JPH05126522A - 測長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 測定用ビームが通過する空間以外に空気流が
当ることがない測長装置を得る。 【構成】 入射光ビームの光軸方向に移動可能な移動鏡
４，５で反射された測定用ビームが通過する空間に該測
定用ビームとほぼ直交する方向から空気流を送る送風手
段８，９からの空気流の送風空間を、前記移動鏡の移動
に応じて測定用ビームの光軸方向に追随変化させる送風
空間制御手段を備えたために、前記測定用ビームが通過
する空間を越えて空気流が流れ難くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ干渉計を用いた測
長装置に関するもので、特に集積回路製造用の露光装置
のように高精度な位置測定が要求される場合に適する測
長装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周波数を安定化したヘリウム−ネオン
（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザを光源とした干渉計は精密な測長
や座標測定に利用されている。従来、この種の干渉計を
用いるにあたっては、空気の密度変化（屈折率変化）に
よって波長が変動し、測定誤差を生じることを防止する
ために、干渉計を空気の温度、湿度がコントロールでき
る特別なチャンバに配置して温度±０．１℃、湿度±１
５％程度に空調し、大気圧の変化をセンサーによりモニ
ターして波長の補正を行うことがなされている。

【０００３】ところで、例えば、かかる干渉計が集積回
路製造用の露光装置のステージの位置決め等に用いられ
る場合には、干渉計自身のレーザ発振器以外にもステー
ジ駆動用モータ、露光用光源等の熱源が多く、空気のゆ
らぎの原因となっている。また、ステージの移動により
測定用ビームに対するチャンバ吹出口からの風の当り方
の条件が変わることによっても測定用ビーム周辺の温度
が変動してしまい空気のゆらぎが生じることになる。す
ると上記のように干渉計を配置したチャンバ内を空調し
た場合でも、かなりの容積を有するチャンバ内の温度を
完全に均一にすることが困難なため、局部的に温度が異
なる空気の塊が存在し、この塊が干渉計の測定ビームを
横切ることが原因で、要求される測長精度に影響を与え
ない程度にまで温度による空気のゆらぎを低減すること
はできなかった。

【０００４】そこで、測定用ビームが通過する空間の空
気のゆらぎを低減し、極めて高精度な測長が可能となる
ように、測定ビームが通過する空間に所定の断面積を有
する吹出し口から空気流を送る送風手段を備え、該送風
手段の吹出し口もしくはその近傍に、前記空気流の流れ
と平行に、かつ前記吹出し口の断面積よりも小さな断面
積に前記空気流を細分化する細分化部材を配置した測長
装置が提案されている（特開平１−２７４００１号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
提案の技術においては、測定ビームが通過する空間すべ
てに空気流を送ろうとした場合、ステージの位置によっ
ては、ステージ上に置かれるウエハに空気流が当たる場
合があり、ウエハへのゴミ付着の大きな要因となりうる
可能性があった。このため、空気流を送ることのできる
空間が制限されることになり、ビームの空間全てに送風
出来なくなるという問題点があった。

【０００６】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、測定用ビームが通過する空間以外に空
気流が当ることがなく、特に、集積回路製造用の露光装
置のステージ上のウエハ等に空気流をあてることなく、
測定ビームが通過している空間のほぼ全域に空気流を送
って、空気のゆらぎを低減し、極めて高精度な測長を可
能とすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本請求項１に記載の発明
に係る測長装置では、所定の方向に移動可能な可動体に
設けられた移動鏡と、該移動鏡とほぼ平行な所定の位置
に設けられた参照鏡との各々に光源からのビームを照射
し、前記移動鏡で反射された測定用ビームと前記参照鏡
で反射された参照用ビームとを互いに干渉させて光電検
出することにより前記移動鏡の移動距離を検出する検出
手段と、前記ビームが通過する空間に、前記ビームとほ
ぼ直交する方向から空気流を送る送風手段とを有する測
長装置において、前記移動鏡の移動に応じて前記送風手
段からの空気流の送風空間を、前記測定用ビームの光軸
方向に追随変化させる送風空間制御手段を備えたもので
ある。

