JPH07101166B2

JPH07101166B2 - 干渉計

Info

Publication number: JPH07101166B2
Application number: JP60090739A
Authority: JP
Inventors: リチヤード・アール・バルドウイン
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1995-11-01
Anticipated expiration: 2010-11-01
Also published as: US4711574A; JPS60233502A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、干渉計に関し、更に特定すれば膨張計測に使
用できる干渉計に関する。

〔従来技術とその問題点〕

膨張計は試料の熱膨張係数の測定に用いる。光学的膨張
計は、試料の直線寸法の熱的変化を正確に測定するため
に干渉効果を利用する。以下の説明において、引用数字
の始めの桁は、図面の番号を示す。1972年第４巻第６号
のOptics CommunicationにS.J.Bennetによって、記載さ
れた“A Doubled−Passed Michelson Interferouceter"
の熱膨張計を第８図に示す。入射光ビーム81は入力ビー
ム・スプリッタ82で第１光ビーム83と第２光ビーム84に
分割される。偏光ビーム・スプリッタ85、光学的コーナ
・キューブ（opticalcube−corner）86、および1/4波長
板87は試料89を取付けるプラテン88の表面に、第１光ビ
ーム83を２度投射する。各反射に関する光路は互いに平
行で且つ表面に垂直な線に関し対称になっている。第２
光ビーム84は同様な方法で試料の表面で２度反射する。
第１、第２光ビームは出力ビーム・スプリッタ810によ
り混合し、出力ビーム811中に干渉パターンが生ずる。
試料の温度が変化するにつれて第１光ビーム83と第２光
ビーム84との光路差は試料の線膨張係数に比例して変化
する。この光路差の変化によって生ずる干渉の変化を検
出し、線膨張係数を求める。前記膨張に関する距離は試
料表面とプラテンとに前述の方法で対称的にそれぞれ２
度反射した光と検出することにより求められるから、こ
の装置は移動あるいは回転に対して影響されない。測定
対象物の表面に対して垂直方向の線膨張のみが検出さ
れ、線膨張係数を決定することができる。

しかしながら、第８図に示す装置では、平行ガラス管
（glass parallel pipeds）より成る入力および出力の
ビーム・スプリッタ82,810に、ビーム84は通過するがビ
ーム83は通過しない。ビーム83,84の間の光路の相違の
結果、この装置は入力および出力のビーム・スプリッタ
の心合わせに敏感で、さらに熱膨張あるいは屈折率の熱
的変化等ビーム・スプリッタにおよぼす熱影響にも敏感
である。膨張計を操作する上、試料をしばしば極端な温
度にまで温めたり冷やしたりすることが必要であるた
め、装置の光学部分はできるかぎり温度に対して影響を
うけないことが望ましい。干渉縞を精密に検出するため
には、現われる光ビームの波面は本質的に平行でなけれ
ばならず、そうでない場合は混合された出力光ビームの
横断面に、望ましくない干渉が横切り、このため混合さ
れた出力光ビーム間の望ましい干渉の検出の質が低減し
てしまう。出力光ビームが平行であるという必要条件か
ら入力および出力ビーム・スプリッタは非常にきびしい
公差（第８図の膨張計における測定結果では、10秒程で
ある。）で心合わせをおこなわなければならない。この
公差で製造し、維持することはどちらも難しく且つ費用
がかかってしまう。

この厳重な心合わせの問題を解決した膨張計を第９図に
示す。これは、本出願人が以前出願した特公昭54−4134
1で説明されているものである。この膨張計において、
入力ビーム91は入力ビーム・スプリッタ92とビーム・ペ
ンダ93で第１入力ビーム94と第２入力ビーム95に分割さ
れる。各入力ビームは互いに直角に偏光する二つの成分
を有し、これらは偏光ビーム・スプリッタ96とコーナ・
キューブ97,98とによって別々に導かれる。ビーム94,95
のそれぞれの第１成分はビーム・スプリッタ96を介して
コーナ・キューブ98を通過し、そしてそれぞれ検出器91
2,913に導かれる。各ビーム94,95の第２成分は偏光ビー
ム・スプリッタ96、コーナ・キューブ97および1/4波長
板99を通過し、第８図と同様、対称的に試料911および
プラテン910でそれぞれ２度反射し、検出器912,913へ達
する。これら第２成分は、各々に対応する第１成分と干
渉する。二つの第１成分は、どちらもプラテンまたは試
料へ投射されないため、これら第１成分は各々に対応す
る第２成分の光路長と比較する基準光路長を与えること
ができる。検出器の出力を比較し、試料の線膨張係数を
決定する。

