JP2013101084A - Position detection method and device, encoder device and exposure device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、相対移動する部材間の相対位置を検出する位置検出技術、それらの部材間の相対移動量を計測するエンコーダ装置、エンコーダ装置を備えた露光装置、及び露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。 The present invention relates to a position detection technique for detecting a relative position between members that move relative to each other, an encoder apparatus that measures a relative movement amount between these members, an exposure apparatus that includes the encoder apparatus, and a device manufacturing method that uses the exposure apparatus About.
半導体素子等の電子デバイス(マイクロデバイス)を生産するためのフォトリソグラフィ工程で用いられる、いわゆるステッパー又はスキャニングステッパーなどの露光装置においては、従来、露光対象の基板を移動するステージの位置計測はレーザ干渉計によって行われていた。ところが、レーザ干渉計では、計測用ビームの光路が長く、かつ変化するため、その光路上の雰囲気の温度揺らぎに起因する計測値の短期的な変動が無視できなくなりつつある。 In an exposure apparatus such as a so-called stepper or scanning stepper used in a photolithography process for producing an electronic device (microdevice) such as a semiconductor element, conventionally, the position measurement of a stage that moves a substrate to be exposed is laser interference. It was done by the total. However, in the laser interferometer, since the optical path of the measurement beam is long and changes, short-term fluctuations in measured values due to temperature fluctuations in the atmosphere on the optical path are becoming difficult to ignore.
そこで、例えばステージに固定された回折格子にレーザ光よりなる計測光を照射し、回折格子から発生する回折光と他の回折光又は参照光との干渉光を光電変換して得られる検出信号から、その回折格子が設けられた部材(ステージ等)の相対移動量を計測する、いわゆるエンコーダ装置(干渉型エンコーダ)も使用されつつある(例えば特許文献1参照)。このエンコーダ装置は、レーザ干渉計に比べて計測値の短期的安定性に優れるとともに、レーザ干渉計に近い分解能が得られるようになっている。 Therefore, for example, from a detection signal obtained by irradiating the diffraction grating fixed to the stage with measurement light made of laser light and photoelectrically converting interference light between the diffracted light generated from the diffraction grating and other diffracted light or reference light A so-called encoder device (interference encoder) that measures the relative movement amount of a member (such as a stage) provided with the diffraction grating is also being used (see, for example, Patent Document 1). This encoder device is excellent in short-term stability of measurement values as compared with a laser interferometer, and can obtain a resolution close to that of a laser interferometer.
従来のエンコーダ装置は、回折格子の周期方向及び回折格子の格子パターン面の法線方向に関して、所定の距離又はこの整数分の1を単位として相対移動量を計測可能である。すなわち、その回折格子が設けられた部材の検出部が設けられた部材に対する格子パターン面の法線方向の相対位置は、その所定の距離の範囲内では絶対位置として計測可能であるが、その所定の距離を超える範囲では絶対位置として計測することはできなった。そのため、例えば電源オンにした直後に、その2つの部材の格子パターン面の法線方向の相対位置を予め定められた初期位置等からの絶対位置として設定することができないため、絶対位置として設定するためには例えばリミットスイッチのような絶対位置を検出する装置が別途必要であった。 The conventional encoder device can measure the relative movement amount in units of a predetermined distance or a fraction of this integer with respect to the periodic direction of the diffraction grating and the normal direction of the grating pattern surface of the diffraction grating. That is, the relative position in the normal direction of the grating pattern surface with respect to the member provided with the detection unit of the member provided with the diffraction grating can be measured as an absolute position within the predetermined distance range. It was not possible to measure as an absolute position in the range exceeding the distance of. For this reason, for example, immediately after the power is turned on, the relative position in the normal direction of the lattice pattern surface of the two members cannot be set as an absolute position from a predetermined initial position or the like. For this purpose, a device for detecting an absolute position such as a limit switch is required separately.
本発明の態様は、このような課題に鑑み、回折格子を用いて計測を行う際に、相対移動量を計測する際に絶対位置を計測できる範囲を超えて、回折格子の格子パターン面の法線方向の絶対位置を検出することを目的とする。 In view of such a problem, the aspect of the present invention is a method of the grating pattern surface of the diffraction grating that exceeds the range where the absolute position can be measured when measuring the relative movement amount when measuring using the diffraction grating. The purpose is to detect the absolute position in the line direction.
本発明の第1の態様によれば、第1部材に対して相対移動する第2部材の相対位置を検出する位置検出装置が提供される。この位置検出装置は、その第1部材及びその第2部材の一方に設けられ、少なくとも第1方向を周期方向とする格子パターンを有する反射型の回折格子と、第1計測光をその回折格子の格子パターン面にその第1方向に関して第1の入射角で入射させ、その回折格子からの第1回折光と第1参照光との第1干渉光を検出する第1干渉計と、第2計測光をその回折格子の格子パターン面にその第1方向に関して第2の入射角で入射させ、その回折格子からの第2回折光と第2参照光との第2干渉光を検出する第2干渉計と、その第1干渉光の検出信号及びその第2干渉光の検出信号からその第1部材とその第2部材とのその格子パターン面の法線方向の第1相対位置を求める第1検出部と、を備え、その第1計測光の波長とその第2計測光の波長、及びその第1の入射角とその第2の入射角の少なくとも一方が異なるものである。 According to the first aspect of the present invention, a position detection device is provided that detects the relative position of the second member that moves relative to the first member. The position detection device is provided on one of the first member and the second member, and has a reflection type diffraction grating having a grating pattern having at least a first direction as a periodic direction, and first measurement light from the diffraction grating. A first interferometer that is incident on the grating pattern surface at a first incident angle in the first direction and detects the first interference light of the first diffracted light and the first reference light from the diffraction grating; and a second measurement A second interference for detecting the second interference light of the second diffracted light and the second reference light from the diffraction grating by causing light to enter the grating pattern surface of the diffraction grating at a second incident angle with respect to the first direction. A first detection of a first relative position in the normal direction of the grating pattern surface of the first member and the second member from the detector, the detection signal of the first interference light, and the detection signal of the second interference light A wavelength of the first measurement light and a wave of the second measurement light , And at least one of which is different from the first incident angle and its second angle of incidence.
また、第2の態様によれば、第1部材に対して相対移動する第2部材の相対位置を検出する位置検出方法が提供される。この位置検出方法は、その第1部材及びその第2部材の一方に設けられ、少なくとも第1方向を周期方向とする格子パターンを有する反射型の回折格子の格子パターン面に第1計測光をその第1方向に関して第1の入射角で入射させ、その回折格子からの第1回折光と第1参照光との第1干渉光を検出することと、第2計測光をその回折格子の格子パターン面にその第1方向に関して第2の入射角で入射させ、その回折格子からの第2回折光と第2参照光との第2干渉光を検出することと、その第1干渉光の検出信号及びその第2干渉光の検出信号からその第1部材とその第2部材とのその格子パターン面の法線方向の第1相対位置を求めることと、を含み、その第1計測光の波長とその第2計測光の波長、及びその第1の入射角とその第2の入射角の少なくとも一方が異なるものである。 Moreover, according to the 2nd aspect, the position detection method which detects the relative position of the 2nd member which moves relatively with respect to a 1st member is provided. In this position detection method, the first measurement light is provided on the grating pattern surface of a reflection type diffraction grating provided on one of the first member and the second member and having a grating pattern having at least a first direction as a periodic direction. Incident at a first incident angle with respect to the first direction, detecting the first interference light from the first diffraction light and the first reference light from the diffraction grating, and the second measurement light to the grating pattern of the diffraction grating A first incident light incident on the surface at a second incident angle to detect second interference light between the second diffracted light and the second reference light from the diffraction grating, and a detection signal of the first interference light And determining a first relative position in the normal direction of the grating pattern surface of the first member and the second member from the detection signal of the second interference light, and the wavelength of the first measurement light, The wavelength of the second measurement light, the first incident angle, and the second At least one of the incident angle are different.
また、第3の態様によれば、第1部材に対して少なくとも相対移動する第2部材の相対移動量を計測するエンコーダ装置が提供される。このエンコーダ装置は、第1の態様による位置検出装置と、その第1干渉光の検出信号又はその第2干渉光の検出信号からその第1部材とその第2部材とのその格子パターン面の法線方向の相対移動量を計測する第3検出部と、を備え、その第3検出部は、その第1検出部で検出されるその第1相対位置を用いてその相対移動量の計測値のプリセットを行うものである。 Moreover, according to the 3rd aspect, the encoder apparatus which measures the relative movement amount of the 2nd member at least relatively moved with respect to the 1st member is provided. The encoder device includes a position detection device according to a first aspect, and a method of a lattice pattern surface of the first member and the second member from the detection signal of the first interference light or the detection signal of the second interference light. A third detection unit that measures the relative movement amount in the linear direction, and the third detection unit uses the first relative position detected by the first detection unit to measure the relative movement amount measurement value. Preset.
また、第4の態様によれば、パターンを被露光体に露光する露光装置が提供される。この露光装置は、フレームと、その被露光体を支持するとともにそのフレームに対して少なくとも第1方向に相対移動可能なステージと、その第1方向へのそのステージの相対位置又は相対移動量を計測するための第1の態様による位置検出装置又は第3の態様によるエンコーダ装置と、を備えるものである。 Moreover, according to the 4th aspect, the exposure apparatus which exposes a pattern to a to-be-exposed body is provided. The exposure apparatus measures a frame, a stage that supports the object to be exposed and is relatively movable in at least a first direction with respect to the frame, and a relative position or a relative movement amount of the stage in the first direction. And a position detecting device according to the first aspect or an encoder device according to the third aspect.
また、第5の様態によれば、リソグラフィ工程を含み、そのリソグラフィ工程では、第4の態様による露光装置を用いて物体を露光するデバイス製造方法が提供される。 According to the fifth aspect, there is provided a device manufacturing method that includes a lithography process, and in the lithography process, exposes an object using the exposure apparatus according to the fourth aspect.
