JP2006106000A - 変位測定のための干渉計システム及びこれを利用した露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 変位測定のための干渉計システム及びこれを利用した露光装置を提供する。
【解決手段】 この干渉計は光線を発生させる光源、光線を基準光線と測定光線とに分ける光分配器、基準光線の進行方向を変更するための基準ミラー、測定光線の進行方向を変更するための変位変換器及び方向変更された基準光線と測定光線を測定するための検出器を具備する。変位変換器は測定光線の進行方向に垂直の変位を測定光線の経路差に変換させるために透過型格子または反射型格子を利用する。
【選択図】 図６Ａ

Description

本発明は光学装置に係り、さらに詳細には変位測定のための干渉計システム及びこれを利用した露光装置に関する。

エーテルの存在を確認するための１８８７年のマイケルスン−モーリーの実験（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ−Ｍｏｌｅｙ'ｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ）でマイケルスン干渉計が使用されて以来、干渉計（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）は精密な測定が要求される多様な分野で使用されている。前記干渉計は計測対象を１ｎｍレベルの精密度で測定することができるので、半導体装置の露光工程、ダイヤモンド研磨工程（ｄｉａｍｏｎｄ ｔｕｒｎｉｎｇ）、精密機械加工（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）などのような精密産業分野で広く使われている。特に、１９６０年にレーザーが開発された以後、前記レーザーを干渉計の光源として利用するレーザー干渉計はさらに多様な分野でのさらなる精密な測定を可能にした。

原理的に、前記干渉計は基準光線の固定された経路長さ（ａ ｆｉｘｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅａｍ）に対して計測対象（ｔａｒｇｅｔ ｏｂｊｅｃｔ）を経由する測定光線（ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｂｅａｍ）の光経路長さ（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈ）が変わる場合に現われる干渉現象という物理的現象（ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔ）を利用する光学装置である。図１は前記マイケルスン干渉計の基本構造を説明するための構成図である。

図１を参照すると、光源（ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ、Ｓ）から出た光波（ｌｉｇｈｔｗａｖｅ）は光分配器（ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ、ＢＳ）によって各々基準ミラー（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｍｉｒｒｏｒ、Ｍ１）と運動ミラー（ｍｏｖｉｎｇ ｍｉｒｒｏｒ、Ｍ２）とに向けて進行する基準光線（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅａｍ、ＲＢ）と測定光線（ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｂｅａｍ、ＭＢ）とに分けられる。前記基準光線ＲＢと前記測定光線ＭＢは各々前記基準ミラーＭ１と前記運動ミラーＭ２によって反射されて前記光分配器ＢＳに戻る。以後、前記基準光線ＲＢの一部は前記光分配器ＢＳを通過して検出器Ｄに入射され、前記測定光線ＭＢの一部も前記光分配器ＢＳから反射されて前記検出器Ｄに入射される。前記検出器Ｄに入射された前記基準光線ＲＢと前記測定光線ＭＢは互いに重畳（ｓｕｐｅｒｐｏｓｅ）されて干渉パターン（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒｉｎｇｅ）を形成する。

周知のように、このような干渉現象は以下の式(1)によって数学的に記述されることができる。 式(1)で、Ｉ、Ｉ_１及びＩ_２は各々前記干渉パターン、前記基準光線及び前記測定光線の強さ（ｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓ）であり、δは前記基準光線ＲＢと前記測定光線ＭＢとの間の相対的な位相差である。

前記干渉パターンの強さの変化は前記位相差δによって誘発される。したがって、前記検出器Ｄで測定される干渉パターンが移動する数を測定すれば、前記運動ミラーＭ２の位置が以下の式(2)によって計算されることができる。

この際、Ｘは前記運動ミラーＭ２の変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）であり、Ｘ_０は初期位置（ｉｎｉｔｉａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）であり、Ｎは干渉パターンの個数（ｆｒｉｎｇｅ ｎｕｍｂｅｒ）であり、λは使用された光波の波長（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）である。

図２は通常の従来技術によるＸ−Ｙステージシステム及びこのステージシステムの位置を測定するための変位干渉計（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）を説明するための装置構成図である。

図２を参照すると、Ｘ−Ｙステージシステム１０は固定されたステージベース１２、前記ステージベース１２の上部に配置された下部ステージ１４及び前記下部ステージ１４の上部に配置された上部ステージ１６を具備する。

前記下部ステージ１４は前記ステージベース１２に対してｘ方向に動くことができ、前記上部ステージ１６は前記下部ステージ１４に対してｙ方向に動くことができる。これによって、前記上部ステージ１６は前記ステージベース１２に対してｘ及びｙ方向への２次元的運動が可能である。

前記Ｘ−Ｙステージシステム１０の周りには前記上部ステージ１６のｘ位置、ｙ位置及び左右搖れｙａｗを測定するための干渉光学システムが配置される。前記干渉光学システムは所定波長のレーザーを生成させる光源５０、前記光源５０から放出されるレーザー光線５５を分配する光分配器１、２、３、４、前記光分配器１、２、３、４によって分離されたレーザー光線５５を利用して前記上部ステージ１６のｘ位置、ｙ位置及び左右搖れｙａｗを各々測定するｘ、ｙ及びｙａｗ干渉計２０、３０、３６を含む。これに加えて、前記Ｘ−Ｙステージシステム１０の周りには温度及び圧力などのような環境的変化をモニタリングするため、空気の屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）を測定する波長追跡器（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｔｒａｃｋｅｒ）４０が配置される。

前記ｘ干渉計２０はｘ測定ミラー２１、ｘ光分配器２２及びｘ検出器２３で構成され、前記ｙ干渉計３０はｙ測定ミラー３１、ｙ光分配器３２及びｙ検出器３３で構成され、前記ｙａｗ干渉計３６は前記ｙ測定ミラー３１、ｙａｗ光分配器３４及びｙａｗ検出器３５で構成される。前記ｘ測定ミラー２１及び前記ｙ測定ミラー３１は前記上部ステージ１６の位置変化による光経路差（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を作るように、前記上部ステージ１６の側壁に付着し、これらの方向は各々ｘ及びｙ方向に平行である。また、前記ｘ光分配器２２、前記ｙ光分配器３２及び前記ｙａｗ光分配器３４は各々基準光線を形成するように、内部に基準ミラーを具備する。

前記ｘ測定ミラー２１及び前記ｙ測定ミラー３１を除いた前記干渉光学システムの他の構成要素は前記ステージベース１２に対して固定される。これによって、前記上部ステージ１６は前記光源５０に対して２次元的相手運動が可能である。一方、前記上部ステージ１６の相手運動を測定するためには、前記ｘ及びｙ測定ミラー２１、３１に入射されるレーザー光線５５が正常に反射可能でなければならない。このために、前記測定ミラーは正常な反射を保障することができる大きさで製作されなければならない。例えば、前記ｘ測定ミラー２１の大きさが不十分である場合、前記上部ステージ１６のｙ方向運動によって前記ｘ測定光線５５ｘは前記ｘ測定ミラー２１を脱することがある。このような逸脱を予防するため、前記ｘ測定ミラー２１は前記ｘ光分配器２２に対する前記上部ステージ１６のｙ方向最大変位より大きい大きさで製作されなければならない。このような測定ミラーの大きさと係わる要求は前記ｙ測定ミラー３１でも同一である。

一方、半導体製造工程のような精密産業分野で使われるステージの場合、前記ステージの動きは非常に高い精密度で制御されなければならない。このような精密な制御のためには、変位測定のために使われる干渉計の測定ミラーも非常に高い均一度を有するように加工されなければならない。特に、露光装置の場合、前記測定ミラーの表面均一度はウェーハに転写されたパターンの変形（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）及び重畳精密度（ｏｖｅｒｌａｙ）に直接的な影響を及ぼすという点において、数ｎｍレベルの均一度が要求されている。

しかし、上述のように、測定ミラーの大きさは測定光線の逸脱を防止することができる大きい大きさで製作されなければならないという点において、前記測定ミラーを数ｎｍレベルの高い均一度で製作することは非常に難しく、費用が多く必要とされる過程である。これに加えて、測定ミラーの表面均一度は重力、温度変化、運動による加速などによって減少することができるので、前記測定ミラーの均一度を同一のレベルに維持するためには高費用が必要とされる維持／補修過程を持続的に実行しなければならない。

