。透過測定ビームは、光路ＭＡを辿り、四分の一波長板１３０を通って、測定ミラー１４０に達すると、反射されて、光路ＭＡ’に沿って戻される。（測定ミラー１４０がその理想的なアライメントを有する場合、光路ＭＡとＭＡ’は同一線上にあるであろう。）四分の一波長板１３０を２回通過すると、測定ビームの偏光が有効に９０°回転するので、測定ビームは、偏光ビームスプリッタ１２０に再入射すると、ビームスプリッタコーティングから反射される。次に、測定ビームは、リトロリフレクタ１５０に入射し、反射されて、入射光路と平行にオフセットした光路に沿って偏光ビームスプリッタ１２０に戻される。
【０００７】
オフセットした測定ビームは、偏光ビームスプリッタ１２０のビームスプリッタコーティングから反射し、光路ＭＢを辿って、測定ミラー１４０に達する。次に、測定ビームは、測定ミラー１４０から反射し、光路ＭＢ’に沿って戻る。四分の一波長板１３０を通る光路ＭＢ及びＭＢ’に沿った２回の伝播によって、測定ビームは、その元の直線偏光に戻り、そのため光路ＭＢ’に沿って進む測定ビームは、偏光ビームスプリッタ１２０を通過して、出力ビームＯＵＴの一部を形成する。
【０００８】
偏光ビームスプリッタ１２０で最初に反射された入力ビームＩＮの成分が、四分の一波長板１７０を介して、光路ＲＡを辿って、基準ミラー１８０に達し、基準ミラー１８０から光路ＲＡ’を辿って戻る基準ビームを形成する。基準ビームは、四分の一波長板１７０を２回通過することによって、その偏光が変化し、偏光ビームスプリッタ１２０を通過して、リトロリフレクタ１５０に達する。基準ビームは、オフセットした光路ＲＢに沿ってリトロリフレクタ１５０から戻り、偏光ビームスプリッタ１２０及び四分の一波長板１７０を通過した後、再び、基準ミラー１８０から反射して、光路ＲＢ’に沿って戻る。光路ＲＢ’に沿って戻る基準ビームは、偏光ビームスプリッタ１２０のビームスプリッタコーティングから反射して、測定ビームと結合し、出力ビームＯＵＴを形成する。
【０００９】
基準ビームと測定ビームは、測定ビームが、対象デバイスと共に移動する測定ミラー１４０から２回反射するという点において異なっている。これに対して、基準ビームは、固定された基準ミラー１８０から２回反射する。対象デバイス（従って、対象デバイスの測定ミラー）が移動することにより、各反射毎に、測定ビームの周波数にドップラシフトが生じる。測定電子機器１６０によって、基準ビームと測定ビームとの周波数差が測定され、その差と、例えば、単色入力ビームの場合の０Ｈｚまたは一般的なヘテロダイン入力ビームの場合の数ＭＨｚといった、ドップラシフトがない場合の公称周波数差とが比較される。この比較によって、ドップラシフトの量が示され、従って、測定ミラー１４０の速度が示される。測定された速度をある期間にわたって積分し、対象デバイスの移動を測定することができる。
【００１０】
干渉計１００は、測定ミラー１４０からの測定ビームの反射間における中間点での測定ミラー１４０の速度または移動を測定する、単軸干渉計である。測定ミラー１４０の角運動を測定するには、少なくとも１回の追加測定が必要である。別の単軸干渉計を用いて、追加測定を実施することができるが、多軸干渉計であれば、２回以上の測定に同じ光学部品のいくつかを用いることによって、よりコンパクトな実施が可能になる。
【００１１】
図２は、２つの測定軸に用いられる、偏光ビームスプリッタ１２０、四分の一波長板１３０と１７０、測定ミラー１４０、及び基準ミラー１８０を含む、既知の２軸干渉計２００を示す。また、干渉計２００は、それぞれ、図１の入力ビームＩＮに関して上述したものと同じ特性を有する、１対の入力ビームＩＮ１とＩＮ２を発生するビーム源２１０も含む。係る入力ビームは、ビームスプリッタ光学部品２１２と共に、上述のようなビーム源１１０を用いて生成され得る。
【００１２】
