JP3224718B2 - 干渉計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、干渉計、特にマッ
ハツエンダー型の干渉計の光学要素の配置・構造等の改
良に関するものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】マッハ−ツエンダー
（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型による干渉計は、光の
干渉を利用し干渉縞を解析することで、光路中に挿入さ
れた被検物等の例えば表面の凹凸、変位（厚み）、微細
構造などの種々の検査や測定に用いることができる２光
束干渉計であり、装置は、例えば２枚のハーフミラーと
２枚の反射ミラーを用いて構成できる。

【０００３】図１３は、典型的な従来のマッハツエンダ
ー干渉計の本体要部の構成要素の配置を示す。図のよう
に、ここでは、ハーフミラーＭ１，Ｍ２と全反射ミラー
Ｍａ，Ｍｂが用いられ、これらのミラーの組が長方形の
対角線の頂点に相当する位置に配置される。光源からの
光束は、一方のハーフミラーＭ１（分割素子）で２分さ
れ、それぞれ反射ミラーＭａ，反射ミラーＭｂ（偏向素
子）で反射されたのち、図示のように他方のハーフミラ
ーＭ２（結合素子）で再結合されるまで別々の光路を進
み、再び重なり合うことで干渉縞が得られる。

【０００４】こうした４つの光学要素の配置構造による
干渉計は、光路中に、透過性のある試料（例えばガラス
板等）を配置し、現れる干渉縞のずれ等の観察、検出等
に基づき、被測定対象の面の検査や屈折率の変化などの
測定に利用される。なお、符号Ｈ、Ｈを付した光学部品
は、２つの光路の光路長差を調整するためのもの（コン
ペンセータ）、例えば光学くさびであり、これらを、例
えばハーフミラーＭ１と反射ミラーＭａとの間の光路、
反射ミラーＭｂとハーフミラーＭ２との間の光路に配
し、一方の光路中のものをスライドさせて光路長差調整
を行う。

【０００５】マッハツエンダー干渉計に用いられる上記
のような構成素子（ミラー）の保持については、従来か
ら、図に併せて示す如くに、反射ミラーＭａ，Ｍｂ及び
ハーフミラーＭ１，Ｍ２を固定する方法として、それぞ
れのミラー類を独立したミラーホルダーＭｈで固定する
構成が採用される。しかして、この種の干渉計が装置の
構成上機械的な振動に弱いという特質があること加え、
上記のような独立したホルダーＭｈによりそれぞれ保持
する構成方法によっている図示のマッハツエンダー干渉
計固定構造のものにあっては、個々ミラーの配置位置の
設定、調整なども極めて煩雑で、高度の職人芸的技倆が
要求され、これらの点で不利、不便が多い。このため、
その製作、構造、調整等といった面や、使用時における
機械的振動に対する性能安定性等の面でも、いまだ、十
分に満足すべきものは得られていない。

【０００６】更に、使用時、必要な精度、感度で被検物
等の検査や測定を行うことを確保する上では、周囲環境
の温度変化に対する対策も重要であり、よって、機械的
振動に対する安定性に加えて、同時に温度変動に対する
安定性も得られればより効果的である。

【０００７】本発明は、マッハツエンダー型の干渉計の
光学要素の構成に改良を加え、製作、調整等が容易に可
能で、かつ機械的な振動に対しても安定な性能を示す、
改良された干渉計を実現しようというものである。ま
た、他の目的は、更に簡単な構成をもって高精度にミラ
ー角度を決定することのできる干渉計を提供することで
ある。更に、他の目的は、これらに加え、温度変動に対
しての安定も確保し、従って機械的な振動及び温度変動
に対しても安定な構成の、更に改善された干渉計を提供
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によって、下記の
干渉計が提供される。本発明干渉計は、光源からの光束
を分割し、その分割された一方の光束と他方の光束を、
それぞれ分割光路で導き、結合させて干渉させるマッハ
ツエンダー型の干渉計であって、前記光束の分割、分割
光路形成、及び結合を行う光学系と、該光学系の光学要
素を保持する保持機構とを備え、該保持機構は、第１の
ブロック及び第２のブロック相互を接面するよう結合さ
せた構成を有し、該結合させた第１及び第２の２個のブ
ロックは、前記光学要素の取り付け面として、対向する
面が平行となるように形成され、それぞれその平行に形
成した面に前記光学素子の取り付け部を有するととも
に、これら２個の平行なブロックの結合が、当該２個の
ブロックを互いの平行に形成した面のうちの一方の面同
志で接するようにすることによって、該第１のブロック
における平行に形成した面のうちの他方の面、該第１及
び第２のブロック相互を接面させた当該面、及び該第２
のブロックにおける平行に形成した面のうちの他方の面
が、それぞれ平行な面を形成するように該第１のブロッ
クと第２のブロックとを一体化したものであり、該各ブ
ロックの内部に前記分割光路が通る中空を有する構成と
してなる、ことを特徴とするものである。よって、本干
渉計は、上記構成の光学系、及び保持用ブロックを含む
光学要素保持機構を有してマッハツエンダー干渉計を形
成でき、従って、この種のタイプの干渉計で干渉を行わ
せる場合、干渉計の構成上機械的な振動に弱いという点
を改善しつつ、機械的な位置変動に対して敏感な使用光
学要素を適切に固定する構成とし得て、個々の使用光学
要素をそれぞれ独立して保持する方式のものに比し、製
作、調整等も容易で、十分に機械的な振動に対しても安
定な性能のものを実現することを可能ならしめる。

【０００９】また、その光学系の使用光学要素が２つの
ハーフミラーと２つの反射ミラーで、それら４つのミラ
ーのミラー保持機構として、対向する面が平行となるよ
うに形成した２個の直方体の筒構造ブロックを使用する
構成として、本発明は好適に実施でき、同様に上記のこ
とを実現することを可能ならしめる。この場合は、機械
的な位置変動に対して敏感なミラーを完全に固定するこ
とで、安定な干渉計を構成することができる上、ミラー
の角度決定に機構部品の平行性のみを利用する構成とで
き、このため簡単な構成をもって、高精度にミラー角度
を決定できる、改良されたマッハツエンダー干渉計を得
ることが可能である。