本発明の第１の課題は製作及び維持補修が容易な変位干渉計を提供することにある。

本発明の第２の課題は運動体の変位を改善した精密度で測定することができる変位干渉計を提供することにある。

本発明の第３の課題は改善した精密度でレティクルステージの変位を測定することができる変位干渉計を具備するスキャン型露光装置を提供することにある。

本発明の第４課題は第１方向に配置される測定ミラーなしに、運動体の第１方向変位を測定することができる変位干渉計を提供することにある。

上述の課題を達成するために、本発明は運動体のｘ方向の変位をｙ方向に進行する測定光線の経路差に変換させる変位変換器を具備する変位干渉計を提供する。この変位干渉計は光線を発生させる光源（ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）、前記光線を基準光線（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅａｍ）と測定光線（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂｅａｍ）とに分ける光分配器（ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）、前記基準光線の進行方向を変更するための基準ミラー（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｍｉｒｒｏｒ）、前記測定光線の進行方向を変更するための変位変換器（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）及び前記方向変更された基準光線と測定光線を測定するための検出器（ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を具備する。

この際、前記測定光線の進行方向に垂直の変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ、ΔＤ）は前記変位変換器によって前記測定光線の経路差（ｐａｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ、ΔＰ）に変換される。このために、前記変位変換器は透過型格子または反射型格子を利用することができる。

本発明の一実施形態によると、前記変位変換器は前記透過型回折格子（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）及び前記透過型回折格子に対して所定の勾配角βを形成し、前記透過型回折格子から離隔されて配置される変位ミラー（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｉｒｒｏｒ）を具備する。この場合、前記透過型回折格子及び前記変位ミラーは前記経路差ΔＰ、前記勾配角β及び前記変位ΔＤの間にΔＰ＝２・ΔＤ・ｓｉｎβの関係が成り立つように配置される。この際、前記透過型回折格子は前記測定光線の進行方向に垂直に配置されることが望ましい。

特に、前記変位ミラーは前記透過型回折格子によって回折される前記測定光線の１次回折光を反射させるように配置されることが望ましい。このために、前記透過型回折格子を構成する格子パターンのピッチがｄであり、前記透過型回折格子の法線に対する前記測定光線の進行方向がなす角度がαであり、前記光線の波長がλである場合、前記透過型回折格子の法線に対する前記変位ミラーの勾配角βは、前記測定光線の１次回折光の回折角度を記述するａｒｃｓｉｎ（λ／ｄ − ｓｉｎα）であることが望ましい。

本発明の他の実施形態によると、前記変位変換器は前記測定光線の進行方向に対して所定の勾配角βを形成しながら配置される反射型回折格子（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）を具備する。この場合、前記反射型回折格子は前記経路差ΔＰ、前記勾配角β 及び前記変位ΔＤの間にΔＰ＝２・ΔＤ・ｔａｎβの関係が成り立つように配置される。

上述の実施形態と類似に、前記反射型回折格子から前記光分配器に戻る光線は１次回折光線であることが望ましい。このために、前記反射型回折格子を構成する格子パターンのピッチがｄであり、前記光線の波長がλである場合、前記測定光線の進行方向に対する前記反射型回折格子の勾配角βは前記測定光線の１次回折光線の回折角度を記述するａｒｃｓｉｎ（λ／ｄ）であることが望ましい。

一方、上述の変位変換器の構造とは別個に、前記光分配器、前記検出器、前記基準ミラー及び前記変位変換器の間の位置的可変性による変形された実施形態が可能である。

例えば、前記光分配器、前記検出器、前記基準ミラー及び前記変位変換器の間の相対的位置が固定される実施形態が可能である。このような実施形態によると、前記固定された光源に対して、前記光分配器、前記検出器、前記基準ミラー及び前記変位変換器がともに運動する（ｃｏ−ｍｏｖｉｎｇ）。図３Ａ及び図４Ａはこの実施形態と係わる技術的内容を含む変位干渉計を説明するための図である。この実施形態によると、前記検出器で測定される結果は、前記測定光線の進行方向に対して垂直の方向に運動する変位変換器の変位が独立的に測定される。

また、前記光分配器、前記基準ミラー及び前記変位変換器の間の相対的位置が固定される変形された実施形態が可能である。このような変形された実施形態によると、前記固定された光源及び検出器に対して前記光分配器、前記基準ミラー及び前記変位変換器はともに運動する。図３Ｂ及び図４Ｂは、この実施形態と係わる技術的内容を含む変位干渉計を説明するための図である。この変形された実施形態の場合も、前記検出器で測定される結果は、前記測定光線の進行方向に対して垂直の方向に運動する変位変換器の変位が独立的に測定される。

本発明のもう一つの実施形態によると、前記光分配器、前記検出器及び前記基準ミラーの間の相対的位置は固定されるが、前記変位変換器は前記光分配器、前記検出器及び前記基準ミラーに対して相対的位置を変えることもできる。図３Ｃ及び図４Ｃは、この実施形態と係わる技術的内容を含む変位干渉計を説明するための図である。この実施形態によると、前記検出器で測定される変位は前記測定光線の進行方向に垂直の変位及び平行な変位が加えられた結果である。この場合、前記垂直の変位を決めるためには、前記測定光線の進行方向に平行な変位が独立的に測定されなければならない。

前記測定光線の進行方向に垂直の変位を決めるために、前記平行な変位を測定する第２変位干渉計をさらに具備するシステムは図７乃至図９に示した図を通じて説明されることができる。このシステムは前記測定光線の進行方向に平行な変位及び垂直の変位を決めるために、前記検出器に連結される制御器をさらに具備することができる。

本発明の他の実施形態によると、前記回折格子を使う変位干渉計はｘ−ｙステージのz変位を測定するために使われることもできる。この実施形態によると、前記回折格子を使う変位干渉計は少なくとも二つが必要である。

本発明のもう一つの実施形態によると、変位干渉計システムはｘ−ｙステージのｘ座標、ｙ座標及び左右搖れｙａｗを決めるため、一つの回折格子を使う変位干渉計と二つの一般的な変位干渉計で構成されることができる。

上述の本発明の実施形態による変位干渉計システムは露光装置のステージ位置測定システムとして使われることができる。特に、スキャン型露光装置の場合、上述の本発明の実施形態による変位干渉計システムはレティクルステージの位置測定のために使われることができる。

本発明によると、回折格子を利用する変位変換器を具備する変位干渉計を提供する。前記変位変換器は前記回折格子を利用して測定光線の進行方向（例えば、ｙ方向）に垂直の変位ΔＤｘを測定光線の進行経路差ΔＰに変換させる。この際、前記回折格子は、測定対象のｘ方向での最大変位に相応する大きさを有することで十分である。これによって、従来技術で要求される大きいサイズのミラーなしに、測定対象の変位を測定することができる。その結果、大きいサイズのミラーが利用される干渉計で要求される過度な製作／維持／補修費用を節減することができる。

これに加えて、前記回折格子は上述の大きいサイズを有する必要がなくて、均一な光学的特性を有するように維持することが容易である。これによって、測定ミラーの表面均一度の減少による測定精密度の低下を防止することができる。特に、スキャン型露光装置のレティクルステージは精密な直線往復運動が要求されるという点において、前記レティクルステージの位置制御システムに前記回折格子を変位変換器として利用する変位干渉計を使う場合、前記スキャン型露光装置の製造／維持／補修費用の節減及び測定精密度の向上を期待することができる。

以下、添付の図を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底して完全になれるように、そして当業者に本発明の思想を十分に伝達するために提供されるものである。したがって、図面での要素の形状などはより明確な説明を強調するために誇張されたものである。

図３Ａ乃至図３Ｃ及び図４Ａ乃至図４Ｃは本発明の実施形態による変位干渉計を説明するための図である。

まず、図３Ａ乃至図３Ｃを参照すると、本発明の変位干渉計は光源（ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）１００、光分配器（ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１１１、基準ミラー（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｍｉｒｒｏｒ）１４１、検出器（ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１３１及び変位変換器（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１２１を具備する。

前記光源１００は測定過程で使われる所定波長の光線を発生させる。前記光線は単一周波数レーザー、二重周波数レーザー、多重周波数レーザー、ラム（Ｌａｍｂ）レーザー、
ゼーマン（Ｚｅｅｍａｎ）レーザー、インバートラムレーザー及びスペクトラル光線のうちの一つを使うことができる。前記光源１００で生成された光線は前記光分配器１１１で各々前記基準ミラー１４１及び前記変位変換器１２１に向けて進行する基準光線２１１と測定光線２０１とに分けられる。このために、前記光分配器１１１は入射された光の一部分は反射させ、他の一部分は透過させることができる半透明ミラー（ｈａｌｆ ｍｉｒｒｏｒ）を使うことが望ましい。

