JP2005069686A - 干渉計、ステージ装置、及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型・軽量化を図ることができるとともに、測定誤差の発生を極力抑えることができる干渉計等を提供する。
【解決手段】干渉計１０は、レーザ光源１１、光分割部材１２、１／４波長板１３、移動鏡１４、及び検出器１５を含んで構成される。レーザ光源１１は、偏光方向が異なる測長光（実線）と参照光（破線）とを射出する。光分割部材１２は、レーザ光源１１からの測長光及び参照光を受光して、測長光を１／４波長板１３を介して移動鏡１４に向かわせ、参照光を検出器１５に向かわせるとともに、移動鏡１４で反射されて１／４波長板１３を介した測長光を検出器１５に向かわせる。上記参照光の光路は全経路が測長光の光路に含まれるよう設定される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コヒーレンシーの高い測長光を測長対象物に照射して得られる反射光を検出する干渉計、当該干渉計の検出結果に基づいて移動可能に構成されたステージに取り付けられた測長対象物の位置情報を測定するステージ装置、及び当該ステージ装置を備える露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他の微細なデバイスを製造するため、マスク又はレチクル（以下、これらを総称する場合は、マスクという）に形成されたパターンをウェハ又はガラスプレート等の基板上に転写する露光装置が用いられる。従来から各種の露光装置が案出されているが、近年においては、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（ステッパ）及びステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が用いられることが多くなっている。
【０００３】
上記のステッパは、基板を二次元的に移動自在な基板ステージ上に載置し、この基板ステージにより基板を歩進（ステッピング）させて、マスクのパターンの縮小像を基板上の各ショット領域に一括露光する動作を順次繰り返す露光装置である。また、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、スリット状のパルス露光光をマスクに照射している状態で、マスクを載置したマスクステージと基板を載置した基板ステージとを投影光学系に対して互いに同期走査させつつマスクに形成されたパターンの一部を基板のショット領域に逐次転写し、１つのショット領域に対するパターンの転写が終了すると基板をステッピングさせて他のショット領域にパターンの転写を行う露光装置である。
【０００４】
上記のステッパ及びステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、何れも基板ステージを精確に移動させる必要があるため、基板ステージの位置情報を高い精度で検出するレーザ干渉計が設けられる。また、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、基板ステージに同期させてマスクステージを移動させているため、マスクステージの位置情報を検出するレーザ干渉計も設けられている。ここで、従来のレーザ干渉計について簡単に説明する。図１０は、従来のレーザ干渉計の構成を示す図である。
【０００５】
図１０に示すレーザ干渉計１００は、レーザ光源１０１、偏光ビームスプリッタ１０２、λ／４波長板１０３，１０４、コーナーキューブ１０５、移動鏡１０６、固定鏡１０７、及び検出器１０８を含んで構成される。レーザ光源１０１は偏光方向が異なる（例えば、偏光方向が直交する）少なくとも２つのレーザ光を射出する。偏光ビームスプリッタ１０２は偏光方向に応じて入射する光を透過又は反射する。尚、図１０に示した例においては、偏光ビームスプリッタ１０２は偏光方向が紙面に直交する方向であるレーザ光（以下、透過光成分という）を透過し、偏光方向が紙面内の方向であるレーザ光（以下、反射光成分という）を反射するものとする。
【０００６】
λ／４波長板１０３，１０４は、入射する直線偏光を円偏光に変換するとともに、入射する円偏光を直線偏光に変換する。移動鏡１０６は、例えば不図示の移動体に取り付けらた反射鏡であり、図中の符号Ｄ１０を付した方向に移動する。
固定鏡１０７は、位置が固定された反射鏡である。検出器１０８は、移動鏡１０６及び固定鏡１０７で反射されたレーザ光から得られる干渉光を検出し、移動鏡１０６の位置を測定する。
【０００７】
上記構成において、レーザ光源１０１から射出されたレーザ光の内の透過光成分は偏光ビームスプリッタ１０２を透過し、λ／４波長板１０３を介して円偏光に変換され、移動鏡１０６に入射する。移動鏡１０６で反射された円偏光のレーザ光は再度λ／４波長板１０３を通過することで反射光成分に変換されて偏光ビームスプリッタ１０２に再度入射する。この反射光成分は偏光ビームスプリッタ１０２で反射されてコーナーキューブ１０５に入射し、コーナーキューブ１０５で２回反射された後、偏光ビームスプリッタ１０２に入射して反射される。偏光ビームスプリッタ１０２で反射された反射光成分はλ／４波長板１０３を介して円偏光に変換されて移動鏡１０６に再度入射する。移動鏡１０６で反射された円偏光のレーザ光は再度λ／４波長板１０３を通過することで透過光成分に変換され、偏光ビームスプリッタ１０２を透過して検出器１０８に入射する。
【０００８】
一方、レーザ光源１０１から射出されたレーザ光の内の反射光成分は偏光ビームスプリッタ１０２で反射され、λ／４波長板１０４を介して円偏光に変換された後に固定鏡１０７に入射する。固定鏡１０７で反射された円偏光のレーザ光は再度λ／４波長板１０４を通過することで透過光成分に変換されて偏光ビームスプリッタ１０２に再度入射する。この透過光成分は偏光ビームスプリッタ１０２を透過してコーナーキューブ１０５に入射し、コーナーキューブ１０５で２回反射された後、偏光ビームスプリッタ１０２を透過する。偏光ビームスプリッタ１０２を透過した透過光成分はλ／４波長板１０４を介して円偏光に変換されて固定鏡１０７に再度入射する。固定鏡１０７で反射された円偏光のレーザ光は再度λ／４波長板１０４を通過することで反射光成分に変換され、偏光ビームスプリッタ１０２で反射されて検出器１０８に入射する。
【０００９】
このようにして、移動鏡１０６が配置された光路ＬＰ１を介したレーザ光と、固定鏡１０７が配置された光路ＬＰ２を介したレーザ光との干渉光が検出器１０８に入射する。ここで、偏光ビームスプリッタ１０２と固定鏡１０７との間の距離は不変である。一方、偏光ビームスプリッタ１０２と移動鏡１０６との間の距離は変化する。このため、検出器１０８に入射する干渉光の干渉状態は光路ＬＰ１の変化を反映したものとなり、検出器１０８は干渉縞の変化から移動鏡１０６の位置情報を測定する。
【００１０】
以上説明した従来の干渉計は、レーザ光源１０１、偏光ビームスプリッタ１０２、λ／４波長板１０３，１０４、コーナーキューブ１０５、固定鏡１０７、及び検出器１０８を位置が変動しない箇所へ設置し、移動鏡１０６を移動体に取り付けて、移動体の移動により生ずる光路ＬＰ１の変化を検出することで移動体の位置情報を検出することが殆どであった。しかしながら、移動体が符号Ｄ１０を付した方向と直交する方向へ移動する場合には、この方向における移動鏡１０６の長さを長くする必要があり、移動鏡１０６の重量が増大して移動体に取り付けるには不具合が生ずる。このため、近年においては、コーナーキューブ１０５等を移動体に設置するとともに移動鏡１０６の位置を固定して配置し、移動体の移動に伴って生ずる光路ＬＰ１の変化を検出することで、移動体の位置情報を検出する干渉計も案出されている。かかる干渉計の詳細については、例えば以下の特許文献１，２を参照されたい。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−３０７９８３号公報
【特許文献２】
特開平５−２１７８３７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したコーナーキューブ１０５等が移動体に設置される干渉計を露光装置に適用する場合、コーナーキューブ１０５等は基板ステージ又はマスクステージ上に設置される訳であるが、これらのステージを極めて精密に、且つ高速に駆動されるため重量を極力抑える必要がある。また、重量を抑える観点から、これらのステージ上は極力余分なスペースが生じないように設計される傾向がある。従って、コーナーキューブ１０５等を基板ステージ上、又はマスクステージ上に設置するときには、移動鏡１０６を除く干渉計の軽量化及び小型化を図る必要がある。
【００１３】
