(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を発する光源部と、
前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも２つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも２つの光束を射出する光導波路部と、
前記光導波路部により射出された前記少なくとも２つの光束を入射し、少なくとも２つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
前記少なくとも２つの照射光束によって定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより、干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記照射部の位置と前記受光部の位置との前記変位方向に対する変位を求める測定部と
を備えた干渉計測装置。
【請求項２】
コヒーレント光を発する光源部と、
前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも２つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも２つの光束を射出する光導波路部と、
前記光導波路部により射出された前記少なくとも２つの光束を入射し、少なくとも２つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により対象物に照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
前記対象物から反射された又は前記対象物を透過した少なくとも２つの反射又は透過光束によって、定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより、干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記対象物の前記変位方向に対する変位を求める測定部と
を備えた干渉計測装置。
【請求項３】
前記光導波路部は、ニオブ酸リチウム結晶基板又はタンタル酸リチウム結晶基板等の電気光学効果を有する基板と、分岐された前記少なくとも２つの光束のうち少なくとも一方を変調する変調部とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の干渉計測装置。
【請求項４】
前記光導波路部は、ニオブ酸リチウム結晶基板等の電気光学効果を有する基板と、計測する変位方向を含む面と平行な面内において、前記光源部からのコヒーレント光が入射する入射導波路と、前記入射導波路内の光を少なくとも２つの光束に分岐する分波部と、前記分波部により分岐された前記少なくとも２つの光束を、前記面内においてそれぞれ射出する少なくとも２つの射出導波路と、前記分波部で分岐された前記少なくとも２つの光束のうち少なくとも一方を変調する変調部とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の干渉計測装置。
【請求項５】
前記照射部は、前記光導波部で分岐された前記少なくとも２つの光束を互いに異なる角度で、対象物上で略ビームウエストとなるように照射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項６】
前記測定部は、前記受光部の受光出力のうち、前記変調部の変調周波数と等しい周波数の基本信号と前記変調周波数の２倍の周波数の副信号とを抽出する信号抽出部と、前記信号抽出部により抽出された前記基本信号及び前記副信号の位相から変位を求める変位計測部とを備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項７】
前記測定部は、前記少なくとも２つの照射光束で形成される定在型干渉縞の方向又はその垂直方向が変位方向を横切る角度に基づいて、前記照射部と前記受光部との変位を求めることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項８】
前記照射部と前記受光部とを、定在型干渉縞分布を横切る方向に相対的に移動可能とする相対移動部をさらに備え、前記測定部は、前記相対移動部の移動量と前記受光部の受光出力とに基づいて変位を求めることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項９】
前記相対移動部は、前記制御部により、相対移動の移動量に応じて前記対象物からの反射又は透過光束が前記受光部に入射されるように制御され、測定範囲を拡大することを特徴とする請求項８に記載の干渉計測装置。
【請求項１０】
コヒーレント光を発する光源部と、
前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも２つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも２つの光束を射出する光導波路部と、
前記光導波路部により射出された前記少なくとも２つの光束を入射し、少なくとも２つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