前記基準ミラー１４１は入射された基準光線２１１を前記光分配器１１１に反射させる。望ましくは、前記基準ミラー１４１から反射する基準光線２１１の方向は前記基準ミラー１４１に入射される基準光線２１１の方向に正反対である。このために、前記基準ミラー１４１は平面ミラー（ｐｌａｎｅ ｍｉｒｒｏｒ）、コーナーチューブ（ｃｏｒｎｅｒ ｃｕｂｅ）、角反射ミラー（ａｎｇｕｌａｒ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）及び再帰反射ミラー（ｒｅｔｒｏ−ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）のうちの一つでありうる。

前記変位変換器１２１は入射された測定光線２０１を前記光分配器１１１に反射させる。 この際、前記変位変換器１２１は前記測定光線２０１の進行方向（すなわち、ｙ方向）に垂直の変位ΔＤを前記測定光線２０１の経路差ΔＰに変換させるように構成された光学装置である。このために、前記変位変換器１２１は回折格子（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）を含むことができる。

前記回折格子（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）は使われる光の波長と類似の長さで離隔された反射体または透過体の集合である。言い換えれば、前記回折格子は透明なスクリーン内に形成された透明なスリット（ｓｌｉｔｓ）パターンであるか、基板上に形成された反射型溝（ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ ｇｒｏｏｖｅｓ）の集合を意味する。反射型格子（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）は反射表面上に形成された（ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄ）格子で構成される一方、透過型格子（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）は透明表面上に形成された格子で構成される。また、前記回折格子に入射される電磁気波は回折によって位相または振幅が所定の方式に変わる。本発明によると、 前記変位変換器１２１が透過型格子を利用する実施形態（図３Ａ乃至図３Ｃ参照）及び反射型格子を利用する実施形態（図４Ａ乃至図４Ｃ参照）が全部可能である。

図５Ａ乃至図５Ｃは回折現象を説明するための図である。図５Ａ及び図５Ｂは各々所定の入射光（ｉｎｃｉｄｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）が反射型格子及び透過型格子に入射されるときに発生する回折現象を示す図である。前記反射型格子は入射光と回折光が格子の同一の方に置かれ（図５Ａ参照）、前記透過型格子は入射光と反射光が格子の反対側に置かれる特徴を有する（図５Ｂ参照）。図５Ｃは回折を幾何学的に説明するための図である。

図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、波長がλである光線が溝間隔（ｇｒｏｏｖｅ ｓｐａｃｉｎｇ）またはピッチ（ｐｉｔｃｈ）がｄである格子に対して角度αに入射された後、角度βｍに回折される。前記入射角αと回折角β_ｍは全部（図の中央に、格子表面に対して垂直の点線で描かれた）格子法線（ｇｒａｔｉｎｇ ｎｏｒｍａｌ）から測定される。このような角度の符号表記（ｔｈｅ ｓｉｇｎ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅｓｅ ａｎｇｌｅｓ）は光線が入射光と比べて、格子に対して同一の方面(ｓｉｄｅ)であるか否かによって決められる。例えば、図５Ａで、角度α及びβ_１は正であり、角度β_０及びβ_-１は負である。

一方、図５Ｃに示したように、隣接する溝を通る光線の経路差はｄ ｓｉｎα ＋ｄ ｓｉｎβである。干渉原理（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）によると、このような経路差が光の波長λまたはその定数倍と同一であるとき、隣接する溝を通る光線は同じ位相を有するようになって、補強干渉（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を起こす。他のあらゆるβでは幾分の相殺干渉が示す。このような補強干渉条件によって、入射角α、回折角βｍ、ピッチｄ及び波長λの間には以下のような格子方程式（ｇｒａｔｉｎｇ ｅｑｕａｔｉｏｎ）が成り立つ。

式(3)で、ｍは回折次数（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｒｄｅｒ ｏｒ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｏｒｄｅｒ）を示す定数である。式(3)によると、所定の回折次数ｍに相応する回折角βｍは以下の式(4)によって求められる。

再び、図３Ａ乃至図３Ｃを参照すると、前記変位変換器１２１は透過型格子（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ、ＴＧ）及び変位ミラー（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｉｒｒｏｒ、ＤＭ）で構成される。前記測定光線２０１が前記透過型格子ＴＧに垂直に入射されるように、前記透過型格子ＴＧの法線（ｎｏｒｍａｌ）と前記測定光線２０１の進行方向は平行であることが望ましい。また、本発明によると、前記変位ミラーＤＭは前記透過型格子ＴＧと所定の角度をなしながら配置される。望ましくは、前記変位ミラーＤＭは前記透過型格子ＴＧから放出される１次回折光を正反対方向に反射させるように配置される。このために、前記変位ミラーＤＭの面方向は前記１次回折光の方向に平行に、前記透過型格子ＴＧの法線に対して以下の式(5)によって記述される角度β_１に配置される。

図６Ａ及び図６Ｂは前記変位変換器１２１が前記回折格子を利用して前記変位ΔＤを光経路差（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ、ＯＰＤ）に変換する過程を説明するための図である。図６Ａ及び図６Ｂは各々前記変位変換器１２１で透過型格子ＴＧ 及び反射型格子ＲＧが使用される実施形態を説明するための図である。

図６Ａを参照すると、第１測定光Ｌ１及び第２測定光Ｌ２が透過型格子ＴＧの表面に垂直に入射されるとすれば、前記第１及び第２測定光Ｌ１、Ｌ２は同一の波長λを有し、距離ΔＤｘだけ離隔されて前記透過型格子ＴＧに入射され、前記透過型格子ＴＧに形成された溝（ｇｒｏｏｖｅｓ）のピッチはｄである。この場合、前記第１及び第２測定光の一次回折光ＬＦ１、 ＬＦ２は前記透過型格子ＴＧの法線に対しての上記式(5)によって決められる角度β_１に進行する。

変位ミラーＤＭが前記透過型格子ＴＧに対して傾くように配置される場合、前記変位ミラーＤＭまで進行された前記第１及び第２測定光の一次回折光ＬＦ１、ＬＦ２の経路長さは互いに異なる。図示したように、前記変位ミラーＤＭが前記一次回折光ＬＦ１、ＬＦ２の方向に垂直の方向に配置される場合、前記一次回折光ＬＦ１、ＬＦ２が前記透過型格子ＴＧと前記変位ミラーＤＭとの間を往復する間発生する総経路長さの差ΔＰは以下の式(6)のように記述されることができる。

式(6)は一次回折光の回折角を規定する上記式(5)によっての以下の式(7)のように表される。

図６Ｂを参照すると、ピッチがｄである溝を有する反射型格子ＲＧが前記変位変換器１２１として使われる。この場合、前記反射型格子ＲＧを距離ΔＤｘだけ離隔された前記第１及び第２測定光Ｌ１、Ｌ２の進行方向に対して式(5)によって記述される角度β_１に配置したら、前記反射型格子ＲＧから放出される１次回折光ＬＦ１、ＬＦ２は前記測定光Ｌ１、Ｌ２の進行方向の正反対方向に進行する。この場合、前記第１及び第２測定光Ｌ１、Ｌ２の間には、上記式(6)及び(7)によって記述される経路長さの差が発生する。

式(7)は以後ＯＰＤとして言及される光学的経路差ΔＰを表す。したがって、図６Ａおよび図６Ｂの変位変換器は測定光線を受け、測定光線に垂直な方向での前記変位変換器の運動を前記変位変換器の反射面と前記測定光線との間の経路長さでの変化に変換させるように配置される。図６Ａに示したように、前記変位変換器は測定ビームの経路に配置される前面を有する透過型回折格子ＴＧおよび前記透過型回折格子の後面に向いている(ｆａｃｉｎｇ)変位ミラーＤＭを含む。前記変位ミラーは所定の勾配角βを形成し、前記透過型回折格子の後面に面している(ｆａｃｅ)。この場合、前記経路長さでの変化ΔＰと前記測定光線に垂直な平行での前記変器変換器の運動ΔＤとの間にはΔＰ＝２ΔＤｓｉｎβの関係が成り立つ。図６Ｂを参照すると、前記変位変換器は反射型回折格子ＲＧを含む。前記反射型回折格子はその主面の法線が前記測定光線に対して所定の角度βを形成するように配置される。この場合、前記経路長さでの変化ΔＰと前記測定光線に垂直な方向での前記変位変換器の運動ΔＤとの間にはΔＰ＝２ΔＤｔａｎβの関係が成り立つ。

