JPH0886608A

JPH0886608A - 干渉計

Info

Publication number: JPH0886608A
Application number: JP6273424A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yamazaki; 茂山崎; Masashi Sueyoshi; 正史末吉
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1996-04-02
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: JP3600881B2; US5561524A

Abstract

(57)【要約】【目的】使用する光学部品を大型化することなく、参
照ビームと測定ビームとの所定の方向へのずれ量の許容
値を従来より大きくする。【構成】レーザビームＭを偏光ビームスプリッタ２６
により参照ビームＭＲ１及び測定ビームＭＭ１に分け
て、それぞれ固定鏡２８と偏光ビームスプリッタ２６と
の間、及び移動鏡１４と偏光ビームスプリッタ２６との
間で２往復させた後、参照ビームＭＲ２及び測定ビーム
ＭＭ２として取り出す。移動鏡１４がＸ軸に平行な軸の
回りにのみ回転する場合、レーザビームＭの断面形状を
Ｚ方向に長い楕円状又は矩形状等の非対称な形状とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ干渉計等の干渉
計に関し、例えば半導体製造用の露光装置や精密測定器
のステージの移動量等を高精度に計測するために使用し
て好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体製造用の露光装置において
は、感光基板を高精度に位置決めするためのＸＹステー
ジが使用され、このＸＹステージの座標位置を高精度に
計測するためにレーザ干渉計が設けられている。また、
精密測定器や超精密な工作機械等においても、測定対象
物の位置決めを行うステージの座標位置を計測するため
にレーザ干渉計が備えられていることがある。

【０００３】図１２は、従来のレーザ干渉計を備えたス
テージ装置を示し、この図１２において、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザ光源等のレーザ光源１から射出された断面形状が円
形のレーザビームＬが、偏光ビームスプリッタ２に入射
する。レーザビームＬには、偏光方向が直交する２つの
偏光成分が混じっており、入射面に垂直な方向に偏光し
た成分、即ちＳ偏光成分が偏光ビームスプリッタ２によ
り反射されて、参照ビームＬＲとして１／４波長板３Ｒ
を介して固定鏡４に向かう。それら２つの偏光成分の間
に僅かな周波数差を付与するのが、ヘテロダイン干渉法
であり、周波数差を付与しないのがホモダイン法である
が、その何れでも使用できる。参照ビームＬＲは、参照
鏡４に反射された後、１／４波長板３Ｒを経てＰ偏光と
して偏光ビームスプリッタ２を透過して、検光子及び光
電変換素子を含むレシーバ７に入射する。

【０００４】一方、レーザビームＬの内で、入射面に平
行な方向に偏光したＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッ
タ２を透過して、測定ビームＬＭとして１／４波長板３
Ｍを介して移動鏡５に向かう。移動鏡５は、測定ビーム
ＬＭの光軸に平行なＹ軸に沿って移動自在に構成された
ステージ６の一端に固定されている。移動鏡５に反射さ
れた測定ビームＬＭは、１／４波長板３Ｍを介してＳ偏
光として偏光ビームスプリッタ２に反射された後、参照
ビームＬＲとほぼ同軸にレシーバ７に入射する。レシー
バ７では、参照ビームＬＲと測定ビームＬＭとの干渉光
を光電変換することにより、例えば移動鏡５のＹ方向へ
の移動量に応じた計数パルスを生成し、この計数パルス
を積算することにより、移動鏡５のＹ軸に沿った移動量
が計測される。

【０００５】このように移動鏡５の移動量をレーザ干渉
計により計測するには、レシーバ７の受光部において、
測定ビームＬＭと参照ビームＬＲとが重なる干渉領域が
存在しなければならない。これに関して、移動鏡５の位
置計測中に、ステージ６の移動部、ひいては移動鏡５を
傾ける必要が生じた場合、図１３に示すように、移動鏡
５の傾斜により反射される測定ビームＬＭの位置がずれ
るようになる。この位置ずれにより、レシーバ７の受光
部での干渉領域の面積が縮小すると、干渉光の光電変換
信号の信号強度（ＳＮ比）が小さくなり、その信号強度
が光電変換素子の検出感度以下になると、正確な移動量
の計測ができなくなる。

【０００６】また、測定ビームＬＭの直径（大きさ）に
関係なく、移動鏡５が所定角度傾斜したときの測定ビー
ムＬＭの横ずれ量は一定である。そのため、移動鏡５の
傾斜の影響を低減するためには、測定ビームＬＭ及び参
照ビームＬＲの直径を大きくすればよい。そこで、従来
はレーザ光源１から射出されるレーザビームＬのビーム
径を大きくして、移動鏡５が傾斜できる範囲（傾斜角の
ストローク）を所望の範囲まで確保していた。

【０００７】図１４は、図１３のレシーバ７の受光部に
おける円形の参照ビームＬＲと円形の測定ビームＬＭと
の重なりの状態を示し、この図１４において、各ビーム
の強度分布が均等であると仮定し、測定ビームＬＭと参
照ビームＬＲとが完全に重なったときの干渉光の光電変
換により得られる信号強度を１とする。そして、測定ビ
ームＬＭ及び参照ビームＬＲの半径をｒとして、参照ビ
ームＬＲと測定ビームＬＭとがｔだけずれたときの、信
号強度Ｉ（ｔ）は次式で表される。

【０００８】

【数１】Ｉ（ｔ）＝２（θ−sin θcos θ）／π 但し、θ＝cos^-1(ｔ／（２ｒ）），０≦θ≦π／２この式から、ビーム径（２ｒ）を大きくすることによっ
て、同じずれ量ｔでも干渉光の信号強度の減少を抑えら
れることが分かる。たとえレーザ光源１の出力がビーム
径に拘らず等しい場合でも、レーザ干渉計のレシーバ７
の検出感度が或る値を取るときに、許される測定ビーム
ＬＭの横ずれ量はビーム径ｒが大きくなる程大きい。

【０００９】なお、図１２のレーザ干渉計はシングルパ
ス方式の干渉計の例であるが、実際にはシングルパス方
式の干渉計では、移動鏡５を傾けると測定ビームＬＭの
波面と参照ビームＬＲの波面との間に傾きが生じ、干渉
信号のＳＮ比が極端に低下するため、移動鏡５が大きく
傾く条件下で使用することは困難である。そこで、一般
に、移動鏡に傾きが生じて測定ビームと参照ビームとの
間に横ずれが生じても、両ビームの波面間に傾きが生じ
ないダブルパス方式の干渉計が使用される。ダブルパス
方式では、偏光ビームスプリッタと固定鏡との間、及び
偏光ビームスプリッタと移動鏡との間をそれぞれ参照ビ
ーム及び測定ビームが２往復する。このように、１回目
に往復した参照ビーム及び測定ビームを、それぞれ再び
往復させるためにコーナーキューブが使用されている。

