JP2000205814A - ヘテロダイン干渉計 - Google Patents
ヘテロダイン干渉計Info
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
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- G—PHYSICS
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- G—PHYSICS
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B2290/70—Using polarization in the interferometer
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】測定光路中の空気の乱流による誤差を自動的に
補償する、構造が簡単な干渉計を提供する。 【解決手段】本発明では、２つの波長（λ1、λ2）のビ
ーム１２、１３を使用し、これらの夫々に含まれる２つ
の直交偏光成分を基準光路と測定光路に分け、基準ミラ
ー２１及びステージ・ミラー２２から返ってきたビーム
を再結合することにより２つのビート周波数を求める
（第１の光検出器２３及び第２の光検出器２４）。これ
に基づき、明細書本文中の式（２）及び（５）に示す式
を利用することによって、測定路における空気の密度
（延いては空気の屈折率）に依存しない距離測定を実現
することができる。
補償する、構造が簡単な干渉計を提供する。 【解決手段】本発明では、２つの波長（λ1、λ2）のビ
ーム１２、１３を使用し、これらの夫々に含まれる２つ
の直交偏光成分を基準光路と測定光路に分け、基準ミラ
ー２１及びステージ・ミラー２２から返ってきたビーム
を再結合することにより２つのビート周波数を求める
（第１の光検出器２３及び第２の光検出器２４）。これ
に基づき、明細書本文中の式（２）及び（５）に示す式
を利用することによって、測定路における空気の密度
（延いては空気の屈折率）に依存しない距離測定を実現
することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、干渉計に関するもので
あり、とりわけ、干渉測定における空気の乱流の影響を
補償する距離測定干渉計に関するものである。
あり、とりわけ、干渉測定における空気の乱流の影響を
補償する距離測定干渉計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザ・ビームに基づく干渉計は、例え
ば、集積回路（ＩＣ）の製造において用いられるウェー
ハ・ステッパの制御において必要な、極めて正確な変位
測定を行うために用いられる。距離測定レーザ干渉計の
場合、レーザ源からの光は、２つのビームに分割され
る。基準ビームは、固定基準ミラーから反射され、一
方、測定ビームは、移動する測定ミラーから反射され
る。これらのビームは、検出器で再結合される。結合ビ
ームの光強度は、基準光路と測定光路との光路長の差に
よって決まる。普通、レーザの波長の何分の一かの精度
までの光路長測定結果が得られる。
ば、集積回路（ＩＣ）の製造において用いられるウェー
ハ・ステッパの制御において必要な、極めて正確な変位
測定を行うために用いられる。距離測定レーザ干渉計の
場合、レーザ源からの光は、２つのビームに分割され
る。基準ビームは、固定基準ミラーから反射され、一
方、測定ビームは、移動する測定ミラーから反射され
る。これらのビームは、検出器で再結合される。結合ビ
ームの光強度は、基準光路と測定光路との光路長の差に
よって決まる。普通、レーザの波長の何分の一かの精度
までの光路長測定結果が得られる。
【０００３】距離測定干渉計は一般にＤＣ干渉計とＡＣ
干渉計に分類される。ＤＣ干渉計の場合、レーザは単一
周波数のビームを放出する。干渉信号は測定ミラーの移
動中に限って時間変動する。測定ミラーの静止中、干渉
信号は一定である。あいにく、こうしたレーザ・パワー
のドリフト及び電子ノイズといった外乱は、とりわけ測
定ミラーの静止中において、移動信号として誤解されや
すい可能性がある。
干渉計に分類される。ＤＣ干渉計の場合、レーザは単一
周波数のビームを放出する。干渉信号は測定ミラーの移
動中に限って時間変動する。測定ミラーの静止中、干渉
信号は一定である。あいにく、こうしたレーザ・パワー
のドリフト及び電子ノイズといった外乱は、とりわけ測
定ミラーの静止中において、移動信号として誤解されや
すい可能性がある。
【０００４】ＡＣ干渉計の場合、レーザは、夫々互いに
直交偏光成分を成す２つの周波数の光ビームを放出す
る。これら２つの周波数はわずかな量だけ異なってい
る。ビームの一方は基準経路に沿って送られるが、もう
一方は測定経路に沿って送られる。これら２つの周波数
のビームは、偏光依存ビーム・スプリッタによって分割
され、一方の周波数のビームは基準ミラーに送られ、も
う一方は測定ミラーに送られる。ビームが再結合される