【０００８】また、請求項２に記載の発明に係る測長装
置では、前記送風空間制御手段を、前記送風手段の吹出
し口若しくはその近傍に前記空気流の吹き出し面積を可
変とする移動可能な制限部材を備え該制限部材を前記移
動鏡の移動に応じて移動するものとしたものである。

【０００９】更に、請求項３に記載の発明に係る測長装
置では、前記送風手段の吹出し口を前記移動鏡の移動に
応じて前記ビームの光軸方向に変化させる駆動手段を有
するものとしている。

【００１０】また更に、請求項４に記載の発明に係る測
長装置では、前記送風手段の吹出し口、若しくはその近
傍に、前記吹き出し面積を前記空気流の流れる方向と直
交する方向の微小な面積に分割する分割手段を設けてあ
る。

【００１１】

【作用】本発明においては、入射光ビームの光軸方向に
移動可能な移動鏡で反射された測定用ビームが通過する
空間に該測定用ビームとほぼ直交する方向から空気流を
送る送風手段からの空気流の送風空間を、前記移動鏡の
移動に応じて測定用ビームの光軸方向に追随変化させる
送風空間制御手段を備えたために、前記測定用ビームが
通過する空間を越えて空気流が流れ難くなる。これは、
特に送風空間以外の空間が空気流を嫌う場合に有効であ
り、例えば集積回路製造用の露光装置のステージの位置
決め等に用いられる場合には、極めて高精度な測長を可
能とするだけでなく、ステージ上のウエハに空気流が当
ることを有効に阻止し、ウエハへのゴミ等の付着を防止
する。

【００１２】ところで、送風空間制御手段としては、空
気流の位置を移動鏡の移動に応じて測定用ビームの光軸
方向に追随変化させる手段であればよい。具体的には、
第１に送風手段の吹出し口を閉塞して吹出し面積を制御
する手段として、送風手段の吹出し口移動鏡側端縁から
制限部材を移動させて連続的に順次閉塞して行くもの及
び送風手段の吹出し口を移動鏡側端縁から複数の制限部
材で段階的に覆い順次閉塞して行くもの等がある。第２
に送風手段自体を測定用ビームの光軸方向に移動させる
手段であり、このために送風手段自体を光軸方向に移動
させる駆動手段を備えたもの等がある。第３に送風手段
を複数の単位送風手段で構成し、この単位送風手段のそ
れぞれに供給する空気を段階的に制御する手段等があ
る。

【００１３】更に、本発明の好ましい例として、送風手
段の吹出し口若しくはその近傍に、吹き出し面積を空気
流の流れる方向と直交する方向の微小な面積に分割する
分割手段を有するものでは、空気流はその流れと平行に
細分化されることから、空気流は層流化され、周辺部の
空気を巻き込むことなく温度が均一な状態のまま送風空
間を流れることとなり、測定用ビームが通過する空間に
おける空気のゆらぎがほとんどなくなり極めて高精度な
測長を可能とするだけでなく、本発明の送風空間以外に
空気流が当ることを効果的に阻止し、例えば送風空間以
外に置かれたウエハに空気流があたることがなく、送風
によるウエハへのゴミの付着がない。

【００１４】

【実施例】図１は本測長装置を集積回路製造用露光装置
の精密移動ステージの座標検出に用いた場合の構成の概
略を示す斜視図である。以下、図１を参照しながら構成
の説明を行なう。まず、ＸＹステージ１は、ウエハ６を
ホールドしてＸＹ方向へ所定量移動できるように露光装
置の本体に備えられている。このステージ１の直交する
２つの側面にはＸ，Ｙ方向の反射鏡４，５が夫々取付け
られており、かかる反射鏡４，５はＸＹステージ１とと
もに移動するようになっている。