再び図３Ａ乃至図３Ｃを参照すると、前記基準ミラー１４１及び前記変位変換器１２１から反射した前記基準光線２１１と前記測定光線２０１は前記光分配器１１１から前記検出器１３１に入射される。前記検出器１３１は前記基準光線２１１と前記測定光線２０１の重畳によって形成される干渉パターン（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒｉｎｇｅ）をセンシングする。この際、センシングされた干渉パターン変化は上記式(6)及び(7)によって記述される光経路差によって決められる。

図３Ａに示した実施形態によると、前記光分配器１１１、前記基準ミラー１４１、前記変位変換器１２１及び前記検出器１３１は所定の運動体１５０に固定されて設置される。これによって、前記運動体１５０の位置が変わっても、前記光分配器１１１と前記基準ミラー１４１との間の距離及び前記光分配器１１１と前記変位変換器１２１との間の距離は変わらない。したがって、前記運動体１５０が前記測定光線２０１の進行方向（すなわち、ｙ方向）に運動する場合、前記測定光線２０１と前記基準光線２１１との間の位相は同一に維持される。

しかし、前記運動体１５０が前記測定光線２０１の進行方向に垂直の方向（すなわち、ｘ方向）に運動する場合、前記変位変換器１２１で反射される測定光線２０１の経路長さは変わる。その結果、前記測定光線２０１と前記基準光線２１１との間の位相差は前記測定光線２０１の経路長さ変化ΔＰに相応して変わり、このような位相差の変化は前記検出器１３１でセンシングする干渉パターンの変化に観察される。前記経路長さの変化による干渉パターンの変化は従来技術で説明した式(1)によって記述されることができる。

本発明の変形された実施形態によると、前記検出器１３１は前記運動体１５０とともに運動せず、前記光源１００に対する位置が固定されることもできる（図３Ｂ参照）。このために、前記検出器１３１は前記測定光線２０１及び前記基準光線２１１を受信することができるように、前記変位変換器１２１と前記光分配器１１１とを連結する延長線上に配置されることが望ましい。前記光分配器１１１と前記検出器１３１との間には、前記光源１００から出る光線と前記検出器１３１に進行する光線を分けるためのもう一つの光分配器１６９が配置されることができる。

図３Ｃに示した実施形態によると、前記光分配器１１１、前記基準ミラー１４１及び前記検出器１３１は前記光源１００に対して固定され、前記変位変換器１２１は前記運動体１５０に固定されてともに運動する。これによって、前記光分配器１１１と前記基準ミラー１４１ との間の距離は前記運動体１５０のどのような運動でも変化しない。

しかし、前記測定光線２０１の進行経路長さは前記運動体１５０の運動によって常に変わる。すなわち、前記運動体１５０が前記測定光線２０１の進行方向（すなわち、ｙ方向）に運動する場合には、前記光分配器１１１と前記変位変換器１２１との間の距離（すなわち、ｙ変位）が変わる。一方、前記運動体１５０が前記測定光線２０１の進行方向に垂直の方向（すなわち、ｘ方向）に運動する場合、前記測定光線２０１が前記変位ミラーＤＭまで往復する経路長さが変わる。

結果的に、前記検出器１３１でセンシングされる干渉パターンの変化は、一般的に、前記運動体１５０のｘ位置だけではなく、ｙ位置の変化による影響まで反映された結果である。したがって、ｘ方向の実際変位が分かるためには測定された干渉パターンの変化から計算された総変位（ｔｏｔａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）からｙ方向の変位を引かなければならない。

図４Ａ乃至図４Ｃは前記変位変換器１２１が反射型格子ＲＧだけで構成された実施形態を説明するための図である。図４Ａ乃至図４Ｃは各々図３Ａ乃至図３Ｃで、前記変位変換器１２１に代えて反射型格子ＲＧが使われる実施形態に該当する。前記反射型格子ＲＧは前記測定光線２０１の進行方向に対しての上記式(5)によって記述される角度β_１を形成するように配置されることが望ましい。これによって、前記測定光線２０１に対する前記運動体１５０のｘ方向の位置がΔＤｘだけ変わる場合、図６と係わって説明したように、式(6)及び(7)によって記述される経路長さの差が発生する。このような経路長さの差は前記検出器１３１で干渉パターンの変化によって測定される。

図７はｘ方向の実際変位が分かるための変位干渉計システムを説明するための図である。

図７を参照すると、この実施形態による変位干渉計システムは光源１００、運動体１５０、第１変位干渉計１０１、第２変位干渉計１０２、制御器５００及び光伝達係１６０を具備する。前記第１変位干渉計１０１及び前記第２変位干渉計１０２は各々前記運動体１５０の第１方向（すなわち、ｘ方向）及び第２方向（すなわち、ｙ方向）の変位を測定する。これのために、前記第１及び第２変位干渉計１０１、１０２は前記光源１００に放出される光線を利用する。

前記第１変位干渉計１０１は第１光分配器１１１、第１基準ミラー１４１、第１変位変換器１２１及び第１検出器１３１で構成される。望ましくは、前記第１変位干渉計１０１では図３Ｃ及び図４Ｃで説明した変位干渉計が使われる。すなわち、前記第１変位変換器１２１は前記運動体１５０に付着して、前記第１光分配器１１１、前記第１基準ミラー１４１及び前記第１検出器１３１は前記光源１００に対して固定された位置に設置される。この際、前記第１変位変換器１２１は前記第１測定光線２０１の進行方向（すなわち、ｙ方向）に垂直の変位ΔＤｘを前記第１測定光線２０１の経路長さの変化ΔＰ１に変換させる。このために、図６Ａ及び図６Ｂで説明された回折格子を含む光学装置が前記第１変位変換器１２１として使われることができる。

前記第２変位干渉計１０２は第２光分配器１１２、第２基準ミラー１４２、第２変位変換器１２２及び第２検出器１３２で構成される。前記光線は前記第２光分配器１１２で各々前記第２基準ミラー１４２及び前記第２変位変換器１２２に向けて進行する第２基準光線２１２及び第２測定光線２０２に分けられる。前記第２基準ミラー１４２及び前記第２変位変換器１２２は各々前記第２基準光線２１２及び前記第２測定光線２０２を前記第２光分配器１１２に反射させる。

一方、前記第２変位変換器１２２は前記運動体１５０のｙ方向変位ΔＤｙを前記第２測定光線２０２の経路長さの変化ΔP２に変換させる。また、前記第２基準ミラー１４２及び前記第２変位変換器１２２は各々前記第２基準光線２１２及び前記第２測定光線２０２を入射される方向の正反対方向に反射させることができるように配置されることが望ましい。このために、前記第２基準ミラー１４２及び前記第２変位変換器１２２は平面ミラー、コーナーチューブ、角反射ミラー及び再帰反射ミラーのうちの一つでありうる。結果的に、前記第２変位干渉計１０２は従来技術で使われる変位干渉計のうちの一つでありうる。

前記制御器５００は前記第１及び第２検出器１３１、１３２で測定される光学的結果を利用して、前記運動体１５０の各方向での変位を計算する。この際、前記第２検出器１３２で測定される干渉パターンの変化は前記運動体１５０のｙ方向変位ΔＤｙによる結果である。これに比べて、前記第１検出器１３１で測定される干渉パターンの変化は、図３Ｃ及び図４Ｃで説明したように、前記運動体１５０のｘ方向変位ΔＤｘにｙ方向変位ΔＤｙが加えられた総変位値ΔＤ＿ｔｏｔによる結果である。したがって、前記制御器５００は前記運動体１５０のｘ方向変位ΔＤｘを求めるため、前記第１検出器１３１で測定した結果から得られる変位値ΔＤ＿ｔｏｔから前記第２検出器１３２で測定した結果から得られるｙ方向変位ΔＤｙを引く過程を実行する。

前記光伝達係１６０は前記光源１００と前記第１及び第２変位干渉計１０１、１０２の間には配置されて、前記光線を前記変位干渉計１０１、１０２に伝達する。この実施形態によると、前記光伝達係１６０は前記光源１００から放出される光線を前記第１光分配器１１１及び第２光分配器１１２に進行する第１光線及び第２光線に分けるための光分配器１６１及び前記第１光線を前記第１光分配器１１１に反射させる反射ミラー１６２を含む。