本発明の態様によれば、第1計測光の波長と第2計測光の波長、及び第1の入射角と第2の入射角の少なくとも一方が異なるため、第1干渉光の検出信号から格子パターン面の法線方向の相対移動量を計測する際に絶対位置を計測できる第1長さと、第2干渉光の検出信号からその法線方向の相対移動量を計測する際に絶対位置を計測できる第2長さとは異なっている。そして、その第1及び第2干渉光の検出信号から求められるその法線方向の第1相対位置の周期は、その第1長さ及び第2長さよりも長くなる。従って、回折格子を用いて計測を行う際に、相対移動量を計測する際に絶対位置を計測できる範囲(第1長さ又は第2長さ)を超えて、第1部材と第2部材との間の回折格子の格子パターン面の法線方向の絶対位置を検出できる。 According to the aspect of the present invention, since at least one of the wavelength of the first measurement light and the wavelength of the second measurement light and the first incident angle and the second incident angle are different, the detection signal of the first interference light can be used as a grating. The first position that can measure the absolute position when measuring the relative movement amount in the normal direction of the pattern surface and the absolute position when measuring the relative movement amount in the normal direction from the detection signal of the second interference light It is different from the second length that can be made. And the period of the 1st relative position of the normal direction calculated | required from the detection signal of the 1st and 2nd interference light becomes longer than the 1st length and the 2nd length. Therefore, when measuring using the diffraction grating, the first member and the second member exceed the range (first length or second length) in which the absolute position can be measured when measuring the relative movement amount. The absolute position in the normal direction of the grating pattern surface of the diffraction grating can be detected.
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態につき図1〜図3を参照して説明する。図1は本実施形態に係るX軸及びZ軸のエンコーダ10Xの要部を示す斜視図である。図1において、一例として、第1部材6に対して第2部材7は2次元平面内で相対移動可能に配置され、第2部材7の互いに直交する相対移動可能な2つの方向に平行にX軸及びY軸を取り、X軸及びY軸によって規定される平面(XY面)に直交する軸をZ軸として説明する。本実施形態において、第1部材6と第2部材7はZ方向にも或る程度相対移動可能である。また、X軸、Y軸、及びZ軸に平行な軸の回りの角度をそれぞれθx方向、θy方向、及びθz方向の角度とも呼ぶ。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing the main part of an X-axis and Z-
図1において、エンコーダ10Xは、第1部材6の上面に固定された、XY面に平行な平板状のX軸の回折格子12Xと、第2部材7の底面に固定されて回折格子12Xに計測光を照射するX軸の第1干渉ヘッド14X(第1検出ヘッド)及び第2干渉ヘッド15X(第2検出ヘッド)と、干渉ヘッド14X,15Xに計測用のレーザ光を供給するレーザ光源16A,16Bと、第1干渉ヘッド14Xから出力される検出信号を処理して第1部材6に対する第2部材7のX方向及びZ方向の相対移動量を求める移動量検出部42Xと、2つの干渉ヘッド14X,15Xから出力される検出信号を処理して第1部材6に対する第2部材7のZ方向の絶対位置の原点を検出する原点信号演算部43Xと、を有する。移動量検出部42Xは第1演算部41A及び第2演算部41Bを有する。また、回折格子12X、2つの干渉ヘッド14X,15X、レーザ光源16A,16B、及び原点信号演算部43Xを含んで原点検出装置11Xが構成されている。従って、エンコーダ10Xは、原点検出装置11Xを含んでいる。さらに、第1部材6に対する第2部材7のY方向の相対移動量を求めるY軸のエンコーダ(不図示)も備えられている。
In FIG. 1, an encoder 10 </ b> X measures a flat plate-shaped X-axis diffraction grating 12 </ b> X parallel to the XY plane fixed to the upper surface of the
回折格子12XのXY面に平行な格子パターン面12Xbには、X方向に所定の周期(ピッチ)を持ち、位相型でかつ反射型の格子パターン12Xaが形成されている。格子パターン12Xaの周期は、一例として100nm〜4μm程度(例えば1μm周期)である。格子パターン12Xaは、例えばホログラム(例えば感光性樹脂に干渉縞を焼き付けたもの)として、又はガラス板等に機械的に溝等を形成して反射膜を被着することで作製可能である。さらに、格子パターン面12Xbは、保護用の平板ガラスで覆われていてもよい。なお、回折格子12Xの代わりに、X方向、Y方向に周期的に形成された格子パターンを持つ2次元の回折格子を使用してもよい。 On the grating pattern surface 12Xb parallel to the XY plane of the diffraction grating 12X, a phase-type and reflection-type grating pattern 12Xa having a predetermined period (pitch) in the X direction is formed. The period of the lattice pattern 12Xa is about 100 nm to 4 μm (for example, 1 μm period) as an example. The grating pattern 12Xa can be produced, for example, as a hologram (for example, an interference fringe baked on a photosensitive resin) or by mechanically forming a groove or the like on a glass plate or the like and applying a reflective film. Furthermore, the lattice pattern surface 12Xb may be covered with a protective flat glass. Instead of the diffraction grating 12X, a two-dimensional diffraction grating having a grating pattern periodically formed in the X direction and the Y direction may be used.
レーザ光源16A,16Bは、例えばHe−Neレーザ又は半導体レーザ等よりなり、一例として偏光方向(X方向及びZ方向)が互いに直交するとともに互いに周波数(波長)が異なる第1及び第2の直線偏光のレーザ光よりなる2周波ヘテロダイン光XR1,XR2を射出する。レーザ光源16A,16Bは、第1及び第2の直線偏光のレーザ光から分岐した2つの光束の干渉光を光電変換して得られる基準周波数の信号(基準信号)を移動量検出部42Xの第1演算部41A及び原点信号演算部43Xの第4演算部41Dに供給する。なお、レーザ光源16Bを省略して、レーザ光源16Aから出力されるヘテロダイン光から分岐したレーザビームを不図示の引き回し光学系を介して第2干渉ヘッド15Xに供給してもよい。さらに、ヘテロダイン干渉方式の外にホモダイン干渉方式も使用可能である。
The
レーザ光源16Aから射出されたヘテロダイン光XR1は、第1干渉ヘッド14Xのハーフミラー18Aで2分割され、一方の光束はミラー18Bで反射されて偏光ビームスプリッタ(以下、PBSという。)28に入射し、他方の光束はそのままPBS28に入射する。その2つの光束はX方向に離れてY軸に平行にPBS28に入射する。その一方の光束は、PBS28のPBS面(偏光ビームスプリッタ面)28aを透過するP偏光の第1計測光MX1とPBS面28aで反射されるS偏光の第1参照光MR1とに分割される。その他方の光束は、PBS面28aを透過するP偏光の第2計測光MX2とPBS面28aで反射されるS偏光の第2参照光MR2とに分割される。
The heterodyne light XR1 emitted from the
PBS28は第2部材7の底面に固定され、PBS28の+X方向の側面にY方向に隣接するように第1及び第2のコーナキューブ29A,29Bが固定され、PBS28の+Y方向の側面及び−X方向の側面にそれぞれ1/4波長板30A,30Bが固定されている。PBS28の−X方向の側面に対向するように、第2部材7下に、ZY面に平行な反射面を持つミラー35が固定されている。また、PBS28の+Y方向側に第2部材7によって支持されるように、第1計測光MX1用の第1の傾斜ミラー32X、及び第2計測光MX2用の第2の傾斜ミラー34Xが配置されている。ハーフミラー18A、ミラー18B、PBS28、コーナキューブ29A,29B、1/4波長板30A,30B、ミラー35、及び傾斜ミラー32X,34Xを含んで第1干渉ヘッド14Xが構成されている。また、第1干渉ヘッド14Xは、PBS28の−Y方向に配置された2つの偏光板39A,39Bと、偏光板39A,39Bを通過した干渉光を受光するフォトダイオード等の光電センサ40XA,40XBとを有する。
The
第1干渉ヘッド14Xにおいて、PBS28のPBS面28aを透過した計測光MX1,MX2は、それぞれ1/4波長板30Aを介して傾斜ミラー32X,34Xの平面の反射面に入射する。それらの反射面で反射された計測光MX1,MX2は、格子パターン面12Xb上のX方向に離れた照射位置に交差するように入射する。
図2(B)は図1中の傾斜ミラー32X,34Xの反射面等を示す図である。図2(B)において、傾斜ミラー32Xの反射面に入射した計測光MX1は、その反射面で反射されて、回折格子12Xの格子パターン面12Xbに、θy方向(X方向)の入射角が、次のように格子パターン12Xaに対する+1次回折光のリトロー角(Littrow角)φLIとなって入射する。
In the
FIG. 2B is a diagram showing the reflecting surfaces of the
+1次回折光のリトロー角φLIは、入射する計測光MX1と、この計測光MX1による回折格子12Xからの+1次回折光DX1とが平行になるときの計測光MX1の入射角である。なお、図2(B)では、分かり易いように、計測光MX1等と回折光DX1等とは僅かに角度を変えて示している。格子パターン12XaのX方向の周期をp、計測光MX1の波長をλとすると、リトロー角φLIは次の関係を満たす。
The Littrow angle φLI of the + 1st order diffracted light is an incident angle of the measurement light MX1 when the incident measurement light MX1 is parallel to the + 1st order diffracted light DX1 from the
2p・sin φLI=λ …(1)
一例として、回折格子12Xの周期pを1000nm、計測光MX1の波長λを633nmとすると、リトロー角φLIはほぼ18.5°になる。
このように計測光MX1がリトロー角φLIで入射すると、格子パターン面の高さが変化しても+1次回折光DX1の横シフトが発生しないため、干渉光の強度が変化しないという利点がある一方で、0次光によるノイズ光の問題が生じる恐れがある。そこで、実際には、0次光の影響を軽減するために、計測光MX1の入射角はリトロー角φLIに対して所定角度、例えば0.5〜1.5°程度ずらしてもよい。
2p · sin φLI = λ (1)
As an example, if the period p of the
As described above, when the measurement light MX1 is incident at the Littrow angle φLI, since the lateral shift of the + first-order diffracted light DX1 does not occur even if the height of the grating pattern surface changes, there is an advantage that the intensity of the interference light does not change. There is a possibility that the problem of noise light due to the 0th order light may occur. Therefore, in practice, in order to reduce the influence of the 0th-order light, the incident angle of the measurement light MX1 may be shifted from the Littrow angle φLI by a predetermined angle, for example, about 0.5 to 1.5 °.
