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JPH05256611A - Laser interferometer - Google Patents

Laser interferometer

Info

Publication number
JPH05256611A
JPH05256611A JP4055665A JP5566592A JPH05256611A JP H05256611 A JPH05256611 A JP H05256611A JP 4055665 A JP4055665 A JP 4055665A JP 5566592 A JP5566592 A JP 5566592A JP H05256611 A JPH05256611 A JP H05256611A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser light
laser
measuring
tubular member
interferometer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP4055665A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hironobu Kitajima
弘伸 北島
Kenji Sugishima
賢次 杉島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP4055665A priority Critical patent/JPH05256611A/en
Publication of JPH05256611A publication Critical patent/JPH05256611A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はレーザ干渉測長装置に関し、大気の
影響を抑え、高精度な測長を行うレーザ干渉測長装置を
提供することを目的としている。 【構成】 所定の測定対象物にレーザ光を照射するレー
ザ光照射手段と、該測定対象物に設けられ、レーザ光を
反射するレーザ光反射手段と、該レーザ光を2以上のレ
ーザ光に分け、該各レーザ光間に所定の光路差を設けた
後、一緒にすることで該レーザ光を干渉させるレーザ光
干渉手段と、該レーザ光干渉手段により得られる干渉し
たレーザ光の光強度を時系列に監視することで該レーザ
光の位相を測定するレーザ光位相測定手段と、該レーザ
光の光路の全部または一部を覆う気密な筒状部材とを備
え、前記筒状部材の内部における単位容積当たりの分子
密度を該筒状部材の外部における単位容積当たりの分子
密度よりも小さくするように構成する。
(57) [Abstract] [Object] The present invention relates to a laser interferometric length measuring apparatus, and an object thereof is to provide a laser interferometric length measuring apparatus that suppresses the influence of the atmosphere and performs highly accurate length measuring. A laser light irradiating means for irradiating a predetermined measuring object with laser light, a laser light reflecting means for reflecting laser light provided on the measuring object, and dividing the laser light into two or more laser lights. , After providing a predetermined optical path difference between the respective laser lights, the laser light interference means for causing the laser lights to interfere with each other and the light intensity of the interfered laser light obtained by the laser light interference means A laser light phase measuring means for measuring the phase of the laser light by monitoring in series, and an airtight tubular member covering all or part of the optical path of the laser light, and a unit inside the tubular member. The molecular density per volume is configured to be smaller than the molecular density per unit volume outside the tubular member.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ干渉測長装置に
係り、詳しくは、例えば、工業用の各種測長器、精密工
作機械、半導体製造装置等の分野に用いて好適な、一次
元、二次元、または三次元移動ステージの位置計測を行
うレーザ干渉測長装置に関する。近年、レーザ干渉測長
による、例えば、X−Yステージのステージ位置を測長
するレーザ干渉測長装置、特に、ゼーマン効果を利用し
たニ周波干渉計は、その測定精度が極めて高いために数
多く提供されている。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser interferometric length measuring device, and more specifically, to a one-dimensional device suitable for use in the fields of various industrial length measuring devices, precision machine tools, semiconductor manufacturing equipment, etc. The present invention relates to a laser interferometer for measuring the position of a two-dimensional or three-dimensional moving stage. In recent years, a laser interferometer for measuring the stage position of an XY stage by laser interferometry, especially a dual frequency interferometer utilizing the Zeeman effect, is provided in large numbers because of its extremely high measurement accuracy. Has been done.

【0002】半導体装置を製造する場合、マスクあるい
はレチクル上に形成されたパターンをウエハ上の感光性
材料に転写し、感光性材料を現像後に所定のパターンを
形成する工程を10回以上繰り返す必要がある。このと
き、各パターン形成の工程間は位置合わせを行うことに
なるが、近時におけるパターンの微細化に伴い、短波長
の露光光が用いられるため、マスクあるいはレチクルと
ウエハとを直接観察しながら位置合わせを行うことは極
めて困難であり、このために相対的な位置合わせ方法が
主体となりつつあり、ウエハを搭載するステージの位置
精度が極めて重要になってくる。
When manufacturing a semiconductor device, it is necessary to repeat a step of transferring a pattern formed on a mask or a reticle to a photosensitive material on a wafer and forming a predetermined pattern after developing the photosensitive material ten times or more. is there. At this time, alignment is performed between the steps of forming each pattern, but with the recent miniaturization of patterns, exposure light of a short wavelength is used, so that the mask or reticle and the wafer are directly observed. It is extremely difficult to perform the alignment, and for this reason, the relative alignment method is mainly used, and the positional accuracy of the stage on which the wafer is mounted becomes extremely important.

