JPS63228003A - 干渉計 - Google Patents

干渉計

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JPS63228003A
JPS63228003A JP63049436A JP4943688A JPS63228003A JP S63228003 A JPS63228003 A JP S63228003A JP 63049436 A JP63049436 A JP 63049436A JP 4943688 A JP4943688 A JP 4943688A JP S63228003 A JPS63228003 A JP S63228003A
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    • G01B9/02007—Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は一般に干渉計に関し、特に高温での安定度の高
い干渉計に関する。
〔発明の技術的背景及びその問題点〕
干渉計は基準点と可動点との距離の変化を二点間の光路
長の変化を測定することによって測定する。光路長の変
化は可動点から反射した測定ビームと固定経路をたどる
基準ビームとによって生ずる干渉模様のしまの数を数え
ることによって測定する。
光路長（ＯＰＬ）は、ビームの経路の長さとビームが通
過する媒体の屈折率との積である。一般に、ＯＰＬは屈
折率の低い空気を通る多数の線分と、屈折率の高いガラ
スまたは他の成る媒体を通る多数の線分とから構成され
ている。
ＯＰＬが、温度変化が測定器の光学要素の屈折率に及ぼ
す影響により変化すると、測定器は、あたかも測定すべ
き距離が変ったかのように、距離の変化を誤って記録す
ることになる。
熱的に生ずる誤差を排除する初期の努力は最大の誤差源
、光学装置の機械的支持体に向けられた。
温度変動を補償するため、支持体は基準ビーム経路内の
光学要素の位置の変化が測定ビーム経路内の要素の位置
の変化と同じであるように配置されていた。
最近では、干渉計は測定精度を上げる必要のある用途、
たとえば大規模集積回路用ウェハー・ステッパに使用さ
れてきている。このため更に熱的に発生する誤差を補償
する必要が生じた。
一つの解決法は１９８４年４月２７日に出願され、本出
願と共通に譲渡された同時係属中の米国出願第６０４，
７０２号［無効経路最短の膨張針材干渉計（Ｍｉｎｉｍ
ｕｍ　Ｄｅａｄｐａｔｈ　Ｉｎｔｅｒ　ｆｅｒｏｍｅｔ
ｅｒ　ａｎｄ　Ｄｉｌａ−ｔｏｍｅｔｅｒ）　Ｊに述べ
られている。開示された装置は基準ビームと測定ビーム
とに対して共通の経路を有する干渉計光学装置を組込ん
でいる。光学装置を通って同じ経路をたどるビームにつ
いては、屈折率または光学要素の寸法の変化は両ビーム
のＯＰＬに同等に影響する。この技法は微分干渉計に特
に適している。しかしながら、これには複雑な光学装置
が必要であり、このため計器の光学的効率が下り、しか
も経費がかさむ。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、比較的低価格で、光学的効率が高くあ
まり複雑でない光学系を備え、かつ心出しや使用が容易
な高熱安定性干渉計を提供することである。
〔発明の概要〕
本発明の好ましい実施例は、基準ビームと測定ビームと
が熱平衡状態にある光学要素を通る別々の、ただし光学
的には同等の経路をたどる光学系を組込むことによって
温度の変化を補償している。
すなわち、光学装置の屈折率の高い媒体を通る光路長は
長さは同じであるが、同じ経路をたどらない。ビームは
無理に同じ経路をたどるようにはなっていないので、必
要な光学要素の数は減り、より短いＯＰＬを利用するこ
とができて、複雑さが減り、光学的効率が良くなり、心
合せが容易になり１．費用が少なくなる。
〔発明の実施例〕
本発明の好ましい実施例は第１図に示す平面鏡干渉計で
ある。干渉計は光源１１を使用して基準ビーム１３と測
定ビーム１５とを発生する。光源１１は図面の平面内に
直線偏光した周波数ｆ、の基準ビーム１３と図面の平面
に垂直に直線偏向した周波数ｆ２の測定ビームとを発生
する２周波数レーザであるのが好ましい。基準ビーム１
３と測定ビーム１５とは干渉計の光学アセンブリ２０に
向い、ここで基準ビーム１３は反射して検出器１７に戻
され、測定ビーム１５は可動測定鏡２１に伝えられる。