第９図の膨張計において、入力ビーム・スプリッタ92
は、第８図の膨張計において望ましくない干渉効果を避
けるために必要な他のビーム・スプリッタとの精密な心
合わせは、必要ないが、ビーム94の第２成分がプラテン
上と重なるか、あるいは、ビーム95の第２成分が試料上
と重なってしまうことがあるので、入力ビーム・スプリ
ッタ92とビーム・ペンダ93の間には適度な心合わせが必
要である。この問題は、膨張計と試料／プラテン構成体
との距離が大きくなると益々重要となる。その上、二つ
の検出器を用いるので、費用と共にこの膨張計の構成等
の複雑さも増す。また、ビーム94,95のそれぞれの第１
成分はコーナ・キューブ98では反射するがコーナ・キュ
ーブ97では反射せず、逆にビーム94,95のそれぞれの第
２成分はコーナ・キューブ97で反射するがコーナ・キュ
ーブ98では反射しない。したがって、コーナ・キューブ
97はコーナ・キューブ98と精密に心合わせしなければな
らず、さもなければ、同様な望ましくない干渉の問題が
生ずる可能性がある。コーナ・キューブの不適確な心合
わせは出力ビームのどちらかの成分の方向に対しても影
響しないが、これら二つの成分間で横方向の変位を生ず
ることがあり、このため出力ビームで観察される干渉効
果に影響する。

〔発明の目的〕

したがって、本発明の目的は、干渉ビームが通過しうる
全ての構成要素のわずかな移動や回転に対して影響を受
けない干渉計を提供することにある。

〔発明の概要〕本発明は、構成要素の心合わせのわずかなずれに影響さ
れない干渉計である。干渉計はその使用方法によって膨
張計にもなりうる。よって本願発明では干渉計とは膨張
計も含むものである。一組の干渉光ビームの光路はそれ
ぞれ近接して並んでおり、且つ長さがほぼ等しいため周
囲環境による屈折率の変化等の周囲条件の影響は両ビー
ムに同等に作用し、よって、周囲条件による望ましくな
い効果は本質的に除去される。膨張計は干渉計の特殊な
場合であり、したがって以下膨張計に関する説明の多く
は干渉計にも等しく適用される。

干渉計は光の第１の偏光を透過し第２の偏光を反射する
偏光ビーム・スプリッタを利用する。第１偏光を有する
第１成分と第２の偏光を有する第２成分を含む入射ビー
ムは偏光ビム・スプリッタに入射する。第１、第２、お
よび第３のコーナ・キューブを用いて偏光ビーム・スプ
リッタを通った光ビームを偏光ビーム・スプリッタに折
返す。各々の場合のこの帰路は偏光ビーム・スプリッタ
から入射する光路に平行である。一組の1/4波長板を使
用して一方の偏光から他方の偏光に変換し、これにより
偏光ビーム・スプリッタで透過（反射）される状態から
反射（透過）される状態にビームを変換する。これら二
つの偏光は出力ビームに再混合され、二つの成分間の干
渉が検出器で検出される。光学素子は入力光ビームの１
つの成分を反射する偏光ビーム・スプリッタ、コーナ・
キューブおよび1/4波長板を含み、各素子は入力光ビー
ムの第１成分をもう一方の成分と同じ回数だけ反射させ
るように設置されており、これにより、心合わせの小さ
なずれによって生じる影響は、どちらのビームにも同様
に現われることになる。したがって、出力ビームに生ず
る干渉に影響を及ぼさない。ここにおいて、両成分の光
路が等しくかつ、両成分は同回数だけ反射することによ
って、その要素に心合わせのずれが生じても両成分に対
して実質的に同様に現われるような干渉計における構成
要素を「コモン・モード」（common mode）と定義す
る。また、「コモン・モード」は、近接で長さが等しい
ビームの光路の部分を指す場合にも用いられ、これによ
り、外部の影響を両方の成分が実質的に同じように受け
る。ビームの「光路長」はビームが進行する媒体の局部
屈折率を光路に沿って積分したものである。心合わせの
ずれおよび周囲環境の影響を受けない干渉計において、
二成分の光路長の差は心合わせのずれと周囲環境の影響
に対して、依存してはならない。ここにおいてコモン・
モードでない光路部分を「デッド・パス」（dead pat
h）と定義する。したがって干渉計は、デッド・パスを
できるかぎり小さくするように設計しなければならな
い。