【００１５】また、周波数を安定化したレーザ光源１０
０からは、ゼーマン効果によって約２ＭＨｚだけ周波数
を異ならせた、互いに偏光特性の異なる２成分を含むビ
ームＢ１が出射される。このビームＢ１はビームスプリ
ッタ７により、Ｘ軸座標測定用の干渉計ユニット２に向
うビームＢ２と、Ｙ軸座標測定用の干渉計ユニット３へ
向うビームＢ３とに分割される。そして、Ｘ軸方向の干
渉計ユニット２は、ＸＹステージ１に取付けられた反射
鏡４へ測定用ビームＢ４を出射し、反射鏡４で反射され
た測定用ビームＢ４を受光する。またＹ軸方向について
も同様に干渉計ユニット３は、反射鏡５へ測定用ビーム
Ｂ５を出射し、反射鏡５で反射された測定用ビームＢ５
を受光する。

【００１６】次に、干渉計ユニット２（干渉計ユニット
３も同様）の内部の構成を図４により説明する。まず、
ビームＢ２は偏光ビームスプリッタ２１により、偏光方
向の異なる参照用ビームＢ１３と測定用ビームＢ４とに
分けられる。偏光ビームスプリッタ２１を透過した測定
用ビームＢ４は、λ／４板２４を経て、ＸＹステージと
共に所定の速度で移動しうる反射鏡４に入射し、ここで
反射されて再びλ／４板２４を経て偏光ビームスプリッ
タ２１に入射する。ここで、測定用ビームＢ４はλ／４
板２４を２度通過しているので、偏光方向が各々９０°
変わっており、今度は偏光ビームスプリッタ２１で反射
されて直角プリズム２３に入射する。

【００１７】ここで測定用ビームＢ４は２回反射されて
入射方向に戻り、偏光ビームスプリッタ２１で反射され
て、再び反射鏡４へ入射し反射される。ここでも測定用
ビームＢ４は前回と同様にλ／４板２４を２回通過する
ことにより偏光方向が９０°変わっているので、反射鏡
４で反射された測定用ビームＢ４は今度は偏光ビームス
プリッタ２１を透過して直進する。

【００１８】一方、偏光ビームスプリッタ２１によって
分割されたもう一方のビーム、即ち参照用ビームＢ１３
は、所定の位置に固定された参照鏡としての直角プリズ
ム２２に入射し、ここで２回反射されて再び偏光ビーム
スプリッタ２１に入り９０°折り曲げられる。このよう
にして、この参照用ビームＢ１３と前記測定用ビームＢ
４とは再び重なり干渉ビームＢ６となり、光電センサー
２５に入射する。

【００１９】ここで、ビームＢ２は前述したように周波
数の異なった２成分を有しているため、もともとビート
（うなり）を生じているが、反射鏡４が移動することに
より、反射鏡４で反射される測定用ビームＢ４の周波数
がドップラー効果のため変化し、干渉ビームＢ６のうな
りの周期が変化する。即ち、測定用ビームＢ４と参照用
ビームＢ１３を互いに干渉させることにより生じる干渉
縞が変化する。このため、この干渉縞の変化を光電セン
サ２５で検出することにより反射鏡４の移動量（即ち、
ＸＹステージの移動量）を検出することができる。

【００２０】また、上記以外の干渉計ユニット２，３の
構成として、参照用ビームと測定用ビームの通路が平行
になるようにしたものが考えられる。この構成を図５に
より説明する。光源から出射されたビームＢ２を偏光ビ
ームスプリッタ３１によって偏光方向の異なる測定用ビ
ームＢ４と参照用ビームＢ１３に分け、測定用ビームＢ
４をＸＹステージとともに移動する反射鏡４で反射させ
る点については図４に示した場合と同様である。

【００２１】参照用ビームＢ１３は、偏光ビームスプリ
ッタ３１で測定用ビームＢ４と分離された後、反射鏡３
２で折り曲げられ、λ／４板３７を経て、例えば露光用
レンズ等の所定の位置に配置されたステージに取付けら
れた反射鏡３６に入射する。そして、反射鏡３６で反射
された後、再びλ／４板３７を介して反射鏡３２に入射
し、９０°折り曲げられて偏光ビームスプリッタ３１に
入射する。

