JP2014029276A - Encoder device, optical 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移動量を計測するエンコーダ装置、このエンコーダ装置を備える光学装置及び露光装置、並びにこの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 an encoder apparatus for measuring a relative movement amount between relatively moving members, an optical apparatus and an exposure apparatus including the encoder apparatus, and a device manufacturing method using the exposure apparatus.
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、従来より、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, the position measurement of a stage that moves a substrate to be exposed has conventionally been a laser. It was done by an interferometer. 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きている。 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 has a resolution close to that of a laser interferometer.
従来のエンコーダ装置において、例えばコヒーレント長が比較的短いレーザ光を使用する場合には、回折光と参照光との光路長の差を短縮することが好ましい。ところが、回折光と参照光との光路長の差を短縮するために、例えば回折光用の光学系と参照光用の光学系とをほぼ対称にして、参照光も例えば参照用の回折格子に入射させるものとすると、参照光の光量損失が大きくなるという問題がある。 In a conventional encoder device, for example, when laser light having a relatively short coherent length is used, it is preferable to reduce a difference in optical path length between diffracted light and reference light. However, in order to shorten the optical path length difference between the diffracted light and the reference light, for example, the optical system for the diffracted light and the optical system for the reference light are made almost symmetrical, and the reference light is also changed to the reference diffraction grating, for example. If it is made incident, there is a problem that the light amount loss of the reference light becomes large.
本発明の態様は、このような課題に鑑み、回折格子を用いて相対移動量を計測する際に、参照光の光量損失を抑制することを目的とする。 In view of such a problem, an aspect of the present invention aims to suppress a light amount loss of reference light when measuring a relative movement amount using a diffraction grating.
本発明の第1の態様によれば、第1部材と該第1部材に対して少なくとも第1方向に相対移動可能に支持された第2部材と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、その第1部材に設けられ、少なくともその第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、計測光及び参照光を射出する光源部と、その第2部材に設けられ、その計測光をその回折格子の格子パターン面に概ね垂直に入射させて、その参照光をその計測光と異なる方向に射出する第1光学部材と、その第2部材に設けられ、その第1光学部材から入射するその参照光又はこの参照光から分岐された光束を反射する少なくとも一つの反射面を持ち、その参照光をその回折格子における互いに異なる2つの回折角と概ね同じ角度だけ偏向させて第1及び第2参照光としてその第1光学部材に向けて反射する第1参照部材と、その第2部材に設けられて、その計測光によってその回折格子からその第1方向に関して発生する互いに異なる次数の第1及び第2回折光がその第1光学部材を介して入射するとともに、その第1及び第2回折光と、その第1光学部材を介して入射するその第1及び第2参照光との第1及び第2干渉光を生成する第1及び第2反射部と、その第1及び第2干渉光をそれぞれ検出する第1及び第2光電検出器と、その第1及び第2光電検出器の検出信号を用いてその第1部材とその第2部材との相対移動量を求める計測部と、を備えるものである。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an encoder apparatus for measuring a relative movement amount between a first member and a second member supported so as to be relatively movable in at least a first direction with respect to the first member. The The encoder device includes a reflective diffraction grating having a grating pattern having a periodic direction at least in the first direction, a light source unit that emits measurement light and reference light, and a second member. A first optical member that causes the measurement light to enter the grating pattern surface of the diffraction grating substantially perpendicularly and emits the reference light in a direction different from the measurement light, and the second member. It has at least one reflecting surface that reflects the reference light incident from the first optical member or a light beam branched from the reference light, and the reference light is approximately the same angle as two different diffraction angles in the diffraction grating. A first reference member that is deflected and reflected toward the first optical member as first and second reference light, and a first reference member that is provided on the second member and that is reflected from the diffraction grating by the measurement light. The first and second diffracted light beams of different orders generated with respect to the direction are incident through the first optical member, and the first and second diffracted light beams and the first diffracted light incident through the first optical member are incident on the first optical member. First and second reflection units that generate first and second interference lights with the first and second reference lights, first and second photoelectric detectors that respectively detect the first and second interference lights, and A measurement unit that obtains a relative movement amount between the first member and the second member using detection signals of the first and second photoelectric detectors.
また、第2の態様によれば、第1の態様のエンコーダ装置と、対象物用の光学系と、を備える光学装置が提供される。
また、第3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であって、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、少なくともその第1方向へのそのフレームとそのステージとの相対移動量を計測するための第1の態様のエンコーダ装置と、を備える露光装置が提供される。
Moreover, according to the 2nd aspect, an optical apparatus provided with the encoder apparatus of a 1st aspect and the optical system for objects is provided.
According to the third aspect, there is provided an exposure apparatus that exposes a pattern onto an object to be exposed, the stage supporting the frame and the object to be exposed and movable relative to the frame in at least the first direction. And an encoder apparatus according to a first aspect for measuring a relative movement amount of the frame and the stage in the first direction at least.
また、第4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第3の態様の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。 Moreover, according to the 4th aspect, the device manufacturing method which exposes an object using the exposure apparatus of a 3rd aspect in the lithography process including the lithography process is provided.