と、その周波数差におけるビート周波数が生じる。測定
ミラーが移動すると、その移動によって誘発されるドッ
プラ・シフトのために、ビート周波数がシフトする。こ
の構成の場合、距離測定値は、測定ミラーの移動時に観
測された周波数と、両方のミラーの静止時における周波
数との差を測定することによって得られる。この後者の
周波数は、レーザの出力の一部を適当な検出器に当て
て、ビート周波数を発生することによって得られる。基
準ビート周波数とミラーの移動時に観測されるビート周
波数との間の周波数帯域内におけるノイズ成分だけしか
信号に干渉しないので、ＡＣ干渉計の場合、ノイズの影
響が大幅に低減する。
直交偏光成分を成す２つの周波数の光ビームを放出す
る。これら２つの周波数はわずかな量だけ異なってい
る。ビームの一方は基準経路に沿って送られるが、もう
一方は測定経路に沿って送られる。これら２つの周波数
のビームは、偏光依存ビーム・スプリッタによって分割
され、一方の周波数のビームは基準ミラーに送られ、も
う一方は測定ミラーに送られる。ビームが再結合される
と、その周波数差におけるビート周波数が生じる。測定
ミラーが移動すると、その移動によって誘発されるドッ
プラ・シフトのために、ビート周波数がシフトする。こ
の構成の場合、距離測定値は、測定ミラーの移動時に観
測された周波数と、両方のミラーの静止時における周波
数との差を測定することによって得られる。この後者の
周波数は、レーザの出力の一部を適当な検出器に当て
て、ビート周波数を発生することによって得られる。基
準ビート周波数とミラーの移動時に観測されるビート周
波数との間の周波数帯域内におけるノイズ成分だけしか
信号に干渉しないので、ＡＣ干渉計の場合、ノイズの影
響が大幅に低減する。
【０００５】従って、測定ミラーの移動時のみならず、
測定ミラーが静止している時においても、検出器はＡＣ
信号を発生する。時間変動する信号のノイズを排除する
ことのほうが、一定の信号のそれよりも容易である。従
って、ＡＣ干渉計は、その優れたノイズ除去能力のた
め、ＤＣ干渉計よりも正確である。
測定ミラーが静止している時においても、検出器はＡＣ
信号を発生する。時間変動する信号のノイズを排除する
ことのほうが、一定の信号のそれよりも容易である。従
って、ＡＣ干渉計は、その優れたノイズ除去能力のた
め、ＤＣ干渉計よりも正確である。
【０００６】上述の周波数の差を観測することによっ
て、あるいは、ＤＣ干渉計の場合、縞をカウントするこ
とによって測定される距離は、干渉計の基準アームと移
動ミラーを含むアームとの光路の差である。ほとんどの
場合、問題となるパラメータは、物理的距離の差であ
る。物理的光路長は、光路長を光ビームが横切る光路に
おける空気の平均屈折率で割った値である。従って、干
渉計の測定値は、光路に沿った空気の屈折率に関連して
補正されなければならない。実際には、測定経路に沿っ
た空気は、とりわけ、ステッパのウェーハ・ステージを
包囲する領域において、乱流となる可能性がある。屈折
率は、光路に沿った局部的空気密度によって決まる。従
って、測定中における実際の光路での屈折率が分からな
い限り、光路長から物理的距離への変換においてエラー
が生じることになる。回路構造のサイズが縮小するにつ
れて、空気の乱流によって生じる誤差は、重大な位置測
定エラーを引き起こす可能性がある。従って、光路長と
同時に屈折率を測定するための方法が提案されてきた。
て、あるいは、ＤＣ干渉計の場合、縞をカウントするこ
とによって測定される距離は、干渉計の基準アームと移
動ミラーを含むアームとの光路の差である。ほとんどの
場合、問題となるパラメータは、物理的距離の差であ
る。物理的光路長は、光路長を光ビームが横切る光路に
おける空気の平均屈折率で割った値である。従って、干
渉計の測定値は、光路に沿った空気の屈折率に関連して
補正されなければならない。実際には、測定経路に沿っ
た空気は、とりわけ、ステッパのウェーハ・ステージを
包囲する領域において、乱流となる可能性がある。屈折
率は、光路に沿った局部的空気密度によって決まる。従
って、測定中における実際の光路での屈折率が分からな
い限り、光路長から物理的距離への変換においてエラー
が生じることになる。回路構造のサイズが縮小するにつ
れて、空気の乱流によって生じる誤差は、重大な位置測
定エラーを引き起こす可能性がある。従って、光路長と
同時に屈折率を測定するための方法が提案されてきた。
【０００７】空気の密度及び物理的光路長を同時に測定
するための方法の１つは、空気の屈折率、空気の密度、
及び、光路長の間における測定された関係を利用するこ
とである。屈折率は波長によって変化するので、平均密
度、従って、屈折率は、２つ以上の波長で光路長を測定
することによって推定することが可能である。
するための方法の１つは、空気の屈折率、空気の密度、
及び、光路長の間における測定された関係を利用するこ
とである。屈折率は波長によって変化するので、平均密
度、従って、屈折率は、２つ以上の波長で光路長を測定
することによって推定することが可能である。