偏光ビームスプリッタ１２０は、偏光に従って第１の測定軸に対して、入力ビームＩＮ１を測定ビームと基準ビームに分割する。入力ビームＩＮ１から分割された測定ビームは、光路Ｍ１ＡとＭ１Ａ’、リトロリフレクタ２５１からのオフセットした反射、及び光路Ｍ１ＢとＭ１Ｂ’を含む光路を辿って、出力ビームＯＵＴ１の一部を形成する。同様に、入力ビームＩＮ１から分割された基準ビームは、光路Ｒ１ＡとＲ１Ａ’、リトロリフレクタ２５１からのオフセットした反射、及び光路Ｒ１ＢとＲ１Ｂ’を含む光路を辿った後、出力ビームＯＵＴ１の一部を形成する。次に、測定電子機器２６１により、光路Ｍ１ＡとＭ１Ｂが測定ミラー１４０に達する、反射間の地点の速度または移動が求められる。
【００１３】
同様に、偏光ビームスプリッタ１２０は、偏光に従って第２の測定軸に対して、入力ビームＩＮ２を測定ビームと基準ビームに分割する。入力ビームＩＮ２から分割された測定ビームは、光路Ｍ２ＡとＭ２Ａ’、リトロリフレクタ２５２からのオフセットした反射、及び光路Ｍ２ＢとＭ２Ｂ’を含む光路を辿って、出力ビームＯＵＴ２の一部を形成する。入力ビームＩＮ２から分割された基準ビームは、光路Ｒ２ＡとＲ２Ａ’、リトロリフレクタ２５２からのオフセットした反射、及び光路Ｒ２ＢとＲ２Ｂ’を含む光路を辿った後、出力ビームＯＵＴ２の一部を形成する。次に、測定電子機器２６２により、光路Ｍ２ＡとＭ２Ｂが測定ミラー１４０に達する、反射ポイント間の地点の速度または移動が求められる。
【００１４】
得られた２つの測定値によって、測定ミラー１４０の角運動（例えば、ピッチまたはヨー）を求めることが可能になる。第３の測定軸を用いて、異なる平面における角運動（例えば、ヨーまたはピッチ）を求めることができ、複雑なシステムでは、３つまたはそれより多い測定軸を有する多軸干渉計が一般的である。これらの干渉計における問題は、測定ミラー１４０及び偏光ビームスプリッタ１２０などの構成要素の必要なサイズである。測定ビームのそれぞれは、有限な断面を有し、出力ビームを別個に測定するには分離が必要とされる。従って、測定ミラー１４０は、各反射ポイントにおける測定ビームの面積、及び反射ポイント間の必要な分離に対処するのに十分な大きさである。
【特許文献１】米国特許出願第１０／２８５，０５８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、大型の測定ミラーは、半導体製造設備において見受けられるような狭いスペースに適応させるのは困難である。同様に、偏光ビームスプリッタ１２０は、測定光路と基準光路の全てを含むのに十分なほど大きくなければならない。係る大型の光学品質の構成要素を製作することは、コストが高くつき、困難である可能性がある。従って、多軸干渉計のコンパクトな構成が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の態様によれば、多軸干渉計は、測定ミラーからの第１の反射に関する共用測定ビームを使用し、その後、共用測定ビームを、干渉計の測定軸に対応した第２の反射に対する複数の個別ビームに分割する。同様に、基準ビームは、共用基準ビームが個別のビームに分割される、基準リフレクタからの第１の反射の後まで、共用ビームのままである。従って、Ｎ個の測定軸を有する多軸干渉計が必要とする、測定ミラーへのビーム光路数は、従来の干渉計のいくつかにおいて必要とされるような２Ｎ個ではなく、（Ｎ＋１）個だけである。測定ビーム光路（及び基準ビーム光路）の数が減少することにより、コンパクトな干渉計構成が可能になる。
【００１７】
本発明の特定の実施形態の１つは、偏光ビームスプリッタ、第１及び第２の偏光変更要素、及びビーム分割光学部品を含む多軸干渉計である。偏光ビームスプリッタは、入力ビームを共用測定ビームと共用基準ビームに分割し、これらのビームは、それぞれ、第１と第２の偏光変更要素を通って、それぞれの測定リフレクタ及び基準リフレクタに到達する。共用測定ビームは、測定リフレクタから反射した後、ビーム分割光学部品によって、個別の測定ビームに分割され、偏光ビームスプリッタに送り込まれる。また、ビーム分割光学部品は、共用基準ビームを個別の基準ビームに分割することもできる。各個別の測定ビームは、それぞれの第２の反射の後、対応する個別の基準ビームと結合して、個別のビームに対応する測定軸に関連した出力ビームを形成する。