また、前述したように、干渉計は長さが不変の光路ＬＰ２基準として光路ＬＰ１の長さの変化を検出しているため、干渉計の軽量化及び小型化を図ったときに基準となる光路の長さが変化するのであれば測定誤差を招いてしまう。このため、図１０に示す光路ＬＰ２に相当する基準の光路の長さが極力変化しないように、干渉計を設計する必要もある。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、小型・軽量化を図ることができるとともに、測定誤差の発生を極力抑えることができる干渉計、当該干渉計の検出結果に基づいて移動可能に構成されたステージに取り付けられた測長対象物の位置情報を測定するステージ装置、及び当該ステージ装置を備える露光装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点による干渉計は、測長光と参照光との干渉に基づいて測長対象物（１４）の位置に関する情報を検出する干渉計（１０、２０）であって、前記測長光用の第１の光路と、前記参照光用の第２の光路とを有し、前記第２の光路は全経路が前記第１の光路に含まれていることを特徴としている。
この発明によれば、参照光用の第２の光路の全経路を測長光用の第１の光路に含ませるようにしたため、仮に参照光用の第２の光路の光路長が変化しても測長用の第１の光路の光路長が同一の長さだけ変化して第１の光路と第２の光路との相対的な光路長の変化は生じず、その結果として測定誤差の発生を極力抑えることができる。
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点による干渉計は、測長光と参照光とを射出する光源（１１）と、参照光及び測長対象物（１４）で反射した測長光とを受光する受光装置（１５）とを備えた干渉計（１０、２０）であって、前記光源から射出された前記測長光と前記参照光とを受光して、前記測長光を前記測長対象物に向かわせ、前記参照光を前記受光装置に向かわせるとともに、前記測長対象物で反射された前記測長光を前記受光装置に向かわせる分割手段（１２、２２）を備えることを特徴としている。
この発明によれば、光源から射出されて受光した測長光及び参照光の内、測長光を測長対象物に向かわせ、参照光を受光装置に向かわせるとともに、測長対象物で反射された測長光を受光装置に向かわせるようにしており、従来のように参照光を位置が固定された固定鏡に向かわせる必要がないため部材を省略することができ、その結果として小型・軽量化を図ることができる。
また、本発明の第２の観点による干渉計は、前記分割手段が、前記測長光及び前記参照光がともに通過する第１プリズム（１２ａ）と、該第１プリズムに接合され、前記測長光のみが通過する第２プリズム（１２ｂ、２１）と、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの境界面に形成された偏光膜（１２ｃ）とを有することを特徴としている。
ここで、前記第２プリズムは、屈折率の温度係数が負であることを特徴としている。
この発明によれば、測長光のみが通過する第２プリズムは屈折率の温度係数が負である材料を用いているため、例えば温度上昇により第２プリズムが膨張して光路長が長くなったとしても屈折率が低下するため、光路長の変化を相殺することができ、その結果として測定誤差の発生を極力抑えることができる。
本発明のステージ装置は、所定の方向に移動可能なステージ（３２）を備えたステージ装置（３０）であって、前記測長対象物として前記ステージに設けられた移動鏡（３９ａ、３９ｂ）を備え、前記測長光を前記移動鏡に導くことで前記ステージの位置を測定する上記の何れかに記載の干渉計を備えることを特徴としている。
また、本発明のステージ装置は、所定の方向に移動可能なステージ（３２）を備えたステージ装置（３０）であって、前記測長対象物として位置が固定された固定鏡（４２）を備えるとともに、前記分割手段がステージに設置されており、前記測長光を前記固定鏡に導くことで前記ステージの位置を測定する上記の何れかに記載の干渉計を備えることを特徴としている。
本発明の露光装置は、マスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（８１）と、基板（Ｗ）を保持する基板ステージ（８７）とを備え、前記マスクに形成されたパターンを前記基板上に転写する露光装置（ＥＸ）であって、前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも一方が上記のステージ装置であることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による干渉計、ステージ装置、及び露光装置について詳細に説明する。
【００１７】
〔干渉計〕
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態による干渉計の構成を示す図である。図１に示す干渉計１０は、レーザ光源１１、光分割部材１２、１／４波長板１３、移動鏡１４、及び検出器１５を含んで構成される。レーザ光源１１は偏光方向が異なる（例えば、偏光方向が直交する）少なくとも２つのレーザ光を射出する。尚、本実施形態においては、レーザ光源１１は１つの波長のレーザ光のみを射出するものとする。尚、レーザ光源は、本発明にいう光源に相当するものである。
【００１８】
また、以下の説明では、レーザ光源１１から射出されるレーザ光の内、偏光方向が紙面に直交する方向であるレーザ光を測長光といい、その光路（第１の光路）を実線で示す。また、レーザ光源１１から射出されるレーザ光の内、偏光方向が紙面内の方向であるレーザ光を参照光といい、その光路（第２の光路）を破線で示す。尚、図１においては、発明の理解を容易にするため、測長光の光路と参照光の光路とを明確に分けて図示しているが、実際には参照光の光路の全体が測長光の光路の一部とほぼ合致しており、参照光の光路は全経路が測長光の光路に含まれている。
【００１９】
光分割部材１２は、本発明にいう分割手段に相当するものであり、レーザ光源１１から射出されたレーザ光を偏光状態に応じて分割するものである。本実施形態においては、偏光方向が紙面に直交する方向であるレーザ光を透過させ、偏光方向が紙面内の方向であるレーザ光を反射するものとする。光分割部材１２は、第１プリズムとしての直角プリズム１２ａと、直角プリズム１２ａに接合された第２プリズムとしての直角プリズム１２ｂとを備えており、これらの何れか一方に偏光膜としての偏光ビームスプリッタ膜１２ｃを蒸着してから張り合わせたものである。つまり、偏光ビームスプリッタ膜１２ｃは直角プリズム１２ａと直角プリズム１２ｂとの境界面に形成されている。
【００２０】
具体的には、偏光ビームスプリッタ膜１２ｃは、例えば直角プリズム１２ａの角度が９０°である頂角を形成する２つの面の内の一方の面に蒸着されており、直角プリズム１２ａ，１２ｂは角度が９０°である頂角同士が隣り合い、且つ偏光ビームスプリッタ膜１２ｃが直角プリズム１２ａ，１２ｂ間に位置するように張り合わされている。図１に示す通り、レーザ光源１１は測長光及び参照光の射出方向が直角プリズム１２ａの底面（角度が４５°である底角に挟まれる面）に対して垂直になるよう配置されており、検出器１５は直角プリズム１２ａの底面から垂直に射出される測長光及び参照光を受光することができるように配置されている。
【００２１】
直角プリズム１２ａは温度の上昇に伴って屈折率が高くなる光学材料を用いて形成されており、直角プリズム１２ｂは温度が上昇した際に屈折率が低下する光学材料を用いて形成されている。温度の上昇に伴って屈折率が高くなる光学材料としては、光学材料のパラメータの一つである（ｄｎ／ｄＴ）（屈折率の温度依存性：相対屈折率の温度変化率）の値が正であるガラスを用いることができ、温度が上昇した際に屈折率が低下する光学材料としては、（ｄｎ／ｄＴ）の値が負であるガラスを用いることができる。
【００２２】
これは、以下の理由による。つまり、図１を参照すると分かるように、直角プリズム１２ａ中においては参照光と測長光との両方が同じ光路上を通過するため、例えば温度上昇により直角プリズム１２ａが膨張するとともに直角プリズム１２ｂの屈折率が高くなっても、直角プリズム１２ａ中における参照光と測長光との相対的な光路長の変化は生じない。
【００２３】
これに対して、直角プリズム１２ｂ中は測長光のみが通過する。このため、仮に直角プリズム１２ｂの光学材料として屈折率の温度依存性（ｄｎ／ｄＴ）が正の光学材料を用いると、例えば温度上昇により直角プリズム１２ｂが膨張して直角プリズム１２ｂ中における測長光の光路長が長くなるとともに屈折率が高くなり、直角プリズム１２ｂ中における測長光の光路長が長くなる。その結果、測長光と参照光と相対的な光路長が変化して測定誤差が生じてしまう。かかる不具合を防止するため、本実施形態では、直角プリズム１２ｂの光学材料として屈折率の温度依存性（ｄｎ／ｄＴ）が負の光学材料を用いている。このような構成にすることで、例えば温度上昇により直角プリズム１２ｂが膨張して光路長が長くなったとしても屈折率が低下するため、光路長の変化を相殺することができる。
【００２４】
