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図面 (4)

課題

光の干渉計を応用し、受光素子上での干渉縞通過数被測定体の移動量としてを計測する光干渉測長装置では、測定光もしくは参照光が遮られると被測定体の移動距離が不明となり、計測が続行不能となる。

解決手段

移動反射鏡52によって反射した第一の測定光と、固定反射鏡51によって反射した第一の参照光との干渉光から、移動反射鏡52の移動量を測定する第一の光干渉計を有する光干渉測長装置に、被測定体の絶対位置を測定する第二の光干渉測長装置を備えて構成する。第二の光干渉測長装置は、波長可変光源80からの光のうち移動反射鏡52によって反射した第二の測定光と、固定反射鏡51によって反射した第二の参照光とを光源80の波長を変化させながら干渉させ、その干渉光に基づいて移動反射鏡52の絶対位置を測定する。

概要

背景

このような光干渉測長装置は、移動反射鏡によって反射した第一の測定光固定反射鏡によって反射した第一の参照光との干渉光から前記移動反射鏡の移動量を測定する干渉計を備えている。この干渉計は、移動反射鏡がある位置から他の位置へ移動することによって受光素子上で観測される干渉縞通過数相対変位量)を移動反射鏡の移動量として計測しているため、移動前の位置に対する移動後の相対変位量が求められる。

概要

光の干渉計を応用し、受光素子上での干渉縞の通過数を被測定体の移動量としてを計測する光干渉測長装置では、測定光もしくは参照光が遮られると被測定体の移動距離が不明となり、計測が続行不能となる。

移動反射鏡52によって反射した第一の測定光と、固定反射鏡51によって反射した第一の参照光との干渉光から、移動反射鏡52の移動量を測定する第一の光干渉計を有する光干渉測長装置に、被測定体の絶対位置を測定する第二の光干渉測長装置を備えて構成する。第二の光干渉測長装置は、波長可変光源80からの光のうち移動反射鏡52によって反射した第二の測定光と、固定反射鏡51によって反射した第二の参照光とを光源80の波長を変化させながら干渉させ、その干渉光に基づいて移動反射鏡52の絶対位置を測定する。

目的

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、ステージ移動装置基準点まで戻すことなく、測定を継続できる光干渉測長装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

移動反射鏡によって反射した第一の測定光固定反射鏡によって反射した第一の参照光との干渉光から前記移動反射鏡の移動量を測定する第一の光干渉計を有する光干渉測長装置において、前記移動反射鏡に波長可変光源からの光を第二の測定光として投射すると共に、前記固定反射鏡に前記波長可変の光源からの光を第二の参照光として投射し、 前記第二の測定光と前記第二の参照光の波長を変化させながら干渉させ、その干渉光に基づいて前記移動反射鏡の絶対位置を測定する第二の光干渉計を設けたことを特徴とする光干渉測長装置。

請求項2

請求項1に記載される光干渉測長装置を、ウエハもしくはマスクの移動量測長装置または位置決め装置として用いることを特徴とする露光装置

技術分野

0001

本発明は、被測定体の移動量を高精度で測定する光干渉計を備えた光干渉測長装置に関し、高精度でステージ位置決めをする露光装置等に用いるに好適な用光干渉測長装置に関する。

背景技術

0002

このような光干渉測長装置は、移動反射鏡によって反射した第一の測定光固定反射鏡によって反射した第一の参照光との干渉光から前記移動反射鏡の移動量を測定する干渉計を備えている。この干渉計は、移動反射鏡がある位置から他の位置へ移動することによって受光素子上で観測される干渉縞通過数相対変位量)を移動反射鏡の移動量として計測しているため、移動前の位置に対する移動後の相対変位量が求められる。

発明が解決しようとする課題

0003

従って、このような光干渉測長装置では移動反射鏡の絶対位置が把握できない。そのため計測の途中で測定光もしくは参照光が遮られたり、測長光源の瞬停、移動反射鏡の高速移動による干渉縞の読み取りエラー等が発生すると、その工程の計測やその計測に基づく加工等が継続できなくなる。このような場合には一度ステージ移動装置基準点(例えば移動装置の機械原点)に戻して位置決めをした後に再度測定をスタートさせる必要があり、生産性の悪化を招く要因となっていた。