【００１８】
多軸干渉計は、第２の測定または基準反射の方へビームを向けるために、１つまたは複数のリトロリフレクタを使用できる。ある事例では、それぞれ干渉計の測定軸に関連した複数のリトロリフレクタが、偏光ビームスプリッタへの光路に、個別の測定ビームの対応する１つを反射するように配置されている。別の事例では、単一のリトロリフレクタが、ビーム分割光学部品へと偏光ビームスプリッタからの共用測定ビームを反射する。
【００１９】
本発明の別の特定の実施形態は、干渉計を動作させるための方法である。この方法は、入力ビームを干渉計光学部品に送り込むことから開始される。干渉計光学部品は、入力ビームを共用基準ビームと共用測定ビームに分割する。共用測定ビームが、測定される物体に取り付けられたリフレクタから反射した後、共用測定ビームと共用基準ビームが再結合して、結合ビームが形成される。そして、結合ビームは、それぞれ、干渉計の測定軸に対応する個別のビームに分割される。各個別のビームは、干渉計光学部品に入射し、干渉計光学部品によって、個別の基準ビームと個別の測定ビームに分割される。各個別の測定ビーム毎に、測定される物体に取り付けられたリフレクタから個別の測定ビームが反射した後、個別の基準ビームと関連する個別の測定ビームとの再結合によって、出力ビームが形成される。出力ビームを解析することにより、多数の軸に沿った測定値を求めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の態様によれば、多軸干渉計は、それぞれ、測定リフレクタ及び基準リフレクタからの共用測定ビーム及び共用基準ビームの第１の反射に対して共用測定光路及び共用基準光路を使用する。共用光路の後、共用測定ビーム及び共用基準ビームは、ビーム分割光学部品によって、それぞれの測定軸に対応する複数の個別ビームに分割される。この干渉計構成は少数のビーム光路を有し、それにより多軸干渉計用のコンパクトな光学部品の実施が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
異なる図面に同じ参照記号を用いることにより、同様または同じ要素を示す。
【００２２】
図３は、本発明の実施形態による２軸干渉計３００を示す。干渉計３００には、ビーム源１１０、偏光ビームスプリッタ１２０、四分の一波長板１３０と１７０、測定リフレクタ１４０、基準リフレクタ１８０、リトロリフレクタ３５１と３５２、及びビーム分割光学部品３９０が含まれている。
【００２３】
レーザのようなビーム源１１０は、直交直線偏光を有する２つの成分を含む単一の入力ビームＩＮを発生する。入力ビームＩＮは、本発明のさまざまな実施形態のために、単色ビームあるいはヘテロダインビームとすることができる。ヘテロダインビームを使用する実施形態では、２つの偏光成分はわずかに異なる周波数を有する。このタイプのヘテロダインビームは、ゼーマン分裂レーザから出力される周波数成分の直交円偏光を直交直線偏光に変換する偏光光学部品に結合されたゼーマン分裂レーザを用いて、生成され得る。このタイプのビーム源は、当該技術において知られており、例えば、アジレントテクノロジ社から「5519A Laser Head and Receiver」として市販されている。
【００２４】
偏光ビームスプリッタ１２０は、直線偏光に従って入力ビームＩＮの成分を分割して、共用測定ビームと共用基準ビームを生成する。図３において、共用測定ビームは、偏光ビームスプリッタ１２０が最初に透過する入力ビームＩＮの偏光成分であり、共用基準ビームは、偏光ビームスプリッタ１２０が最初に反射する入力ビームＩＮの偏光成分である。代案として、干渉計３００の構成要素を適正に再構成すれば、最初に反射される成分を測定ビームとして使用することもできる。
【００２５】
