JP7820154B2 - レーザ干渉装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ干渉装置に関する。

従来、計測機器や超精密加工装置等において移動体の変位を高精度に測定する手段として、レーザ干渉装置が用いられる（例えば特許文献１参照）。
例えば、図６は、特許文献１に記載のレーザ干渉装置を示す平面図である。図６に示すレーザ干渉装置１００では、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光がビームスプリッタ１０２によって測定光と参照光とに分割される。
測定光は、ビームスプリッタ１０２を透過してＸ方向に進む光であり、Ｘ方向に移動可能なスライダ１０３に固定された測定反射体１０４により反射される。
参照光は、ビームスプリッタ１０２で反射してＹ方向に進む光であり、反射鏡１０５により反射されることでＸ方向に沿って進み、ベースに固定されるブリッジ構造体１０６に設けられた参照反射体１０７で反射される。なお、特許文献１では、スライダ１０３上に載置された対象物に対して、ブリッジ構造体１０６に固定された光電顕微鏡１０８による測定を実施する。そして、参照反射体１０７は、光電顕微鏡１０８と、光電顕微鏡１０８による測定を行う測定中心と、を結ぶ直線１０９上に配置されている。
各反射体１０４，１０７で反射された測定光および参照光は、ビームスプリッタ１０２で重ね合わされて干渉光を生成する。この干渉光では、測定光の光路長と参照光の光路長との光路長差に応じて明暗が変化する。このため、スライダ１０３が移動する際の干渉光を光検出器１１０によって検出し、光検出器１１０の出力信号に基づいて干渉光の干渉縞を計数することにより、スライダ１０３の変位量を測定できる。

特許第３４００３９３号

上記特許文献１のようなレーザ干渉装置では、参照反射体１０７の位置を基準にしてスライダの移動量を測定する。本来基準とすべき位置は、処理中心であり、特許文献１のように、光電顕微鏡１０８で測定を実施する場合では、光電顕微鏡１０８による測定を行う測定中心１０９が処理中心となる。したがって、特許文献１においては、Ｘ方向において、測定中心１０９と同一となるブリッジ構造体１０６の一部に参照反射体１０７が設けられている。よって、光電顕微鏡１０８及び参照反射体１０７が設けられるブリッジ構造体１０６としては、不動で、かつ、変形しない剛体であることが望まれる。
しかしながら、レーザ干渉装置の運転中において、温度変動が生じると、ブリッジ構造体１０６の熱膨張が生じ、測定中心１０９と、参照反射体１０７とのＸ方向の位置がずれて測定誤差が発生する、との課題がある。また、このような熱膨張を抑制するために、高性能な温度制御が可能な恒温ブースを用いたり、ブリッジ構造体１０６として熱膨張係数の小さい材料を用いたりすることも考えられるが、いずれの場合でも、装置のコストアップは避けられない。

本発明は、上記のような課題に鑑みて、熱膨張による影響を低減可能なレーザ干渉装置を提供することを目的とする。

本発明の第一態様のレーザ干渉装置は、所定の測長方向に移動可能なスライダと、前記スライダに配置された対象物に対して所定の処理を実施する処理部と、前記スライダに固定された測定反射体と、前記処理部に固定された参照反射体と、レーザ光源から出力されたレーザ光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を前記測長方向に沿って前記測定反射体に向かって出射させ、前記参照光を前記測長方向に沿って前記参照反射体に向かって出射させ、前記測定反射体で反射された前記測定光と前記参照反射体で反射された前記参照光との干渉光を測定するレーザ測定部と、を備える。

本発明では、測定反射体がスライダに固定され、参照反射体が処理部に固定される。このような構成では、例えば、ブリッジ構造体等、処理部から離れた位置に参照反射体が設けられる場合に比べて、対象物に所定の処理を実施する処理中心により近い位置に参照反射体を配置できる。これにより、処理中の温度変化等により熱膨張が発生しても、その影響を低減できる。すなわち、温度変化が生じた場合でも、参照反射体と処理中心との距離の変化が抑えられ、処理中心に対して、適正にスライダの位置を調整することが可能となる。

本発明の第二態様のレーザ干渉装置は、ベースに対して所定の測長方向に移動可能に設けられたスライダと、前記スライダに固定された測定反射体と、前記スライダに配置された対象物に対して所定の処理を実施する処理部と、前記ベースに固定され、前記処理部を保持する保持部と、前記保持部から、前記処理部に対向する位置まで延設されたアーム部と、前記アーム部において、前記処理部に対向する位置に固定された参照反射体と、レーザ光源から出力されたレーザ光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を前記測長方向に沿って前記測定反射体に向かって出射させ、前記参照光を前記測長方向に沿って前記参照反射体に向かって出射させ、前記測定反射体で反射された前記測定光と前記参照反射体で反射された前記参照光との干渉光を測定するレーザ測定部と、を備える。

