(57)【要約】【課題】本発明の目的は高精度なレーザ測長を可能にすると共にレーザヘッドのハウジングの保守点検時の分解、組み立てが容易なレーザ測長システムを実現するレーザヘッドの提供にある。【解決手段】本発明のレーザ測長システムのレーザヘッドは、レーザ光を出射するレーザチューブを内部に有するハウジングを備え、ハウジングの内部にはレーザチューブから出射したレーザ光を分光して外部に導くファイバと、レーザチューブに電力を供給する電源ケーブルを夫々配設し、ハウジングを胴部部材と胴部部材に接合して一体の構造物に組み立てられる端部部材とからなる複数の部材に分割構成し、ハウジングを分割構成している複数の部材の接合面に気密材を介在させて相互に接合させて組み立て、レーザ光を外部に出射する照射部も気密材を介在させてハウジングを分割構成する部材の壁面に取り付け、照射部の開口部に透過材を気密材を介して取り付けて構成した。【選択図】図１
2007322362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザチューブと、レーザチューブを内部に備えたハウジングとを備え、ハウジングの壁面にレーザチューブから出射したレーザ光を外部に出射する開口部を有する照射部を備え、ハウジングの内部にはレーザチューブから出射したレーザ光を分光して基準レーザ光として外部に導くファイバと、レーザチューブにレーザ光の出射に必要な電力を供給する電源ケーブルを夫々配設したレーザ測長システムのレーザヘッドにおいて、ハウジングを胴部部材と胴部部材に接合して一体の構造物に組み立てられる端部部材とからなる複数の部材に分割構成し、ファイバ及び電源ケーブルをハウジングの内部に導くフィードスルー部をハウジングを分割構成する部材の壁面に取り付け可能に構成し、このハウジングを分割構成している複数の部材の接合面に気密材を介在させて相互に接合させて組み立て、フィードスルー部及び照射部も気密材を介在させてハウジングを分割構成する部材の壁面に夫々取り付け、ハウジングの壁面に形成した照射部の開口部に透過材を気密材を介して取り付け、ハウジングの内部を気密に形成することを特徴とするレーザ測長システムのレーザヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載したレーザ測長システムのレーザヘッドにおいて、気密材はハウジングを分割構成している複数の部材の接合面に形成された溝部に配設されたＯリング材であることを特徴とするレーザ測長システムのレーザヘッド。
【請求項３】
請求項１に記載したレーザ測長システムのレーザヘッドにおいて、気密材は硬化剤であることを特徴とするレーザ測長システムのレーザヘッド。
【請求項４】
請求項１に記載したレーザ測長システムのレーザヘッドにおいて、ハウジングを分割構成している複数の部材の壁面に弁装置を設置してレーザヘッドの内部をドライエア或いは窒素で充填することを特徴とするレーザ測長システムのレーザヘッド。
【請求項５】
請求項１に記載したレーザ測長システムのレーザヘッドにおいて、ハウジングを分割構成している複数の部材の壁面に弁装置を設置し、この弁装置をハウジングの外部に設置した真空ポンプと連通可能に構成してレーザヘッドのハウジングの内部を大気よりも低圧力に保持することを特徴とするレーザ測長システムのレーザヘッド。
【請求項６】
請求項１に記載したレーザ測長システムのレーザヘッドにおいて、ハウジングを分割構成している複数の部材のうち、少なくとも一部の分割構成された部材がインバー材、又はスーパーインバー材で形成されていることを特徴とするレーザ測長システムのレーザヘッド。
【請求項７】
請求項１に記載したレーザ測長システムのレーザヘッドにおいて、ハウジングを分割構成している複数の部材のうち、少なくとも一部の部材に温度調節装置を備えたことを特徴とするレーザ測長システムのレーザヘッド。
【請求項８】
レーザ光を出射するレーザチューブと、レーザチューブを内部に備えたハウジングとを備え、ハウジングの壁面にレーザチューブから出射したレーザ光を外部に出射する開口部を有する照射部を備え、ハウジングの内部にレーザチューブから出射したレーザ光を分光して基準レーザ光として外部に導くファイバと、レーザチューブにレーザ光の出射に必要な電力を供給する電源ケーブルを夫々配設したレーザヘッドを内部に備えたレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバにおいて、ヘッドチャンバを胴部部材と胴部部材に接合して一体の構造物に組み立てられる端部部材とからなる複数の部材に分割構成し、ファイバ及び電源ケーブルをヘッドチャンバの内部のハウジングに導くフィードスルー部をヘッドチャンバを分割構成する部材の壁面に取り付け可能に構成し、このヘッドチャンバを分割構成している複数の部材の接合面に気密材を介在させて相互に接合させて組み立て、レーザ光を外部に射出する開口部を有するチャンバ照射部をヘッドチャンバの壁面に備えさせ、フィードスルー部及びチャンバ照射部を気密材を介在させてヘッドチャンバを分割構成する部材の壁面に夫々取り付け、ヘッドチャンバの壁面に形成したチャンバ照射部の開口部に透過材を気密材を介して取り付け、ヘッドチャンバの内部を気密に形成することを特徴とするレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバ。
【請求項９】
請求項８に記載したレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバにおいて、気密材がヘッドチャンバを分割構成している複数の部材の接合面に形成された溝部に配設されたＯリング材であることを特徴とするレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバ。
【請求項１０】
請求項８に記載したレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバにおいて、気密材が硬化剤であることを特徴とするレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバ。
【請求項１１】
請求項８に記載したレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバにおいて、ヘッドチャンバを分割構成している複数の部材の壁面に弁装置を設置してヘッドチャンバの内部をドライエア或いは窒素で充填することを特徴とするレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバ。
【請求項１２】
請求項８に記載したレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバにおいて、ヘッドチャンバを分割構成している複数の部材の壁面に弁装置を設置し、この弁装置をヘッドチャンバの外部に設置した真空ポンプと連通可能に構成してヘッドチャンバの内部を大気よりも低圧力に保持することを特徴とするレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバ。
【請求項１３】
請求項８に記載したレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバにおいて、ヘッドチャンバを分割構成している複数の部材のうち、少なくとも一部の分割構成された部材がインバー材、又はスーパーインバー材で形成されていることを特徴とするレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバ。
【請求項１４】
請求項８に記載したレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバにおいて、ヘッドチャンバを分割構成している複数の部材のうち、少なくとも一部の部材に温度調節装置を備えたことを特徴とするレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバ。
【請求項１５】
内部を真空状態に保持され試料を処理する試料室と、内部を真空状態に保持され電子線を発生して試料室内の資料に電子線を照射するカラムと、試料室の内部にレーザヘッドを含む試料測長用のレーザ測長系を有するレーザ測長システムを適用した半導体製造装置において、レーザヘッドの内部にレーザ光を出射するレーザチューブと、レーザチューブを内部に備えたハウジングとを備え、ハウジングの壁面にレーザチューブから出射したレーザ光を外部に出射する開口部を有する照射部を備え、ハウジングの内部にはレーザチューブから出射したレーザ光を分光して基準レーザ光として外部に導くファイバと、レーザチューブにレーザ光の出射に必要な電力を供給する電源ケーブルを夫々配設し、ハウジングは胴部部材と胴部部材に接合して一体の構造物に組み立てられる端部部材とからなる複数の部材に分割構成し、ファイバ及び電源ケーブルをハウジングの内部に導くフィードスルー部をハウジングを分割構成する部材の壁面に取り付け可能に構成し、このハウジングを分割構成している複数の部材の接合面に気密材を介在させて相互に接合させて組み立て、フィードスルー部及び照射部も気密材を介在させてハウジングを分割構成する部材の壁面に夫々取り付け、ハウジングの壁面に形成した照射部の開口部に透過材を気密材を介して取り付けてハウジングの内部を気密に形成していることを特徴とするレーザ測長システムを適用した半導体製造装置。