共用測定ビームは、光路ＭＳを辿り、四分の一波長板１３０を通って、測定ミラー１４０に達し、測定ミラー１４０から反射して、光路ＭＳ’を辿り、四分の一波長板１３０を通って、偏光ビームスプリッタ１２０に戻る。測定ミラー１４０のアライメントが理想的であれば、共用測定ビームは、測定ミラー１４０に垂直に入射し、共用測定ビームの光路ＭＳとＭＳ’は同一線上にある。しかしながら、測定ミラー１４０のアライメントが不良である場合、光路ＭＳとＭＳ’は、測定ミラー１４０の角度的アライメント不良によって決まる量だけ、互いに角度をなすことになる。さらに後述するように、測定ミラー１４０からの第２の反射によって、アライメント不良のミラー１４０からの反射によって導入される角度誤差が相殺される。
【００２６】
共用測定ビームが四分の一波長板１３０を２回通過することには、共用測定ビームの直線偏光が９０°回転し、そして共用測定ビームが偏光ビームスプリッタ１２０のビームスプリッタコーティングから反射されるという効果がある。従って、共用測定ビームは、偏光ビームスプリッタ１２０から送り出されて、ビーム分割光学部品３９０に入射する。
【００２７】
偏光ビームスプリッタ１２０によって、入力ビームＩＮの成分が反射されて、共用基準ビームが生じ、この共用基準ビームが、光路ＲＳに沿って進んで、四分の一波長板１７０を通過し、基準ミラー１８０に達する。共用基準ビームは、反射して、光路ＲＳ’に沿って引き返し、四分の一波長板１７０を通過して、偏光ビームスプリッタ１２０に戻る。そして、共用基準ビームは、偏光ビームスプリッタ１２０が透過する直線偏光を有し、偏光ビームスプリッタ１２０を通過して、共用測定ビームと実質的に同一線上のビーム分割光学部品３９０に入射する。
【００２８】
ビーム分割光学部品３９０は、共用測定ビームと共用基準ビームを、干渉計３００の測定軸に対応する個別のビームに分割する。図３の干渉計３００は、２軸干渉計であり、ビーム分割光学部品３９０は、それに対応して、各共用ビームを２つの個別ビームに分割する偏菱形アセンブリである。ビーム分割光学部品３９０における分割は、偏光に関係なく、約半分の入射光を透過し、約半分の入射光を反射するように設計された、非偏光ビームスプリッタコーティング３９５において生じる。従って、共用測定ビームのパワーの半分、及び共用基準ビームのパワーの半分が、ビームスプリッタコーティング３９５を通過し、第１の測定軸に関連したリトロリフレクタ３５１に入射する。共用測定ビーム及び共用基準ビームの他の半分は、ビームスプリッタコーティング３９５から反射し、その後、第２の測定軸に関連したリトロリフレクタ３５２に入射する。
【００２９】
コーナキューブリフレクタとすることができるリトロリフレクタ３５１によって、第１の測定軸に対応する個別のビームが反射されて、オフセットされる。この第１の個別ビームは、偏光ビームスプリッタ１２０に戻り、第１の測定軸に関連した第１の測定ビーム及び第１の基準ビームに分割される。第１の測定ビームは、偏光ビームスプリッタ１２０の偏光ビームスプリッタコーティングから反射して、光路Ｍ１に沿って四分の一波長板１３０を通り、測定リフレクタ１４０に達する。次いで、第１の測定ビームは、測定ミラー１４０から反射して、光路Ｍ１’に沿って偏光ビームスプリッタ１２０に戻る。
【００３０】
光路Ｍ１とＭ１’は、測定ミラー１４０のアライメントが理想的であれば、同一線上にある。しかしながら、測定ミラー１４０のアライメントが不良であると、光路Ｍ１とＭ１’は、角度的アライメント不良によって決まる角度をなすことになる。リトロリフレクタ３５１の特性によって、第１の測定ビームは、偏光ビームスプリッタ１２０を出射する共用ビームの光路と平行であるけれども逆方向である光路に沿って、偏光ビームスプリッタ１２０に戻ることになる。従って、リトロリフレクタ３５１は、測定リフレクタ（測定ミラー）１４０からの共用ビームの反射によって導入される可能性のある任意の角度誤差を保存するので、リトロリフレクタ３５１を出射する第１の測定ビームと第１の基準ビームとの間で角度的変動が存在する可能性がある。測定ミラー１４０からの第１の測定ビームの反射によって、等しいけれども逆である角度誤差が導入され、これによって、第１の測定ビームと第１の基準ビームとの間の変動が相殺される。従って、基準ミラー１８０まで光路Ｒ１を移動して、基準ミラー１８０から光路Ｒ１’を引き返し、偏光ビームスプリッタ１２０のビームスプリッタコーティングから反射された後の第１の基準ビームは、第１の測定光路Ｍ１’と平行であり、第１の測定ビーム及び第１の基準ビームは、結合して、第１の測定軸に対する出力ビームＯＵＴ１を形成する。