本態様では、測定反射体がスライダに固定され、参照反射体が、処理部が取り付けられる保持部から処理部に対向する位置まで延出するアーム部に固定される。
処理部が保持部に対して移動可能（位置調整可能）に保持されている場合、第一態様のように、処理部に参照反射体を固定すると、参照反射体の位置変動により、参照光の光路が変化して、測定光と参照光との干渉光が得られない場合がある。これに対して、本態様では、処理部の保持部に対する位置が変動した場合でも、参照反射体の位置は固定されるので、参照光の光路が変化しない。したがって、測定光と参照光との干渉光を適正に得ることができ、これらの干渉光に基づいて、スライダの位置を測定することができる。

本態様のレーザ干渉装置では、前記参照反射体及び前記処理部との距離を測定する距離測定部をさらに備える。
参照反射体がアーム部に固定される場合、参照反射体と処理部との位置関係を正しく把握する必要がある。これに対して、本態様では、距離測定部により、参照反射体と処理部との距離を検出でき、これにより、保持部に対する処理部の位置が変動した場合でも、参照反射体と処理部との距離を検出できる。参照反射体と処理部との距離を検出することで、処理部により処理中心の位置を正しく検出することができ、測定光と参照光との干渉光に基づいて、処理中心に対するスライダの位置を適正に調整することも可能となる。

本態様のレーザ干渉装置では、前記保持部は、前記ベースに固定または前記ベースに一体となる第一保持部と、前記処理部が固定される第二保持部と、前記第二保持部を前記第一保持部に対して移動可能に保持する位置調整部と、を備え、前記アーム部は、前記第一保持部に接続されている。
上述したように、本態様では、保持部に対する処理部の位置を調整する位置調整部が設けられている場合でも、第二参照体の位置は不変となり、測定光と参照光との干渉光を適正に得ることができる。すなわち、処理部として、例えば、対象物に接触するタッチプローブを用いる場合、対象物に接触して対象物を加工する加工器具を用いる場合等では、処理部が対象物に接触することでその位置が変動するが、本態様では、参照反射体はアーム部に設けられているので、処理部の位置が変動しても、参照反射体の位置が変動することがない。

第一態様及び第二態様のレーザ干渉装置において、前記レーザ測定部は、前記レーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割部と、前記光分割部から入射された前記測定光を導光し、前記測定光を前記測定反射体に向かって前記測長方向に出射する第一導光部と、前記光分割部から入射された前記参照光を導光し、前記参照光を前記参照反射体に向かって前記測長方向に出射する第二導光部と、を含み、前記光分割部から前記第一導光部の光出射面までの前記測定光の経路である第一分配経路と、前記光分割部から前記第二導光部の光出射面までの前記参照光の経路である第二分配経路とは、機械的な経路長が互いに等しく、かつ、光学的な光路長が互いに等しい。

本態様では、第一分配経路と第二分配経路との間で、機械的な経路長が互いに等しく、かつ、光学的な光路長が互いに等しい。このため、レーザ干渉装置に熱膨張等が生じ、第一導光部および第二導光部に配置ずれが生じた場合において、第一分配経路で生じる光路長の変化量と第二分配経路で生じる光路長の変化量とを同程度にすることができる。この結果、光路長差に生じる誤差をより低減することができ、レーザ干渉装置による測定精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態にかかるレーザ干渉装置を示す平面図。 図１に示すレーザ干渉装置のII－II線断面図。 第一実施形態の第一導光部および第二導光部を示す模式図。 第二実施形態のレーザ干渉装置を示す平面図。 変形例１のレーザ干渉装置を示す平面図。 従来技術のレーザ干渉装置を示す平面図。

〔第一実施形態〕
以下、本発明に係る第一実施形態について図１～図３を参照して説明する。
図１は、第一実施形態のレーザ干渉装置１の概略構成を示す平面図である。図１では、レーザ光の光路を図示するために、レーザ干渉装置１のいくつかの要素の上部を切断した状態で示している。

本実施形態のレーザ干渉装置１は、スライダ３に載置される対象物Ｗを観察しつつ、一方向（測長方向）に移動するスライダ３の変位量を検出可能な装置である。
具体的には、本実施形態では、線度器を対象物Ｗとしてスライダ３に配置し、レーザ干渉装置１は、レーザ干渉計６により検出されたスライダ３の変位量を基準とし、光電顕微鏡５により検出される線度器の目盛線間隔の偏差を算出することにより、線度器の精度評価を行う装置として構成されている。

（レーザ干渉装置１）
まず、レーザ干渉装置１の全体的な構成について説明する。
図２は、図１におけるＩＩ―ＩＩ線における矢視断面図である。
レーザ干渉装置１は、ベース２と、ベース２に対して移動可能なスライダ３と、スライダ３を駆動する駆動機構４と、スライダ３に配置される対象物Ｗを観察可能な光電顕微鏡５と、スライダ３の変位を検出するためのレーザ干渉計６と、を備えている。