【0003】しかし、ステージ位置を測定するための干
渉計は、使用する環境条件によって測定値が大きく変化
することが知られており、このため、使用環境による測
定値の変動を抑えることが必要となる。
However, it is known that the interferometer for measuring the stage position has a large change in the measured value depending on the environmental conditions in which it is used. Therefore, it is necessary to suppress the fluctuation of the measured value due to the use environment. Become.

【0004】[0004]

【従来の技術】従来のこの種のレーザ干渉測長装置とし
ては、例えば、図4に示すような半導体露光装置のX−
Yステージに用いられるようなものがある。このレーザ
干渉測長装置は、大別して、ステージ1と、測長手段2
とからなり、ステージ1は、ステージ本体3、X軸用平
面ミラー4、Y軸用平面ミラー5、X軸方向ガイド6、
Y軸方向ガイド7から構成され、測長手段2は、ゼーマ
ンレーザチューブ8、ビームスプリッタ9、X軸用イン
ターフェロメータ10、X軸用レシーバ11、Y軸用イ
ンターフェロメータ12、Y軸用レシーバ13から構成
されている。
2. Description of the Related Art A conventional laser interferometer of this type is, for example, an X-type semiconductor exposure apparatus as shown in FIG.
Some are used for the Y stage. This laser interference measuring device is roughly divided into a stage 1 and a measuring means 2.
The stage 1 includes a stage body 3, an X-axis plane mirror 4, a Y-axis plane mirror 5, an X-axis direction guide 6,
The measuring means 2 is composed of a Y-axis direction guide 7, and the length measuring means 2 includes a Zeeman laser tube 8, a beam splitter 9, an X-axis interferometer 10, an X-axis receiver 11, a Y-axis interferometer 12, and a Y-axis receiver. It is composed of 13.

【0005】ステージ1は、X軸方向ガイド6及びY軸
方向ガイド7に沿ってX軸方向及びY軸方向に移動し、
XYのニ次元平面上の任意の位置にステージ本体3上の
載置物を搬送するものである。測長手段2は、半導体露
光装置等で現在広く用いられているニ周波レーザ干渉測
長器による測長を行うものである。
The stage 1 moves in the X-axis direction and the Y-axis direction along the X-axis direction guide 6 and the Y-axis direction guide 7,
The object placed on the stage body 3 is conveyed to an arbitrary position on the XY two-dimensional plane. The length measuring means 2 measures the length by a dual frequency laser interference length measuring device which is widely used at present in a semiconductor exposure apparatus or the like.

【0006】以下、図5に基づいてニ周波レーザ干渉測
長器の動作を説明する。なお、図中、21はニ波長ゼー
マンレーザ光源、22はビームスプリッタ、23は光検
出器、24は交流増幅器、25は偏光ビームスプリッ
タ、26は位置リファレンス用レトロリフレクタ、27
は位置測定用レトロリフレクタ、28は光検出器、29
は交流増幅器、30はパルスコンバータである。
The operation of the dual-frequency laser interferometer will be described below with reference to FIG. In the figure, 21 is a dual wavelength Zeeman laser light source, 22 is a beam splitter, 23 is a photodetector, 24 is an AC amplifier, 25 is a polarization beam splitter, 26 is a retroreflector for position reference, and 27
Is a retro reflector for position measurement, 28 is a photodetector, 29
Is an AC amplifier, and 30 is a pulse converter.

【0007】ニ波長ゼーマンレーザ光源21により照射
されるニ波長ゼーマンレーザは、レーザ共振器に直流磁
場をかけたときに起こるゼーマン効果によりレーザの発
振スペクトルを発振周波数のわずかに異なる2つの左右
回り円偏光のレーザ光に分離して得るものであり、この
ような共振器から発生するレーザ光を所定の光学系(望
遠光学系、移相子)により周波数f1 ,f2 の互いに直
交する直線偏光に変換されるものである。
The dual wavelength Zeeman laser irradiated by the dual wavelength Zeeman laser light source 21 has two left and right circular circles whose oscillation frequencies are slightly different from each other due to the Zeeman effect that occurs when a direct current magnetic field is applied to the laser resonator. It is obtained by separating it into polarized laser light, and the laser light generated from such a resonator is linearly polarized with frequencies f 1 and f 2 orthogonal to each other by a predetermined optical system (telescopic optical system, retarder). Is converted to.

【0008】ちなみに、f1 ,f2 の差は、直流磁場の
強さに依存するが、例えば、He−Neレーザ(λ=6
33nm)を用いたもので、2MHz程度のものがよく
用いられる。以上の構成において、ニ波長ゼーマンレー
ザ光源21から発生したレーザ光が、まず、ビームスプ
リッタ22によりビート参照光αと測長光βとに分離さ
れ、ビート参照光αが光検出器23により周波数f2
1 の交流信号(リファレンス信号)として検出されて
交流増幅器24に出力される。
Incidentally, the difference between f 1 and f 2 depends on the strength of the DC magnetic field. For example, a He--Ne laser (λ = 6) is used.
33 nm) and about 2 MHz is often used. In the above configuration, the laser light generated from the dual wavelength Zeeman laser light source 21 is first split into the beat reference light α and the length measuring light β by the beam splitter 22, and the beat reference light α is frequency f by the photodetector 23. 2-
It is detected as an AC signal (reference signal) of f 1 and output to the AC amplifier 24.