【００３１】
第２の個別ビームは、リトロリフレクタ３５２から反射して、偏光ビームスプリッタ１２０に入射し、偏光ビームスプリッタ１２０によって、第２の測定ビームと第２の基準ビームに分割される。第２の測定ビームは、測定リフレクタ１４０まで光路Ｍ２を辿って、測定リフレクタ１４０から光路Ｍ２’を引き返し、第２の基準ビームは、基準リフレクタ１８０まで光路Ｒ２を辿って、基準リフレクタ１８０から光路Ｒ２’を引き返した後、第２の測定ビームと第２の基準ビームが結合して、第２の測定軸に対応する第２の出力ビームＯＵＴ２を形成する。
【００３２】
リトロリフレクタ３５１または３５２からの反射が介在する、測定ミラー１４０からの一対の反射は、測定リフレクタ１４０のアライメント不良により出力測定ビームと出力基準ビームとの間に生じる可能性のある角度的変動を補正する。同様に、リトロリフレクタ３５１または３５２からの反射が介在する、基準ミラー１８０からの一対の反射は、基準リフレクタ１８０のアライメント不良により出力測定ビームと出力基準ビームとの間に生じる可能性のある角度的変動を補正する。しかしながら、角度的アライメント不良によって、測定ビームと基準ビームとの間に残留オフセットまたはウォークオフが残る可能性がある。「Compact Beam Re-Tracing Optics To Eliminate Beam Walk-Off In An Interferometer」と題する、共同所有の特許文献１には、ウォークオフを排除することが可能な干渉計構成についてさらに説明されている。
【００３３】
測定電子機器２６１は、第１の測定ビームと第１の基準ビームとの周波数差を測定して、測定ミラー１４０からの反射によって第１の測定ビームに生じた任意のドップラシフトを測定する。この測定されるドップラシフトには、共用測定ビームの反射（すなわち、光路ＭＳから光路ＭＳ’への反射）によって導入された成分と、第１の測定ビームの反射（すなわち、光路Ｍ１から光路Ｍ１’への反射）によって導入された成分が含まれる。従って、測定電子機器２６１は、測定ミラー１４０による２つの反射間の中間点における移動に相当するはずの、２つのポイントにおける測定ミラー１４０の移動を有効に測定し、その平均値を求める。
【００３４】
測定電子機器２６２は、第２の測定ビームと第２の基準ビームとの周波数差を測定して、測定ミラー１４０からの反射によって第２の測定ビームに生じた任意のドップラシフトを測定する。この測定されるドップラシフトには、共用測定ビームの反射（すなわち、光路ＭＳから光路ＭＳ’への反射）によって導入された成分と、第２の測定ビームの反射（すなわち、光路Ｍ２から光路Ｍ２’への反射）によって導入された成分が含まれる。従って、測定電子機器２６２は、測定ミラー１４０による２つの反射間の中間点における移動に相当するはずの、２つのポイントにおける測定ミラー１４０の移動を有効に測定し、その平均値を求める。
【００３５】
干渉計３００の第１の測定軸は、共用測定ビームの反射と第１の個別測定ビームの反射との間の中間点を横切る。干渉計３００の第２の測定軸は、共用測定ビームの反射と第２の個別測定ビームの反射との間の中間点を横切る。測定軸間の最大離隔距離は、図３に示されるように、第１の個別測定ビームと第２の個別測定ビームとの間に共用測定ビームを有することにより、最もコンパクトに実現され得る。
【００３６】