【０００８】２つの大きく離れた周波数で行う光路長の
測定をベースにした測定システムが、当該技術において
既知のところである。例えば、Ｌｉｓは米国特許第５，
４０４，２２２号において、２つのレーザを利用して異
なる周波数で光路長を測定するシステムについて解説し
ている。Ｌｉｓの教示によるシステムは、従来のＡＣ干
渉計に利用されているものに比べてはるかに複雑な光学
系を必要とする。このシステムでは、空気の乱流を補正
するために、３つの波長と、複数の距離測定を必要とす
る。さらに、該システムは、非共振第２高調波の発生に
依存して、複数波長を生じさせるので、Ｓ／Ｎ比が悪化
する。また、該システムは、コストの高い光学技法に依
存して補正信号を発生する。
測定をベースにした測定システムが、当該技術において
既知のところである。例えば、Ｌｉｓは米国特許第５，
４０４，２２２号において、２つのレーザを利用して異
なる周波数で光路長を測定するシステムについて解説し
ている。Ｌｉｓの教示によるシステムは、従来のＡＣ干
渉計に利用されているものに比べてはるかに複雑な光学
系を必要とする。このシステムでは、空気の乱流を補正
するために、３つの波長と、複数の距離測定を必要とす
る。さらに、該システムは、非共振第２高調波の発生に
依存して、複数波長を生じさせるので、Ｓ／Ｎ比が悪化
する。また、該システムは、コストの高い光学技法に依
存して補正信号を発生する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】一般に、本発明の目的
は、改良されたＡＣ干渉計を提供することにある。
は、改良されたＡＣ干渉計を提供することにある。
【００１０】本発明のもう１つの目的は、測定光路に沿
った空気の乱流を自動的に補償する干渉計を提供するこ
とにある。
った空気の乱流を自動的に補償する干渉計を提供するこ
とにある。
【００１１】本発明のさらにもう１つの目的は、空気の
乱流を補償する従来の干渉計よりも単純な構成を有する
干渉計を提供することにある。
乱流を補償する従来の干渉計よりも単純な構成を有する
干渉計を提供することにある。
【００１２】本発明の以上の、及びその他の目的につい
ては、下記の本発明の詳細な説明及び添付の図面から当
該技術者には明らかになるであろう。
ては、下記の本発明の詳細な説明及び添付の図面から当
該技術者には明らかになるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、ステージ・ミ
ラーが第１と第２の位置の間を移動する際、基準ミラー
に対するステージ・ミラーの位置変化を測定するための
装置である。この装置には、第１と第２の合致した光ビ
ームを発生するための光源が含まれおり、第１の光ビー
ムは、波長λ1を備え、第２の光ビームは、波長λ2を備
えているが、ここで、λ1＝Ｍλ2である（Ｍは２以上の
整数）。第１の光ビームには、第１のビート周波数Ｆ
ref（λ1）だけ周波数の異なる２つの直交偏光成分が含
まれており、第２の光ビームには、第２のビート周波数
Ｆref（λ2）だけ周波数の異なる２つの直交偏光成分が
含まれているが、ここで、Ｆref（λ2）＝ＭＦ
ref（λ1）であり、Ｍは２以上の整数である。偏光依存
ビーム・スプリッタが、各光ビームの直交偏光成分の一
方を基準ミラーに送り、各光ビームの直交偏光成分のも
う一方をステージ・ミラーに送る。また、偏光依存ビー
ム・スプリッタは、直交偏光成分が、基準ミラーとステ
ージ・ミラーのいずれかによって反射された後、直交偏
光成分の再結合も行う。第１の検出器は、第１の光ビー
ムの直交偏光成分が偏光依存ビーム・スプリッタによっ
て再結合された後、第１の光ビームの光強度を測定し、
Ｆ1（ｔ）の瞬間周波数で振動する、その光強度に等し
い強さの第１の検出器信号を発生する。第２の検出器
は、第２の光ビームの直交偏光成分が偏光依存ビーム・
スプリッタによって再結合された後、第２の光ビームの
光強度を測定し、Ｆ2（ｔ）の瞬間周波数で振動する、
その光強度に等しい強さの第２の検出器信号を発生す
る。基準信号発生器は、Ｆref（λ1）で振動する基準信
号を発生する。光路測定回路は、ステージ・ミラーが第
１の位置から第２の位置まで移動する期間中、第２の検
出器信号と基準信号発生器信号の振動数の差を測定す
る。補正項回路は、ステージ・ミラーが第１の位置から
第２の位置まで移動する期間中、ＭＦ1（ｔ）−Ｆ
2（ｔ）に等しい瞬間周波数を有する信号の振動数を測
定する。本発明の望ましい実施態様の場合、Ｍ＝２であ
る。
ラーが第１と第２の位置の間を移動する際、基準ミラー
に対するステージ・ミラーの位置変化を測定するための
装置である。この装置には、第１と第２の合致した光ビ
ームを発生するための光源が含まれおり、第１の光ビー
ムは、波長λ1を備え、第２の光ビームは、波長λ2を備
えているが、ここで、λ1＝Ｍλ2である（Ｍは２以上の
整数）。第１の光ビームには、第１のビート周波数Ｆ
ref（λ1）だけ周波数の異なる２つの直交偏光成分が含
まれており、第２の光ビームには、第２のビート周波数