前記少なくとも２つの照射光束によって、定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより、干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記照射部の位置と前記受光部の位置との前記変位方向に対する変位を求める測定部と、
前記受光部の位置を変位させる駆動部と、
前記測定部による測定結果に基づいて、前記受光部が受光する干渉縞強度が最大になる位置に前記駆動部を変位させるように制御する制御部と
を備えた干渉計測制御システム。
【請求項１１】
コヒーレント光を発する光源部と、
前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも２つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも２つの光束を射出する光導波路部と、
前記光導波路部により射出された前記少なくとも２つの光束を入射し、少なくとも２つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により対象物に照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
前記対象物から反射された又は前記対象物を透過した少なくとも２つの反射又は透過光束によって、定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより、干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記対象物の前記変位方向に対する変位を求める測定部と
前記対象物の位置を変位させる駆動部と、
前記測定部による測定結果に基づいて、前記受光部が受光する干渉縞強度が最大になる位置に前記駆動部を変位させるように制御する制御部と
を備えた干渉計測制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分解能の干渉計測装置、このような干渉計測装置に用いる干渉計測プローブ、及び、干渉計測装置と干渉制御装置を有する干渉計測制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、Ｚ変位センサーは、例えば精密位置制御システムにおいて、対物レンズの合焦等のためのセンサー部として用いられている。対物レンズの合焦技術は、例えば、オートフォーカス機構に応用される。Ｚ変位センサーの中でも光学式のものとして、光てこ方式が知られている。
【０００３】
図１４に、光てこ方式の動作原理図を示す。点線に囲まれた構成が、Ｚ変位センサー（Ｚセンサー）と呼ばれるものである。
【０００４】
まず、レーザ１４１からの光は、投光系１４２を経て対象物１４３に照射される。対象物１４３からの反射光は拡大投影光学系１４４を介して受光部１４５に入射される。ここで、レーザ光の点像が、ちょうど対象物面上に形成されたときを合焦点として、システム光学系を調整しておくと、ピントがずれた場合、受光部では、そのデフォーカス量に応じて像が左右に動くことになる。
【０００５】
したがって、スポット像の位置ずれを誤差信号として、対象物のＺステージの送り機構にフィードバック制御を行うことにより、オートフォーカス機構が実現される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、光学系をデバイス化することができず、余分な光学素子を対物レンズと対象物との間に挿入する空間が必要であった。また、測定部では、スポット像の位置ずれを測定するために、分解能に限界があった。
【０００７】
そこで本発明においては、光学系をデバイス化し、シンプルな光学系を実現するとともに、干渉縞を利用して高分解能で計測することができる干渉計測装置、干渉計測プローブ及び干渉計測制御システムを提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明においては、位相変調型ヘテロダイン干渉法を採用することにより、レーザ光源のパワー変動が検出・測定精度に影響を与えず、干渉ビート信号の位相差を検出するため検出分解能が高い干渉計測装置、干渉計測プローブ及び干渉計測制御システムを提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明においては、１個のフォトディテクタ等の受光素子により方向弁別を可能とすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の解決手段によると、
コヒーレント光を発する光源部と、
前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも２つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも２つの光束を射出する光導波路部と、
前記光導波路部により射出された前記少なくとも２つの光束を入射し、少なくとも２つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
前記少なくとも２つの照射光束によって定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより、干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記照射部の位置と前記受光部の位置との前記変位方向に対する変位を求める測定部と
を備えた干渉計測装置が提供される。