ベース２は、水平に配置された上面２１を有しており、この上面２１に対してスライダ３やレーザ干渉計６などが設置される。また、ベース２には、スライダ３を跨ぐように配置されたブリッジ構造体２２が設けられている。ブリッジ構造体２２の両脚は、ベース２に固定されている。

スライダ３は、ベース２の上面２１に平行な一方向（以下、Ｘ方向）に移動可能である。Ｘ方向は本発明における測長方向に相当する。
スライダ３上には、対象物Ｗがセットされる。この対象物Ｗは、後述する測定光路筒６６の中心と同一線上に配置されることが好ましい。

駆動機構４は、例えば送りねじ機構によって構成され、スライダ３をＸ方向に駆動する。また、駆動機構４は、スライダ３だけでなく、レーザ干渉計６のキャリッジ６６８にも連結されており、スライダ３と共にキャリッジ６６８をＸ方向に駆動する。

光電顕微鏡５は、スライダ３の上方においてブリッジ構造体２２に支持されている。この光電顕微鏡５は、本発明の処理部に相当し、スライダ３に載置された対象物Ｗに対する測定（観察）処理を行う。本実施形態において、光電顕微鏡５の観察光軸Ａは、ベース２の上面２１に平行かつＸ方向に直交する直交方向（以下、Ｙ方向）に沿って配置されている。
レーザ干渉計６は、詳細は後述するが、干渉計の原理を利用して、スライダ３の変位を検出するための干渉光を出力する。

（レーザ干渉計６）
次に、レーザ干渉計６の構成について説明する。
レーザ干渉計６は、本発明のレーザ測定部であり、レーザ光源６１、１／２波長板６２、真空チャンバー６３、光束分割合成部材６４、第一導光部７１、第二導光部７２、測定反射体６５、測定光路筒６６、参照反射体６７、参照光路筒６８、検出部６９を有する。

レーザ光源６１は、例えばヘリウムネオンレーザであり、安定した周波数のレーザ光を出射する。
１／２波長板６２は、レーザ光源６１から出射されたレーザ光の偏光状態を調整する。また、光軸を中心に１／２波長板６２を回転させる回転手段を設けてもよい。

真空チャンバー６３は、光束分割合成部材６４、第一導光部７１および第二導光部７２を収容する容器であり、真空チャンバー６３内の空間は、真空状態又は略真空となる減圧状態に維持される。また、真空チャンバー６３は、レーザ光源６１から出射されて１／２波長板６２を透過したレーザ光が透過する窓部６３１を有している。

光束分割合成部材６４は、本発明の光分割部に相当し、入射光を透過光と反射光とに分割する分割面６４１を有する（図３参照）。本実施形態の光束分割合成部材６４は、偏光ビームスプリッタにより構成されており、レーザ光源６１から出射されて１／２波長板６２を透過したレーザ光のうち、Ｐ偏光を透過させて測定光として出射し、Ｓ偏光を反射して参照光として出射する。上述のように、１／２波長板６２を回転可能な構成としてもよく、この場合、測定光と参照光との光量比を調整することが可能となる。
また、光束分割合成部材６４は、測定反射体６５で反射されて戻った測定光と、参照反射体６７で反射されて戻った参照光とを合成する。

第一導光部７１は、光学素子群から構成されている。この第一導光部７１は、光束分割合成部材６４から出射された測定光を導光し、当該測定光を測長方向（Ｘ方向）に出射することで、測定反射体６５との間に直線状の測定光路Ｌｐ１を形成する。また、第一導光部７１は、測定反射体６５で反射され、測定光路Ｌｐ１を戻る測定光を光束分割合成部材６４に導く。

第二導光部７２は、第一導光部７１と同内容の光学素子群から構成されている。この第二導光部７２は、光束分割合成部材６４から出射された参照光を導光し、当該参照光を測長方向（Ｘ方向）に出射することで、参照反射体６７との間に、測定光路Ｌｐ１に対して平行な参照光路Ｌｐ２を形成する。また、第二導光部７２は、参照反射体６７で反射され、参照光路Ｌｐ２を戻る参照光を光束分割合成部材６４に導く。

測定反射体６５は、スライダ３に取り付けられており、スライダ３と共にＸ方向に移動可能である。この測定反射体６５は、例えばコーナーキューブプリズムなどのリトロリフレクターであり、第一導光部７１から出射された測定光を再帰反射する。

測定光路筒６６は、測定光路Ｌｐ１を囲うようにＸ方向に沿って配置されている。測定光路筒６６の一端部は、真空チャンバー６３に接続され、測定光路筒６６の他端部は、測定反射体６５に固定されている。この測定光路筒６６は、測定反射体６５がＸ方向に移動することによってＸ方向に伸縮するように構成されている。