さらに、第１および第２の平面反射面が、光ビームを反
射するために含まれている。膨張計の場合、第１および
第２の平面反射面はそれぞれ試料およびプラテンの表面
である。典型的には、試料はプラテンに取り付けられて
おり、第１の表面が第２の表面に対して自由に動くこと
ができないが、本願明細書では、これらの両方の表面を
可動面と呼ぶ。なぜならば、ある一方の動きが他方に対
して相対的に測定されるからである。入力光ビームの第
１成分は、第１の平面反射面に少なくとも一回入射し、
入力光ビームの第２成分は第２の平面反射面に少なくと
も一回入射する。第１成分は、第１の反射面に入射する
回数が第２成分がその反射面に入射する回数と等しくな
い場合、第１の反射面に対して垂直方向の、第１の反射
面の相対的移動によって、第２成分の光路長と比較して
第１成分の光路長を相対的に変化させる。このため干渉
計は第１の平面反射面と第２の反射面との間のこのよう
な相対運動に敏感になる。

成分の一つを所定表面に１回以上投射することが有利で
ある。たとえば、上述したような従来の膨張計では、プ
ラテンと試料とで光ビームが２回反射される対称的方法
により、出力ビーム中の干渉効果が試料／プラテン対の
移動と回転に影響を受けない。1983年１月号のAnnals o
f the CIRPの449ページで、Y.Tanimuraは、干渉計の感
度は測定する相対的運動が起こる表面から多数反射させ
ることによって向上することができると指摘している。

入力ビーム成分が平行光路に沿って平面反射面に２回以
上入射すれば、その成分の全光路長が該平面反射面上の
選択点の周りの小さな回転に依存しないように、ビーム
の間隔を調整することができる。その反射面に多数の入
射が生じる点の集まりに対して中心（centroid）を定義
することができる。中心はその点の周りの小さな回転に
対してその表面に入射する成分の光路長の累積変化が不
変であるという性質を有する。よって、ビーム配列は中
心を選択された点に一致させるように選ばれる。

第10図は、中心の概念図である。第10図において、成分
の一つが試料101とプラテン102とに４回入射する。この
入射はビーム105〜108の集まりで示す。第１および第２
の反射面はそれぞれ試料およびプラテンの表面103,104
である。中心を定義するために用いる点の集まりは、表
面103と同一平面上の（coplanar）である仮想面1013と
ビーム105〜108との交点109,1010、1011および1012であ
る。点1014がこれら交点の中心となる。

膨張計の場合、第１および第２の試料／プラテン対は中
心1014の周りで回転すると（試料およびプラテンの外形
を破線で表わすように）、ビーム105〜108に関する光路
の内、いくつかの光路は長くなり（たとえば長さA,
B）、またいくつかは、短くなる（たとえば長さC,D）
が、全体的は光路長の変化の和は０である。仮想面1013
上の他の成分の入射点に対する中心を、第10図に示す中
心と一致するように選定することによって、中心の周り
の回転が出力ビームの干渉効果に影響しなくなる。ある
成分に関するビームの集まりは、それら反射面のいずれ
かに投射するその成分に関するすべてのビームの集まり
を含む。

いずれかの平面反射面からの第１成分の反射の回数は、
いずれかの平面反射面からの第２成分の反射回数と等し
いことにより、試料／プラテン対の平面反射面に対して
垂直の方向の移動は、出力光ビームにおける干渉パター
ンに影響を及ぼさない。干渉計は、中心を軸とする試料
／プラテンの複合構成体の全て小さな回転に対して敏感
ではなく、さらに、試料／プラテンの複合構成体の並進
運動にも敏感ではない場合、干渉計は、試料／プラテン
の複合構成体の任意の点を中心とする小さな回転にも敏
感ではなくなる。