直角プリズム１２ａを形成する具体的なガラスとしては、例えば石英ガラスを用いることができる。また、直角プリズム１２ｂを形成する具体的なガラスとしては、例えばＳＣＨＯＴＴ ＧＬＡＳ社の商品名ＦＫ５１、ＦＫ５２、ＦＫ５４、若しくはＰＫ５１で特定されるガラス、又は株式会社オハラの商品名Ｓ−ＦＰＬ５１、Ｓ−ＦＰＬ５２、若しくはＳ−ＦＰＬ５３で特定されるガラス、又は株式会社ニコンが製造している商品名Ｆ＋ＰＣ１０２で特製されるガラスを用いることができる。上記の石英ガラスの相対屈折率の温度変化率は１×１０^−５程度であるのに対し、上記商品名ＦＫ５２で特定されるガラスは相対屈折率の温度変化率は−６．５×１０^−６程度である。
【００２５】
１／４波長板１３は入射する直線偏光を円偏光に変換するとともに、入射する円偏光を直線偏光に変換するものであり、入射面が直角プリズム１２ｂの底面と平行になるように配置されている。移動鏡１４は紙面に対して直交する反射面を有し、この反射面が直角プリズム１２ｂの底面と平行になるように配置されている。移動鏡１４は、例えば不図示の移動体に取り付けられて図中の符号Ｄ１を付した方向に移動する。尚、移動鏡１４は、本発明にいう測長対象物に相当するものである。検出器１５は、本発明にいう受光装置に相当するものであり、光分割部材１２をなす直角プリズム１２ａの底面から垂直に射出される参照光及び測長光を干渉させて得られる干渉光を検出し、移動鏡１４の位置情報を測定する。
【００２６】
図１に示した本発明の第１実施形態による干渉計１０と図１０に示した従来のレーザ干渉計１００とを比較すると、従来のレーザ干渉計１００は固定鏡１０７を必須の構成としているのに対し、本実施形態の干渉計１０は固定鏡１０７に相当する構成が省略されている点が大きく相違する。また、本実施形態の干渉計１０は従来のレーザ干渉計１００に設けられていた１／４波長板１０４及びコーナーキューブ１０５が省略されている。
【００２７】
上記構成において、レーザ光源１１から射出された測長光及び参照光は、直角プリズム１２ａの底面から光分割部材１２内に入射し、直角プリズム１２ａで９０°だけ反射された後、ビームスプリッタ膜１２ｃに入射する。ビームスプリッタ膜１２ｃに入射した参照光はビームスプリッタ膜１２ｃで反射されて直角プリズム１２ａの底面から垂直に射出されて検出器１５に入射する。
【００２８】
一方、ビームスプリッタ膜１２ｃに入射した測長光はビームスプリッタ膜１２ｃを透過し、１／４波長板１３を介して円偏光に変換された後、移動鏡１４に入射する。移動鏡１４に入射した測長光（円偏光）は移動鏡１４で反射されて、再度１／４波長板１３を通過することで偏光方向が紙面に平行な方向となる。この測長光が直角プリズム１２ｂの底面から光分割部材１２に入射すると、ビームスプリッタ膜１２ｃで反射される。
【００２９】
ビームスプリッタ膜１２ｃで反射された測長光は直角プリズム１２ａで９０°だけ反射され、１／４波長板１３を介して円偏光に変換された後、再び移動鏡１４に入射する。移動鏡１４に入射した測長光（円偏光）は移動鏡１４で反射されて、再度１／４波長板１３を通過することで偏光方向が紙面に対して直交する方向となる。この測長光が直角プリズム１２ｂの底面から光分割部材１２に入射すると、ビームスプリッタ膜１２ｃを透過して直角プリズム１２ａの底面から垂直に射出されて検出器１５に入射する。
【００３０】
このようにして、直角プリズム１２ａで反射された参照光と移動鏡１４で反射された測長光とが検出器１５に入射し、これらを干渉させて得られる干渉光が検出される。ここで、温度等の変化が無いと仮定すると、レーザ光源１１から直角プリズム１２ａを介して検出器１５までの距離、即ち参照光の光路の距離は不変である。従って、この参照光の光路を、従来のレーザ干渉計１００に設けられた固定鏡１０７を介する光路ＬＰ２のような基準の光路として用いることができる。
【００３１】
一方、光分割部材１２と移動鏡１４との間の距離は変化する。このため、検出器１５で得られる干渉光の干渉状態は光分割部材１２と移動鏡１４との間の距離の変化を反映したものとなり、検出器１５は干渉縞の変化から移動鏡１４の位置情報を測定することができる。このように、本実施形態の干渉計１０は、従来のレーザ干渉計１００が備える固定鏡１０７に相当する構成が省略されていても、移動鏡１４の位置情報を測定することができる。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態の干渉計１０は、図１０に示す従来のレーザ干渉計１００と比較すると、１／４波長板１０４、コーナーキューブ１０５、及び固定鏡１０７が省略された構成であるため、小型・軽量化を図ることができる。また、従来の固定鏡１０７に相当する構成が省略されているが、本実施形態においては参照光の光路が従来の固定鏡１０７を介する光路に相当する光路となっているため移動鏡１４の位置情報を測定することができる。
【００３３】
更に、参照光の光路の全てを測長光の光路に含めた構成としたため、参照光の光路長が変化しても測長光の光路長も同じだけ変化する。これにより測定誤差の発生を極力抑えることができる。また更に、プリズム１２ｂの光学材料として屈折率の温度依存性（ｄｎ／ｄＴ）が負の光学材料を用いているため、例えば温度上昇により直角プリズム１２ｂが膨張して測長光の光路長が長くなったとしても屈折率が低下するため、測長光の光路長の変化を相殺することができる。これにより、測定誤差の発生を極力抑えることができる。
【００３４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に干渉計について説明する。図２は、本発明の第２実施形態による干渉計の構成を示す図である。尚、図２に示す本発明の第２実施形態による干渉計２０を構成する部材の内、図１に示した本発明の第１実施形態による干渉計１０に設けられた構成と同様の部材には同一の符号を付してある。
【００３５】
図２に示す干渉計２０と図１に示す干渉計１０とが異なる点は、光分割部材１２に代えて光分割部材２２を設けた点である。光分割部材２２は、本発明にいう分割手段に相当するものであり、図１に示した光分割部材１２と同様に、レーザ光源１１から射出されたレーザ光を偏光状態に応じて分割するものであり、例えば偏光方向が紙面に直交する方向であるレーザ光を透過させ、偏光方向が紙面内の方向であるレーザ光を反射する。
【００３６】
光分割部材２２は、光分割部材１２と同様に直角プリズム１２ａを備えており、偏光ビームスプリッタ膜１２ｃが形成されている。しかしながら、直角プリズム１２ｂに代えてコーナーキューブプリズム２１を備える点が異なる。コーナーキューブプリズム２１は、周知の通り、外形形状が立方体の１つの頂点と隣接する３本の稜線で定められる四角体の形状であり、どの方向から光束を入射させても必ず光束の入射方向へ入射した光束を反射させるものである。尚、このコーナーキューブプリズム２１は本発明にいう第２プリズムに相当するものである。
【００３７】
また、第１実施形態と同様の理由から、コーナーキューブプリズム２１は温度が上昇した際に屈折率が低下する光学材料を用いて形成されている。このコーナーキューブプリズム２１についても、温度が上昇した際に屈折率が低下する光学材料としては、（ｄｎ／ｄＴ）の値が負であるガラスを用いることができ、具体的には第１実施形態で挙げた商品名で特定されるガラスを用いることができる。
【００３８】
コーナーキューブプリズム２１を備えることで、移動鏡１４の反射面がコーナーキューブプリズム２１の底面（１／４波長板１３に対向する面）に平行でなく傾いていたとしても、この傾きの影響を受けずに移動鏡１４の位置情報を測定することができる。図３は、コーナーキューブプリズム２１の機能を説明するための図である。尚、図３においては、レーザ光源１１及び検出器１５並びに光分割部材１２内部での測長光及び参照光の光路の図示は省略している。
【００３９】
図３に示す通り、移動鏡１４がコーナーキューブプリズム２１の底面に対して傾いて配置されている場合を考える。この場合、偏光ビームスプリッタ膜１２ｃを通過した測長光は、コーナーキューブプリズム２１の底面から垂直に射出され、１／４波長板１３を介して光路Ｐ１を進み、移動鏡１４に入射する。ここで、移動鏡１４が傾いているため、移動鏡１４で反射された測長光は入射した光路Ｐ１とは異なる光路Ｐ２を進み、１／４波長板１３を介してコーナーキューブプリズム２１に入射する。尚、コーナーキューブプリズム２１への入射角は移動鏡１４の傾きに等しい角度である。
【００４０】
コーナーキューブプリズム２１に入射した測長光は、コーナーキューブプリズム２１の頂角を形成する３つの面のそれぞれで反射されて（計３回反射されて）、入射角と同じ角度をもってコーナーキューブプリズム２１から射出される。コーナーキューブプリズム２１から射出された測長光は１／４波長板１３を介して光路Ｐ１を進み、移動鏡１４に入射する。
【００４１】
このとき、測長光は測長光が光路Ｐ１を進んで入射したときの反射角と同じ角度を有する入射角で移動鏡１４に入射するため、移動鏡１４に反射されたときの反射角は、移動鏡１４に対する光路Ｐ１の入射角と等しくなる。つまり、移動鏡１４で反射された測長光は光路Ｐ１と平行な光路Ｐ４を進むことになる。この光路Ｐ４を進んだ測長光は、１／４波長板１３を介してコーナーキューブプリズム２１に垂直に入射する。