【００１０】また、好ましくは、好適例では、そのブロ
ックの材料として、熱膨張係数の小さい材質のもの、例
えばセラミックを用いるとともに、かかるブロックは、
光学定盤に対してキネマチックマウントする構成とす
る。このようにする場合は、ミラーの固定機構に熱膨張
係数の小さいセラミック等を使用すること、及びキネマ
チックマウントにより光学定盤が熱膨張係数の大きな金
属であっても干渉計にストレスを与えないこと等によっ
て、上記に加え、温度変動に対しても安定した干渉計を
形成でき、従って、機械的な振動及び温度変動に対して
安定な構成の、更に改善されたマッハツエンダー干渉計
を実現することができる。また、ブロックは、セラミッ
クのほか、例えばインバー等の金属からなるものとして
もよい。

【００１１】また、好ましくは、ブロックに取り付けら
れた光学要素間の光路中に介挿して波面調整を行う手段
を備え、該手段の光学部品の角度及び回転角度を調整し
て、波面角度や光軸位置調整を行うよう構成して、本発
明は実施でき、同様に上記のことを実現することを可能
ならしめる。この場合は、介挿した光学部品の角度及び
回転角度を調整する構成として、２光束間の波面角度及
び光軸位置調整を行うことが可能で、調整機構としてそ
れぞれ独立した個々のミラー類自体の角度を調整するも
のの場合に比し、機械的な動きに対して鈍感であり、そ
の分、微妙な調整箇所が存在しないマッハツエンダー干
渉計とすることができる。また、この場合において、分
割光路の一方に、スライド可能な第１の光学くさびを配
置し、該第１の光学くさびをスライドして分割光路の光
路長差の調整を行うようにするとともに、分割光路の他
方に、その角度及び回転角度を調整可能な第２の光学く
さびを配置し、該第２の光学くさびの角度及び回転角度
を調整するよう構成して、本発明は好適に実施例でき
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。図１は、本発明の一実施例に係るマ
ッハツエンダー干渉計による全体の装置構成を示す。図
において、１０は干渉計用の光源部、２０は干渉光路
部、５０は干渉縞観察及び／又は検出系をそれぞれ示
す。

【００１３】光源部１０は、光源１１と導入光学系１２
とを備える。光源１１には、例えばレーザー光源を用い
ることもできる。光源１１からの光束は、干渉光路部２
０への光束導入部となる導入光学系１２へ平行光束とし
て入射される。該光学系１２は、例えば、レンズ等から
なる構成とすることができる。

【００１４】光源部１０からの光束は、干渉光路部２０
に与えられる。該干渉光路部２０は、本干渉計の本体要
部を構成するもので、基本的に、光束を分割する分割素
子２１（ビームスプリッタ）、分割された光束を結合す
るための結合素子２２、及びそれらの間にあってそれぞ
れ分割光路を形成し、光束を結合素子２２へ導くよう偏
向する光束偏向素子２３，２４を含む干渉光学系を有す
る。ここでは、これらの素子は、前述したマッハツエン
ダー干渉計の２つのハーフミラーＭ１，Ｍ２と２つの全
反射ミラーＭａ，Ｍｂとして示されている。

【００１５】第１のハーフミラーＭ１は光束分割光学系
を、第２のハーフミラーＭ２は光束重合せ光学系を、第
１の反射ミラーＭａと第２の反射ミラーＭｂは分割光路
の光学系を、それぞれ構成する。本実施例では、これら
計４つのミラーを干渉光路部２０で使用される光学素子
として備えるが、更に、当該干渉光路部２０は、それら
光学素子のための光学素子保持機構（ミラー保持機構）
として、例えば断面矩形の中空を有する構造のブロック
体を用いる。該ブロック体は、前記図１３の場合のよう
な一の光学要素個々に独立のものではなく、少なくとも
複数の光学要素に共通のもので、それらの取り付け部が
設けられ、かつ、その内部は上記分割光路の光束を通し
うるように中空であり、また内部に光学部品を収納しう
るよう中空な構造のものとすることができる。

【００１６】本発明に従って、ミラー保持機構として導
入される場合の上記した保持機構部品としては、対向す
る面が平行となるように形成した２個の直方体の筒構造
ブロックは好適である。この場合において、本干渉光路
部２０におけるミラーＭ１，Ｍ２，Ｍａ，Ｍｂは図１の
ように平行とし、上記の２個の直方体の筒構造ブロック
のうちの１個は、例えば第１のハーフミラーＭ１と第１
の反射ミラーＭａを保持し支持するブロックとして、ま
た、他の１個は、第２のハーフミラーＭ２と第２の反射
ミラーＭｂを保持し支持するブロックとして、それぞれ
共通のブロックとして使用されることができる。

【００１７】また、上記各ブロック体の材料として、小
なる熱膨張係数の材質のもの、例えばセラミックを用い
るのは、より望ましい形態である。また、材質として
は、、例えば窒化けい素（ＳｉＮ）、または炭化けい素
（ＳｉＣ）を用いることかできる。上記に述べた構造の
好適な例は、後記で更に説明される（図２以下のマッハ
ツエンダー干渉計固定構造参照）。