本発明の態様によれば、その参照光をその回折格子における互いに異なる2つの回折角と概ね同じ角度だけ偏向させて第1及び第2参照光としてその第1光学部材に向けて反射する第1参照部材は、少なくとも一つの反射面を持っている。従って、参照光の光量損失を抑制できる。 According to the aspect of the present invention, the reference light is deflected by approximately the same angle as two different diffraction angles in the diffraction grating and reflected toward the first optical member as first and second reference light. The reference member has at least one reflecting surface. Therefore, it is possible to suppress the light amount loss of the reference light.
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態につき図1〜図4を参照して説明する。図1は本実施形態に係るエンコーダ10を示す平面図である。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3次元的に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)に直交する相対移動方向に沿ってZ軸を取って説明する。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、θy、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 plan view showing an
図1において、エンコーダ10は、第1部材6の上面に固定された、XY面にほぼ平行な平板状の2次元の回折格子12と、第2部材7に固定された検出ヘッド14と、検出ヘッド14に計測用のレーザ光を供給するレーザ光源16及び光ファイバ17と、検出ヘッド14で生成される複数の干渉光を伝送する光ファイバ39XA,39XB,39YA,39YB,39Cと、光ファイバ39XA〜39Cを介して供給される複数の干渉光を受光して検出信号を出力するフォトダイオード等の光電センサ40XA,40XB,40YA,40YB,40Cと、それらの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、Y方向、及びZ方向の3次元の相対移動量を求める計測演算部42と、を有する。検出ヘッド14は、回折格子12に計測光を照射し、回折格子12からX方向に発生する複数の回折光と対応する参照光との複数の干渉光を生成するX軸の干渉計部15Xと、回折格子12に計測光を照射し、回折格子12からY方向に発生する複数の回折光と対応する参照光との複数の干渉光を生成するY軸の干渉計部15Yと、その他の光学部材と、を有する。
In FIG. 1, an
回折格子12のXY面にほぼ平行な格子パターン面12bには、X方向及びY方向に所定の周期(ピッチ)pを持ち、位相型でかつ反射型の2次元の格子パターン12aが形成されている。格子パターン12aの周期pは、一例として100nm〜4μm程度(例えば1μm程度)である。なお、格子パターン12aのX方向、Y方向の周期が互いに異なっていてもよい。格子パターン12a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12bは、保護用の平板ガラスで覆われていてもよい。
On the
レーザ光源16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が互いに直交するとともに互いに周波数が所定量だけ異なる第1及び第2の直線偏光のレーザ光ML,RLよりなる2周波ヘテロダイン光を射出する。それらのレーザ光は互いに可干渉(偏光方向を平行にした場合)であり、それらの平均波長をλとする。レーザ光源16は、それら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)を計測演算部42に供給する。なお、ホモダイン干渉方式も使用可能である。
The
光ファイバ17は、レーザ光源16から射出されたレーザ光ML,RLをそれぞれ偏光方向を維持しながら伝送する例えばダブルコア型で偏波面保持型の光ファイバである。本実施形態では、光ファイバ17から射出されるときに、第1のレーザ光MLはXY平面に平行なX方向に偏光した直線偏光であり、第2のレーザ光RLはZ方向に偏光した直線偏光である。他の光ファイバ39XA〜39YB,39Cはシングルコア型であるが、偏波面保持型又は通常のいずれのタイプでもよい。また、光ファイバ39XA〜39YB,39Cの入射口に集光レンズを設けてもよい。なお、光ファイバ17,39XA〜39YB等は、図1では中間部が図示省略されている。また、光ファイバ17の代わりに複数のミラーを組み合わせたビーム送光光学系を使用してもよく、光ファイバ39XA〜39YB,39Cを使用することなく、干渉光を直接に光電センサ40XA〜40YB,40Cで受光してもよい。本実施形態では計測光と参照光との光路長差が短いため(詳細後述)、光ファイバ17から射出されるレーザ光ML,RL間の可干渉距離は比較的短くともよい。
The
検出ヘッド14は、光ファイバ17から射出されるレーザ光ML,RLを平行光束にするレンズ(不図示)を含む連結部18と、連結部18から射出されるレーザ光ML,RLを1対のレーザ光とY軸用の計測光MY及び参照光RYとに分割する透過率が反射率よりもわずかに大きいビームスプリッター20Aと、その1対のレーザ光をX軸用の計測光MX及び参照光RXと、基準信号生成用のレーザ光ML3及びRL3とに分割する透過率が大きく反射率が小さいビームスプリッター20Bと、X軸の計測光MX及び参照光RXをほぼ−Y方向に向けてX軸の干渉計部15Xに入射させる2つのミラー22A,22Bと、を有する。計測光MX,MY及びレーザ光ML3はレーザ光MLから分岐されたレーザ光であり、参照光RX,RY及びレーザ光RL3はレーザ光RLから分岐されたレーザ光である。レーザ光ML,RLは、それぞれ例えば直径が0.5〜数mm程度の円形の断面を有する。なお、その断面は楕円又は矩形等でもよい。Y軸の計測光MY及び参照光RYはほぼ−X方向に向けてY軸の干渉計部15Yに入射し、互いに偏光方向が直交するレーザ光ML3及びRL3は偏光板41Cを介して参照信号用の干渉光として光ファイバ39Cに入射する。光ファイバ39Cで伝送された干渉光は光電センサ40Cで受光される。なお、レーザ光ML,RLが所定角度で交差している場合には、ビームスプリッター20Bと偏光板41Cとの間に、レーザ光ML3,RL3の相対角度を補正して互いに平行にするための光学系を設けてもよい。
The
本実施形態において、干渉計部15Xに入射するX軸の計測光MX及び参照光RXはそれぞれX方向及びZ方向に直線偏光したヘテロダインビームであり、干渉計部15Yに入射するY軸の計測光MY及び参照光RYはそれぞれY方向及びZ方向に直線偏光したヘテロダインビームである。
また、X軸の干渉計部15Xは、ミラー22Bでほぼ−Y方向に反射された計測光MX及び参照光RXが入射する偏光ビームスプリッター面(以下、PBS面という)A11(図2(A)参照)を有する偏光ビームスプリッター部材(以下、PBS部材という)24Xと、PBS部材24Xの+Y方向の側面にX方向に対称に固定された1対のルーフプリズム26XA,26XBと、ルーフプリズム26XA,26XBの間の−Z方向の半面側に、反射面が−Y方向でかつ±X方向を向いて固定された大型の直角プリズム型の1対の反射部材28XA,28XBと、ルーフプリズム26XA,26XBの間で反射部材28XA,28XBの+Z方向の側面に、反射面が+Y方向でかつ±X方向を向いて固定された1対の小型の直角プリズム型の反射部材30XA,30XBと、を有する。さらに、干渉計部15Xは、PBS部材24Xに対向するように配置された参照部材32Xを有する。
In the present embodiment, the X-axis measurement light MX and the reference light RX incident on the
Further, the
+X方向側のルーフプリズム26XA及び反射部材28XA,30XAより第1の反射部25XAが構成され、−X方向側のルーフプリズム26XB及び反射部材28XB,30XBより第2の反射部25XBが構成されている。第2部材7には、計測光MX及び回折格子12から射出される回折光を通す開口(不図示)が形成されており、PBS部材24Xはその開口を覆うように第2部材7に固定されている。参照部材32Xは、連結部材(不図示)を介してPBS部材24X(ひいては第2部材7)に固定されている。
The first reflecting portion 25XA is constituted by the roof prism 26XA and the reflecting members 28XA and 30XA on the + X direction side, and the second reflecting portion 25XB is constituted by the roof prism 26XB and the reflecting members 28XB and 30XB on the -X direction side. . The
図2(A)は、図1中の干渉計部15XのPBS部材24X及び反射部25XA,25XBを示す。図2(A)には図面の錯綜を避けるため参照部材32Xが2点鎖線で示されている。図2(A)において、PBS部材24Xは、Y軸に平行な2辺とZ軸に平行な2辺とで囲まれた正方形の断面を持ち、X方向に細長い角柱状であり、その内部に斜めに(XY面に対してX軸の回りに45°の角度で傾斜して)PBS面A11が形成されている。反射部25XAのルーフプリズム26XAは、PBS部材24Xの底面に密着して固定された底面と、XY面に平行でY軸に対して所定角度で傾斜した稜線A16に関して対称に、かつ直交するように形成された1対の反射面A13,A14と、YZ面に平行で反射部材28XA,30XBに密着した射出面A15とを有する。他方のルーフプリズム26XBはルーフプリズム26XAと対称な形状であり、ルーフプリズム26XBも直交する2つの反射面A23,A24を有する。
FIG. 2A shows the
図1のミラー22Bで反射された計測光MXはS偏光として、参照光RXはP偏光としてほぼ−Y方向に図2(A)のPBS部材24XのPBS面A11に入射し、参照光RXはPBS面A11を透過して−Y方向の参照部材32Xに向けて射出される。一方、S偏光の計測光MXはPBS面A11で反射されて、回折格子12Xの格子パターン面12b(格子パターン12a)に垂直に(Z軸に平行に)入射する。垂直に入射するとは、計測光MXを格子パターン面12bに正確に垂直に入射させる場合の外に、0次光(正反射光)の影響を軽減するために、計測光MXをZ軸に平行な軸に対してX方向(θy方向)及び/又はY方向(θx方向)に例えば0.5〜1.5°程度傾斜させて格子パターン面12bに入射させる場合も含まれている。本実施形態では、このように計測光又は参照光がある程度の角度で傾斜してある面に入射する場合を含めるときに、その計測光又は参照光はその面に概ね垂直に入射するものとしている。
The measurement light MX reflected by the
本実施形態において、概ね垂直に回折格子12の格子パターン面12bに入射する計測光MXによって、X方向に対称に±1次回折光DX1,DX2が発生し、発生した回折光DX1,DX2はPBS部材24XのPBS面A11で反射されてルーフプリズム26XA,26XBに入射する。この際に、Y方向に対称に±1次回折光も発生するが、Y方向の回折光はX軸の干渉計部15Xでは使用されない。+1次回折光DX1は、ルーフプリズム26XAの反射面A13,A14で順に反射され−Z方向にシフトして、かつX軸に平行に−X方向に向けて反射部材28XAに入射する。そして、反射部材28XAで反射された回折光DX1は、PBS部材24XのPBS面A11で反射されて回折格子12の格子パターン面12bに概ね垂直に入射する。同様に、−1次回折光DX2は、PBS面A11及びルーフプリズム26XBの反射面A23,A24等を介して−Z方向にシフトして、かつX軸に平行に+X方向に向けて反射部材28XBに入射し、反射部材28XBで反射された回折光DX2は、PBS面A11で反射されて回折格子12の格子パターン12aに概ね垂直に入射する。