Ｆref（λ2）だけ周波数の異なる２つの直交偏光成分が
含まれているが、ここで、Ｆref（λ2）＝ＭＦ
ref（λ1）であり、Ｍは２以上の整数である。偏光依存
ビーム・スプリッタが、各光ビームの直交偏光成分の一
方を基準ミラーに送り、各光ビームの直交偏光成分のも
う一方をステージ・ミラーに送る。また、偏光依存ビー
ム・スプリッタは、直交偏光成分が、基準ミラーとステ
ージ・ミラーのいずれかによって反射された後、直交偏
光成分の再結合も行う。第１の検出器は、第１の光ビー
ムの直交偏光成分が偏光依存ビーム・スプリッタによっ
て再結合された後、第１の光ビームの光強度を測定し、
Ｆ1（ｔ）の瞬間周波数で振動する、その光強度に等し
い強さの第１の検出器信号を発生する。第２の検出器
は、第２の光ビームの直交偏光成分が偏光依存ビーム・
スプリッタによって再結合された後、第２の光ビームの
光強度を測定し、Ｆ2（ｔ）の瞬間周波数で振動する、
その光強度に等しい強さの第２の検出器信号を発生す
る。基準信号発生器は、Ｆref（λ1）で振動する基準信
号を発生する。光路測定回路は、ステージ・ミラーが第
１の位置から第２の位置まで移動する期間中、第２の検
出器信号と基準信号発生器信号の振動数の差を測定す
る。補正項回路は、ステージ・ミラーが第１の位置から
第２の位置まで移動する期間中、ＭＦ1（ｔ）−Ｆ
2（ｔ）に等しい瞬間周波数を有する信号の振動数を測
定する。本発明の望ましい実施態様の場合、Ｍ＝２であ
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、基準ミラー２１と可変ミラ
ー２２の間の距離差を測定するための本発明によるレー
ザ干渉計１０のブロック図である図１を参照する。光源
１１は、２つの波長λ1及びλ2＝λ1／２の、直交する
２つの偏光分割周波数波を発生する。この波は、図面を
単純化するため、２つの分離したビームとして示されて
いるが、理解すべきは、２つのビームは空間的に合致し
ているという点である。λ1のビームは１２で示されて
おり、λ2のビームは１３で示されている。各ビームは
夫々、周波数が５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚだけ異なる２つの
直交偏光成分から成る。この周波数差の最適値は、ステ
ージが移動する最高速度によって決まる。必要な特性を
備えたレーザについては、米国特許第５，７３２，０９
５号に記載がある。
ー２２の間の距離差を測定するための本発明によるレー
ザ干渉計１０のブロック図である図１を参照する。光源
１１は、２つの波長λ1及びλ2＝λ1／２の、直交する
２つの偏光分割周波数波を発生する。この波は、図面を
単純化するため、２つの分離したビームとして示されて
いるが、理解すべきは、２つのビームは空間的に合致し
ているという点である。λ1のビームは１２で示されて
おり、λ2のビームは１３で示されている。各ビームは
夫々、周波数が５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚだけ異なる２つの
直交偏光成分から成る。この周波数差の最適値は、ステ
ージが移動する最高速度によって決まる。必要な特性を
備えたレーザについては、米国特許第５，７３２，０９
５号に記載がある。
【００１５】各ビームは、一方の成分が基準ミラー２１
に向かい、もう一方の成分がステージ・ミラー２２に向
かうように、偏光ビーム・スプリッタ１７によって分割
される。四分の一波長板１４によって、基準ミラーから
反射される成分の偏光が９０゜回転する。従って、これ
らの成分は、ビーム・スプリッタ１７に戻ると、ビーム
・スプリッタを通過し、偏光アナライザ２５を介して検
出器２３及び２４に達する。偏光アナライザ２５は、基
準ミラー及び測定ミラーから入射される直交偏光ビーム
からビート信号を発生する。それは、これらのビームの
偏光方向に対して４５゜をなすように向けられる。同様
に、四分の一波長板１５によって、ビーム・スプリッタ
１７を通過し、ステージ・ミラー２２によって反射され
る成分の偏光が９０゜回転する。従って、これらの成分
は、ビーム・スプリッタ１７に戻ると、やはり反射され
て検出器２３及び２４に送り込まれる。検出器２３は、
ビーム１２の周波数の光のみを検出するのに適したフィ
ルタを備えており、検出器２４は、ビーム１３の周波数
の光のみを検出するフィルタを備えている。
に向かい、もう一方の成分がステージ・ミラー２２に向
かうように、偏光ビーム・スプリッタ１７によって分割
される。四分の一波長板１４によって、基準ミラーから
反射される成分の偏光が９０゜回転する。従って、これ
らの成分は、ビーム・スプリッタ１７に戻ると、ビーム
・スプリッタを通過し、偏光アナライザ２５を介して検
出器２３及び２４に達する。偏光アナライザ２５は、基
準ミラー及び測定ミラーから入射される直交偏光ビーム
からビート信号を発生する。それは、これらのビームの
偏光方向に対して４５゜をなすように向けられる。同様
に、四分の一波長板１５によって、ビーム・スプリッタ