格子パターン面12Xbに入射する計測光MX1のθx方向(Y方向)の入射角は0でもよいが、計測光MX1のY方向の入射角も例えばその所定角度の1/2程度でずらしてもよい。計測光MX1による+1次回折光DX1は、計測光MX1と平行に(又はほぼ平行に)傾斜ミラー32Xに戻される。
また、傾斜ミラー34Xの反射面に入射した計測光MX2は、その反射面で反射されて格子パターン面12Xbに、θy方向(X方向)の入射角が、計測光MX1と対称になるように角度(−φLI)で入射する。なお、計測光MX2の入射角も計測光MX1と対称に角度(−φLI)から所定角度ずらしてもよい。傾斜ミラー34Xから入射角(−φLI)で格子パターン12Xaに入射した計測光MX2による回折格子12Xからの−1次回折光EX1は、計測光MX2と平行に(又はほぼ平行に)傾斜ミラー34Xに戻される。
The incident angle in the θx direction (Y direction) of the measurement light MX1 incident on the grating pattern surface 12Xb may be 0, but the incident angle in the Y direction of the measurement light MX1 may also be shifted by, for example, about ½ of the predetermined angle. . The + 1st order diffracted light DX1 by the measurement light MX1 is returned to the
Further, the measurement light MX2 incident on the reflection surface of the
格子パターン12Xaからの回折光DX1及びEX1は、それぞれ傾斜ミラー32X,34Xの反射面でほぼ−Y方向に反射されて、図1の1/4波長板30Aを介してS偏光になってPBS28に入射し、PBS面28aで反射される。PBS面28aで反射された回折光DX1,EX1は、それぞれコーナキューブ29B,29Aで反射されてPBS面28aに戻される。
The diffracted beams DX1 and EX1 from the grating pattern 12Xa are reflected in the substantially −Y direction by the reflecting surfaces of the
一方、PBS28のPBS面28aで反射された参照光MR1,MR2は、図1に点線で示すようにそれぞれ1/4波長板30Bを介してミラー35の平面の反射面に入射する。そして、その反射面で反射された参照光MR1,MR2は、1/4波長板30Bを介してP偏光になってPBS28に入射して、PBS面28aを透過し、それぞれコーナキューブ29B,29Aで反射されてPBS面28aに戻される。
On the other hand, the reference beams MR1 and MR2 reflected by the
図2(A)に示すように、コーナキューブ29B,29Aで反射されてから、PBS面28aに戻された回折光DX1,EX1は、それぞれPBS面28aで再度反射された後、1/4波長板30Aを介して傾斜ミラー32X,34Xの反射面の低い位置に入射する。傾斜ミラー32X,34Xで反射された回折光DX1,EX1は、格子パターン面12Xb上でそれぞれ図1の照射位置からほぼY方向に離れた照射位置に対称に入射する。
As shown in FIG. 2 (A), the diffracted lights DX1 and EX1 reflected by the
図2(B)において、傾斜ミラー32Xの反射面の低い位置に入射した回折光DX1は、その反射面で反射されて、回折格子12Xに、計測光MX1と平行に入射角φLI(リトロー角)で入射する。なお、回折光DX1の入射角もその角度φLIから所定角度ずらしてもよい。回折光DX1による格子パターン12Xaからの+1次回折光DX2(計測光MX1に対する実質的な+2次回折光)は、回折光DX1と平行に(又はほぼ平行に)傾斜ミラー32Xに戻される。
In FIG. 2B, the diffracted light DX1 that has entered the low position of the reflecting surface of the
また、傾斜ミラー34Xの反射面の低い位置に入射した回折光EX1は、その反射面で反射されて、回折格子12Xに、計測光MX2と平行に(回折光DX1と対称に)入射角(−φLI)で入射する。なお、回折光EX1の入射角もその角度から所定角度ずらしてもよい。回折光EX1による格子パターン12Xaからの−1次回折光EX2(計測光MX2に対する実質的な−2次回折光)は、回折光EX1と平行に(又はほぼ平行に)傾斜ミラー34Xに戻される。
Further, the diffracted light EX1 that has entered the lower position of the reflecting surface of the
格子パターン12Xaからの回折光DX2及びEX2は、それぞれ傾斜ミラー32X,34Xの反射面でほぼ−Y方向に反射されて、図2(A)の1/4波長板30Aを介してP偏光になってPBS28に入射し、PBS面28aを透過する。PBS面28aを透過した回折光DX2,EX2はそれぞれ偏光板39A,39Bに入射する。
一方、コーナキューブ29B,29Aで反射されてから、PBS面28aに戻された参照光RX1,RX2は、それぞれPBS面28aを再度透過した後、1/4波長板30Bを介してミラー35の反射面の低い位置に入射する。そして、ミラー35の反射面で反射された参照光RX1,RX2は、1/4波長板30Bを介してS偏光となってPBS28に入射し、PBS面28aで反射される。PBS面28aで反射された参照光RX1,RX2は、それぞれ偏光板39A,39Bに入射して、回折光DX2,EX2と同軸に合成される。そして、回折光DX2(計測光MX1)及び参照光RX1よりなる+1次の第1干渉光(ヘテロダインビーム)が光電センサ40XAで受光され、回折光EX2(計測光MX2)及び参照光RX2よりなる−1次の第1干渉光(ヘテロダインビーム)が光電センサ40XBで受光される。なお、計測光MX1,MX2と参照光RX1,RX2との光路長をほぼ等しくするために、ミラー35の反射面に段差を設け、PBS28とミラー35との距離を調整してもよい。また、第1干渉ヘッド14Xの構成は任意であり、要は計測光MX1,MX2を互いにほぼ対称な入射角で回折格子12Xに照射できればよい。
The diffracted beams DX2 and EX2 from the grating pattern 12Xa are reflected almost in the −Y direction by the reflecting surfaces of the
On the other hand, the reference beams RX1 and RX2 that have been reflected by the
図1において、光電センサ40XA,40XBはそれぞれ入射する干渉光を光電変換して得られる検出信号SXA,SXB(ヘテロダイン信号)を移動量検出部42Xの第1演算部41Aに供給する。一例として、第1演算部41Aは、検出信号SXAとレーザ光源16から供給される基準信号とから、第1部材6に対する第2部材7のZ方向への相対移動量とX方向への相対移動量との加重和(a・X+b1・Z)(a,b1は既知の係数)を求め、求めた値を第2演算部41B及び第3演算部41Cに供給する。さらに、第1演算部41Aは、検出信号SXBとその基準信号とから、第1部材6に対する第2部材7のZ方向への相対移動量とX方向への相対移動量との加重値の差(−a・X+b1・Z)を求め、求めた値を第2演算部41Bに供給する。第2演算部41Bは、その加重和と加重値の差とを用いて、第1部材6に対する第2部材7のX方向への相対移動量(X)及び第1部材6に対する第2部材7のZ方向への相対移動量(Z)を求める。さらに、第2演算部41Bは、後述のように原点信号演算部43Xから供給されるリセット信号SRに応じてそのZ方向の相対移動量(Z)を0にリセットし、不図示の制御部から供給されるリセット信号に応じてそのX方向の相対移動量(X)を0にリセットする。なお、リセットの代わりに0以外の値をプリセットしてもよい。X方向、Z方向の相対移動量の検出分解能は例えば0.5〜0.1nm程度である。
In FIG. 1, photoelectric sensors 40XA and 40XB supply detection signals SXA and SXB (heterodyne signals) obtained by photoelectrically converting incident interference light to the
本実施形態の第1干渉ヘッド14Xでは、最終的に2回目の+1次回折光DX2と参照光RX1との干渉光、及び2回目の+1次回折光EX2と参照光RX2との干渉光を検出しているため、相対移動量の検出分解能(検出精度)を1/2に向上(微細化)できる。また、2回目の回折光を用い、かつ±1次回折光を用いることによって、第1部材6と第2部材7とのθz方向の相対回転角による計測誤差を低減できる。
The
次に、レーザ光源16Bから射出されたヘテロダイン光XR2は、第2干渉ヘッド15XのPBS(偏光ビームスプリッタ)27に入射して、PBS27のPBS面(偏光ビームスプリッタ面)で反射されるS偏光の第3計測光MX3とPBS面を透過するP偏光の第3参照光MR3とに分割される。
PBS27は第2部材7の底面に固定され、PBS27の−Y方向の側面にコーナキューブ29Dが固定され、PBS27の+X方向側に第2部材7によって支持されるように、斜め下方を向いてコーナキューブ29Cが配置されている。PBS27、コーナキューブ29C,29D、PBS27の+Y方向に配置された偏光板39C、及び偏光板39Cを通過した干渉光を受光するフォトダイオード等の光電センサ40XCを含んで第2干渉ヘッド15Xが構成されている。
Next, the heterodyne light XR2 emitted from the
The
第2干渉ヘッド15Xにおいて、PBS27のPBS面で反射された計測光MX3は、回折格子12Xの格子パターン面12Xbにほぼ垂直に入射する。
図3(A)は図1中の第2干渉ヘッド15Xを示す正面図である。図3(A)において、0次光の影響を軽減するためには、計測光MX3は、格子パターン面12Xbに対して微小な入射角(例えば0.5〜1°程度)をもって入射してもよい。この計測光MX3によって格子パターン12Xaからθy方向(X方向)に回折角φ01で+1次回折光FX1が発生する。格子パターン12Xaの周期p及び計測光MX3の波長λを用いて、回折角φ01は次のようになる。
In the
FIG. 3A is a front view showing the
p・sin φ01=λ …(2)
この回折角φ01は式(1)で規定されるリトロー角φLIより大きい。一例として、周期pを1000nm、計測光MX3の波長λを633nmとすると、回折角φ01はほぼ39.3°で、リトロー角φLIのほぼ2倍になる。本実施形態では、第2干渉ヘッド15Xから回折格子12Xに入射する計測光MX3の入射角(ほぼ0)は、第1干渉ヘッド14Xから回折格子12Xに入射する計測光MX1の入射角(ほぼリトロー角φLI)より小さく、計測光MX3によって発生する回折光FX1の回折角φ01は、計測光MX1によって発生する回折光DX1の回折角(ほぼリトロー角φLI)よりも大きい。