【００１０】図１５（ａ）は、ダブルパス方式のレーザ
干渉計で使用される直径φ１のコーナキューブ８を示
し、この図１５（ａ）において、１回目に往復した参照
ビームＬＲ１及び測定ビームＬＭ１が、コーナキューブ
８に入射している。入射した２つのビームは、コーナキ
ューブ８より反射されてそれぞれ２回目の往復を行う参
照ビームＬＲ２及び測定ビームＬＭ２として偏光ビーム
スプリッタに向かう。１回目の往復を行うビームと２回
目の往復を行うビームとの間隔はＷ１に設定されてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来のレー
ザ干渉計においては、レーザビームのビーム径を大きく
することにより、移動鏡の傾斜による測定ビームの横ず
れの影響を低減させていた。しかしながら、単にレーザ
ビームのビーム径を大きくする方式では、そのビーム径
の増大に伴い、レーザ干渉計を構成する光学部品が大き
くなってしまう。このように光学部品が大きくなると、
干渉計が全体として大型化し、種々のステージ等への組
み込みが困難になるという不都合がある。

【００１２】また、図１５（ａ）のようなコーナキュー
ブ８を使用するダブルパス方式の干渉計においては、ダ
ブルパスの２つの光ビームの間隔Ｗ１が大きいと、コー
ナキューブ８の外径を大きくする必要があるので、光学
部品の小型化のためには、ビーム間隔Ｗ１はできるだけ
小さいほうが良い。また、ダブルパス方式において、移
動鏡の傾斜による測定ビームの横ずれの影響を低減させ
るため、図１５（ｂ）の参照ビームＬＲ３及びＬＲ４で
示すように、ビーム間隔Ｗ１を変えずにビーム径を大き
くすると、ビームＬＲ３及びＬＲ４がコーナキューブ８
の稜線（光軸を中心として反射面を３等分している
線）、及び輪郭線にかかってしまう。

【００１３】このように稜線にかかった場合でも、理想
的なコーナキューブでは問題ないが、実際には稜線には
幅がある。また、稜線を挟むコーナキューブの反射面の
直角度に誤差が存在することもあるため、これらの影響
によりコーナキューブからのレーザビームの波面が乱
れ、測定に影響を与える可能性もある。従って、図１５
（ｃ）に示すように、直径φ２の大きなコーナキューブ
９を使用し、例えば参照ビームＬＲ３及びＬＲ４が稜線
及び輪郭線にかからないようなビーム間隔Ｗ２を設定す
ることが望ましい。しかしながら、これではビーム間隔
Ｗ２が広くなり、上述のようにビーム間隔の狭い方が望
ましいという条件に反する結果になってしまう。また、
直径の大きなコーナキューブ９を使用する必要があるな
ど、光学部品の大型化を伴う。これはコスト増大の要因
となり、また、干渉計が全体として大型化し、ステージ
等への組み込みが困難となる。

【００１４】本発明は斯かる点に鑑み、使用する光学部
品を大型化することなく、参照ビームと測定ビームとの
所定の方向へのずれ量の許容値を従来より大きくできる
干渉計を提供することを目的とする。更に、本発明は、
ダブルパス方式の干渉計に適用した場合に、ダブルパス
のビーム間隔を広くすることなく、参照ビームと測定ビ
ームとの所定の方向へのずれ量の許容値を従来より大き
くすることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明による干渉計は、
例えば図１〜図３に示す如く、主光ビーム（Ｌ）を供給
する光源（１１）と、その主光ビームを第１光ビーム
（ＭＲ１，ＭＲ２）及び第２光ビーム（ＭＭ１，ＭＭ
２）に分割する光分岐手段（２６）と、それら第１光ビ
ーム及び第２光ビームをそれぞれ反射する第１反射手段
（２８）及び第２反射手段（１４）と、第１反射手段
（２８）により反射された第１光ビームと第２反射手段
（１４）により反射された第２光ビームとを合成する光
合成手段（２６）と、この光合成手段により合成された
光ビームを受光する光電変換手段（１９）とを有し、光
電変換手段（１９）からの光電変換信号に基づいて第１
反射手段（２８）と第２反射手段（１４）との相対的な
変位を検出する干渉計において、光源（１１）と光電変
換手段（１９）との間の光ビームの光路上の少なくとも
一部で、光源（１１）から供給される主光ビーム
（Ｌ）、第１光ビーム（ＭＲ１，ＭＲ２）、及び第２光
ビーム（ＭＭ１，ＭＭ２）よりなる光ビーム群から選ば
れた少なくとも１つの光ビームの断面の光強度分布を、
この光強度分布の中心に関して非対称に設定する非対称
変換手段（１２）を備えたものである。

【００１６】この場合、その非対称変換手段の一例は、
光源（１１）と光電変換手段（１９）との間の光路上に
配置された１個又は複数個のアナモルフィック・プリズ
ム（２４，２５）である。アナモルフィック・プリズム
とは、入射する光ビームの断面内の異なる２方向におい
て、互いに偏向角の異なるプリズムをいう。また、その
非対称変換手段の他の例は、光源（１１）と光電変換手
段（１９）との間の光路上に配置された１対のシリンド
リカルレンズ（５１Ａ，５１Ｂ）である。

【００１７】更に、光源（１１）から光強度分布が対称
の主光ビーム（Ｌ）が射出される場合、その非対称変換
手段は、光源（１１）と光分岐手段（２６）との間に配
置することが望ましい。但し、その光源としてその主光
ビームを光強度分布が非対称の状態で発生する非対称光
源（４０，４１）を使用し、この非対称光源でその非対
称変換手段を兼用させてもよい。

【００１８】

【作用】斯かる本発明の原理につき図１を参照して説明
する。座標系として、第２反射手段（１４）に入射する
第２光ビーム（ＭＭ１等）に平行にＹ軸を取り、Ｙ軸に
垂直な２次元平面内の直交座標系をＸ軸及びＹ軸とす
る。また、第２反射手段（１４）として、Ｙ方向に移動
するＹステージ（１７Ｙ）上に固定された移動鏡（１
４）を想定し、Ｙステージ（１７Ｙ）の移動量を検出す
るものとする。

【００１９】この場合、移動鏡（１４）が傾いたときの
第２光ビーム（ＭＭ１等）のずれの方向は、移動鏡（１
４）の反射面の法線ベクトルの第２光ビーム（ＭＭ１
等）の光軸と垂直な面への射影により表される。また、
実際の光ビームのずれ量は、移動鏡（１４）と干渉光の
光電変換手段（１９）との距離によって決まる比例定数
を、その法線ベクトルの射影のずれ量に掛け合わせるこ
とによって求まる。

【００２０】例えば図１において、或る状態での移動鏡
（１４）の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系での法線ベクトルを
（ｂ，１，ａ）とし、移動鏡（１４）から干渉光の光電
変換手段（１９）までの距離をＴとすると、移動鏡（１
４）のずれ方向ベクトルは（ｂ，０，ａ）となる。干渉
光の光電変換手段（１９）の位置での光ビームのずれ量
を示すベクトルは、２Ｔ（ｂ，０，ａ）となる。

【００２１】ここで、移動鏡（１４）の回転量が、Ｘ
軸、Ｙ軸、及びＺ軸の回りに、順に微小角ｄθ変化した
とすると、法線ベクトルはそれぞれ次のようになる。

【００２２】

【数２】（ｂ，cos ｄθ−ａsin ｄθ，sin ｄθ＋ａco
s ｄθ），（ａsin ｄθ＋ｂcos ｄθ，１，ａcos ｄθ−ｂsin ｄ
θ），（sin ｄθ＋ｂcos ｄθ，cos ｄθ−ｂsin ｄθ，ａ）これは、ｄθについての２次以上の項を省略すると、次
のように表せる。