一組の平面反射面を使用する場合、干渉計はフォトリソ
グラフィー装置に利用することができる。ここでは、第
１の平面反射面を位置検出すべき可動台の側面に取付け
る。第２の平面反射面を可動台と共には動かない固定の
基準位置に取付ける。

他の実施例では、干渉計内のコーナ・キューブの一つを
３個の回転鏡に置換し、そして第２平面反射面の対を可
動台に取付ける。基準反射体を追加し、台のどちらかの
側に対称に取付ける。両成分に対する光路は互いに接近
しており、同じ長さなので外部からの効果は、両成分に
対し本質的に同様で、つまり出力ビームに得られる干渉
パターンには本質的に外部からの影響は除去される。コ
モン・モードでないビーム光路の部分は最小に保たれ
る。さらに、全光路は台が二つの平面反射面間の中心に
あるとき二つのビームに対して等しくなるように選ばれ
る。

干渉計は流体パラメータの変化と共に変化する流体の屈
折率を測定することにも用いることができる。この例で
は、平面反射面はエタロンの外側前面とエタロンの内側
背面となる。エタロンは流体パラメータが変化してもそ
の長さが一定であるように寸法的に安定な材料から構成
される。したがって干渉パターンに生ずるシルトは、流
体の屈折率の変化によるものとなる。

〔発明の実施例〕

第１図は、本発明にかかる干渉計、特に膨張計の一実施
例でデッド・パスが最小なため、構成部分のわずかな心
合わせのずれ、また外部状態の変化に対しても影響を受
けない。第１の偏光を有する第１成分と第２の偏光を有
する第２の成分とを含む光ビーム１は光源10より投射さ
れる。多色光を使用することは可能だが、長い試料を測
定する場合に生ずる長い光路差でも干渉効果が起るよう
に、各成分は単色光を用いるのが好ましい。コーナ・キ
ューブ11〜13のような３個の折返し構成要素の一組をそ
れぞれ入射ビームに平行な光路に沿って入射光路を折返
すために用いる。1/4波長板14,15をそれぞれ一つの偏光
ビームを他の偏光に交換するために用いる。偏光ビーム
・スプリッタ16は第１の偏光を有する成分を反射し第２
の偏光を有する成分を透過する。実際の例として、偏光
を互いに90°直線的に偏るように選ぶことが好ましい。
両成分は再混合されて出力ビーム２を形成しここにおい
て、二つの成分が干渉する。二つの成分は直交している
ので、加算的および減算的干渉が起るという従来の意味
では干渉しない。代わりに、二つの成分は直交成分とし
てベクトル的に加算する。合成ベクトルの偏光は二つの
成分の相対的光路長に依存し、このような依存性をここ
では干渉ということにする。出力ビームは検出器17に入
りここで二つの光ビーム間の干渉効果を測定する。両成
分が同じ周波数を有する場合に好適な検出器を1970年12
月発行、第41巻第12号のReview of Scientific Instrum
entで、G.M.B.BouriciusとS.F.Cliffordが、“An optic
al interferometer using polarization coating to ob
tain quadrature phase components"で説明している。
二つの成分の周波数が異なる場合の好適な検出器は、米
国特許第3,458,259号に記載している。

構成要素11〜16は、第１成分が入射点119,124の２点で
試料18に入射し、第２成分が入射点130,133の２点でプ
ラテン19に入射するようにこれら二つの成分を導く。第
１成分が入射する試料表面は第１の平面反射面144とし
て働き第２成分が入射するプラテン表面は第２の平面反
射面145として働く。第２成分は点142,143で仮想平面14
1（これは表面144と同一平面（coplanar）である）と交
差する。点142,143との点119,124とは同一中心をもつの
で出力ビーム２での干渉効果はこれら中心の周りの試料
／プラテン対の小さな回転の影響を受けない。反射面14
4,145は平行なのでこれらの干渉効果もこれら表面に垂
直方向の試料／プラテン対の移動に依存しない。干渉効
果は反射面145に対する反射表面144のこの垂直方向にお
ける動きのみ影響する。したがって、この反射面の垂直
方向の試料の伸縮は膨張計で検出することができる。