【００４２】
このように、本実施形態では、どの方向から光束を入射させても必ず光束の入射方向へ入射した光束を反射させるというコーナーキューブ２１の性質を利用し、測長光を移動鏡１４で２回反射させることで、移動鏡１４の傾きの影響を受けることなく移動鏡１４の位置情報を精確に測定している。尚、図３においては、理解を容易にするため、移動鏡１４が紙面に垂直な軸の周りに傾いている場合を例に挙げて説明したが、紙面に水平で光路Ｐ２，Ｐ４に平行な軸の周りに傾いている場合、及び紙面に水平で光路Ｐ２，Ｐ４に垂直な軸の周りに傾いている場合の何れの場合でも移動鏡１４の傾きの影響を排除することができる。
【００４３】
以上、本発明の実施形態による干渉計について説明したが、本発明の干渉計は上記実施形態に限られず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、レーザ光源１１から射出される測長光と参照光とは波長が同一で偏光方向が互いに直交するレーザ光であったが、測長光と参照光との波長は必ずしも同一である必要はなく異なっていても良い。また、上記実施形態では偏光方向の違いを利用して、測長光と参照光とを光分割部材１２，２２で分割していた。しかしながら、測長光の波長と参照光の波長とを予め異ならせておき、光分割部材１２，２２に代えて異なる波長を分割するビームスプリッタを設けて、測長光と参照光とを分割するようにしても良い。尚、光分割部材１２，２２のビームスプリッタ膜１２ｃが形成されていない面に、誘電体膜や金属膜等からなる反射膜を形成しておいてもよい。
【００４４】
〔ステージ装置〕
次に、本発明の一実施形態によるステージ装置について説明する。図４は、本発明の一実施形態によるステージ装置の構成を示す上面図である。尚、以下の説明においては、図４中に示したようにＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｚ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。
【００４５】
図４に示すステージ装置３０は１つの大きな定盤３１を備えており、この定盤３１上にステージとしてのスライダ３２とカウンタマス３３とが定盤３１に沿って２次元的に移動可能に、且つＺ軸回りで回転自在に支持されている。尚、定盤３１の材料として金属やセラミックスを用いることができる。スライダ３２及びカウンタマス３３の底面には不図示の複数のエアベアリング（エアパッド）が固定されており、これらのエアベアリングによってスライダ３２及びカウンタマス３３が定盤３１上に数ミクロン程度のクリアランスを介して浮上支持されている。
【００４６】
カウンタマス３３はスライダ３２の移動方向と反対方向に移動することで、運動量保存則によりスライダ３２の移動に伴って生ずる反力を相殺するとともに、重心位置の変化を防ぐためのものである。カウンタマス３３は、中央部が中空にされた矩形形状であり、スライダ３２に対する重量比が所定の比（例えば１対１０の重量比）になるよう設定されている。
【００４７】
定盤３１をなす４つの辺の内のＹ軸に沿った１つの辺には、カウンタマス３３をＸ方向に駆動するための一対のトリムモータ３４ａ，３４ｂが設けられており、Ｘ軸に沿った１つの辺には、カウンタマス３３をＹ方向に駆動するための一対のトリムモータ３５ａ，３５ｂが設けられている。同一の駆動量でトリムモータ３４ａ，３４ｂを駆動するとカウンタマス３３がＸ方向に平行移動し、同一の駆動量でトリムモータ３５ａ，３５ｂを駆動するとカウンタマス３３がＹ方向に平行移動する。また、トリムモータ３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂの駆動量を変えて駆動することで、カウンタマス３３がＺ軸回りに回転する。尚、図４ではカウンタマス３３の姿勢を誇張して表しているが、通常はほぼＸＹ軸に沿うように位置している。
【００４８】
カウンタマス３３の中央部に形成された中空部には、スライダ３２をＹ方向に移動させるための一対のリニアモータ３６，３７の固定子３６ａ，３７ａがそれぞれ取り付けられているとともに、スライダ３２をＸ方向に微動させるためのＸボイスコイルモータ３８の固定子３８ａが取り付けられている。これらの固定子３６ａ，３７ｂ，３８ａは、Ｙ方向に延在して互いに平行となるようにカウンタマス３３に取り付けられている。
【００４９】
一方、リニアモータ３６，３７の可動子３６ｂ，３７ｂは、スライダ３２の両端部に固定されており、Ｘボイスコイルモータ３８の固定子３８ｂは、リニアモータ３７の固定子３７ｂに固定されている。以上の構造により、リニアモータ３６，３７及びＸボイスコイルモータ３８は、定盤３１上に非接触ベアリングである不図示の複数のエアベアリング（エアパッド）によって浮上支持されている。
【００５０】
リニアモータ３６，３７及びＸボイスコイルモータ３８は、何れも永久磁石ユニットが可動子３６ｂ，３７ｂ，３８ｂに固定され、コイルユニットが固定子３６ａ，３７ａ，３８ａに固定されるＭＭ型（ムービングマグネット型）で構成される。しかしながら、かかる構成は必ずしも必須の構成ではなく、場合によっては３個の全て又は一部について磁石ユニットとコイルユニットの配置を逆にしたＭＣ（ムービングコイル）型にしてもよい。
【００５１】
スライダ３２は、バキュームチャックＢＣに加え、不図示のメカニカルクランプを介してレチクル等の載置物を吸着保持するようになっている。また、スライダ３２の＋Ｙ方向の端部には、コーナキューブからなる一対の移動鏡３９ａ，３９ｂが固定されている。この移動鏡３９ａ，３９ｂに対向する位置には、例えば図１に示した干渉計１０がそれぞれ設けられ、移動鏡３９ａ，３９ｂは干渉計１０が備える移動鏡１４として用いられ、１／４波長板１３を介した測長光が照射される。移動鏡３９ａ，３９ｂで反射された測長光を用いてスライダ３２のＹ方向の位置方向が高精度に測定される。
【００５２】
尚、図１０に示した従来のレーザ干渉計１００を移動鏡３９ａ，３９ｂに対向する位置に設け、移動鏡３９ａ，３９ｂをレーザ干渉計１００が備える移動鏡１０６として用いるようにしても良い。但し、この場合には、移動鏡３９ａ，３９ｂ各々に対して設けられたレーザ干渉計１００に対して所定の位置に固定された固定鏡１０７がそれぞれ設けられることが条件となる。また、これら２つの干渉計１０で得られたスライダ３２のそれぞれのＹ方向に関する位置情報を用いて両者の差を求めることで、スライダ３２のＺ軸回りの回転θＺに関する情報を精度良く得ることができる。
【００５３】
また、スライダ３２の−Ｘ方向の端部（リニアモータ３６の可動子３６ｂ）には、レーザ光源４０から射出される測長光及び参照光の内、測長光を固定バーミラー４２に照射する一対の光照射部４１ａ，４１ｂが取り付けられている。固定バーミラー４２は、Ｙ方向に延びるミラーであり、光照射部４１ａ，４１ｂに対向する位置（光照射部４１ａ，４１ｂに対して−Ｘ方向の位置）にあって、定盤３１上に固定されている。尚、固定バーミラー４２は、本発明にいう固定鏡に相当するものである。更に、定盤３１上には測長光照射部４１ａ，４１ｂを介した測長光及び参照光を受光する検出器４３ａ，４３ｂが取り付けられている。これらのレーザ光源４０、光照射部４１ａ，４１ｂ、固定バーミラー４２、及び検出器４３ａ，４３ｂは、スライダ３２のＸ方向の位置情報を高精度に測定する。また、前述の干渉計１０と同様に検出器４３ａ，４３ｂで得られた情報を用いてスライダ３２のＺ軸回りの回転θＺに関する情報を精度良く求めることができる。
【００５４】
ここで、レーザ光源４０、光照射部４１ａ，４１ｂ、固定バーミラー４２、及び検出器４３ａ，４３ｂの構成について詳細に説明する。図５は、本発明の一実施形態によるステージ装置に設けられるレーザ光源４０、光照射部４１ａ，４１ｂ、固定バーミラー４２、及び検出器４３ａ，４３ｂの構成を示す上面図である。尚、図５において、図４中に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。また、図１〜図３と同様に、レーザ光源４０から射出されるレーザ光の内、偏光方向が紙面に直交する方向であるレーザ光を測長光といい、その光路を実線で示す。また、レーザ光源４０から射出されるレーザ光の内、偏光方向が紙面内の方向であるレーザ光を参照光といい、その光路を破線で示す。更に、図５においては、発明の理解を容易にするため、測長光の光路と参照光の光路とを明確に分けて図示しているが、実際には参照光の光路の全体が測長光の光路の一部とほぼ合致しており、参照光の光路は全経路が測長光の光路に含まれている。
【００５５】
図５に示すレーザ光源４０は図１及び図２に示すレーザ光源１１に相当する構成であり、光照射部４１ａ，４１ｂは図１に示す光分割部材１２又は図２に示す光分割部材２２と１／４波長板１３とに相当する構成である。また、固定バーミラー４２は図１及び図２に示す移動鏡１４に相当する構成であり、検出器４３ａ，４３ｂは、図１及び図２に示す検出器１５に相当する構成である。
【００５６】