可動鏡２１の鏡面２２は測定ビームを反射して光学アセ
ンブリ２ｏに戻し、次に検出器１７に戻す。検出器１７
は混合偏光子を使用して二つのビームを混合し、光検出
器を使用して発生した干渉模様のしまを検出する。
本発明の教示によれば、光学アセンブリ２ｏの光学要素
は、基準ビーム１３と測定ビーム１５とが、その要素が
熱的平衡状態にある光学アセンブリ２ｏを通って等価な
光路長をたどるように配置されている。光学アセンブリ
２０は、入射光ビームに対して４５°の角を成すビーム
分割面２４を備えた偏光ビーム・スプリッタ２３と、四
分の一波長板２５および２７と、キューブ・コーナ２９
と、から構成されている。
四分の一波長板２５は両面とも透明であるが、四分の一
波長板２７はその一方の表面に高反射率被膜が施されて
いる。四分の一波長板２５および２７は同じ厚さで且つ
同じ材料で作れている。四分の一波長板２５および２７
はビームが四分の一波長板を２回横切るごとにビームの
偏光面を９０’だけ効果的に回転させる。このように、
光学アセンブリ２ｏの基準経路内の要素は測定経路内の
その対応物と材料および大きさが同じになっている。
基準ビーム１３の経路はビーム分割面２４により四分の
一波長板２７まで反射され、ここでその偏光状態が変る
。次に偏光ビーム・スプリッタ２３を通過するビーム１
３ばキューブ・コーナ２９により反射され、再び偏光ビ
ーム・スプリッタ２３を通って四分の一波長板２７に戻
り、ここで再びその偏光状態を変える。次に、ビーム１
３はビーム分割面２４により、その元の経路に平行な経
路に沿って検出器１７の方に反射される。
測定ビーム１５は、基準ビーム１３と垂直に偏光されて
いるが、ビーム分割面２４を通り、四分の一波長板２５
を通って可動鏡２１に達し、ここで光学アセンブリ２０
の方に反射して戻され、再び四分の一波長板２５を通過
する。今度はビーム１５はビーム分割面２４によりキュ
ーブ・コーナ２９に向けて反射され、ここでビーム分割
面２４に戻り、ビーム分割面２４はす。偏光状態がもう
一度変って、測定ビーム１５はビーム分割面２４を通っ
て検出器Ｉ７に達する。
第１図を検討して、基準ビーム１３と測定ビーム１５と
が共通経路をたどらない場合には、光学アセンブリ２０
の要素を通るそれらの光路長が同等であることがわかる
。特に、ビーム・スプリッタおよび四分の一波長板２７
を通る基準ビーム１３の経路ａはビーム・スプリンタお
よび四分の一波長板２５を通る測定ビーム１５の経路ａ
′と同じ長さである。
同様に、基準ビーム１３の経路すは測定ビーム１５の経
路ｂ“と同じ長さである。またビーム分割面２４からキ
ューブ・コーナ２９までの、および戻りの経路Ｃは基準
ビーム１３と測定ビーム１５の両者に共通である。した
がって、光学アセンブリ２０の温度が変って光学要素の
寸法と屈折率とに影響を与えると、基準ビーム１３と測
定ビーム１５の光路長は、光学アセンブリ２０の要素が
熱平衡状態のままであれば、同等に影響を受けることに
なる。
本発明の微分測定への応用を示す別の実施例を第２図に
示す。ここでは光学装置は基準ビームを可動鏡３３の近
くに設置した基準鏡３１に向けることができるようにな
っている。これにより測定ビームと基準ビームとの間の
「無効経路」差が最小となり、光学アセンブリと可動鏡
３３との間の空中経路に生ずる熱的誤差が更に補償され
る。
第２図の実施例では、光学アセンブリ３ｏは偏光ビーム
・スプリンタ３５を備えており、これは断面が三角形の
ボロ・プリズム３７がら成る複合プリズムであり、入射
ビームに対して４５″を成す偏光ビーム分割面３６を備
えており、平行四辺形プリズム３４に接続されている。
ビーム・スプリッタ３５にはビーム分割面３６に平行な
鏡面３８がある。光学アセンブリ３ｏはまたキューブ・
コーナ３９と四分の一波長板４１．４３および４５とを
噛えている。透明な四分の一波長板４１．４３および４
５は同じ厚さで且つ同じ材料で作られている。
基準ビーム１３はビーム・スプリッタ３５に向けられ、
ここで、その最初の通過時には、ビーム分割面３６を通
過し、四分の一波長板４１を通って基準鏡３１に達し、
ここで反射して再び四分の一波長板４１を通ってビーム
・スプリッタ３５の方に戻される。
偏光状態が変って、ビーム１３は今度は面３６により反
射されて四分の一波長板４３を通ってキューブ・コーナ
３９まで下り、ここで反射され、偏光状態が変った状態
で再び四分の一波長板４３を通って戻る。
ビーム１３は今度は面３６を通ってビーム・スプリッタ