【請求項１６】
内部を真空状態に保持され試料を処理する試料室と、内部を真空状態に保持され電子線を発生して試料室内の資料に電子線を照射するカラムと、試料室に隣接して設置されたレーザヘッドを収容するヘッドチャンバと、試料室の内部に試料測長用のレーザ測長系を有するレーザ測長システムを適用した半導体製造装置において、ヘッドチャンバの内部にレーザ光を出射するレーザチューブと、レーザチューブを内部に備えたハウジングとを備え、ハウジングの壁面にレーザチューブから出射したレーザ光を外部に射出する開口部を有する照射部を備え、ハウジングの内部にレーザチューブから出射したレーザ光を分光して基準レーザ光として外部に導くファイバと、レーザチューブにレーザ光の出射に必要な電力を供給する電源ケーブルを夫々配設したレーザヘッドを備えて、ヘッドチャンバを胴部部材と胴部部材に接合して一体の構造物に組み立てられる端部部材とからなる複数の部材に分割構成し、ファイバ及び電源ケーブルをヘッドチャンバの内部のハウジングに導くフィードスルー部をヘッドチャンバを分割構成する部材の壁面に取り付け可能に構成し、このヘッドチャンバを分割構成している複数の部材の接合面に気密材を介在させて相互に接合させて組み立て、レーザ光を外部に射出する開口部を有するチャンバ照射部をヘッドチャンバの壁面に備えさせ、フィードスルー部及びチャンバ照射部を気密材を介在させてヘッドチャンバを分割構成する部材の壁面に夫々取り付け、ヘッドチャンバの壁面に形成したチャンバ照射部の開口部に透過材を気密材を介して取り付けてヘッドチャンバの内部を気密に形成していることを特徴とするレーザ測長システムを適用した半導体製造装置。
【請求項１７】
内部を真空状態に保持され試料を処理する試料室と、内部を真空状態に保持され電子線を発生して試料室内の資料に電子線を照射するカラムと、試料室の内部にレーザヘッドを含む試料測長用のレーザ測長系を有するレーザ測長システムを適用した半導体検査装置において、レーザヘッドの内部にレーザ光を出射するレーザチューブと、レーザチューブを内部に備えたハウジングとを備え、ハウジングの壁面にレーザチューブから出射したレーザ光を外部に出射する開口部を有する照射部を備え、ハウジングの内部にはレーザチューブから出射したレーザ光を分光して基準レーザ光として外部に導くファイバと、レーザチューブにレーザ光の出射に必要な電力を供給する電源ケーブルを夫々配設し、ハウジングは胴部部材と胴部部材に接合して一体の構造物に組み立てられる端部部材とからなる複数の部材に分割構成し、ファイバ及び電源ケーブルをハウジングの内部に導くフィードスルー部をハウジングを分割構成する部材の壁面に取り付け可能に構成し、このハウジングを分割構成している複数の部材の接合面に気密材を介在させて相互に接合させて組み立て、フィードスルー部及び照射部も気密材を介在させてハウジングを分割構成する部材の壁面に夫々取り付け、ハウジングの壁面に形成した照射部の開口部に透過材を気密材を介して取り付けてハウジングの内部を気密に形成していることを特徴とするレーザ測長システムを適用した半導体検査装置。
【請求項１８】
内部を真空状態に保持され試料を処理する試料室と、内部を真空状態に保持され電子線を発生して試料室内の資料に電子線を照射するカラムと、試料室に隣接して設置されたレーザヘッドを収容するヘッドチャンバと、試料室の内部に試料測長用のレーザ測長系を有するレーザ測長システムを適用した半導体検査装置において、ヘッドチャンバの内部にレーザ光を出射するレーザチューブと、レーザチューブを内部に備えたハウジングとを備え、ハウジングの壁面にレーザチューブから出射したレーザ光を外部に射出する開口部を有する照射部を備え、ハウジングの内部にレーザチューブから出射したレーザ光を分光して基準レーザ光として外部に導くファイバと、レーザチューブにレーザ光の出射に必要な電力を供給する電源ケーブルを夫々配設したレーザヘッドを備えて、ヘッドチャンバを胴部部材と胴部部材に接合して一体の構造物に組み立てられる端部部材とからなる複数の部材に分割構成し、ファイバ及び電源ケーブルをヘッドチャンバの内部のハウジングに導くフィードスルー部をヘッドチャンバを分割構成する部材の壁面に取り付け可能に構成し、このヘッドチャンバを分割構成している複数の部材の接合面に気密材を介在させて相互に接合させて組み立て、レーザ光を外部に射出する開口部を有するチャンバ照射部をヘッドチャンバの壁面に備えさせ、フィードスルー部及びチャンバ照射部を気密材を介在させてヘッドチャンバを分割構成する部材の壁面に夫々取り付け、ヘッドチャンバの壁面に形成したチャンバ照射部の開口部に透過材を気密材を介して取り付けてヘッドチャンバの内部を気密に形成していることを特徴とするレーザ測長システムを適用した半導体検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度な測定を可能とするレーザ測長システムに係わり、特にレーザ測長システムを適用するレーザヘッド、レーザヘッドを収容するヘッドチャンバ、レーザ測長システムを適用した半導体製造装置又は半導体検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料等の位置情報を精度良く測定する手段としてレーザ測長システムが利用されている。例えば、ＮＣフライス盤に代表される工作機械、３次元測定器に代表される測定器、スキャナ、電子線描画装置に代表される半導体製造装置、欠陥検査装置に代表される半導体検査装置など数多くの分野が挙げられる。
【０００３】
その中でも特に半導体製造装置、及び半導体検査装置においては、回路パターン集積度の増加に伴い、より高精度な試料位置情報が得られるレーザ測長システムが求められている。
【０００４】
例えば回路パターンの線幅が４５ｎｍでは、許容される位置誤差は数ｎｍ程度であるが、様々な誤差要因を鑑みるとレーザ測長システムに許される誤差は１ｎｍ程度と非常に小さい値になる。
【０００５】
今後もこのような回路パターン集積度の増加は進むと考えられ、レーザ測長システムに許される誤差は益々小さくなることが予測される。
【０００６】
特開平９−２１０６１５号公報には、レーザ測長システムの測長誤差低減を目的としてレーザヘッドの開口部にガラス板等の透光部材を配置して、開口部から空気が出入りすることを防ぎ、レーザヘッド内部の温度変動を防止するレーザヘッドの構成が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２１０６１５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
レーザ測長システムの誤差要因としては、前述したレーザヘッド内部の温度変動の他にもレーザヘッド内部の圧力変動が挙げられる。
【０００９】
この圧力変動の原因として、低気圧（高気圧）等の大気圧変動、装置が設置される建物内部の気圧制御或いは装置周辺を恒温に保つ為のダウンフロー（空気温調の風）による気圧変動がある。
【００１０】
レーザヘッド内部の圧力変動が生ずると、内包するレーザチューブ自体の長さが変動することや、レーザチューブから照射されたレーザ光の通過する空気に影響を及ぼして波長が変動することが問題となる。
【００１１】
また、レーザ測長システムのレーザヘッドのハウジング、或いはレーザヘッドを収容するヘッドチャンバは、その製作に際して保守点検時の分解、組み立てが容易な構成になっていない。
【００１２】
本発明の目的は、レーザヘッドの内部への風の侵入やレーザヘッドの内部の圧力変動を防止して高精度なレーザ測長を可能にすると共に、レーザヘッドのハウジングの製作、或いはレーザヘッドを収容するヘッドチャンバの製作に際して保守点検時の分解、組み立てが容易な構成にしたレーザ測長システムを実現するレーザヘッド、レーザヘッドを収容するヘッドチャンバ、レーザ測長システムを適用した半導体製造装置又は半導体検査装置を夫々提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のレーザ測長システムのレーザヘッドは、レーザ光を出射するレーザチューブと、レーザチューブを内部に備えたハウジングとを備え、ハウジングの壁面にレーザチューブから出射したレーザ光を外部に射出する開口部を有する照射部を備え、ハウジングの内部にはレーザチューブから出射したレーザ光を分光して基準レーザ光として外部に導くファイバと、レーザチューブにレーザ光の出射に必要な電力を供給する電源ケーブルを夫々配設したレーザ測長システムのレーザヘッドにおいて、ハウジングを胴部部材と胴部部材に接合して一体の構造物に組み立てられる端部部材とからなる複数の部材に分割構成し、ファイバ及び電源ケーブルをハウジングの内部に導くフィードスルー部をハウジングを分割構成する部材の壁面に取り付け可能に構成し、このハウジングを分割構成している複数の部材の接合面に気密材を介在させて相互に接合させて組み立て、フィードスルー部及び照射部も気密材を介在させてハウジングを分割構成する部材の壁面に夫々取り付け、ハウジングの壁面に形成した照射