【００１８】光束分割と再結合を別々のハーフミラーＭ
１，Ｍ２で行い、かつ反射ミラーＭａ，Ｍｂを用い光路
を図１のように形成する干渉光路部２０の場合、光源部
１０から入射した光束は第１のハーフミラーＭ１により
２光束に分割され、該ハーフミラーＭ１で反射された一
方の光束（第１の光束）は、光路を経て反射ミラーＭ
ａで反射され、光路により第２のハーフミラーＭ２を
透過して干渉光路部２０を出射し、観察／検出系５０の
干渉縞観察／検出部５１に至る。他方、第１のハーフミ
ラーＭ１を透過したもう一方の光束（第２の光束）は、
光路を経て反射ミラーＭｂで反射され、光路により
第２のハーフミラーＭ２で反射されて干渉光路部２０を
出射し、観察／検出部５１に至る。これら光路，に
よる光路と光路，による光路の両光路間の光路差
は、理想はゼロである。被検体は、用途に応じ、例えば
光源部１０と干渉光路部２０との間の光路や、あるいは
上記光路、光路に配置することができる。

【００１９】観察／検出部５１では、干渉光路部２０の
分割素子２１により分離された光束が別々の光路を経て
結合素子２２で重ね合わされることによって生ずる干渉
縞を観察し、あるいは検出する。ここに、観察／検出部
５１は、得られる干渉縞の解析に基づく試料の検査、測
定の用途などに対応して種々の態様のものを採用でき
る。例えば、干渉縞の投影あるいは結像のための光学系
のほか、干渉像を電気信号の出力に変換して得るＣＣＤ
等の光電変換器（光電検出器）等を備えるものとして構
成して干渉縞強度を電気的に検出しデータとして得るこ
ともできる。この場合、装置は、干渉縞観察／検出系５
０にデータ処理装置や画像モニター等を接続して使用す
ることができる。また、干渉光路部２０での分割が偏光
分割を利用するものである場合、観察／検出部５１は、
検光子を含んで構成することができる。

【００２０】図２には、図１の干渉光路部２０における
光学要素の固定構造の基本構成の一例が示されている。
図２は平面図を示し、ここでは、同図のように、ミラー
Ｍ１，Ｍ２，Ｍａ，Ｍｂのためのミラー保持機構とし
て、２個のブロック体３１−１，３１−２を用いるもの
である。これらブロック体３１−１，３１−２は、とも
に、ミラー取り付け面として、対向する側壁面部分が平
行となるように形成した直方体の筒構造ブロックであ
り、かつまた、本例では、その材料として熱膨張係数の
小さいセラミックを用いて形成したセラミックブロック
３２である。

【００２１】各ブロック３２は、長手方向の両端３３，
３４が開放され、対向する側壁面部には、図示のよう
に、相互に一方の端部３３寄りともう一方の端部３４寄
りとに位置をずらした状態で、各端部近傍箇所にミラー
取り付け用の開口部３６，３７を形成してある。いずれ
も、１個のブロック３２に対し、ハーフミラーと反射ミ
ラーの２つのミラーを１組として保持する構成とでき、
それらミラーが上記のような開口部３６，３７に臨んで
取り付けられるが、図示例では、セラミックブロック３
２の側壁外面に取り付けられる態様をとっている。従っ
て、この場合、ミラー取付面となるブロック３２の対向
する外側壁面同志を、予め、必要な高精度に平行となる
よう正確に面出しして、平行性をもたせておけばよい。
このような平行面の形成は、事前に、セラミックブロッ
ク３２の部品製作段階で行う。

【００２２】図では、第１のハーフミラーＭ１、及びこ
れと隣接配置の関係にある例えば第１の反射ミラーＭａ
の方が第１のブロック体３１−１の開口部３６と開口部
３７にそれぞれ共通に取り付けられ、一方、残りの他の
２つのミラー、即ち第２の反射ミラーＭｂと第２のハー
フミラーＭ２とが第２のブロック体３１−２の開口部３
６と開口部３７とにそれぞれ共通に取り付けられる。そ
して、両ブロック体３１−１，３１−２は、図示のよう
に、一方のブロック３２の開口部３６部分と他方のブロ
ック３２の開口部３７部分とが塞がれないようこれらを
避けるように、長手方向にずらした状態で、上記所要の
面精度で平行とされるよう面出しされた互いの外側壁面
の一方同志が接面するよう組み合わすことができ、これ
によりユニットとされる。

【００２３】この場合は、それぞれのブロック３２にお
いて平行となるよう形成された各ブロック３２のミラー
取り付け用の外壁面相互が接する結果、それぞれに取り
付けられた第１のハーフミラーＭ１、第１の反射ミラー
Ｍａ、更には第２のハーフミラーＭ２、第２の反射ミラ
ーＭｂの各ミラー同志は、容易に、前述の面形成におけ
る精度をもって高精度に平行な関係とすることができ
る。従って、第１のブロック体３１−１の開口端部３３
から光軸に沿って光束を入射させた場合に、図のよう
に、その開口部３６の第１のハーフミラーＭ１で反射
し、該第１のブロック体３１−１内部を通ってその開口
部３７の第１の反射ミラーＭａで反射し、第１のブロッ
ク体３１−１の開口端部３４を経て、第２のブロック体
３１−２の開口部３７の第２のハーフミラーＭ２へ至
り、これを透過し該第２のブロック体３１−２の開口端
部３４から出射する光路と、第１のブロック体３１−１
の開口部３６の第１のハーフミラーＭ１を透過し、第２
のブロック体３１−２の開口端部３３を通して該第２の
ブロック体３１−２内に入ってその開口部３６の第２の
反射ミラーＭｂで反射し、該第２のブロック体３１−２
内部を通ってその開口部３７の第２のハーフミラーＭ２
へ至り、ここで反射されて該第２のブロック体３１−２
の開口端部３４から出射する光路とを形成でき、上記構
造の２個の直方体の筒構造セラミックブロック３２を活
用しこれをミラー保持機構として用いることで、簡単か
つ容易に、図１のような光源部１０と干渉縞観察／検出
系５０間の干渉光路部２０を得ることができる。