p · sin φ01 = λ (2)
This diffraction angle φ01 is larger than the Littrow angle φLI defined by the equation (1). As an example, if the period p is 1000 nm and the wavelength λ of the measurement light MX3 is 633 nm, the diffraction angle φ01 is approximately 39.3 °, which is approximately twice the Littrow angle φLI. In the present embodiment, the incident angle (approximately 0) of the measurement light MX3 incident on the
計測光MX3による+1次回折光FX1は、コーナキューブ29Cで対称にかつ平行に反射されて、計測光MX3の入射位置に対して−X方向にずれた位置で回折格子12Xの格子パターン面12Xbにほぼ入射角φ01で入射する。このため、回折格子12Xの格子パターン面12Xbからほぼ垂直上方に、+1次回折光FX1の−1次回折光FX2が発生し、発生した回折光FX2はPBS27に戻る。
The + 1st-order diffracted light FX1 by the measurement light MX3 is reflected symmetrically and in parallel by the
一方、図1において、PBS27のPBS面を透過した参照光MR3は、コーナキューブ29Dで反射されてPBS面を透過する。また、PBS27に戻された回折光FX2はそのPBS面で反射されて参照光MR3と同軸に合成される。そして、回折光FX2(計測光MX3)及び参照光RX3よりなる第2干渉光(ヘテロダインビーム)が偏光板39Cを介して光電センサ40XCで受光される。なお、計測光MX3と参照光RX3との光路長をほぼ等しくするために、PBS27とコーナキューブ29Dとの間に光路引き回し用の光学系を配置してもよい。
On the other hand, in FIG. 1, the reference light MR3 transmitted through the PBS surface of the
光電センサ40XCは入射する干渉光を光電変換して得られる検出信号SXC(ヘテロダイン信号)を原点信号演算部43Xの第4演算部41D及び第5演算部41Eに供給する。一例として、第4演算部41Dは、検出信号SXCとレーザ光源16Bから供給される基準信号とから、第1部材6に対する第2部材7のZ方向への相対移動量とX方向への相対移動量との加重和(a・X+b2・Z)(a,b2は既知の係数)を求め、求めた値を第3演算部41Cに供給する。第3演算部41Cは、第1演算部41Aから供給される加重和(a・X+b1・Z)と第4演算部41Dから供給される加重和(a・X+b2・Z)との差分を1周期(ここでは2π(rad)とする)内の値に変換した差分信号ΔFZ(詳細後述)を求め、この差分信号FZを原点信号出力部41Fに供給する。
The photoelectric sensor 40XC supplies a detection signal SXC (heterodyne signal) obtained by photoelectrically converting incident interference light to the
第5演算部41Eは、検出信号SXCのうちの交流信号の割合を示すコントラスト信号SCを求め、このコントラスト信号SCを原点信号出力部41Fに供給する。第1演算部41A、第3演算部41C、第4演算部41D、及び原点信号出力部41Fから原点信号演算部43Xが構成されている。
本実施形態において、図3(B)に示すように、回折格子12Xの格子パターン面12Xbが第2干渉ヘッド15Xに対してZ方向にδzだけ相対的に変位したとする。このとき、格子パターン面12Xbは2点鎖線で示す位置A1に移動するため、第2干渉ヘッド15Xから回折格子12Xに入射する計測光による+1次回折光FX1の光路は点線の光路A2にシフトする。そして、+1次回折光FX1によって回折格子12Xからほぼ垂直上方に発生する−1次回折光FX2の光路はX方向にδxだけ点線の光路A3までシフトする。この結果、PBS27で参照光MR3と回折光FX2とを合成したときに、参照光MR3の断面A4と回折光FX2の断面A5とが重なった部分の面積の割合が低下する。また、断面A4と断面A5とが重なった部分の光束を光電変換した信号がビート信号(交流信号)であり、その重なった部分の面積が小さくなると図1の検出信号SC中の交流信号の成分が小さくなり、コントラスト信号SCも小さくなる。
The
In this embodiment, as shown in FIG. 3B, it is assumed that the grating pattern surface 12Xb of the
この結果、図3(C)に示すように、回折格子12Xの格子パターン面12Xbの第2干渉ヘッド15Xに対するZ方向の相対位置が所定のZcであるときに、図1の第5演算部41Eから出力されるコントラスト信号SCは最大になり、Z方向の相対位置がZcからはずれるとコントラスト信号SCは小さくなる。そこで、一例として、図1の原点信号出力部41Fでは、そのコントラスト信号SCが最大値なるときの格子パターン面12XbのZ方向の相対位置(Zc)をおおまかな原点Zcとする。この大まかな原点Zcは、仮にエンコーダ10Xの電源をオフにした後でも、ほぼ同じ位置をある程度の再現性で特定できるという意味で、絶対位置とみなすことができる。
As a result, as shown in FIG. 3C, when the relative position in the Z direction of the grating pattern surface 12Xb of the
次に、第3演算部41Cで求める差分信号ΔFZにつき説明する。まず、第3演算部41Cでは、第1演算部41Aから供給される加重和(a・X+b1・Z)と第4演算部41Dから供給される加重和(a・X+b2・Z)との差分を位相に変換した原差分信号ΔFZRを次のように求める。
ΔFZR=2π{(a・X+b2・Z)−(a・X+b1・Z)}
=2π(b2−b1)Z …(3)
ここで、係数b1は、第1干渉ヘッド14Xを用いて検出される加重和(a・X+b1・Z)のZ方向の周期(以下、フリンジ長という)Fz1を用いて次のようになる。同様に、係数b2は、第2干渉ヘッド15Xを用いて検出される加重和(a・X+b2・Z)のZ方向の周期(以下、フリンジ長という)Fz2を用いて次のようになる。
Next, the difference signal ΔFZ obtained by the third calculation unit 41C will be described. First, in the third calculation unit 41C, the difference between the weighted sum (a · X + b1 · Z) supplied from the
ΔFZR = 2π {(a · X + b2 · Z) − (a · X + b1 · Z)}
= 2π (b2-b1) Z (3)
Here, the coefficient b1 is as follows using a cycle (hereinafter referred to as a fringe length) Fz1 in the Z direction of the weighted sum (a · X + b1 · Z) detected by using the
b1=1/Fz1 …(4A)、 b2=1/Fz2 …(4B)
フリンジ長Fz1,Fz2とは、対応する加重和(検出信号)を位相で表したときに、その加重和の値が1周期である2π(rad)変化するときのZ方向の相対位置の変化量である。一例として、回折格子12Xの周期pを1000nm、計測光MX1〜MX3の波長λを633nmとすると、フリンジ長Fz1,Fz2(ここではFz1>Fz2)はほぼ次のような値になる。
b1 = 1 / Fz1 (4A), b2 = 1 / Fz2 (4B)
The fringe lengths Fz1 and Fz2 are the amount of change in the relative position in the Z direction when the corresponding weighted sum (detection signal) is expressed in phase and the weighted sum value changes by 2π (rad), which is one cycle. It is. As an example, if the period p of the
Fz1=189(nm) …(5A)、 Fz2=178(nm) …(5B)
式(4A),(4B)を式(3)に代入すると次式が得られる。
ΔFZR=2π(1/Fz2−1/Fz1)Z
=2π{(Fz1−Fz2)/(Fz1・Fz2)}Z
=2π(1/Fs)Z …(6)
なお、式(6)中の合成フリンジ長Fsは次式で表される。合成フリンジ長Fsは原差分信号ΔFZRが1周期である2π変化するときのZ位置の変化量(周期)である。
Fz1 = 189 (nm) (5A), Fz2 = 178 (nm) (5B)
Substituting equations (4A) and (4B) into equation (3) yields:
ΔFZR = 2π (1 / Fz2-1 / Fz1) Z
= 2π {(Fz1−Fz2) / (Fz1 · Fz2)} Z
= 2π (1 / Fs) Z (6)
In addition, the synthetic | combination fringe length Fs in Formula (6) is represented by following Formula. The combined fringe length Fs is a change amount (period) of the Z position when the original difference signal ΔFZR changes by 2π which is one period.
Fs=Fz1・Fz2/(Fz1−Fz2) …(7)
Fz1,Fz2として式(5A),(5B)の値を式(7)に代入すると、合成フリンジ長Fsは次のようにほぼ個々のフリンジ長Fz1,Fz2の16倍程度(ほぼ3μm)になる。
Fs≒3000(nm)=3(μm) …(8)
さらに、第3演算部41Cでは、原差分信号ΔFZRの値が0以上で2πより小さい範囲になるように、原差分信号ΔFZRに±i・2π(iは整数)を加算することで、次の差分信号ΔFZ(0≦ΔFZ<2π)を得る。差分信号ΔFZは原点信号出力部41Fに供給される。
Fs = Fz1 · Fz2 / (Fz1-Fz2) (7)
When the values of equations (5A) and (5B) are substituted into equation (7) as Fz1 and Fz2, the combined fringe length Fs is approximately 16 times (approximately 3 μm) of the individual fringe lengths Fz1 and Fz2 as follows: .