In the present embodiment, ± 1st order diffracted beams DX1 and DX2 are generated symmetrically in the X direction by the measuring beam MX incident on the
図2(B)に示すように、格子パターン12aにおいて計測光MXが入射する位置に対して、回折光DX1,DX2が入射する位置は、−Y方向に間隔a1だけシフトするとともに、±X方向に対称に間隔a2だけシフトしている。間隔a1は、PBS部材24XのY方向の幅のほぼ1/2であり、間隔a2は、PBS部材24XのX方向の長さのほぼ1/4である。このような配置で計測光MX及び回折光DX1,DX2を回折格子12に入射させることで、干渉計部15Xの構成を小型化できる。ただし、間隔a1,a2は任意である。また、計測光MX及び回折光DX1,DX2の入射位置の配置は任意であり、回折光DX1,DX2の入射位置は例えば計測光MXの入射位置をY方向に挟むように配置されていてもよい。
As shown in FIG. 2B, the positions where the diffracted lights DX1 and DX2 are incident on the position where the measurement light MX is incident on the
反射部材28XA,28XBで反射されてPBS面A11で反射された回折光DX1,DX2によって回折格子12からX方向に対称に+1次回折光EX1及び−1次回折光EX2(再回折光)が発生し、発生した回折光EX1は、PBS面A11、ルーフプリズム26XAの反射面A14,A13の順に反射されて、+Z方向にシフトして、かつX軸に平行に−X方向に向けて反射部材30XAに入射する。そして、反射部材30XAで+Y方向に反射されたS偏光の回折光EX1は、偏光板41XAを介して光ファイバ39XAに入射する。
The diffracted lights DX1 and DX2 reflected by the reflecting members 28XA and 28XB and reflected by the PBS surface A11 generate + 1st order diffracted light EX1 and −1st order diffracted light EX2 (rediffracted light) symmetrically in the X direction from the
そして、回折光EX2は、PBS面A11、及びルーフプリズム26XBの反射面A24,A23の順に反射されて+X方向にシフトして、かつX軸に平行に+X方向に向けて反射部材30XBに入射する。反射部材30XBで+Y方向に反射されたS偏光の回折光EX2は、偏光板41XBを介して光ファイバ39XBに入射する
図2(A)において、計測光MXが回折格子12の格子パターン12aに垂直に(Z軸に平行に)入射するとき、計測光MXによるX方向の+1次回折光DX1の回折角φx(図4参照)は、格子パターン12aの周期p及び計測光MXの波長λを用いて次の関係を満たす。このとき、−1次回折光DX2の回折角は−φxとなる。
The diffracted light EX2 is reflected in the order of the PBS surface A11 and the reflecting surfaces A24 and A23 of the roof prism 26XB, shifted in the + X direction, and incident on the reflecting member 30XB in the + X direction parallel to the X axis. . The S-polarized diffracted light EX2 reflected in the + Y direction by the reflecting member 30XB enters the optical fiber 39XB through the polarizing plate 41XB. In FIG. 2A, the measurement light MX is perpendicular to the
p・sin(φx)=λ …(1)
一例として、周期pを1000nm(1μm)、計測光MXの波長λを633nmとすると、回折角φxはほぼ39°となる。
図3(A)は、図1中の干渉計部15XのPBS部材24X及び参照部材32Xを示し、図3(B)は、図3(A)中の参照部材32Xを示す。図3(A)において、参照部材32Xは、X方向に回折格子12の周期と同じ周期p(図3(B)参照)の1次元の格子パターン32Xgが形成されたXZ面にほぼ平行な平坦部、及び格子パターン32Xgに対して−Z方向に設けられた1対の平面の反射面32Xa,32Xbを有する。1次元の格子パターン32Xgは、回折格子12の格子パターン12aと同様に製造できる。格子パターン32Xgは1次元であるため、±1次の回折効率は回折格子12のほぼ2倍である。
p · sin (φx) = λ (1)
As an example, if the period p is 1000 nm (1 μm) and the wavelength λ of the measurement light MX is 633 nm, the diffraction angle φx is approximately 39 °.
3A shows the
図3(B)に示すように、反射面32Xa及び32XbはそれぞれXZ面に対してZ軸に平行な軸の回りに時計回り及び反時計回りにほぼ角度φx/2で傾斜している。角度φxは、回折格子12からの1次回折光の回折角(式(1))と同じである。反射面32Xa,32Xbは例えばガラスの平面に高反射率の金属膜を形成したものであり、参照光RXに対してかなり大きい反射率を持つ。格子パターン32Xg及び反射面32Xa,32XbはPBS部材24Xに対向しており、格子パターン32XgとPBS部材24XのPBS面A11との距離は、図2(A)の回折格子12の格子パターン12aとPBS面A11との距離とほぼ同じ(第1部材6と第2部材7とのZ方向の相対移動量分だけ異なっている)である。
As shown in FIG. 3B, the reflecting surfaces 32Xa and 32Xb are inclined with respect to the XZ plane clockwise and counterclockwise at an angle φx / 2 around an axis parallel to the Z axis. The angle φx is the same as the diffraction angle (formula (1)) of the first-order diffracted light from the
図1のミラー22Bで反射された参照光RXは、P偏光としてほぼ−Y方向に図3(A)のPBS部材24XのPBS面A11に入射し、参照光RXはPBS面A11を透過して参照部材32Xの格子パターン32Xgに概ね垂直に入射する。格子パターン32Xgに入射する参照光RXによって、X方向に対称に±1次回折光RX1,RX2が発生する。格子パターン32Xgの周期pは格子パターン12aと同じであるため、±1次回折光RX1,RX2(以下、第1及び第2の参照光RX1,RX2と呼ぶ。)の回折角φxは図2(A)の回折光DX1,DX2の回折角と同じである(図3(B)参照)。
The reference light RX reflected by the
発生した参照光RX1,RX2(ほぼP偏光)はPBS部材24XのPBS面A11を透過してルーフプリズム26XA,26XB(反射部25XA,25XB)に入射する。反射部25XA,25XBにおける参照光RX1,RX2の光路は、図2(A)の計測光MXの回折光DX1,DX2の光路と同じである。参照光RX1,RX2は、それぞれルーフプリズム26XA,26XBの1対の反射面及び反射部材28XA,28XBで反射された後、PBS部材24XのPBS面A11を透過してY軸にほぼ平行に参照部材32Xの反射面32Xa,32Xbに入射する。参照光RX1,RX2が参照部材32X上で入射する位置は、参照光RXが入射する位置に対して−Z方向に、かつ±X方向にシフトしている。参照光RX1,RX2の参照部材32Xに対する入射位置とPBS面A11との距離は、図2(A)の回折光DX1,DX2の格子パターン12aに対する入射位置とPBS面A11との距離とほぼ同じ(第1部材6と第2部材7とのZ方向の相対移動量分だけ異なっている)である。
The generated reference beams RX1 and RX2 (substantially P-polarized light) pass through the PBS surface A11 of the
本実施形態では、参照部材32Xの反射面32Xa,32XbはXZ面に対して角度±φx/2で傾斜している。このため、反射面32Xa,32Xbに入射する参照光RX1,RX2は、それぞれX方向に角度φx及び−φxだけ傾斜するように反射面32Xa,32Xbで反射される。角度φxは、格子パターン32Xg(格子パターン12a)における1次回折光の回折角と同じである。従って、反射された参照光RX1,RX2(ほぼP偏光)は、格子パターン32Xgで回折されたときと同じ方向に対称にPBS部材24XのPBS面A11に入射し、PBS面A11を透過してルーフプリズム26XA,26XB(反射部25XA,25XB)に入射する。
In the present embodiment, the reflecting surfaces 32Xa and 32Xb of the
反射面32Xa,32Xbで反射された参照光RX1,RX2の反射部25XA,25XB内での光路は、図2(A)の計測光MXの回折光EX1,EX2の光路と同じである。そして、参照光RX1は、ルーフプリズム26XAの1対の反射面及び反射部材30XAで反射された後、回折光EX1と同軸に合成されて、図1の偏光板41XAを介して干渉光となる。この干渉光は光ファイバ39XAを介して光電センサ40XAで受光される。同様に、参照光RX2は、ルーフプリズム26XBの1対の反射面及び反射部材30XBで反射された後、回折光EX2と同軸に合成されて、図1の偏光板41XBを介して干渉光となる。この干渉光は光ファイバ39XBを介して光電センサ40XBで受光される。 The optical paths in the reflecting portions 25XA and 25XB of the reference beams RX1 and RX2 reflected by the reflecting surfaces 32Xa and 32Xb are the same as the optical paths of the diffracted beams EX1 and EX2 of the measurement beam MX in FIG. Then, the reference light RX1 is reflected by the pair of reflecting surfaces of the roof prism 26XA and the reflecting member 30XA, and then is coaxially combined with the diffracted light EX1 and becomes interference light via the polarizing plate 41XA in FIG. This interference light is received by the photoelectric sensor 40XA through the optical fiber 39XA. Similarly, the reference light RX2 is reflected by the pair of reflecting surfaces of the roof prism 26XB and the reflecting member 30XB, and then is coaxially combined with the diffracted light EX2 to become interference light via the polarizing plate 41XB in FIG. . This interference light is received by the photoelectric sensor 40XB through the optical fiber 39XB.