１７を通過し、ステージ・ミラー２２によって反射され
る成分の偏光が９０゜回転する。従って、これらの成分
は、ビーム・スプリッタ１７に戻ると、やはり反射され
て検出器２３及び２４に送り込まれる。検出器２３は、
ビーム１２の周波数の光のみを検出するのに適したフィ
ルタを備えており、検出器２４は、ビーム１３の周波数
の光のみを検出するフィルタを備えている。
【００１６】第３の検出器２７及び第２の偏光アナライ
ザ２８は、光源１１の出力からλ2の基準信号を発生す
る。非偏光ビーム・スプリッタ１６は、レーザ出力の一
部を、波長λ1の光を阻止するフィルタを備えた検出器
２７に方向転換するために用いられる。
ザ２８は、光源１１の出力からλ2の基準信号を発生す
る。非偏光ビーム・スプリッタ１６は、レーザ出力の一
部を、波長λ1の光を阻止するフィルタを備えた検出器
２７に方向転換するために用いられる。
【００１７】この説明のため、波長λ1を有するビーム
の２つの成分の周波数が１０ＭＨｚだけ異なり、Ｍ＝
２、すなわち、λ1＝２λ2であると仮定する。従って、
検出器２７の出力は、１０ＭＨｚのビート周波数を有す
ることになり、レーザ線の分割だけで決定される（これ
が基準周波数となる）。検出器２４によって発生するビ
ート周波数は、ステージが移動する速度によって決まる
量だけ、この基準周波数に対してドップラ・シフトす
る。
の２つの成分の周波数が１０ＭＨｚだけ異なり、Ｍ＝
２、すなわち、λ1＝２λ2であると仮定する。従って、
検出器２７の出力は、１０ＭＨｚのビート周波数を有す
ることになり、レーザ線の分割だけで決定される（これ
が基準周波数となる）。検出器２４によって発生するビ
ート周波数は、ステージが移動する速度によって決まる
量だけ、この基準周波数に対してドップラ・シフトす
る。
【００１８】λ2ビームの成分間周波数差は、λ1ビーム
の成分間周波数差によって決まる。従って本例の場合、
検出器２３の出力は、ステージが移動する速度によって
決まる量だけドップラ・シフトした、２０ＭＨｚのビー
ト周波数を有することになる。
の成分間周波数差によって決まる。従って本例の場合、
検出器２３の出力は、ステージが移動する速度によって
決まる量だけドップラ・シフトした、２０ＭＨｚのビー
ト周波数を有することになる。
【００１９】本発明は、ステージ・ミラーの位置Ａから
位置Ｂまでの移動に対応する光路長ＰAB（λ）が、下記
の公式によって、ステージ・ミラーの移動距離ＬAB及び
測定波長における空気の屈折率と関連づけられるという
観測結果に基づくものである。
位置Ｂまでの移動に対応する光路長ＰAB（λ）が、下記
の公式によって、ステージ・ミラーの移動距離ＬAB及び
測定波長における空気の屈折率と関連づけられるという
観測結果に基づくものである。
【００２０】
【数１】
【００２１】ここで、ｎ（λ）は、波長λにおける空気
の屈折率である。２つの周波数で式（１）を用いて、Ｌ
ABを解くと、次のようになる。
の屈折率である。２つの周波数で式（１）を用いて、Ｌ
ABを解くと、次のようになる。
【００２２】
【数２】
【００２３】ここで、ｉ＝１、２の場合、
【００２４】
【数３】
【００２５】ここで、ρは、空気の密度である。留意す
べきは、式（２）は、ρに依存するものではなく、従っ
て、式（２）から計算される距離は、いかなる空気の乱
流についても補正されるということである。
べきは、式（２）は、ρに依存するものではなく、従っ
て、式（２）から計算される距離は、いかなる空気の乱
流についても補正されるということである。
【００２６】ＡＣ干渉計測定の場合、光路長は、下記の
ように、ある時点における瞬間ステージ移動速度によっ
てドップラ・シフトされたビーム周波数における２つの
偏光状態の周波数差に関連している。すなわち、
ように、ある時点における瞬間ステージ移動速度によっ
てドップラ・シフトされたビーム周波数における２つの
偏光状態の周波数差に関連している。すなわち、
【００２７】
【数４】
【００２８】ここで、Ｆλ（ｔ）は、検出波長λに同調
させた検出器によって時点ｔにおいて測定されるビート
周波数であり、Ｆref（λ）は、波長λにおける基準ビ
ート周波数、すなわち、ステージが移動していない場合
のビート周波数である。上述のように、 λ1＝２×λ2 であり、 Ｆref（λ2）＝２×Ｆref（λ1） である。従って、
させた検出器によって時点ｔにおいて測定されるビート
周波数であり、Ｆref（λ）は、波長λにおける基準ビ
ート周波数、すなわち、ステージが移動していない場合
のビート周波数である。上述のように、 λ1＝２×λ2 であり、 Ｆref（λ2）＝２×Ｆref（λ1） である。従って、
【００２９】
【数５】
【００３０】留意すべきは、上記式中の積分は、ステー
ジが位置Ａから位置Ｂに移動する時間中における低いほ
うのビート周波数の２倍と高いほうのビート周波数との
差をその入力とするカウンタによって累算される、単な
るカウントにすぎないということである。本発明の望ま
しい実施態様の場合、この差は、周波数二倍回路３４を