【0009】一方、互いに偏光面が直交する二周波光が
重なった測長光βは偏光ビームスプリッタ25により2
つの各周波数成分f1 ,f2 に分離され、f2 成分は位
置リファレンス用レトロリフレクタ26へ、f1 成分は
位置測定用レトロリフレクタ27へと向けられる。ここ
で、位置測定用レトロリフレクタ27が速さV(但し、
図中右方向を正とする)で運動しているとすると、位置
測定用レトロリフレクタ27によって反射して返ってく
る測長光β’には、ドップラー効果による周波数シフト
が起こり、シフト後の周波数をf1 'とすれば、周波数f
1 'は数式1で求められる(但し、相対論的効果は無視す
るものとする)。
On the other hand, the length-measuring light β in which the two-frequency light beams whose polarization planes are orthogonal to each other overlap each other
The two frequency components f 1 and f 2 are separated, and the f 2 component is directed to the position reference retro-reflector 26, and the f 1 component is directed to the position measurement retro-reflector 27. Here, the position measuring retro-reflector 27 has a speed V (however,
If it is moving in the right direction in the figure), the length measurement light β ′ reflected and returned by the position measuring retro-reflector 27 undergoes frequency shift due to the Doppler effect, and the frequency after the shift occurs. Is f 1 ' , the frequency f
1 ' is calculated by Equation 1 (however, the relativistic effect is ignored).

【0010】[0010]

【数1】 したがって、シフト量Δf1 は、[Equation 1] Therefore, the shift amount Δf 1 is

【0011】[0011]

【数2】 となり、位置測定用レトロリフレクタ27の変位量d
は、
[Equation 2] And the displacement amount d of the position measuring retro reflector 27
Is

【0012】[0012]

【数3】 で表される。すなわち、λ1 はゼーマンレーザヘッドに
よって決定する定数であるから、Δf1 を連続的に知
り、Δf1 を時間積分することにより、位置測定用レト
ロリフレクタ27の速さVを算出することができる。
[Equation 3] It is represented by. That, lambda 1 is from a constant determined by the Zeeman laser head, to know Delta] f 1 continuously, by integrating the Delta] f 1 time, it is possible to calculate the velocity V of the position measuring retroreflector 27.

【0013】したがって、図5に示すようなシステムの
場合、位置リファレンス用レトロリフレクタ26から返
ってくる周波数f2 の位置参照光と、位置測定用レトロ
リフレクタ27でドップラーシフトを受けて返ってくる
周波数f1 ±Δf1 の光は、偏光ビームスプリッタ25
で再び一緒にまとめられ、測長光用の光検出器28に入
力される。
Therefore, in the case of the system shown in FIG. 5, the position reference light having the frequency f 2 returned from the position reference retro-reflector 26 and the frequency returned by the position measuring retro reflector 27 after receiving the Doppler shift. The light of f 1 ± Δf 1 is polarized beam splitter 25.
Are combined together again and input to the photodetector 28 for length measuring light.

【0014】そして、光検出器28により干渉するこれ
らの光が、周波数f2 −(f1 ±Δf1 )のビートを有
するドップラー信号に変換される。なお、干渉計の基準
ビートであるリファレンス信号f2 −f1 は前述のビー
ト参照光により知ることができるため、これらのビート
周波数の差が求められることで、Δf1 がカウントされ
る。
Then, these interfering lights are converted into a Doppler signal having a beat of frequency f 2- (f 1 ± Δf 1 ) by the photodetector 28. Since the reference signal f 2 −f 1 which is the reference beat of the interferometer can be known by the beat reference light described above, Δf 1 is counted by obtaining the difference between these beat frequencies.

【0015】実際のシステムでは、より高精度に位置検
出を行うため、一般に、ビートの増分1波長に対して複
数のパルスを発生させることが行われている。また、干
渉光学系には種々のバリエーションがあり、図4に用い
られた平面ミラーインターフェロメータ(図6参照)以
外にも、リニアインターフェロメータ(図7参照)、シ
ングルビームインターフェロメータ(図8参照)等があ
る。
In an actual system, in order to detect the position with higher accuracy, generally, a plurality of pulses are generated for each increment of the beat by one wavelength. Further, there are various variations in the interference optical system, and in addition to the plane mirror interferometer (see FIG. 6) used in FIG. 4, a linear interferometer (see FIG. 7) and a single beam interferometer (see FIG. 8)) etc.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のレーザ干渉測長装置にあっては、ゼーマンレ
ーザチューブ8から照射されたレーザ光の干渉に基づい
て測長を行うという構成となっていたため、以下に述べ
るような問題点があった。すなわち、前述したレーザ干
渉測長装置を大気中で用いる場合、その測定値は大気の
温度、圧力、湿度等の影響を受ける。
However, in such a conventional laser interference measuring device, the length is measured based on the interference of the laser light emitted from the Zeeman laser tube 8. Therefore, there were the following problems. That is, when the above-mentioned laser interferometer is used in the atmosphere, the measured value is affected by the temperature, pressure, humidity and the like of the atmosphere.