この場合、PBS面A11に入射した計測光MXが回折光EX1,EX2として偏光板41XA,41XBに入射するまでの光路長と、PBS面A11に入射した参照光RXが参照光RX1,RX2として偏光板41XA,41XBに入射するまでの光路長とはほぼ等しいため、回折光EX1,EX2と参照光RX1,RX2との光路長差はかなり小さく、高いSN比の干渉光が得られる。なお、本実施形態では、第1部材6と第2部材7とのZ方向の相対移動量は、計測光MXと参照光RXとの可干渉距離に比べて小さくなる範囲に設定されている。さらに、回折光EX1,EX2は回折格子12による2回の回折で光量が低下しているのに対して、参照光RX1,RX2は参照部材32Xによって1回だけ回折されているため、参照光RX1,RX2の光量低下が大幅に抑制されている。なお、図1の連結部18から射出されるレーザ光ML,RLが所定角度で傾斜している場合には、その傾斜角を相殺するように、図3(B)の参照部材32Xの反射面32Xa,32Xbの傾斜角をφx/2からずらしておいてもよい。
In this case, the optical path length until the measurement light MX incident on the PBS surface A11 enters the polarizing plates 41XA and 41XB as diffracted light EX1 and EX2, and the reference light RX incident on the PBS surface A11 is polarized as the reference light RX1 and RX2. Since the optical path lengths until they enter the plates 41XA and 41XB are substantially equal, the optical path length difference between the diffracted lights EX1 and EX2 and the reference lights RX1 and RX2 is considerably small, and interference light with a high S / N ratio can be obtained. In the present embodiment, the relative movement amount in the Z direction between the
また、図1のY軸の干渉計部15Yは、X軸の干渉計部15XのPBS部材24X、反射部25XA,25XB、及び参照部材32Xを一体的に90°回転した構成のPBS部材24Y、反射部25YA,25YB、及び参照部材32Yを有する。PBS部材24Yは開口(不図示)を覆うように第2部材7に固定されている。
ビームスプリッター20Aで分岐された計測光MY及び参照光RYは、干渉計部15YのPBS部材24Yに入射し、P偏光の参照光RYはPBS部材24YのPBS面を透過して−X方向に射出されて参照部材32Yの格子パターンに入射する。そして、S偏光の計測光MYはPBS部材24YのPBS面で反射されて回折格子12の格子パターン12aに概ね垂直に入射し、格子パターン12aからY方向に対称に発生した±1次回折光は、反射部25YA,25YB及びPBS部材24YのPBS面で反射されて回折格子12の格子パターン12aに概ね垂直に入射する。そして、それらの1対の回折光によるY方向の+1次回折光EY1及び−1次回折光EY2が回折格子12から発生し、回折光EY1,EXY2はPBS部材24YのPBS面及び反射部25YA,25YBを介して+X方向に射出される。
Further, the Y-
The measurement light MY and the reference light RY branched by the
また、PBS部材24Yを透過した参照光RYによって、参照部材32Yの格子パターンからY方向の±1次回折光よりなる第1及び第2の参照光RY1,RY2が発生する。参照光RY1,RY2は、PBS部材24YのPBS面を透過して反射部25YA,25YBで反射される。反射された参照光RY1,RY2は、PBS部材24YのPBS面を透過して参照部材32Yの傾斜した1対の反射面に入射する。その1対の反射面で反射された参照光RY1,RY2は、PBS部材24YのPBS面を透過して反射部25YA,25YBを介して+X方向に射出される。そして、一方の参照光RY1は回折光EY1と同軸に合成され、偏光板41YAを通過して干渉光となり、この干渉光は光ファイバ39YAを介して光電センサ40YBに受光される。他方の参照光RY2は回折光EY2と同軸に合成され、偏光板41YBを通過して干渉光となり、この干渉光は光ファイバ39YAを介して光電センサ40YBに受光される。
Further, the reference light RY transmitted through the
Y軸の干渉計部15Yにおいても、回折光EY1,EY2と参照光RY1,RY2との光路長差はかなり小さく、高いSN比の干渉光が得られる。さらに、回折光EY1,EY2は回折格子12による2回の回折で光量が低下しているのに対して、参照光RY1,RY2は参照部材32Yによって1回だけ回折されているため、参照光RY1,RY2の光量低下が大幅に抑制されている。
Also in the Y-
図1において、計測演算部42は、第1演算部42X、第2演算部42Y、及び第3演算部42Tを有する。そして、X軸の光電センサ40XAは、回折光EX1及び参照光RX1よりなる干渉光の検出信号(光電変換信号)を第1演算部42Xに供給し、X軸の光電センサ40XBは、回折光EX2及び参照光RX2よりなる干渉光の検出信号を第1演算部42Xに供給する。また、Y軸の光電センサ40YAは、回折光EY1及び参照光RY1よりなる干渉光の検出信号を第2演算部42Yに供給し、Y軸の光電センサ40YBは、回折光EY2及び参照光RY2よりなる干渉光の検出信号を第2演算部42Yに供給する。第1演算部42X及び第2演算部42Yには、レーザ光源16からの基準周波数の信号(基準信号)、及び光電センサ40Cで検出された参照用の干渉光のほぼその基準周波数の信号(参照信号)も供給されている。
In FIG. 1, the
ここで、第1部材6と第2部材7とのX方向、Y方向、Z方向の相対移動量(相対変位)をX,Y,Zとして、第1演算部42X及び第2演算部42Yで求められるZ方向の相対移動量をそれぞれZX,ZYとする。このとき、一例として、第1演算部42Xは、光電センサ40XAの検出信号及び基準信号(又は参照信号)から、既知の係数a,bを用いてX方向及びZ方向の第1の相対移動量(a・X+b・ZX)を求め、光電センサ40XBの検出信号及び基準信号(又は参照信号)から、X方向及びZ方向の第2の相対移動量(−a・X+b・ZX)を求め、その第1及び第2の相対移動量からX方向の相対移動量(X)及びZ方向の相対移動量(ZX)を求め、求めた結果を第3演算部42Tに供給する。第2演算部42Yは、光電センサ40YAの検出信号及び基準信号(又は参照信号)から、Y方向及びZ方向の第1の相対移動量(a・Y+b・ZY)を求め、光電センサ40YBの検出信号及び基準信号(又は参照信号)から、Y方向及びZ方向の第2の相対移動量(−a・Y+b・ZY)を求め、その第1及び第2の相対移動量からY方向の相対移動量(Y)及びZ方向の相対移動量(ZY)を求め、求めた結果を第3演算部42Tに供給する。
Here, the X, Y, and Z direction relative movement amounts (relative displacements) between the
第3演算部42Tは、演算部42X,42Yから供給される相対移動量(X)及び(Y)を所定のオフセットで補正した値を第1部材6と第2部材7とのX方向、Y方向の相対移動量として出力する。また、第3演算部42Tは、一例として、演算部42X,42Yから供給されるZ方向の相対移動量(ZX)及び(ZY)の平均値(=(ZX+ZY)/2)を所定のオフセットで補正した値を第1部材6と第2部材7とのZ方向の相対移動量として出力する。X方向、Y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。エンコーダ10では、計測光MX,MY等の光路が短いため、その光路上の気体の温度揺らぎに起因する計測値の短期的な変動を低減できる。さらに、最終的に2回目の+1次回折光EX1,EY1及び−1次回折光EX2,EY2と対応する参照光RX1〜RY2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、±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 third calculation unit 42T calculates a value obtained by correcting the relative movement amounts (X) and (Y) supplied from the