0004

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、ステージを移動装置の基準点まで戻すことなく、測定を継続できる光干渉測長装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

上記目的を達成するため、本発明に係る光干渉測長装置では、固定反射鏡と移動反射鏡との相対変位量を検出する光干渉測長装置(第一の光干渉計)に加え、波長可変光源から射出して前記移動反射鏡によって反射した測定光と、前記波長可変の光源から射出して前記固定反射鏡によって反射した参照光とを前記光源の射出光波長を変化させながら干渉させ、その干渉光に基づいて前記移動反射鏡の絶対位置を測定する第二の光干渉計を設けた。それによって前記第一の光干渉計で得られる前記相変位量が不明になったときに前記第二の光干渉計で前記移動反射鏡の絶対位置を計測し、次に前記第一の光干渉計で測定を継続する。

0006

測定光もしくは参照光が遮られ、不明となったステージの位置(固定反射鏡に対する移動反射鏡の相対位置)は、遮られた測定光もしくは参照光が復帰した後第二の光干渉計によって算出された絶対位置データと、この絶対位置近傍の詳細な(1フリンジより狭い範囲内の)位置が測定できる第一の光干渉計から得られる位相データとから確定することができる。

0007

なお、光干渉測長装置は、光が遮られて不明となったステージ位置のデータを、上述のようにして第二の光干渉計で測定された位置データと第一の光干渉計の位相データとから確定されたステージ位置のデータに置き換えるよう構成することが望ましい。このように構成することによって、ステージを移動装置の基準点まで戻すことなく、ステージの機能を自己復帰させることができる。

0008

波長可変の光源の波長は、第一の光干渉計の測長光源の波長と異なる波長であることが好ましく、特に波長可変のレーザを用いることが好ましい。このような光源は波長の単一性干渉性が良好であり、また波長が異なることで二つの光を容易に分離することができる。

0009

また、第一および第二の光干渉計の光路はいわゆるダブルパス構成とすることができる。このような構成とすることにより、光干渉測長装置の測長感度を2倍とすることができる。

0010

ところで、光干渉測長装置で測長される移動量は、固定反射鏡に対する移動反射鏡の相対移動量で規定される。このため、固定反射鏡の設置位置は測長目的によって異なったものとなる。このうち、移動装置でのステージの移動軌跡を計測する場合や、ステージ上の複数位置の計測を行う場合などでは、移動装置もしくは測長装置の基準固定部に設けることが好ましい。例えば、この光干渉測長装置をレーザ加工装置や三次元測長器等に用いる場合がこれに該当する。

0011

一方ステージと他の構成要素との相対位置を計測するような場合には、固定反射鏡は当該他の構成要素部分に配設することが好ましい。このように固定反射鏡を配設することにより、目的に合致した相対位置計測を高精度で実現することができる。例えばこのような光干渉測長装置を半導体の露光装置に適用する場合には、移動反射鏡をマスクもしくはウエハの移動ステージに設け、固定反射鏡を露光機鏡筒部に設けることにより、露光光とウエハの相対位置を高精度で位置制御することができる。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明に係る光干渉測長装置の第一の好ましい実施形態を示す構成図である。図1に示す光干渉測長装置は、一般的なマイケルソン干渉計に、波長可変の光源(以下、第二の光源という)80と、この光源80からの光が移動反射鏡52で反射した測定光と固定反射鏡51で反射した参照光との光の干渉縞を計測する受光素子(以下、第二の受光部という)85とを設け、第二の受光部85からの信号に基づいて移動反射鏡52の絶対位置を求める。