【００２３】

【数３】（ｂ，１−ａｄθ，ａ＋ｄθ），（ｂ＋ａｄθ，１，ａ−ｂｄθ），（ｂ＋ｄθ，１−ｂｄθ，ａ）よって、このときの光電変換手段（１９）における光ビ
ームのずれ量の変化量はそれぞれ次のようになる。但
し、シングルパス方式であると仮定している。

【００２４】

【数４】２Ｔ（０，０，ｄθ），２Ｔ（ａｄθ，０，−ｂｄθ），２Ｔ（ｄθ，０，０）そして、移動鏡（１４）が或る方向に傾いた場合の第２
光ビーム（ＭＭ１等）のずれ量は、これらのベクトル和
により求めることができる。

【００２５】移動鏡（１４）は原則として入射する第２
光ビーム（測定ビーム）（ＭＭ１）に垂直であるため、
移動鏡（１４）の傾き角が微小である場合は、ａ≪１、
且つｂ≪１と考えることができる。よって、移動鏡（１
４）の第２光ビーム（ＭＭ１等）に平行なＹ軸回りの回
転によって生じる光ビームのずれ量は、第２光ビーム
（ＭＭ１等）に垂直な軸（Ｘ軸、Ｚ軸）回りの回転によ
って生じるずれ量に比べて非常に小さい。

【００２６】図１の干渉計で、移動鏡（１４）が搭載さ
れているテーブル（１５）に対して例えばアオリ調整を
行った場合、移動鏡（１４）はＸ軸の回り、又はＹ軸の
回りには回転する可能性があるが、Ｚ軸の回りには回転
しない。一方、ヨーイング調整を行った場合は、移動鏡
（１４）にはＺ軸の回りの回転のみが生ずる。これに関
して、本発明では、移動鏡（１４）が固定されているテ
ーブル（１５）に対して例えばアオリ調整、又はヨーイ
ング調整の一方のみを施す場合を扱っている。例えばア
オリ調整のみを施す場合、移動鏡（１４）はＸ軸又はＹ
軸の回りに回転するのみであり、第２光ビーム（ＭＭ１
等）はＺ方向のみに大きくずれるようになる。逆に、ヨ
ーイング調整のみを施す場合、移動鏡（１４）はＺ軸の
回りに回転するのみであり、第２光ビーム（ＭＭ１）は
Ｘ方向のみに大きくずれるようになる。

【００２７】そこで、本発明では、第２光ビーム（測定
ビーム）（ＭＭ１等）がＺ方向のみに大きくずれるよう
な場合には、例えば光源（１１）からの光ビーム（Ｌ）
を図２に示す光ビーム（Ｍ）のようにＺ方向に引き伸ば
した非対称形状にする。これにより、その第２光ビーム
がＺ方向に従来と同じ量だけずれても、ずれの影響は従
来より少なくなる。一方、例えば図７に示すように、第
２光ビーム（ＮＭ１等）がＸ方向のみに大きくずれるよ
うな場合には、光源（１１）からの光ビームをＸ方向に
引き伸ばした非対称形状にする。これにより、その第２
光ビームがＸ方向に従来と同じ量だけずれても、ずれの
影響は従来より少なくなる。

【００２８】また、例えば図２に示すように、非対称変
換手段として、アナモルフィック・プリズム（２４，２
５）を使用した場合、光源（１１）から供給される光ビ
ーム（Ｌ）の断面形状をアナモルフィック・プリズム
（２４，２５）によりその所定の方向（Ｚ方向）に引き
伸ばすと、収差が無い状態で光ビーム（Ｌ）の断面形状
を非対称にすることができる。

【００２９】更に、非対称変換手段として、１対のシリ
ンドリカルレンズを使用した場合、光源（１１）から供
給される光ビーム（Ｌ）は、入射時と同じ光軸上で断面
形状を所望の方向に伸縮できる。また、非対称変換手段
を光源（１１）と光分岐手段（２６）との間に配置した
場合には、その後の第１光ビーム及び第２光ビーム等の
断面の光強度分布が全て非対称となる。

【００３０】また、光源として、例えばレーザダイオー
ドのように光強度分布が非対称の状態の主光ビームを発
生する非対称光源（４０，４１）を使用すると、これが
非対称変換手段を兼用するため、その非対称光源から光
電変換手段（１９）までの全ての光路上で光ビームの断
面の光強度分布が非対称になる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明による干渉計の第１実施例につ
き図１〜図４を参照して説明する。本実施例は、レベリ
ング機構（チルト機構）を備えたステージ装置に装着さ
れる座標計測用の、且つダブルパス方式のレーザ干渉計
に本発明を適用したものである。

【００３２】図１は本実施例のレーザ干渉計を備えたス
テージ装置を示し、この図１において、Ｈｅ−Ｎｅレー
ザ光源等のレーザ光源１１から射出された断面形状が円
形のレーザビームＬが、非対称のビームエクスパンダ１
２を経て断面形状がＺ軸に平行な方向に長い楕円のレー
ザビームＭとなってＹ軸用の干渉測定部１３に入射す
る。干渉測定部１３から射出された測定ビームＭＭ１
が、Ｚ軸に直交するＹ軸に平行にＬ字型の移動鏡１４に
入射する。Ｚ軸及びＹ軸より形成される平面に垂直にＸ
軸を取る。

【００３３】移動鏡１４はＹ軸にほぼ垂直な反射面、及
びＸ軸にほぼ垂直な反射面を有し、測定ビームＭＭ１は
そのＹ軸にほぼ垂直な反射面に入射する。移動鏡１４に
より反射された測定ビームＭＭ１は干渉測定部１３に戻
り、干渉測定部１３で更に反射された測定ビームＭＭ２
がＹ軸にほぼ平行に移動鏡１４に入射する。そして、移
動鏡１４により反射された測定ビームＭＭ２が、干渉測
定部１３に戻り、この測定ビームＭＭ２が内部で生成さ
れた参照ビームＭＲ２と共に、干渉光としてＹ軸にほぼ
平行に、検光子及び光電変換素子を有するレシーバ１９
に入射する。

【００３４】移動鏡１４は、ウエハ等を載置するための
載物テーブル１５上に固定され、載物テーブル１５は３
個のそれぞれＺ方向に伸縮自在な支点１６Ａ〜１６Ｃよ
りなるレベリング機構（チルト機構）を介して、Ｘステ
ージ１７Ｘ上に載置され、Ｘステージ１７ＸはＸ軸に沿
って移動自在にＹステージ１７Ｙ上に載置され、Ｙステ
ージ１７Ｙは、Ｙ軸に沿って移動自在にベース１８上に
載置されている。レーザ光源１１、ビームエクスパンダ
１２、干渉測定部１３、移動鏡１４、及びレシーバ１９
により載物テーブル１５のＹ方向への移動量が計測され
る。