次に、本実施形態の検出ヘッド14の計測光の回折光の光路につき詳細に説明する。
図4はX軸の干渉計部15Xの要部及び回折格子12を示す。図4において、計測光MXによって回折格子12から発生した+1次の回折光DX1は、PBS部材24XのPBS面A11及び反射部25XAによって、計測光MX(ここではZ軸に平行)に平行になるように折り曲げられて回折格子12に再入射する。
Next, the optical path of the diffracted light of the measurement light of the
FIG. 4 shows the main part of the
このとき、干渉計部15Xに対して回折格子12の格子パターン12aのZ方向の相対位置が位置B11までδZだけ変化した場合を想定する。このとき、計測光MXによる+1次回折光DX1は、光路が位置B12に平行にシフトしてPBS面A11を介して反射部25XAに入射するが、反射部25XAでは入射光に対して射出光の光路は中心に関して対称にシフトする。このため、反射部25XA及びPBS面A11で反射された回折光DX1は、格子パターン面12bのZ方向の相対位置が変化していないときの+1次回折光EX1の光路と交差する位置で回折格子12に入射する。従って、格子パターン面12bが位置B11まで変化していても、回折光DX1によって回折格子12から発生する+1次回折光EX1の光路B13は、格子パターン面12bのZ方向の相対位置が変化していないときの光路と同じである。このため、回折光EX1と参照光RX1とをPBS面A2(図1参照)で同軸に合成して干渉光を生成したとき、回折光EX1と参照光RX1との相対的な横ずれ量がないため、その干渉光を光電変換したときに得られる検出信号のうちの交流信号(ビート信号又は信号成分)の割合が低下することがない。
At this time, it is assumed that the relative position in the Z direction of the
これは、X軸の−1次回折光DX2及びY軸の±1次回折光DY1,DY2でも同様であり、格子パターン面12bのZ方向の相対位置が変化しても、図1の光電センサ40XA〜40YBの検出信号のうちのビート信号の割合は低下しない。従って、それらの検出信号を用いて高いSN比で高精度に第1部材6と第2部材7との相対移動量を計測できる。
This also applies to the X-order −1st-order diffracted light DX2 and the Y-axis ± 1st-order diffracted lights DY1 and DY2, and even if the relative position in the Z direction of the
本実施形態の効果等は以下の通りである。
本実施形態のエンコーダ10は、第1部材6に対してX方向、Y方向、Z方向に3次元的に相対移動可能な第2部材7の相対移動量を計測する3軸のエンコーダ装置である。そして、エンコーダ10は、第1部材6に設けられ、X方向及びY方向を周期方向とする格子パターン12aを有する反射型の回折格子12と、計測光MX及び参照光RXを射出するレーザ光源16と、第2部材7に設けられ、計測光MXを回折格子12の格子パターン面12bに概ね垂直に入射させて、参照光RXを計測光MXと異なる方向に射出するPBS部材24X(第1光学部材)と、第2部材7に設けられ、PBS部材24Xから入射する参照光RX1,RX2(参照光RXから分岐された光束)を反射する反射面32Xa,32Xbを持ち、参照光RXを回折格子12における±1次回折光の回折角と概ね同じ角度だけ偏向させて参照光RX1,RX2としてPBS部材24Xに向けて反射する参照部材32X(第1参照部材)と、を有する。さらに、エンコーダ10は、第2部材7に設けられて、計測光MXによる回折格子12での2回の回折によってX方向に関して発生する±1次の回折光EX1,EX2がPBS部材24Xを介して入射するとともに、回折光EX1,EX2と、PBS部材24Xを介して入射する参照光RX1,RX2との第1及び第2干渉光を生成する反射部25XA,25XBと、その第1及び第2干渉光を検出する光電センサ40XA,40XBと、光電センサ40XA,40XBの検出信号を用いて第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求める計測演算部42(計測部)と、を有する。
The effects and the like of this embodiment are as follows.
The
本実施形態によれば、回折光EX1,EX2と参照光RX1,RX2とはPBS部材24X及び反射部25XA,25XB内ではほぼ共通の光路を有するとともに、参照部材32Xは参照光RX1,RX2を回折格子12での±1次の回折光とほぼ同じ角度でPBS部材24Xに戻している。従って、回折光EX1,EX2と参照光RX1,RX2との光路長差を短くできるため、高いSN比の干渉光が得られて高い計測精度が得られるとともに、入射する計測光MXと参照光RXとして可干渉距離の短いレーザ光を使用できる。さらに、参照部材32Xは、参照光RX1,RX2を回折格子12での±1次の回折光とほぼ同じ角度で反射する反射面32Xa,32Xbを有するため、参照光RXの光量損失を抑制できる。
According to the present embodiment, the diffracted beams EX1 and EX2 and the reference beams RX1 and RX2 have a substantially common optical path in the
また、仮に第1部材6と第2部材7とのX方向、Y方向の相対位置が固定されている場合には、光電センサ40XAの検出信号から第1部材6と第2部材7とのZ方向の相対移動量を計測できる。
さらに、レーザ光源16は計測光MY及び参照光RYをも発生し、エンコーダ10は、計測光MYを回折格子12の格子パターン面12bに概ね垂直に入射させて、参照光RYを計測光MYと異なる方向に射出するPBS部材24Yと、第2部材7に設けられ、PBS部材24Yから入射する参照光RYを格子パターン及び反射面を介して参照光RY1,RY2としてPBS部材24Yに向けて反射する参照部材32Yと、を有する。さらに、エンコーダ10は、第2部材7に設けられて、計測光MYによる回折格子12での2回の回折によってY方向に関して発生する±1次の回折光EY1,EY2がPBS部材24Yを介して入射するとともに、それらの回折光と、PBS部材24Yを介して入射する参照光RY1,RY2との第3及び第4干渉光を生成する反射部25YA,25YBと、その第3及び第4干渉光を検出する光電センサ40YA,40YBと、を有する。そして、計測演算部42は、光電センサ40XA,40XB,40YA,40YBの検出信号を用いて第1部材6と第2部材7とのX方向、Y方向、及びZ方向の相対移動量を求めている。
Further, if the relative positions of the
Further, the
従って、回折光EY1,EY2と参照光RY1,RY2との光路長差を短くできるため、高いSN比の干渉光が得られて高い計測精度が得られる。さらに、参照部材32Yは、参照光RY1,RY2を回折格子12での±1次の回折光とほぼ同じ角度で反射する反射面を有するため、参照光RYの光量損失を抑制できる。
なお、上記の実施形態では以下のような変形が可能である。
Accordingly, since the optical path length difference between the diffracted beams EY1 and EY2 and the reference beams RY1 and RY2 can be shortened, interference light with a high S / N ratio can be obtained and high measurement accuracy can be obtained. Furthermore, since the
In the above embodiment, the following modifications are possible.