Fs≈3000 (nm) = 3 (μm) (8)
Further, the third calculation unit 41C adds ± i · 2π (i is an integer) to the original difference signal ΔFZR so that the value of the original difference signal ΔFZR is greater than or equal to 0 and less than 2π. A difference signal ΔFZ (0 ≦ ΔFZ <2π) is obtained. The difference signal ΔFZ is supplied to the origin
ΔFZ=2π(1/Fs)Z±i・2π …(9)
図3(C)に示すように、差分信号ΔFZは、Z位置(回折格子12Xと第2干渉ヘッド15XとのZ方向の相対位置)に関して周期Fs(合成フリンジ長)の周期関数となる。そこで、例えば不図示の駆動機構を介して、第2部材7と第1部材6とのZ方向の相対位置を変化させながら、原点信号出力部41Fでは、コントラスト信号SCが最大値になるときのZ位置(大まかな原点Zc)に最も近く、差分信号ΔFZが0になるとき(Z位置がZsになるとき)にリセット信号SRを第2演算部41Bに出力する。第2演算部41Bでは、そのリセット信号SRに同期して、第1干渉ヘッド14Xの検出信号から求められたZ位置を0に設定する。これは、差分信号ΔFZが0になるときのZ位置の値ZsをZ位置の原点(絶対位置の原点)とすることを意味する。これ以降に計測されるZ方向の相対位置(相対移動量)は、それまでのZ位置Zsを原点としたZ方向の絶対位置とみなすことができる。
ΔFZ = 2π (1 / Fs) Z ± i · 2π (9)
As shown in FIG. 3C, the difference signal ΔFZ is a periodic function of the period Fs (combined fringe length) with respect to the Z position (the relative position in the Z direction between the
本実施形態では、差分信号ΔFZの周期(合成フリンジ長Fs)は第1干渉ヘッド14Xの検出信号のZ方向の周期(フリンジ長Fz1)の10倍以上であり、その合成フリンジ長Fsの範囲内では、差分信号ΔFZからZ位置の絶対位置を求めることができる。また、コントラスト信号SCを用いることによって、特定の周期の差分信号ΔFZを検出することができるため、その合成フリンジ長Fsを超える範囲内で絶対位置の原点(Zs)を求めることができる。なお、一例として、第2部材7と第1部材6とのZ方向の相対位置を設定する駆動機構が、合成フリンジ長Fsよりも微細な精度でZ方向の相対位置を設定できる場合には、コントラスト信号SCを使用する必要はない。
In the present embodiment, the period of the differential signal ΔFZ (the combined fringe length Fs) is 10 times or more the Z-direction period (the fringe length Fz1) of the detection signal of the
また、本実施形態のY軸のエンコーダは、図1のX軸のエンコーダ10Xとほぼ同じ構成であり、Y軸のエンコーダの回折格子12Y1,12Y2(図5参照)は、回折格子12Xを90°回転した構成であり、Y軸の検出ヘッドは第1干渉ヘッド14X及び第2干渉ヘッド15Xを90°回転した構成である。
本実施形態の効果等は以下の通りである。本実施形態のX軸のエンコーダ10Xは、第1部材6と第2部材7とのX方向及びZ方向の相対移動量を計測するエンコーダ装置であり、エンコーダ10Xは、第1部材6に対して相対移動する第2部材7の相対位置を検出する原点検出装置11X(位置検出装置)を備えている。そして、原点検出装置11Xは、第1部材6に設けられ、少なくともX方向を周期方向とする格子パターン12Xaを有する反射型の回折格子12Xと、計測光MX1を回折格子12Xの格子パターン面12XbにX方向に関して第1の入射角(ほぼリトロー角φLI)で入射させ、回折格子12Xからの回折光DX2と参照光MR1との+1次の第1干渉光を検出する第1干渉ヘッド14X(第1干渉計)と、計測光MX3を回折格子12Xの格子パターン面12XbにX方向に関してその第1の入射角と異なる第2の入射角(ほぼ0°)で入射させ、回折格子12Xからの回折光FX2と参照光MR3との第2干渉光を検出する第2干渉ヘッド15X(第2干渉計)と、第1干渉ヘッド14Xの検出信号(a・X+b1・Z)及び第2干渉ヘッド15Xの検出信号(a・X+b2・Z)から第1部材6と第2部材7との格子パターン面12Xbの法線方向(Z方向)の相対位置を表す差分信号ΔFZを求める原点信号演算部43X(第1検出部)と、を備えている。計測光MX1,MX3の波長は互いに実質的に等しい。
Further, the Y-axis encoder of the present embodiment has substantially the same configuration as the
The effects and the like of this embodiment are as follows. The X-axis encoder 10 </ b> X of the present embodiment is an encoder device that measures the relative movement amounts of the
また、本実施形態の原点検出装置11Xを用いた位置検出方法は、第1部材6に設けられた回折格子12Xの格子パターン面12Xbに第1干渉ヘッド14Xから計測光MX1をX方向(回折格子12Xの周期方向)に関して第1の入射角で入射させ、回折格子12Xからの回折光DX2と参照光MR1との+1次の第1干渉光を検出するステップと、第2干渉ヘッド15Xから計測光MX3を回折格子12Xの格子パターン面12XbにX方向に関して第1の入射角と異なる第2の入射角で入射させ、回折格子12Xからの回折光FX2と参照光MR3との第2干渉光を検出するステップと、原点信号演算部43Xがその+1次の第1干渉光の検出信号及びその第2干渉光の検出信号から第1部材6と第2部材7との格子パターン面12Xbの法線方向(Z方向)の相対位置(第1相対位置)を表す差分信号ΔFZを求めるステップとを含んでいる。
Further, in the position detection method using the
本実施形態によれば、第1の入射角と第2の入射角とが異なるため、+1次の第1干渉光の検出信号からZ方向の相対移動量(第2相対位置)を計測する際に絶対位置を計測できる範囲であるフリンジ長Fz1(第1長さ)と、第2干渉光の検出信号からZ方向の相対移動量(第3相対位置)を計測する際に絶対位置を計測できる範囲であるフリンジ長Fz2(第2長さ)とは異なっている。そして、その第1及び第2干渉光の検出信号から求められる差分信号ΔFZが表すZ方向の相対位置(第1相対位置)の周期である合成フリンジ長Fsは、そのフリンジ長Fs1及びFs2よりも長くなる。従って、回折格子12Xを用いて計測を行う際に、相対移動量を計測する際に絶対位置を計測できる範囲(フリンジ長Fs1,Fs2)を超えて、回折格子12Xの格子パターン面12Xbの法線方向の絶対位置を検出できる。
According to this embodiment, since the first incident angle and the second incident angle are different, the relative movement amount (second relative position) in the Z direction is measured from the detection signal of the first-order first interference light. The absolute position can be measured when the relative movement amount (third relative position) in the Z direction is measured from the fringe length Fz1 (first length), which is a range in which the absolute position can be measured, and the detection signal of the second interference light. This is different from the range of the fringe length Fz2 (second length). The combined fringe length Fs, which is the period of the relative position in the Z direction (first relative position) represented by the difference signal ΔFZ obtained from the detection signals of the first and second interference lights, is greater than the fringe lengths Fs1 and Fs2. become longer. Therefore, when performing measurement using the
また、原点検出装置11Xは、第2干渉ヘッド15Xで得られる回折光FX2の横ずれ量(シフト量)から第1部材6と第2部材7とのZ方向の相対位置(第4相対位置)に対応するコントラスト信号SCを出力する第5演算部41E(第2検出部)を備え、原点信号演算部43X(第1検出部)は、その第5演算部41Eから出力されるコントラスト信号SC(第4相対位置)が例えば最大値になるときの周期内で、その差分信号ΔFZが所定の値(例えば0)になるときのZ位置(第1相対位置)Zsを求めている。例えばこのZ位置Zsを基準にして相対移動量を計測することによって、差分信号ΔFZの1周期(合成フリンジ長Fs)を超える範囲でZ方向の絶対位置を求めることができる。
In addition, the
なお、Z方向の相対位置を合成フリンジ長Fsを超える範囲で検出するために、回折光FX2の横ずれ量を検出する以外の方法を用いる他のZ位置センサ(例えば静電容量センサ又は近接スイッチ等)を用いてもよい。
また、エンコーダ10Xは、その+1次の第1干渉光の検出信号と、第1干渉ヘッド14Xから回折格子12Xに照射される計測光MX2によって発生する−1次回折光EX2と参照光MR2との−1次の第1干渉光の検出信号とから第1部材6と第2部材7とのZ方向の相対移動量を計測する第2演算部41B(第3検出部)を備え、第2演算部41Bは、原点信号演算部43Xで検出されるZ位置Zs(第1相対位置)を用いてそのZ方向の相対移動量の計測値のプリセット(0へのリセットを含む)を行う。これによって、2つの部材6,7間の相対移動量をそのZ位置Zsを基準とした絶対位置として計測できる。
In addition, in order to detect the relative position in the Z direction in a range exceeding the combined fringe length Fs, other Z position sensors (for example, a capacitance sensor or a proximity switch) using a method other than detecting the lateral shift amount of the diffracted light FX2 ) May be used.