【００２２】ここで、参照用ビームＢ１３は、図４にお
いて説明した測定用ビームＢ４と同様に、λ／４板３７
を２回通過することにより偏光方向が９０°変わってお
り、今度は偏光ビームスプリッタ３１を透過して、直角
プリズム３３に入射する。そして、直角プリズム３３の
２辺で反射された参照用ビームＢ１３は再び偏光ビーム
スプリッタ３１を透過して、反射鏡３２で折り曲げら
れ、再度λ／４板３７を介して反射鏡３６に入射する。
ここで反射された参照用ビームＢ１３はλ／４板３７を
通過して反射鏡３２に到達し、ここで９０°折り曲げら
れて偏光ビームスプリッタ３１に入射する。この場合も
λ／４板３７を２回通過していることから参照用ビーム
Ｂ１３はその偏光方向が９０°変わっており、偏光ビー
ムプリッタ３１を透過せずに９０°折り曲げられて出射
され、ここで測定用ビームＢ４と重なり、干渉ビームＢ
６として光電センサ３５に入射する。

【００２３】ここで、干渉計ユニットが図５に示された
構成をとる場合は、参照用ビームＢ１３と測定用ビーム
Ｂ４の光路が平行になっているので、空気のゆらぎの状
況が同様であり、影響が互いに相殺されるため、光路長
が等しい場合、原理的には空気密度変化の影響を受けず
（デッド・パス・エラ＝０）、図４の場合に比べて有利
であるとも考えられる。しかし、現実には図５に示され
た参照用ビームＢ１３と測定用ビームＢ４の間にも空気
密度の差があり、反射鏡３６の振動の影響もあるので、
干渉計ユニットの構成については何れが有利であるかは
一概にはいえない。

【００２４】図１に示された実施例では、送風手段８，
９の吹出し口はそれぞれ測定用ビームＢ４，Ｂ５の通路
に平行に設置されている。即ち、Ｘ軸用の送風手段８の
吹出し口は測定ビームＢ４を垂直に横切るように空気流
を送り、同様にＹ軸用の送風手段９は測定ビームＢ５を
垂直に横切るように空気流を送るように配置されてい
る。

【００２５】以上のような構成の測長装置の送風手段
８，９の吹出し口のステージ側端縁には、吹出し口を閉
塞して吹出し面積を制御する送風空間制御手段として吹
出し口の一部を遮断するシャッタ１２，１３（制限部
材）が取付けられている。このシャッタ１２，１３は、
反射鏡４，５の位置に同期して動くようになっており、
反射鏡４，５の位置を知ることにより、送風手段８，９
から送られた空気流がステージ１上にあたる部分の吹出
し口を閉じて空気が流れないようにし、測長用ビームＢ
４，Ｂ５に空気が流れる部分のみ吹出し口があいている
ようになっている。

【００２６】図２は送風空間制御手段としてのシャッタ
の構成の一実施例を示す説明図であり、図に示す通り、
シャッタ１２，１３がアナログ的にスライドして吹出し
口のステージ側端縁を閉塞して制限する例である。材料
としては熱伝導性が良く、熱容量の大きい材料が望まし
い。また、図３は送風空間制御手段の構成の別の実施例
を示す説明図であり、図に示す通り、複数のスライド部
材で段階的に吹出し口を閉じていく例である。

【００２７】また、送風手段８，９にはそれぞれ測定用
ビームＢ４，Ｂ５付近の気温とほぼ等しく安定した温度
の空気を供給するのが望ましいため、本発明にかかる測
長装置が設置されているチャンバの空調の空気吹出口か
ら、直接空気を送風手段８，９に取り込むことが望まし
い。さらに、空気流にはある程度速度が必要なため、送
風手段８，９の空気の取込み口にはファンを設けるか、
あるいは取り込み口の断面を大きくしてしだいに断面を
絞り込む等のことを行なう必要がある。