光照射部４１ａは、ハーフプリズム４３、直角プリズム４４、偏光ビームスプリッタ膜４５、及び１／４波長板４６から構成される。ハーフプリズム４３は、２つの直角プリズムを張り合わせて形成され、レーザ光源４０から射出される測長光及び参照光を強度比で１対１に分割する。このハーフプリズム４３は、図１及び図２に示す直角プリズム１２ａに相当するものであるが、レーザ光源４０から射出される測長光及び参照光の一部を光照射部４１ｂにも導く必要があるため、直角プリズム１２ａに代えてハーフプリズム４３を設けている。
【００５７】
ハーフプリズム４３は、レーザ光源４０から射出される測長光及び参照光を強度比で１対１に分割する点を除けば図１及び図２に示す直角プリズム１２ａと同様の機能を有する。直角プリズム４４、偏光ビームスプリッタ膜４５、及び１／４波長板４６は、それぞれ、図１に示す直角プリズム１２ｂ、偏光ビームスプリッタ膜１２ｃ、及び１／４波長板１３と同じ機能を有するものである。
【００５８】
光照射部４１ｂは、菱形プリズム４７、直角プリズム４８、偏光ビームスプリッタ膜４９、及び１／４波長板５０から構成される。菱形プリズム４７は光照射部４１ａに設けられたハーフプリズム４３で分割された一部の測長光及び参照光を受けるために設けられる。この菱形プリズム４７は、図１及び図２に示す直角プリズム１２ａに相当するものであるが、レーザ光源４０と検出器４３ｂとの位置関係が図１及び図２に示すレーザ光源１１と検出器１５との位置関係とは逆であるため、直角プリズム１２ａに代えて菱形プリズム４７を設けている。直角プリズム４８、偏光ビームスプリッタ膜４９、及び１／４波長板５０は、それぞれ、図１に示す直角プリズム１２ｂ、偏光ビームスプリッタ膜１２ｃ、及び１／４波長板１３と同じ機能を有するものである。
【００５９】
ここで、図１〜図３を用いて説明した干渉計１０，２０はレーザ光源１１、光分割部材１２，２２、１／４波長板１３、及び検出器１５の位置が固定されており、移動鏡１４が不図示の移動体に取り付けられて移動体の移動に伴って移動鏡１４が移動するものとして説明した。しかしながら、図４及び図５に示すステージ装置に設けられた干渉計は、図１〜図３に示す干渉計１０，２０とは逆の構成である。つまり、固定バーミラー４２及び検出器４３ａ，４３ｂが定盤３１上に位置を固定して取り付けられており、光照射部４１ａ，４１ｂがスライダ３２（リニアモータ３６の可動子３６ｂ）に取り付けられて、スライダ３２の移動に伴って光照射部４１ａ，４１ｂも移動する構成である。
【００６０】
上記構成において、レーザ光源４０から−Ｙ方向に射出された測長光及び参照光は、光照射部４１ａに設けられたハーフプリズム４３において所定の強度比で分割される。ハーフプリズム４３で分割されて−Ｘ方向に進む参照光は偏光ビームスプリッタ膜４５で＋Ｙ方向に反射されて検出器４３ａに入射する。一方、ハーフプリズム４３で分割されて−Ｘ方向に進む測長光は偏光ビームスプリッタ膜４５を透過して１／４波長板４６を介して円偏光に変換された後、固定バーミラー４２に入射する。
【００６１】
この測長光（円偏光）は固定バーミラー４２で反射されて再度１／４波長板４６を通過することで偏光方向が紙面に平行な方向となり、直角プリズム４４に入射する。直角プリズム４４に入射した測長光は、偏光ビームスプリッタ膜４５で−Ｙ方向に反射されて直角プリズム４４で−Ｘ方向に反射され、１／４波長板４６を介して円偏光に変換された後、再び固定バーミラー４２に入射する。この測長光（円偏光）は固定バーミラー４２で反射されて再度１／４波長板４６を通過することで偏光方向が紙面に対して直交する方向となる。この測長光が直角プリズム４４に入射して＋Ｙ方向に反射されると、偏光ビームスプリッタ膜４５を透過して検出器４３ａに入射する。
【００６２】
一方、光照射部４１ａに設けられたハーフプリズム４３で分割されて−Ｙ方向に進む測長光及び参照光は、光照射部４１ｂに設けられた菱形プリズム４７に入射して−Ｘ方向に反射されて偏光ビームスプリッタ膜４９に入射する。偏光ビームスプリッタ膜４９に入射した参照光は−Ｙ方向に反射されて検出器４３ｂに入射し、偏光ビームスプリッタ膜４９に入射した測長光は偏光ビームスプリッタ膜４９を透過して１／４波長板５０を介して円偏光に変換された後、固定バーミラー４２に入射する。
【００６３】
この測長光（円偏光）は固定バーミラー４２で反射されて再度１／４波長板５０を通過することで偏光方向が紙面に平行な方向となり、直角プリズム４８に入射する。直角プリズム４８に入射した測長光は、偏光ビームスプリッタ膜４９で＋Ｙ方向に反射されて直角プリズム４８で−Ｘ方向に反射され、１／４波長板５０を介して円偏光に変換された後、再び固定バーミラー４２に入射する。この測長光（円偏光）は固定バーミラー４２で反射されて再度１／４波長板５０を通過することで偏光方向が紙面に対して直交する方向となる。この測長光が直角プリズム４８に入射して−Ｙ方向に反射されると、偏光ビームスプリッタ膜４９を透過して検出器４３ｂに入射する。
【００６４】
ここで、スライダ３２がＸ方向に移動し、又はＺ軸回りに回転すると、固定バーミラー４２と光照射部４１ａ，４１ｂとの相対的な距離が変化するため、測長光の光路長が変化する。しかしながら、スライダ３２がＸ方向に移動しても参照光の光路長は変化しない。このため、検出器４３ａで得られる干渉光の干渉状態は固定バーミラー４２と光照射部４１ａとの間の距離の変化を反映したものとなり、検出器４３ｂで得られる干渉光の干渉状態は固定バーミラー４２と光照射部４１ｂとの間の距離の変化を反映したものとなる。このようにして、検出器４３ａ，４３ｂは干渉縞の変化からスライダ３２のＸ方向における位置情報を測定することができ、検出器４３ａ，４３ｂの測定結果の差からスライダ３２のＺ軸回りの回転量を求めることができる。
【００６５】
一方、スライダ３２がＹ方向に移動すると、スライダ３２の移動に伴って光照射部４１ａ，４１ｂもＹ方向移動する。このときは、固定バーミラー４２はＹ方向に延びるよう配置されているため、固定バーミラー４２と光照射部４１ａ，４１ｂとの相対的な距離は変化しないが、スライダ３２の移動に伴って測長光及び参照光の光路長が変化してしまう。
【００６６】
しかしながら、図５を参照すると、参照光の光路の全てが測長光の光路に含まれているため、スライダ３２の移動に伴って生じる測長光の光路長の変化と参照光の光路長の変化とは等しくなる。このため、スライダ３２がＹ方向に移動しても、固定バーミラー４２と光照射部４１ａ，４１ｂとのＸ方向の相対的な位置変化が生じない限り（測長光のみの光路長の変化が生じない限り）はスライダ３２がＹ方向に移動しても、検出器４３ａ，４３ｂで得られる干渉光の干渉状態は変化しないため、検出誤差が生ずることはない。
【００６７】
以上説明したように、図４に示すステージ装置３０においては、スライダ３２のＸ方向の位置情報はスライダ３２に取り付けられた移動鏡３９ａ，３９ｂに測長光を照射して得られる反射光を用いて測定されている。一方、スライダ３２のＸ方向の位置情報等は、スライダ３２の端部（リニアモータ３６の可動子３６ｂ）に取り付けられた光照射部４１ａ，４１ｂから測長光を定盤３１上に固定された固定バーミラー４２に照射して得られる反射光を用いて測定されている。
【００６８】
かかる構成にするのは、以下の理由による。つまり、図４に示すステージ装置３０が備えるスライダ３２はＹ方向の移動可能範囲（ストローク）が大きく、Ｘ方向のストロークが小さく設定されている。ここで、仮にスライダ３２に取り付けられた移動鏡を用いてＸ方向の位置情報とＹ方向の位置情報とを共に測定しようとすると、Ｘ方向の位置情報を測定するためにはＹ方向に延びた移動鏡をスライダ３２に取り付ける必要があり、スライダ３２が大型化するとともに、スライダ３２の重量が重くなる。
【００６９】
このため、図４に示すステージ装置３０は、Ｙ方向に延びた固定バーミラー４２が定盤３１上に取り付けられるとともに、光照射部４１ａ，４１ｂがスライダ３２の端部（リニアモータ３６の可動子３６ｂ）に取り付けられた構成の干渉計を用いてスライダ３２のＸ方向の位置情報を測定することで、スライダ３２の小型化及び軽量化を図っている。
【００７０】
以上、本発明の一実施形態によるステージ装置３０について説明したが、図４に示すステージ装置３０はスライダ３２のＹ方向のストロークが大きく、Ｘ方向のストロークが小さいものであった。前述した干渉計１０，２０をＸ方向及びＹ方向のストロークが共に大きなステージ装置に適用する場合には、例えば前述した特許文献２又は特開平１０−２６１６９４号公報に開示された技術を用いることができる。以下、本発明の実施形態による干渉計を前述した特許文献２に開示された技術に適用したステージ装置について説明する。
【００７１】
図６は、本発明の実施形態による干渉計を備えるステージ装置の他の構成例の概略を示す上面図である。図６に示すステージ装置７０は、Ｙ方向に平行に延びる一対のレール５１に沿ってＹ方向に移動自在に構成された矩形状のＹテーブル５２と、Ｙテーブル５２上にＸ方向に平行に敷設された一対のレール５３に沿ってＸ方向に移動自在に構成された矩形状のＸテーブル５４とを備えている。