【００１１】
本発明の第２の解決手段によると、
コヒーレント光を発する光源部と、
前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも２つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも２つの光束を射出する光導波路部と、
前記光導波路部により射出された前記少なくとも２つの光束を入射し、少なくとも２つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により対象物に照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
前記対象物から反射された又は前記対象物を透過した少なくとも２つの反射又は透過光束によって、定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより、干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記対象物の前記変位方向に対する変位を求める測定部と
を備えた干渉計測装置が提供される。
【００１２】
本発明の第３の解決手段によると、
コヒーレント光を発する光源部と、
前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも２つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも２つの光束を射出する光導波路部と、
前記光導波路部により射出された前記少なくとも２つの光束を入射し、少なくとも２つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
前記少なくとも２つの照射光束によって、定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより、干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記照射部の位置と前記受光部の位置との前記変位方向に対する変位を求める測定部と、
前記受光部の位置を変位させる駆動部と、
前記測定部による測定結果に基づいて、前記受光部が受光する干渉縞強度が最大になる位置に前記駆動部を変位させるように制御する制御部と
を備えた干渉計測制御システムが提供される。
【００１３】
本発明の第４の解決手段によると、
コヒーレント光を発する光源部と、
前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも２つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも２つの光束を射出する光導波路部と、
前記光導波路部により射出された前記少なくとも２つの光束を入射し、少なくとも２つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により対象物に照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
前記対象物から反射された又は前記対象物を透過した少なくとも２つの反射又は透過光束によって、定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより、干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記対象物の前記変位方向に対する変位を求める測定部と
前記対象物の位置を変位させる駆動部と、
前記測定部による測定結果に基づいて、前記受光部が受光する干渉縞強度が最大になる位置に前記駆動部を変位させるように制御する制御部と
を備えた干渉計測制御システムが提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（１）干渉計測制御システムの第１の実施の形態
図１に、本発明に係る干渉計測制御システムの第１の実施の形態の全体構成図を示す。
【００１５】
干渉計測制御システムは、干渉計測装置及び干渉制御装置を備える。干渉計測装置は、光源部１、干渉計測プローブ２、受光部３及び測定部４を備える。また、干渉制御装置は、制御部５、駆動部６、ステージ７を備える。また、各接続線のうち、二重線は電気信号ライン、一重太線はファイバーラインをそれぞれ示す。
【００１６】
まず、干渉計測装置について説明する。
光源部１は、レーザダイオード等により構成され、コヒーレント光を発する。干渉計測プローブ２は、光源部１からのコヒーレント光を入射して、複数の光束に分岐するとともに、複数の照射光束を互いに異なる角度により出射する。これら複数の照射光束は干渉縞を形成し、対象物８に照射される。受光部３は、フォトダイオード等に接続されたファイバプローブで構成され、対象物８からの反射光束が干渉する位置に配置される。受光部３は、対象物８から反射された干渉光を受光して、電気信号に変換した受光信号を出力する。測定部４は、信号プロセッサを有し、受光部３が出力する受光信号に基づき、干渉計測プローブ２の位置と受光部３の位置との変位又は対象物８の変位を求める処理を行う。また、フォトダイオードを干渉光が直接入射する位置に配置して受光部３を形成することもできる。
【００１７】