図８は本発明による変位干渉計を具備するｘ−ｙステージシステムを説明するための図である。

図８を参照すると、この実施形態による変位干渉計システムは光源１００、運動体１５０、第１変位干渉計１０１、第２変位干渉計１０２及び光伝達係１６０を具備する。前記第１変位干渉計１０１及び前記第２変位干渉計１０２は各々前記運動体１５０のｘ変位及びｙ変位を測定するための装置として、前記光源１００に放出される光線を利用する。

前記第１変位干渉計１０１は第１光分配器１１１、第１基準ミラー１４１、第１変位変換器１２１及び第１検出器１３１で構成される。望ましくは、図３Ｂ及び図４Ｂで説明した変位干渉計が前記第１変位干渉計１０１として使用される。すなわち、前記第１変位変換器１２１、前記第１光分配器１１１及び前記第１基準ミラー１４１は前記運動体１５０に付着して、前記第１検出器１３１は前記光源１００に対して固定された位置に設置される。この際、前記第１変位変換器１２１は前記第１測定光線２０１の進行方向（すなわち、ｙ方向）に垂直の変位ΔＤｘを前記第１測定光線２０１の経路長さの変化ΔＰｘに変換させる。このために、図６Ａ及び図６Ｂで説明された回折格子を含む光学装置が前記第１変位変換器１２１として使用されることができる。

一方、図７で説明した第２変位干渉計１０２及び光伝達係１６０はこの実施形態でも同一であるので、重複されない内容に対してだけ説明する。この実施形態で、前記光伝達係１６０を構成する前記反射ミラー１６２は図３Ｂ及び図４Ｂで説明されたもう一つの光分配器１６９に取り替えられることが望ましい。

この実施形態によると、前記運動体１５０のｘ変位及びｙ変位は各々前記第１変位干渉計１０１及び前記第２変位干渉計１０２を使って独立的に測定されることができる。特に、ｘ変位を測定するために使われた前記第１変位干渉計１０１は回折格子を使うので、ｙ方向の最大変位に相応する大きさのミラーを有する必要がないという長所がある。

図９は本発明による変位干渉計を具備するステージ位置制御システムを説明するための図である。

図９を参照すると、この実施形態による変位干渉計システムは光源１００、運動体１５０、第１変位干渉計１０１、第２変位干渉計１０２、第３変位干渉計１０３、光伝達係１６０及び制御器５００を具備する。この際、前記光源１００及び前記運動体１５０は図３Ａで説明した実施形態と同一である。

前記第１変位干渉計１０１は図３Ｃ及び図４Ｃで説明した変位干渉計、すなわち図７で説明された第１変位干渉計１０１が使われることができる。すなわち、前記第１変位干渉計１０１を構成する前記第１変位変換器１２１は前記運動体１５０に付着し、前記第１光分配器１１１、前記第１基準ミラー１４１及び前記第１検出器１３１は前記光源１００に対して固定された位置に設けられる。この際、前記第１変位変換器１２１は前記第１測定光線２０１の進行方向（すなわち、ｙ方向）に垂直の変位ΔＤｘを前記第１測定光線２０１の経路長さの変化ΔＰ１に変換させる。このために、図６Ａ及び図６Ｂで説明された回折格子を含む光学装置が前記第１変位変換器１２１として使われることができる。

前記第２変位干渉計１０２は図７で説明した第２変位干渉計１０２が使われることができる。すなわち、前記第２変位変換器１２２は前記運動体１５０のｙ方向変位ΔＤｙを前記第２光分配器１１２から前記第２変位変換器１２２に向けて進行する第２測定光線２０２の経路長さの変化ΔＰ２に変換させる。

前記第３変位干渉計１０３は第３光分配器１１３、第３基準ミラー１４３、第３変位変換器１２３及び第３検出器１３３で構成される。

本発明の一実施形態によると、前記第３変位干渉計１０３は図７で説明された前記第１変位干渉計１０１と同一の構造を有することができる。図１０Ａに示したように、前記第３変位変換器１２３が透過型格子ＴＧ及び変位ミラーＤＭで構成される場合、前記第３変位変換器１２３は前記透過型格子ＴＧから放出される１次回折光がｘ−ｙ平面に対して式５によって記述される角度で進行されるように設けられる。この実施形態の変形例によると、図１０Ｂに示したように、前記第３変位変換器１２３が反射型格子ＲＧで構成される場合、前記第３変位変換器１２３は１次回折光が前記反射型格子ＲＧから第３測定光線２０３の方向の正反対方向に回折されることができるように設けられる。

上述の実施形態において、前記第３変位干渉計１２３は前記運動体１５０のｚ変位ΔＤｚを前記第３測定光線２０３の経路長さの変化ΔＰ３に変換させる。前記第３測定光線２０３の経路長さの変化ΔＰ３は前記運動体１５０のz 方向の変位ΔＤｚを決めるために利用される。

一方、第１及び第３検出器１３１、１３３で測定される干渉パターンの変化は前記運動体１５０のｙ方向の変位による影響が含まれる。したがって、前記ｘ変位及びｚ変位を決めるためには、図７で説明したように、前記第１及び第３検出器１３１、１３３で測定した結果から得られる変位値ΔＤｘ＿ｔｏｔ、ΔＤｚ＿ｔｏｔから前記第２検出器１３２で測定した結果から得られるｙ方向変位ΔＤｙを引く過程が必要である。このように実際ｘ及びｚ変位を決めるためにｙ方向の変位を引く過程は前記制御器５００で実行される。

本発明のもう一つの実施形態によると、前記第３変位干渉計１０３は図７で説明された前記第２変位干渉計１０２と同一の構造を有することができる。この実施形態によると、前記第２変位干渉計１０２と前記第３変位干渉計１０３は全部前記運動体１５０のｙ方向変位を測定することで、前記運動体１５０の左右搖れｙａｗをモニタリングすることができる。このために、測定結果を分析した後、前記運動体１５０の運動を制御する前記制御器５００が前記第２検出器１３２及び前記第３検出器１３３に電子的に連結される。

前記光伝達係１６０は前記光源１００から放出される光線を前記第１、第２及び第３変位干渉計１０１、１０２、１０３に伝達するように、光分配器１６１、１６３及び反射ミラー１６２、１６４を具備する。前記光伝達係１６０の配置及び構造を多様に変更することができることは当業者において自明である。また、前記変位干渉計は基準光線に対する測定光線の光経路差を償うため、前記光分配器と変位変換器との間に配置される所定の補償板（図示しない）を具備することもできる。

図１１は本発明による変位干渉計を具備するスキャン型露光装置を説明するための図である。

図１１を参照すると、レティクル(ｒｅｔｉｃｌｅ)３０４上に描かれた回路パターンは照明光学係３４０から入射される露光光（ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｌｉｇｈｔ、３００）を利用してウェーハ３１４上に形成されたフォトレジスト膜に転写される。通常、前記回路パターンは前記フォトレジスト膜に縮小露光される。例えば、前記フォトレジスト膜に形成される回路パターンの大きさは前記レティクル３０４に描かれた相応する回路パターンの大きさに比べて１／４倍でありうる。前記露光光３００に対して前記レティクル３０４は一方向（例えば、ｙ方向）に速力ｖで移動し、前記ウェーハ３１４は前記レティクル３０４の運動方向の反対方向（すなわち、−ｙ方向）に速力ｖ／ｍに移動する。この際、ｍは前記縮小露光倍率を意味する。

前記レティクル３０４はレティクル上部ステージ３０３上に配置され、前記レティクル上部ステージ３０３はレティクル下部ステージ３０２上に配置され、前記レティクル下部ステージ３０２はレティクル支持台３０１上に設けられる。前記レティクル上部ステージ３０３及び前記レティクル下部ステージ３０２はレティクルステージシステム３０９を構成する。前記レティクル支持台３０１は固定され、前記レティクル下部ステージ３０２は前記レティクル支持台３０１に対してｙ方向に移動することができ、前記レティクル上部ステージ３０３は前記レティクル下部ステージ３０２の上部で微細な範囲内でのみ移動することができる。

前記レティクルステージシステム３０９の一側には前記レティクル上部ステージ３０３の位置を測定するための複数個のレティクル変位干渉計３０５が配置される。前記レティクル変位干渉計３０５で測定された前記レティクル３０４の位置情報は制御器５００に伝達される。前記制御器５００は前記レティクル３０４が正しい運動をするように、前記レティクルステージシステム３０９の動作を制御する。