【００２４】また、上記セラミックブロック３２は、好
ましくは、光学定盤に対してキネマチックマウントす
る。ここに、光学定盤は、光学素子の二次元的配置のた
め用いられる定盤で、一般に、水平方向等の位置合わせ
の基準となり、それらを安定に設置するため使用するこ
とができるが、特に、干渉計の場合の定盤には所要の面
積を有する剛性の大きなものがよく、ここでは、例え
ば、加工等の面でも容易な金属を用いるものとする。

【００２５】また、本例では、上述のミラー固定機構に
より、ブロック３２内部を利用して、一方の光束が通る
第１のハーフミラーＭ１→第１の反射ミラーＭａ→第２
のハーフミラーＭ２の光路と他方の光束が通る第１のハ
ーフミラーＭ１→第２の反射ミラーＭｂ→第２のハーフ
ミラーＭ２の光路との２光路が形成されるが、このよう
な光路がそれぞれ通される筒構造の各ブロック３２内部
のミラーとミラー間の空間に更に調整用の光学部品Ｈを
それぞれ介挿、配置することができ、これにより調整を
行わせる構成とすることができる。

【００２６】本実施例では、以上のような構成によるも
のを図１の干渉光路部２０に採用してあり、かかる構造
は、特に、２つのハーフミラーと２つの反射ミラーの計
４つのミラーによるマッハツエンダー干渉計に好適で、
製作が容易で調整も容易であり、しかも機械的な振動に
対しても、また温度変動に対しても安定な干渉計が形成
される。図１３の場合は、マッハツエンダー干渉計のそ
れぞれのミラー類を独立したミラーホルダーＭｈで固定
していたのに対し、本実施例に従えば、機械的な位置変
動に対して敏感なミラーＭ１，Ｍ２，Ｍａ，Ｍｂを完全
に固定することができ、このようにすることによって、
安定な干渉計を構成することができる。従って、このタ
イプの干渉計が装置の構成上機械的な振動に弱いという
点も改善しつつ、図１３のマッハツエンダー干渉計固定
構造の不利、不便も解消し得、機械的振動に対する性能
安定性の向上を図ることができ、図１の干渉縞観測／検
出系５０の観測／検出部５１では、その分、正確な検査
や測定を行わせることができる。

【００２７】これに加えて、本実施例では、ミラーの角
度決定に、機構部品である上記ブロック３２の平行性の
みを利用しているため高精度にミラー角度を決定できる
利点がある。この点でも、図１３の場合のものに比し有
利であり、個々にミラーホルダーで固定するのではな
く、予め対応するミラー取り付け面が平行となるよう直
方体の筒構造の２つのミラーに共通のセラミックブロッ
ク３２を形成すればよく、簡単な構成で製作、調整も容
易なマッハツエンダー干渉計を実現することができる。

【００２８】更に、この場合に、ミラーの固定機構に熱
膨張係数の小さいセラミック材を使用することと、及び
キネマチックマウントにより使用光学定盤がたとえ熱膨
張係数の大きな金属であっても干渉計にストレスを与え
ないこと等によって、温度変動に対して安定した干渉計
を形成できる利点もある。従って、上記の機械的振動に
対する安定性に加えて、温度変化に対する対策も加味さ
れており、そのように温度変動に対しても安定な構成と
するときは、観測／検出部５１において、更にその分、
高精度で正確な検査や測定を行わせることができ、一層
効果的である。マッハツエンダー干渉計の４つのミラー
がそれぞれ独立のホルダーを介し光学定盤に対しスタン
ドや調節具等で取り付けられるようなマウントである
と、使用時、その光学定盤自体の伸び縮みによっても、
その４つのミラー相互の設定位置等が使用環境温度の変
化でずれ、狂って不安定なものとなる（干渉光路部は、
他の光学系に比し、要求される精度ははるかに高く、光
学定盤の伸縮変形程度でも、他の部分に比べて受ける影
響は大きい）のに対し、このような不都合もなく、使用
中も、安定な性能を確保できる。適用できるキネマチッ
クマウント（運動学的なマウント）の具体例は、更に後
述する。

【００２９】また、図１３のように、従来、波面調整機
構としてミラーの角度を調整する機構を用いていたが、
この方法では、図示の如く、それぞれ独立したミラーホ
ルダーＭｈそれぞれにかかる機構が設けられることとな
り、この点でも、その分、製作、調整等の上で不利、不
便がある。これに対し、本実施例では、図２図示の如く
にミラーＭ１，Ｍａ，Ｍ２，Ｍｂの方はすべて一体化し
たブロックユニット３１−１，３１−２側に機械的に固
定したままであり、光路長差調整を含む全ての調整を、
各ブロック３２内の光路に配した調整用の光学部品Ｈに
よって行う。ここでは、調整用の光学部品Ｈには、図１
３で先に触れたと同様、光学くさびを適用するものと
し、図３に示すように、一方の面を斜面としたガラスか
らなる光学くさびＨ１，Ｈ２を用い、これらを例えば図
の如くに互いの斜面同志を対向させた状態に組み合わせ
たものを使用する。

【００３０】そして、例えば図２のように一方のブロッ
ク体３１−２に取り付けられた反射ミラーＭｂとハーフ
ミラーＭ２間の光路中にこれを介挿して光路長の調整の
用に供する。光学くさびＨ１，Ｈ２のスライドにより、
入出射側の光軸の平行を維持しつつくさび部分の厚みの
変化に応じて光路長が調整される。なお、光路長を調整
する手段あるいは素子としては、これに限らず、例えば
印加電圧に応じ屈折率を制御する電気光学素子その他を
用いることもできる。