つぎに、干渉制御装置について説明する。制御部５は、光源部１に接続されて光源部１が安定動作するように制御し、干渉計測プローブ２に接続されて位相変調器を駆動する。また、制御部５は、駆動部６に接続され、測定部４の測定結果に基づき、駆動部６を制御してステージ７をＺ方向に変位させる。駆動部６は、例えば、ピエゾ素子等により構成され、入力信号に従ってステージ７の位置を微小に変化することができる。ステージ７には、対象物８が搭載又は設置される。
【００１８】
このような構成により、測定部４は、例えば、干渉縞の光量を受光部３で受光することにより、ステージ７の変位を測定することができる。また、制御部５は、例えば、受光部３で受光された干渉縞の光量が最大になるようにステージ７を変位させること等により、合焦等の位置あわせを行うことができる。
【００１９】
つぎに、干渉計測プローブ２について詳述する。
【００２０】
図２に、本発明に係る干渉計測プローブの構成図を示す。
【００２１】
干渉計測プローブ２は、光導波路部２１及び照射部２２を備える。光導波路部２１には、光源部からコヒーレント光が入射され、少なくとも２つの光束に分岐して射出する。ここでは、一例として、２つの光束に分岐する場合について説明する。光導波路の幅は、例えば３〜５μｍ程度、光導波路部２１の端面における２つの間隔は、例えば１０〜２００μｍが選択されるが、各数値はこれらの値に限定されず適宜選択することができる。光導波路部２１の端面からの出射された２つの照射光束は、照射部２２に入射される。
【００２２】
照射部２２は、これら２つの照射光束を、例えば、コリメータレンズ２２１を用いて、微小な射出角度差αを有する２本の平行ビームに変換する。コリメータレンズ２２１と光導波路部２１の出射端面との距離は、平行ビームを形成するために、コリメータレンズ２２１の焦点距離（例えば、２０ｍｍ等）と等しく（又は、ほぼ等しく）なる。これら２つの平行ビームは、コリメータレンズ２２１のから出射されると、ほぼ全域で重なり合っているので、干渉縞がほぼ全域で生じる。
【００２３】
さらに、照射部２２は、光導波部２１で分岐された少なくとも２つの光束を、互いに異なる角度で、対象物上で略ビームウエストとなるように照射するよう構成することもできる。
【００２４】
以下に、干渉縞により変位量を計測するための動作原理を説明する。
【００２５】
図３に、干渉強度から変位量を求めるための説明図を示す。
【００２６】
図３（Ａ）に示すように、干渉計測プローブ２から出射された２つの平行照射光束は、一方はｚ方向に対してθ、他方はθ＋αの角度で対象物８に照射され、対象物８により反射して受光部３で受光する場合を想定する。ここで、対象物８がｚ方向にΔｚだけ移動した場合、受光部３は、移動前に受光した光束とは別の部分の干渉場のエネルギーを取り込むことになる。すなわち、これは、形成された定在型干渉縞分布の中で、対象物８のｚ方向の変位に伴い、受光部３が、２・Δｚだけ走査されることに相当する。
【００２７】
このことは、図３（Ｂ）に示すように、図３（Ａ）を書き換えることにより、その様子がわかりやすく示される。受光部３は、このような干渉強度の変化から変位量Δｚを読み取ることができる。
【００２８】
ここで、定在型干渉縞の強度分布について詳述する。
【００２９】
図４に、定在型干渉縞の強度分布の説明図を示す。ここでは、一例として、ホモダイン干渉での強度分布を示している。
【００３０】
干渉計測プローブ２から出射された２つの平行ビームは、角度差αで照射される。この際、干渉縞が、ビームの重なり合う場所に形成され、その周期がΛとなる。図中ｙ方向において、角度差αを持つ２つの平行ビームによる定在型の干渉縞の強度分布は、入射光束が一様な強度分布の場合、次式のようになる。
【００３１】
【数１】
0004008552.tif 000002
よって、ｚ方向での干渉強度分布は、次式のようになる。
【００３２】
【数２】
0004008552.tif 000003
なお、干渉縞の理論式は、ｙ方向（干渉縞の垂直方向）についてのものであり、測定部４では、実際には、ｚ方向の変位を求める必要がある。そこで、複数の照射光束で形成される干渉縞を横切る角度、即ちｙ方向とｚ方向との角度差に基づいて、求められた変位を変換することにより、干渉計測プローブ２（照射部２１）と受光部３との変位を求めることができる。ここで、Λ及びΛ’は、干渉縞のｙ方向及びｚ方向の周期をそれぞれ示す。
【００３３】
したがって、図４（Ｂ）に示すように、干渉縞の１周期Λ’の間に限定してダイナミックレンジを決定すると、ビーム径よりもはるかに小さな径の受光素子（デイテクター、ファイバー等）による受光光量が計測される。この受光光量が最大になる位置等を利用して、ｚ方向の変位量Δｚを高分解能で計測することができる。もちろん、干渉縞が何周期分移動したかを計数すれば、一周期を越える範囲での変位も測定することができる。
【００３４】
以上のように、本発明においては、干渉計測プローブ２から出射される複数の平行照射光束によって、その干渉縞強度を受光することにより、きわめて高分解能で変位を計測することができる。
【００３５】
（２）変調方式による干渉計測装置
以上は、ホモダイン方式によるものであったが、つぎに、変調方式、特に位相変調方式による干渉計測装置について説明する。
【００３６】
図５に、位相変調方式における干渉計測のための説明図を示す。
【００３７】
干渉計測プローブ２は、後述するように、導波路部２１の少なくとも一方の導波路に位相変調部が設けられている。この位相変調部は、制御部５から基本周波数ｆM で位相変調制御される。これは、例えば、位相変調部に sin（２πｆM ｔ） の電圧を印加することにより実現できる。