【００３５】同様に、Ｘ軸用のレーザ光源２０からのレ
ーザビームがビームエクスパンダ２１によりＺ方向に引
き伸ばされてＸ軸用の干渉測定部２２に入射し、干渉測
定部２２から射出された測定ビームが移動鏡１４のＸ軸
にほぼ垂直な反射面に向かい、その反射面で反射された
測定ビームが干渉測定部２２に戻る。そして、干渉測定
部２２で反射された測定ビームが再び移動鏡１４に向か
い、移動鏡１４により再び反射された測定ビームが、干
渉測定部２２内で参照ビームと合成されてレシーバ２３
に入射する。レーザ光源２０、ビームエクスパンダ２
１、干渉測定部２２、移動鏡１４、及びレシーバ２３に
より、載物テーブル１５のＸ方向への移動量が計測され
る。

【００３６】図２（ｂ）は、図１中の非対称なビームエ
クスパンダ１２の構成例を示し、この図２（ｂ）におい
て、図１中のレーザ光源１１から入射するレーザビーム
Ｌの断面形状は図２（ａ）に示すように直径ｄの円形で
ある。そのレーザビームＬが頂角δで屈折率ｎの第１の
アナモルフィック・プリズム２４に入射角θ_inで入射す
る。アナモルフィック・プリズム２４から射出されるレ
ーザビームは、このプリズム２４に垂直になるように入
射角θ_inが設定されている。即ち、次の関係が成立す
る。

【００３７】

【数５】sin θ_in＝ｎ・sin δ その第１のアナモルフィック・プリズム２４を射出した
レーザビームは、入射角θ_inで頂角δで屈折率ｎの第２
のアナモルフィック・プリズム２５に入射する。このプ
リズム２５からはこのプリズム２５に垂直にレーザビー
ムＭが射出される。この場合、入射するレーザビームＬ
のＺ方向の幅ｄを用いて、射出されるレーザビームＭの
Ｚ方向の幅Ｄは、次式で表される。

【００３８】

【数６】（Ｄ／cos δ）cos θ_in＝（ｄ／cos θ_in）cos δ 従って、次式が成立する。

【００３９】

【数７】Ｄ＝（cos δ／cos θ_in）²・ｄこの場合、本実施例ではδ＜θ_inとして、Ｄ＞ｄとす
る。例えば幅Ｄを２ｄに設定する。即ち、ビームエクス
パンダ１２により入射したレーザビームＬの断面形状を
Ｚ方向に引き伸ばして、図２（ｃ）に示すように、Ｚ方
向の幅Ｄの楕円状の断面形状を有するレーザビームＭを
得、このレーザビームＭを図１の干渉測定部１３に供給
する。このように１対のアナモルフィック・プリズム２
４，２５を使用した場合には、レーザビームの波形の歪
みが無い状態で断面形状を非対称にすることができる。

【００４０】なお、本実施例では説明を簡単にするため
に、アナモルフィック・プリズム２４から射出されるレ
ーザビームの射出角が９０°になるように入射角θ_inを
設定したが、その射出角が９０°である必要はないのは
当然である。また、直径ｄのレーザビームＬをＺ軸方向
に引き伸ばして、Ｚ方向の長さＤでＸ方向の長さｄのレ
ーザビームＭを得ているが、逆にレーザ光源１１から直
径Ｄのレーザビームを発生し、ビームエクスパンダ１２
によりそのレーザビームをＸ軸方向に縮小することによ
り、Ｚ方向の長さＤでＸ方向の長さｄのレーザビームＭ
を得るようにしてもよい。

【００４１】図３は、図１中のダブルパス方式の干渉測
定部１３の構成を示し、この図３において、入射した断
面形状が楕円のレーザビームＭには、直交する偏光成分
が混じっている。そして、偏光ビームスプリッタ（ＰＢ
Ｓ）２６において入射面に垂直な方向に偏光したＳ偏光
成分が反射されて、参照ビームＭＲ１として１／４波長
板２７Ｒを経て固定鏡２８に向かう。固定鏡２８で反射
された参照ビームＭＲ１は、１／４波長板２７Ｒを経て
Ｐ偏光として偏光ビームスプリッタ２６を透過してコー
ナキューブ２９に向かう。参照ビームＭＲ１は、コーナ
キューブ２９により反射されて参照ビームＭＲ２として
偏光ビームスプリッタ２６を透過した後、１／４波長板
２７Ｒを介して固定鏡２８に入射する。再び固定鏡２８
により反射された参照ビームＭＲ２は、１／４波長板２
７Ｒを経てＳ偏光として偏光ビームスプリッタ２６によ
り反射されてＹ軸にほぼ平行に図１のレシーバ１９に入
射する。

【００４２】また、偏光ビームスプリッタ２６において
入射面に平行な方向に偏光したＰ偏光成分は、偏光ビー
ムスプリッタ２６を透過して測定ビームＭＭ１として１
／４波長板２７Ｍを介して移動鏡１４に向かい、移動鏡
１４に反射された測定ビームＭＭ１は、１／４波長板２
７Ｍを経てＳ偏光として偏光ビームスプリッタ２６に反
射されてコーナキューブ２９に向かう。測定ビームＭＭ
１は、コーナキューブ２９により反射されて測定ビーム
ＭＭ２として偏光ビームスプリッタ２６に戻り、偏光ビ
ームスプリッタ２６により反射された測定ビームＭＭ２
は、１／４波長板２７Ｍを介して移動鏡１４に向かい、
移動鏡１４により反射された測定ビームＭＭ２は、１／
４波長板２７Ｍを介してＰ偏光として偏光ビームスプリ
ッタ２６を透過した後、参照ビームＭＲ２とほぼ平行に
図１のレシーバ１９に入射する。

【００４３】図１のレシーバ１９では、参照ビームＭＲ
２と測定ビームＭＭ２との干渉光の光電変換信号を生成
し、この光電変換信号に基づいて移動鏡１４のＹ方向へ
の移動量が計測される。予め参照ビームＭＲ１と測定ビ
ームＭＭ１との間に所定の周波数差を設けておくことに
より、ヘテロダイン干渉法による計測が行われ、それら
ビームの周波数が等しい場合にホモダイン干渉法による
計測が行われる。また、本実施例はダブルパス方式で測
定ビームはＭＭ１及びＭＭ２として偏光ビームスプリッ
タ２６と移動鏡１４との間を２往復するため、計測分解
能がシングルパスの場合の１／２に高められている。

【００４４】図３において、固定鏡２８に入射する参照
ビームＭＲ１，ＭＲ２の断面形状はＹ方向に長い楕円状
であり、移動鏡に入射する測定ビームＭＭ１，ＭＭ２の
断面形状はＺ方向に長い楕円状である。図４（ｂ）は図
３の直径φ１のコーナキューブ２９の平面図であり、コ
ーナキューブ２９にはそれぞれＹ方向に長い楕円状の参
照ビームＭＲ１及び測定ビームＭＭ１が入射し、同様に
それぞれＹ方向に長い楕円状の参照ビームＭＲ２及び測
定ビームＭＭ２が射出している。例えば参照ビームＭＲ
１と参照ビームＭＲ２とのビーム間隔はＷ３である。

【００４５】次に、本実施例の動作につき説明する。図
３のような干渉光学系では、移動鏡１４が測定ビームＭ
Ｍ１，ＭＭ２に対して垂直な軸、即ちＸ軸又はＺ軸の回
りに所定角度θだけ傾くと、それぞれ測定ビームＭＭ
１，ＭＭ２はＺ方向又はＸ方向に平行にシフトし、その
シフト量は移動鏡１４の反射面とコーナキューブ２９の
頂点までの距離をＴとした場合、ほぼ４Ｔθとなる。