実施例において、周波数f₁を有する第１成分と周波数f₂
を有す第２成分と、そして周知な方法である混合偏光器
と光電検出器からなる検出器17を使用する。（米国特許
第3,458,259号の第２図参照）この検出器は周波数f₁＋f
_s−f₂−f_pの出力信号を発生する。ここでf_sは試料の動
きによる第１成分の周波数のドップラ・シフトで、f_pは
プラテンの動きによる第２成分の周波数のドップラ・シ
フトである。この出力信号と光源10からの周波数f₁−f₂
の出力信号は電気的可逆カウンタ140等の積分器に送ら
れ、これら信号間の周波数の差が積分される。可逆カウ
ンタ140の出力はこのようにして試料表面とプラテン表
面間の変位の差の累積に比例する。それ故試料が受ける
温度変化がわかれば試料の線膨張係数を簡単に計算する
ことができる。他の検出法では、二成分が、異なる周波
数を有する必要はない。

構成要素11〜16の組合せにより、第１成分を実線の矢印
で示す光路へ、第２成分を破線で示す光路へ導く。第２
成分は光源10上の点110から第２の反射面145上の点130
へ通過させる偏光ビーム・スプリッタ16上の点111ま
で、進む。点130までおよび点111にまでもどる光路中、
第２成分は1/4波長板15を２度通過するので、その偏光
は第１の偏光に変換される。このため、第２成分は点11
1でコーナ・キューブ11へ反射し、更に点131,132そして
偏光ビーム・スプリッタ16上の点114まで反射する。た
のビームはまだ第１の偏光であるから、点114で点133ま
で反射し、更に点114を通ってミラー150等で構成するビ
ーム方向変換要素上の点115まで反射し戻る。更に点11
6,117,118,120,134,135,および123で反射し、ビームは
検出器17の点125に導かれる。同様な方法で、第１成分
を構成要素11〜16および150で、順次、点110〜125を通
過する経路に沿って導く。各構成要素は、それぞれ第２
成分を反射する回数と同じだけ第１成分を反射すること
に注意しなければならない。更に特定すれば、偏光ビー
ム・スプリッタは、それぞれ光ビームの偏光により入射
ビームを選択的に反射することができる二つの表面を備
えており、各成分をそれぞれの両面に等しい回数だけ反
射する。これにより出力ビーム中の干渉効果は、これら
構成要素のそれぞれの小さな移動に依存しなくなる。加
えて、二つの干渉成分の光路は構成要素11〜16内で等し
く、構成要素13,14および15では全く同一である。つま
り、従来の干渉計（第８図参照）と異なり、本発明にか
かる装置はこれら構成要素の温度に敏感でないことを意
味する。そして、構成要素11〜16および150上の第１成
分の各入射点の中心は第２成分のそれら構成要素に対す
る中心と一致している。このため出力ビーム中の干渉効
果は各構成要素の中心の周りの小さな回転に依存しな
い。したがって、本発明にかかる膨張計は製造、エージ
ング、あるいは周囲条件の変化による短期間効果の間に
生ずるわずかな心合わせのずれに対して影響を受けな
い。

本発明にかかる干渉計の他の実施例を第２図に示す。構
成要素21〜26および250が第１図の構成要素11〜16およ
び150と同様に動作する。第１成分は点210〜223を、順
次、通過する光路に沿って導かれる。同様な方法で、第
２成分はこの実施例で容易にたどることができる。同様
にこの実施例もその構成要素についてのそれぞれの小さ
な移動および回転の影響を受けない。

第１図および第２図で、説明した本発明にかかる実施例
は、全ての光路が二次元平面内にあるという点で本質的
に二次元的である。光ビームのすべてが同一平面（copl
anar）でない実施例を第3A〜3C図に示す。第3A〜3C図で
3xまたは3yzと記した各構成要素は第２図の対応要素2x
または2yzと同じ目的を果すので、第３図の実施例の動
作は第２図の実施例の動作を参照すると容易に理解でき
る。

尚、第3B図において、点320,323を経て、検出器に入る
光路は、ミラー150を通過しているように見えるが、第3
A,3C図からわかるように光路は共平面でないので、通過
しないことに注意する。