利用して検出器２３からのビート周波数を２倍にし、ミ
クサ３２を用いてこの２倍にされたビート周波数と検出
器２４で測定されたビート周波数との差を生じさせるこ
とによって生成される。結果得られる差信号は、補正値
発生器３３によって積分され、さらに、その積分結果に
下記の補正値が掛けられる。
ジが位置Ａから位置Ｂに移動する時間中における低いほ
うのビート周波数の２倍と高いほうのビート周波数との
差をその入力とするカウンタによって累算される、単な
るカウントにすぎないということである。本発明の望ま
しい実施態様の場合、この差は、周波数二倍回路３４を
利用して検出器２３からのビート周波数を２倍にし、ミ
クサ３２を用いてこの２倍にされたビート周波数と検出
器２４で測定されたビート周波数との差を生じさせるこ
とによって生成される。結果得られる差信号は、補正値
発生器３３によって積分され、さらに、その積分結果に
下記の補正値が掛けられる。
【００３１】
【数６】
【００３２】λ2における光路長は、ステージが位置Ａ
から位置Ｂに移動する期間中における検出器２４からの
ビート周波数と検出器２７からの基準周波数との差を累
算する回路３１によって生じる。累算された差にλ2／
４πを掛けると、光路長測定値ＰAB（λ2）が生じる。
減算器３５は、光路長測定結果と補正項の差を計算し
て、補正された距離測定結果が得られるようにする。
から位置Ｂに移動する期間中における検出器２４からの
ビート周波数と検出器２７からの基準周波数との差を累
算する回路３１によって生じる。累算された差にλ2／
４πを掛けると、光路長測定値ＰAB（λ2）が生じる。
減算器３５は、光路長測定結果と補正項の差を計算し
て、補正された距離測定結果が得られるようにする。
【００３３】本発明の上述の実施態様では、周波数が２
倍異なる２つのビームが利用された。しかし、当業者に
は以上の説明から明らかなように、本発明は、周波数が
任意の整数倍だけ異なる２つのビームで実施することが
可能である。
倍異なる２つのビームが利用された。しかし、当業者に
は以上の説明から明らかなように、本発明は、周波数が
任意の整数倍だけ異なる２つのビームで実施することが
可能である。
【００３４】本発明の上述の実施態様では、ビート周波
数の差を計算するための特定の回路要素も利用された。
しかし、当該技術者には以上の説明から明らかなよう
に、本発明の教示を逸脱することなく、他の回路を利用
することも可能である。例えば、個々のビート周波数
は、ステージの移動に関して別個に積分することが可能
であり、補正項は、累算された差から求めることが可能
である。
数の差を計算するための特定の回路要素も利用された。
しかし、当該技術者には以上の説明から明らかなよう
に、本発明の教示を逸脱することなく、他の回路を利用
することも可能である。例えば、個々のビート周波数
は、ステージの移動に関して別個に積分することが可能
であり、補正項は、累算された差から求めることが可能
である。
【００３５】当該技術者には、以上の説明及び添付の図
面から本発明に対するさまざまな修正が明らかになるで
あろう。従って、本発明は、付属の請求の範囲によって
のみ限定されるものとする。
面から本発明に対するさまざまな修正が明らかになるで
あろう。従って、本発明は、付属の請求の範囲によって
のみ限定されるものとする。
【００３６】〔実施態様〕なお、本発明の実施態様の例
を以下に示す。
を以下に示す。
【００３７】〔実施態様１〕ステージ・ミラー［２２］
が第１と第２の位置の間で移動する場合において、基準
ミラー［２１］を基準にして、ステージ・ミラー［２
２］の位置の変化を測定するための装置［１０］であっ
て、第１と第２の合致した光ビームを発生するための光
源［１１］であって、前記第１の光ビーム［１２］は波
長λ1を備え、前記第２の光ビーム［１３］は波長λ2を
備えており（ここで、λ1＝Ｍλ2、Ｍは２以上の整
数）、前記第１の光ビーム［１２］は、第１のビート周
波数Ｆref（λ1）だけ周波数の異なる２つの直交偏光成
分を備え、前記第２の光ビーム［１３］は、第２のビー
ト周波数Ｆref（λ2）だけ周波数の異なる２つの直交偏
光成分を備えている（ここで、Ｆref（λ2）＝ＭＦref
（λ1）、Ｍは２以上の整数）光源［１１］と、前記各
光ビームの前記直交偏光成分の一方を前記基準ミラー
［２１］に送り、前記各光ビームの前記直交偏光成分の
もう一方を前記ステージ・ミラー［２２］に送り、前記
２つの直交偏光成分が前記基準ミラー［２１］と前記ス
テージ・ミラー［２２］のいずれかによって反射された
後にこれら直交偏光成分の再結合を行うための偏光依存
ビーム・スプリッタ［１７］と、前記第１の光ビーム
［１２］の前記直交偏光成分が、前記偏光依存ビーム・
スプリッタ［１７］によって再結合された後、前記第１
の光ビーム［１２］の光強度を検出する第１の検出器
［２３］であって、Ｆ1（ｔ）の瞬間周波数で振動す
る、その光強度に等しい強さの第１の光検出器信号を発
生するための第１の検出器［２３］と、前記第２の光ビ