【００４６】これに関して、図１で説明したように、本
実施例の載物テーブル１５はレベリング機構１６Ａ〜１
６Ｃを介してＸステージ１７Ｘ上に載置されているた
め、図３において、移動鏡１４の回転としてはＸ軸に平
行な軸の回りの回転角θ_Xのみを考えればよい。それに
比べて、Ｚ軸の回りの回転角は無視できる程度であり、
且つＹ軸の回りの回転の影響は殆ど無い。即ち、図３の
測定ビームＭＭ１及びＭＭ２が移動鏡１４に反射された
際の、移動鏡１４の傾きによるシフト方向は主にＺ方向
となり、他の方向へのシフト量は無視できる程度であ
る。

【００４７】図４（ａ）は図１のレシーバ１９の受光面
での参照ビームＭＲ２及び測定ビームＭＭ２の重なりの
状態を示し、この図４（ａ）に示すように、本実施例で
は移動鏡１４の傾きにより参照ビームＭＲ２に対して測
定ビームＭＭ２はＺ方向に例えばΔだけずれるようにな
る。ところが、参照ビームＭＲ２及び測定ビームＭＭ２
共に、その断面形状はＸ方向の長さｄに対してＺ方向の
長さＤが大きい楕円状であるため、そのＺ方向へのずれ
Δの影響は従来例よりも小さくなっている。

【００４８】また、同様に図１の干渉測定部２２を含む
Ｘ軸用のレーザ干渉計においても、レーザ光源２０から
射出されたレーザビームの断面形状はＺ方向に引き伸ば
されている。そして、移動鏡１４のＸ軸にほぼ垂直な反
射面は、Ｙ軸に平行な軸の回りの回転角のみを考えれば
よいため、移動鏡１４により反射された測定ビームのず
れの方向は主にＺ方向となる。従って、このＸ軸用のレ
ーザ干渉計においても、レーザビームの断面形状をＺ方
向に引き伸ばすことにより、移動鏡１４の傾斜の影響が
低減されている。

【００４９】ここで、図３のコーナキューブ２９につい
て詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図３のコーナ
キューブ２９は、角推型で表しているが、実際には外形
が円形で裏面が角推型である。本実施例では、図４
（ｂ）に示すように、コーナキューブ２９に対して、参
照ビームＭＲ１、測定ビームＭＭ１等は、Ｙ方向に平行
な１つの稜線（隣接する垂直な反射面の接合線）に対し
て、長手方向が平行に設定されている。また、参照ビー
ムＭＲ１、測定ビームＭＭ１等は、他の稜線にはかかっ
ていない。図４（ｂ）のように、各ビームがコーナキュ
ーブ２９の稜線を避けるためには、ビーム間隔Ｗ３は次
式の条件を満たす必要がある。

【００５０】

【数８】Ｗ３≧（３Ｄ² ＋ｄ² ）^1/2 例えば、図４（ａ）において、各ビームのＸ方向の幅ｄ
を４ｍｍ、Ｚ方向の幅Ｄを８ｍｍとすると、（数８）よ
り図４（ｂ）において、ダブルパスの間隔Ｗ３は１４．
５ｍｍ以上、コーナキューブ２９の有効径φ１は１８．
５ｍｍ以上必要である。

【００５１】これに対して、仮に同出力の断面形状が円
形の参照ビーム及び測定ビームを用いたとすると、同量
のシフトが起きた場合に同等の割合の重なり面積を得る
にはビーム径が８ｍｍ必要である。更に、従来例の図１
５（ｃ）の如く、このときダブルパスの間隔Ｗ２は１６
ｍｍ以上、コーナキューブ９の有効径φ２は２４ｍｍ以
上必要になる。また、他の光学部品も大きくなる可能性
があり、本実施例により確かに光学部品が小型でよいこ
とが分かる。

【００５２】なお、上述実施例では、ビームエクスパン
ダ１２を介して断面形状が楕円状に変換されたレーザビ
ームがそのままレシーバ１９に入射しているが、この場
合レシーバ１９ではその楕円状のレーザビームの全体を
受光できる受光面積が必要である。これを避けてレシー
バ１９を小型化するために、レシーバ１９に入射する前
にそのレーザビームの断面形状を再び円形に戻してもよ
い。このように互いに横ずれした楕円状の測定ビーム及
び参照ビームを、再び断面形状が円形のレーザビームに
変形する場合につき、図５を用いて説明する。

【００５３】図５（ａ）は、Ｚ方向にΔだけ横ずれした
参照ビームＯＲ１及び測定ビームＯＭ１を示し、この図
５（ａ）において、参照ビームＯＲ１及び測定ビームＯ
Ｍ１はそれぞれＸ方向の長さｄ、且つＺ方向の長さＤの
楕円状である。これら２つのレーザビームを図２（ｂ）
に示すアナモルフィック・プリズム２４，２５に逆向
き、即ち図２（ｂ）に示された射出側から入射させるこ
とにより、図５（ｂ）に示すようにそれぞれ断面形状が
直径ｄの円形の参照ビームＯＲ２及び測定ビームＯＭ２
を得ることができる。このとき参照ビームＯＲ２と測定
ビームＯＭ２とのＺ方向への横ずれ量も、レーザビーム
径と同様にｄ／Ｄに縮小されてｄΔ／Ｄになり、しかも
干渉信号の強度は変わらない。従って、図１のレシーバ
１９の代わりに、レーザビームの直径ｄに対応した小さ
な有効径のレシーバを使用することができる。また、図
１及び図３の実施例のように、干渉測定部１３に対する
入射ビームと干渉測定部１３からの射出ビームとが平行
で向きが反対である干渉計においては、ビームエクスパ
ンダ１２を両ビームが通る位置に配置することにより、
新たな光学系を付加することなく楕円状のレーザビーム
を円形のレーザビームに戻すことができる。

【００５４】同様に、図１においてビームエクスパンダ
１２を省き、図３において干渉測定部１３と移動鏡１４
との間、例えば１／４波長板２７Ｍと移動鏡１４との間
に、アナモルフィック・プリズム又はシリンドリカルレ
ンズ等から構成されるビーム整形光学系を配置してもよ
い。この場合、ビーム整形光学系と移動鏡１４との間で
はレーザビームの断面形状は楕円であり、このビーム整
形光学系による楕円の長軸方向への倍率をαとすると、
その間で生じたレーザビームの横ずれ量は、ビーム整形
光学系を往復し、再び円形のレーザビームに戻るときに
１／αに縮小される。従って、この場合もビーム整形光
学系と移動鏡１４との間に関しては上述した実施例と同
様に、移動鏡１４のＸ軸回りの回転の影響が軽減され
る。

