JPH05256605A - レーザ干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動体の移動量を正確に測定する。 【構成】 レーザ光を発生するレーザ発振器１と、固定
体７に固定された反射鏡４と、移動体８に固定された反
射鏡３と、レーザ発振器１からのレーザ光を反射鏡３及
び反射鏡４に分配するビームスプリッタ２等とを備え、
反射鏡３及び反射鏡４からの各反射光を光検出器６に与
え、移動体８の移動量を測定するレーザ干渉計におい
て、固定体７側光路Ｂｒと移動体８側光路Ｂｍとの差ｌ
DPに等しい長さの光透過性密閉管１０を、固定体７側の
反射鏡４の直前に配置し、光透過性密閉管１０の内部を
真空にし、この光透過性密閉管１０を介して固定体７側
の反射鏡４にレーザ光を照射するようにした。光透過性
密閉管１０の内部は屈折率一定であり、光透過性密閉管
１０を透過するレーザ光の波長は変化せず、光透過性密
閉管１０内の光路長が一定であるから、測長原点が変動
しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はレーザ干渉計に関し、
特に移動体の移動量を測定するレーザ干渉計に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のレーザ干渉計は、図２に示すよ
うに、レーザ光を発生するレーザ発振器１と、移動体８
に固定された反射鏡３と、移動体８の上方に配置された
反射鏡４と、レーザ発振器１と移動体８との間に配置さ
れたビームスプリッタ２と、ビームスプリッタ２の上方
に配置された反射鏡５と、ビームスプリッタ２の下方に
配置された光検出器６とを備えている。反射鏡４は固定
体７に固定されており、入射光に対して反射鏡３より後
側に位置している。移動体８は固定台（図３参照）１１
上を移動でき、移動体８上にはフォトマスクやウエハ等
の試料９が載せられている。

【０００３】レーザ発振器１から出射したレーザ光はビ
ームスプリッタ２で分離され、レーザ光の一部はビーム
スプリッタ２を透過して反射鏡３に照射され、レーザ光
の残りはビームスプリッタ２で反射し、さらに反射鏡５
で反射して反射鏡４に照射される。

【０００４】反射鏡４からの反射光は反射鏡５で反射
し、ビームスプリッタ２を透過して光検出器６に照射さ
れる。一方、反射鏡３からの反射光はビームスプリッタ
２で反射し、光検出器６に照射される。固定体７側の反
射鏡４からの反射光と移動体８側の反射鏡３からの反射
光とが干渉して干渉縞が形成され、この干渉縞を光検出
器６で計数することによって移動体８の移動量が測定さ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、移動体８の
可動範囲が制限される場合、例えば図３に示すように移
動体８が位置Ｂから位置Ｃまでの間でしか移動できない
ような場合、固定体側光路Ｂｒと移動体側光路Ｂｍとの
差が零になる位置（図３の位置Ａ）が、移動体８の可動
範囲外となる。位置Ａは移動量測定の基準点（測長原
点）となるべき位置であるが、このような場合には移動
体８の移動始点に相当する位置Ｂを測長原点にしてい
た。

【０００６】ところが、レーザ光の波長は空気の屈折率
によって変動し、この屈折率は気圧や温度差で変化する
ので、固定体７側と移動体８側との光路差（ｌDP）によ
ってレーザ光の波長が変動し、その結果測定された移動
体８の移動量の値に誤差が生じるという問題があった。

【０００７】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
もので、その課題は移動体の移動量を正確に測定するこ
とができるレーザ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】前述の課題を解決するた
めこの発明のレーザ干渉計は、レーザ光を発生するレー
ザ発振器と、固定体に固定された第１の反射鏡と、移動
体に固定された第２の反射鏡と、前記レーザ発振器から
のレーザ光を前記第１及び第２の反射鏡に分配する光学
系とを備え、前記第１及び第２の反射鏡からの各反射光
を光検出器に与え、前記移動体の移動量を測定するレー
ザ干渉計において、第２の反射鏡が可動範囲端点にある
ときに、固定体側光路と移動体側光路との差に等しい長
さの光透過性密閉管を、前記第１及び第２の反射鏡のう
ち、入射光に対して後側に位置する反射鏡の直前に配設
した。