具体的には、測定光路筒６６は、ベローズ６６１（蛇腹管）と、二重ベローズ６６２，６６３と、中間筒６６４，６６５とが連結されることによって構成されている。二重ベローズ６６２，６６３は、内側空間および外側空間を区画する二重構造を有しており、内側空間を真空状態に保つと共に、外側空間を大気圧に保つことで、圧力バランスをとっている。中間筒６６４は、Ｘ方向に移動可能なキャリッジ６６８によって支持されており、駆動機構４によりＸ方向に駆動される。

参照反射体６７は、光電顕微鏡５に固定されており、具体的には、Ｚ方向から見た平面視で、観察光軸Ａ上に配置されている。つまり、本実施形態では、処理部である光電顕微鏡５による対象物Ｗの観察中心が本発明の処理中心となり、当該光電顕微鏡５に参照反射体６７が固定されている。
好ましくは、参照反射体６７は、図１に示すように、Ｘ方向において、処理部である光電顕微鏡５の処理中心と同一位置、つまり、Ｚ方向から見たＸＹ平面視で観察光軸Ａ上に配置される。
この参照反射体６７は、例えばコーナーキューブプリズムなどのリトロリフレクターであり、第二導光部７２から出射された参照光を再帰反射する。

参照光路筒６８は、参照光路Ｌｐ２を囲うようにＸ方向に沿って配置されている。参照光路筒６８の一端部は、真空チャンバー６３に接続され、参照光路筒６８の他端部は、参照反射体６７に固定されている。

具体的には、参照光路筒６８は、パイプ構造体６８１と、パイプ構造体６８１の両側にそれぞれ配置された二重ベローズ６８２，６８３とを有する。なお、二重ベローズ６８２，６８３は、前述した二重ベローズ６６２，６６３と同様、二重構造を有している。参照光路筒６８は、伸縮することを前提としていないが、二重ベローズ６８２，６８３を有することで、レーザ干渉装置１の各要素が熱膨張した場合にＸ方向の負荷が生じることを防止できる。

検出部６９は、光束分割合成部材６４で同一軸上に合流した測定光および参照光を干渉させることで干渉光を生成し、この干渉光を光電変換することで検出信号を出力する。この検出部６９は、外部の信号処理装置に接続されており、信号処理装置によって検出信号が処理されることにより、測定反射体６５の変位量等が演算される。
この検出部６９の具体的な検出方式や構成は特に限定されず、公知技術を利用可能である。例えば、検出部６９は、光束分割合成部材６４で同一軸上に合流した測定光および参照光によるビームを複数のビームに分割し、これら複数のビームから任意の位相差を設けた複数の干渉光を生成する。そして、各干渉光をそれぞれ受光素子で受光して光電変換することで、各方向に対して変位の検出が可能な複数の検出信号を得る。

（第一導光部７１および第二導光部７２）
次に、第一導光部７１および第二導光部７２の各構成について、図３を参照して説明する。なお、図３は、真空チャンバー６３内に配置された光束分割合成部材６４、第一導光部７１および第二導光部７２を示している。

本実施形態において、第一導光部７１および第二導光部７２は、それぞれ、同一のＸＹ平面上に配置された複数の光学素子から構成されている。
具体的には、第一導光部７１は、光束分割合成部材６４側から順に、直角プリズム７１１、偏光ビームスプリッタ７１２および直角プリズム７１３を有している。また、第二導光部７２は、光束分割合成部材６４側から順に、偏光ビームスプリッタ７２１、直角プリズム７２２，７２３を有している。
ここで、偏光ビームスプリッタ７１２，７２１は、大きさおよび材質の屈折率が互いに等しい。また、直角プリズム７１１，７１３，７２２，７２３は、大きさおよび材質の屈折率が互いに等しい。
すなわち、第一導光部７１を構成する光学素子群と、第二導光部７２を構成する光学素子群とは、光学素子の数、材質および大きさが揃えられている。

このような構成において、光束分割合成部材６４を透過した測定光Ｌ１は、第一導光部７１において、直角プリズム７１１で反射され、偏光ビームスプリッタ７１２を透過し、直角プリズム７１３で反射されることにより、測長方向（Ｘ方向）に出射される。
一方、光束分割合成部材６４で反射された参照光Ｌ２は、第二導光部７２において、偏光ビームスプリッタ７２１で反射された後、直角プリズム７２２および直角プリズム７２３で反射されることにより、測長方向（Ｘ方向）に出射される。

ここで、光束分割合成部材６４の分割面６４１から第一導光部７１の出射面７１Ａまでの測定光の経路を第一分配経路Ｄｐ１とし、分割面６４１から第二導光部７２の出射面７２Ａまでの参照光の経路を第二分配経路Ｄｐ２とするとき、第一分配経路Ｄｐ１と第二分配経路Ｄｐ２とは、機械的な経路長が互いに等しく、かつ、光学的な光路長が互いに等しい。
なお、光学的な光路長とは、光が進む経路の機械的な経路長に対して当該経路を形成する媒質の屈折率を掛けた長さとなる。