【００５５】なお、上述実施例では、断面の光強度分布
が非対称のレーザビームを得るために非対称のビームエ
クスパンダ１２，２１を使用しているが、射出されるレ
ーザビームの光強度分布が非対称なレーザ光源を使用し
てもよい。図６は、そのような非対称なレーザ光源の一
例を示し、この図６において、レーザダイオード４０か
らはＺ方向への発散角がＸ方向への発散角より大きい状
態で直線偏光のレーザビームが射出される。そこで、こ
のレーザダイオード４０から射出されたレーザビームを
コリメータレンズ４１で平行光束化して、断面形状がＺ
方向に長い楕円状のレーザビームＭ２を得る。ここで、
レーザビームＭ２は短径方向（Ｘ方向）に偏光した直線
偏光であるため、更に１／４波長板４３を通過させてそ
のレーザビームＭ２の直線偏光を円偏光に変換する。そ
の後、このレーザビームＭ２を例えば図３の偏光ビーム
スプリッタ２６に入射させることによって、ホモダイン
干渉方式の干渉計が構成される。この場合、別に非対称
のビームエクスパンダを設けることなく、断面が楕円形
のレーザビームが得られるため、干渉計が小型化され
る。

【００５６】次に、本発明の第２実施例につき図７及び
図８を参照して説明する。図７及び図８において図１〜
図３に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明
を省略する。図７は本実施例のレーザ干渉計を備えたス
テージ装置を示し、この図７において、レーザ光源１１
から射出された断面形状が円形のレーザビームＬが、非
対称のビームエクスパンダ１２Ａを経て断面形状がＸ方
向に長い楕円のレーザビームＮとなってＹ軸用の干渉測
定部１３に入射する。干渉測定部１３から射出された測
定ビームＮＭ１が、Ｙ軸に平行にＬ字型の移動鏡１４に
入射する。移動鏡１４により反射された測定ビームＮＭ
１は干渉測定部１３に戻り、干渉測定部１３で更に反射
された測定ビームＮＭ２がＹ軸にほぼ平行に移動鏡１４
に入射する。そして、移動鏡１４により反射された測定
ビームＮＭ２が、干渉測定部１３に戻り、この測定ビー
ムＮＭ２が内部で生成された参照ビームＮＲ２と共に、
干渉光としてＹ軸にほぼ平行に、レシーバ１９に入射す
る。

【００５７】移動鏡１４は、載物テーブル１５上に固定
され、載物テーブル１５はＺ軸に平行な軸の回りに回転
できる回転テーブル３０を介してＸステージ１７Ｘ上に
載置されている。また、Ｘ軸用のレーザ光源２０からの
レーザビームがビームエクスパンダ２１ＡによりＹ方向
に引き伸ばされてＸ軸用の干渉測定部２２に入射し、干
渉測定部２２から射出された測定ビームが移動鏡１４の
Ｘ軸にほぼ垂直な反射面に向かい、その反射面で反射さ
れた測定ビームが干渉測定部２２に戻る。そして、干渉
測定部２２で反射された測定ビームが再び移動鏡１４に
向かい、移動鏡１４に再び反射された測定ビームが、干
渉測定部２２内で参照ビームと合成されてレシーバ２３
に入射する。その他の構成は図１と同様である。

【００５８】本実施例においては、移動鏡１４の回転と
してはＺ軸に平行な軸の回りの回転角θ_Zのみを考えれ
ばよく、他の回転は無視してよい。即ち、干渉測定部１
３から移動鏡１４に入射する測定ビームＮＭ１，ＮＭ２
は移動鏡１４の回転によりＸ方向にシフトするのみと考
えてよい。同様に、干渉測定部２２から移動鏡１４に入
射する測定ビームは移動鏡１４の回転によりＹ方向にシ
フトするのみと考えてよい。

【００５９】図８（ａ）は図７のレシーバ１９の受光面
での参照ビームＮＲ２及び測定ビームＮＭ２の重なりの
状態を示し、この図８（ａ）に示すように、本実施例で
は移動鏡１４の傾きにより参照ビームＮＲ２に対して測
定ビームＮＭ２はＸ方向にずれるようになる。ところ
が、参照ビームＮＲ２及び測定ビームＮＭ２共に、その
断面形状はＺ方向の長さに対してＸ方向の長さが大きい
楕円状であるため、そのＺ方向へのずれの影響は従来例
よりも小さくなっている。

【００６０】また、同様に図７の干渉測定部２２を含む
Ｘ軸用のレーザ干渉計においても、レーザ光源２０から
射出されたレーザビームの断面形状はＹ方向に引き伸ば
されている。そして、移動鏡１４のＸ軸にほぼ垂直な反
射面は、Ｚ軸に平行な軸の回りの回転角のみを考えれば
よいため、移動鏡１４により反射された測定ビームのず
れの方向は主にＹ方向となる。従って、このＸ軸用のレ
ーザ干渉計においても、レーザビームの断面形状をＹ方
向に引き伸ばすことにより、移動鏡１４の傾斜の影響が
低減されている。

【００６１】ここで、図７の干渉測定部１３内のコーナ
キューブ２９について詳細に説明する。本実施例では、
図８（ｂ）に示すように、コーナキューブ２９に対し
て、１回目の参照ビームＮＲ１、測定ビームＮＭ１、及
び２回目の参照ビームＮＲ２、測定ビームＮＭ２は、Ｙ
方向に平行な１つの稜線に対して、長手方向が垂直に設
定されている。また、参照ビームＮＲ１、測定ビームＮ
Ｍ１等は、他の稜線にはかかっていない。

【００６２】例えば、図８（ａ）において、各ビームＮ
Ｒ２，ＮＭ２のＺ方向の幅を４ｍｍ、Ｘ方向の幅を８ｍ
ｍとすると、図８（ｂ）において、ダブルパスの間隔Ｗ
４は１０．６ｍｍ以上、コーナキューブ２９の有効径φ
１は１８．６ｍｍ以上必要である。これに対して、仮に
同出力の断面形状が円形の参照ビーム及び測定ビームを
用いたとすると、同量のシフトが起きた場合に同等の割
合の重なり面積を得るにはビーム径が８ｍｍ必要であ
る。更に、従来例の図１５（ｃ）の如く、このときダブ
ルパスの間隔Ｗ２は１６ｍｍ以上、コーナキューブ９の
有効径φ２は２４ｍｍ以上必要になる。また、他の光学
部品も大きくなる可能性があり、本実施例により確かに
光学部品が小型でよいことが分かる。

【００６３】次に、本発明の第３実施例につき図９、及
び図１０を参照して説明する。図９（ａ）は本実施例の
レーザ干渉計を示し、この図９（ａ）において、レーザ
光源４５から射出された断面形状が直径ｄの円形のレー
ザビームは、ビーム整形装置４６Ａにより断面形状がＸ
方向の幅Ｄで、Ｚ方向（図９（ａ）の紙面に垂直な方
向）の幅ｄ（ｄ＜Ｄ）の楕円状のレーザビームに整形さ
れる。ビーム整形装置４６Ａから射出されたレーザビー
ムは、ビームスプリッタ４７で参照光と測定光とに分離
され、ビームスプリッタ４７で反射された参照光はコー
ナーキューブ４８で光路を折り返された後、再びビーム
スプリッタ４７で反射され、参照光ＰＲ１としてレシー
バ５０に入射する。