0013

以降この光干渉測長装置について、より詳細に説明する。一般的なマイケルソン干渉計を構成する第一の光干渉計は、直線偏光面を有する周波数ω1の光とそれとは直交した直線偏光面を有する周波数ω1’の光とを放射する光源10と、周波数ω1の光と周波数ω1’の光とを分岐する偏光ビームスプリッタ22と、移動量を測定するステージ90に備えられた移動反射鏡52と、干渉測長装置の基準部91に設けられた固定反射鏡51と、固定反射鏡51を反射した周波数ω1’の光と移動反射鏡を反射した周波数ω1の光とを干渉させ、その干渉光を受光する第一の受光部60と、偏光ビームスプリッタ22と、偏光ビームスプリッタ22と移動反射鏡52との間に配置された1/4波長板32と、偏光ビームスプリッタ22と固定反射鏡51との間に配設された反射鏡21、及び1/4波長板31と、からなる。

0014

偏光ビームスプリッタ22は、光源10から放射された周波数ω1の光の偏光面が、偏光ビームスプリッタ22の入射面に対してP偏光になるように設定されている。このため、周波数ω1の光は偏光ビームスプリッタ22を透過し、1/4波長板32を透過して移動反射鏡52によって反射される。そして再び1/4波長板32を透過した後、偏光ビームスプリッタ22に再入射する。ここで、偏光ビームスプリッタ22に再入射する周波数ω1の光は、1/4波長板32を2回通過するため、偏光方位が90度回転している。従ってこの光は偏光ビームスプリッタ22で反射させられ、第一の受光部60に入射する。

0015

また、周波数ω1の光と直交した偏光面を有する周波数ω1’の光は、偏光ビームスプリッタ22によって反射され、固定反射鏡51によって反射された後、偏光ビームスプリッタ22に再入射する。ここで、偏光ビームスプリッタ22に再入射する周波数ω1’の光も、1/4波長板31を2回通過するため、偏光方位が90度回転していることになる。そのため、偏光ビームスプリッタ22を透過して、第一の受光部60に入射する。そして第一の受光部60では干渉光を光電変換することで得られるビート信号コントローラ71に出力する。

0016

次に第二の光干渉計について説明を行う。波長可変の第二の光源80は、測長用光源10と異なる波長のレーザ光源であり、例えば波長可変の半導体レーザ固体レーザを用いて構成することができる。また、半導体レーザの発振波長変調方法としては、例えば電流変調動作温度変調等により行うことが可能であり、固体レーザの波長変調方法としては、動作温度変調や共振器長変調等が上げられる。本実施例では基本波長660nmの直線偏光出力の半導体レーザを用い、電流変調により波長変調を行った例について説明する。

0017

光結合素子81は、光源80から射出した直線偏光のレーザ光を第一の光源10から射出したレーザ光と同一光軸に重畳する。この際、重畳後の偏光方向が第一の光源10の偏光面(S偏光およびP偏光)と45度の角度をなするように、例えば図示しない調整機構等を用いて配設する。光結合素子81は例えば波長選択性のある部分反射鏡等を用いて構成することができる。

0018

このようにして重畳した波長の異なる二つのレーザ光は、偏光ビームスプリッタ(光分岐素子)22に入射する。上述したように、第二の光源80の射出光の偏光面は第一の光源10のS偏光面およびP偏光面と45度傾いているため、この偏光ビームスプリッタ22の偏光軸に対して入射角が45度ずれて入射することになる。このため、第二の光源80の射出光は偏光ビームスプリッタ22でS偏光成分の光とP偏光成分の光とに二分割される。S偏光成分の光は偏光ビームスプリッタ22で反射し、参照光として固定反射鏡51へ向かう。P偏光成分の光は偏光ビームスプリッタ22を透過し、測定光として移動反射鏡52へ向かう。

0019

固定反射鏡51及び移動反射鏡52へ向かった第二の光源80からの光は、1/4波長板31,32を二回通過して偏光方位を90度回転せられ、偏光ビームスプリッタ22を透過もしくは反射して第二の受光部85に入射する。第一の光源10と第二の光源80の射出光のうち、前者を第一の受光部60後者を第二の受光部85に入射させるために、重畳光路中に光分離素子82を設ける。この光分離素子82には、光結合素子81と同様に波長選択性のある部分反射鏡を用いる。光分離素子82は、第一の光源10の射出光を透過して第一の受光部60に入射させ、第二の光源80の射出光を反射して第二の受光部85に入射させる。