【００３１】また、ここでは、もう一方のブロック体３
１−１に取り付けられたハーフミラーＭ１と反射ミラー
Ｍａ間の光路中に、図４及び図５に示すような同様の光
学くさびＨ１′，Ｈ２′を介挿し、２光束間の波面角
度、光軸位置の調整を行う。図４（Ａ），（Ｂ）に示す
ように、光学くさびＨ１′，Ｈ２′の角度を同図（Ａ）
の状態から、例えば同図（Ｂ）の状態のようにその角度
（α）を変え、あるいは逆の方向に角度（−α）を変え
る。これにより、光軸位置調整（光軸水平移動）が行え
る。更に、図５に例示するように、光軸周りに光学くさ
びＨ１′，Ｈ２′の回転角度を調整する。このとき、両
者は互いに反対の向きで同量回転させる（同図（Ａ），
（Ｃ））。例えば、図５（Ｂ）において、一方の光学く
さびＨ１′を実線の回転方向で回転させるとき、他方の
光学くさびＨ２′はそれとは逆の実線の回転方向で反対
方向に回転させ、また、一方の光学くさびＨ１′を破線
の回転方向の向きで回転させるとき、他方の光学くさび
Ｈ２′はそれとは逆の破線の回転方向の向きで反対方向
に回転させる。これにより波面角度が調整される。

【００３２】図５（Ａ）〜（Ｃ）は、図（Ｂ）の状態か
ら光学くさびＨ１′を実線の回転方向で９０度回転させ
る一方、光学くさびＨ２′をそれとは逆の実線の回転方
向で反対方向に同量の９０度回転させると、そのときの
光学くさびＨ１′，Ｈ２′及び光軸の様子は図（Ｃ）の
如くのものとなり、また、図（Ｂ）の状態から光学くさ
びＨ１′を破線の回転方向で９０度回転させる一方、光
学くさびＨ２′をそれとは逆の破線の回転方向で反対方
向に同量の９０度回転させると、そのときの光学くさび
Ｈ１′，Ｈ２′及び光軸の様子は図（Ａ）の如くのもの
となるという調整の様子を例示するものである。なお、
図（Ａ）からみれば、図（Ｂ）は光学くさびＨ１′，Ｈ
２′を互いに逆方向に９０度の回転角度をもって回転さ
せた状態であり、図（Ｃ）は更にそれから互いに逆方向
に９０度の回転させた状態、即ち図（Ａ）からは互いに
逆方向に１８０度の回転をさせた状態に相当し、図
（Ａ）と図（Ｃ）とは丁度正反対の関係にあることが分
かる。光軸角度調整は、このようにして行うものであっ
てよい。

【００３３】上述したような調整機構としては、例え
ば、共通の外側保持リングを用い、該外側リングの内側
に、光学くさびＨ１′，Ｈ２′をそれぞれ保持する２つ
支持リングを回転可能に配し、かつ、それら内側支持リ
ングは、光学くさびＨ１′，Ｈ２′の図５のような光軸
回りの回転角度調整のため、歯車等により共通の外側保
持リングに対し、相互に反対方向に同角度量、回転され
るようにする一方、図４のような角度調整のために、当
該共通の外側保持リング全体の光軸に対する角度を調整
する機構とすることができる。

【００３４】調整用光学部品に光学くさびＨ１′，Ｈ
２′を用いるときは、このように、上記２つの調整要素
を、同時的にかつ独立して調整できる。本実施例では、
そのようにするものとし、一方のブロック３２（３１−
２）内の光路に配した光学くさびＨ１，Ｈ２をスライド
し２光路長差を調整するが、同時に他方のブロック３２
（３１−１）内の光路に配した光学くさびＨ１′，Ｈ
２′の回転角度、及び光学くさびＨ１′，Ｈ２′の角度
を調整する機構として、２光束間の波面角度及び光軸位
置調整を行う。

【００３５】このようにすると、波面調整を含んで全て
調整を光学くさびによって行うため機械的な動きに対し
て鈍感であり、微妙な調整箇所が存在しない。従って、
この点でも調整が容易であり、図１３の場合に比しミラ
ー自体はセラミックブロック３２に固定で微妙な調整箇
所も多くはなく、製作及び調整が容易で機械的な振動及
び温度変動に対して安定なマッハツエンダー干渉計が実
現される。

【００３６】図６及び図７は、そのような光学くさびＨ
１′，Ｈ２′の角度、及び回転角度を調整する機構の好
適な具体例を示す。該機構は、図示のように、略コ字型
の第１の可動（回転）支持枠１０１と、該第１可動支持
枠１０１の両側部に対して更に可動に支持される矩形環
状の第２の可動（回転）支持枠１０２と、該第２可動支
持枠１０２の内側に該支持枠１０２と一体的に取り付け
られる固定支持枠１０３と、該固定支持枠１０３の円孔
１０３ａに回転自在に取り付けられる各光学くさび保持
用の回転支持枠１１１，１１２とを備える。また、回転
軸１２１，１２２のそれぞれは、光軸に対する角度の調
整に用いるもので、第１可動支持枠１０１を回転軸１２
１の軸心中心に回転させるための軸、及び第２可動支持
枠１０２を回転軸１２２の軸心中心に回転させるための
軸である。回転軸１２２は、第１可動支持枠１０１の側
部を貫通して突出している。

【００３７】一方、回転軸１２３は、回転支持枠１１
１，１１２を（従って、それに保持される光学くさびＨ
１′，Ｈ２′を）光軸回りに回転させるための軸で、そ
の先端には、各回転支持枠１１１，１１２側のそれぞれ
の環状歯車部に噛み合う小歯車１３１を備える。各回転
支持枠１１１，１１２は、図７の分解図にも併せて示す
ように、中心に光学くさび取り付け孔１１１ａ，１１２
ａを有し、また、両者はそれぞれ対向配置されるもの
で、その対向する面側にそれぞれ環状歯車部１１１ｂ，
１１２ｂが設けてある。ここでは、回転支持枠１１１，
１１２が、前述した光学くさびＨ１′，Ｈ２′のそれぞ
れを保持する２つ回転可能な内側支持リングに相当し、
また、固定支持枠１０３が、それらに共通の外側保持リ
ングに相当する。