【００７２】
Ｙテーブル５２の端部にはレーザ光源５５から射出される−Ｙ方向に進む測長光及び参照光を＋Ｘ方向に偏向させる反射プリズム５６が取り付けられている。尚、レーザ光源５５は図１，図２に示したレーザ光源１１又は図４，図５に示したレーザ光源４０と同様のものであり、互いに偏光方向が異なる測長光及び参照光を射出する。また、Ｘテーブル５４の端部にはＹ方向の位置が反射プリズム５６のＹ座標と等しく設定されたビームスプリッタ５７が取り付けられている。このビームスプリッタ５７は、反射プリズム５６から＋Ｘ方向に進む測長光及び参照光を所定の強度比（例えば１対１）に分割する。
【００７３】
また、Ｘテーブル５４上には、Ｘ方向の位置がビームスプリッタ５７のＸ座標とほぼ等しく設定された一対の受光部５８ａ，５８ｂが取り付けられているとともに、Ｙ方向の位置がビームスプリッタ５７のＹ座標とほぼ等しく設定された一対の受光部５９ａ，５９ｂが取り付けられている。また、受光部５８ａ，５８ｂの−Ｘ方向であって、Ｘテーブル５４のストローク外の位置にはＹ方向に延びる固定バーミラー６０が取り付けられており、受光部５９ａ，５９ｂの＋Ｙ方向であって、Ｙテーブル５２のストローク外の位置にはＸ方向に延びる固定バーミラー６１が取り付けられている。
【００７４】
受光部５８ａは図５に示す光照射部４１ａと検出器４３ａとを合わせた構成に相当するものであり、受光部５８ｂは光照射部４１ｂと検出器４３ｂとを合わせた構成に相当するものである。つまり、受光部５８ａ，５８ｂは、測長光を固定バーミラー６０に照射して固定バーミラー６０との相対的な距離の変化をそれぞれ検出する。同様に、受光部５９ａは図５に示す光照射部４１ａと検出器４３ａとを合わせた構成に相当するものであり、受光部５９ｂは光照射部４１ｂと検出器４３ｂとを合わせた構成に相当するものである。つまり、受光部５９ａ，５９ｂは、測長光を固定バーミラー６１に照射して固定バーミラー６１との相対的な距離の変化をそれぞれ検出する。
【００７５】
上記構成において、Ｙテーブル５２はレール５１に沿ってＹ方向に移動するため、Ｙテーブル５２上に取り付けられた反射プリズム５６はＹテーブル５２とともにＹ方向のみに移動する。このため、Ｙテーブル５２がＹ方向に移動してＹ方向の位置が変化しても、レーザ光源５５から射出される測長光及び参照光は、常に反射プリズム５６に導かれる。
【００７６】
また、Ｘテーブル５４上に取り付けられたビームスプリッタ５７はＹ方向の位置が反射プリズム５６反射プリズム５６のＹ座標と等しく設定されており、Ｘテーブル５４はＹテーブル５２上に敷設されたレール５３に沿ってＸ方向のみに移動する。このため、Ｘテーブル５５がＸ方向に移動してＸ方向の位置が変化しても、反射プリズム５６で＋Ｘ方向に偏向された測長光及び参照光は、常にビームスプリッタ５７に入射する。
【００７７】
ビームスプリッタ５７、受光部５８ａ，５８ｂ、及び受光部５９ａ，５９ｂはＸテーブル５４上に取り付けられており相対的な位置関係が変化しない。よって、Ｙテーブル５２の移動によってＸテーブル５４のＹ方向の位置が変化し、またＸテーブル５４の移動によってＸテーブル５４のＸ方向の位置が変化しても、レーザ光源５５からの測長光及び参照光は、常に反射プリズム５６及びビームスプリッタ５７を介して受光部５８ａ，５８ｂ及び受光部５９ａ，５９ｂに導かれる。このため、図６に示すステージ装置７０は、Ｘテーブル５４のＸ方向及びＹ方向のストロークが共に大きくてもＸテーブル５４のＸ方向及びＹ方向の位置情報を共に測定することができる。
【００７８】
また、ビームスプリッタ５７、受光部５８ａ，５８ｂ、及び受光部５９ａ，５９ｂの相対位置は変化しないため、ビームスプリッタ５７から受光部５８ａ，５８ｂ、及び受光部５９ａ，５９ｂの各々に設けられた検出器（図示省略）までの参照光の光路は変化しない。一方、Ｘテーブル５４又はＹテーブル５２の移動により、レーザ光源５５から反射プリズム５６を介してビームスプリッタ５７に至るまでの参照光の光路の光路長は変化する。
【００７９】
しかしながら、この光路は測長光と共通の光路であり、レーザ光源５５から反射プリズム５６を介してビームスプリッタ５７に至るまでの間において、測長光と参照光との間には光路長の差は生じない。このため、図６に示す構成においては、Ｘテーブル５４又はＹテーブル５２の移動により生ずる受光部５８ａ，５８ｂと固定バーミラー６０との間の相対的な距離の変化、及び受光部５９ａ，５９ｂと固定バーミラー６１との間の相対的な距離の変化を高い精度で測定することができる。
【００８０】
〔露光装置〕
次に、本発明の一実施形態による露光装置について詳細に説明する。図７は、本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。図７に示した露光装置ＥＸは、レチクルＲとウェハＷとを所定方向（図７ではＹ軸方向）に沿って同期移動させつつレチクルＲに形成されたパターンの像を順次ウェハＷに転写する所謂ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置である。図７において、照明光学系８０は、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）を射出する超高圧水銀ランプ、又はＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、若しくはＦ_２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）等の光源を含み、これらの光源から射出される光の光強度分布を一様にするとともに、所定の形状に整形した照明光ＩＬを射出する。
【００８１】
レチクルステージ８１は、マスクとしてのレチクルＲを載置するマスクステージとして機能し、レチクルベース８２上において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向に微動可能で、且つその光軸ＡＸに垂直な面内で２次元移動及び微小回転可能に構成される。尚、このレチクルベース８２は、図４に示す定盤３１に相当するものであり、レチクルＲが移動してもデバイスパターンＤＰを透過した光が遮光されないように、中央部には孔部が形成されている。レチクルベース８２の一端には、図４に示す固定バーミラー４２に相当する固定バーミラー８３が取り付けられている。尚、固定バーミラー８３は、実際には長手方向がＹ方向に延びるよう配置されるが、図示の関係上、図７においては簡略化して図示している。
【００８２】
この固定バーミラー８３の鏡面に対向した位置であって、レチクルステージ８１上の一端にはレチクルステージ８１のＸ方向の位置情報及びＺ軸回りの回転θＺを測定するためのレーザ干渉計８４が配置されている。このレーザ干渉計８４は、図４に示すレーザ光源４０、光照射部４１ａ，４１ｂ、及び検出器４３ａ，４３ｂに相当するものであり、その測定結果は主制御系８５に供給されている。尚、ここでは、図示の簡略化のため及び説明の簡単化のために、図４に示すレーザ光源４０、光照射部４１ａ，４１ｂ、及び検出器４３ａ，４３ｂを含む構成をレーザ干渉計８４としているが、図４に示すようにレーザ光源４０及び検出器４３ａ，４３ｂをレチクルベース８２上に配置して、光照射部４１ａ，４１ｂのみをレチクルステージ８１上に配置することが好ましい。
【００８３】
尚、図７では図示を省略しているが、レチクルステージ８１上には図４に示す移動鏡３９ａ，３９ｂと同様の移動鏡が取り付けられており、これらの移動鏡の鏡面に対向する位置であって、レチクルベース８２上にレチクルステージ８１のＹ方向の位置情報及びＺ軸回りの回転θＺを測定する不図示のレーザ干渉計が設けられている。レーザ干渉計８４及び不図示のレーザ干渉計によって検出されたレチクルステージ８１のＸ座標、Ｙ座標、及びＺ軸回りの回転θＺを示す位置情報は主制御系８５に供給される。主制御系８５は供給されたステージ位置情報をモニターしつつ駆動系８６へ制御信号を出力し、レチクルステージ８１の位置決め動作を制御する。
【００８４】
レチクルステージ８１上に載置されたレチクルＲには透明なガラス基板表面にクロム等によって半導体素子、液晶表示素子等のデバイスパターンＤＰが形成されている。照明光学系８０から射出された照明光ＩＬによってレチクルＲが照明されると、レチクルＲに形成されたデバイスパターンＤＰの像が投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上に転写される。ウェハＷは、ウェハステージ８７上に載置されている。尚、レチクルＲのデバイスパターンＤＰが形成された面（パターン面）とウェハＷの表面とは、投影光学系ＰＬに関して光学的に共役に設定される。
【００８５】