この実施形態によると、前記レティクル変位干渉計３０５は干渉光学係３０６及び変位変換器３０７を具備する。前記干渉光学係３０６は図３Ａで説明した、前記光分配器１１１、前記基準ミラー１４１及び前記検出器１３１で構成される。前記変位変換器３０７は図７で説明された前記第１変位変換器１２１または前記第２変位変換器１２２のうちの一つでありうる。

スキャン型露光装置を使う場合、前記レティクル３０４は露光工程が進行される間完全な直線運動をしなければならない。しかし、図１２に示したように、前記レティクル３０４がｙ方向に運動する間、ｙの位置に従って前記レティクル３０４のｘ方向の位置が変わる。すなわち、前記レティクル３０４のｘ方向変位ΔＤｘは前記レティクルのｙ座標の関数である。この場合、前記レティクル３０４がｙ方向に完璧な直線運動をするようにするためには、前記レティクル３０４のｘ変位ΔＤｘをモニタリングした後、これを補正する過程が必要である。

前記レティクル変位干渉計３０５のうちの一つは前記ｘ方向の変位ΔＤｘをモニタリングするために設置される。この場合、前記変位変換器３０７は前記レティクル３０４のｘ方向変位をｙ方向に進行する測定光線の経路長さの差ΔＰに変換させる前記第１変位変換器１２１であることが望ましい。

従来技術によると、前記ｘ変位ΔＤｘをモニタリングすることができる干渉計を構成するためには、前記レティクル３０４の運動方向の最大変位Ｌｙより大きいサイズの測定ミラーが必要であった。しかし、本発明によると、前記レティクル３０４の運動方向に垂直の方向の最大変位に相応する大きさの回折格子及び変位ミラーを使って前記ｘ方向の変位ΔＤｘをモニタリングすることができる。前記垂直の変位ΔＤｘは前記運動方向の最大変位Ｌｙに比べてずっと小さくて、本発明で使われる回折格子は低費用に製作されることができる。

一方、上述したように、スキャン型露光装置の縮小露光方式によって、前記ウェーハ３１４の運動長さに比べて前記レティクル３０４の運動長さが前記縮小露光倍率ｍ倍だけさらに大きい。したがって、前記レティクルステージシステム３０９で要求される測定ミラーはウェーハステージシステム３１９で要求される測定ミラーより大きさでｍ倍さらに大きくならなければならない。このような点を考慮するとき、上述のように、前記レティクル変位干渉計３０５は少なくとも一つの前記第１変位変換器１２１を使うことが望ましい。

一方、前記変位変換器１２１は図６Ａ及び図６Ｂで説明した透過型格子ＴＧ及び反射型格子ＲＧを具備することができる。また、前記ｙ方向の変位ΔＤｙをモニタリングするためには前記第２変位変換器１２２を使う図７乃至図９で説明した前記第２変位干渉計１０２が使われることができる。

前記ウェーハ３１４はウェーハ支持台３１０上に順次に積層された第１ウェーハステージ３１１、第２ウェーハステージ３１２及び第３ウェーハステージ３１３で構成されるウェーハステージシステム３１９の上部に真空吸着される。前記第１ウェーハステージ３１１は前記ウェーハ支持台３１０に対してｙ方向に移動でき、前記第２ウェーハステージ３１２は前記ウェーハ支持台３１０に対してｘ方向に移動でき、前記第３ウェーハステージ３１３は前記ウェーハ支持台３１０に対してｚ方向への移動及び回転移動ができる。

前記ウェーハステージシステム３１９の一側には前記第３ウェーハステージ３１３の位置を測定するための複数個のウェーハステージ干渉計３１５が配置される。前記ウェーハステージ干渉計３１５は干渉光学係３１６及び変位変換器３１７を具備する。前記干渉光学係３１６は図３Ａで説明した前記光分配器１１１、前記基準ミラー１４１及び前記検出器１３１で構成される。前記変位変換器３１７は図７で説明された前記第１変位変換器１２１または前記第２変位変換器１２２のうちの一つでありうる。この実施形態によると、前記変位変換器３１７は前記第２変位変換器１２２であることが望ましい。

前記ウェーハステージ干渉計３１５で測定された前記ウェーハ３１４の位置情報は前記制御器５００に伝達される。また、前記ウェーハ３１４が正しい移動をすることができるように、前記ウェーハステージシステム３１９には前記制御器５００によって制御されるウェーハ駆動装置３２０が連結される。また、前記レティクルステージシステム３０９と前記ウェーハステージシステム３１９との間には、前記レティクル３０４に描かれた回路パターンに対する情報を含む露光光３００を前記ウェーハ３１４に伝達する所定のレンズシステム３３０が配置される。

マイケルスン干渉計の基本構造を説明するための構成図である。 通常のＸ-Ｙステージシステム及びこのステージシステムの位置を測定するための変位干渉計を説明するための装置構成図である。 透過型格子を使用する変位干渉計を具備する本発明の実施形態を説明するための装置構成図である。 透過型格子を使用する変位干渉計を具備する本発明の実施形態を説明するための装置構成図である。 透過型格子を使用する変位干渉計を具備する本発明の実施形態を説明するための装置構成図である。 反射型格子を使用する変位干渉計を具備する本発明の実施形態を説明するための装置構成図である。 反射型格子を使用する変位干渉計を具備する本発明の実施形態を説明するための装置構成図である。 反射型格子を使用する変位干渉計を具備する本発明の実施形態を説明するための装置構成図である。 回折格子で発生する回折現象を説明するための図である。 回折格子で発生する回折現象を説明するための図である。 回折格子で発生する回折現象を説明するための図である。 本発明の変位干渉計で変位が光経路差に変換される原理を説明するための図である。 本発明の変位干渉計で変位が光経路差に変換される原理を説明するための図である。 本発明による変位干渉計を具備する変位干渉計システムの実施形態を説明するための装置構成図である。 本発明による変位干渉計を具備する変位干渉計システムの実施形態を説明するための装置構成図である。 本発明による変位干渉計を具備する変位干渉計システムの実施形態を説明するための装置構成図である。 ｚ方向の変位を測定するための変位干渉計の変位変換器を説明するための装置図である。 ｚ方向の変位を測定するための変位干渉計の変位変換器を説明するための装置図である。 本発明による変位干渉計を具備するスキャン型露光装置を説明するための図である。 レティクルがｙ方向に運動することによって誘発されるｘ方向の変位を説明するための図である。

符号の説明

１００ 光源
１１１ 光分配器
１２１ 変位変換器
１３１ 検出器
１４１ 基準ミラー
１５０ 運動体
２０１ 測定光線
２１１ 基準光線

Claims (52)