0020

第一の受光部60と第二の受光部85は共に偏光子と受光素子とから構成されている。そしてこれら二つの受光部60,85の受光素子はそれぞれ偏光子上において観測される測定光と参照光との干渉像の測定データをコントローラ71に出力する。コントローラ71は、これらの受光部60,85から出力される信号から移動反射鏡52の移動量を計算し、固定反射鏡51に対する移動反射鏡52の相対位置を算出する。

0021

ところで、第一の光干渉計による変位観測は、ステージ90の移動中に第一の受光部60の受光素子上を通過した干渉縞の数及び干渉縞内の内挿値を変位量に換算する。従って、従来と同構成の第一の光干渉計では、もしも計測の途中で測定光もしくは参照光が遮られたり、測長光源の瞬停等が発生すると、ステージ90の位置が不明になってしまう。

0022

このような状況において、第二の光干渉計は、第二の光源80の射出波長を変調し、第二の光源80から射出された光の干渉光の位相変化から不明となった固定反射鏡51に対する移動反射鏡52の位置を算出する。

0023

第二の光源として発振波長可変のレーザを用いた場合で説明する。まず、コントローラ71は第二の光源80に対し、その基本発振波長λをδλだけ変化させる制御を行う。具体的には、第二の光源80に供給する電流に対して電流変調を行なえばよい。なお、電流変調を行うに際しては、予め既知となっている注入電流値に対する発振波長の変化データを用いることができるが、より詳細には図示しない波長測定手段(例えば光スペクトラムアナライザエタロン等)を利用してλおよびδλをモニタすることが好ましい。

0024

コントローラ71は、発振波長を変化させたときに観測される干渉光の位相変化δφとの関係から、固定反射鏡51に対する移動反射鏡52の相対位置を算出する。この算出には、光源80の基本波長をλ、その変調幅をδλとし、この光源波長の変化に伴って光干渉計85で計測される位相変化をδφとしたときに、光の干渉式と近似式から導出される次の関係式を用いる。

0025

δφ=2πn(Lr−Lm)δλ/λ2 ・・・・・・(1)
ただし、 n:媒質屈折率
Lr:参照光の光路長
Lm:測定光の光路長

0026

ここで、媒質の屈折率n測定環境の屈折率をいい、通常の測定環境では空気の屈折率である。また、参照光および測定光の光路長Lr,Lmは、偏光ビームスプリッタ22で分岐され、固定反射鏡51または移動反射鏡52で反射され、再び偏光ビームスプリッタ22で重畳されたのち、第二の受光部85の偏光子に入射するまでの各々の光路長である。

0027

この関係式から、第二の光源80から射出した光の波長λを変調し、δλだけ変化させてもδφがになるように移動反射鏡52(ステージ90)を移動させることにより、移動反射鏡52をLr−Lm=0の位置(絶対位置)に位置決めすることができる。

0028

例えば、この測長装置を露光装置の位置決め装置として用いる場合などでは、露光装置の基準となる鏡筒部に固定反射鏡51を配設し、ウエハの移動ステージに移動反射鏡52を設け、露光の際の基準となるステージ位置でLr−Lm=0となるように光路を調整することにより、効率的に位置決めを行うことが可能である。

0029

また、上記関係式から、この比例係数(Lr−Lm)は参照光と測定光の光路長差が大きいほど大きくまた光路長差が小さいほど小さい。すなわち、任意の位置において、第二の光源80の波長をδλだけ変化させ、このときの位相変化量δφを測定することによって、固定反射鏡51に対する移動反射鏡52の位置を見いだすことができる。

0030

従って、以上のような方法により第二の光干渉計では、固定反射鏡51に対する移動反射鏡52の位置を算出することができる。なお、このような方法で算出する移動反射鏡の位置の分解能は、第一の光干渉計で得られる1周期の干渉縞に相当する距離よりも小さければよい。