上述の干渉計３００には、偏光ビームスプリッタ１２０と干渉計３００の測定軸に関連したリトロリフレクタ３５１及び３５２との間にビーム分割光学部品３９０が含まれている。図４は、リトロリフレクタ４５０からの共用ビームの反射後に、共用ビームに対して作用するビーム分割光学部品４９０を有する、本発明の実施形態による多軸干渉計４００を示す。特に、共用測定ビーム及び共用基準ビームはそれぞれ、測定リフレクタ１４０及び基準リフレクタ１８０から反射した後、偏光ビームスプリッタ１２０を出射して、同じ光路に沿ってリトロリフレクタ４５０に入射する。共用ビームは、リトロリフレクタ４５０によって反射されてオフセットされ、そして、ビーム分割光学部品４９０に入射して、それぞれ、干渉計４００の測定軸に対応する個別のビームに分割される。干渉計４００は、他の点では、上述の図３の干渉計３００と実質的に同じ態様で動作する。干渉計４００は、それぞれの測定軸に対して独立したリトロリフレクタ３５１及び３５２ではなく、全ての測定軸に対して単一のリトロリフレクタ４５０だけしか必要としないという利点を有する。
【００３７】
上述のように、干渉計３００と４００は、２軸干渉計であり、従って、ビーム分割光学部品３９０と４９０は、各共用ビームを、それぞれ、２つの測定軸に対応する２つの個別ビームに分割する。結果として、共用測定ビームについて１つ、各測定軸毎に１つずつの、３つの反射ポイントが、測定ミラー１４０に存在する。より一般的には、本発明のＮ軸実施形態の場合、ビーム分割光学部品は、各共用ビームをＮ個の個別ビームに分割し、（Ｎ＋１）個の反射ポイントが測定ミラーに存在する。これに対して、従来のＮ軸干渉計は、測定ミラーに２Ｎ個の反射ポイントを必要とした。本発明による干渉計の実施形態の場合、反射ポイントの数が少ないので、より小さい測定ミラーの利用が可能になり、それに対応してビームの光路数が少ないので、とりわけ、偏光ビームスプリッタのためにより小さいコンポーネントを利用することが可能になる。
【００３８】
分割されるビームと同じ偏光を有する、Ｎ個からなる１組の平行ビームへとビームを分割することができる任意の光学系を用いて、共用ビームをＮ個の個別ビームに分割するビーム分割光学部品を構成することができる。図３と図４は、２つの個別ビームを生成するための単一の非偏光ビームスプリッタコーティングを含む偏菱形アセンブリを用いた、本発明の実施形態を示す。Ｎ個の個別ビームの一般的な事例は、それぞれ、１つまたは複数のビームスプリッタコーティングを含む、１つまたは複数の偏菱形アセンブリを使用して達成され得る。例えば、図５は、２つの異なる平面内にある４つの測定軸を提供するビーム分割光学部品５９０を含んでいるという点を除けば、図４の干渉計４００と同じである多軸干渉計５００を示す。特に、ビーム分割光学部品５９０には、垂直偏菱形アセンブリ５９２と水平偏菱形アセンブリ５９６とが含まれる。
【００３９】
干渉計５００の構成において、共用測定ビーム及び共用基準ビームは、偏光ビームスプリッタ１２０を出射して、偏菱形アセンブリ５９６の透明部分及び光学ブロック５５０を通過した後、リトロリフレクタ４５０に入射する。図５のリトロリフレクタ４５０の反射領域は、リトロリフレクタ４５０に入射する共用測定ビーム光路のＭＳ’で表示されている。
【００４０】
リトロリフレクタ４５０は、偏菱形アセンブリ５９２へと共用ビームを反射し、そのため共用ビームが、図５から見ることができないビームスプリッタコーディングに入射する。偏菱形アセンブリ５９１のビームスプリッタコーティングは、入射光パワーの約半分を透過して、偏菱形アセンブリ５９６へ送り込み、入射光パワーの約半分を反射する。反射された部分は、偏菱形アセンブリ５９２の上部まで進行し、そこで偏菱形アセンブリ５９６へと反射される。従って、互いから垂直方向に分離された２つのビームは、偏菱形アセンブリ５９２を出射して、偏菱形アセンブリ５９６に入射する。
【００４１】