【００６４】一方、ビームスプリッタ４７を透過した測
定光は、コーナーキューブ４９で光路を折り返された
後、再びビームスプリッタ４７を透過して測定光ＰＭ１
としてレシーバ５０に入射する。このとき、コーナーキ
ューブ４９の頂点のＸ方向の横ずれ量の２倍だけ測定光
ＰＭ１がＸ方向に横ずれする。即ち、コーナーキューブ
４９がＸ方向にΔ／２だけ動いて、位置４９Ａに来る
と、測定光ＰＭ１はレシーバ５０上でΔだけ横ずれす
る。レシーバ５０で参照光ＰＲ１及び測定光ＰＭ１の干
渉光を光電変換することにより、コーナーキューブ４９
のＹ方向の変位を知ることができる。このとき、測定光
ＰＭ１と参照光ＰＲ１とは図１０（ａ）に示す如く、Ｘ
方向にΔだけ横ずれしている。これに対して、図９
（ａ）においてビーム整形装置４６Ａが無いものとする
と、レシーバ５０上で観察される測定光ＰＭ１及び参照
光ＰＲ１は、図１０（ｆ）に示すようになる。図１０
（ａ）と図１０（ｆ）との比較より、本実施例ではビー
ム整形装置４６Ａの使用により、レシーバ５０から得ら
れる干渉信号のＳＮ比が改善されることが分かる。

【００６５】なお、ビーム整形装置４６Ａと同様の１個
又は複数個のビーム整形装置を、図９（ｂ）に示すよう
に他の位置に配置してもよい。図９（ａ）に対応する部
分に同一符号を付して示す図９（ｂ）において、ビーム
整形装置４６Ｂはビームスプリッタ４７からコーナーキ
ューブ４９への往路上、ビーム整形装置４６Ｃはコーナ
ーキューブ４９からビームスプリッタ４７への復路上、
及びビーム整形装置４６Ｄはコーナーキューブ４８から
ビームスプリッタ４７への復路上にそれぞれ配置されて
いる。また、ビーム整形装置４６Ｂ〜４６Ｄの何れか１
つのみを配置してもよく、それらの内の２つのみを組み
合わせて使用してもよい。

【００６６】この場合、ビーム整形装置４６Ｂ，４６Ｄ
は、ビーム整形装置４６Ａと同様に、レーザビームの進
行方向に対して図９（ｂ）の紙面に平行な方向にレーザ
ビームをＤ／ｄだけ拡大し、逆にビーム整形装置４６Ｃ
はレーザビームの進行方向に対して図９（ｂ）の紙面に
平行な方向にレーザビームをｄ／Ｄだけ縮小する方向に
取り付けてある。つまり、ビーム整形装置４６Ｂ，４６
Ｄはレーザビームの進行方向に対して逆向きになってい
る。ビーム整形装置４６Ａ〜４６Ｄとしては、それぞれ
例えば１対のアナモルフィック・プリズム又は１対のシ
リンドリカルレンズ等が使用できる。また、ビーム整形
装置４６Ｂ，４６Ｃを両方とも使用する場合は、例えば
１対のアナモルフィック・プリズムをビームスプリッタ
４７とコーナーキューブ４９との間を往復する光路の両
側に亘って配置することにより、共通化することもでき
る。

【００６７】ビーム整形装置４６Ｂ〜４６Ｄを種々に組
み合わせた場合のレシーバ５０上でのレーザビームの形
状と横ずれ量とを図１０（ｂ）〜（ｅ）を参照して説明
する。何れの図でも参照光を実線の参照光ＰＲ２で、測
定光を破線の測定光ＰＭ２で示している。図１０（ｂ）
はビーム整形装置４６Ｂのみを使用した場合であり、レ
シーバ５０の入射面で断面形状がＸ方向の幅Ｄ、Ｚ方向
の幅ｄの楕円状の測定光ＰＭ２が、断面形状が円形の参
照光ＰＲ２からＸ方向にΔだけ横ずれしている。図１０
（ｃ）はビーム整形装置４６Ｃのみを使用した場合であ
り、レシーバ５０の入射面でＸ方向の幅ｄ²／Ｄ、Ｚ方
向の幅ｄの楕円状の測定光ＰＭ２が円形の参照光ＰＲ２
からＸ方向に（ｄ／Ｄ）Δだけ横ずれしている。図１０
（ｄ）はビーム整形装置４６Ｄのみを使用した場合であ
り、レシーバ５０の入射面上でＸ方向の幅Ｄ、Ｚ方向の
幅ｄの楕円状の参照光ＰＲ２から直径ｄの円形の測定光
ＰＭ２がＸ方向にΔだけ横ずれしている。

【００６８】これらビーム整形装置４６Ｂ，４６Ｃ，４
６Ｄの何れか１つを使用した場合は、図１０（ｆ）に示
すビーム整形装置を使用しない場合とほぼ同等の干渉信
号が得られる。しかしながら、例えばホモダイン方式の
干渉計であれば、図９（ｂ）のレシーバ５０の入射面で
参照光ＰＲ２と測定光ＰＭ２との単位面積当たりの光量
が同じになるようにビームスプリッタ４７でレーザビー
ムを分岐すれば、より強い干渉信号を得ることができ
る。

【００６９】図１０（ｅ）はビーム整形装置４６Ｂ，４
６Ｃを同時に使用した場合であり、レシーバ５０の入射
面上で直径ｄの円形の参照光ＰＲ２から直径ｄの円形の
測定光ＰＭ２がＸ方向に（ｄ／Ｄ）Δだけ横ずれしてい
る。この場合は、図９（ａ）及び図１０（ａ）で示した
ようにビーム整形装置４６Ａを使用する場合と同様な干
渉信号を得ることができる。また、ビーム整形装置４６
Ｂ及び４６Ｄを同時に使用した場合は、レシーバ５０上
での２つのレーザビームは図１０（ａ）に示すようにな
り、図９（ａ）に示すようにビーム整形装置４６Ａを使
用する場合と同様の効果を得ることができることは明ら
かである。

【００７０】また、図９（ａ）及び（ｂ）の例では、計
測光がＸ方向に横ずれする場合を扱っているが、例えば
コーナーキューブ４９が図９（ａ）及び（ｂ）の紙面に
垂直なＺ方向に横ずれする場合には、ビーム整形装置４
６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ又は４６Ｄを光軸を中心に９０°
回転させることにより、そのコーナーキューブ４９のＺ
方向への横ずれの影響を減少させることができる。ま
た、複数のビーム整形装置を使用する場合、上述実施例
では、同じ倍率のビーム整形装置を組み合わせていた
が、当然、倍率の異なる複数のビーム整形装置を組み合
わせてもよい。

【００７１】なお、上述実施例では何れも断面形状が非
対称なレーザビームとして断面内での光強度分布が均一
な楕円状のレーザビームを使用したが、シフト方向に長
い長方形断面を持つものや、仮に断面形状が円形であっ
ても強度分布が非対称になっているものであれば、ある
方向にビームがシフトした場合の干渉強度の減少割合が
他方向に同量シフトしたときに比べて少なくなるように
できるので、上述実施例と同様の効果が期待できる。