部の開口部に透過材を気密材を介して取り付け、ハウジングの内部を気密に形成するように構成したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバは、レーザ光を出射するレーザチューブと、レーザチューブを内部に備えたハウジングとを備え、ハウジングの壁面にレーザチューブから出射したレーザ光を外部に出射する開口部を有する照射部を備え、ハウジングの内部にレーザチューブから出射したレーザ光を分光して基準レーザ光として外部に導くファイバと、レーザチューブにレーザ光の出射に必要な電力を供給する電源ケーブルを夫々配設したレーザヘッドを内部に備えたレーザ測長システムのレーザヘッドを収容するヘッドチャンバにおいて、ヘッドチャンバを胴部部材と胴部部材に接合して一体の構造物に組み立てられる端部部材とからなる複数の部材に分割構成し、ファイバ及び電源ケーブルをヘッドチャンバの内部のハウジングに導くフィードスルー部をヘッドチャンバを分割構成する部材の壁面に取り付け可能に構成し、このヘッドチャンバを分割構成している複数の部材の接合面に気密材を介在させて相互に接合させて組み立て、レーザ光を外部に射出する開口部を有するチャンバ照射部をヘッドチャンバの壁面に備えさせ、フィードスルー部及びチャンバ照射部を気密材を介在させてヘッドチャンバを分割構成する部材の壁面に夫々取り付け、ヘッドチャンバの壁面に形成したチャンバ照射部の開口部に透過材を気密材を介して取り付け、ヘッドチャンバの内部を気密に形成するように構成したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のレーザ測長システムを適用した半導体製造装置或いは半導体検査装置は、内部を真空状態に保持され試料を処理する試料室と、内部を真空状態に保持され電子線を発生して試料室内の資料に電子線を照射するカラムと、試料室の内部にレーザヘッドを含む試料測長用のレーザ測長系を有するレーザ測長システムを適用した半導体製造装置において、レーザヘッドの内部にレーザ光を出射するレーザチューブと、レーザチューブを内部に備えたハウジングとを備え、ハウジングの壁面にレーザチューブから出射したレーザ光を外部に出射する開口部を有する照射部を備え、ハウジングの内部にはレーザチューブから出射したレーザ光を分光して基準レーザ光として外部に導くファイバと、レーザチューブにレーザ光の出射に必要な電力を供給する電源ケーブルを夫々配設し、ハウジングは胴部部材と胴部部材に接合して一体の構造物に組み立てられる端部部材とからなる複数の部材に分割構成し、ファイバ及び電源ケーブルをハウジングの内部に導くフィードスルー部をハウジングを分割構成する部材の壁面に取り付け可能に構成し、このハウジングを分割構成している複数の部材の接合面に気密材を介在させて相互に接合させて組み立て、フィードスルー部及び照射部も気密材を介在させてハウジングを分割構成する部材の壁面に夫々取り付け、ハウジングの壁面に形成した照射部の開口部に透過材を気密材を介して取り付けてハウジングの内部を気密に形成するように構成したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のレーザ測長システムを適用した半導体製造装置或いは半導体検査装置は、内部を真空状態に保持され試料を処理する試料室と、内部を真空状態に保持され電子線を発生して試料室内の資料に電子線を照射するカラムと、試料室に隣接して設置されたレーザヘッドを収容するヘッドチャンバと、試料室の内部に試料測長用のレーザ測長系を有するレーザ測長システムを適用した半導体製造装置において、ヘッドチャンバの内部にレーザ光を出射するレーザチューブと、レーザチューブを内部に備えたハウジングとを備え、ハウジングの壁面にレーザチューブから出射したレーザ光を外部に射出する開口部を有する照射部を備え、ハウジングの内部にレーザチューブから出射したレーザ光を分光して基準レーザ光として外部に導くファイバと、レーザチューブにレーザ光の出射に必要な電力を供給する電源ケーブルを夫々配設したレーザヘッドを備えて、ヘッドチャンバを胴部部材と胴部部材に接合して一体の構造物に組み立てられる端部部材とからなる複数の部材に分割構成し、ファイバ及び電源ケーブルをヘッドチャンバの内部のハウジングに導くフィードスルー部をヘッドチャンバを分割構成する部材の壁面に取り付け可能に構成し、このヘッドチャンバを分割構成している複数の部材の接合面に気密材を介在させて相互に接合させて組み立て、レーザ光を外部に射出する開口部を有するチャンバ照射部をヘッドチャンバの壁面に備えさせ、フィードスルー部及びチャンバ照射部を気密材を介在させてヘッドチャンバを分割構成する部材の壁面に夫々取り付け、ヘッドチャンバの壁面に形成したチャンバ照射部の開口部に透過材を気密材を介して取り付けてヘッドチャンバの内部を気密に形成するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、レーザヘッドの内部への風の侵入やレーザヘッドの内部の圧力変動を防止して高精度なレーザ測長を可能にすると共に、レーザヘッドのハウジングの製作、或いはレーザヘッドを収容するヘッドチャンバの製作に際して保守点検時の分解、組み立てが容易な構成にしたレーザ測長システムを実現するレーザヘッド、レーザヘッドを収容するヘッドチャンバ、レーザ測長システムを適用した半導体製造装置又は半導体検査装置を夫々実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の実施例であるレーザ測長システムのレーザヘッド、ヘッドチャンバ、レーザ測長システムを適用した半導体製造装置又は半導体検査装置の夫々について図面を参照して以下に説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の第１の実施例であるレーザ測長システムのレーザヘッドについて図１乃至図４を用いて説明する。
【００２０】
図１はレーザ測長システムの基本的な構成を示す断面図であり、図２はその側面図を表している。主な構成部分以外の詳細な部品については図示を省略している為、実際には図示していないセンサや制御基板等が実装されていることもある。
【００２１】
図１及び図２において、レーザ測長システムのレーザヘッド１００は、ハウジング１と、このハウジング１の内部に設置されレーザ光を発生させて出射するレーザチューブ２とを備えている。
【００２２】
ここで、ハウジング１は内部部品の組込みを可能とする為に、内部に空間部を区画する矩形状の胴部部材１aと、この矩形状の胴部部材１aの長手方向の端部を閉塞する矩形状の端部部材１b及び端部部材１cとに複数個に分割されて構成されている。
【００２３】
ハウジング１の胴部部材１aは、内部に配置される各機器を設置する厚肉に形成され胴部部材１aの一部を構成する底部部材１dと、この底部部材１dを側部及び上部から覆う薄肉に形成された胴部部材１aにより構成されている。
【００２４】
そして、これら分割構成されハウジング１を形成する底部部材１dを含む胴部部材１a、端部部材１b及び端部部材１cの各々の構成部分がネジ５０により相互に固着されて一体のハウジング１を形成している。
【００２５】
また、ハウジング１を貫通して内部の機器に電気を供給するために、電源ケーブル２１及び電源ケーブル２２を導くコネクタフィードスルー７がハウジング１の長手方向の端部である一方の端部部材１bにネジ５０により取り付けられている。
【００２６】
同様にハウジング１のレーザチューブ２から出射したレーザー光から分光したＬ２光３０をレーザ基板に導入させるために配設されたファイバ２１及びファイバ２２を導入するファイバフィードスルー８がハウジング１の長手方向の端部の端部部材１bにネジ５０により取り付けられている。
【００２７】
ハウジング１の内部の胴部部材１aを構成する底部部材１dには、レーザチューブ２から出射されたレーザ光を分光するビームスプリッタ５及びレーザ光を曲げるベンダーミラー６が夫々設置されている。
【００２８】
そして、レーザチューブ２から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ５によってＬ１光３１（測定に使用）と、Ｌ２光３０（基準光として使用）とに分光され、分光したＬ２光３０はベンダーミラー６によって曲げられる。
【００２９】
ハウジング１の長手方向の端部となる他方の端部部材１cには開口部４を有する照射部３が設けられており、ビームスプリッタ５によって分光したＬ１光３１は照射部３に設けた開口部４を通過して、ハウジング１から離間して配置された干渉計４０に進行する。
【００３０】
干渉計４０に進行したＬ１光３１は干渉計４０内で更に測定光と参照光に分光され、測定光は干渉計４０の更に先に配置された移動体であるバーミラー４１（被測定物）に進行し、このバーミラー４１にて反射した後に再び干渉計４０に進入して、この干渉計４０内で参照光と合成される。
【００３１】
図１及び図２に示したレーザ測長システムは、測定対象物であるバーミラー４１に２回レーザ光が入反射するダブルパス方式と呼ばれる光学構成の例であるが、このダブルパス方式だと１回レーザ光が入反射するシングルパス方式の２倍の測定分解能を有している。
【００３２】