【0017】これは、大気の屈折率がこれらの環境パラ
メータの関数であることに起因している。そこで、大気
の影響を低減するために、測長系全体をサーマルチャン
バに入れ、環境を安定させたり、また、環境パラメータ
が測長系付近で均質であるという前提に立ってこれらを
適当な手段で測定し、理論的に与えられる式を用いて測
長値を補正することや、図9に示すように、レーザ光の
光路の一部をテレスコピックスプリング31で覆うこと
により大気の影響を低減しようとすること等の対策が採
られている。
This is because the refractive index of the atmosphere is a function of these environmental parameters. Therefore, in order to reduce the influence of the atmosphere, put the entire length measurement system in a thermal chamber to stabilize the environment, and on the assumption that the environmental parameters are homogeneous in the vicinity of the length measurement system, appropriate means are provided. To reduce the influence of the atmosphere by correcting the measurement value using a theoretically given formula and by covering a part of the optical path of the laser light with a telescopic spring 31 as shown in FIG. And other measures are taken.

【0018】ところが、近似の半導体装置の微細化に伴
い、ステージ移動の制御精度にも極めて高精度なものが
求められ、測長しようとする長さに対して10-6以上の
精度を実現しようとする場合、大気は均質ではないた
め、大気の微妙な揺らぎが測長値に与える影響が無視で
きなくなってくる。例えば、通常の実験室程度の環境で
約20cmの固定距離を測定し続けた場合の測定値の再
現性が0.1μm以上悪いということが実験的に知られ
ており、レーザ干渉計自体の分解能として0.01μm
以下の分解能をもつものが制作されている今日において
は、大気の影響による測長精度の悪化は重大な問題とな
る。
However, with the miniaturization of an approximate semiconductor device, extremely high accuracy in controlling the movement of the stage is required, and an accuracy of 10 -6 or more is to be achieved with respect to the length to be measured. In this case, the atmosphere is not homogeneous, so the influence of subtle atmospheric fluctuations on the measured values cannot be ignored. For example, it is empirically known that the reproducibility of measured values is 0.1 μm or more when a fixed distance of about 20 cm is continuously measured in an environment of a normal laboratory, and the resolution of the laser interferometer itself is low. As 0.01 μm
Nowadays, the products with the following resolutions are produced, and the deterioration of the measurement accuracy due to the influence of the atmosphere becomes a serious problem.

【0019】[目的]そこで本発明は、大気の影響を抑
え、高精度な測長を行うレーザ干渉測長装置を提供する
ことを目的としている。
[Purpose] Therefore, an object of the present invention is to provide a laser interferometric length measuring apparatus which suppresses the influence of the atmosphere and performs high precision length measurement.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明によるレーザ干渉
測長装置は上記目的達成のため、所定の測定対象物にレ
ーザ光を照射するレーザ光照射手段と、該測定対象物に
設けられ、該レーザ光照射手段から照射されたレーザ光
を反射するレーザ光反射手段と、該レーザ光照射手段と
該レーザ光反射手段との間に位置し、該レーザ光を2以
上のレーザ光に分け、該各レーザ光間に所定の光路差を
設けた後、一緒にすることで該レーザ光を干渉させるレ
ーザ光干渉手段と、該レーザ光干渉手段により得られる
干渉したレーザ光の光強度を時系列に監視することで該
レーザ光の位相を測定するレーザ光位相測定手段と、該
レーザ光の光路の全部または一部を覆う気密な筒状部材
とを備え、前記筒状部材の内部における単位容積当たり
の分子密度を該筒状部材の外部における単位容積当たり
の分子密度よりも小さくするように構成している。
In order to achieve the above object, a laser interference measuring apparatus according to the present invention is provided with a laser beam irradiating means for irradiating a predetermined measuring object with a laser beam, and a laser beam irradiating means provided on the measuring object. It is located between the laser light reflecting means for reflecting the laser light emitted from the laser light emitting means and the laser light emitting means and the laser light reflecting means, and divides the laser light into two or more laser lights. After providing a predetermined optical path difference between the laser beams, the laser beam interfering means for interfering the laser beams by putting them together and the optical intensity of the interfering laser beam obtained by the laser beam interfering means are set in time series. Laser light phase measuring means for measuring the phase of the laser light by monitoring, and an airtight cylindrical member covering all or part of the optical path of the laser light, per unit volume inside the cylindrical member The molecular density of the cylinder It is configured to be smaller than the number density per unit volume in the outer member.