【００３８】
一方、測定部４は、信号抽出部４１及び変位計測部４２とを備える。測定部４１は、受光部３の受光出力のうち、変調部の変調周波数と等しい周波数の基本信号と、変調周波数の２倍の周波数の副信号とを抽出する。すなわち、受光部３からの受信信号は、それぞれｆM、２・ｆMの特性を有するバンドパスフィルタ４１１及び４１２へ出力される。次に、検出回路４１３、４１４により、各々のバンドパスフィルタ４１１、４１２を通過した基本信号及び副信号の振幅値Ｖ1 及びＶ2 が求められ、変位計測部４２に出力される。変位計測部４２では、信号抽出部４１により抽出された基本信号及び副信号の位相から変位を求める。ｚ方向の変位量をもとめる具体的演算については、後述する。
【００３９】
ここで、光導波路部の構成及び製造方法について詳述する。
【００４０】
図６に、光導波路部の製造工程図の一例を示す。
【００４１】
まず、図６（Ａ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、単結晶基板２１１（例えば、ＬｉＮｂＯ3 又はＴａＮｂＯ3 ）の表面に、所望の導波路パターン形状に金属２１２（例えば、Ｔｉ）を蒸着する。つぎに、図６（Ｂ）に示すように、この単結晶基板２１１を電気炉等で加熱することにより、金属２１２は基板内に熱拡散され、その結果、パターン形状の埋込み型導波路２１３が形成される。位相変調方式のように埋め込み型導波路を通過する光を変調する場合等においては、導波路２１３を形成した後、図６（Ｃ）に示されるように、光制御用電極２１４を所望の位置に形成することができる。光制御用電極部２１４の材料は、電気伝導率のよい金属材料が用いられ、一般的には、例えば経時的に安定なＡｕを蒸着して用いる。
【００４２】
このようにして、図６（Ｄ）に示すように、光源部１からのコヒーレント光が入射する入射導波路２１５と、光を射出する少なくとも２つの射出導波路２１６、２１７と、入射導波路２１５内の光を少なくとも２つの射出導波路２１６、２１７に分岐する分波部２１８が形成される。さらに、必要に応じて、分波部２１６で分岐された少なくとも２つの光束のいずれかを、射出導波路２１６（又は２１７）において変調する変調部２１９を形成することができる。なお、ホモダイン方式の場合は、変調部の構成を省略してもよい。
【００４３】
また、図７に位相変調による側波帯列の発生の説明図を示す。
図７（Ａ）に示すように、単一モードスペクトラムを、位相変調することにより、図７（Ｂ）に示すようなサイドバンド波形スペクトラムを発生することができる。各スペクトラムの間隔は、変調に用いた基本周波数ｆM となる。
【００４４】
図８に、位相変調方式による干渉信号の波形図を示す。
【００４５】
位相変調方式においては、干渉強度Ｉは、振幅変化Ｖ1及びＶ2として計測される。一方は、変調周波数の２倍波成分２・ｆM の副信号の振幅変化Ｖ2 として計測される。他方は、基本波周波数ｆM 成分の基本信号の振幅変化Ｖ1 として計測され、副信号の干渉信号よりπ／２だけ進んだ波形を持つ。位相変調方式の場合、ひとつの干渉信号から位相がπ／２だけ異なる２つの信号を独立に取り出せる。この２つの最大振幅は、位相変調部への印加電圧の大きさを制御することで一致させることができる（必要であれば、例えば特開昭６４−１２２０６号公報等参照）。
【００４６】
計測部４では、これら２種類の信号から直接以下のようなΦが演算され、よって、ｚ方向の変位量Δｚが以下のように求まる。
【００４７】
【数３】
0004008552.tif 000004
つぎに、図９に、位相変調方式の干渉縞の強度分布の説明図を示す。
【００４８】
位相変調方式において、例えば、各点でπ／２だけ位相の異なる２種類の信号を得ることができる。さらに、入射ビームの断面電界分布は、現実にはガウシャン・ビームであるので、定在型干渉縞の強度分布を現実に即して示すと、この図のようになる。
【００４９】
受光部３では、これら２種類の信号が多重された受光出力が得られる。計測部４では、この多重信号を分離して各々の受信信号を得る。さらに、計測部４では、これら２種類の波形を比較することで、どちらの方向に変位しているかを判断することができる。制御部５は、計測部４の計測結果によりだたちに所望の制御を実行することができる。このように、変調技術、特に位相変調技術を用いることにより、干渉信号の振幅が変動しても、方向弁別と演算によって、高分解化が可能となる。
【００５０】
図１０に、所望のダイナミックレンジを確保するための各物理量を表した図を示す。
【００５１】
図１０（Ａ）では、一例として、ダイナミックレンジ±６００μｍ程度を確保するための各物理量を表したものである。ここに示した入射ビーム角度の設定の仕方やダイナミックレンジ及び分解能などは、適宜必要に応じて設定することができる。
【００５２】
図１０（Ｂ）では、ダイナミックレンジと分解能の関係を示したものである。位相角読み取り分解能ΔΦ＝１°（±０．５°）とした場合、Ｚ変位量の分解能ΔＺは、次式で与えられるので、ダイナミックレンジ±ＺDによって、分解能ΔＺは変化する。
【００５３】
【数４】
0004008552.tif 000005
したがって、ダイナミックレンジが広くなればなるほど、分解能も低下していく。
【００５４】
なお、上述の説明では、基本周波数とその２倍の周波数とによる位相変調方式を採用したが、これに限らず、任意の位相差の位相変調方式やその他の変調方式など適宜採用することができる。
【００５５】
（３）相対移動部を備えた干渉計測制御システム