干渉計４０にて参照光と合成されたレーザ光は、ある干渉状態で干渉計４０の近傍に設置したピックアップ４２に入射し、ピックアップ４２からはファイバ２１（光ファイバ）を通じて図示しないレーザ基板に導入される。
【００３３】
そしてバーミラー４１が移動すると上記の干渉状態が変化して、同じくレーザヘッド１００からファイバ２１により導入されたＬ２光３０と共にレーザ基板内において電気的処理されることで、干渉計４０とバーミラー４１の相対的な距離変動を数値化できる構成となっている。
【００３４】
電源ケーブル２０を通じて供給される電気はハウジング１の端部部材１bに取り付けたコネクタフィードスルー７を介して接続電源ケーブル２２によってレーザヘッド１００の内部のレーザチューブ２に供給され、レーザチューブ２からレーザー光を出力する発振動力となる。
【００３５】
レーザチューブ２で出力し出射したレーザ光はビームスプリッタ５によってＬ１光（測定に使用）３１と、Ｌ２光３０（基準光として使用）とに分光され、分光したＬ２光３０はベンダーミラー６によって曲げられてハウジング１の端部部材１bに取り付けたファイバフィードスルー８を介してレーザヘッド１００の外部へと導かれ、ファイバ２１を通じて図示していないレーザ基板に導入される。
【００３６】
尚、本実施例で示した方式であるレーザチューブ２から生成されたレーザ光を分光して基準光とする方法以外でも、レーザヘッド１００から基準光を出力する形態であれば、本発明の本質効果は同じである。
【００３７】
また、本実施例では外部接続構成として電源ケーブル２０とファイバ２１のみを代表として記載したが、その他レーサヘッド１００のハウジング１の内部に通信ケーブルや、センサケーブル等があれば、電源ケーブル、或いはファイバ用のフィードスルーを設ければよい。
【００３８】
本実施例では、レーザヘッド１００のハウジング１の内部は高い気密性を保つように構成されている。
【００３９】
図１及び図２において、ハウジング１を形成する胴部部材１a、端部部材１b及び端部部材１cの各構成部分がネジ５０により相互に固着されて一体のハウジング１を形成している。
【００４０】
これらの胴部部材１a、端部部材１b及び端部部材１cの各々の構成部分は、図３に示すように夫々の構成部分の接合面の一方である、例えば胴部部材１aの接合面にＯリング用の溝９０を形成し、このＯリング用の溝９０の内部にＯリング７０を配設させた上で、ネジ５０により胴部部材１aの接合面と端部部材１b又は端部部材１cとを相互に固着させて張り合わされている。
【００４１】
また、配設されたＯリング７０と直接接触するハウジング１の前記各構成部分の接合面については気密性を保つ為に表面粗さが小さくなるよう仕上加工されている（例えば平均粗さ：０．８μｍ）。
【００４２】
また、ハウジング１の端部部材１bに取り付けられたコネクタフィードスルー７及びファイバフィードスルー８についても、Ｏリング７０を介してネジ５０によりハウジング１の端部部材１bに取り付けられている。
【００４３】
ハウジング１の端部部材１cに取り付けられた照射部３におけるハウジング１の内部に面した平面には、ホルダ４４に保持されたガラス等の透過材４３と密着するようにＯリング７０を配設させた上でネジ５０によってホルダ４４が取り付けられており、照射部３の開口部４を塞いでいる。
【００４４】
上記した本実施例の構成によって、レーザヘッド１００のハウジング１の内部はレーザヘッド１００の外部とほぼ完全に分離される為、たとえハウジング１の外部で気圧変動が生じたとしても、レーザヘッド１００のハウジング１の内部の気圧は一定に保たれて気圧変動による測長誤差を殆ど生じない。
【００４５】
また、レーザヘッド１００のハウジング１の内部は外部からの空気の出入りも完全に防止できる為、レーザヘッド１００のハウジング１の内部では空気の揺らぎによる屈折率の変化、或いは温度変化が低減可能となる。
【００４６】
更に、レーザヘッド１００のハウジング１の内部には水分を除去したドライエア、或いは窒素などを封入（置換）しておくことで、外気の温度変化によるハウジング１の内部の結露を防止できる。
【００４７】
或いは、ハウジング１の胴部部材１aに開閉弁となるバルブ８０を取り付け、このバルブ８０から配管を通じて真空ポンプ７５により真空引きしてハウジング１の内部を１００００Ｐａ〜１０００Ｐａ程度の真空にする。
【００４８】
その後、バルブ８０を閉弁してレーザヘッド１００のハウジング１の内部を１００００Ｐａ〜１０００Ｐａ程度の真空に保持することでハウジング１の内部は十分結露防止の効果が期待できる。
【００４９】
通常、レーザヘッド１００のハウジング１の内部に気体が封入されていると気体自身の温度により自然対流が発生する為、若干ではあるがハウジング１の内部の気体に揺らぎが生ずる。そこで、レーザヘッド１００のハウジング１の内部を真空引きしておけば、気体の自然対流自体も大きく低減される為、更なる高精度なレーザ測長が可能となる。
【００５０】
本実施例のレーザ測長システムのレーザヘッド１００におけるハウジング１の胴部部材１aにはバルブ８０が取り付けられており、このバルブ８０を操作することによりレーザヘッド１００のハウジング１の内部にドライエア等のガスを封入する作業や、内部を真空引きする時にこれらの機器との接続口として使用すればこれらの作業が容易になる。
【００５１】
バルブ８０の代替としては単純な筒状部品を接続口としてハウジング１の筒部材１aに取り付けておき、ガスの封入後、或いは真空引き後に筒状部品を大型のペンチ等で潰し、溶断して封じても同様の効果が得られるが、バルブのように再使用はできない。
【００５２】
尚、真空引きの際には、レーザヘッド１００のハウジング１の内部に用いる部品の耐真空性能を十分検討する必要がある。
【００５３】
例えば、レーザチューブ２の図示していない制御基板などが内部に用いられている場合、基板自体の耐真空性能の他、素子の耐真空性能も十分考慮すべきである。
【００５４】
さらに真空度が１００Ｐａ程度になるとグロー放電と呼ばれる放電現象が起き易くなり、素子に重大な損傷を与える可能性がある為、真空度についても十分考慮が必要である。
【００５５】
レーザヘッド１００のハウジング１の端部部材１cに設置した照射部３にホルダ４４に保持されて取り付けられる透過材４３には反射防止膜を施すようにすれば良い。
【００５６】
反射防止膜を透過材４３にコーティングすることによって、仮にハウジング１の照射部３に形成した開口部４を通じてレーザー光が入射した場合でも、透過材４３で反射した反射光がレーザチューブ２に入射することが防止できるのでレーザチューブ２でのレーザー光の発信に悪影響を与えることが阻止できる。
【００５７】
また、図４に示すようにハウジング１の内部側の照射部３にホルダ４４に保持されて取り付けられる透過材４３をレーザ光軸に対して角度θだけ傾けて実装するようにすれば、透過材４３で反射した反射光をレーザチューブ２に入射してしまう方向から反らせることができるので、レーザチューブ２での良好なレーザ発振状態を維持可能である。
【００５８】
勿論、反射防止膜を施した透過材４３をレーザ光軸に対して傾けて実装した方が効果は大きいが、影響の程度により実装方法を選択するべきである。
【００５９】
ハウジング１の材料については、ハウジング１の内部に実装されるレーザチューブ２に歪みを生じさせない為に、ハウジング１の外部の温度変化によって生ずる熱膨張が小さい材料が望ましい。
【００６０】
特に、ニッケルが３６％、残部が鉄のインバーとよばれるニッケル合金材をハウジング１の材料に採用すると、一般的に熱膨張係数が２×１０−６以下と小さい為に非常に有効である。
【００６１】
更に、コバルトが数％程度、ニッケルが３６％、残部が鉄のスーパーインバーとよばれるコバルト・ニッケル合金材をハウジング１の材料に採用すると、一般に熱膨張係数が１×１０−６以下と小さい為に非常に効果が大きい。
【００６２】
また、レーザヘッド１００の外気に温度変化が生じ、ハウジング１を伝導してハウジング１の内部の気体温度が変化するとハウジング１の内部で圧力変動が生ずる可能性がある。
【００６３】
従って、レーザヘッド１００の外気の温度が一定である環境が望ましいが、温度変化の影響を低減する為には熱伝導の小さい材料をハウジング１に適用することも有効である。純鉄の熱伝導率は約８０Ｗ／ｍＫと非常に小さいが、前述したインバー、或いはスーパーインバーの材料でも熱伝導率は１１Ｗ／ｍＫとほぼ同程度の小さな値を実現できる。
【００６４】
従って、ハウジング１の材料にインバー、或いはスーパーインバーを適用することは、レーザヘッド１００の外気の温度変化に対してハウジング１の内部の温度を一定に保持するために非常に有効な手段と言える。
【００６５】
但し、インバーは普通の鉄と比べて高価であるため、ハウジング１を分割構成する設計の際に、レーザチューブ２や、光学部品等の位置変動すると測定精度が劣化する部品を取り付けるハウジング部分は高剛性に設計してインバーを適用すると共に、その他位置変動しても精度に影響のない部分を低剛性に設計し、インバー以外の材料を適用すればコストダウンが可能となる。
【００６６】
例えばレーザチューブ２を直接設置しているハウジング１の胴部部材１aの底部部材１dをインバー材又はスーパーインバー材で形成し、底部部材１d以外の胴部部材１a及び端部部材１b、１cをステンレス、アルミ等の金属部材形成すれば良い。
