JP2007064972A - 座標測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ビームの波長の変化に対する環境パラメータの影響がさらに最小化される参照ビーム干渉計を提供する。
【解決手段】本発明は可動ステージの位置を決定するための参照ビーム干渉計に関し、真空にされた管が２つの干渉計レッグの長い方に挿入される。管はウィンドウで閉じられる。ウィンドウは負の熱膨張率を有し、熱放射を反射するコーティングを有する。さらに、熱補償プレートが２つのビーム経路の短い方に挿入される。
【選択図】図１

Description

本発明は、可動ステージの位置を決定する座標測定装置に関する。位置決定は干渉計により実行され、測定の様々な経路長さと干渉計の基準ビーム経路とは、光を伝達する、閉じた、圧縮できないボディにより補償される。

参照ビーム干渉計は高精度の距離・位置測定に使用され、例えばマスクの基本的構成要素及び半導体工場のウェーハ測定装置である。最新の高集積回路の構造を測定するために、これら装置は数ナノメートルの範囲の精度を有する。

高精度の干渉計測定では、測定ビーム経路内の移動可能な測定対象物上の測定ミラーと参照ビーム経路内の固定された参照ミラーとの相対経路差が測定される。このために、ミラーに戻るビームが重なり、測定対象物が移動すると光の位相がどのように変化するか干渉を介して決定される。これより、光ビームの波長は測定の基礎であり、相対的な波長の差が「波長」を用いて１単位として示される。光ビームの波長の長さの値は、光ビームが通過した媒体の屈折率の関数である。これは、温度、気圧及び湿度のゆっくりした又は急な変化又は空気組成の変化のために変化する。

一般的な測定装置を用いた測定の再現性に関する要件は現在５ｎｍの範囲である。これが、前記の因子の最小の変化でも測定精度に重大な影響を与える理由である。ゆえに、測定精度を増すために、前記の因子が影響を与える程度を減少させる必要がある。よって高精度距離測定のために、測定装置は温度と湿度が一定に保たれる気候室で操作される。温度と湿度の制御精度にはある技術的限界がある。特に測定対象物を容易かつ迅速に交換する必要があるので、合理的な努力で密閉して空気を通さない、特に圧力シールされた室を作ることも実質的に不可能である。

特許文献１は干渉計位置測定の原理を説明する。測定精度を増加させるために、測定及び参照ビーム経路が両端で開いた管内で閉じられ、そこに温度安定化空気が所定の方法で吹き込まれる。特許文献２から、可動ステージの位置を決定するための一般の参照ビーム干渉計が知られている。この２ビーム干渉計では、光伝達するための閉じた圧縮できないボディを２つの干渉計ビーム経路の長い方に導入することで、環境パラメータに基づく波長変化の効果は減少し、それで参照ビーム経路の部分とボディの外側に延びる測定ビーム経路は、可動測定ミラーのある位置において同じ長さを有する。このようにして、環境因子が基本的に参照及び測定ビーム経路に対して同じ効果を有し、実質的に互いを打ち消す。

現在の技術の欠点は、もはや測定の精度に関してより厳しい要件を満たすことができない事実にある。

ＵＳ５４６９２６０ ＤＥ１９６２８９６９Ｃ１

ゆえに、本発明の目的は、光ビームの波長の変化に対する環境パラメータの影響がさらに最小化される参照ビーム干渉計を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の装置及び請求項１２，１３及び１４に記載の装置により達成される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載される。

本発明は、参照ビーム経路と測定ビーム経路の長さの差のために、距離決定の残り補正誤差が環境パラメータの変化により生じる波長の変化によって実質的に決定されることに基づく。

ゆえに、波長の変化による距離決定の誤差を最小化するために、参照ビーム経路と測定ビーム経路との経路長さの差ができるだけ小さく維持されなければならない。

本発明によれば、ビーム経路における測定ミラーと参照ミラーの位置決めによる静的経路長さの差はウィンドウ（窓）を具備した真空にされた管により取り除かれる。このようにして、管内に延びるビームは環境影響から完全に保護される。真空管内のビーム経路の部分は、温度が僅かに変化するときでも一定の経路長さの距離であり、波長補正からの誤差に影響されない。