つぎに、図１１に、ダイナミックレンジを拡大するための構成図を示す。
【００５６】
図に示された構成は、ダイナミックレンジを広げるために、例えば相対移動部９をさらに備えるようにしたものである。相対移動部９は、干渉計測プローブ２（照射部２１）と受光部３とを、干渉縞を横切る方向に相対的に移動可能とするものであり、干渉計測プローブ２又は受光部３のいずれの側に設けてもよい。測定部４は、相対移動部９の移動量と受光部３の受光出力とに基づいて変位を求めることができる。
【００５７】
例えば、まず、第１のポジションで干渉縞を計測することにより第１の変位を求める。つぎに、相対移動部９により移動することにより、受光部３の位置を光束のエリア内に第２のポジションまで移動して、同様に干渉縞を計測することにより第２の変位を求める。このときの相対移動部９の移動量を、第１及び第２の変位に勘案することにより、第１及び第２のポジションの変位が計測できるので、ダイナミックレンジが拡大される。なお、移動の際に、光てこ式の技術を応用することもできる。
【００５８】
（４）干渉計測制御システムの第２の実施の形態
図１２に、本発明に係る干渉計測制御システムの第２の実施の形態の全体構成図を示す。
【００５９】
第１の実施の形態と異なる点は、受光部３とステージ７が一体となっているところである。他の構成及び動作は第１の実施の形態と同様である。
【００６０】
このような構成により、計測部４は、受光部３の変位を直接計測することができる。また、制御部５は、受光部３の位置を直接制御することができる。なお、この図では、受光部３は、ステージ７に固定されているが、特にステージ７を設ける必要はなく、受光部３自体の変位を計測することもできる。
【００６１】
（５）干渉計測制御システムの応用
つぎに、本発明の計測装置の応用例を述べる。
【００６２】
また、光学顕微鏡・電子顕微鏡、カメラ等の自動焦点調節に応用することができる。
【００６３】
図１３に、対象物の厚さやギャップ量の測定についての説明図を示す。
【００６４】
図１３（Ａ）に示すように、例えば、対象物の上面及び下面の位置を個々に測定することにより、基板の厚さ又はギャップを測定することができる。また、図１３（Ｂ）に示すように、対象物が透過性のものである場合、例えば照射光の屈折を利用することにより、表面や裏面の位置で変位を計測することができ、また、その厚さ又はギャップの測定に応用することができる。
【００６５】
また、予め移動量が予想できれば、本発明の干渉計測装置を複数備えてそれらの相対位置を把握しておけば、複数箇所で変位を計測することにより、相対移動部９を設けずに、ダイナミックレンジを拡大することができる。さらに、相対移動部９を備えた構成を適用することもできる。なお、対象物を横方向に移動する移動機構を付加することもできる。
【００６６】
また、干渉計測プローブの光導波路の分岐数は２つに限らず３以上の複数設けることもでき、さらに変調部も適宜２つ以上の複数設けることもできる。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、光学系をデバイス化することができ、シンプルな光学系を実現することができる。また、本発明によると、干渉縞を利用して高分解能で計測ができる。
【００６８】
さらに、本発明においては、位相変調型ヘテロダイン干渉法を採用することにより、レーザ光源のパワー変動が検出・測定精度に影響を与えず、干渉ビート信号の位相差検出のため検出分解能が高い干渉計測装置、干渉計測プローブ及び干渉計測制御装置を提供することができる。
【００６９】
また、本発明においては、１個のフォトディテクタ等の受光素子で方向弁別が可能とすることができる。
【００７０】
さらに、ｚ方向だけでなく、ｘ方向やｙ方向についても変位を計測・制御するように配置することもでき、ひとつ又は複数の干渉計測プローブを複数箇所に配置することにより、２次元又は３次元の計測・制御に拡張することもできる。また、測定部では、計測された変位や位置について、時間的な変化・履歴を測定したり、記憶することもできる。
【００７１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る干渉計測制御システムの第１の実施の形態の全体構成図。
【図２】本発明に係る干渉計測プローブの構成図。
【図３】干渉強度から変位量を求めるための説明図。
【図４】定在型干渉縞の強度分布の説明図。
【図５】位相変調方式における干渉計測のための説明図。
【図６】光導波路部の製造工程図。
【図７】位相変調による側波帯列の発生の説明図。
【図８】位相変調方式による干渉信号の波形図。
【図９】位相変調方式の干渉縞の強度分布の説明図。
【図１０】所望のダイナミックレンジを確保するための各物理量を表した図。
【図１１】ダイナミックレンジを拡大するための構成図。
【図１２】本発明に係る干渉計測制御システムの第２の実施の形態の全体構成図。
【図１３】対象物の厚さやギャップ量の測定についての説明図。
【図１４】光てこ方式の動作原理図。
【符号の説明】
１    光源部
２    干渉計測プローブ
２１  光導波路部
２２  照射部
３    受光部
４    測定部
５    制御部
６    駆動部
７    ステージ
８    対象物
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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