【００６７】
本実施例では、ハウジング１、各フィードスルー７，８、透過材４３に全てＯリング７０を設置して取り付けた構成を示したが、気密性を保つ機能を有する気密保持材であればＯリング以外でも適用可能である。例えば金属パッキンや成型ゴムも十分使用可能である。
【００６８】
また、レーザヘッド１００のハウジング１の内部のメンテナンスを実施しない運用方法であれば接着剤、或いは充填剤のような硬化剤による気密保持方法を採用しても同様の効果が得られる。
【００６９】
エポキシ系の接着剤であれば真空中での経時変化が生じ難く、放出ガスも少ないので本実施例の使用に適している。勿論、ハウジング１にはＯリング７０を配設し、フィードスルー７，８の取り付けには硬化剤を使用するなどの気密手段を複数組み合わせて併用しても良い。
【００７０】
本発明の上記した実施例によれば、レーザヘッドの内部への風の侵入、或いはレーザヘッドの内部の圧力変動を防止して高精度なレーザ測長を可能にすると共に、レーザヘッドのハウジングの製作に際して保守点検時の分解、組み立てが容易な構成にしたレーザ測長システムを実現するレーザヘッドが実現できるという効果を奏する。
【実施例２】
【００７１】
次に、本発明の第２の実施例であるレーザ測長システムのレーザヘッドについて図５及び図６を用いて説明する。
【００７２】
図５はレーザ測長システムの基本的な構成を示す部分断面図を、図２はその側面図を夫々表している。
【００７３】
図５及び図６において、本実施例のレーザ測長システムのレーザヘッドは図１乃至図４に示した第１の実施例のレーザ測長システムのレーザヘッドと基本的な構成は同じであるので、共通した構成及び作用の説明は省略して、相違した部分のみ説明する。
【００７４】
図５及び図６において、本実施例のレーザヘッド１００のハウジング１も内部部品の組込みを可能とする為に、内部に空間部を区画する矩形状の胴部部材１aと、この矩形状の胴部部材１aの長手方向の端部を閉塞する矩形状の端部部材１b及び端部部材１cとに複数個に分割されて構成されている。
【００７５】
そして、これら分割構成されハウジング１を形成する底部部材１dを含む胴部部材１a、端部部材１b及び端部部材１cの各々の構成部分がネジ５０により相互に固着されて一体のハウジング１を形成している。
【００７６】
これらの胴部部材１a、端部部材１b及び端部部材１cの各々の構成部分は、図３に示すように接合面の一方である胴部部材１aの接合面にＯリング用の溝９０を形成し、このＯリング用の溝９０の内部にＯリング７０を配設させた上で、ネジ５０により胴部部材１aの接合面と端部部材１b又は端部部材１cとを相互に固着させて張り合わされている。
【００７７】
このように、ハウジング１を構成する各分割部材の連結にＯリング７０を配設することによりハウジング１の内部は気密が保たれている為、外部から隔離された状態となる。
【００７８】
一方、ハウジング１の胴部部材１aの外面には温度調整用のヒータ２５を実装すると共に、レーザヘッド１００のハウジング１の内部に温度センサ１１０を設置している。
【００７９】
温度センサ１１０によって検出されたハウジング１の内部の温度信号は、温度センサ１１０に繋がった接続センサケーブル２４、及びハウジング１の胴部部材１aに取り付けられたセンサフィードスルー９を介して配設された外部のセンサケーブル２３を通じて図示していない温度制御部に入力される。
【００８０】
この図示されていない温度制御部では、所望の目標温度を設定しておき、温度センサ１１０で検出されたハウジング１の内部の温度信号に基づいてハウジング１の胴部部材１aの外面に設置した温度調整用のヒータ２５にヒータケーブル２６を通じて前記の目標温度にするための温度調節に必要な電気を供給して、ハウジング１の内部の温度を所望の目標温度に一致するように制御している。
【００８１】
尚、センサフィードスルー９はＯリング７０を介してハウジング１の胴部部材１aにネジ５０により固定されており、レーザヘッド１００のハウジング１の内部の気密状態を保っている。
【００８２】
一方、図示していない温度制御部は、温度センサ１１０の抵抗値を温度に変換する温度変換器と、ヒータ２５に電流を流すドライバと、温度センサ１１０の検出温度を基に、目標温度となるヒータ２５の温度制御を行う電流をフィードバック制御する制御器により構成されている。
【００８３】
本実施例の特徴は、ハウジング１の胴部部材１aの外面に取り付けたヒータ２５を制御することによりレーザヘッド１００のハウジング１の内部の温度を一定に保つことを可能にしたことにある。
【００８４】
このように構成したことにより、レーザヘッド１００の外気が温度変化した場合でもレーザヘッド１００のハウジング１の内部の気体が一定の温度に保たれているので、気密に保たれたハウジング１の内部の気体圧力も一定の状態に保持でき、よってハウジング１の内部に設置されたレーザチューブ２からはレーザー光が正確に出力されるので安定した高精度なレーザ測長が可能となる。
【００８５】
本実施例では、レーザヘッド１００のハウジング１の胴部部材１aの外面にヒータ２５を配置した例を示したが、ハウジング１を加熱できるヒータであればハウジング１のいずれかの箇所にヒータを設置しても同様の効果が期待できる。
【００８６】
本実施例に適用したヒータ２５の温度制御は加熱制御であるが、レーザヘッド１００の外気温度よりもハウジング１の内部に温度が若干高めの温度となるように目標温度を設定するのが望ましい。
【００８７】
一方、ヒータ２５の替りに水に代表される温度調節流体が流れる温度調節流路をハウジング１の胴部部材１aの外面に配設して、この温度調節流体の温度を制御するようにしてもレーザヘッド１００のハウジング１の内部の温度を所望の目標温度に保つことが可能である。
【００８８】
また、レーザヘッド１００のハウジング１の内部の温度を計測せずに、常に一定の温度に保持した温度調節流体を温度調節流路に流す方法でも、ハウジング１の内部の温度を比較的一定に保つことは可能であり、本構成では温度センサ１００の他に、温度変換器等が不要となり温度調節装置のみの単純な構成でハウジング１の内部の温度を一定の温度に保持することが実現できる。
【００８９】
尚、ヒータ２５を配設した場合の方が、水のような温度調節流体を使用するよりも温度制御に対する応答が早くて制御性も良い為、レーザヘッド１００のハウジング１の内部の温度をより高い精度、且つ高応答で制御することが可能となる。
【００９０】
上記した本実施例によれば、レーザヘッドの内部への風の侵入、或いはレーザヘッドの内部の圧力変動を防止して高精度なレーザ測長を可能にすると共に、レーザヘッドのハウジングの製作に際して保守点検時の分解、組み立てが容易な構成にしたレーザ測長システムを実現するレーザヘッドが実現できるという効果を奏する。
【実施例３】
【００９１】
次に、本発明の第３の実施例であるレーザ測長システムのレーザヘッドを備えたヘッドチャンバについて図７及び図８を用いて説明する。
【００９２】
図７はレーザ測長システムの主要部の構成を示すレーザヘッドを備えたヘッドチャンバの断面図を、図８は図７の側面を示すレーザヘッドを備えたヘッドチャンバの断面図を夫々表している。
【００９３】
図７及び図８において、本実施例のレーザ測長システムのレーザヘッドは図１乃至図４に示した第１の実施例のレーザ測長システムのレーザヘッドと基本的な構成は同じであるので、共通した構成及び作用の説明は省略して、相違した部分のみ説明する。
【００９４】
図７及び図８において、本実施例のレーザヘッド１００は市販されている汎用品を用いているため、レーザヘッド１００を構成するハウジング１にはハウジング１の内部を機密に保つＯリング及びＯリング用の溝は形成されていない。
【００９５】
そして、上記汎用品のレーザヘッド１００はヘッドチャンバ３００内に配置されている。
【００９６】
ヘッドチャンバ３００は内部部品の組込みを可能とする為に、内部に空間部を区画する矩形状の胴部部材３００aと、この矩形状の胴部部材３００aの長手方向の端部を閉塞する矩形状の端部部材３００b及び端部部材３００cとに複数個に分割されて構成されている。
【００９７】
そして、これら分割構成されヘッドチャンバ３００を形成する底部部材３００dを含む胴部部材３００a、端部部材３００b及び端部部材３００cの各々の構成部分がネジ５０により相互に固着されて一体のハウジングヘッドチャンバ３００を形成している。
【００９８】
ヘッドチャンバ３００の胴部部材３００a、端部部材３００b及び端部部材３００cの各々の構成部分は、図３に示すハウジング１の接合面と同様に、ヘッドチャンバ３００の各構成部分の接合面の一方である胴部部材３００aの接合面に図示していないＯリング用の溝９０を形成し、このＯリング用の溝９０の内部にＯリング７０を配設させた上で、ネジ５０により胴部部材３００aの接合面と端部部材３００b又は端部部材３００cとを相互に固着させて張り合わされている。
【００９９】
また、ヘッドチャンバ３００は内部部品となるレーザヘッド１００は、レーザヘッド１００のハウジング１を、押しネジ５１によりレベリング調整さした後にネジ５０によりヘッドチャンバ３００を構成する胴部部材３００aの底部部材３００d上に固定されている。