上記の実施形態では2次元の回折格子12が使用されているが、回折格子12の代わりに例えばX方向にのみ周期性を持つ1次元の回折格子を使用してもよい。この場合、検出ヘッド14からは、Y軸の干渉計部15Y及び光電センサ40YA,40YB等を省略し、光電センサ40XA,40XBの検出信号を用いて第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できる。
In the above-described embodiment, the two-
また、上記の実施形態では、計測光MX,MYは偏光方向が同じ第1周波数の光束で、参照光RX,RYは偏光方向が同じ第2周波数の光束であるが、計測光MX及び参照光RYを偏光方向が同じ第1周波数の光束として、計測光MY及び参照光RXを偏光方向が同じ第2周波数の光束としてもよい。この場合には、計測光MXと参照光RYとの光量比を計測光MXが大きくなるように設定し、計測光MYと参照光RXとの光量比を計測光MYが大きくなるように設定しておき、最終的に干渉光の段階で計測光MX(回折光)と参照光RXとの光量比(計測光MY(回折光)と参照光RYとの光量比)をほぼ1:1にしてもよい。これによって、回折格子12から発生する回折光の光量を大きくでき、干渉光のSN比をさらに改善できる。
In the above embodiment, the measurement lights MX and MY are light beams having the same first polarization direction, and the reference lights RX and RY are light beams having the same second polarization direction, but the measurement light MX and the reference light. RY may be a light beam having the same first polarization direction, and measurement light MY and reference light RX may be a light beam having the second polarization direction having the same polarization direction. In this case, the light quantity ratio between the measurement light MX and the reference light RY is set so that the measurement light MX becomes large, and the light quantity ratio between the measurement light MY and the reference light RX is set so that the measurement light MY becomes large. In the final stage of interference light, the light quantity ratio between the measurement light MX (diffracted light) and the reference light RX (the light quantity ratio between the measurement light MY (diffracted light) and the reference light RY) is set to approximately 1: 1. Also good. As a result, the amount of diffracted light generated from the
また、上記の実施形態では、X軸の干渉計部15Xにおいて回折格子12で2回の回折によって発生した回折光EX1,EX2と参照光RX1,RX2との干渉光を検出しているが、回折格子12で1回の回折によって発生した回折光DX1,DX2と参照光RX1,RX2との干渉光を検出してもよい。ただし、この場合には、参照部材32Xとしては、ビームスプリッター面及び反射面を持ち、入射する参照光RXを参照光RX1,RX2に分岐して回折光DX1,DX2と同じ角度で反射する光学部材が使用される。これはY軸の干渉計部15Yにおいても同様である。
In the above-described embodiment, the interference light between the diffracted beams EX1 and EX2 and the reference beams RX1 and RX2 generated by the
また、上記の実施形態において、図2(A)に示すように、回折格子12から発生する回折光DX1,DX2及びEX1,EX2はPBS部材24XのPBS面A11に対して正確にS偏光になっておらず、光量損失が生じる恐れがある。そこで、回折格子12から発生する回折光DX1,DX2及びEX1,EX2の光路に、それぞれ偏光方向を調整するための例えば1/2波長板よりなる回転角が調整可能な波長板35XA,35XC,35XB,35XDを設置してもよい。この場合、波長板35XA〜35XDの回転角を例えば回折光DX1〜EX2のPBS面A11における反射率が最大になるように調整することで、回折光DX1〜EX2の光量損失を最小にできる。
In the above embodiment, as shown in FIG. 2A, the diffracted lights DX1, DX2 and EX1, EX2 generated from the
同様に、図3(B)に示すように、参照部材32Xから発生する回折光又は反射光よりなる参照光RX1,RX2はPBS部材24XのPBS面A11に対して正確にP偏光になっておらず、光量損失が生じる恐れがある。そこで、参照部材32Xから発生する回折光(参照光RX1,RX2)及び反射光(参照光RX1,RX2)の光路に、それぞれ偏光方向を調整するための例えば1/2波長板よりなる回転角が調整可能な波長板35RA,35RC,35RB,35RDを設置してもよい。この場合、波長板35RA〜35RDの回転角を例えば回折光又は反射光のPBS面A11における透過率が最大になるように調整することで、回折光及び反射光の光量損失を最小にできる。
Similarly, as shown in FIG. 3B, the reference lights RX1 and RX2 made of diffracted light or reflected light generated from the
なお、波長板35XA〜35XD及び波長板35RA〜35RDは少なくとも1枚設けるだけでも光量損失を低減できる効果がある。
また、上記の実施形態では、PBS部材24XのPBS面A11に対して計測光MXをS偏光、参照光RXをP偏光としているが、PBS面A11に対して計測光MXをP偏光、参照光RXをS偏光としてもよい。この場合には、計測光MXはPBS面A11を透過して、参照光RXはPBS面A11で反射される。
It should be noted that there is an effect that it is possible to reduce the light amount loss by providing at least one wave plate 35XA to 35XD and one wave plate 35RA to 35RD.
In the above embodiment, the measurement light MX is S-polarized light and the reference light RX is P-polarized light with respect to the PBS surface A11 of the
また、上記の実施形態では、反射部25XA,25XBはルーフプリズム26XA,26XBを有するが、ルーフプリズム26XA,26XBの代わりに直交する1対の反射面を持つルーフミラーを使用してもよい。同様に、反射部材28XA,30XA等として、平面ミラーを使用してもよい。これにより、干渉計部15Xを軽量化できる場合がある。
次に、図5の第1変形例の干渉計部15XAで示すように、参照部材として、周期pの格子パターン32Xg及びXZ面に平行な反射面32Xcを有する第1参照部材32XAと、反射面32XcとPBS部材24Xとの間に配置される1対の楔形プリズム33XA,33XBとを使用してもよい。図5において図3(A)に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
In the above embodiment, the reflecting portions 25XA and 25XB have the roof prisms 26XA and 26XB, but a roof mirror having a pair of orthogonal reflecting surfaces may be used instead of the roof prisms 26XA and 26XB. Similarly, a plane mirror may be used as the reflecting members 28XA and 30XA. Thereby, the
Next, as shown by the interferometer unit 15XA of the first modified example of FIG. 5, as a reference member, a first reference member 32XA having a grating pattern 32Xg with a period p and a reflecting surface 32Xc parallel to the XZ plane, and a reflecting surface A pair of wedge prisms 33XA and 33XB disposed between 32Xc and the
図5において、PBS部材24XのPBS面A11を透過した参照光RXは、第1参照部材32XAの格子パターン32Xgに概ね垂直に入射し、格子パターン32XgからX方向に±1次回折光よりなる参照光RX1,RX2が発生する。参照光RX1,RX2は、PBS部材24X及び反射部25XA,25XBを介して反射された後、PBS面A11を透過して楔形プリズム33XA,33XBによって回折角φxの1/2だけ光路が±X方向に偏向されて第1参照部材32XAの反射面32Xcに入射する。そして、反射面32Xcで反射された参照光RX1,RX2は、図3(A)の場合と同じ光路に沿ってPBS部材24Xに入射する。この他の構成及び効果は上記の実施形態と同様である。従って、この干渉計部15XAによっても、参照光RX1,RX2の光量損失を抑制できる。
In FIG. 5, the reference light RX transmitted through the PBS surface A11 of the
次に、図6(A)の第2変形例の干渉計部15XBで示すように、参照部材として、周期pの格子パターン32Xg、凹面状の互いに傾斜した1対の屈折面33XBa,33XBc、及び屈折面33XBa,33XBcの底面側の1対の反射面33XBb,33XBdを有する参照部材32XBを使用してもよい。図6(A)において図3(A)に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。 Next, as shown by an interferometer portion 15XB of the second modification of FIG. 6A, as a reference member, a grating pattern 32Xg having a period p, a pair of concave refracting surfaces 33XBa, 33XBc, and A reference member 32XB having a pair of reflecting surfaces 33XBb and 33XBd on the bottom surface side of the refracting surfaces 33XBa and 33XBc may be used. 6A, parts corresponding to those in FIG. 3A are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図6(A)において、PBS部材24XのPBS面A11を透過した参照光RXは、参照部材32XBの格子パターン32Xgに概ね垂直に入射し、格子パターン32XgからX方向に±1次回折光よりなる参照光RX1,RX2が発生する。参照光RX1,RX2は、PBS部材24X及び反射部25XA,25XBを介して反射された後、PBS面A11を透過して参照部材32XBの屈折面33XBa,33XBcに入射する。
In FIG. 6A, the reference light RX transmitted through the PBS surface A11 of the
図6(B)に示すように、屈折面33XBa,33XBcに入射して屈折された参照光RX1,RX2は、光路B9A,B9Bに沿って底面にある反射面33XBb,33XBdで反射された後、再び屈折面33XBa,33XBcで屈折される。そして、屈折面33XBa,33XBcで屈折されて射出した参照光RX1,RX2は、図3(A)の場合と同じ光路に沿ってPBS部材24Xに入射する。従って、参照部材32XBの屈折率、屈折面33XBa,33XBcの位置及び角度、並びに反射面33XBb,33XBdの位置及び角度は、屈折面33XBa,33XBcで屈折されて射出した参照光RX1,RX2の位置及び方向が、図2(A)の回折格子12から発生する±1次回折光EX1,EX2の位置及び方向に対応するように設定されている。この他の構成及び効果は上記の実施形態と同様である。従って、この干渉計部15XBによっても、参照光RX1,RX2の光量損失を抑制できる。