0031

そして、測定光もしくは参照光が遮られ、第一の光干渉計で不明となったステージの位置(固定反射鏡51に対する移動反射鏡52の相対位置)は、この第二の光干渉計によって算出された固定反射鏡51に対する移動反射鏡52の相対位置データ(位置データ)と、遮られた測定光もしくは参照光が復帰して再び計測を始めた第一の光干渉計から得られる位相データとから確定することができる。

0032

なお、光干渉測長装置は、光が遮られたり、光源が一時的に発光しなくなって不明となったステージ位置のデータを、上述のようにして第二の光干渉計で測定された位置データと第一の光干渉計の位相データとから確定されたステージ位置のデータに置き換えるよう構成することが望ましい。このように構成することによって、ステージを移動装置の移動前の基準点まで戻すことなく、ステージの機能を自己復帰させることができる。

0033

次に、第一の光干渉計および第二の光干渉計の測定光および参照光の光路をいわゆるダブルパス構成とすることもできる。すなわち、第一の光干渉計をダプルパス構成を採用した従来の構成において、第二の光干渉計の光路を光結合素子81で第一の光干渉計に重畳させ、また、第二の光干渉計の光路を光分離素子82によって第一の光干渉計から分離すればよい。

0034

このようなダブルパス構成の干渉計によれば、測定感度を2倍にすることができることが知られている。さらに、このようなダブルパス構成の干渉計では、移動反射鏡52もしくは固定反射鏡51が多少傾いた場合であっても、第一の受光部60および第二の受光部85の受光素子上では、測定光もしくは参照光の傾きではなく平行シフトになるため、干渉光のビジビリティ落ちにくいという効果を有する。

0035

次に、本発明に係る光干渉測長装置の第二の好ましい実施形態について図2を用いて説明する。この実施形態はステージに設けられた移動反射鏡の傾き角を測定する測長装置に対して本発明を適用した実施形態である。

0036

この実施形態では、移動反射鏡52に対して図中の上下方向に2つの測定光路を配している。測長用光源10からの光は光結合素子81を通過し、ビームスプリッタ24で二分割される。その結果二つの測定光路が構成される。

0037

第一の光源10から射出したP偏光およびS偏光のレーザ光は、ビームスプリッタ24で第一の測定光路と第二の測定光路とに二分割される。ビームスプリッタ24を透過する第一の測定光路には、光分岐素子(偏光ビームスプリッタ)22が配設してある。光分岐素子22の反射光路及び透過光路には1/4波長板31及び1/4波長板32が配設され、2回通過することによりその偏光面を90度回転させる。その結果、S偏光がP偏光に、P偏光がS偏光に変換される。

0038

光分岐素子22に入射したレーザ光のうちP偏光の光は透過し、1/4波長板32を通過した後、移動反射鏡52で反射し、再び1/4波長板32を通過して光分岐素子22に戻る。そして光分岐素子22で反射し、受光部61に向かう。移動反射鏡52へ向かうこの光は測定光である。

0039

一方、光分岐素子22に入射したレーザ光のうちS偏光の光は反射して1/4波長板31を通過した後、固定反射鏡53で反射し、再び1/4波長板31を通過して光分岐素子22に戻る。そして、光分岐素子22を透過して移動反射鏡52で反射された測定光と重畳されて受光部61に向かう。固定反射鏡53へ向かうこの光は参照光である。

0040

受光部61の前には波長選択性のある部分反射鏡86が配設されいる。この部分反射鏡86は、第一の光源10の波長の光を透過し、第二の光源80の波長の光を反射する。受光部61は偏光子と受光素子とから構成されており、受光素子は偏光子上に生じる測定光と参照光との干渉像の測定データをコントローラ72に出力する。コントローラ72は入力された測定データを移動反射鏡52の移動距離(変位量)に変換する。

0041

第一の光源10から射出され、ビームスプリッタ24で反射したレーザ光は、波長板35を通して偏光ビームスプリッタで構成した光分岐素子25に入射する。波長板35は偏光面が光分岐素子25の反射面に対して最適な向きになるように調整するためのものである。