管の内圧はセンサーで監視され、管はセンサーで駆動する真空ポンプに接続すると好ましい。このようにして真空の質は連続的に監視され、真空圧力は必要ならば再調節される。

管は、鋼のそれと同じかそれより小さい膨張係数、特にガラスのそれと同じかそれより小さい膨張係数を有すると好適である。これは、管内の一定経路長さの経路の長さが温度変化に実質的に影響されないことを保証する。

管は内径の１０％、特に２０％、特に５０％、特に１００％、特に２００％、特に５００％、特に１０００％より大きい壁厚を有すると有利である。この構造により、一方で周囲圧力の変化及び周囲温度の変化が管の内部への影響から実質的に保護されることが保証される。他方で、増加した熱容量のために、管は急な温度変動により影響されない。これは、管の長さの膨張にも当てはまる。

管は外側に断熱材を有すると有利である。これは、温度変化による影響が管の内部からより効果的に遠ざけられる点で有利である。

管は、アルミニウムの熱伝導度（１６０Ｗ／ｍＫ）、特に鋼の熱伝導度（５０Ｗ／ｍＫ）、特にガラスの熱伝導度（１Ｗ／ｍＫ）と同じ又は小さい特定の熱伝導度を有する材料であると有利である。これは、周囲温度の変化が管の内部からより効果的に遠ざけられることを保証する。

本発明によれば、初めに述べた目的は一般の参照ビーム干渉計において、ウィンドウが負の熱膨張率を有することで解決される。例えば、対応するウィンドウはＮＬＡＫ２１絶縁材料を有する。負の熱膨張率を有するウィンドウはビーム経路への影響により管の膨張を打ち消す。

さらに、初めに述べた目的は本発明により一般の参照ビーム干渉計において、ウィンドウが熱放射を反射するコーティングを有する点で解決される。結局、熱放射が管の内部に入り、それを波長変動をもたらす温度変動の影響に晒すことが避けられる。

本発明により、最初に述べた目的はさらに一般の参照ビーム干渉計において、光伝達ウィンドウのそれと全体で同じ温度及び光路依存性を有する１つ又は複数の熱補償プレートが短い方のビーム経路に挿入されることで解決される。この配置により、２つの干渉計ビームの経路長さ変化の温度依存性が管ウィンドウにより補償される。

１つ又は複数の熱補償プレートがウィンドウと同じ材料であり、合わせた２つのウィンドウ全体と同じ厚さを有すると有利である。補償プレートを管ウィンドウの形状と数において同一にすることで、管ウィンドウの、温度に誘発された経路長さ変化への影響はほとんど完全に削除される。

１つ又は複数の熱補償プレートが合わせた２つのウィンドウより僅かに小さい全体厚さを有すると特に有利である。特にそれらは、合わせた２つのウィンドウより薄い管の長さの１０００分の１、特に５００分の１、特に２５０分の１までである。この構成により、管の長さの温度依存性が基本的に補償される。