また、光束分割合成部材６４は、第一導光部７１の出射面７１Ａから出射する測定光Ｌ１の経路（図１の測定光路Ｌｐ１）と、第二導光部７２の出射面７２Ａから出射する参照光Ｌ２の経路（図１の参照光路Ｌｐ２）との間隔を等分する仮線Ｌｔ上に配置されている。これにより、第一分配経路Ｄｐ１と第二分配経路Ｄｐ２とは、Ｘ方向の機械的な経路長Ｗ１，Ｗ２が互いに等しく、かつ、Ｙ方向の機械的な経路長Ｄ１，Ｄ２が互いに等しくなるように形成されている。

また、第一導光部７１において、直角プリズム７１１，７１３は、ピッチングおよびヨーイングの両方の姿勢調整が可能に構成されている。
同様に、第二導光部７２において、直角プリズム７２２，７２３は、ピッチングおよびヨーイングの両方の姿勢調整が可能に構成されている。

〔本実施形態の効果〕
本実施形態のレーザ干渉装置１では、Ｘ方向に移動可能なスライダ３と、スライダ３に配置された対象物Ｗに対する測定処理を実施する光電顕微鏡５（処理部）と、スライダ３に固定された測定反射体６５と、光電顕微鏡５に固定された参照反射体６７と、レーザ干渉計６とを備える。レーザ干渉計６は、レーザ光源６１から出力されたレーザ光を測定光と参照光とに分割し、測定光をＸ方向に沿って測定反射体６５に向かって出射させ、参照光をＸ方向に沿って参照反射体６７に向かって出射させ、測定反射体６５及び参照反射体６７で反射された測定光及び参照光との干渉光を測定する。
このような構成では、測定処理（観察処理）を実施する光電顕微鏡５に参照反射体６７が固定されているので、測定中に温度変化等が生じた場合でも、参照反射体６７と処理中心との位置関係が変化しない。つまり、従来のように、ブリッジ構造体２２に参照反射体６７を固定した場合、測定開始時に参照反射体６７の位置が観察光軸Ａ上にあったとしても、測定中に温度が変化した際に、ブリッジ構造体２２が熱膨張により変形する可能性がある。この場合、ブリッジ構造体２２に参照反射体６７を設けると、ブリッジ構造体２２の参照反射体６７が設けられる位置から光電顕微鏡５までの距離が長くなるため、熱膨張の影響を強く受け、Ｘ方向における参照反射体６７の位置が観察光軸Ａ（つまり、Ｘ方向における処理中心の位置）からずれて、測定誤差も大きくなる。これに対して、本実施形態では、ブリッジ構造体２２ではなく、処理部である光電顕微鏡５に直接参照反射体６７が固定される構成となるので、測定中に温度変化が生じても、観察光軸Ａに対する参照反射体６７のＸ方向における位置はほぼ移動しない。したがって、処理中の温度変化による測定誤差が抑制され、測定中心に対するスライダ３の位置を適正に制御でき、精度の高い測定を実施できる。また、ブリッジ構造体２２等に高価な低熱膨張係数の素材を用いたり、装置全体を恒温槽に収納したりする必要がないため、レーザ干渉装置１の低コストを図れる。

また、本実施形態では、レーザ干渉計６は、レーザ光を測定光と参照光とに分割する光束分割合成部材６４と、測定光を導光する第一導光部７１と、参照光を導光する第二導光部７２と、を含む。そして、第一導光部７１における、光束分割合成部材６４から当該第一導光部７１の光出射面までの測定光の経路である第一分配経路Ｄｐ１と、第二導光部７２における、光束分割合成部材６４から当該第二導光部７２の光出射面までの参照光の経路である第二分配経路Ｄｐ２とは、機械的な経路長が互いに等しく、かつ、光学的な光路長が互いに等しい。
このため、真空チャンバー６３が熱膨張し、第一導光部７１および第二導光部７２の各光学要素に配置ずれが生じた場合において、第一分配経路Ｄｐ１で生じる光路長の変化量と、第二分配経路Ｄｐ２で生じる光路長の変化量とを同程度にすることができる。この結果、光路長差に生じる誤差をより低減することができ、レーザ干渉装置１による測定精度を向上できる。

また、本実施形態では、光束分割合成部材６４の配置により、第一分配経路Ｄｐ１と第二分配経路Ｄｐ２とは、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれにおいて等しく構成されている。
このため、Ｘ方向およびＹ方向のどちらに熱膨張が発生しても、第一分配経路Ｄｐ１で生じる光路長の変化量と、第二分配経路Ｄｐ２で生じる光路長の変化量とを同程度にすることができる。この結果、光路長差に生じる誤差をより低減することができ、レーザ干渉装置１による測定精度をより向上できる。