1. 測定光線に応答する変位変換器を含み、前記変位変換器は測定光線に垂直の方向での変位変換器の運動を前記変位変換器の反射面と前記測定光線との間の経路の長さでの変化に変換させるように配置されることを特徴とする変位干渉計。
2. 入射光線を基準光線と測定光線とに分ける光分配器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の変位干渉計。
3. リダイレクト基準光線として、前記基準光線を前記光分配器に向けなおすように配置される基準ミラーをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の変位干渉計。
4. 前記変位変換器は、リダイレクト測定光線として、前記測定光線を前記光分配器に向けなおすように配置されることを特徴とする請求項３に記載の変位干渉計。
5. 前記リダイレクト基準光線と前記リダイレクト測定光線とを受光するように配置される感知器をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の変位干渉計。
6. 前記変位変換器は、
   前記測定光線の経路に配置される前面を有する透過型回折格子と、
   前記透過型回折格子の後面を向く変位ミラーとを具備することを特徴とする請求項１に記載の変位干渉計。
7. 前記変位ミラーは所定の勾配角βを形成しながら前記透過型回折格子の後面に向いており、前記経路長さでの変化ΔＰ、前記測定光線に垂直の方向での前記変位変換器の運動ΔＤ及び前記勾配角βの間にはΔＰ＝２ΔＤｓｉｎβの関係が成り立つことを特徴とする請求項６に記載の変位干渉計。
8. 前記変位変換器は反射型回折格子を含み、
   前記反射型回折格子はそれの主面の法線が前記測定光線に対して所定の勾配角βを有するように配置され、前記経路長さの変化ΔＰ、前記測定光線に垂直の方向での前記変位変換器の運動ΔＤ及び前記勾配角βの間にはΔＰ＝２ΔＤｔａｎβの関係が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の変位干渉計。
9. 入射光線を基準光線と測定光線とに分ける光分配器をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の変位干渉計。
10. リダイレクト基準光線として、前記基準光線を前記光分配器に向けなおすように配置される基準ミラーをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の変位干渉計。
11. 光線を発生させる光源と、
    前記光源に対して運動することができる運動体と、
    前記運動体の第１方向変位を測定するため、前記光線を利用する第１変位干渉計と、
    前記運動体の第２方向変位を測定するため、前記光線を利用する第２変位干渉計と具備し、
    前記第１変位干渉計は前記運動体の前記第１方向変位を前記第２方向で前記第１変位干渉計に入射される光線の経路差に変換させる第１変位変換器を具備することを特徴とする変位干渉計システム。
12. 前記第１変位干渉計は、
    前記光線を第１基準光線と前記第２方向に進行する第１測定光線とに分ける第１光分配器と、
    前記第１基準光線の進行方向を変更するための第１基準ミラーと、
    前記第１測定光線の進行方向を変更するための前記第１変位変換器と、
    前記方向変更された第１基準光線と第１測定光線を測定するための第１検出器とを具備し、
    前記第１変位変換器は前記運動体の前記第１方向の変位ΔＤ１を前記第１測定光線の経路差ΔＰ１に変換させることを特徴とする請求項１１に記載の変位干渉計システム。
13. 前記第２変位干渉計は、
    前記光線を第２基準光線と前記第２方向に進行する第２測定光線とに分ける第２光分配器と、
    前記第２基準光線の進行方向を変更するための第２基準ミラーと、
    前記第２測定光線の進行方向を変更するための第２変位変換器と、
    前記方向変更された第２基準光線と第２測定光線を測定するための第２検出器とを具備し、
    前記運動体の第２方向の変位は前記第２測定光線の経路長さの変化の半分であることを特徴とする請求項１２に記載の変位干渉計システム。
14. 前記第１光分配器、前記第１基準ミラー及び前記第１変位変換器は前記運動体に固定されて、前記運動体とともに運動することを特徴とする請求項１２に記載の変位干渉計システム。
15. 前記第１光分配器、前記第１検出器及び前記第１基準ミラーは前記光源に対して固定された位置に配置され、
    前記第１変位変換器は前記運動体に固定されて前記運動体とともに運動することを特徴とする請求項１２に記載の変位干渉計システム。
16. 前記第２光分配器、前記第２検出器及び前記第２基準ミラーは前記光源に対して固定された位置に配置され、
    前記第２変位変換器は前記運動体に固定されて前記運動体とともに運動することを特徴とする請求項１３に記載の変位干渉計システム。
17. 前記第１変位変換器は、
    透過型回折格子と、
    前記透過型回折格子に対して所定の第１勾配角β１を形成し、前記透過型回折格子から離隔されて配置される変位ミラーとを具備し、
    前記透過型回折格子及び前記変位ミラーは前記第１測定光線の経路差ΔＰ１、前記第１勾配角β１及び前記第１方向の変位ΔＤ１の間にΔＰ１＝２・ΔＤ１・ｓｉｎβ１の関係が成り立つように配置されることを特徴とする請求項１２に記載の変位干渉計システム。
18. 前記透過型回折格子は前記第１測定光線の進行方向に垂直に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の変位干渉計システム。
19. 前記透過型回折格子を構成する格子パターンのピッチがｄであり、
    前記透過型回折格子の法線に対する前記測定光線の進行方向がなす角度がαであり、
    前記光線の波長がλである場合、
    前記透過型回折格子の法線に対する前記変位ミラーの勾配角β１はａｒｃｓｉｎ（λ／ｄ ― ｓｉｎα）であることを特徴とする請求項１７に記載の変位干渉計システム。
20. 前記第１変位変換器は前記第１測定光線の進行方向に対して所定の第１勾配角β１を形成しながら配置される反射型回折格子を具備し、
    前記反射型回折格子は前記第１測定光線の経路差ΔＰ１、前記第１勾配角β１及び前記第１方向の変位ΔＤ１の間にΔＰ１＝２・ΔＤ１・ｔａｎβ１の関係が成り立つように配置されることを特徴とする請求項１２に記載の変位干渉計システム。
21. 前記反射型回折格子を構成する格子パターンのピッチがｄであり、
    前記光線の波長がλである場合、
    前記測定光線の進行方向に対する前記反射型回折格子の勾配角βはａｒｃｓｉｎ（λ／ｄ）であることを特徴とする請求項２０に記載の変位干渉計システム。
22. 前記光線は単一周波数レーザー、二重周波数レーザー、多重周波数レーザー、ラムレーザー、ゼーマンレーザー、インバートラムレーザー及びスペクトラル光線のうちの一つであることを特徴とする請求項１１に記載の変位干渉計システム。
23. 前記第１方向と前記第２方向は互いに直交することを特徴とする請求項１１に記載の変位干渉計システム。
24. 前記運動体の第３方向の位置を測定するため、前記光線を利用する第３変位干渉計をさらに具備し、
    前記第３変位干渉計は、
    前記光線を第３基準光線と前記第２方向に進行する第２測定光線に分ける第３光分配器と、
    前記第３基準光線の進行方向を変更するための第３基準ミラーと、
    前記第３測定光線の進行方向を変更するための第３変位変換器と、
    前記方向変更された第３基準光線と第３測定光線を測定するための第３検出器とを具備し、
    前記第３変位変換器は前記運動体の前記第３方向の変位ΔＤ３を前記第３測定光線の経路差ΔＰ３に変換させることを特徴とする請求項１１に記載の変位干渉計システム。
25. 前記第３光分配器、前記第３基準ミラー及び前記第３変位変換器は前記運動体に固定されて、前記運動体とともに運動することを特徴とする請求項２４に記載の変位干渉計システム。
26. 前記第３光分配器、前記第３検出器及び前記第３基準ミラーは前記光源に対して固定された位置に配置され、
    前記第３変位変換器は前記運動体に固定されて前記運動体とともに運動することを特徴とすることを特徴とする２４に記載の変位干渉計システム。
27. 前記第３変位変換器は、
    透過型回折格子と、
    前記透過型回折格子に対して所定の第２勾配角β２を形成し、前記透過型回折格子から離隔されるように配置される変位ミラーとを具備し、
    前記透過型回折格子及び前記変位ミラーは前記第３測定光線の経路差ΔＰ３、前記第２勾配角β２及び前記第３方向の変位ΔＤ３の間にΔＰ３＝２・ΔＤ３・ｓｉｎβ２の関係が成り立つように配置されることを特徴とする請求項２４に記載の変位干渉計システム。
28. 前記透過型回折格子を構成する格子パターンのピッチがｄであり、
    前記透過型回折格子の法線に対する前記測定光線の進行方向がなす角度がαであり、
    前記光線の波長がλである場合、
    前記透過型回折格子の法線に対する前記変位ミラーの第２勾配角β２はａｒｃｓｉｎ（λ／ｄ ― ｓｉｎα）であることを特徴とする請求項２７に記載の変位干渉計システム。
29. 前記透過型回折格子は前記第３測定光線の進行方向に垂直に配置されることを特徴とする請求項２７に記載の変位干渉計システム。