【０１００】
レーザヘッド１００のハウジング１の端部部材１cに取り付けられ、開口部４を有する照射部３と面したヘッドチャンバ３００を構成する一方の端部部材となる端部部材３００cには、チャンバ開口部１１４を有するチャンバ照射部１２３が取り付けられている。
【０１０１】
チャンバ照射部１２３はホルダ４４に保持されたガラス等の透過材４３と密着するように、Ｏリング７０を端部部材３００cの接合面に形成した図示していないＯリング用の溝９０に配設させた上でネジ５０によってホルダ４４が端部部材３００cの外面側に取り付けられている。
【０１０２】
本実施例におけるレーザヘッド１００のハウジング１の構造は、図１乃至図４に示す第１の実施例であるハウジング１の構造とＯリング７０及びＯリング用の溝９０が備えられていない点を除き共通しているのでここでは説明を省略する。
【０１０３】
レーザヘッド１００のハウジング１のレーザチューブ２で発生させたレーザ光のＬ１光３１を照射するために形成したチャンバ開口部１１４を有するチャンバ照射部１２３には透過材４３が配置されており、同じくＯリング７０を介してホルダ４４により固定される。
【０１０４】
一方、レーザヘッド１００のハウジング１の端部部材１ｂに取り付けたコネクタフィードスルー７及びファイバフィードスルー８を介して導かれるレーザヘッド１００に接続している中継電源ケーブル１２０及び中継ファイバ１２１は、ヘッドチャンバ３００を構成する他方の端部部材となる端部部材３００ｂの外面にＯリング７０を介して取り付けられているチャンバコネクタフィードスルー１１１及びチャンバファイバフィードスルー１１２によってヘッドチャンバ３００の外部へと夫々案内され、図示していない電源、及びレーザ基板に各々導入される。
【０１０５】
本実施例の構成を採用することにより、ヘッドチャンバ３００の内部は高い気密性を保つように構成されて外気から隔離された状態となり、前記した第１の実施例及び第２の実施例のレーザヘッド１００の内部と同様にヘッドチャンバ３００の外部に気圧変動が生じたとしてもヘッドチャンバ３００の内部の気圧は一定に保たれるので、高精度なレーザ測長が可能となる。
【０１０６】
また、図８に示すようにヘッドチャンバ３００の内部に配置されたレーザヘッド１００の胴部部材３００aの外面に水に代表される温度調整流体が流れる温度調節流路９１が形成されたヒートシンク２７が取り付けられている。
【０１０７】
ヘッドチャンバ３００の端部部材３００ｂにはレーザヘッド１００の胴部部材３００aの外面に設けられたヒートシンク２７に温度調整流体を供給する中継チューブ１２２を保持する継手フィードスルー１１３がＯリング７０を介して取り付けられている。
【０１０８】
ヘッドチャンバ３００の端部部材３００ｂに取り付けた継手フィードスルー１１３にはヘッドチャンバ３００の外部に配設される図示されていない温度調節装置によって温度調整流体を供給するチューブ２８が接続されており、常時一定温度の温度調整流体がヘッドチャンバ３００の外部からヘッドチャンバ３００の内部のレーザヘッド１００の胴部部材３００aの外面に設けられたヒートシンク２７へと供給されることでレーザヘッド１００のハウジング１の内部の温度を所望の温度に一定に保つことが可能となっている。
【０１０９】
一方、ヘッドチャンバ３００の胴部部材１aを構成する底部部材１dにも外部から導いた温度調整流体を流下させる温度調整流路９２が形成されており、図示していない温度調節装置によって温度調整流体を温度調整流路９２に供給している。
【０１１０】
これによって、常時一定温度の温度調整流体がヘッドチャンバ３００へと供給されることになり、ヘッドチャンバ３００の内部の温度を所望の温度に一定に保つことが可能となり、ヘッドチャンバ３００の内部に配置されたレーザヘッド１００のハウジング１の内部の更なる恒温化に貢献している。
【０１１１】
無論、レーザヘッド１００、及びヘッドチャンバ３００の何れか１つに温度調整流体を流すことでも、温度を一定に保つ効果は十分期待できる。
【０１１２】
尚、本実施例では温度調整流体を流下させる構成を恒温化の実施例として記載しているが、図５に示した第２の実施例に記載したようなヒータによる加熱制御でも可能である。
【０１１３】
例えば、レーザヘッド１００の内部に図５の第２の実施例と同様に温度センサ１１０を実装し、ハウジング１の胴部部材１aの外面にヒータ２５を取り付けて加熱制御を行い、ヘッドチャンバ３００には本実施例と同様に温度調整流路９２を設けて温度調整流体を供給するようにした構成の組み合わせ等が考えられる。
【０１１４】
ヘッドチャンバ３００の内部は第１の実施例と同様に、ドライエア、窒素等の結露し難い気体を封入することや、ヘッドチャンバ３００の胴部部材３００aにはバルブ８０が取り付け、このバルブ８０から配管を通じて真空ポンプ７５により真空引きしてヘッドチャンバ３００の内部を１００００Ｐａ〜１０００Ｐａ程度の真空にする。
【０１１５】
その後、バルブ８０を閉弁してヘッドチャンバ３００の内部を１００００Ｐａ〜１０００Ｐａ程度の真空に保持することでヘッドチャンバ３００の内部は十分結露防止の効果が期待できる。
【０１１６】
また、このバルブ８０を操作することによりヘッドチャンバ３００の内部にドライエア等のガスを封入する作業や、内部を真空引きする時にこれらの機器との接続口として使用すればこれらの作業が容易になる。
【０１１７】
尚、真空引きの際には、ヘッドチャンバ３００の内部に用いられる部品の耐真空性能を十分検討する必要がある。
【０１１８】
ヘッドチャンバ３００の材料については、ヘッドチャンバ３００の内部に実装されるレーザーヘッド１００の各構成機器に歪みを生じさせない為に、ヘッドチャンバ３００の外部の温度変化によって生ずる熱膨張が小さい材料が望ましい。
【０１１９】
特に、ニッケルが３６％、残部が鉄のインバーとよばれるニッケル合金材をヘッドチャンバ３００の材料に採用すると、一般的に熱膨張係数が２×１０−６以下と小さい為に非常に有効である。
【０１２０】
更に、コバルトが数％程度、ニッケルが３６％、残部が鉄のスーパーインバーとよばれるコバルト・ニッケル合金材をヘッドチャンバ３００の材料に採用すると、一般に熱膨張係数が１×１０−６以下と小さい為に非常に効果が大きい。
【０１２１】
また、ヘッドチャンバ３００の外気に温度変化が生じ、ヘッドチャンバ３００を伝導してヘッドチャンバ３００の内部の気体温度が変化するとヘッドチャンバ３００の内部で圧力変動が生ずる可能性がある。
【０１２２】
従って、ヘッドチャンバ３００の外気の温度が一定である環境が望ましいが、温度変化の影響を低減する為には熱伝導の小さい材料をヘッドチャンバ３００に適用することも有効である。純鉄の熱伝導率は約８０Ｗ／ｍＫと非常に小さいが、前述したインバー、或いはスーパーインバーの材料でも熱伝導率は１１Ｗ／ｍＫとほぼ同程度の小さな値を実現できる。
【０１２３】
従って、ヘッドチャンバ３００の材料にインバー、或いはスーパーインバーを適用することは、ヘッドチャンバ３００の外気の温度変化に対してヘッドチャンバ３００の内部の温度を一定に保持するために非常に有効な手段と言える。
【０１２４】
但し、インバーは普通の鉄と比べて高価であるため、ヘッドチャンバ３００を分割構成する設計の際に、レーザヘッド１００や、光学部品等の位置変動すると測定精度が劣化する部品を取り付ける部分は高剛性に設計してインバーを適用すると共に、その他位置変動しても精度に影響のない部分を低剛性に設計し、インバー以外の材料を適用すればコストダウンが可能となる。
【０１２５】
例えばレーザヘッド１００を直接設置しているヘッドチャンバ３００の胴部部材３００aの底部部材３００dをインバー材又はスーパーインバー材で形成し、底部部材３００d以外の胴部部材３００a及び端部部材３００b、３００cをステンレス、アルミ等の金属部材形成すれば良い。
【０１２６】
本実施例では、ヘッドチャンバ３００、各フィードスルー１１１、１１２、透過材４３に全てＯリング７０を設置して取り付けた構成を示したが、気密性を保つ機能を有する気密保持材であればＯリング以外でも適用可能である。例えば金属パッキンや成型ゴムも十分使用可能である。
【０１２７】
また、ヘッドチャンバ３００の内部のメンテナンスを実施しない運用方法であれば接着剤、或いは充填剤のような硬化剤による気密保持方法を採用しても同様の効果が得られる。
【０１２８】
エポキシ系の接着剤であれば真空中での経時変化が生じ難く、放出ガスも少ないので本実施例の使用に適している。勿論、ヘッドチャンバ３００にはＯリング７０を配設し、フィードスルー１１１、１１２の取り付けには硬化剤を使用するなどの気密手段を複数組み合わせて併用しても良い。
【０１２９】
本実施例ではヘッドチャンバ３００の内部に用いられるレーザヘッド１００のハウジング１はＯリングのような気密保持材、或いは接着剤等の硬化剤を使用しておらず、また、レーザ光が通過する開口部には透過材も取り付けられていない汎用品を使用している。
【０１３０】
即ち、図１の第１の実施例、及び図５の第２の実施例に記載したような高気密に保持された特別な構成のレーザヘッドのハウジングを使用するのではなく、一般に市販されているハウジング構造のレーザヘッドを使用できることから、比較的安価で実現可能である。
【０１３１】