さらに、本実施形態では、第一導光部７１を構成する光学素子群と第二導光部７２を構成する光学素子群との間で、光学素子の材質を揃えることにより、機械的な経路長に影響する熱膨張係数や、光学的な経路長に影響する屈折率および当該屈折率の温度特性を揃えることができる。さらに、第一導光部７１を構成する光学素子群と第二導光部７２を構成する光学素子群との間で、光学素子の数および大きさを揃えることにより、光学素子内の光路の合計が等しい。このため、第一導光部７１および第二導光部７２に伝わる熱によって、光学素子の部品寸法が変化したり、光学素子内の屈折率が変化したりする場合であっても、第一分配経路Ｄｐ１で生じる光路長の変化量と、第二分配経路Ｄｐ２で生じる光路長の変化量とを同程度にすることができる。これにより、第一導光部７１および第二導光部７２を構成する光学素子としてミラー以外の光学素子を用いつつ、レーザ干渉装置１による測定精度を向上させることができる。

〔第二実施形態〕
次に、第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、処理部である光電顕微鏡５に参照反射体６７を直接固定する構成であるが、処理部がブリッジ構造体２２に対して固定されておらず、一定範囲内で変位可能に装着されている場合がある。この場合、処理部に対して参照反射体６７を固定することができない。
これに対して、第二実施形態では、処理部に対向する位置に参照反射体を固定することで、上記課題を解決する。
なお、以降の説明にあたり、既に説明した構成については、同符号を付してその説明を省略または簡略化する。

図４は、第二実施形態のレーザ干渉装置を示す平面図である。
本実施形態のレーザ干渉装置１Ａは、第一実施形態と同様、ベース２と、スライダ３と、ブリッジ構造体２２と、処理部である光電顕微鏡５と、レーザ干渉計６とを備える。
そして、本実施形態では、光電顕微鏡５は、ブリッジ構造体２２に固定された保持部２３に保持されている。
より具体的には、保持部２３は、ブリッジ構造体２２に固定又はブリッジ構造体２２に一体的に構成される第一保持部２３１と、光電顕微鏡５が固定される第二保持部２３２とを備え、これらの第一保持部２３１と第二保持部２３２とが位置調整部２３３を介して接続されている。位置調整部２３３は、第一保持部２３１に対する第二保持部２３２の位置をＸ方向に移動可能に保持しており、これにより、本実施形態では、第二保持部２３２に保持された光電顕微鏡５の位置を所定の範囲内で微調整することができる。
なお、ここでは、位置調整部２３３により、第二保持部２３２が第一保持部２３１に対してＸ方向に微調整可能な構成を例示するが、Ｙ方向及びＺ方向に対しても位置調整可能な構成としてもよい。

また、本実施形態では、第一保持部２３１に対してアーム部２４が固定されている。アーム部２４は、第一保持部２３１の側方（例えば－Ｘ側）に接続され、Ｙ方向に沿って光電顕微鏡５に向かう方向に、光電顕微鏡５に対向する位置まで延出する。アーム部２４の先端側には参照反射体６７が固定されており、これにより、本実施形態では、Ｘ方向において光電顕微鏡５に対向する位置に参照反射体６７が配置される。

さらに、本実施形態では、光電顕微鏡５と参照反射体６７との距離を測定する距離測定部２５が設けられている。距離測定部２５は、特に限定されず、例えば、静電容量の変化に基づいて距離を検出する静電容量センサを用いてもよく、別途干渉計を設ける構成としてもよい。距離測定部２５として干渉計を用いる場合、光電顕微鏡５と参照反射体６７との間隔として、測定ストロークを確保しうる範囲で可能な限り狭い間隔を設定することで、測定光路の空気揺らぎの影響を無視できる。
また、位置調整部２３３として、上述のように、Ｘ方向だけでなく、Ｙ方向及びＺ方向にも移動可能な構成とする場合、各軸方向（ＸＹＺ）に対応して距離測定部２５を設ければよい。

そして、本実施形態のレーザ干渉装置１Ａは、レーザ干渉計６の検出部６９から出力される検出信号と、距離測定部２５から出力される信号との双方を用いて、スライダ３の位置を調整する。すなわち、本実施形態のレーザ干渉装置１Ａでは、検出部６９から出力される検出信号に基づいて、参照反射体６７に対するスライダ３の位置を算出する。また、距離測定部２５から出力される信号に基づいて、光電顕微鏡５（観察光軸Ａ）と参照反射体６７とのＸ方向の距離（オフセット量）を算出し、参照反射体６７に対するスライダ３の位置を補正する。