【0021】なお、前記筒状部材は、前記レーザ光の光
路長に応じて伸縮することが好ましく、また、前記レー
ザ光干渉手段としては、例えば、ニ周波ゼーマンレーザ
干渉計等が考えられる。さらに、筒状部材の内部におけ
る単位容積当たりの分子密度を該筒状部材の外部におけ
る単位容積当たりの分子密度よりも小さくするための具
体例としては、筒状部材の内部を常圧または減圧された
ヘリウムガスで充填したり、単に減圧したり、または真
空にすることが考えられる。
The tubular member preferably expands and contracts according to the optical path length of the laser light, and the laser light interference means may be, for example, a dual frequency Zeeman laser interferometer. Further, as a specific example for making the molecular density per unit volume inside the tubular member smaller than the molecular density per unit volume outside the tubular member, the inside of the tubular member is subjected to normal pressure or reduced pressure. It is conceivable to fill it with helium gas, simply reduce the pressure, or make a vacuum.

【0022】[0022]

【作用】本発明では、レーザ光の光路の全部または一部
が気密な筒状部材によって覆われ、この筒状部材の内部
における単位容積当たりの分子密度が筒状部材の外部に
おける単位容積当たりの分子密度よりも小さくなるよう
に、筒状部材の内部が常圧または減圧されたヘリウムガ
スで充填されたり、減圧、または真空状態にされる。
According to the present invention, the whole or part of the optical path of the laser beam is covered with the airtight tubular member, and the molecular density per unit volume inside the tubular member per unit volume outside the tubular member. The inside of the tubular member is filled with helium gas at normal pressure or reduced pressure, or reduced pressure or vacuum state so as to be smaller than the molecular density.

【0023】すなわち、内部における単位容積当たりの
分子密度が外部における単位容積当たりの分子密度より
も小さい筒状部材によって大気の影響が抑えられ、大気
の影響を受けない高精度な測長がなされる。
That is, the influence of the atmosphere is suppressed by the cylindrical member having a molecular density per unit volume inside that is smaller than the molecular density per unit volume outside, and highly accurate length measurement is performed without being affected by the atmosphere. ..

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
1,2は本発明に係るレーザ干渉測長装置の実施例1を
示す図であり、図1は実施例1の要部構成を示す斜視
図、図2は図1の要部拡大断面図である。まず、構成を
説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are views showing a first embodiment of a laser interference measuring apparatus according to the present invention, FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a main part of the first embodiment, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of FIG. Is. First, the configuration will be described.

【0025】なお、図1において、図4に示した従来例
に付された番号と同一番号は同一部分を示す。本実施例
のレーザ干渉測長装置は、大別して、ステージ1、測長
手段2からなり、ステージ1は、ステージ本体3と、レ
ーザ光反射手段であるX軸用平面ミラー4及びY軸用平
面ミラー5、X軸方向ガイド6、Y軸方向ガイド7から
構成され、測長手段2は、レーザ光照射手段であるゼー
マンレーザチューブ8、ビームスプリッタ9、レーザ光
干渉手段であるX軸用インターフェロメータ10及びY
軸用インターフェロメータ12、レーザ光位相測定手段
であるX軸用レシーバ11及びY軸用レシーバ13から
構成されている。
In FIG. 1, the same numbers as the numbers given to the conventional example shown in FIG. 4 indicate the same parts. The laser interferometric length measuring apparatus of this embodiment is roughly divided into a stage 1 and a length measuring means 2. The stage 1 includes a stage body 3, an X-axis plane mirror 4 which is a laser beam reflecting means, and a Y-axis plane. It is composed of a mirror 5, an X-axis direction guide 6 and a Y-axis direction guide 7. The length measuring means 2 is a Zeeman laser tube 8 which is a laser light irradiation means, a beam splitter 9, and an X-axis interferometer which is a laser light interference means. Meter 10 and Y
It is composed of an axis interferometer 12, an X axis receiver 11 and a Y axis receiver 13 which are laser light phase measuring means.

【0026】そして、図1中、41は伸縮自在で、か
つ、気密な円筒であり、本実施例では測長精度に最も影
響の出るX軸用平面ミラー4及びY軸用平面ミラー5
と、X軸用インターフェロメータ10及びY軸用インタ
ーフェロメータ12との間に設けられている。図2に円
筒の要部拡大断面を示す。
Further, in FIG. 1, reference numeral 41 designates an expandable and contractible and airtight cylinder, and in this embodiment, the X-axis plane mirror 4 and the Y-axis plane mirror 5 that most affect the length measurement accuracy.
And the X-axis interferometer 10 and the Y-axis interferometer 12. FIG. 2 shows an enlarged cross section of the main part of the cylinder.