本発明を実施例の概略図に関連して以下により詳細に説明する。図を通して同じ参照番号は同じ要素を示す。

図１は、参照ビーム経路３３と測定ビーム経路２３と共に参照ビーム干渉計１０を備えた座標測定装置を示す。測定ビーム２３は、可動ステージ２０に取り付けられた測定ミラー２２に衝突する。ステージ２０は固定ベース２１に対して移動可能であり、測定対象物（図示せず）を担持する。参照ビーム３３は固定レンズアセンブリ３０に取り付けられた参照ミラー３２に衝突する。レンズアセンブリ３０は、可動ステージ上に位置した測定対象物上の測定ポイントにフォーカスされる。測定過程では、可動ステージ上の測定対象物は可動ステージにより十分に動かされ、それでレンズアセンブリは別な測定ポイントにフォーカスする。２つの測定ポイントの距離は、レンズアセンブリに対する可動ステージの距離の変化として参照ビーム干渉計で測定される。参照ビーム干渉計１０は干渉計の信号を評価する位置決定手段１１に連結する。図示した場合では、参照ビーム３３は測定ビーム２３より長い。よって、参照ビームは測定ビームよりも波長の変化によってより強く影響される。このより強い影響を補償するために、ビーム経路補償が管４０の形状で参照ビーム３３に挿入される。管４０の外側に延びる参照ビーム３３の部分は、可動ステージ２０の仮定された中央位置のための測定ビーム２３とほぼ同じ長さを有する。管４０は光伝達ウィンドウにより閉じられ、真空にされる。管内の真空は管内の圧力センサー５０、制御ユニット５１及び真空ポンプ５２により一定に保たれる。管を閉じるウィンドウと基本的に同一である補償プレート６０が測定ビーム２３に挿入される。従って、参照ビームの経路長さ変化に対する管ウィンドウの温度影響が補償される。

図２は管４０の断面図を示す。管は管壁４２と真空４１を取り囲むためのウィンドウ４３とからなる。ウィンドウはその外側に熱放射に抗して断熱されたコーティング４４を具備する。さらに、ウィンドウは測定ビームのために内側及び外側に反射防止コーティング（図示せず）を具備する。管４２は断熱材４５で囲まれている。

ビーム経路補償を備えた干渉計を示す。 ビーム経路補償のための本発明に従う管を示す。

符号の説明

１０ 参照ビーム干渉計
１１ 位置決定手段
２０ 可動ステージ
２１ 固定ベース
２２ 測定ミラー
２３ 測定ビーム
３０ レンズアセンブリ
３２ 参照ミラー
３３ 参照ビーム
４０ 管
４１ 真空
４２ 管壁
４３ ウィンドウ
４４ コーティング
４５ 断熱材
５０ 圧力センサー
５１ 制御ユニット
５２ 真空ポンプ

Claims (16)