【０００９】

【作用】前述のように光路差に等しい長さの光透過性密
閉管を、入射光に対して後側に位置する反射鏡の直前に
配置したので、光透過性密閉管の周囲の空気の屈折率が
変動したとしても、光透過性密閉管の内部は屈折率一定
であり、透過するレーザ光の波長は変化せず、光透過性
密閉管内の光路長は一定である。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１１】図１は、この発明の一実施例に係るレーザ
干渉計を示す全体構成図である。レーザ発振器（例えば
Ｎｅ−Ｈｅレーザ、波長０．６３２８μｍ）１から出力
されたレーザ光の光路Ｂｍ上に、反射鏡（第２の反射
鏡）３が配置され、この反射鏡３は移動体（例えばＸＹ
ステージ）８の端部に固定されている。移動体８は図１
に示す位置Ｂから左方向（レーザ発振器１側）へは移動
できるが、図１の位置Ｂから右方向へは移動できない。
この実施例では移動体８の移動始点に相当する位置Ｂを
測長原点と定める。レーザ発振器１と反射鏡３との間に
はビームスプリッタ２が配置されている。このビームス
プリッタ２の上方には反射鏡５が配置され、ビームスプ
リッタ２の下方には光検出器（例えばフォトダイオー
ド）６が配置されている。

【００１２】反射鏡５で反射されたレーザ光の光路Ｂｒ
上には、入射光に対して反射鏡３より後側に反射鏡（第
１の反射鏡）４が配置されている。この反射鏡４は固定
体（例えば投影レンズ）７に固定されている。

【００１３】反射鏡５と反射鏡４との間には光透過性密
閉管１０が配置されている。この光透過性密閉管１０内
は真空に保たれている。その管の両端にはそれぞれ光透
過性の端板（例えばガラス板）１０ａ，１０ｂが固着さ
れている。固定体側光路Ｂｒと移動体側光路Ｂｍとは平
行であり、光透過性密閉管１０の管軸と固定体側光路Ｂ
ｒとは一致している。また、光透過性密閉管１０の端板
１０ａ，１０ｂの表面は平面である。光透過性密閉管１
０の長さは、固定体側光路Ｂｒと移動体側光路Ｂｍとの
差（ｌDP）に等しい。なお、この実施例ではビームスプ
リッタ２と反射鏡５との距離を零とした。

【００１４】次に、このレーザ干渉計の動作を説明す
る。

【００１５】レーザ発振器１から出力されたレーザ光は
ビームスプリッタ２に照射され、ここでレーザ光の半分
は直角に上方へ反射し、残り半分はまっすぐに透過す
る。

【００１６】ビームスプリッタ２で上方へ反射したレー
ザ光は、反射鏡５で固定体７側へ反射し、光透過性密閉
管１０を透過して固定体７の反射鏡４に照射される。レ
ーザ光は反射鏡４で反射し、端板１０ｂから光透過性密
閉管１０内に入り、端板１０ａから出射し、反射鏡５で
直角に下方へ反射し、再びビームスプリッタ２に入射す
る。

【００１７】一方、ビームスプリッタ２を透過したレー
ザ光は移動体８の反射鏡３で反射し、再びビームスプリ
ッタ２に入射する。

【００１８】反射鏡４からの反射光と反射鏡３からの反
射光とはビームスプリッタ２で重なり、光検出器６に入
射する。

【００１９】移動体８が図１に示す位置から左方向へ移
動すると、測長原点Ｂを測長したときの干渉縞の明暗を
基準にして、移動体８の移動量に比例した干渉縞の数が
光検出器６で検出され、この干渉縞の数から移動体８の
測長原点Ｂからの移動量を測定する。