As shown in FIG. 6B, the reference beams RX1 and RX2 that are refracted by being incident on the refracting surfaces 33XBa and 33XBc are reflected by the reflecting surfaces 33XBb and 33XBd on the bottom surface along the optical paths B9A and B9B. The light is again refracted by the refracting surfaces 33XBa and 33XBc. Then, the reference beams RX1 and RX2 refracted and emitted by the refracting surfaces 33XBa and 33XBc are incident on the
次に、図7(A)の第3変形例の干渉計部15XCで示すように、参照部材として、角度φx/2で傾斜した反射面32XCa、及び図3(A)と同じ傾斜角の1対の反射面32Xa,32Xbを有する第1参照部材32XCと、ハーフミラー面及び複数の反射面を持つ第2参照部材34Xと、を使用してもよい。図7(A)において図3(A)に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。図7(A)において、PBS部材24XのPBS面A11を透過した参照光RXは、第2参照部材34Xに入射する。
Next, as shown in the interferometer section 15XC of the third modification of FIG. 7A, as a reference member, a reflective surface 32XCa inclined at an angle φx / 2, and 1 of the same inclination angle as that in FIG. A first reference member 32XC having a pair of reflection surfaces 32Xa and 32Xb and a
図7(B)において、入射した参照光RXは、第2参照部材34Xのハーフミラー面34Xaでほぼ−Y方向に向かう第1参照光RX1と、角度−φxで反射された第2参照光RX2とに分割される。なお、図7(B)における2点鎖線の面B20は、図3(B)の格子パターン32Xgと同じ高さの面であり、角度φxは計測光MXが入射する回折格子12における回折角である。ハーフミラー面34Xaを透過した第1参照光RX1は、第1参照部材32XCの反射面32XCaで、入射する参照光RXに対して角度φxで交差する方向に反射されて、PBS部材24Xに入射する。第2参照部材34Xのハーフミラー面34Xaで反射された第2参照光RX2は、ハーフミラー面34Xaと平行な反射面34Xb,34Xcで反射された後、反射面34Xcで反射された参照光RX2に垂直な射出面34Xdを透過して、入射する参照光RXに対して角度−φxでPBS部材24Xに入射する。
In FIG. 7B, the incident reference light RX includes the first reference light RX1 directed substantially in the −Y direction on the half mirror surface 34Xa of the
そして、参照光RX1,RX2は、PBS部材24X及び反射部25XA,25XBを介して反射された後、PBS面A11を透過して第1参照部材32XCの反射面32Xa,32Xbに入射する。反射面32Xa,32Xbで反射された参照光RX1,RX2は、図3(A)の場合と同じ光路に沿ってPBS部材24Xに入射する。この他の構成及び効果は上記の実施形態と同様である。また、第2参照部材34Xの形状(この内部の参照光RX2の光路長)は、参照光RX1の光路長と同じになるように設定されている。従って、干渉計部15XCにおいても、回折光EX1,EX2と参照光RX1,RX2との光路長の差を短くでき、干渉光のSN比を高くできる。さらに、干渉計部15XCにおいては、参照光RX1,RX2は、格子パターンで回折されることなく、反射面のみを介してPBS部材24Xに戻されているため、参照光RX1,RX2の光量損失を最も小さくできる。
The reference lights RX1 and RX2 are reflected through the
[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態につき図8〜図10を参照して説明する。図8は、この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、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 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 shows a schematic configuration of an exposure apparatus EX including the encoder apparatus according to this embodiment. The exposure apparatus EX is 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10参照)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9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10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8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. 8, the projection unit PU disposed 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10参照)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
また、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。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10参照)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10参照)、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ォーカスセンサ90(図10参照)、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。
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9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2次元の回折格子12A,12B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2次元の回折格子12C,12Dが配置されている。回折格子12A〜12Dは、図1の回折格子12と同様にX方向、Y方向を周期方向とする2次元の格子パターンが形成された反射型の回折格子である。
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-mentioned
また、図8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X方向に挟むように、図1の3軸の検出ヘッド14と同じ構成の複数の検出ヘッド14が固定され、投影光学系PLをY方向に挟むように、図1の検出ヘッド14と同じ構成の複数の検出ヘッド14が固定されている(図9参照)。また、複数の検出ヘッド14にレーザ光(計測光及び参照光)を供給するための図1のレーザ光源16と同様の一つ又は複数のレーザ光源(不図示)も備えられている。
In FIG. 8, a
図9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Y方向の一列A1内の複数の検出ヘッド14のいずれか2つが回折格子12A,12Bに対向し、X方向の一行A2の複数の検出ヘッド14のいずれか2つが回折格子12C,12Dに対向するように構成されている。一列A1内の各検出ヘッド14は、回折格子12A又は12Bに計測光を照射し、回折格子12A,12B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42(図10参照)に供給する。これらの計測演算部42では、図1の計測演算部42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、Y方向、Z方向の相対位置(相対移動量)を例えば0.5〜0.1nmの分解能で求めてそれぞれ計測値を切り替え部80Aに供給する。計測値切り替え部80Aでは、回折格子12A,12Bに対向している検出ヘッド14に対応する計測演算部42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。
In FIG. 9, 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 detection heads 14 in one row A1 in the Y direction always face the
また、一行A2に対応する各検出ヘッド14は、回折格子12C又は12Dに計測光を照射し、回折格子12C,12D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42(図10参照)に供給する。これらの計測演算部42では、図1の計測演算部42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、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80Bに供給する。計測値切り替え部80Bでは、回折格子12C,12Dに対向している検出ヘッド14に対応する計測演算部42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。
Each
一列A1内の複数の検出ヘッド14、レーザ光源(不図示)、計測演算部42、及び回折格子12A,12Bから3軸のエンコーダ10Aが構成され、一行A2内の複数の検出ヘッド14、レーザ光源(不図示)、計測演算部42、及び回折格子12C,12Dから3軸のエンコーダ10Bが構成されている。そして、3軸のエンコーダ10A,10B、及び計測値切り替え部80A,80B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 detection heads 14 in one row A1, a laser light source (not shown), a
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、エンコーダ装置8Bの検出ヘッド14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、検出ヘッド14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、本実施形態のエンコーダ装置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、検出ヘッド14は回折格子12A〜12DのZ位置が変化しても常に高いSN比で相対移動量の上方を含む信号を検出できるため、常に高精度にウエハステージWSTを駆動できる。
At this time, in the
なお、本実施形態では、計測フレーム150側に検出ヘッド14を配置し、ウエハステージWST側に回折格子12A〜12D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12A〜12Dを配置し、ウエハステージWST側に検出ヘッド14を配置してもよい。
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11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。
In the present embodiment, the
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、上記の実施例によれば、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-described embodiment, the position of wafer stage WST of the exposure apparatus can be controlled with high accuracy, so that an electronic device can be manufactured with high accuracy.