第４図に、干渉計と用いてそれに含まれる流体の屈折率
測定に好適なエタロンを示す。このエタロンは周囲条件
が変化しても寸法的に安定な材料で構成する。特に、流
体の屈折率の熱的変化を求める場合、エタロン内部は、
測定対象の流体で満たされ、使用するエラロンの材料は
その線膨張係数が実質的に０でなければならない。エタ
ロンについてはHeraus−Schott社製のZerodurという名
で市販されているガラス・セラミックを用いるのが好ま
しい。（1976年８月発行のAPPLIED OPTICS第15巻第８号
の“Dimensional stability of fusedsilica,Invar and
seveval ultralow thermal expansion materials"を参
照）。第3A図の試料38とプラテン39をエタロンで置換え
る。第４図の構成要素4xyは、各々、第3A図のその対応
要素3xyと同じ機能を有する。特に、エタロンの外部前
面は第3A図中の第１平面反射面444として働き、エラロ
ンの内部背面は第２平面反射面445として働く。反射面4
44上の１組の穴460,461は、ビーム452、453をそれぞれ
反射面444を通過させ、反射面445に反射させることがで
きるように設けられる。

第５図に第２図と同様な実施例を示す。ただし、ここで
は、第２図に図示するコーナ・キューブを1/4波長板55
1、第２試料58aおよび第２プラテン59aで置き換える。
干渉パターンは試料58のプラテン59に対する正のｙ方向
の相対移動と試料58aのプラテン59aに対する負のｘ方向
の相対移動の差で表わされる。第７図に示す本発明にお
ける他の実施例である干渉計は、フォトリソグラフィー
装置に有用である。

上述の各実施例において、第１図のコーナ・キューブ13
と類似するコーナ・キューブおよび第１図の1/4波長板
と類似する1/4波長板は、第１図と同様な働きをする。
すなわち、第１図において、コーナ・キューブ13は、逆
反射体として機能し、これは、偏光ビーム・スプリッタ
16から逆反射体へ入射する光路を偏光ビーム・スプリッ
タに戻るように曲げる。これらの各場合において、コー
ナ・キューブ上に入射するビームは、入射ビームに対し
て逆平行の方向これにより各成分は構成要素13および14
に入射後、他方の成分が構成要素13および14に入射する
以前に通過した光路に平行な光路を通過する。その結果
両成分は第１および第２反射面以前のすべての光学構成
要素に反射する回数は等しくなり、干渉計はその構成部
における心合わせのわずかなずれに対して影響を受けな
い。

第１図の干渉計はリソグラフィ機器のウエーハ・ステー
ジの動きを検出するために使用することができ、第６図
にその例を示す。干渉計はウエーハ・ステージ66の側面
に設置された第１平面反射構成要素68に平行な光路62,6
3に沿って進む第１成分を発生する。平面反射面68の入
射点は第１図の点130および133と同様である。干渉計は
ウェーハ・ステージ66と共に移動しない第２の平面反射
構成要素67に対して平行な一組の光路64および65に沿っ
て進む第２成分をも発生する。干渉計はウェーハ・ステ
ージ66の第２平面反射面67に対するｙ方向の動きを測定
する。また、平面反射構成要素67,68は平面であるか
ら、ウェーハ・ステージ66はｙ方向動きの測定を邪魔す
ることなくｘ方向に移動することもできる。同様な配置
を用いることによって、このウェーハ・ステージのｘ方
向の動きを測定することができる。