ウェハステージ８７はＸＹ平面内においてウェハＷを移動させるＸＹステージ、Ｚ軸方向にウェハＷを移動させるＺステージ、ウェハＷをＸＹ平面内で微小回転させるステージ、及びＺ軸に対する角度を変化させてＸＹ平面に対するウェハＷの傾きを調整するステージ等から構成される。ウェハステージ８７の上面の一端にはウェハステージ８７の移動可能範囲以上の長さを有する移動鏡８８が取り付けられ、移動鏡８８の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計９０が配置されている。また、前述した投影光学系ＰＬには固定鏡８９が取り付けられている。
【００８６】
レーザ干渉計９０は、移動鏡８８及び固定鏡８９にレーザ光を照射し、各々の反射光を干渉させて得られる干渉光を検出してウェハステージ８７の位置情報を測定する。尚、図７では図示を簡略化しているが、移動鏡８８はＸ軸に垂直な鏡面を有する移動鏡及びＹ軸に垂直な鏡面を有する移動鏡から構成されている。また、レーザ干渉計９０は、Ｙ軸に沿って移動鏡８８にレーザビームを照射する２個のＹ軸用のレーザ干渉計及びＸ軸に沿って移動鏡８８にレーザビームを照射するＸ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｙ軸用の１個のレーザ干渉計及びＸ軸用の１個のレーザ干渉計によりウェハステージ８７のＸ座標及びＹ座標が測定される。また、Ｙ軸用の２個のレーザ干渉計の測定値の差により、ウェハステージ８７の回転角θＺが測定される。レーザ干渉計９０によって測定されたウェハステージ８７のＸ座標、Ｙ座標、及びＺ軸回りの回転を示す位置情報は主制御系８５に供給される。主制御系８５は供給されたステージ位置情報をモニターしつつ駆動系９１へ制御信号を出力し、ウェハステージ８７の位置決め動作を制御する。
【００８７】
レチクルＲに形成されたデバイスパターンＤＰの像をウェハＷ上に転写するときには、まず、主制御系８５は図示せぬレチクルライメント系を用いてレチクルＲの正確な位置情報を測定するとともに、ウェハアライメント系を用いてウェハＷの正確な位置情報を測定した後、これらの測定結果とレーザ干渉計８４、前述のＹ方向とＺ軸回りの回転θＺの位置情報を測定する干渉計、及びレーザ干渉計９０の測定結果とに基づいてレチクルＲとウェハＷの相対的な位置を調整する。次に、駆動系８６及び駆動系９０へ制御信号を出力して、レチクルＲとウェハＷとの移動を開始させ、スリット状の照明光ＩＬをレチクルＲに照射する。その後は、レーザ干渉計８４、前述のＹ方向とＺ軸回りの回転θＺの位置情報を測定する干渉計、及びレーザ干渉計９０の検出結果をモニタしつつ、レチクルＲとウェハＷとを同期移動させてデバイスパターンＤＰを逐次ウェハＷ上に転写する。
【００８８】
主制御系８５は、前述のＹ方向とＺ軸回りの回転θＺの位置情報を示す干渉計で計測されるレチクルステージ８１のＹ軸方向の２つの測定値の平均値が所定の露光終了位置（Ｙ座標）と合致したときに、ウェハＷ上の一つのショット領域の露光が終了したと判断し、照明光学系８０内の光源からの照明光の射出を停止する。こうしてウェハＷ上の複数のショット領域が順次露光される。尚、レーザ干渉計８４（干渉計１０）で計測されるレチクルステージ８１のＹ軸方向の２つの測定値の何れもが所定の露光終了位置（Ｙ座標）を通過したときに、ウェハＷ上の一つのショット領域の露光が終了したと判断して、照明光学系８０内の光源からの照明光の射出を止めるようにしても良い。
【００８９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記の露光装置においては、本実施形態の干渉計をレチクルステージ８１のＸ方向の位置情報及びＺ軸回りの回転θＺを測定するためのレーザ干渉計８４に適用した場合を例に挙げて説明したが、レチクルステージ８１のＹ方向の位置情報を測定するレーザ干渉計に適用することもできる。更には、ウェハステージ８７の位置情報等を計測するレーザ干渉計９０にも適用することができる。
【００９０】
尚、上述の実施形態で説明した干渉計は、測長対象物（ステージ）の１次元あるいは２次元の位置情報を測定するために用いられているが、特開平１０−９７９８２号公報、特開２０００−４９０６６号公報、及び特表２００１−５１３２６７号等に開示されているように、測長対象物の位置情報、回転や傾き等を求めるために干渉計システムを用いる場合にも本発明を適用できる。
【００９１】
また、上記実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を例に挙げて説明したが、本発明はステップ・アンド・リピート方式の露光装置にも適用可能である。また、本実施形態の露光装置の照明光学系８０が備える光源は、超高圧水銀ランプ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、又はＦ_２レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ_６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。
【００９２】
更に、光源としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。例えば、単一波長レーザの発振波長を１．５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、又は発生波長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力される。
【００９３】
特に、発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、発生波長が１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ_２レ−ザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。また、発振波長を１．０３〜１．１２μｍの範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８μｍの範囲内の７倍高調波、即ちＦ_２レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。この場合、単一波長発振レーザとしては例えばイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いることができる。
【００９４】
また、本発明は半導体素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、液晶表示素子（ＬＣＤ）等を含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも適用することができる。更には、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウェハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハなどが用いられる。なお、このような露光装置は、ＷＯ９９／３４２５５号、ＷＯ９９／５０７１２号、ＷＯ９９／６６３７０号、特開平１１−１９４４７９号、特開２０００−１２４５３号、特開２０００−２９２０２号等に開示されている。
【００９５】
また、本発明のステージは、露光装置に設けられるレチクルステージ及びウェハステージのみならず、物体を載置した状態で移動させる（１次元的な移動又は２次元的な移動に制限されない）ステージ装置を制御する場合一般について適用することが可能である。
【００９６】
また、本発明が適用される露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。尚、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００９７】
次に、上述した露光装置をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法の実施形態について説明する。図８は、マイクロデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図である。図８に示すように、まず、ステップＳ１０（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１１（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップＳ１２（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
【００９８】
次に、ステップＳ１３（ウェハ処理ステップ）において、ステップＳ１０〜ステップＳ１２で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１４（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１３で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１４には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ１５（検査ステップ）において、ステップＳ１４で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。