Further, the
また、エンコーダ10Xは、+1次の第1干渉光及び−1次の第1干渉光の検出信号から2つの部材6,7間の回折格子12Xの周期方向(X方向)の相対移動量も求めている。従って、第1干渉ヘッド14Xの構成をさらに複雑化することなく、X方向及びZ方向の相対移動量を求めることができる。
なお、本実施形態では、第1干渉ヘッド14X及び第2干渉ヘッド15Xはそれぞれ回折格子12Xから2回目の回折で発生する回折光と参照光との干渉光を検出しているが、干渉ヘッド14X,15Xは回折格子12Xから1回目の回折で発生する回折光と参照光との干渉光を検出してもよい。また、第1干渉ヘッド14Xと第2干渉ヘッド15Xとは回折格子12Xの周期方向(X方向)にずらして配置してもよい。
The
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、第1干渉ヘッド14Xはほぼリトロー角で計測光MX1を回折格子12Xに入射させ、第2干渉ヘッド15Xは計測光MX3をほぼ垂直に回折格子12Xに入射させ、同じ次数(±1次)の回折光を検出している。この他の構成として、第1干渉ヘッド14X,15Xとして、回折格子12Xに対する計測光MX1,MX3の入射角がX方向に関するリトロー角よりも小さい角度で異なっているような干渉計を使用してもよい。要は、Z方向の相対位置の周期であるフリンジ長Fz1,Fz2が互いに異なっていれば合成フリンジ長Fsが長くなるため、上記の実施形態のように広い範囲で絶対位置を計測できる。
Further, in the present embodiment, the
また、第2干渉ヘッド15Xとして、第1干渉ヘッド14Xと同じ構成の干渉計を使用し、計測光MX3として計測光MX1と波長が例えば±10%程度異なるレーザ光(ヘテロダイン光)を使用して、その計測光MX3をほぼリトロー角で回折格子12Xに入射させてもよい。第1干渉ヘッド14Xとして、第2干渉ヘッド15Xと同じ構成の干渉計を使用し、計測光MX1として計測光MX3と波長が例えば±10%程度異なるレーザ光(ヘテロダイン光)を使用して、その計測光MX1をほぼ垂直に回折格子12Xに入射させてもよい。これらの場合にも、Z方向の相対位置の周期であるフリンジ長Fz1,Fz2が互いに異なるため、上記の実施形態のように広い範囲で絶対位置を計測できる。
In addition, an interferometer having the same configuration as that of the
[第2の実施形態]
第2の実施形態につき図4〜図6を参照して説明する。図4は、本実施形態に係るエンコーダ装置を備えた露光装置EXの概略構成を示す。露光装置EXは、一例としてスキャニングステッパーよりなる走査露光型の投影露光装置である。露光装置EXは、投影光学系PL(投影ユニットPU)を備えており、以下、投影光学系PLの光軸AXと平行にZ軸を取り、これに直交する面(ほぼ水平面に平行な面)内でレチクルRとウエハWとが相対走査される方向にY軸を、Z軸及びY軸に直交する方向にX軸を取って説明する。
[Second Embodiment]
A second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows a schematic configuration of an exposure apparatus EX provided with the encoder apparatus according to the present embodiment. The exposure apparatus EX is, for example, a scanning exposure type projection exposure apparatus composed of a scanning stepper. The exposure apparatus EX includes a projection optical system PL (projection unit PU). Hereinafter, the Z-axis is parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, and a plane orthogonal to the Z-axis (a plane substantially parallel to the horizontal plane). In the following description, the Y axis is taken in the direction in which the reticle R and the wafer W are relatively scanned, and the X axis is taken in the direction perpendicular to the Z axis and the Y axis.
露光装置EXは、例えば米国特許出願公開第2003/0025890号明細書などに開示される照明系110、及び照明系110からの露光用の照明光(露光光)IL(例えば波長193nmのArFエキシマレーザ光、固体レーザ(半導体レーザなど)の高調波など)により照明されるレチクルR(マスク)を保持するレチクルステージRSTを備えている。さらに、露光装置EXは、レチクルRから射出された照明光ILをウエハW(基板)に投射する投影光学系PLを含む投影ユニットPU、ウエハWを保持するウエハステージWSTを含むステージ装置195、及び制御系等(図6参照)を備えている。
The exposure apparatus EX includes an
レチクルRはレチクルステージRSTの上面に真空吸着等により保持され、レチクルRのパターン面(下面)には、回路パターンなどが形成されている。レチクルステージRSTは、例えばリニアモータ等を含む図6のレチクルステージ駆動系111によって、XY平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向(Y方向)に指定された走査速度で駆動可能である。
The reticle R is held on the upper surface of the reticle stage RST by vacuum suction or the like, and a circuit pattern or the like is formed on the pattern surface (lower surface) of the reticle R. The reticle stage RST can be driven minutely in the XY plane by the reticle
レチクルステージRSTの移動面内の位置情報(X方向、Y方向の位置、及びθz方向の回転角を含む)は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計116によって、移動鏡115(又は鏡面加工されたステージ端面)を介して例えば0.5〜0.1nm程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計116の計測値は、図6のコンピュータよりなる主制御装置120に送られる。主制御装置120は、その計測値に基づいてレチクルステージ駆動系111を制御することで、レチクルステージRSTの位置及び速度を制御する。
Position information in the moving plane of the reticle stage RST (including the position in the X direction, the Y direction, and the rotation angle in the θz direction) is transferred to the moving mirror 115 (or mirror-finished) by the
図4において、レチクルステージRSTの下方に配置された投影ユニットPUは、鏡筒140と、鏡筒140内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系PLとを含む。投影光学系PLは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率β(例えば1/4倍、1/5倍などの縮小倍率)を有する。照明系110からの照明光ILによってレチクルRの照明領域IARが照明されると、レチクルRを通過した照明光ILにより、投影光学系PLを介して照明領域IAR内のレチクルRの回路パターンの像が、ウエハ(半導体ウエハ)Wの一つのショット領域の露光領域IA(照明領域IARと共役な領域)に形成される。
In FIG. 4, the projection unit PU arranged below the reticle stage RST includes a
また、露光装置EXは、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系PLを構成する最も像面側(ウエハW側)の光学素子である先端レンズ191を保持する鏡筒140の下端部の周囲を取り囲むように、局所液浸装置108の一部を構成するノズルユニット132が設けられている。ノズルユニット132は、露光用の液体Lq(例えば純水)を供給するための供給管131A及び回収管131Bを介して、液体供給装置186及び液体回収装置189(図6参照)に接続されている。なお、液浸タイプの露光装置としない場合には、上記の局所液浸装置108は設けなくともよい。
In addition, since the exposure apparatus EX performs exposure using the liquid immersion method, the lower end of the
図4において、ウエハステージWSTは、不図示の複数の例えば真空予圧型空気静圧軸受(エアパッド)を介して、ベース盤112のXY面に平行な上面112aに非接触で支持されている。また、ウエハステージWSTは、例えば平面モータ、又は直交する2組のリニアモータを含むステージ駆動系124(図6参照)によってX方向及びY方向に駆動可能である。露光装置EXは、レチクルRのアライメントを行う空間像計測系(不図示)、ウエハWのアライメントを行うアライメント系AL(図6参照)、照射系90a及び受光系90bよりなりウエハWの表面の複数箇所のZ位置を計測する斜入射方式の多点のオートファオーカスセンサ90(図6参照)、及びウエハステージWSTの位置情報を計測するためのエンコーダ装置8Bを備えている。
In FIG. 4, wafer stage WST is supported in a non-contact manner on
ウエハステージWSTは、X方向、Y方向に駆動されるステージ本体191と、ステージ本体191上に搭載されたウエハテーブルWTBと、ステージ本体191内に設けられて、ステージ本体191に対するウエハテーブルWTB(ウエハW)のZ方向の位置、及びθx方向、θy方向のチルト角を相対的に微小駆動するZ・レベリング機構とを備えている。ウエハテーブルWTBの中央の上部には、ウエハWを真空吸着等によってほぼXY平面に平行な吸着面上に保持するウエハホルダ(不図示)が設けられている。
Wafer stage WST is provided in stage
また、ウエハテーブルWTBの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ同一面となる、液体Lqに対して撥液化処理された表面(又は保護部材)を有し、かつ外形(輪郭)が矩形でその中央部にウエハホルダ(ウエハの載置領域)よりも一回り大きな円形の開口が形成された高平面度の平板状のプレート体128が設けられている。
なお、上述の局所液浸装置108を設けたいわゆる液浸型の露光装置の構成にあっては、さらにプレート体128は、図5のウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)の平面図に示されるように、その円形の開口を囲む、外形(輪郭)が矩形の表面に撥液化処理が施されたプレート部(撥液板)128aと、プレート部128aを囲む周辺部128eとを有する。周辺部128eの上面に、プレート部128aをY方向に挟むようにX方向に細長い1対のX軸の第1及び第2の回折格子12X1,12X2が配置され、プレート部128aをX方向に挟むようにY方向に細長い1対のY軸の回折格子12Y1,12Y2が配置されている。X方向を周期方向とする反射型の回折格子12X1,12X2は図1の回折格子12Xと同じ構成であり、Y方向を周期方向とする回折格子12Y1,12Y2は回折格子12Xを90°回転した構成である。
In addition, the upper surface of wafer table WTB has a surface (or a protective member) that has been subjected to a liquid repellency treatment with respect to liquid Lq and is substantially flush with the surface of the wafer placed on the wafer holder. A
In the configuration of the so-called immersion type exposure apparatus provided with the above-described
また、図4において、投影ユニットPUを支持するフレーム(不図示)に連結部材(不図示)を介してXY面にほぼ平行な平板状の計測フレーム150が支持されている。計測フレーム150の底面に、投影光学系PLをY方向に挟むように、図1のX軸の第1干渉ヘッド14Xと同じ構成の複数の第1干渉ヘッド14Xが固定され、投影光学系PLをX方向に挟むように、第1干渉ヘッド14Xを90°回転した構成の複数のY軸の第1干渉ヘッド14Yが固定されている(図5参照)。また、図5に示すように、投影光学系PLを挟む1対の第1干渉ヘッド14XにY方向に近接して図1の第2干渉ヘッド15Xと同じ構成の第2干渉ヘッド15Xが固定され、投影光学系PLを挟む1対のY軸の第1干渉ヘッド14YにX方向に近接して第2干渉ヘッド15Xを90°回転した構成の第2干渉ヘッド15Yが固定されている。また、複数の第1干渉ヘッド14X,14Y及び第2干渉ヘッド15X,15Yにレーザ光(計測光及び参照光)を供給するための複数のレーザ光源(不図示)も備えられている。
In FIG. 4, a
図5において、投影光学系PLからの照明光でウエハWを露光している期間では、常に複数の第1干渉ヘッド14Xのいずれか2つがX軸の回折格子12X1,12X2に対向し、複数の検出ヘッド14Yのいずれか2つがY軸の回折格子12Y1,12Y2に対向するように構成されている。各第1干渉ヘッド14Xは、回折格子12X1又は12X2に計測光を照射し、回折格子12X1,12X2から発生する回折光と参照光との干渉光の検出信号を対応する移動量検出部42X(図6)に供給する。移動量検出部42Xでは、図1の移動量検出部42Xと同様に、ウエハステージWSTと計測フレーム150とのX方向、Z方向の相対位置(相対移動量)を例えば0.5〜0.1nmの分解能で求めて計測値切り替え部80Xに供給する。