【００３８】各回転支持枠１１１，１１２中央の取り付
け孔１１１ａ，１１２ａに光学くさびＨ１′，Ｈ２′の
それぞれを取り付け固定し、両者の環状歯車部１１１
ｂ，１１２ｂが小歯車１３１に噛合するよう固定支持枠
１０３に組付けて、回転軸１２３を回転（図５中、実線
矢印または破線矢印参照）させると、その回転は、軸１
２３、小歯車１３１及び各環状歯車部１１１ｂ，１１２
ｂを介して各回転支持枠１１１，１１２に伝わり、結
果、各回転支持枠１１１，１１２は、相互に反対方向に
同角度量、回転され、前記図５のような光学くさびＨ
１′，Ｈ２′の回転角度調整が実現される。

【００３９】また、前記図４のような角度調整は、回転
軸１２１，１２２を回転させればよい。回転軸１２１を
回転させると、第１可動支持枠１０１、第２可動支持枠
１０１、固定支持枠１０３、及び各回転支持枠１１１，
１１２を含んでこの機構部分全体が回転し、軸１２１中
心の各回転支持枠１１１，１１２の向き（角度）が変わ
り（横振れ）、その方向成分（Ｘ軸成分）の光軸位置調
整ができ、また、これとともに（あるいは単独で）回転
軸１２２を回転させると、第１可動支持枠１０１に対し
て、第２可動支持枠１０１、固定支持枠１０３、及び各
回転支持枠１１１，１１２を含む部分のみが回転し、従
って、軸１２２中心の各回転支持枠１１１，１１２の向
き（角度）が変わり（縦振れ）、上記横振れ方向と直交
する方向成分（Ｙ軸成分）の光軸位置調整ができ、結
果、それらの合成で、光軸に対する光学くさびＨ１′，
Ｈ２′の角度調整が行われ、光軸平行移動が実現され
る。

【００４０】なお、上記調整機構において、各回転軸１
２１，１２２，１２３に対する回転駆動は、例えば図示
しない制御可能な回転駆動源（例えばモータ等）を用
い、伝達機構を介して該駆動源からの制御された回転を
各軸に伝達し、所要の軸を回転駆動する構成とすること
ができ、このようにすると、前記１３図の場合のような
作業者の手作業による調整の煩雑さも解消でき、各調整
をより容易、安定的に行える等の点でも更に有利とな
る。この場合は、図１３とは異なり、作業者の直接的な
調整操作によらない構成であるが、前述のように微妙な
調整箇所が存在しないので、適切にかかる駆動源による
調整操作の構成も導入でき、しかもその場合でも、十分
満足できる機能を得られる。

【００４１】次に、光学定盤に対する好適なマウント例
や、ミラー保持用ブロック及びその結合の具体例を図８
以下に示す。図８（Ａ），（Ｂ）は、ブロック体３１−
１，３１−２に共通に適用できよう構成したブロック３
２単体の側面図、及びそのＢ−Ｂ断面図であり、また、
図９は同ブロック３２の２個をユニットとして一体化し
た組付け状態を示す平面図、図１０は同ユニットを設置
する光学定盤の平面図、図１１はその定盤上へのマウン
ト状態を示す図である。

【００４２】図８及び図９に示すように、本例のブロッ
ク３２の場合は、平行に形成した両側壁面に前記したミ
ラー取り付け用開口部３６，３７を有するとともに、ブ
ロック相互の結合の用に供する、例えばボルト挿通孔３
８を設けてある。また、上面または下面側となる面側そ
れぞれには、それらの中央部に調整用光学部品取り付け
用に供する窓部３９が設けられているとともに、例えば
四隅近傍に孔４０が設けてある。

【００４３】このようなブロック３２を２個用い、各ブ
ロック３２において前記図２の基本構成に示すようにそ
れぞれ対応するミラー（Ｍ１，Ｍａ、またはＭｂ，Ｍ
２）を該当するミラー取り付け用開口部３６，３７に取
り付け、そして、図９に示す如くそれぞれそのブロック
側面同志をボルト挿通孔３８によりボルト４３、ナット
４４で連結し、両ブロック３２，３２を一体のユニット
として組み立てるか、あるいは、両ブロック３２，３２
をそのようにボルト４３、ナット４４を用いて一体化
し、斯く一体化した組付け体の状態でその４箇所のミラ
ー取り付け用開口部３６，３７，３６，３７の対応する
開口部に該当するミラーＭ１，Ｍ２，Ｍａ，Ｍｂを取り
付けて、図９に示すような組み立て体を得るようにす
る。ここに、ブロック３２単体については、平行性をも
たせた両側面のどちらを相互の結合面として使ってもよ
いように、またもう一方の対向する面側（上下方向の面
側）はそのどちらを上側または下側に使ってもように、
それらミラー取り付け用開口部、ボルト挿通孔、調整用
光学部品取り付け用窓部、あるいは四隅の孔（４０）を
形成しておくようにすると、一種類の仕様のブロック
を、第１のブロック体３１−１及び第２のブロック体３
１−２のいずれの部品としても共用でき、共通に使用す
ることができる。

【００４４】こうして得られるブロックユニットは、光
学定盤上に設置するが、ここでは、図１０，１１に示す
如く、光学定盤４５へはボール４６を介在させた３点支
持により、これを行う。ここに、図９中、ブロック３２
の下面側（図裏面側）となる面側に形成してある前記の
各孔４０（Ｄ）のうち、ブロック体３１−２側の図中に
付記した対角位置の２箇所の孔４０（Ｄ）と、ブロック
体３１−１側の図中に付記した１箇所の孔４０（Ｄ）の
計３箇所を、第１、第２及び第３の支持用の載置部と
し、他方、使用する光学定盤４５には、図１０に示すよ
うに、これらブロックユニット側の３箇所の載置部
（孔）相互の位置関係に予め合わせて、ボール支持部を
設けてある。なお、各孔４０（Ｄ）は、光学定盤４５へ
ボール４６を介在させてブロック３２，３２を設置する
際の各ボール４６上への載置部として用いるものである
ことから、その孔径は使用するボール４６の径よりやや
小さく形成してある（図１１参照）。