【００２０】光透過性密閉管１０の周囲の空気の屈折率
が気圧や温度によって変動したとしても、光透過性密閉
管１０の内部は真空であるので、透過するレーザ光の波
長は変化せず、光透過性密閉管１０内の光路長は一定で
ある。したがって、測定原点Ｂが変動せず、測長誤差
（デッドパスエラー）が生じないので、移動体８の移動
量を正確に測定することができる。また、光透過性密閉
管１０は文字通り密閉された管であるからゆらぎも無
く、ゆらぎによる測長誤差も軽減される。

【００２１】前述の実施例においては、光透過性密閉管
１０内を真空にした場合について述べたが、光透過性密
閉管１０に充填する媒質として、光透過性密閉管１０内
に空気等の気体を充填するようにしても、前述の実施例
と同様の作用効果が得られる。また、真空のものに比
べ、光透過性密閉管１０の製造が容易である。なお、屈
折率一定であれば媒質は液体や固体でもよい。

【００２２】更に、前述の実施例においては、固定体７
に固定された反射鏡４が、可動範囲端点にある移動体８
に固定された反射鏡３よりも入射光に対して後側に位置
しており、光透過性密閉管１０を反射鏡４の直前に配置
した場合について述べたが、この逆の場合、すなわち反
射鏡３が反射鏡４よりも入射光に対して後側に位置する
場合には、光透過性密閉管１０を反射鏡３の直前に配置
すれば、前述の実施例と同様の作用効果を得ることがで
きる。

【００２３】なお、前述の実施例においては固定体７と
移動体８とからのレーザ光の反射光の干渉を利用して移
動体８の移動量を測定する方式のレーザ干渉計について
述べたが、基準となるレーザ光と移動体８からの反射光
との周波数差から移動体８の移動量を測定する方式のレ
ーザ干渉計に応用しても、前述の実施例と同様の効果を
得ることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明のレーザ干
渉計によれば、移動体が可動範囲端点にあるときに固定
体側光路と移動体側光路とに差があるとき、その光路差
に等しい長さの光透過性密閉管を、固定体に固定された
反射鏡と移動体に固定された反射鏡のうち、入射光に対
して後側に位置する反射鏡の直前に配置したので、光透
過性密閉管の周囲の空気の屈折率が気圧等によって変動
したとしても、光透過性密閉管の内部は屈折率一定であ
り、透過するレーザ光の波長は変化せず、光透過性密閉
管内の光路長は一定であるから、測長原点は変動せず、
測長誤差が生じない。したがって、移動体の移動量を正
確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一実施例に係るレーザ干渉計
の全体構成図である。

【図２】図２は従来のレーザ干渉計の全体構成図であ
る。

【図３】図３は従来のレーザ干渉計の移動体の可動範囲
を説明するための拡大図である。

【符号の説明】

１…レーザ発振器 ２…ビームスプリッタ ３，４，５…反射鏡 ６…光検出器 ７…固定体 ８…移動体 １０…光透過性密閉管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を発生するレーザ発振器と、固
   定体に固定された第１の反射鏡と、移動体に固定された
   第２の反射鏡と、前記レーザ発振器からのレーザ光を前
   記第１及び第２の反射鏡に分配する光学系とを備え、前
   記第１及び第２の反射鏡からの各反射光を光検出器に与
   え、前記移動体の移動量を測定するレーザ干渉計におい
   て、 前記第２の反射鏡が可動範囲端点にあるときに、固定体
   側光路と移動体側光路との光路差に等しい長さの光透過
   性密閉管を、前記第１及び第２の反射鏡のうち、入射光
   に対して後側に位置する反射鏡の直前に配設したことを
   特徴とするレーザ干渉計。
2. 【請求項２】 前記後側に位置する反射鏡は、前記第１
   の反射鏡であることを特徴とする請求項１記載のレーザ
   干渉計。