【0027】円筒41は、筒本体42、光学窓43、O
リング44、バッファタンク45、ピストン46、バル
ブ47から構成されており、筒本体42は、その両端開
口部を透明な光学窓43により閉塞することで、筒本体
42の外部と内部とを遮断するとともに、複数の筒体を
Oリング44を介して係合させることで気密な状態で伸
縮自在に設けられている。
The cylinder 41 includes a cylinder body 42, an optical window 43, and an O window.
It is composed of a ring 44, a buffer tank 45, a piston 46, and a valve 47. The tube body 42 is closed at both ends by transparent optical windows 43, thereby blocking the outside and inside of the tube body 42. At the same time, the plurality of cylinders are engaged with each other through the O-ring 44 so as to be expandable and contractible in an airtight state.

【0028】さらに、筒本体42の側壁からは筒本体4
2の容積よりも十分に大きな容量を有する大容量のバッ
ファタンク45が配設され、バッファタンク46のピス
トン46によって筒本体42の伸縮による内部容積の変
化を補償している。バルブ47は、筒本体42内の圧力
及びヘリウムガスの調整を行うための外部装置(図示せ
ず)と筒本体42及びアドレス変換バッファタンク45
の内部との接続または遮断を行うものであり、本実施例
では、筒本体42の内部には大気圧と同圧のヘリウムガ
スを充填している。
Further, from the side wall of the cylinder body 42, the cylinder body 4
A large-capacity buffer tank 45 having a capacity sufficiently larger than the second volume is arranged, and a piston 46 of the buffer tank 46 compensates for a change in internal volume due to expansion and contraction of the cylinder main body 42. The valve 47 includes an external device (not shown) for adjusting the pressure in the cylinder body 42 and the helium gas, the cylinder body 42, and the address conversion buffer tank 45.
In the present embodiment, the helium gas having the same pressure as the atmospheric pressure is filled in the cylinder main body 42.

【0029】以上の構成により本実施例では、図9に示
すように、レーザ光の光路の一部をただ単にテレスコピ
ックスプリング31で覆っただけの従来例と比較して、
筒本体42の内部を大気(空気)よりも分子量の小さ
く、かつ、不活性なヘリウムガスで充填したことによ
り、大気の影響が抑えられ、より高精度な測長が可能と
なる。
With the above-described structure, in this embodiment, as shown in FIG. 9, as compared with the conventional example in which a part of the optical path of the laser beam is simply covered with the telescopic spring 31,
By filling the inside of the cylinder body 42 with an inert helium gas having a smaller molecular weight than the atmosphere (air), the influence of the atmosphere is suppressed, and more accurate length measurement is possible.

【0030】図3は本発明に係るレーザ干渉測長装置の
実施例2を示す図であり、実施例2の要部構成を示す斜
視図である。なお、図3において、図1に示した実施例
1に付された番号と同一番号は同一部分を示す。前述の
実施例1では、円筒41をX軸用平面ミラー4及びY軸
用平面ミラー5と、X軸用インターフェロメータ10及
びY軸用インターフェロメータ12との間に設けていた
が、本実施例のレーザ干渉測長装置は、レーザ光の全て
の光路に対して設けたものである。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the laser interferometer according to the present invention, and is a perspective view showing the structure of the essential parts of the second embodiment. In FIG. 3, the same numbers as the numbers given to the first embodiment shown in FIG. 1 indicate the same parts. In the first embodiment, the cylinder 41 is provided between the X-axis plane mirror 4 and the Y-axis plane mirror 5, and the X-axis interferometer 10 and the Y-axis interferometer 12. The laser interferometer of the embodiment is provided for all the optical paths of laser light.

【0031】したがって、本実施例では、実施例1と比
較して装置のコストは高くなるものの、より高精度な測
定が可能となる。なお、本実施例におけるゼーマンレー
ザチューブ8、X軸用レシーバ11及びY軸用レシーバ
13は内部に発熱源を抱えているため、減圧状態あるい
は真空状態では、発熱によって内部機器の特性が変化す
る虞がある。この場合には、ゼーマンレーザチューブ
8、X軸用レシーバ11及びY軸用レシーバ13に冷却
ユニットを取り付けることが要求される。
Therefore, in this embodiment, although the cost of the apparatus is higher than that of the first embodiment, more accurate measurement can be performed. Since the Zeeman laser tube 8, the X-axis receiver 11, and the Y-axis receiver 13 in this embodiment have a heat source inside, the characteristics of the internal equipment may change due to heat generation in a depressurized state or a vacuum state. There is. In this case, a cooling unit is required to be attached to the Zeeman laser tube 8, the X-axis receiver 11 and the Y-axis receiver 13.