〔本実施形態の効果〕
本実施形態のレーザ干渉装置１Ａでは、ベース２に対して固定されるブリッジ構造体２２に設けられて、処理部である光電顕微鏡５を保持する保持部２３を備え、当該保持部２３には、光電顕微鏡５に対向する位置まで延設されたアーム部２４が設けられている。そして、参照反射体６７は、アーム部２４の先端部で、光電顕微鏡５に対向する位置に固定されている。

このような構成でも、第一実施形態と同様の作用効果が得られ、測定中に温度変化が生じても、参照反射体６７と光電顕微鏡５との距離が近く、熱膨張による測定誤差を抑制できる。
さらに、本実施形態では、保持部２３に対する位置が調整可能な処理部（光電顕微鏡５等）を用いることができる。すなわち、上記第一実施形態では、レーザ干渉計６の参照光路Ｌｐ２は固定となるため、処理部である光電顕微鏡５の位置調整を行う場合、参照光路Ｌｐ２の調整（具体的には、第二導光部７２に配置される各光学部材の位置調整）も必要となる。これに対して、本実施形態では、参照反射体６７は、光電顕微鏡５に対して所定の隙間を介して配置されるので、光電顕微鏡５の位置の微調整が可能であり、また、光電顕微鏡５の交換やメンテナンスも容易に行える。

また、本実施形態では、参照反射体６７及び光電顕微鏡５の距離を測定する距離測定部２５をさらに備える。
これにより、上記のように、参照反射体６７と光電顕微鏡５との間の隙間が空いている場合でも、その隙間の距離を距離測定部２５により測定することができる。これにより、参照反射体６７から処理中心である観察光軸Ａまでの距離が算出でき、レーザ干渉計６により測定されたスライダ３の位置を前記距離により補正することで、観察光軸Ａに対するスライダ３の位置調整を精度よく行える。

本実施形態では、保持部２３は、ブリッジ構造体２２に固定される第一保持部２３１と、光電顕微鏡５が固定される第二保持部２３２と、を備え、第二保持部２３２は、位置調整部２３３を介して第一保持部２３１に取り付けられている。つまり、位置調整部２３３により、第一保持部２３１に対する第二保持部２３２の位置が調整可能となり、これにより、光電顕微鏡５の観察光軸Ａを対象物Ｗの所望の測定点に正確に合わせ込むことができる。
また、本実施形態では、処理部として、対象物Ｗに対して非接触となる光電顕微鏡５を例示したが、例えば、タッチプローブ等の接触型測定手段、対象物Ｗに接触して加工する加工具等を用いることもできる。このような接触型の処理部を用いる場合では、処理部と対象物Ｗとの接触によって、処理部の姿勢が変化したり、処理部の位置が変動したりする場合がある。これに対して、本実施形態のように距離測定部２５を設けることで、処理部の位置変動量を測定することができ、対象物Ｗに対する処理中心を正確に把握することができる。

〔変形例〕
本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。

(変形例１)
第一実施形態のレーザ干渉装置１では、Ｘ方向について、参照反射体６７の位置と、処理部である光電顕微鏡５の観察光軸Ａと、を一致させる構成としたが、これに限定されない。
図５は、変形例１に係るレーザ干渉装置１Ｂの平面図である。例えば、図５に示すように、参照反射体６７を、光電顕微鏡５のＸ方向の側面に固定する構成としてもよい。この場合、観察光軸Ａと参照反射体６７との位置が、光電顕微鏡５のＸ方向の幅だけずれる。しかしながら、観察光軸Ａから光電顕微鏡５の側面までの寸法は既知であり、当該寸法をオフセット量として、レーザ干渉計６により測定されるスライダ３の位置を補正することで、観察光軸Ａの位置を適正に算出できる。

また、第二実施形態において、アーム部２４の先端に固定される参照反射体６７が光電顕微鏡５の－Ｘ側で、光電顕微鏡５と所定の間隔を開けて配置される構成を例示したが、これに限定されない。例えば、アーム部２４が保持部２３の＋Ｚ側または－Ｚ側から＋Ｙ側に延出し、アーム部２４の先端に固定される参照反射体６７が光電顕微鏡５の＋Ｚ側又は－Ｚ側に配置される構成としてもよい。

（変形例２）
第二実施形態において、ブリッジ構造体２２に対して第一保持部２３１が固定される構成としているが、ブリッジ構造体２２と第一保持部２３１とが一体的に構成されていてもよい。同様に、第一保持部２３１にアーム部２４が固定される構成を例示したが、第一保持部２３１とアーム部２４とが一体的に構成されていてもよい。

（変形例３）
上記実施形態では、レーザ干渉計６として、第一導光部７１における第一分配経路Ｄｐ１と、第二導光部７２における第二分配経路Ｄｐ２とが、機械的な経路長が互いに等しく、かつ、光学的な光路長が互いに等しい構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第一分配経路Ｄｐ１と第二分配経路Ｄｐ２との機械的な経路長や光学的な光路長が異なっていてもよい。