In FIG. 5, during the period in which the wafer W is exposed with the illumination light from the projection optical system PL, any two of the plurality of first interference heads 14X always face the X-axis diffraction gratings 12X1 and 12X2, Any two of the detection heads 14Y are configured to face the Y-axis diffraction gratings 12Y1 and 12Y2. Each of the first interference heads 14X irradiates the diffraction grating 12X1 or 12X2 with measurement light, and a corresponding movement
また、図6において、第1干渉ヘッド14X及び第2干渉ヘッド15Xの検出信号からZ方向の絶対位置を求める原点信号演算部43X(図1の原点信号演算部43Xと同じ演算部)が設けられ、必要に応じて原点信号演算部43Xからのリセット信号で移動量検出部42XのZ方向の相対移動量がリセットされる。計測値切り替え部80Xでは、回折格子12X1,12X2に対向している第1干渉ヘッド14Xに対応する移動量検出部42Xから供給される相対位置の情報を主制御装置120に供給する。
Further, in FIG. 6, an origin
また、各検出ヘッド14Yは、回折格子12Y1又は12Y2に計測光を照射し、回折格子12Y1,12Y2から発生する回折光と参照光との干渉光の検出信号を対応する計測演算部42Y(図6)に供給する。計測演算部42Yでは、移動量検出部42Xと同様に、ウエハステージWSTと計測フレーム150とのY方向、Z方向の相対位置(相対移動量)を例えば0.5〜0.1nmの分解能で求めて計測値切り替え部80Yに供給する。また、図6において、第1干渉ヘッド14Y及び第2干渉ヘッド15Yの検出信号からZ方向の絶対位置を求める原点信号演算部43Y(図1の原点信号演算部43Xと同じ構成の演算部)が設けられ、必要に応じて原点信号演算部43Yからのリセット信号で移動量検出部42YのZ方向の相対移動量がリセットされる。計測値切り替え部80Yでは、回折格子12Y1,12Y2に対向している検出ヘッド14Yに対応する計測演算部42Yから供給される相対位置の情報を主制御装置120に供給する。
Further, each
複数の第1干渉ヘッド14X、第2干渉ヘッド15X、レーザ光源(不図示)、移動量検出部42X、原点信号演算部43X、及びX軸の回折格子12X1,12X2からX軸のエンコーダ10XBが構成され、複数の検出ヘッド14Y、第2干渉ヘッド15Y、レーザ光源(不図示)、計測演算部42Y、原点信号演算部43Y、及びY軸の回折格子12Y1,12Y2からY軸のエンコーダ10YBが構成されている。そして、X軸のエンコーダ10XB、Y軸のエンコーダ10YB、及び計測値切り替え部80X,80Yからエンコーダ装置8Bが構成されている。主制御装置120は、エンコーダ装置8Bから供給される相対位置の情報に基づいて、計測フレーム150(投影光学系PL)に対するウエハステージWSTのX方向、Y方向、Z方向の位置、及びθz方向の回転角等の情報を求め、この情報に基づいてステージ駆動系124を介してウエハステージWSTを駆動する。
A plurality of first interference heads 14X, second interference heads 15X, a laser light source (not shown), a movement
そして、露光装置EXの露光時には、先ずレチクルR及びウエハWのアライメントが行われる。その後、レチクルRへの照明光ILの照射を開始して、投影光学系PLを介してレチクルRのパターンの一部の像をウエハWの表面の一つのショット領域に投影しつつ、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとを投影光学系PLの投影倍率βを速度比としてY方向に同期して移動(同期走査)する走査露光動作によって、そのショット領域にレチクルRのパターン像が転写される。その後、ウエハステージWSTを介してウエハWをX方向、Y方向にステップ移動する動作と、上記の走査露光動作とを繰り返すことによって、液浸法でかつステップ・アンド・スキャン方式でウエハWの全部のショット領域にレチクルRのパターン像が転写される。 Then, at the time of exposure by the exposure apparatus EX, alignment of the reticle R and the wafer W is first performed. Thereafter, irradiation of the reticle R with the illumination light IL is started, and an image of a part of the pattern of the reticle R is projected onto one shot area on the surface of the wafer W via the projection optical system PL, while the reticle stage RST. The pattern image of the reticle R is transferred to the shot area by a scanning exposure operation that moves the wafer stage WST in synchronization with the Y direction using the projection magnification β of the projection optical system PL as a speed ratio (synchronous scanning). Thereafter, by repeating the step movement of the wafer W in the X and Y directions via the wafer stage WST and the scanning exposure operation described above, the entire wafer W is immersed by the immersion method and the step-and-scan method. The pattern image of the reticle R is transferred to the shot area.
この際に、第1干渉ヘッド14X,14Yにおいては、計測光及び回折光の光路長はレーザ干渉計に比べて短いため、第1干渉ヘッド14X,14Yを用いた計測値に対する空気揺らぎの影響が非常に小さい。従って、本実施例のエンコーダ装置8Bは、レーザ干渉計と比較して、空気が揺らぐ程度の短い期間における計測安定性(短期安定性)が格段に優れているため、レチクルRのパターン像をウエハWに高精度に転写できる。さらに、第2干渉ヘッド15X,15Y及び原点信号演算部43X,43Y(原点検出装置)を備えているため、例えば露光装置EXの稼働開始時(例えば電源オン時)に、エンコーダ装置8Bで計測されるZ方向の相対移動量を再現性のある状態でリセットできる。従って、例えば機械的なリミットスイッチ等を用いることなく、エンコーダ装置8Bの運用を容易に行うことができる。
At this time, in the first interference heads 14X and 14Y, since the optical path lengths of the measurement light and the diffracted light are shorter than those of the laser interferometer, the influence of air fluctuations on the measurement values using the first interference heads 14X and 14Y is affected. Very small. Therefore, the
なお、本実施形態では、計測フレーム150側に干渉ヘッド14X,14Y,15X,15Y等を配置し、ウエハステージWST側に回折格子12X1,12Y1等を配置している。この他の構成として、計測フレーム150側に回折格子12X1,12Y1等を配置し、ウエハステージWST側に干渉ヘッド14X,14Y,15X,15Y等を配置してもよい。
In this embodiment, the interference heads 14X, 14Y, 15X, 15Y, etc. are arranged on the
また、上記の実施形態の露光装置EX又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス(又はマイクロデバイス)を製造する場合、電子デバイスは、図7に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ221、この設計ステップに基づいたレチクル(マスク)を製作するステップ222、デバイスの基材である基板(ウエハ)を製造してレジストを塗布するステップ223、前述した実施形態の露光装置(露光方法)によりレチクルのパターンを基板(感光基板)に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱(キュア)及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ224、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む)225、並びに検査ステップ226等を経て製造される。
Further, when an electronic device (or a micro device) such as a semiconductor device is manufactured using the exposure apparatus EX or the exposure method of the above embodiment, the electronic device has a function / performance design of the electronic device as shown in FIG. Step 221 for performing a step,
言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施例の露光装置EX(露光方法)を用いてレチクルのパターンの像を基板(ウエハ)に転写し、その基板を現像するリソグラフィ工程と、そのパターンの像が転写されたその基板をそのパターンの像に基づいて加工する工程(ステップ224のエッチング等)とを含んでいる。この際に、上記の実施形態によれば、エンコーダ装置8Bを用いて露光装置のウエハステージWSTの位置を高精度に制御できるため、電子デバイスを高精度に製造できる。
In other words, this device manufacturing method includes a lithography process in which an image of a reticle pattern is transferred to a substrate (wafer) using the exposure apparatus EX (exposure method) of the above embodiment, and the pattern is developed. And a step (such as etching in step 224) of processing the substrate on which the image is transferred on the basis of the image of the pattern. At this time, according to the above embodiment, the position of wafer stage WST of the exposure apparatus can be controlled with high accuracy using
なお、本発明は、上述の走査露光型の投影露光装置(スキャナ)の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(ステッパ等)にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外のドライ露光型の露光装置にも同様に適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク(フォトマスク、レチクル等)をフォトリソグフィ工程を用いて製造する際の、露光装置にも適用することができる。
The present invention can be applied to a step-and-repeat type projection exposure apparatus (stepper or the like) in addition to the above-described scanning exposure type projection exposure apparatus (scanner). Furthermore, the present invention can be similarly applied to a dry exposure type exposure apparatus other than an immersion type exposure apparatus.
In addition, the present invention is not limited to application to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, for example, an exposure apparatus for a display device such as a liquid crystal display element formed on a square glass plate or a plasma display, It can also be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing various devices such as an image sensor (CCD or the like), a micromachine, a thin film magnetic head, and a DNA chip. Furthermore, the present invention can also be applied to an exposure apparatus when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which a mask pattern of various devices is formed using a photolithography process.
また、上記の実施形態のエンコーダ10X等は、露光装置以外の検査装置又は計測装置等の検査又は加工対象の物体用の光学系を備えた光学装置において、その物体の相対移動量を計測するために適用することができる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
In addition, the
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Of course, a various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.