【００９９】
図９は、半導体デバイスの場合における、図８のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。図９において、ステップＳ２１（酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２４（イオン打込みステップ）においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ２１〜ステップＳ２４のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
【０１００】
ウェハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ２５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ２６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。次に、ステップＳ２７（現像ステップ）においては露光されたウェハを現像し、ステップＳ２８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ２９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０１０１】
以上説明したマイクロデバイス製造方法においては、露光ステップ（ステップＳ２６）において前述した信号処理方法を用いてマスク及びウェハの位置情報が高い精度をもって測定されるため、ウェハ上に既に形成されているパターンとウェハ上に転写するパターンとの重ね合わせ精度を向上させることができ、結果的に最小線幅が０．１μｍ程度の高集積度のデバイスを歩留まり良く生産することができる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、参照光用の第２の光路の全経路を測長光用の第１の光路に含ませるようにしたため、仮に参照光用の第２の光路の光路長が変化しても測長用の第１の光路の光路長が同一の長さだけ変化して第１の光路と第２の光路との相対的な光路長の変化は生じず、その結果として測定誤差の発生を極力抑えることができるという効果がある。
また、本発明によれば、光源から射出されて受光した測長光及び参照光の内、測長光を測長対象物に向かわせ、参照光を受光装置に向かわせるとともに、測長対象物で反射された測長光を受光装置に向かわせるようにしており、従来のように参照光を位置が固定された固定鏡に向かわせる必要がないため部材を省略することができ、その結果として小型・軽量化を図ることができるという効果がある。
更に、本発明によれば、測長光のみが通過する第２プリズムは屈折率の温度係数が負である材料を用いているため、例えば温度上昇により第２プリズムが膨張して光路長が長くなったとしても屈折率が低下するため、光路長の変化を相殺することができ、その結果として測定誤差の発生を極力抑えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による干渉計の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態による干渉計の構成を示す図である。
【図３】コーナーキューブプリズム２１の機能を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態によるステージ装置の構成を示す上面図である。
【図５】本発明の一実施形態によるステージ装置に設けられるレーザ光源４０、光照射部４１ａ，４１ｂ、固定バーミラー４２、及び検出器４３ａ，４３ｂの構成を示す上面図である。
【図６】本発明の実施形態による干渉計を備えるステージ装置の他の構成例の概略を示す上面図である。
【図７】本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。
【図８】マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図９】半導体デバイスの場合における、図８のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。
【図１０】従来のレーザ干渉計の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ レーザ干渉計（干渉計）
１１ レーザ光源（光源）
１２ 光分割部材（分割手段）
１２ａ 直角プリズム（第１プリズム）
１２ｂ 直角プリズム（第２プリズム）
１２ｃ 偏光ビームスプリッタ膜
１３ １／４波長板）
１４ 移動鏡（測長対象物）
１５ 検出器（受光装置）
２０ レーザ干渉計（干渉計）
２１ コーナーキューブプリズム（第２プリズム）
２２ 光分割部材（分割手段）
３０ ステージ装置
３２ スライダ（ステージ）
３９ａ 移動鏡
３９ｂ 移動鏡
４２ 固定バーミラー
８１ レチクルステージ（マスクステージ）
８７ ウェハステージ（基板ステージ）
ＥＸ 露光装置
Ｒ レチクル（マスク）
Ｗ ウェハ（基板）

Claims (13)

1. 測長光と参照光との干渉に基づいて測長対象物の位置に関する情報を検出する干渉計であって、
   前記測長光用の第１の光路と、前記参照光用の第２の光路とを有し、前記第２の光路は全経路が前記第１の光路に含まれていることを特徴とする干渉計。
2. 測長光と参照光とを射出する光源と、参照光及び測長対象物で反射した測長光とを受光する受光装置とを備えた干渉計であって、
   前記光源から射出された前記測長光と前記参照光とを受光して、前記測長光を前記測長対象物に向かわせ、前記参照光を前記受光装置に向かわせるとともに、前記測長対象物で反射された前記測長光を前記受光装置に向かわせる分割手段を備えることを特徴とする干渉計。
3. 前記測長光と前記参照光とは、前記光源から射出された時点で互いに異なる偏光状態であることを特徴とする請求項２記載の干渉計。
4. 前記測長光と前記参照光とは、波長が異なることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の干渉計。
5. 前記分割手段は、前記測長光及び前記参照光がともに通過する第１プリズムと、該第１プリズムに接合され、前記測長光のみが通過する第２プリズムと、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの境界面に形成された偏光膜とを有することを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載の干渉計。
6. 前記分割手段と前記測長対象物との間における前記測長光の光路上に１／４波長板が配置されていることを特徴とする請求項５記載の干渉計。
7. 前記第２プリズムは、屈折率の温度係数が負であることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の干渉計。
8. 前記第１プリズム及び前記第２プリズムは、直角プリズムであることを特徴とする請求項５から請求項７の何れか一項に記載の干渉計。
9. 前記第１プリズムは直角プリズムであり、前記第２プリズムはコーナーキューブプリズムであることを特徴とする請求項５から請求項７の何れか一項に記載の干渉計。
10. 前記測長光と前記参照光とは、波長が異なることを特徴とする請求項５から請求項９の何れか一項に記載の干渉計。
11. 所定の方向に移動可能なステージを備えたステージ装置であって、
    前記測長対象物として前記ステージに設けられた移動鏡を備え、前記測長光を前記移動鏡に導くことで前記ステージの位置を測定する請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の干渉計を備えることを特徴とするステージ装置。
12. 所定の方向に移動可能なステージを備えたステージ装置であって、
    前記測長対象物として位置が固定された固定鏡を備えるとともに、前記分割手段がステージに設置されており、前記測長光を前記固定鏡に導くことで前記ステージの位置を測定する請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の干渉計を備えることを特徴とするステージ装置。
13. マスクを保持するマスクステージと、基板を保持する基板ステージとを備え、前記マスクに形成されたパターンを前記基板上に転写する露光装置であって、
    前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも一方が請求項１１又は請求項１２記載のステージ装置であることを特徴とする露光装置。

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