（変形例４）
上記実施形態のレーザ干渉装置１，１Ａでは、真空チャンバー６３を備えているが、この真空チャンバー６３は省略されてもよい。この場合、真空チャンバー６３に接続されていた測定光路筒６６および参照光路筒６８の各二重ベローズ６６３，６８３も省略される。この場合、真空チャンバー６３の代わりに空気揺らぎ防止用のカバーを用いることが好ましい。
このような構成では、真空チャンバー６３のような大型な重量物を用いないことにより、レーザ干渉装置１の小型化および軽量化が可能である。

（変形例５）
前記実施形態では、本発明の光分割部として、偏光ビームスプリッタを例示したが、これに限られない。例えば、レーザ光を測定光および参照光に分割する機能と、測定光および参照光を合成する機能とは、それぞれ別の部材によって実現されてもよい。

また、測定反射体６５および参照反射体６７がそれぞれコーナーキューブである場合を例示しているが、本発明はこれに限られない。例えば、測定反射体６５および参照反射体６７として、それぞれ平面鏡を用い、レーザ干渉計６が偏光を用いないように構成されてもよい。

（変形例６）
上記各実施形態では、処理部として光電顕微鏡５を例示しているが、上述したように、処理部としては、対象物Ｗに対する測定や加工等の処理を行ういかなるものと用いてもよい。例えば、処理部として、接触型のタッチプローブセンサーや、非接触型のレーザープローブセンサー、ドリルや研磨機等の接触型の加工工具、対象物Ｗであるレジストに対して所定波長のレーザ光を照射する露光光学系やレーザーカット等の非接触型加工具等が例示できる。
その他、本発明は、移動体の変位量を測定する様々なレーザ干渉装置に適用することができる。

１，１Ａ…レーザ干渉装置、２…ベース、２１…上面、２２…ブリッジ構造体、３…スライダ、４…駆動機構、５…光電顕微鏡、６…レーザ干渉計、６１…レーザ光源、６２…２波長板、６３…真空チャンバー、６３１…窓部、６４…光束分割合成部材、６４１…分割面、６５…測定反射体、６６…測定光路筒、６６１…ベローズ、６６２，６６３…二重ベローズ、６６４，６６５…中間筒、６６８…キャリッジ、６７…参照反射体、６８…参照光路筒、６８１…パイプ構造体、６８２，６８３…二重ベローズ、６９…検出部、７１…第一導光部、７１１，７１３…直角プリズム、７１２…偏光ビームスプリッタ、７１Ａ…出射面、７２…第二導光部、７２１…偏光ビームスプリッタ、７２２，７２３…直角プリズム、７２Ａ…出射面、Ａ…観察光軸、Ｄｐ１…第一分配経路、Ｄｐ２…第二分配経路、Ｌ１…測定光、Ｌ２…参照光、Ｌｐ１…測定光路、Ｌｐ２…参照光路、Ｌｔ…仮線、Ｗ…対象物。

Claims (3)

1. ベースに対して所定の測長方向に移動可能に設けられたスライダと、
   前記スライダに固定された測定反射体と、
   前記スライダに配置された対象物に対して所定の処理を実施する処理部と、
   前記ベースに固定され、前記処理部を保持する保持部と、
   前記保持部から、前記処理部に対向する位置まで延設されたアーム部と、
   前記アーム部において、前記処理部に対向する位置に固定された参照反射体と、
   レーザ光源から出力されたレーザ光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を前記測長方向に沿って前記測定反射体に向かって出射させ、前記参照光を前記測長方向に沿って前記参照反射体に向かって出射させ、前記測定反射体で反射された前記測定光と前記参照反射体で反射された前記参照光との干渉光を測定するレーザ測定部と、
   前記参照反射体及び前記処理部との距離を測定する距離測定部と、
   を備える、レーザ干渉装置。
2. 前記保持部は、前記ベースに固定または前記ベースに一体となる第一保持部と、前記処理部が固定される第二保持部と、前記第二保持部を前記第一保持部に対して移動可能に保持する位置調整部と、を備え、
   前記アーム部は、前記第一保持部に接続されている、
   請求項１に記載のレーザ干渉装置。
3. 前記レーザ測定部は、
   前記レーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割部と、
   前記光分割部から入射された前記測定光を導光し、前記測定光を前記測定反射体に向かって前記測長方向に出射する第一導光部と、
   前記光分割部から入射された前記参照光を導光し、前記参照光を前記参照反射体に向かって前記測長方向に出射する第二導光部と、を含み、
   前記光分割部から前記第一導光部の光出射面までの前記測定光の経路である第一分配経路と、前記光分割部から前記第二導光部の光出射面までの前記参照光の経路である第二分配経路とは、機械的な経路長が互いに等しく、かつ、光学的な光路長が互いに等しい、
   請求項１または請求項２に記載のレーザ干渉装置。