【0032】また、前述の実施例1及び実施例2におい
て、ステージ1の二次元方向への移動に対してレーザ光
路も同時に変化するため、円筒41はステージ1の移動
に同期して伸縮するようにしている。このように本実施
例では、レーザ光の光路の全部または一部を、常圧のヘ
リウムガスを充填した気密な円筒41によって覆うこと
により、大気の影響を受けない高精度な測長を行うこと
ができる。
Further, in the above-described first and second embodiments, since the laser optical path also changes simultaneously with the movement of the stage 1 in the two-dimensional direction, the cylinder 41 expands and contracts in synchronization with the movement of the stage 1. I have to. As described above, in the present embodiment, the entire or part of the optical path of the laser light is covered with the airtight cylinder 41 filled with the atmospheric pressure helium gas, so that highly accurate measurement without being affected by the atmosphere can be performed. You can

【0033】具体的には、環境条件として、温度:2
3.0±0.2℃、圧力:1013±5mb、湿度:5
0±10%、微風の風:≦10mm/秒、インターフェ
ロメータ〜平面ミラー間距離:300mm、測長時間:
10時間である場合のレーザ測長値の変動の実験結果
は、何もしない場合が約70nm、インターフェロメー
タ〜平面ミラー間を筒で覆う場合が約20nm、インタ
ーフェロメータ〜平面ミラー間を内部を減圧(200T
off)した筒で覆う場合が約7nmと極めて良好な値
が得られている。
Specifically, the environmental conditions are temperature: 2
3.0 ± 0.2 ° C., pressure: 1013 ± 5 mb, humidity: 5
0 ± 10%, breeze: ≤10 mm / sec, distance between interferometer and plane mirror: 300 mm, measuring time:
The experimental result of the fluctuation of the laser measurement value in the case of 10 hours is about 70 nm when nothing is done, about 20 nm when the tube covers the interferometer and the plane mirror, and the inside of the interferometer and the plane mirror is covered. Decompression (200T
When it is covered with a cylinder that has been turned off, a very good value of about 7 nm is obtained.

【0034】なお、上記実施例は円筒内に常圧のヘリウ
ムガスを充填した場合を例に採り説明したが、これに限
らず、ヘリウムガスの影響をも抑えたい場合は、円筒内
を真空することが最も好ましく、また、充填するヘリウ
ムガスを減圧したり、さらには単に減圧するだけでも有
効である。要するに、円筒内部における単位容積当たり
の分子密度を円筒外部における単位容積当たりの分子密
度よりも小さくなるように設定されていればよく、例え
ば、安全面に対する対策がなされている場合であれば、
円筒内のヘリウムガスを水素ガスに置換しても構わな
い。
In the above embodiment, the case where the cylinder is filled with helium gas at normal pressure has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and if the influence of the helium gas is desired to be suppressed, the cylinder is evacuated. Most preferably, it is effective to reduce the pressure of the helium gas to be filled, or even simply reduce the pressure. In short, it suffices that the molecular density per unit volume inside the cylinder is set to be smaller than the molecular density per unit volume outside the cylinder, for example, if safety measures are taken,
The helium gas in the cylinder may be replaced with hydrogen gas.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明では、レーザ光の光路の全部また
は一部を気密な筒状部材によって覆い、この筒状部材の
内部における単位容積当たりの分子密度を筒状部材の外
部における単位容積当たりの分子密度よりも小さくなる
ように、筒状部材の内部を常圧または減圧されたヘリウ
ムガスで充填したり、減圧、または真空状態にすること
で、レーザ光の光路中における大気の影響を抑えること
ができ、高精度な測長ができる。
According to the present invention, the entire or part of the optical path of laser light is covered with an airtight tubular member, and the molecular density per unit volume inside the tubular member is measured per unit volume outside the tubular member. The inside of the cylindrical member is filled with helium gas at normal pressure or reduced pressure so as to be smaller than the molecular density of, or reduced in pressure or in a vacuum state to suppress the influence of the atmosphere in the optical path of the laser light. It is possible to measure with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1の要部構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a main configuration of a first embodiment.

【図2】図1の要部拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of FIG.

【図3】実施例2の要部構成を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a main configuration of a second embodiment.

【図4】従来例の要部構成を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a main part of a conventional example.

【図5】ニ周波レーザ干渉測長器の動作を説明するため
の図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the dual frequency laser interferometer.

【図6】平面ミラーインターフェロメータを示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a plane mirror interferometer.

【図7】リニアインターフェロメータを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a linear interferometer.

【図8】シングルビームインターフェロメータを示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing a single beam interferometer.