1. 可動ステージの位置を決定する参照ビーム干渉計にして、
   可動ステージと、可動ステージ上に設けられた測定ミラーと、測定ミラーに指向した測定ビーム経路を有する平行方向の固定された参照ミラーと、参照ミラーに指向した参照ビーム経路と、参照ビーム干渉計で発生した測定信号から可動ステージの位置を決定する手段と、２つのビーム経路の長い方に挿入された、端部に光伝達ウィンドウを有する、光を伝達する、閉じた、圧縮できない管とを有し、
   測定ミラーはステージの可動方向と垂直なミラー面を有し、
   管の外側に延びるビーム経路の部分が可動ステージの所定の位置において長さが等しくなる参照ビーム干渉計において、
   管が真空にされることを特徴とする参照ビーム干渉計。
2. 管の内圧がセンサーで監視され、管がセンサーで駆動する真空ポンプに連結していることを特徴とする請求項１に記載の参照ビーム干渉計。
3. 管が、鋼のそれより小さい膨張率、特にガラスのそれより小さい膨張率を有することを特徴とする請求項１に記載の参照ビーム干渉計。
4. 管が、内径の１０％、特に２０％、特に５０％、特に１００％、特に２００％、特に５００％、特に１０００％より大きい壁厚を有することを特徴とする請求項１に記載の参照ビーム干渉計。
5. 管が外側に断熱材を有することを特徴とする請求項１に記載の参照ビーム干渉計。
6. 管が、１６０Ｗ／ｍＫ（アルミニウム）、特に５０Ｗ／ｍＫ（鋼）、特に１Ｗ／ｍＫ（ガラス）の熱伝導度と等しい又はそれより小さい特定の熱伝導度を有する材料であることを特徴とする請求項１に記載の参照ビーム干渉計。
7. 光伝達ウィンドウが負の熱膨張率を有することを特徴とする請求項１に記載の参照ビーム干渉計。
8. 光伝達ウィンドウが熱放射を反射するコーティングを有することを特徴とする請求項７に記載の参照ビーム干渉計。
9. 光伝達ウィンドウのそれと全体で実質的に同じ温度及び光路依存性を有する１つ又は複数の熱補償プレートが、短い方のビーム経路に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の参照ビーム干渉計。
10. １つ又は複数の熱補償プレートが光伝達ウィンドウと同じ材料であり、合わせた２つの光伝達ウィンドウのそれと全体で同じ厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の参照ビーム干渉計。
11. １つ又は複数の熱補償プレートが合わせた２つの光伝達ウィンドウより全体として僅かに薄く、特に管の長さの１０００分の１、特に管の長さの５００分の１、特に管の長さの２５０分の１までであることを特徴とする請求項１に記載の参照ビーム干渉計。
12. 可動ステージの位置を決定する参照ビーム干渉計において、
    可動ステージと、可動ステージ上に設けられた測定ミラーと、測定ミラーに指向した測定ビーム経路を有する平行方向の固定された参照ミラーと、参照ミラーに指向した参照ビーム経路と、参照ビーム干渉計で発生した測定信号から可動ステージの位置を決定する手段と、２つのビーム経路の長い方に挿入された、端部に光伝達ウィンドウを有する、光を伝達する、閉じた、圧縮できない管とを有し、
    測定ミラーはステージの可動方向と垂直なミラー面を有し、
    管の外側に延びるビーム経路の部分は可動ステージの所定の位置で長さが等しくなり、
    光伝達ウィンドウは負の熱膨張率を有する
    参照ビーム干渉計。
13. 可動ステージの位置を決定する参照ビーム干渉計において、
    可動ステージと、可動ステージ上に設けられた測定ミラーと、測定ミラーに指向した測定ビーム経路を有する平行方向の固定された参照ミラーと、参照ミラーに指向した参照ビーム経路と、参照ビーム干渉計で発生した測定信号から可動ステージの位置を決定する手段と、２つのビーム経路の長い方に挿入された、端部に光伝達ウィンドウを有する、光を伝達する、閉じた、圧縮できない管とを有し、
    測定ミラーはステージの可動方向と垂直なミラー面を有し、
    管の外側に延びるビーム経路の部分は可動ステージの所定の位置で長さが等しくなり、
    光伝達ウィンドウは熱放射を反射するためのコーティングを有する
    参照ビーム干渉計。
14. 可動ステージの位置を決定する参照ビーム干渉計にして、
    可動ステージと、可動ステージ上に設けられた測定ミラーと、測定ミラーに指向した測定ビーム経路を有する平行方向の固定された参照ミラーと、参照ミラーに指向した参照ビーム経路と、参照ビーム干渉計で発生した測定信号から可動ステージの位置を決定する手段と、２つのビーム経路の長い方に挿入された、端部に光伝達ウィンドウを有する、光を伝達する、閉じた、圧縮できない管とを有し、
    測定ミラーはステージの可動方向と垂直なミラー面を有し、
    管の外側に延びるビーム経路の部分は可動ステージの所定の位置で長さが等しくなる参照ビーム干渉計において、
    光伝達ウィンドウのそれと全体で同じ温度及び光路依存性を有する１つ又は複数の熱補償プレートが、２つのビーム部分の短い方に挿入されることを特徴とする参照ビーム干渉計。
15. １つ又は複数の熱補償プレートが光伝達ウィンドウと同じ材料であり、合わせた２つの光伝達ウィンドウのそれと同じ全体厚さを有することを特徴とする請求項１４に記載の参照ビーム干渉計。
16. １つ又は複数の熱補償プレートが合わせた２つの光伝達ウィンドウより全体として僅かに薄く、特に管の長さの１０００分の１、特に管の長さの５００分の１、特に管の長さの２５０分の１までであることを特徴とする請求項１５に記載の参照ビーム干渉計。

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