偏菱形アセンブリ５９６に入射する２つのビームは、ビームスプリッタコーティング５９８に入射して、それにより全部で４つの個別ビームに分割される。４つの個別ビームが偏光ビームスプリッタ１２０に入射すると、偏菱形アセンブリ５９６で反射された個別のビームが、透過されたビームから水平方向に分離される。
【００４２】
偏光ビームスプリッタ１２０によって、４つの個別ビームのそれぞれが、干渉計５００の４つの測定軸に対するそれぞれの測定ビーム及び基準ビームに分割される。測定ミラー１４０からそれぞれ２回目の反射をした後、個別の測定ビームは、それぞれの個別の基準ビームと結合して、４つの出力ビームＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３、及びＯＵＴ４を形成する。それぞれの測定電子機器において、各出力ビームを評価することにより、４つの測定軸に関する測定値を求めることができる。
【００４３】
干渉計５００の測定軸は、全てが同じ平面内にあるわけではない。このタイプの測定軸パターンは、一般に、測定ミラーのピッチとヨーの両方を測定することが可能な多軸干渉計に必要とされる。ビーム分割光学部品を適切に設計することによって、測定軸のさらに複雑な構成を実現することができる。例えば、２つまたはそれより多いビームスプリッタコーティングを含む偏菱形アセンブリによって、１つまたは複数の平面内に３つまたはそれより多い個別のビームが提供され得る。ビームスプリッタコーティングの特性、とりわけ、反射率対透過率の比は、一般に、ビームスプリッタ光学部品における下流で生じる後続の分割回数によって決まる。
【００４４】
本発明の原理は、多くのタイプの干渉計を具現化することができる。例えば、図６には、多軸干渉計６００が測定ミラー１４０と基準ミラー６８０との移動差を測定する微分干渉計である本発明の実施形態が例示されている。従って、干渉計６００は、共用測定ビーム及び個別の測定ビームを、偏光ビームスプリッタ６２０に対して移動することができる物体に取り付けられた基準ミラー５８０に向ける。基準ビームのこの方向に関して、偏光ビームスプリッタ６２０は、測定ビームが四分の一波長板１７０を通過して、基準リフレクタ６８０から反射されるように、測定光路を折り返す反射面６２５を備えた、延長部分を有する。
【００４５】
本発明は、特定の実施形態に関連して説明されたが、この説明は、単なる本発明の用途の一例であり、制限として解釈されるべきではない。開示された実施形態の特徴のさまざまな改変及び組合せは、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】単一の測定軸を有する既知の平面鏡干渉計を示す図である。
【図２】複数の測定軸を有する既知の平面鏡干渉計を示す図である。
【図３】リトロリフレクタからの反射の前に、共用ビームを分割する、本発明の実施形態による多軸平面鏡干渉計を示す図である。
【図４】共用ビームがリトロリフレクタから反射した後に、共用ビームを分割する、本発明の実施形態による多軸平面鏡干渉計を示す図である。
【図５】２つ以上の平面内に測定軸を有する、本発明の実施形態による多軸平面鏡干渉計の等角図である。
【図６】本発明の実施形態による多軸微分干渉計を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
100、200、300、400、500、600  干渉計
110  ビーム源
120、620  偏光ビームスプリッタ
130、170  四分の一波長板
140  測定リフレクタ（測定ミラー）
150、351、352、450  リトロリフレクタ
160、261、262  測定電子機器（センサ）
180、680  基準リフレクタ（基準ミラー）
390、490、590  ビーム分割光学部品
【図１】
2004239905.tif 000003
【図２】
2004239905.tif 000004
【図３】
2004239905.tif 000005
【図４】
2004239905.tif 000006
【図５】
2004239905.tif 000007
【図６】
2004239905.tif 000008