0042

ビームスプリッタ24で反射したレーザ光のうちS偏光の光は光分岐素子25で反射して1/4波長板33を通過し、移動反射鏡52で反射し再び1/4波長板33を通過して光分岐素子25に戻る。1/4波長板33を2回通過したS偏光の光は偏光面を90度回転され、光分岐素子25を透過して受光部62に向かう。移動反射鏡52へ向かうこの光は測定光である。

0043

ビームスプリッタ24で反射したレーザ光のうちP偏光の光は、光分岐素子25を透過し、1/4波長板34を通過し固定反射鏡54で反射し、再び1/4波長板34を通過して光分岐素子25に戻る。固定反射鏡へ向かうこの光は参照光である。1/4波長板34を2回通過したP偏光の光は偏光面を90度回転され、光分岐素子25を反射し、移動反射鏡52で反射して光分岐素子25を透過するP偏光の測定光と重畳され、受光部62に向かう。

0044

受光部62の前には波長選択性のある部分反射鏡87が配設されいる。この部分反射鏡87は、部分反射鏡86と同様に第一の光源10の波長の光を透過し、第二の光源80の波長の光を反射する。従って第一の光源10からの光は、移動反射鏡52で反射した測定光と、固定反射鏡54で反射した光とが、この部分反射鏡86を透過して受光部62に入射する。

0045

受光部62は偏光子と受光素子とから構成されており、受光素子は偏光子上に生じた測定光と参照光との干渉像の測定データをコントローラ72に出力する。そしてコントローラ72は入力された測定データを移動距離(変位量)に変換する。このようにして第一の光源10の光はビームスプリッタ24で二つに分けられた後、移動反射鏡52の異なる位置を計測する二つの干渉計用の光となる。

0046

光結合素子81で第一の光源10からの光に重畳された第二の光源80の光は、ビームスプリッタ24で二分割される。このうちビームスプリッタ24を透過した光は光分岐素子22に入射する。この入射光はP偏光であるため、光分岐素子22、1/4波長板32を通過し、測定光として移動反射鏡52に向かう。

0047

移動反射鏡52で反射したP偏光は、再び1/4波長板32を通過してS偏光となり、光分岐素子22で反射され、部分反射鏡86に入射する。部分反射鏡86に入射したS偏光の光は、部分反射鏡86で反射し、光結合素子88に入射する。光結合素子88は偏光ビームスプリッタであり、S偏光の光を反射し、P偏光の光を透過する。従って、部分反射鏡86で反射したS偏光の光は、光結合素子88で反射し、第三の受光部85に入射する。

0048

一方、ビームスプリッタ(光分割素子)24で二分割された第二の光源80からのP偏光の光のうち、反射された光は波長板35を通って光分岐素子25に入射する。そして、光分岐素子25、部分反射鏡87で反射し、光結合素子88に入射する。光結合素子88は偏光ビームスプリッタであり、P偏光成分を透過する。従って、固定反射鏡54で反射したP偏光の光は移動反射鏡52で反射したS偏光の光と重畳されて、第三の受光部85に入射する。第三の受光部85はその測定される干渉光の位相データをコントローラ72に出力する

0049

さて、このように構成された本実施形態においては、まず第一の測定光路について、受光部61から得られる干渉縞の位相情報によって固定反射鏡53に対する移動反射鏡52の測定光路方向の移動量が測定され、この移動量の積算から固定反射鏡53に対する移動反射鏡52の相対位置が算出される。

0050

また第二の測定光路について、受光部62から得られる干渉縞の位相情報によって固定反射鏡54に対する移動反射鏡52の測定軸方向の移動量が測定され、この移動量の積算から固定反射鏡54に対する移動反射鏡52の相対位置が算出される。そしてこのようにして算出される2ヶ所における移動反射鏡の相対位置から、この反射鏡の傾きを算出することができる。

0051

しかし、測定光を遮られると傾斜角が不明となる。そこで、第一の測定光路が遮られてしまう場合には、第二の光源80による測定系では既に第一の実施形態で説明したように、コントローラ72が第二の光源80の発振波長をδλだけ変化させ、このときに第三の受光部85で観測される光の位相変化δφを計測することにより、第一の測定光路の固定反射鏡53に対する移動反射鏡52の相対位置(領域位置)を算出すことができる。