ーム［１３］の前記直交偏光成分が、前記偏光依存ビー
ム・スプリッタ［１７］によって再結合された後、前記
第２の光ビーム［１３］の光強度を検出する第２の検出
器［２４］であって、Ｆ2（ｔ）の瞬間周波数で振動す
る、その光強度に等しい強さの第２の光検出器信号を発
生するための第２の検出器［２４］と、前記第２のビー
ト周波数で振動する基準信号を発生するための基準信号
発生器［２７］と、前記ステージ・ミラー［２２］が前
記第１の位置から前記第２の位置まで移動する期間中、
前記第２の検出器［２４］信号と前記基準信号発生器
［２７］信号の振動数の差を測定し、前記差を表す信号
を発生するための光路測定回路［３１］と、前記ステー
ジ・ミラー［２２］が前記第１の位置から前記第２の位
置まで移動する期間中、ＭＦ1（ｔ）−Ｆ2（ｔ）の周波
数を備えた信号の振動数を測定し、前記測定振動数を表
す補正信号を発生するための補正項回路［３３］とを具
備して成る装置。 〔実施態様２〕前記光路信号と前記補正信号の線形重み
付き差を生成するための回路［３４］をさらに備えるこ
とを特徴とする、実施態様１に記載の装置［１０］。 〔実施態様３〕前記補正項回路［３３］は、前記第１の
検出器［２３］信号のＭ倍の周波数を備えた信号を発生
するための周波数逓倍回路［３４］と、前記第２の検出
器［２４］信号から、前記第１の検出器［２３］信号の
Ｍ倍の周波数を備えた信号を減じるためのミクサ［３
２］とを備えていることを特徴とする、実施態様１また
は実施態様２に記載の装置［１０］。 〔実施態様４〕Ｍ＝２であることを特徴とする、実施態
様１乃至実施態様３のいずれか一項に記載の装置［１
０］。 〔実施態様５〕前記基準信号発生器［２７］は、前記第
２の光ビーム［１３］の一部を前記基準信号を発生する
光検出器［２７］に送り込むためのビーム・スプリッタ
［１６］を備えていることを特徴とする、実施態様１乃
至実施態様４のいずれか一項に記載の装置［１０］。
が第１と第２の位置の間で移動する場合において、基準
ミラー［２１］を基準にして、ステージ・ミラー［２
２］の位置の変化を測定するための装置［１０］であっ
て、第１と第２の合致した光ビームを発生するための光
源［１１］であって、前記第１の光ビーム［１２］は波
長λ1を備え、前記第２の光ビーム［１３］は波長λ2を
備えており（ここで、λ1＝Ｍλ2、Ｍは２以上の整
数）、前記第１の光ビーム［１２］は、第１のビート周
波数Ｆref（λ1）だけ周波数の異なる２つの直交偏光成
分を備え、前記第２の光ビーム［１３］は、第２のビー
ト周波数Ｆref（λ2）だけ周波数の異なる２つの直交偏
光成分を備えている（ここで、Ｆref（λ2）＝ＭＦref
（λ1）、Ｍは２以上の整数）光源［１１］と、前記各
光ビームの前記直交偏光成分の一方を前記基準ミラー
［２１］に送り、前記各光ビームの前記直交偏光成分の
もう一方を前記ステージ・ミラー［２２］に送り、前記
２つの直交偏光成分が前記基準ミラー［２１］と前記ス
テージ・ミラー［２２］のいずれかによって反射された
後にこれら直交偏光成分の再結合を行うための偏光依存
ビーム・スプリッタ［１７］と、前記第１の光ビーム
［１２］の前記直交偏光成分が、前記偏光依存ビーム・
スプリッタ［１７］によって再結合された後、前記第１
の光ビーム［１２］の光強度を検出する第１の検出器
［２３］であって、Ｆ1（ｔ）の瞬間周波数で振動す
る、その光強度に等しい強さの第１の光検出器信号を発
生するための第１の検出器［２３］と、前記第２の光ビ
ーム［１３］の前記直交偏光成分が、前記偏光依存ビー
ム・スプリッタ［１７］によって再結合された後、前記
第２の光ビーム［１３］の光強度を検出する第２の検出
器［２４］であって、Ｆ2（ｔ）の瞬間周波数で振動す
る、その光強度に等しい強さの第２の光検出器信号を発
生するための第２の検出器［２４］と、前記第２のビー
ト周波数で振動する基準信号を発生するための基準信号
発生器［２７］と、前記ステージ・ミラー［２２］が前
記第１の位置から前記第２の位置まで移動する期間中、
前記第２の検出器［２４］信号と前記基準信号発生器
［２７］信号の振動数の差を測定し、前記差を表す信号
を発生するための光路測定回路［３１］と、前記ステー
ジ・ミラー［２２］が前記第１の位置から前記第２の位
置まで移動する期間中、ＭＦ1（ｔ）−Ｆ2（ｔ）の周波
数を備えた信号の振動数を測定し、前記測定振動数を表
す補正信号を発生するための補正項回路［３３］とを具
備して成る装置。 〔実施態様２〕前記光路信号と前記補正信号の線形重み
付き差を生成するための回路［３４］をさらに備えるこ
とを特徴とする、実施態様１に記載の装置［１０］。 〔実施態様３〕前記補正項回路［３３］は、前記第１の
検出器［２３］信号のＭ倍の周波数を備えた信号を発生
するための周波数逓倍回路［３４］と、前記第２の検出
器［２４］信号から、前記第１の検出器［２３］信号の
Ｍ倍の周波数を備えた信号を減じるためのミクサ［３
２］とを備えていることを特徴とする、実施態様１また
は実施態様２に記載の装置［１０］。 〔実施態様４〕Ｍ＝２であることを特徴とする、実施態