30. 前記第３変位変換器は前記第３測定光線の進行方向に対して所定の第２勾配角β２を形成しながら配置される反射型回折格子を具備し、
    前記反射型回折格子は前記第３測定光線の経路差ΔＰ３、前記第２勾配角β及び前記第３方向の変位ΔＤ３の間にΔＰ３＝２・ΔＤ３・ｔａｎβ２の関係が成り立つように配置されることを特徴とする請求項２４に記載の変位干渉計システム。
31. 前記反射型回折格子を構成する格子パターンのピッチがｄであり、
    前記光線の波長がλである場合、
    前記測定光線の進行方向に対する前記反射型回折格子の第２勾配角β２はａｒｃｓｉｎ（λ／ｄ）であることを特徴とする請求項３０に記載の変位干渉計システム。
32. 光線を発生させる光源と、
    前記光源に対してｙ方向に運動することができるレティクルステージと、
    前記レティクルステージのｘ方向変位を測定するため、前記光線を利用する第１変位干渉計と、
    前記レティクルステージのｙ方向変位を測定するため、前記光線を利用する第２変位干渉計とを具備し、
    前記第１変位干渉計は前記レティクルステージのｘ方向変位をｙ方向で前記第１変位干渉計に入射される光線の経路差に変換させる第１変位変換器を具備することを特徴とするスキャン型露光装置。
33. 前記第１変位干渉計は
    前記光線をｘ方向に進行する第１測定光線とｙ方向に進行する第１基準光線とに分ける第１光分配器と、
    前記第１基準光線の進行方向を変更するための第１基準ミラーと、
    前記第１測定光線の進行方向を変更するための前記第１変位変換器と、
    前記方向変更された第１基準光線と第１測定光線を測定するための第１検出器とを具備し、
    前記第１変位変換器は前記レティクルステージのｘ方向の変位ΔＤｘを前記第１測定光線の経路差ΔＰに変換させることを特徴とする請求項３２に記載のスキャン型露光装置。
34. 前記第２変位干渉計は、
    前記光線をｘ方向に進行する第２測定光線とｙ方向に進行する第２基準光線とに分ける第２光分配器と、
    前記第２基準光線の進行方向を変更するための第２基準ミラーと、
    前記第２測定光線の進行方向を変更するための第２測定ミラーと、
    前記方向変更された第２基準光線と第２測定光線を測定するための第２検出器とを具備し、
    前記レティクルステージのｙ方向変位は前記第２測定光線の経路長さの変化の半分であることを特徴とする請求項３３に記載のスキャン型露光装置。
35. 前記第１光分配器、前記第１基準ミラー及び前記第１変位変換器は前記レティクルステージに固定されて、前記レティクルステージとともに運動することを特徴とする請求項３３に記載のスキャン型露光装置。
36. 前記第１光分配器、前記第１検出器及び前記第１基準ミラーは前記光源に対して固定された位置に配置され、
    前記第１変位変換器は前記レティクルステージに固定されて前記レティクルステージとともに運動することを特徴とする請求項３３に記載のスキャン型露光装置。
37. 前記第２光分配器、前記第２検出器及び前記第２基準ミラーは前記光源に対して固定された位置に配置され、
    前記第２測定ミラーは前記レティクルステージに固定されて前記レティクルステージとともに運動することを特徴とする請求項３４に記載のスキャン型露光装置。
38. 前記第１変位変換器は、
    透過型回折格子と、
    前記透過型回折格子に対して所定の勾配角βを形成し、前記透過型回折格子から離隔されて配置される変位ミラーとを具備し、
    前記透過型回折格子及び前記変位ミラーは前記第１測定光線の経路差ΔＰ、前記勾配角β及び前記レティクルステージのｘ方向変位ΔＤｘの間にΔＰ＝２・ΔＤｘ・ｓｉｎβの関係が成り立つように配置されることを特徴とする請求項３３に記載のスキャン型露光装置。
39. 前記透過型回折格子を構成する格子柄のピッチがｄであり、
    前記透過型回折格子の法線に対する前記測定光線の進行方向が成す角度がαであり、
    前記光線の波長がλである場合、
    前記透過型回折格子の法線に対する前記変位ミラーの勾配角βはａｒｃｓｉｎ（λ/ｄ ― ｓｉｎα）であることを特徴とする請求項３８に記載のスキャン型露光装置。
40. 前記透過型回折格子は前記第１測定光線の進行方向に垂直に配置されることを特徴とする請求項３８に記載のスキャン型露光装置。
41. 前記第１変位変換器は前記第１測定光線の進行方向に対して所定の勾配角βを形成しながら配置される反射型回折格子を具備し、
    前記反射型回折格子は前記第１測定光線の経路差ΔＰ、前記勾配角β及び前記レティクルステージのｘ方向変位ΔＤｘの間にΔＰ＝２・ΔＤｘ・ｔａｎβの関係が成り立つように配置されることを特徴とする請求項３３に記載のスキャン型露光装置。
42. 前記反射型回折格子を構成する格子パターンのピッチがｄであり、
    前記光線の波長がλである場合、
    前記測定光線の進行方向に対する前記反射型回折格子の勾配角βがａｒｃｓｉｎ（λ／ｄ）であることを特徴とする請求項４１に記載のスキャン型露光装置。
43. 前記光線は単一周波数レーザー、二重周波数レーザー、多重周波数レーザー、ラムレーザー、ゼーマンレーザー、インバートラムレーザー及びスペクトラル光線のうちの一つであることを特徴とする請求項３２に記載のスキャン型露光装置。
44. 前記レティクルステージの下に配置されるレンズシステムと、
    前記レンズシステムの下に配置されるウェーハステージと、
    前記レティクルステージ及び前記レンズシステムを通過する露光光線を発生させる露光光源とをさらに具備することを特徴とする請求項３２に記載のスキャン型露光装置。
45. 光線を発生させる光源と、
    前記光源に対して運動することができる運動体と、
    前記光線を第１基準光線と第２方向に進行する第１測定光線とに分ける第１光分配器と、前記第１基準光線の進行方向を変更するための第１基準ミラーと、前記第１測定光線の進行方向を変更し、前記運動体の前記第１方向の変位ΔＤ１を前記第１測定光線の経路差ΔＰ１に変換させる第１変位変換器と、前記方向変更された第１基準光線と第１測定光線を測定するための第１検出器とを具備する第１変位干渉計と、
    前記光線を第２基準光線と前記第２方向に進行する第２測定光線とに分ける第２光分配器と、前記第２基準光線の進行方向を変更するための第２基準ミラーと、前記第２測定光線の進行方向を変更するための第２変位変換器と、前記方向変更された第２基準光線と第２測定光線を測定するための第２検出器とを具備する第２変位干渉計と、
    前記第１及び第２変位干渉計で測定された結果を利用して、前記運動体の第１方向変位及び第２方向変位を計算する制御器とを具備し、
    前記第１光分配器、前記第１検出器及び前記第１基準ミラーは前記光源に対して固定された位置に設けられ、前記第１変位変換器は前記運動体に固定された位置に設けられ、
    前記制御器は前記第１変位干渉計で測定された結果を利用して計算された変位から前記第２変位干渉計で測定された結果を利用して計算された変位を引く過程を通じて前記運動体の実際第１方向変位を決めることを特徴とする変位干渉計システム。
46. 前記第２光分配器、前記第２検出器及び前記第２基準ミラーは前記光源に対して固定された位置に配置され、
    前記第２変位変換器は前記運動体に固定されて前記運動体とともに運動することを特徴とする請求項４５に記載の変位干渉計システム。
47. 前記第１変位変換器は、
    透過型回折格子と、
    前記透過型回折格子に対して所定の勾配角βを形成し、前記透過型回折格子から離隔されるように配置される変位ミラーとを具備し、
    前記透過型回折格子及び前記変位ミラーは前記第１測定光線の経路差ΔＰ、前記勾配角β及び前記運動体の第１方向変位ΔＤ１の間にΔＰ＝２・ΔＤ１・ｓｉｎβの関係が成り立つように配置されることを特徴とする請求項４５に記載の変位干渉計システム。
48. 前記透過型回折格子は前記第１測定光線の進行方向に垂直に配置されることを特徴とする請求項４７に記載の変位干渉計システム。
49. 前記透過型回折格子を構成する格子パターンのピッチがｄであり、
    前記透過型回折格子の法線に対する前記測定光線の進行方向がなす角度がαであり、
    前記光線の波長がλである場合、
    前記透過型回折格子の法線に対する前記変位ミラーの勾配角βがａｒｃｓｉｎ（λ／ｄ −ｓｉｎα）であることを特徴とする請求項４７に記載の変位干渉計システム。
50. 前記第１変位変換器は前記第１測定光線の進行方向に対して所定の勾配角βを形成しながら配置される反射型回折格子を具備し、
    前記反射型回折格子は前記第１測定光線の経路差ΔＰ、前記勾配角β及び前記運動体の第１方向変位ΔＤ１の間にΔＰ＝２・ΔＤ１・ｔａｎβの関係が成り立つように配置されることを特徴とする請求項４５に記載の変位干渉計システム。
51. 前記反射型回折格子を構成する格子パターンのピッチがｄであり、
    前記光線の波長がλである場合、
    前記測定光線の進行方向に対する前記反射型回折格子の勾配角βがａｒｃｓｉｎ（λ／ｄ）であることを特徴とする請求項５０に記載の変位干渉計システム。
52. 前記第１方向と前記第２方向は互いに直交することを特徴とする請求項４５に記載の変位干渉計システム。
    

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