【００７２】また、アナモルフィック・プリズムの代わ
りに、図１１（ａ）に示すように１対のシリンドリカル
レンズ５１Ａ及び５１Ｂを用いて断面形状が非対称なレ
ーザビームを得てもよい。図１１（ａ）において、負及
び正のシリンドリカルレンズ５１Ａ，５１Ｂは図１１
（ａ）の紙面に垂直な方向（Ｘ方向）には屈折力を有し
ていない。また、図１１（ａ）の紙面に平行な面内での
シリンドリカルレンズ５１Ａ，５１Ｂの焦点距離を−ｆ
₁，ｆ₂(ｆ₂＞ｆ₁)とすると、入射する断面形状が円形
のレーザビームＬは、射出時には、図１１（ｂ）に示す
ように断面形状がＺ方向にｆ₂／ｆ₁の割合で引き延ば
されたレーザビームＭとなる。このように１対のシリン
ドリカルレンズ５１Ａ，５１Ｂを用いる場合には、入射
するレーザビームＬと射出されるレーザビームＭとが同
一の光軸５２上にあるため、光学系の配置が容易になる
ことがある。また、ここでは凸凹のシリンドリカルレン
ズ５１Ａ，５１Ｂによるガリレオ式のビームエクスパン
ダを使用したが、凸のシリンドリカルレンズ２つによる
ケプラー式のビームエクスパンダを使用してもよい。

【００７３】更に、アナモルフィック・プリズム、又は
シリンドリカルレンズの代わりに、所定の方向に光ビー
ムを伸縮するビームエクスパンダ、あるいは細長い開口
を有するスリット板等を用いるか、あるいはこれらを併
用してもよく、要は断面形状によらず、その光強度分布
を光ビームのシフト方向に長くできるものであれば、い
かなる光学部材を用いてもよい。

【００７４】このように本発明は上述実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、光ビームの断面の光強
度分布を所定の方向に長くできるため、使用する光学部
品を大型化することなく、第１光ビーム（参照ビーム）
と第２光ビーム（測定ビーム）とのその所定の方向への
ずれ量の許容値を従来より大きくできる利点がある。更
に、本発明をダブルパス方式の干渉計に適用した場合に
は、ダブルパスのビーム間隔を広くすることなく、第１
光ビーム（参照ビーム）と第２光ビーム（測定ビーム）
とのその所定の方向へのずれ量の許容値を従来より大き
くできる。

【００７６】また、非対称変換手段が、アナモルフィッ
ク・プリズムである場合には、このアナモルフィック・
プリズムで光ビームの断面形状を所定の方向に伸縮して
も光ビームの波面収差に対する悪影響が少ないため、良
好に干渉計測を行うことができる。また、非対称変換手
段が、１対のシリンドリカルレンズである場合には、入
射ビームと断面形状が変更されて射出される光ビームと
がほぼ同軸上にあるため、全体の光学系の配置が容易に
なる場合がある。

【００７７】更に、非対称変換手段を、光源と光分岐手
段との間に配置した場合には、それ以降の第１光ビーム
及び第２光ビームを含む全ての光ビームの断面の光強度
分布を非対称にすることができる。次に、光源として主
光ビームを光強度分布が非対称の状態で発生する非対称
光源を使用し、この非対称光源がその非対称変換手段を
兼用する場合には、光学系の構成が簡略化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による干渉計の第１実施例が適用された
ステージ装置を示す斜視図である。

【図２】（ａ）は図２（ｂ）のＡＡ線に沿う断面図、
（ｂ）は図１のビームエクスパンダ１２の構成例を示す
図、（ｃ）は図２（ｂ）のＢＢ線に沿う断面図である。

【図３】図１中の干渉測定部１３等の構成を示す斜視図
である。

【図４】（ａ）は図１中のレシーバ１９の入射面での各
ビームの重なり状態を示す図、（ｂ）は図３のコーナキ
ューブ２９の平面図である。

【図５】断面形状が楕円状のレーザビームを断面形状が
円形のレーザビームに戻す場合の説明図である。

【図６】レーザダイオードを使用して断面形状が楕円状
のレーザビームを生成する光源系を示す斜視図である。

【図７】本発明による干渉計の第２実施例が適用された
ステージ装置を示す斜視図である。

【図８】（ａ）は図７中のレシーバ１９の入射面での各
ビームの重なり状態を示す図、（ｂ）は図７の干渉測定
部１３内のコーナキューブ２９の平面図である。

【図９】（ａ）は本発明による干渉計の第３実施例を示
す構成図、（ｂ）はその第３実施例の変形例を示す構成
図である。

【図１０】第３実施例及びその変形例におけるレシーバ
５０の入射面での各ビームの重なり状態を示す図であ
る。

【図１１】（ａ）は１対のシリンドリカルレンズを用い
て断面形状が非対称なレーザビームを得る場合の光路
図、（ｂ）は図１１（ａ）のＣＣ線に沿うレーザビーム
の断面図である。

【図１２】従来のレーザ干渉計を備えたステージ装置を
示す平面図である。

【図１３】図１２において、測定ビームがシフトする様
子を示す平面図である。

【図１４】参照ビームと測定ビームとの重なりの状態を
示す図である。

【図１５】従来のダブルパス方式の干渉計で使用される
コーナキューブを示す図である。

【符号の説明】１１レーザ光源１２，１２Ａ非対称のビームエクスパンダ１３干渉測定部１４移動鏡１５載物テーブル１７ＸＸステージ１７ＹＹステージ２４，２５アナモルフィック・プリズム２６偏光ビームスプリッタ２８固定鏡２９コーナキューブ４０レーザダイオード４１コリメータレンズ４３１／４波長板４６Ａ〜４６Ｄビーム整形装置５１Ａ，５１Ｂシリンドリカルレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主光ビームを供給する光源と、前記主光ビームを第１光ビーム及び第２光ビームに分割
する光分岐手段と、前記第１光ビーム及び第２光ビームをそれぞれ反射する
第１反射手段及び第２反射手段と、前記第１反射手段により反射された前記第１光ビームと
前記第２反射手段により反射された前記第２光ビームと
を合成する光合成手段と、該光合成手段により合成された光ビームを受光する光電
変換手段と、を有し、該光電変換手段からの光電変換信号に基づいて前記第１
反射手段と前記第２反射手段との相対的な変位を検出す
る干渉計において、前記光源と前記光電変換手段との間の光ビームの光路上
の少なくとも一部で、前記光源から供給される主光ビー
ム、前記第１光ビーム、及び前記第２光ビームよりなる
光ビーム群から選ばれた少なくとも１つの光ビームの断
面の光強度分布を、該光強度分布の中心に関して非対称
に設定する非対称変換手段を備えたことを特徴とする干
渉計。
【請求項２】前記非対称変換手段は、前記光源と前記
光電変換手段との間の光路上に配置されたアナモルフィ
ック・プリズムであることを特徴とする請求項１記載の
干渉計。
【請求項３】前記非対称変換手段は、前記光源と前記
光電変換手段との間の光路上に配置された１対のシリン
ドリカルレンズであることを特徴とする請求項１記載の
干渉計。
【請求項４】前記非対称変換手段を、前記光源と前記
光分岐手段との間に配置したことを特徴とする請求項
１、２又は３記載の干渉計。
【請求項５】前記光源として前記主光ビームを光強度
分布が非対称の状態で発生する非対称光源を使用し、該
非対称光源が前記非対称変換手段を兼用することを特徴
とする請求項１記載の干渉計。