【００４５】金属製の光学定盤４５には、図１０のよう
に、ボール４６を受ける支持部が３箇所加工してあり、
それぞれブロックユニット側の第１、第２及び第３の支
持用載置部に対応する第１、第２及び第３のボール支持
部は、第１のボール支持部がコーン状の穴４５ａであ
り、一方、第２のボール支持部が断面Ｖ字形の溝４５ｂ
である（図１１、ａ−ａ断面，ｂ−ｂ断面参照）。Ｖ字
形の溝４５ｂとコーン状の穴４５ａの関係については、
そのＶ字形の溝４５ｂの方向が、両者を結ぶ直線上にあ
るような方向性をもって当該Ｖ字形の溝４５ｂが形成さ
れており、従って、Ｖ字形の溝４５ｂの延長線上にコー
ン状の穴４５ａがある。また、第３の支持用載置部に対
応する箇所に設けられている第３のボール支持部は、盤
表面を所定領域にわたって平滑に形成加工された平面部
４５ｃであり、例えば図１１のｃ−ｃ断面に示すように
断面凹部状のものである。なお、図中、４５ｅ，４５ｆ
は、例えば前記光学くさびの角度及び回転角度を調整す
る場合のその駆動機構部分や、スライド機構部分を収納
するためのスペースを得る収納部用の穴であり、適用す
る各ブロック３２の調整用光学部品取り付け用窓部３９
の位置に合わせて、光学定盤４５の対応する箇所にはこ
のような収納部を形成しておくことができる。適用する
波面調整機構の具体例は、前記図６及び図７であってよ
く、本例ではそうするものとする。その場合において、
図６の機構部分は、上記ブロックユニット側に取り付け
る構成とする。

【００４６】そして、２個のブロック３２，３２からな
るブロックユニットは、そのブロックユニット側の上記
第１、第２及び第３の支持用載置部（孔４０（Ｄ））
を、図１０のような光学定盤４５側のそれぞれ対応する
３箇所の第１、第２及び第３のボール支持部のコーン状
の穴４５ａ、Ｖ字形の溝４５ｂ、及び平面部４５ｃに対
して、図１１に示すように、それぞれボール４６を介在
させた状態で設置するものであり、これにより、上記ブ
ロックユニットは、３点支持される（図１０中、仮想線
部分参照）ことになる。

【００４７】本例によれば、コーン状の穴４５ａではボ
ール４６はその穴４５ａの円錐壁面と円接触し、結果、
支持点の一点が決まる。また、Ｖ字形の溝４５ｂ側で
は、その両Ｖ字壁とボール４６は２点で接触し、かつ、
ここでは、ボール４６は溝４５ｂの方向に沿って摺動自
在である。他方、平面部４５ｃ側とは、ボール４６は一
点で接触し、また、この支持部ではボール４６はその平
面部４５ｃ上面を全方向に摺動可能である。従って、こ
れらで３点支持されると、コーン状の穴４５ａ側の支持
部とＶ字形の溝４５ｂ側の支持部で両者を結ぶ直線に沿
う方向に位置決めが行われ、これにより載置されるブロ
ックユニットは光学定盤４５上の相対位置が規制されと
ともに、平面部４５ｃ側の支持部によりその表面位置の
設定で水平度（あおり）を設定することができる。

【００４８】そして、使用時、たとえ金属の光学定盤４
５が、温度の上昇、下降の変動によりその盤面方向に伸
びる（あるいは縮む）ときでも、その定盤４５の変形
は、Ｖ字形の溝４５ｂ側の支持部における上記ボール４
６の摺動と、平面部４５ｃ側の支持部における上記ボー
ル４６の摺動により、ブロックユニット側には伝わらな
い。結果、ブロックユニット側では、そのミラー取り付
け用開口部に取り付けた４つのミラーＭ１，Ｍａ，Ｍ
ｂ，Ｍ２は、ブロックユニット側で取り付けた状態のま
まの関係であり、そのような定盤４５の変形によらず、
正確にその相互位置、角度関係を維持でき、しかもま
た、ブロック３２自体も熱膨張係数の小さな材質である
ことから、前述の通り、温度変動に対しても安定な性能
を示す。

【００４９】なお、上記例においては、ブロック３２側
のボール４６上への載置部は、所定内径の孔４０（４０
（Ｄ））を形成してこれを用いる構成としたが、これに
限らず、例えば図１２のように、ブロック側もコーン状
の穴３２ａを形成する構成としてもよい。また、キネマ
チックマウントの形態は、上記以外の態様であってもよ
い。

【００５０】また、本干渉計は、種々の用途に適用して
実施でき、例えば、フォトマスク・レチクル欠陥検査、
液晶パネル検査等の検査装置や、位相シフトマスク測定
装置等に用いて上記の効果を発揮させることができる。

【００５１】また、本発明は、以上の例に限定されるも
のではない。例えば、実施例の固定構造においては、ミ
ラー取付面となるブロックの対向する外側壁面同志に予
め平行性をもたせたが、内壁面同志を予め高精度に平行
となるよう正確に面出しして、その内壁面側をミラー取
付面とする態様で実施してもよい。また、例えば、使用
ブロックは、熱膨張係数の小さいセラミックからなるブ
ロックとした説明したが、その材料は前述した窒化けい
素、炭化けい素等のセラミックに限らず、他の熱膨張係
数の小さい材質のもの（例えば、インバー等の金属）と
してもよい。