現在の最新技術のリソグラフィ機器ではウェーハ・ステ
ージ66は高度の正確さで移動する必要があるので、ウェ
ーハ・ステージ66の寸法が熱膨張変化すればウェーハ・
ステージ66が見掛け上の擬似移動を生ずることがある。
第７図の実施例ではこの擬似移動を除去することができ
る。干渉計71はウェーハ・ステージ72のｘ方向の動きを
測定する。干渉計71はウェーハ・ステージ72上の第１反
射面に平行な光路73,74とに沿う第１成分を発生する。
干渉計71はまたウェーハ・ステージ72と共には動かない
第２平面反射面711に平行な光路75および76に沿う第２
成分をも発生する。同様に、第１成分は一組の平行な光
路77,78に沿って進行し、第２成分はそれぞれウェーハ
・ステージ72と平面反射面715に平行な一組の光路79,71
0に沿って行進する。ミラー712〜713のような方向転換
構成要素はそれぞれウェーハ・ステージ72および平面反
射面715上にこれらに垂直方向にビームを導く。第７図
の干渉計ではx₁−x₂の差を測定する。したがって、ウェ
ーハ・ステージ72のｘ方向の移動には応答するが、ウェ
ーハ・ステージ72のｘ方向における膨張には応ずること
はできない。光路79,710は光路77,78に非常に近接して
いるので、ウェーハ・ステージ72の右縁と構成要素715
の反射面との間の光路77,78の部分を除けばそれらの光
路はコモン・モードである。この距離は系のデッド・パ
スを最小限にするように最小に保たれている。一般に、
干渉計および膨張計のように二組の近接する光路を用い
る場合、第１平面反射構成要素を第２平面反射構成要素
の近くに配列することによりたとえ干渉計の残りの構成
部がこれら構成要素から離れたところにあったとしても
デッド・パスを最小限にすることができる。このよう
に、干渉計を測定対象の構成要素の近くに配置すること
が不便な場合でもデッド・パスを最小に抑えることがで
きる。デッド・パスはウェーハ・ステージの移動範囲を
制限せずにできるかぎり小さくすることが好ましい。

〔発明の効果〕

干渉計および膨張計の光学的構成要素間に心合わせのわ
ずかなずれ等が生じても精密に測定することができ、ま
た流体屈折率の熱的変化やウェーハ・ステージの動きの
測定に応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる干渉計のブロック図。第２図は、本発明の他の実施例の干渉計のブロック図。第3A〜Ｃ図は、光ビームが共平面でない本発明にかかる
干渉計のブロック図であり、第3B図は第3C図の線3Bで−
3Bから見た図、第3C図は第3B図の線3C−3Cから見た図で
ある。第４図は、本発明により流体の屈折率変化を測定するエ
タロンの構成図。第５図は、４つの反射面より構成される本発明の他の実
施例による干渉計のブロック図。第６図は、写真リソグラフィ機器の可動台の動きを除去
する干渉計のブロック図。第７図は、本発明の他の実施例の干渉計のブロック図。第８図、第９図は、従来の干渉計のブロック図。第10図は、光ビームを測定表面に１回以上投射させる際
の中心の概念図である。 18,28,38,58,58a,89,911,101:試料、19,29,39,59,59a,8
8,910,102:プラテン、10,20,30:光源、17,27,37:検出
器、16,26,85,96:偏光ビーム・スプリッタ、14,15,24,2
5,34,35,87,99,551:1/4波長板、11,12,13,21,22,23,31,
33,86,97,98:キューブ・コーナ、166,72:ウェーハ・ス
テージ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料表面と基準表面間の光ビームの光路長
の変化を測定する干渉計において、前記試料表面と同一平面である第１の反射表面と、前記基準表面と同一平面である第２の反射表面と、第１の偏光成分と第２の偏光成分を有する光ビームを供
給する光源と、前記第１と第２の反射表面間の前記光ビームの光路長の
差を検出する単一の検出手段と、前記光源から供給された光ビームを前記第１の偏光成分
と前記第２の偏光成分に分離し、前記第１の偏光成分を
前記第１の反射表面の第１と第２の位置に反射させ、前
記第２の偏光成分を前記第２の反射表面の第１と第２の
位置に反射させ、前記検出手段にそれぞれの偏光成分の
光ビームを平行に導く光学手段を備えており、前記光ビームが前記第１および第２の反射表面に反射す
る前記各第１および第２の位置は、前記第１の反射表面
のある一点をはさんで等間隔であり、前記点は、それを
中心に前記第１と前記第２の反射表面が回転しても、前
記光ビームの光路長の変化は相殺されるように選ばれた
ものであり、前記第１及び第２の偏光成分の光ビームは共通の光学手
段を通過することを特徴とする干渉計。
【請求項２】前記光学手段は、前記光ビームを前記第１
と第２の偏光成分に分離する手段と、前記第１の偏光成
分の光ビームを前記第１の反射表面に２度反射させるよ
うに導き、前記第２の偏光成分の光ビームを前記第２の
反射表面に２度反射させるように導く反射手段とを含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の干渉計。
【請求項３】前記光学手段の前記反射手段は、３つの逆
反射素子と２つの偏光成分変換素子を含むことを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載の干渉計。