様１乃至実施態様３のいずれか一項に記載の装置［１
０］。 〔実施態様５〕前記基準信号発生器［２７］は、前記第
２の光ビーム［１３］の一部を前記基準信号を発生する
光検出器［２７］に送り込むためのビーム・スプリッタ
［１６］を備えていることを特徴とする、実施態様１乃
至実施態様４のいずれか一項に記載の装置［１０］。
【図１】本発明によるレーザ干渉計のブロック図であ
る。
る。
１０：測定装置 １１：光源 １２：第１の光ビーム １３：第２の光ビーム １６：ビーム・スプリッタ １７：偏光依存ビーム・スプリッタ ２１：基準ミラー ２２：ステージ・ミラー ２３：第１の光検出器 ２４：第２の光検出器 ２７：基準信号発生器 ３１：光路測定回路 ３２：ミクサ ３３：補正回路 ３４：周波数逓倍回路 ３５：減算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ.
Claims (1)
- 【請求項１】ステージ・ミラーが第１と第２の位置の間
で移動する場合において、基準ミラーを基準にして、ス
テージ・ミラーの位置の変化を測定するための装置であ
って、 第１と第２の合致した光ビームを発生するための光源で
あって、前記第１の光ビームは波長λ1を備え、前記第
２の光ビームは波長λ2を備えており（ここで、λ1＝Ｍ
λ2、Ｍは２以上の整数）、前記第１の光ビームは、第
１のビート周波数Ｆref（λ1）だけ周波数の異なる２つ
の直交偏光成分を備え、前記第２の光ビームは、第２の
ビート周波数Ｆref（λ2）だけ周波数の異なる２つの直
交偏光成分を備えている（ここで、Ｆref（λ2）＝ＭＦ
ref（λ1）、Ｍは２以上の整数）光源と、 前記各光ビームの前記直交偏光成分の一方を前記基準ミ
ラーに送り、前記各光ビームの前記直交偏光成分のもう
一方を前記ステージ・ミラーに送り、前記２つの直交偏
光成分が前記基準ミラーと前記ステージ・ミラーのいず
れかによって反射された後にこれら直交偏光成分の再結
合を行うための偏光依存ビーム・スプリッタと、 前記第１の光ビームの前記直交偏光成分が、前記偏光依
存ビーム・スプリッタによって再結合された後、前記第
１の光ビームの光強度を検出する第１の検出器であっ
て、Ｆ1（ｔ）の瞬間周波数で振動する、その光強度に
等しい強さの第１の光検出器信号を発生するための第１
の検出器と、 前記第２の光ビームの前記直交偏光成分が、前記偏光依
存ビーム・スプリッタによって再結合された後、前記第
２の光ビームの光強度を検出する第２の検出器であっ
て、Ｆ2（ｔ）の瞬間周波数で振動する、その光強度に
等しい強さの第２の光検出器信号を発生するための第２
の検出器と、 前記第２のビート周波数で振動する基準信号を発生する
ための基準信号発生器と、 前記ステージ・ミラーが前記第１の位置から前記第２の
位置まで移動する期間中、前記第２の検出器信号と前記
基準信号発生器信号の振動数の差を測定し、前記差を表
す信号を発生するための光路測定回路と、 前記ステージ・ミラーが前記第１の位置から前記第２の
位置まで移動する期間中、ＭＦ1（ｔ）−Ｆ2（ｔ）の周
波数を備えた信号の振動数を測定し、該測定振動数を表
す補正信号を発生するための補正項回路とを具備して成
る装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US227998 | 1999-01-08 | ||
| US09/227,998 US6014216A (en) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | Architecture for air-turbulence-compensated dual-wavelength heterodyne interferometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000205814A true JP2000205814A (ja) | 2000-07-28 |
| JP2000205814A5 JP2000205814A5 (ja) | 2006-12-07 |
Family
ID=22855330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP852A Pending JP2000205814A (ja) | 1999-01-08 | 2000-01-06 | ヘテロダイン干渉計 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6014216A (ja) |
| JP (1) | JP2000205814A (ja) |
| CN (1) | CN1149387C (ja) |
| DE (1) | DE19944018B4 (ja) |
| GB (1) | GB2346967B (ja) |
| TW (1) | TW469341B (ja) |
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