【図9】他の従来例の要部構成を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing a main part configuration of another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ステージ 2 測長手段 3 ステージ本体 4 X軸用平面ミラー(レーザ光反射手段) 5 Y軸用平面ミラー(レーザ光反射手段) 6 X軸方向ガイド 7 Y軸方向ガイド 8 ゼーマンレーザチューブ(レーザ光照射手段) 9 ビームスプリッタ 10 X軸用インターフェロメータ(レーザ光干渉手
段) 11 X軸用レシーバ(レーザ光位相測定手段) 12 Y軸用インターフェロメータ(レーザ光干渉手
段) 13 Y軸用レシーバ(レーザ光位相測定手段) 21 ニ波長ゼーマンレーザ光源 22 ビームスプリッタ 23 光検出器 24 交流増幅器 25 偏光ビームスプリッタ 26 位置リファレンス用レトロリフレクタ 27 位置測定用レトロリフレクタ 28 光検出器 29 交流増幅器 30 パルスコンバータ 31 デレスコピックスプリング 41 円筒(筒状部材) 42 筒本体 43 光学窓 44 Oリング 45 バッファタンク 46 ピストン 47 バルブ
1 stage 2 length measuring means 3 stage body 4 X-axis plane mirror (laser light reflecting means) 5 Y-axis plane mirror (laser light reflecting means) 6 X-axis direction guide 7 Y-axis direction guide 8 Zeeman laser tube (laser light) Irradiation means 9 Beam splitter 10 X-axis interferometer (laser light interference means) 11 X-axis receiver (laser light phase measurement means) 12 Y-axis interferometer (laser light interference means) 13 Y-axis receiver ( Laser light phase measuring means) 21 Dual wavelength Zeeman laser light source 22 Beam splitter 23 Photodetector 24 AC amplifier 25 Polarizing beam splitter 26 Retroreflector for position reference 27 Retroreflector for position measurement 28 Photodetector 29 AC amplifier 30 Pulse converter 31 de Rescopic spring 41 yen Cylinder (tubular member) 42 Cylinder body 43 Optical window 44 O-ring 45 Buffer tank 46 Piston 47 Valve

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所定の測定対象物にレーザ光を照射するレ
ーザ光照射手段と、 該測定対象物に設けられ、該レーザ光照射手段から照射
されたレーザ光を反射するレーザ光反射手段と、 該レーザ光照射手段と該レーザ光反射手段との間に位置
し、該レーザ光を2以上のレーザ光に分け、該各レーザ
光間に所定の光路差を設けた後、一緒にすることで該レ
ーザ光を干渉させるレーザ光干渉手段と、 該レーザ光干渉手段により得られる干渉したレーザ光の
光強度を時系列に監視することで該レーザ光の位相を測
定するレーザ光位相測定手段と、 該レーザ光の光路の全部または一部を覆う気密な筒状部
材と、 を備え、 前記筒状部材の内部における単位容積当たりの分子密度
を該筒状部材の外部における単位容積当たりの分子密度
よりも小さくすることを特徴とするレーザ干渉測長装
置。
1. A laser light irradiating means for irradiating a predetermined measuring object with laser light, and a laser light reflecting means provided on the measuring object for reflecting the laser light irradiated from the laser light irradiating means. It is positioned between the laser light irradiating means and the laser light reflecting means, divides the laser light into two or more laser lights, and after providing a predetermined optical path difference between the respective laser lights, they are put together. Laser light interfering means for interfering the laser light, and laser light phase measuring means for measuring the phase of the laser light by monitoring the light intensity of the interfering laser light obtained by the laser light interfering means in time series, An airtight tubular member that covers all or part of the optical path of the laser beam, and a molecular density per unit volume inside the tubular member is calculated from a molecular density per unit volume outside the tubular member. Be smaller The laser interferometer system according to claim.
【請求項2】前記筒状部材は、前記レーザ光の光路長に
応じて伸縮することを特徴とする請求項1記載のレーザ
干渉測長装置。
2. The laser interferometer according to claim 1, wherein the tubular member expands and contracts according to the optical path length of the laser light.
【請求項3】前記レーザ光干渉手段は、ニ周波ゼーマン
レーザ干渉計であることを特徴とする請求項1、または
2記載のレーザ干渉測長装置。
3. The laser interferometer according to claim 1, wherein the laser light interfering means is a dual frequency Zeeman laser interferometer.
【請求項4】前記筒状部材の内部を常圧または減圧され
たヘリウムガスで充填することを特徴とする請求項1記
載のレーザ干渉測長装置。
4. The laser interferometer according to claim 1, wherein the inside of the cylindrical member is filled with helium gas which is at normal pressure or reduced pressure.
【請求項5】前記筒状部材の内部を減圧または真空にす
ることを特徴とする請求項1記載のレーザ干渉測長装
置。
5. The laser interferometer according to claim 1, wherein the inside of the cylindrical member is decompressed or evacuated.
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