【００５２】また、例えば、図５による波面調整の例で
は、２つの光学くさびの平面側同志を対向させた状態に
組み合わせたが、それとは逆に互いの斜面同志を対向さ
せた状態に組み合わせたものを使用することもできる。
また、例えば、図６では各回転軸の回転は、回転駆動源
を用いたが、その回転軸の回転操作を手動による構成と
することを妨げるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る干渉計の全体構成を示
す図である。

【図２】その要部のマッハツエンダー干渉計固定構造の
基本的構成の一例の説明に供す図である。

【図３】光路長差を調整する手段として適用できる光学
くさびを示す図である。

【図４】光学くさびによる波面調整（光軸平行移動）の
説明に供する図である。

【図５】同じく、光学くさびによる波面調整（光軸角度
調整）の説明に供する図である。

【図６】適用できる波面調整機構の構成を例示する図で
ある。

【図７】同機構の一部の構成の説明に供する分解斜視図
である。

【図８】ミラー保持用ブロックの具体例の構成を示すも
ので、側面図及びそのＢ−Ｂ断面図である。

【図９】同ブロック２個をユニットとして一体化し組付
けた組付け状態を示す平面図である。

【図１０】同ユニットを設置するのに適用できる光学定
盤側の構成の一例を示す平面図である。

【図１１】同光学定盤に対するキネマチックマウントの
一例を示す図である。

【図１２】ブロック支持部の他の構成例の図である。

【図１３】典型的なマッハツエンダー干渉計の構成を示
す図である。

【符号の説明】

１０ 光源部 １１ 光源 １２ 導入光学系 ２０ 干渉光路部 ２１ 分割素子 ２２ 結合素子 ２３，２４ 偏向素子 ３１−１，３１−２ ブロック体 ３２ ブロック ３２ａ コーン穴 ３３，３４ 端部 ３６，３７ 開口部 ３８ ボルト挿通孔 ３９ 窓部 ４０，４０（Ｄ） 孔 ４３ ボルト ４４ ナット ４５ 光学定盤 ４５ａ コーン状の穴 ４５ｂ Ｖ字形の溝 ４５ｃ 平面部 ４５ｅ 収納部 ４５ｆ 収納部 ４６ ボール ５０ 干渉縞観察／検出系 ５１ 観察／検出部 １０１ 第１の可動（回転）支持枠（横振れ用） １０２ 第２の可動（回転）支持枠（縦振れ用） １０３ 固定支持枠 １０３ａ 円孔 １１１，１１２ 回転支持枠 １１１ａ，１１２ａ 取り付け孔 １１１ｂ，１１２ｂ 環状歯車部 １２１，１２２，１２３ 回転軸 １３１ 小歯車 Ｍ１，Ｍ２ ハーフミラー Ｍａ，Ｍｂ 反射ミラー Ｈ，Ｈ 光学部品（調整用光学部品） Ｈ１，Ｈ２，Ｈ１′，Ｈ２′ 光学くさび

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−173704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−138953（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−208048（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−333483（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−107116（ＪＰ，Ｕ) 特表 平７−506658（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 9/02 G02B 7/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束を分割し、その分割され
   た一方の光束と他方の光束を、それぞれ分割光路で導
   き、結合させて干渉させるマッハツエンダー型の干渉計
   であって、 前記光束の分割、分割光路形成、及び結合を行う光学系
   と、該光学系の光学要素を保持する保持機構とを備え、 該保持機構は、第１のブロック及び第２のブロック相互
   を接面するよう結合させた構成を有し、該結合させた第
   １及び第２の２個のブロックは、前記光学要素の取り付
   け面として、対向する面が平行となるように形成され、
   それぞれその平行に形成した面に前記光学素子の取り付
   け部を有するとともに、これら２個の平行なブロックの
   結合が、当該２個のブロックを互いの平行に形成した面
   のうちの一方の面同志で接するようにすることによっ
   て、該第１のブロックにおける平行に形成した面のうち
   の他方の面、該第１及び第２のブロック相互を接面させ
   た当該面、及び該第２のブロックにおける平行に形成し
   た面のうちの他方の面が、それぞれ平行な面を形成する
   ように該第１のブロックと第２のブロックとを一体化し
   たものであり、該各ブロックの内部に前記分割光路が通
   る中空を有する構成としてなる、 ことを特徴とする干渉計。
2. 【請求項２】 前記光学系は、２つのハーフミラーと２
   つの反射ミラーを含み、 前記保持機構が、これらミラーの保持機構であって、前
   記ブロックとして、対向する面が平行となるように形成
   した２個の直方体の筒構造のブロックを用いるようにし
   てなる、ことを特徴とする請求項１記載の干渉計。
3. 【請求項３】 前記ブロックは、熱膨張係数の小さい材
   料から形成されるとともに、当該ブロックは、光学定盤
   に対してキネマチックマウントするよう構成してなる、
   ことを特徴とする請求項１、または請求項２記載の干渉
   計。
4. 【請求項４】 前記ブロックは、窒化けい素または炭化
   けい素等のセラミックからなる、ことを特徴とする請求
   項１、請求項２、または請求項３記載の干渉計。
5. 【請求項５】 前記ブロックに取り付けられる光学要素
   間の光路中に介挿して波面調整を行う手段を備え、該手
   段は、光軸に対する当該手段の光学部品の角度と光軸回
   りの回転角度を調整して、光軸位置調整及び波面角度調
   整を行うよう構成してなる、ことを特徴とする請求項
   １、請求項２、請求項３、または請求項４記載の干渉
   計。
6. 【請求項６】 前記請求項５において、 前記分割光路の一方に、スライド可能な第１の光学くさ
   びを配置し、該第１の光学くさびをスライドして分割光
   路の光路長差の調整を行うようにするとともに、 前記分割光路の他方に、その角度及び回転角度を調整可
   能な第２の光学くさびを配置し、該第２の光学くさびの
   角度及び回転角度を調整するよう構成してなる、ことを
   特徴とする干渉計。