0052

そして、算出される位置データは、受光部61の視野内の位置を特定できる位置精度を有していることから、第一の測定光路の測定光が復帰して干渉縞が再び観測されるようになったときには、コントローラ72は波長可変の光干渉測長装置によって算出された領域位置データと、復帰した第一の測定光路の光干渉測長装置によって観測される詳細な位相データとからステージ位置を確定することができる。

0053

そして、このように位置が確定されたときに、不明となった第一の測定光路の位置データをこの確定された位置データに置き換えることによって、この傾き角を測定する光干渉測長装置を自己復帰させることができる。

0054

なお、この図2に示す実施形態において、波長板35として1/2波長板を設けて構成することも可能である。この1/2波長板は一回通過することで偏光面を90度回転させる機能を持つ。このため、第一の光源10からの光はそのS偏光がP偏光に、P偏光がS偏光に変換されることとなるが、この変換以降の光路は前記と同様の経路を通り受光部62に入射する。

0055

これに対し、第二の光源80からの光は、この1/2波長板35でP偏光がS偏光に変換されるため偏光ビームスプリッタ25で反射され、1/4波長板33を通過して第一の測定光路を通って移動反射鏡52で反射され、再び1/4波長板33を通過してP偏光となり、今度は偏光ビームスプリッタ25を透過して部分反射鏡87で反射され、偏光ビームスプリッタ(光結合素子)88で第一の測定光路を通ってきたS偏光の光と重畳されて第三の受光部85に入射し、この光干渉計内の偏光子上で干渉することとなる。

0056

すなわちこのような構成とすれば、この波長可変の光源を用いる光干渉測長装置は移動反射鏡52の第一の測定光路と第二の測定光路の光路長の変化を測定することとなり、移動反射鏡52の傾きを測定することができる。そしてこのような系において第一の光源10のうちの第一の測定光路もしくは第二の測定光路のいずれかの光路が遮られ、その測定光路上の相対位置および移動反射鏡の傾きが不明となったときでも、前記第一の実施形態に示した方法により、この移動反射鏡の第一の測定光路と第二の測定光路との光路長差を算出し、この算出データと復帰した干渉計の詳細な位相データとから不明となった位置データを確定することができる。

0057

また、本実施形態での第二の光源80の入射光の偏光方位を第一の実施形態と同様に45度入射とし、第一の測定光路および第二の測定光路ごとに移動反射鏡52の反射光と固定反射鏡54の反射光との干渉光を受光する受光部と、移動反射鏡52の反射光と固定反射鏡53の反射光を受光する受光部とを備えることでこの移動反射鏡52の第一および第二のいずれの光路が遮られても(同時に遮られても)光干渉測長装置を自己復帰可能とすることが可能である。

0058

次に、図3に示す本発明に係る光干渉装置の第三の好ましい実施形態は、例えばこれまで説明してきた第1あるいは第2の実施形態いずれかの構成を有する光干渉測長装置において、移動反射鏡52を備えるステージ90が複数用意されており、これらが順次光干渉測長装置にローディングされ、一連の計測あるいは加工が終了後アンローディングされるよう構成されているものである。ここでは、既に説明した第一の実施形態を適用した実施例について図1および図3を用いて説明する。

0059

まず、図3において、第一ステージであるステージ90Aは移動反射鏡52Aを備えおり、光干渉測長装置は例えば図1に示す第一および第二の光干渉計を備えて構成されている。そしてこのステージ90Aの計測あるいは加工が終了したときには移動装置100内においてステージ90Aがアンローディングされ、代わりに第二のステージであるステージ90Bがローディングされる。

0060

このとき光干渉測長装置では測定光の反射光がなくなるため、以降の測長ができない状態が発生する。一方、新たにローディングされるステージ90Bは、移動反射鏡52Bを備えおり、測長装置にセッティングされたときに第一の光源10を用いた第一の光干渉計の測定光および第二の光源80を用いた第二の光干渉計の測定光が検出される状態となる。