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10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(レーザ光を集光する光学系等)と、その物体を移動する移動装置(ステージ等)とを備えた光学装置において、その移動装置(物体)の例えばその光学系に対する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、MX,MY…計測光、RX,RY…参照光、DX1,EX1…+1次回折光、DX2,EX2…−1次回折光、RX1,RX2…参照光、6…第1部材、7…第2部材、10…エンコーダ、12…2次元の回折格子、14…検出ヘッド、15X,15Y…干渉計部、16…レーザ光源、24X,24Y…PBS(偏光ビームスプリッター)部材、25XA,25XB,25YA,25YB…反射部、32X,32Y…参照部材、40XA,40XB,40YA,40YB…光電センサ、42…計測演算部 EX ... exposure apparatus, R ... reticle, W ... wafer, MX, MY ... measurement light, RX, RY ... reference light, DX1, EX1 ... + 1st order diffracted light, DX2, EX2 ...- 1st order diffracted light, RX1, RX2 ... reference light , 6 ... 1st member, 7 ... 2nd member, 10 ... Encoder, 12 ... Two-dimensional diffraction grating, 14 ... Detection head, 15X, 15Y ... Interferometer section, 16 ... Laser light source, 24X, 24Y ... PBS (polarization) Beam splitter) member, 25XA, 25XB, 25YA, 25YB ... reflecting part, 32X, 32Y ... reference member, 40XA, 40XB, 40YA, 40YB ... photoelectric sensor, 42 ... measurement calculation part
Claims (14)
前記第1部材に設けられ、少なくとも前記第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、
計測光及び参照光を射出する光源部と、
前記第2部材に設けられ、前記計測光を前記回折格子の格子パターン面に概ね垂直に入射させて、前記参照光を前記計測光と異なる方向に射出する第1光学部材と、
前記第2部材に設けられ、前記第1光学部材から入射する前記参照光又はこの参照光から分岐された光束を反射する少なくとも一つの反射面を持ち、前記参照光を前記回折格子における互いに異なる2つの回折角と概ね同じ角度だけ偏向させて第1及び第2参照光として前記第1光学部材に向けて反射する第1参照部材と、
前記第2部材に設けられて、前記計測光によって前記回折格子から前記第1方向に関して発生する互いに異なる次数の第1及び第2回折光が前記第1光学部材を介して入射するとともに、前記第1及び第2回折光と、前記第1光学部材を介して入射する前記第1及び第2参照光との第1及び第2干渉光を生成する第1及び第2反射部と、
前記第1及び第2干渉光をそれぞれ検出する第1及び第2光電検出器と、
前記第1及び第2光電検出器の検出信号を用いて前記第1部材と前記第2部材との相対移動量を求める計測部と、
を備えることを特徴とするエンコーダ装置。 An encoder device for measuring a relative movement amount between a first member and a second member supported so as to be relatively movable in at least a first direction with respect to the first member,
A reflective diffraction grating provided on the first member and having a grating pattern having at least the first direction as a periodic direction;
A light source unit for emitting measurement light and reference light;
A first optical member that is provided on the second member, causes the measurement light to enter the grating pattern surface of the diffraction grating substantially perpendicularly, and emits the reference light in a direction different from the measurement light;
The second member has at least one reflecting surface that reflects the reference light incident from the first optical member or a light beam branched from the reference light, and the reference light is different from each other in the diffraction grating. A first reference member deflected by approximately the same angle as two diffraction angles and reflected toward the first optical member as first and second reference beams;
The first and second diffracted lights of different orders, which are provided on the second member and are generated from the diffraction grating with respect to the first direction by the measurement light, enter through the first optical member, and First and second reflecting portions that generate first and second interference lights of the first and second diffracted lights and the first and second reference lights incident via the first optical member;
First and second photoelectric detectors for detecting the first and second interference lights, respectively;
A measurement unit for obtaining a relative movement amount between the first member and the second member using detection signals of the first and second photoelectric detectors;
An encoder device comprising:
前記第1光学部材から入射する前記参照光によって前記参照格子パターンから前記第1方向に対応する方向に発生する互いに次数の異なる2つの回折光が前記第1及び第2参照光となり、
前記第1及び第2参照光が、前記第1光学部材と前記第1及び第2反射部とを介して前記参照反射部に入射し、前記参照反射部に入射した前記第1及び第2参照光が前記第1光学部材に戻されことを特徴とする請求項2に記載のエンコーダ装置。 The first reference member includes a reference grating pattern having a period in a direction corresponding to the first direction that is the same as a period in the first direction of the grating pattern of the diffraction grating, and a reference reflector having at least one reflecting surface. Have
Two diffracted lights of different orders generated from the reference grating pattern in a direction corresponding to the first direction by the reference light incident from the first optical member become the first and second reference lights,
The first and second reference lights that are incident on the reference reflector through the first optical member and the first and second reflectors, and that are incident on the reference reflector. The encoder device according to claim 2, wherein light is returned to the first optical member.
前記第1参照部材は、前記第1光学部材から前記参照反射部の反射面に入射する前記第1及び第2参照光の入射角を変化させる第1及び第2偏向部を有することを特徴とする請求項3に記載のエンコーダ装置。 The reference reflecting portion has one reflecting surface,
The first reference member includes first and second deflecting units that change incident angles of the first and second reference lights that are incident on the reflecting surface of the reference reflecting unit from the first optical member. The encoder device according to claim 3.
前記第2反射部は、前記第2回折光を反射する直交する2つの反射面を持つ第2光束反射部材を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。 The first reflecting portion includes a first light flux reflecting member having two orthogonal reflecting surfaces that reflect the first diffracted light,
The encoder device according to claim 1, wherein the second reflecting unit includes a second light flux reflecting member having two orthogonal reflecting surfaces that reflect the second diffracted light. .
前記第1光学部材は、前記計測光及び前記参照光を分離する偏光ビームスプリッター面を含むことを特徴とすることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。 The light source unit emits the measurement light and the reference light as light having different polarization states,
The encoder device according to claim 1, wherein the first optical member includes a polarization beam splitter surface that separates the measurement light and the reference light.
前記第2部材に設けられ、前記計測光を前記回折格子の格子パターン面に概ね垂直に入射させて、前記参照光を前記計測光と異なる方向に射出する第2光学部材と、
前記第2部材に設けられ、少なくとも一つの反射面を持ち、前記第2光学部材から入射する前記参照光を前記回折格子における互いに異なる2つの回折角と概ね同じ角度だけ偏向させて第3及び第4参照光として前記第2光学部材に向けて反射する第2参照部材と、
前記第2部材に設けられて、前記計測光によって前記回折格子から前記第2方向に関して発生する互いに異なる次数の第3及び第4回折光が前記第2光学部材を介して入射するとともに、前記第3及び第4回折光と、前記第2光学部材を介して入射する前記第3及び第4参照光との第3及び第4干渉光を生成する第3及び第4反射部と、
前記第3及び第4干渉光をそれぞれ検出する第3及び第4光電検出器と、を備え、
前記計測部は、前記第1、第2、第3、及び第4光電検出器の検出信号を用いて前記第1部材と前記第2部材との相対移動量を求めることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。 The diffraction grating is a two-dimensional reflection type diffraction grating whose periodic direction is the first direction and a second direction orthogonal to the first direction;
A second optical member that is provided on the second member, causes the measurement light to enter the grating pattern surface of the diffraction grating substantially perpendicularly, and emits the reference light in a direction different from the measurement light;
The third member is provided on the second member, has at least one reflecting surface, and deflects the reference light incident from the second optical member by approximately the same angle as two different diffraction angles in the diffraction grating. A second reference member that reflects toward the second optical member as four reference light;
Third and fourth diffracted lights of different orders, which are provided on the second member and are generated from the diffraction grating in the second direction by the measurement light, enter through the second optical member, and 3rd and 4th refracting parts which generate the 3rd and 4th interference light of the 3rd and 4th diffracted light, and the 3rd and 4th reference lights which enter via the 2nd optical member,
A third and a fourth photoelectric detector for detecting the third and fourth interference light, respectively,
The measurement unit obtains a relative movement amount between the first member and the second member using detection signals of the first, second, third, and fourth photoelectric detectors. The encoder apparatus as described in any one of 1-9.
対象物用の光学系と、を備えることを特徴とする光学装置。 The encoder device according to any one of claims 1 to 11,
And an optical system for an object.
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少なくとも第1方向に相対移動可能なステージと、
少なくとも前記第1方向への前記ステージの相対移動量を計測するための請求項1〜11のいずれか一項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 relatively movable in at least a first direction with respect to the frame;
An exposure apparatus comprising: the encoder device according to any one of claims 1 to 11 for measuring at least a relative movement amount of the stage in the first direction.
前記リソグラフィ工程で、請求項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 13 in the lithography process.
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CN104897064A (en) * | 2015-06-09 | 2015-09-09 | 张白 | Novel light-arm-amplification type high-precision length sensor and measurement method thereof |
JP2017083510A (en) * | 2015-10-23 | 2017-05-18 | 株式会社ニコン | Encoder device and use method thereof, optical device, exposure device and device manufacturing method |
CN113834783A (en) * | 2021-09-18 | 2021-12-24 | 王红珍 | Device and method for detecting semiconductor electronic device |
CN114364948A (en) * | 2019-09-13 | 2022-04-15 | 应用材料公司 | Measurement system and grating pattern array |
-
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104897064A (en) * | 2015-06-09 | 2015-09-09 | 张白 | Novel light-arm-amplification type high-precision length sensor and measurement method thereof |
CN104897064B (en) * | 2015-06-09 | 2018-06-01 | 张白 | A kind of new smooth arm amplifying type high precision length sensor and measuring method |
JP2017083510A (en) * | 2015-10-23 | 2017-05-18 | 株式会社ニコン | Encoder device and use method thereof, optical device, exposure device and device manufacturing method |
CN114364948A (en) * | 2019-09-13 | 2022-04-15 | 应用材料公司 | Measurement system and grating pattern array |
CN114364948B (en) * | 2019-09-13 | 2024-06-11 | 应用材料公司 | Measuring system and grating pattern array |
CN113834783A (en) * | 2021-09-18 | 2021-12-24 | 王红珍 | Device and method for detecting semiconductor electronic device |
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