また、レーザヘッド１００をヘッドチャンバ３００の内部に取り付ける際には、ヘッドチャンバ３００の取り付け基準の面に対して、特定の位置にレーザ光が照射されるように押しネジ５１によりレーザヘッド１００の角度調整、及び高さ調整を行い、更に水平方向の角度調整、及び位置調整を行った後にネジ５０にてレーザヘッド１００をヘッドチャンバ３００の胴部部材３００aの底面部材３００ｄに固定すれば良い。
【０１３２】
本実施例では、レーザヘッド１００をヘッドチャンバ３００に設置する際に、基準面を突き当てて固定するだけで、所望の位置にレーザ光をアライメント可能となり、レーザ光の調整時間が大幅に短縮できる。
【０１３３】
本実施例では押しネジ５１による単純なレーザヘッド１００のアライメント手段を述べたが、その他光学機器用の多軸調整ステージをレーザヘッド１００とヘッドチャンバ３００との間に実装すれば、より精度良く、より簡便にレーザ光のアライメント調整が可能となる。
【０１３４】
上記した本実施例によれば、ヘッドチャンバの内部への風の侵入、或いはヘッドチャンバの内部の圧力変動を防止して高精度なレーザ測長を可能にすると共に、レーザヘッドを収容するヘッドチャンバを製作に際して保守点検時の分解、組み立てが容易な構成にしたレーザ測長システムを実現するレーザヘッドを収容するヘッドチャンバが実現できるという効果を奏する。
【実施例４】
【０１３５】
次に、本発明の第４の実施例であるレーザ測長システムを適用した半導体製造装置又は半導体検査装置について図９を用いて説明する。
【０１３６】
図９はレーザ測長システムを適用した半導体製造装置の構成を示す部分断面図である。レーザ測長システムを適用した半導体検査装置の場合でも基本的な構造は半導体製造装置と同じであるがここでは説明を省略する。
【０１３７】
図９のレーザ測長システムを半導体製造装置に適用した本実施例において、本実施例のレーザ測長システムのレーザヘッド１００及びヘッドチャンバ３００は図７に示した第３の実施例のレーザ測長システムのレーザヘッド及びヘッドチャンバと基本的な構成は同じであるので、共通した構成及び作用の説明は省略して、相違した部分のみ説明する。
【０１３８】
前述した第１の実施例乃至第３の実施例では、主にレーザヘッド或いはヘッドチャンバに関する構成について述べてきたが、これらのレーザヘッド或いはヘッドチャンバを、工作機械、測定器、半導体製造装置、半導体検査装置等の各種装置に適用すれば、より精度の良い加工、或いは検査が可能になることは言うまでもない。
【０１３９】
しかし、真空内、減圧環境下、或いは空気以外の気体で置換された環境下でレーザ測長を行う装置に関しては、更なる副次的効果があることを本実施例のレーザ測長システムを適用した半導体製造装置又は半導体検査装置にて説明する。
【０１４０】
図９は半導体製造装置として電子線描画装置に本発明を適用した実施例を示しているが主な構成要素のみ記載して詳細は省略している。
【０１４１】
電子線描画装置とは電子線により試料上に回路パターンを描画する装置であり、その試料はシリコンウエハ、或いはマスク（或いはレチクル）とよばれるガラス基板である。
【０１４２】
シリコンウエハはその後、エッチング、配線等の工程を施し、最終的にはＬＳＩやメモリ等の半導体製品となる。
【０１４３】
一方マスクは、同じくエッチング等の工程が施された後、ステッパ、或いはスキャナと呼ばれる縮小露光装置の露光原版となる。
【０１４４】
図９において、半導体製造装置としての電子線描画装置の構成について説明する。床振動の除振機能を有する除振台２０３に支持されて配置されたヘッドチャンバ３００の機能を有する試料室２０１の内部は、ベローズ２０５を介して接続する真空ポンプ２０４によって高真空度（例えば１×１０−４Ｐａ）に常時真空引きされている。
【０１４５】
試料室２０１の内部には試料２１０を載置して移動可能なステージ２０２と、干渉計４０と、レーザヘッド１００が夫々配設されており、ステージ２０２に載置した試料２１０の位置情報は、ステージ２０２上に取り付けられているバーミラー４１をレーザ測長することで管理される。
【０１４６】
ここで、レーザヘッド１００の構造は図１乃至図４に記載した第１の実施例のレーザヘッド１００と同一の分割構造で気密を保持された構成となっており、レーザヘッド１００の内部と外部の空間はハウジング１、透過材４３、各種フィードスルー７、８に介在するＯリング５０とＯリング用の溝９０とを夫々の接合面に配設することによって隔離されている。
【０１４７】
レーザヘッド１００の詳細構造は図１乃至図４に記載した第１の実施例のレーザヘッド１００と同一構造なのでここでの説明は省略するが、必要に応じて前記図１乃至図４に記載した第１の実施例の図面並びに実施例の説明内容を参照されたい。
【０１４８】
本実施例の電子線描画装置では、レーザヘッド１００を上述した構成にしたことからレーザヘッド１００の内部はドライエア等の気体を封入していれば、レーザヘッド１００の外部の気圧に関わらず一定の気圧に保たれる。
【０１４９】
従ってレーザヘッド１００の内部の部品が真空環境化で使用できなくてもレーザヘッド１００を真空内で使用することが可能となる。
【０１５０】
また、試料室２０１の上部には電子線を発生して試料室２０１内の資料２１０に電子線を照射する図示していない電子レンズを有するカラム２００が搭載されており、カラム２００の内部は真空状態に保たれている。
【０１５１】
レーザ測長された試料２１０の位置情報は図示されていない制御部により目標値との偏差情報を加味された指令値を、カラム２００の内部にある偏向レンズに送る。
【０１５２】
これにより、ステージ２０２上の試料２１０に対して所望の位置に回路パターンを描画できる構成となっている。
【０１５３】
レーザヘッド１００、及びステージ２０２は、真空ポンプ２０４により常時真空引きされている試料室２０１の内部に配置されている為、レーザ光路は全て真空内にある。
【０１５４】
レーザ光路は空気の揺らぎや、大気圧変動の影響を受けないことから測長誤差となる要因が低減される。
【０１５５】
よって本実施例ではレーザヘッド１００の内部の圧力変動を防止する他、完全にレーザ光路を真空内で引回すことで、より高精度な測長が可能となる。
【０１５６】
尚、図中では省略しているが、ヘッドチャンバ３００の機能を有する試料室２０１にはレーザヘッド１００用のコネクタフィードスルー、ファイバフィードスルー、或いは継手フィードスルーが夫々取り付けられており、試料室２０１の外部の図示していない電源、レーザ基板、及び温調装置へと接続されている。
【０１５７】
また、本実施例の図９ではＯリングの記載を省略しているが、試料室２０１、レーザヘッド１００は気密状態になるように接合面にはＯリングが配置されている。
【０１５８】
レーザヘッド１００の内部に封入された気体（ドライエア、窒素等）が漏れ出すレーザヘッド１００からの微小な漏れが生じた場合には、時間が経過するにつれてレーザヘッド１００の内部の気圧が徐々に下がってくる。
【０１５９】
この場合、漏れが微小である為に試料処理時間内に累積されるレーザ値の変動量は小さいので無視できるが、試料室２０１は常に真空を保持する状態に保たれているために、長期間（例えば数年）使用しているとレーザヘッド１００の内部の真空度が高くなり、内部部品の劣化、或いはグロー放電等の不具合が生ずる可能性がある。
【０１６０】
よって装置の定期点検等を利用してレーザヘッド１００の内部に封入する気体を再充填する作業を実施した方が良い。
【０１６１】
或いは、レーザヘッド１００の寿命時間以上で不具合が生じない程度の真空度を保持できる気密性を有するレーザヘッド１００であれば、レーザヘッド１００の交換により上記作業は不要となる為、保守を含めた装置の運用上非常に有効である。
【０１６２】
本実施例によれば、レーザヘッドの内部への風の侵入、或いはレーザヘッドの内部の圧力変動を防止して高精度なレーザ測長を可能にすると共に、レーザヘッドのハウジング、或いはレーザヘッドを収容するヘッドチャンバの製作に際して保守点検時の分解、組み立てが容易な構成にしたレーザ測長システムを実現するレーザ測長システムを適用した半導体製造装置又は半導体検査装置が実現できる。
【実施例５】
【０１６３】
次に、本発明の第５の実施例であるレーザ測長システムを適用した半導体製造装置又は半導体検査装置について図１０を用いて説明する。
【０１６４】
図１０はレーザ測長システムを適用した半導体製造装置の構成を示す部分断面図である。レーザ測長システムを適用した半導体検査装置の場合でも基本的な構造は半導体製造装置と同じであるがここでは説明を省略する。
【０１６５】
図１０のレーザ測長システムを半導体製造装置の電子線描画装置に適用した本実施例において、本実施例のレーザ測長システムのレーザヘッド１００及びヘッドチャンバ３００は図７に示した第３の実施例のレーザ測長システムのレーザヘッド及びヘッドチャンバと基本的な構成は同じであるので、共通した構成及び作用の説明は省略して、相違した部分のみ説明する。
【０１６６】
図１０において、本実施例は図９に示した第４の実施例と同様、半導体製造装置の装置構成を示しており、主な構成は第４の実施例と同様となるが、大きな違いは試料室２０１に隣接するように設けられた独立した部屋を区画しているヘッドチャンバ３００の構成である。