0061

ここで、コントローラ71は第二の光干渉計の光源80の波長をδλだけ変調させこのときに観測される位相変化δφを測定する。そして、光源波長λを変調しδλだけ変化させてもδφが変化しないように(または、所定の比例係数となるように)移動反射鏡52B(ステージ)を移動させることにより、固定反射鏡51に対する移動反射鏡52Bの相対位置をステージ90Aに配設された移動反射鏡52Aがあった場所と同一の位置に位置あわせすることができる。

0062

そして、コントローラ71は第二の光干渉計から出力され、上述のようにして算出されたステージ90Bの位領域置データと、第一の光干渉計から出力される詳細な位相データとからステージ90Bの位置を確定する。

0063

このようにしてステージ90Bの位置が確定されたときには、コントローラ71は位置不明となっていた第二のステージ位置データを、このようにして確定されたステージ位置データに置き換えるように設定されている。従って、本発明に係る光干渉測長装置は、複数のステージを入れ替える工程で光干渉計の測定光もしくは参照光が途絶えた結果、光干渉計の測定が不能となったときでも、新たに原点復帰等を行うことなくステージを同一位置に位置決めし、またこのステージ位置を確定して、測長もしくは加工を継続して行うことができる。

0064

例えば、従来の半導体露光装置等ではステージ上のウエハを位置決めして露光した後、この露光済みのウエハを取り出し、次のウエハをステージ上に位置決めしている間は露光装置は露光を行うことができなかった。そしてまた、ステージ上に位置決めした後に再びステージを光干渉計の基準位置に移動し光干渉計の基準位置データを入力した後でなければ露光の位置決めができなかった。

0065

しかし、このような実施形態によれば、露光装置が第一のステージに対し位置決めし、露光している間に第二のステージ上でウエハの位置決め操作が可能となり、さらに第一ステージをアンローディングし第二ステージをローディングすると同時に第二ステージの露光位置決め動作が可能となる。

発明の効果

0066

以上示したように、本発明に係る光干渉測長装置では、固定反射鏡と移動反射鏡との相対変位を検出する第一の光干渉計に加え、測長光源の光の波長を変調することにより固定反射鏡に対する移動反射鏡の位置を検出する第二の光干渉計を設けて構成される。このため、第一の光干渉計の観測光が遮られ、光干渉測長装置内でステージ位置(相対位置)が不明となったときでも、第二の光干渉計によってステージの領域位置が計測されるため、この領域位置データと第一の光干渉計の視野内の位相データとから、ステージ位置を確定することができる。

0067

この第二の光干渉計は、波長可変の光源を用いて従来の第一の光干渉計と同一光路上に構成し、この光源波長λをδλだけ変化させたときに観測される位相φの変化δφを測定することによって(この比例係数を算出することによって)固定反射鏡に対する移動反射鏡の相対位置を算出する。従って装置を複雑化することなく、上記光干渉測長装置を容易に構成することができる。

0068

そして、以上のような光干渉測長装置は、露光装置用の測長装置もしくは位置決め装置として用いることが好ましい。露光装置で必要とされる位置精度を満たす高生産性の露光装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0069

図1本発明に係る光干渉測長装置の第一の実施形態を示す構成図である。
図2本発明に係る光干渉測長装置の第二の実施形態を示す構成図である。
図3本発明に係る光干渉測長装置の第三の実施形態を示す構成図である。

--

0070

10 測長用光源
22光分岐素子(偏光ビームスプリッタ)
24光分離素子(ビームスプリッタ)
51固定反射鏡
52(52A,52B)移動反射鏡
60 第一の受光部
61,62 第一の受光部(第一光路の受光部,第二光路の受光部)
71,72処理装置(コントローラ)
80波長可変の光源
81光結合素子(波長選択性のある部分反射鏡)
82 光分離素子(波長選択性のある部分反射鏡)
85 第二の受光部(第三の受光部)
90(90A,90B)被測定体(ステージ)

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