EX…露光装置、R…レチクル、W…ウエハ、MX1〜MX3…計測光、RX1〜RX3…参照光、10X…X軸及びZ軸のエンコーダ、11X…原点検出装置、12X…X軸の回折格子、14X…第1干渉ヘッド、15X…第2干渉ヘッド、16A,16B…レーザ光源、40XA〜40XC…光電センサ、41C…第3演算部、42X…移動量検出部、43X…原点信号演算部 EX ... exposure device, R ... reticle, W ... wafer, MX1-MX3 ... measurement light, RX1-RX3 ... reference light, 10X ... X-axis and Z-axis encoders, 11X ... origin detection device, 12X ... X-axis diffraction grating , 14X ... first interference head, 15X ... second interference head, 16A, 16B ... laser light source, 40XA to 40XC ... photoelectric sensor, 41C ... third calculation unit, 42X ... movement amount detection unit, 43X ... origin signal calculation unit
Claims (14)
前記第1部材及び前記第2部材の一方に設けられ、少なくとも第1方向を周期方向とする格子パターンを有する反射型の回折格子と、
第1計測光を前記回折格子の格子パターン面に前記第1方向に関して第1の入射角で入射させ、前記回折格子からの第1回折光と第1参照光との第1干渉光を検出する第1干渉計と、
第2計測光を前記回折格子の格子パターン面に前記第1方向に関して第2の入射角で入射させ、前記回折格子からの第2回折光と第2参照光との第2干渉光を検出する第2干渉計と、
前記第1干渉光の検出信号及び前記第2干渉光の検出信号から前記第1部材と前記第2部材との前記格子パターン面の法線方向の第1相対位置を求める第1検出部と、を備え、
前記第1計測光の波長と前記第2計測光の波長、及び前記第1の入射角と前記第2の入射角の少なくとも一方が異なることを特徴とする位置検出装置。 A position detection device that detects a relative position of a second member that moves relative to a first member,
A reflective diffraction grating provided on one of the first member and the second member and having a grating pattern having at least a first direction as a periodic direction;
First measurement light is incident on the grating pattern surface of the diffraction grating at a first incident angle with respect to the first direction, and first interference light from the first diffraction light and the first reference light from the diffraction grating is detected. A first interferometer;
Second measurement light is incident on the grating pattern surface of the diffraction grating at a second incident angle with respect to the first direction, and second interference light from the second diffraction light and the second reference light from the diffraction grating is detected. A second interferometer;
A first detector for obtaining a first relative position in a normal direction of the lattice pattern surface of the first member and the second member from the detection signal of the first interference light and the detection signal of the second interference light; With
A position detection device, wherein the wavelength of the first measurement light and the wavelength of the second measurement light, and at least one of the first incident angle and the second incident angle are different.
前記第1検出部は前記第1相対位置を次の1周期の範囲内で求めることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
1周期=Fz1・Fz2/(Fz1−Fz2) The period of the second relative position in the normal direction obtained from the detection signal of the first interference light is Fz1, and the period of the third relative position in the normal direction obtained from the detection signal of the second interference light is Fz2 ( As Fz2 <Fz1),
The position detection device according to claim 1, wherein the first detection unit obtains the first relative position within a range of the next one cycle.
1 period = Fz1 · Fz2 / (Fz1-Fz2)
前記第1の入射角と前記第2の入射角とが異なることを特徴とする請求項1又は2に記載の位置検出装置。 The wavelength of the first measurement light and the wavelength of the second measurement light are substantially the same,
The position detection apparatus according to claim 1, wherein the first incident angle is different from the second incident angle.
前記第2計測光は前記格子パターン面に前記第1方向に関してほぼ垂直に入射し、
前記第1回折光及び前記第2回折光の次数が同じであることを特徴とする請求項3に記載の位置検出装置。 The first measurement light is incident on the lattice pattern surface at a Littrow angle with respect to the first direction,
The second measurement light is incident on the grating pattern surface substantially perpendicularly with respect to the first direction,
The position detection apparatus according to claim 3, wherein the orders of the first diffracted light and the second diffracted light are the same.
前記第1検出部は、前記第2検出部で検出される前記第4相対位置に応じた周期内で、前記第1相対位置を求めることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の位置検出装置。 A second detector for detecting a fourth relative position in a normal direction of the grating pattern surface of the first member and the second member from a lateral shift amount of at least one of the first diffracted light and the second diffracted light; Prepared,
The said 1st detection part calculates | requires the said 1st relative position within the period according to the said 4th relative position detected by the said 2nd detection part, The any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. The position detection apparatus described in 1.
前記第1検出部は、前記センサで求められる前記第4相対位置に応じた周期内で、前記第1相対位置を求めることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の位置検出装置。 A sensor for obtaining a fourth relative position in a normal direction of the lattice pattern surface of the first member and the second member;
6. The position according to claim 1, wherein the first detection unit determines the first relative position within a period corresponding to the fourth relative position determined by the sensor. Detection device.
請求項1〜7のいずれか一項に記載の位置検出装置と、
前記第1干渉光の検出信号又は前記第2干渉光の検出信号から前記第1部材と前記第2部材との前記格子パターン面の法線方向の相対移動量を計測する第3検出部と、を備え、
前記第3検出部は、前記第1検出部で検出される前記第1相対位置を用いて前記相対移動量の計測値のプリセットを行うことを特徴とするエンコーダ装置。 An encoder device that measures a relative movement amount of a second member that moves at least relative to a first member,
The position detection device according to any one of claims 1 to 7,
A third detector for measuring a relative movement amount of the first member and the second member in the normal direction of the lattice pattern surface from the detection signal of the first interference light or the detection signal of the second interference light; With
The encoder device, wherein the third detection unit presets a measurement value of the relative movement amount using the first relative position detected by the first detection unit.
前記第1部材及び前記第2部材の一方に設けられ、少なくとも第1方向を周期方向とする格子パターンを有する反射型の回折格子の格子パターン面に第1計測光を前記第1方向に関して第1の入射角で入射させ、前記回折格子からの第1回折光と第1参照光との第1干渉光を検出することと、
第2計測光を前記回折格子の格子パターン面に前記第1方向に関して第2の入射角で入射させ、前記回折格子からの第2回折光と第2参照光との第2干渉光を検出することと、
前記第1干渉光の検出信号及び前記第2干渉光の検出信号から前記第1部材と前記第2部材との前記格子パターン面の法線方向の第1相対位置を求めることと、を含み、
前記第1計測光の波長と前記第2計測光の波長、及び前記第1の入射角と前記第2の入射角の少なくとも一方が異なることを特徴とする位置検出方法。 A position detection method for detecting a relative position of a second member that moves relative to a first member,
The first measurement light is provided in one of the first member and the second member on the grating pattern surface of a reflective diffraction grating having a grating pattern having at least a first direction as a periodic direction. Detecting the first interference light between the first diffracted light and the first reference light from the diffraction grating,
Second measurement light is incident on the grating pattern surface of the diffraction grating at a second incident angle with respect to the first direction, and second interference light from the second diffraction light and the second reference light from the diffraction grating is detected. And
Obtaining a first relative position in a normal direction of the lattice pattern surface of the first member and the second member from the detection signal of the first interference light and the detection signal of the second interference light,
A position detection method, wherein the wavelength of the first measurement light and the wavelength of the second measurement light, and at least one of the first incident angle and the second incident angle are different.
前記第1相対位置を次の1周期の範囲内で求めることを特徴とする請求項9に記載の位置検出方法。
1周期=Fz1・Fz2/(Fz1−Fz2) The period of the first relative position in the normal direction obtained from the detection signal of the first interference light is Fz1, and the period of the second relative position in the normal direction obtained from the detection signal of the second interference light is Fz2 ( As Fz2 <Fz1),
The position detection method according to claim 9, wherein the first relative position is obtained within a range of the next one cycle.
1 period = Fz1 · Fz2 / (Fz1-Fz2)
前記第1計測光は前記格子パターン面に前記第1方向に関してほぼリトロー角で入射し、
前記第2計測光は前記格子パターン面に前記第1方向に関してほぼ垂直に入射し、
前記第1回折光及び前記第2回折光の次数が同じであることを特徴とする請求項9又は10に記載の位置検出方法。 The wavelength of the first measurement light and the wavelength of the second measurement light are substantially the same,
The first measurement light is incident on the lattice pattern surface at a Littrow angle with respect to the first direction,
The second measurement light is incident on the grating pattern surface substantially perpendicularly with respect to the first direction,
The position detection method according to claim 9 or 10, wherein the orders of the first diffracted light and the second diffracted light are the same.
フレームと、
前記被露光体を支持するとともに前記フレームに対して相対移動可能なステージと、
前記フレームに対する前記ステージの相対位置を検出するための請求項1〜7のいずれか一項に記載の位置検出装置と、を備えることを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus that exposes a pattern onto an object to be exposed,
Frame,
A stage that supports the object to be exposed and is movable relative to the frame;
An exposure apparatus comprising: the position detection device according to claim 1 for detecting a relative position of the stage with respect to the frame.
フレームと、
前記被露光体を支持するとともに前記フレームに対して相対移動可能なステージと、
前記フレームに対する前記ステージの相対移動量を計測するための請求項8に記載のエンコーダ装置と、を備えることを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus that exposes a pattern onto an object to be exposed,
Frame,
A stage that supports the object to be exposed and is movable relative to the frame;
An exposure apparatus comprising: the encoder apparatus according to claim 8 for measuring a relative movement amount of the stage with respect to the frame.
前記リソグラフィ工程で、請求項12又は13に記載の露光装置を用いて物体を露光することを特徴とするデバイス製造方法。 A device manufacturing method including a lithography process,
14. A device manufacturing method, comprising: exposing an object using the exposure apparatus according to claim 12 or 13 in the lithography process.
Priority Applications (1)
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