３５の鏡面３８に達し、ここで四分の一波長板４５を通
って基準鏡３１に向い、逆に四分の一波長板４５を通っ
て面３８に達し、ここでビームは面３６の方に下いるが
、その最初の通過時に面３６により鏡面３８に向って反
射され、四分の一波長板４５を通って可動測定鏡３３に
向い、逆に四分の一波長板４５を通って鏡面３８に戻る
。四分の一波長板を通過したことにより偏光状態が変っ
て、ビーム１５は下に向って面３６を通過し、四分の一
波長板４３を通ってキューブ・コーナ３９へ、逆に、偏
光状態が変った状態で再び四分の一波長板４３を通って
面３６に戻り、ここでビーム１５は反射されて四分の一
波長板４１を通って可動測定鏡３３に向い、次に逆に四
分の一波長板４１を通り、ここで最後に再びその偏光状
態が変った状態で、測定ビーム１５は面３６を通って検
出器１７に達する。
第２図で基準ビーム１３と測定ビーム１５との経路を検
査すると、ビームが共通でない経路をたどる場合には、
その長さが同等であることが明らかになる。したがって
、基準ビーム１３の経路ａ、ｂ。
およびＣは測定ビーム１５のａ”、ｂ“、およびＣ“と
同じ長さである。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明を用いることにより、高熱
安定度の良い干渉計を、比較的低価格で、光学的効率が
高く、あまり複雑でない光学系で構成することができ、
また心出しや使用が容易に行なえるように構成すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例による干渉計の概略図、第２
図は本発明の別の実施例による干渉計の概略図である。 １１：光源　　　　　　　１７：検出器２０：光学アセ
ンブリ　　２１：可動測定鏡２３：偏光ビーム・スプリ
ッタ ２５．２７：四分の一波長板 ２９：キューブ・コーナ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）コヒーレント光ビームを発生する光源手段と、光
    検出器と、前記コヒーレント光ビームを基準ビームと測
    定ビームとに分離するビーム・スプリッタ手段と、可動
    測定面に装着され、実質的に光路長を持たない反射手段
    と、前記ビーム・スプリッタ手段を備え該ビー ム・スプリッタ手段と働き合って前記基準ビーム、前記
    測定ビームをそれぞれ前記検出器への基準路、測定路に
    沿う方向に向けるための、熱平衡状態にある光学要素を
    有する光学手段と、を備え、前記ビーム・スプリッタ手
    段と前記光学手段とを通る前記基準路及び前記測定路は
    、ほぼ同じ屈折率の光学要素を通して実質的に同じ光路
    長を持つことを特徴とする干渉計。
  2. （２）前記コヒーレント光ビームは、平面偏光基準成分
    と、該基準成分に垂直な平面偏光測定成分とを備え、前
    記ビーム・スプリッタは、前記光源手段からの前記光ビ
    ームが入射する第１の面と、該第１の面と向い合う第２
    の面と、該第１の面に隣接する第３の面及び第４の面と
    を備え、断面が四角形であり、前記第１の面と対角線的
    に平面偏光ビーム・スプリッタ面を備えていて、前記光
    学手段は前記第２の面に装着された透明の四分の一波長
    板と、前記第３の面に装着されたキューブ・コーナと、
    前記第４の面に装着された反射型四分の一波長板とを備
    え、前記基準路は、前記ビーム・スプリッタを通り、前
    記反射型四分の一波長板を二度通って、再び前記ビーム
    ・スプリッタへ入り、前記キューブ・コーナを通り、前
    記ビーム・スプリッタを通り、前記反射型四分の一波長
    板を二度通って再び前記ビーム・スプリッタへ入り、前
    記検出器へと入り、前記測定路は、前記ビーム・スプリ
    ッタを通り、前記透明の四分の一波長板を通り、前記反
    射手段に達し、再び前記透明の四分の一波長板を通り、
    前記ビーム・スプリッタを通り、前記キューブ・コーナ
    を通り、前記ビーム・スプリッタを通り、前記透明の四
    分の一波長板を通って前記反射手段に達し、再び前記透
    明の四分の一波長板を通り、前記ビーム・スプリッタを
    通って前記検出器へ入る ことを特徴とする請求項（１）記載の干渉計。
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