【０１６７】
このヘッドチャンバ３００の内部には図７及び図８に示した第３の実施例のレーザヘッド１００と同様に市販されている汎用品のレーザヘッド１００が配置されている。
【０１６８】
そして、ヘッドチャンバ３００にはフレキシブルチューブ２０６が配設されており、このフレキシブルチューブ２０６の一端を図示していない真空ポンプに接続してヘッドチャンバ３００の内部を１０００Ｐａ程度に真空引きされた後に、ヘッドチャンバ３００に取り付けられフレキシブルチューブ２０６と接続したゲートバルブ２２０を閉止することによりヘッドチャンバ３００の内部を真空封止する構成となっている。
【０１６９】
即ち、本実施例では前述した図７及び図８に示した第３の実施例と同じ構成のヘッドチャンバ３００を試料室２０１とは独立して隣接させて実装したものと等価であり、ゲートバルブ２２０は第３の実施例で示された図７のバルブ８０と等価と考えてよい。
【０１７０】
但し、ヘッドチャンバ３００の内部を常時真空引きしている場合には、ゲートバルブ２２０は不要である。
【０１７１】
一方、ヘッドチャンバ３００の内部に配置されたレーザヘッド１００に備えられたレーザーチューブから照射されたレーザ光３１はヘッドチャンバ３００と試料室２０１とを空間的に隔てる透過材４３を通過して試料室２０１内に進行し、試料室２０１の内部に配置された干渉計４０及びバーミラー４１に入射する。
【０１７２】
そして、ステージ２０２に載置した試料２１０の位置情報は、ステージ２０２上に取り付けられている前記バーミラー４１をレーザ測長することで管理される。
【０１７３】
試料室２０１にはレーザヘッド１００用のコネクタフィードスルー、ファイバフィードスルー、或いは継手フィードスルーが夫々取り付けられており、試料室２０１外部の図示していない電源、レーザ基板、及び温調装置へと接続されている。
【０１７４】
また、試料室２０１の上部には電子線を発生し、図示していない電子レンズを有するカラム２００が搭載されており、カラム２００の内部は真空状態に保たれている。
【０１７５】
レーザ測長された試料２１０の位置情報は図示されていない制御部により目標値との偏差情報を加味された指令値を、カラム２００の内部にある偏向レンズに送る。
【０１７６】
これにより、ステージ２０２上の試料２１０に対して所望の位置に回路パターンが描画されているか検査できる構成となっている。
【０１７７】
また、本実施例の図９ではＯリングの記載を省略しているが、試料室２０１、レーザヘッド１００は気密状態になるように接合面にはＯリングが配置されている。
【０１７８】
ここで、レーザヘッド１００の構造は図７及び図８に記載した第３の実施例のレーザヘッド１００と同一の分割構造となっており、レーザヘッド１００のハウジング１はＯリングのような気密保持材、或いは接着剤等の硬化剤を使用しておらず、また、レーザ光が通過する開口部には透過材も取り付けられていない汎用品を使用している。
【０１７９】
即ち、図１の第１の実施例、及び図５の第２の実施例に記載したような高気密に保持された特別な構成のレーザヘッドのハウジングを使用するのではなく、一般に市販されているハウジング構造のレーザヘッドを使用できることから、比較的安価で実現可能である。
【０１８０】
レーザヘッド１００の詳細構造は図７及び図８に記載した第３の実施例のレーザヘッド１００と同一構造なのでここでの説明は省略するが、必要に応じて前記図７及び図８に記載した第３の実施例の図面並びに実施例の説明内容を参照されたい。
【０１８１】
本実施例の利点は、レーザヘッド１００として安価な市販のレーザヘッドの汎用品を使用出来ること、レーザヘッド１００の交換時に第４の実施例とは異なりヘッドチャンバ３００のみを分解して大気に晒して交換作業ができることである。
【０１８２】
これにより、試料室２０１の内部及びカラム２００の内部を大気にさらす必要がない為、交換後の真空引きを短時間で押えることが可能となる。
【０１８３】
通常、試料室２０１の内部及びカラム２００の内部は高真空度（例えば１×１０−５Ｐａ）に保つ必要がある為に一度大気にさらすと、再び描画できる状態になるまで１日以上必要である。
【０１８４】
本実施例の構成を採用すれば、ヘッドチャンバ３００のみを低真空度（例えば１０００Ｐａ）に真空引きすればよい為に１時間程度で十分に再び描画できる状態になるので、メンテナンス時間が大幅に短縮可能となる。
【０１８５】
本実施例ではヘッドチャンバ３００と試料室２０１を隣接させた構成を記載したが、両者を離間して配置し、少なくともレーザ光３１が通過する空間を低真空度に保てるよう両者をベローズ等により連結することでも同様の効果が期待できる。
【０１８６】
また、ヘッドチャンバ３００の内部は低真空状態に限らず、ドライエアや窒素等の気体を封入してもレーザヘッド１００内の圧力変動防止の効果は期待できることを付け加える。
【０１８７】
また、本実施例のレーザ測長システムが適用できる回路パターン製造装置及び回路パターン検査装置は特に高精度な測長情報が必要となるため、単に本実施例によるレーザヘッドを使用することで高精度な試料の製造、或いは検査が可能となる効果が発揮される。
【０１８８】
本実施例によれば、レーザヘッドの内部への風の侵入、或いはレーザヘッドの内部の圧力変動を防止して高精度なレーザ測長を可能にすると共に、レーザヘッドのハウジング、或いはレーザヘッドを収容するヘッドチャンバの製作に際して保守点検時の分解、組み立てが容易な構成にしたレーザ測長システムを実現するレーザ測長システムを適用した半導体製造装置又は半導体検査装置が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１８９】
本発明は、レーザ測長システムを実現するレーザヘッド、レーザヘッドを収容するヘッドチャンバ、レーザ測長システムを適用した半導体製造装置又は半導体検査装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】本発明の一実施例であるレーザ測長システムのレーザヘッドの構成を示す断面図。
【図２】図１に示した本発明の一実施例であるレーザ測長システムのレーザヘッドの側面図。
【図３】図１に示した本発明の一実施例であるレーザ測長システムのレーザヘッドを構成するハウジングの部分拡大図。
【図４】図１に示した本発明の一実施例であるレーザ測長システムのレーザヘッドを構成するハウジングに取り付けられる透過材の断面図。
【図５】本発明の他の実施例であるレーザ測長システムのレーザヘッドの構成を示す断面図。
【図６】図５に示した本発明の他の実施例であるレーザ測長システムのレーザヘッドの構成を示す側面図。
【図７】本発明の更に他の実施例であるレーザ測長システムのレーザヘッドを備えたヘッドチャンバの構成を示す断面図。
【図８】図７に示した本発明の更に他の実施例であるレーザ測長システムのレーザヘッドを備えたヘッドチャンバの側面の構成を示す断面図。
【図９】本発明の別の実施例であるレーザ測長システムを適用した半導体製造装置の構成を示す断面図。
【図１０】本発明の更に別の実施例であるレーザ測長システムを適用した半導体製造装置の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【０１９１】
１：ハウジング、１a：胴部部材、１b：端部部材、１c：端部部材、１d：底部部材、２：レーザチューブ、３：照射部、４：開口部、５：ビームスプリッタ、６：ベンダーミラー、７：コネクタフィードスルー、８：ファイバフィードスルー、９：センサフィードスルー、１００：レーザヘッド、２０：電源ケーブル、２１：ファイバ、２２：接続電源ケーブル、２３：センサケーブル、２４：接続センサケーブル、２５：ヒータ、２６：ヒータケーブル、２７：ヒートシンク、２８：チューブ、３０：Ｌ２光、３１：Ｌ１光、４０：干渉計、４１：バーミラー、４２：ピックアップ、４３：透過材、４４：ホルダ、５０：ネジ、５１：押しネジ、６０・・ナット、７０：Ｏリング、７５：真空ポンプ、８０：バルブ、９０：溝、９１、９２：温度調節流路、１１０：温度センサ、１１１：チャンバコネクタフィードスルー、１１２：チャンバファイバフィードスルー、１１３：継手フィードスルー、１１４：チャンバ開口部、１２０：中継電源ケーブル、１２１：中継ファイバ、１２２：中継チューブ、１３０：継手、２００：カラム、２０１：試料室、２０２：ステージ、２０３：除振台、２０４：真空ポンプ、２０５：ベローズ、２０６：フレキシブルチューブ、２１０：試料、２２０：ゲートバルブ、３００：ヘッドチャンバ、３００a：胴部部材、３００b：端部部材、３００c：端部部材、３００d：底部部材。
【図１】
2007322362.tif 000003
【図２】
2007322362.tif 000004
【図３】
2007322362.tif 000005
【図４】
2007322362.tif 000006
【図５】
2007322362.tif 000007
【図６】
2007322362.tif 000008
【図７】
2007322362.tif 000009
【図８】
2007322362.tif 000010
【図９】
2007322362.tif 000011
【図１０】
2007322362.tif 000012