【００２８】なお、送風手段８，９の吹出し口は、ステ
ージ１がＸＹ平面内で移動しても接触しないようにステ
ージ１の上方もしくは下方に設置する必要があるが、下
方にはステージ１が乗る定盤等があり設置が困難である
ので図１に示されるように斜め上方もしくは真上より送
風するように配置するのが適当である。上記の実施例に
おいて送風手段８，９の吹出し口付近の内部に、細分化
部材１０，１１を配置し、内部を通過する空気流の温度
の均一化および層流化を図る構成としてもよい。

【００２９】この細分化部材１０，１１の形状を図６を
参照しながら説明する。かかる細分化部材は空気流を層
流とするために、空気流の流れと平行に空気流を細分化
する構成となっている。即ち、細分化部材の形状として
は、例えば図６のａ図又はｂ図に示されたようなものが
考えられる。ａ図は薄い金属板等を交互に折り曲げたも
ので、ｂ図は正方形断面のパイプを並べたものであり、
何れも送風手段の外筒と平行に吹出し口付近に設置され
る。なお、細分化部材の形状としては図６に示されたも
のに限定されるものではないが、空気流を層流とするた
めにはこの細分化部材は空気流の流れ方向に一定以上の
長さを有することが望ましい。

【００３０】また、細分化部材１０，１１は、空気流の
温度の均一化を促進するためには、熱伝導性が良く、熱
容量の大きい材料、例えば金属等で構成するのが望まし
く、空気流との接触面積を大きくするために、空気流の
流れに対する抵抗が大きくなり過ぎない範囲で空気流の
断面をできるだけ細分することが望ましい。さらに、本
実施例のように集積回路製造用の露光装置等に適用する
場合には、ゴミの発生が重要な問題となるため、空気流
を乱さないものであればゴミ防止用の空気濾過フィルタ
ーを送風手段の吹出し口に取付けることも可能である。

【００３１】次に、送風手段から送り出される空気流の
流速の調整法についての説明を行なう。空気流は遅すぎ
るとビームに十分に空気が送られず、また速すぎても空
気流の反射による空気の乱れや、測定物の振動等を起こ
すため、空気流の速度を適当な値に調整することが望ま
しい。

【００３２】このため、予め最適な流速がわかっていな
い場合には、送風手段には空気流の流速を調節するため
に面積可変の逃がし穴を設けたり、空気取り込み口のフ
ァンの速度や面積を可変にしたりする手段が具備されて
いることが望ましい。空気流の流速を最適に調整するに
は、例えばＸＹステージ１を固定し、干渉計ユニットで
の座標読みとり値をモニタし、その変動が最も小さくな
るように流速を調節する方法や、実際に装置を動作さ
せ、最も精度が出るように流速を調節する方法などが考
えられる。また、ＸＹステージ１の停止中と、移動中で
ビーム周辺の空気の流れの状態が異なるため、空気流の
流速度をそれぞれの場合の最適な流速に制御するように
すればより望ましい。

【００３３】また、通常の干渉計システムでは測定ビー
ム周辺の大気圧、気温等をモニタし波長補正を行なって
いるが、本発明による測長装置ではビーム周辺空気の大
気圧、気温は送風手段から送り出される空気の大気圧、
気温と一致するため、これらのセンサーは送風手段吹出
し口の内部もしくは吹出し口付近に設ければ良い。

【００３４】さらに、本発明にかかる細分化部材は空気
流の温度の均一化を図るだけでなく、細分化部材自体の
温度を制御することにより、所望の温度に均一化された
空気流を送るようにすることも可能である。細分化部材
の温度制御の方法としては、例えば細分化部材の内部
（内壁）に液体等を流し、その温度を制御する方法が考
えられ、前述した吹出し口付近に備えられた温度センサ
ーからの信号により空気流が所望の温度に保たれるよう
フィードバック制御を行なうことが望ましい。このよう
にすれば、送風手段に取り込む空気の温度がある程度不
安定でも吹出し口から送り出される空気流の温度はほぼ
一定となり、安定的に高い測定精度を確保できる。

【００３５】また、本発明における送風空間制御手段と
しては、空気流を反射鏡の移動に応じて測定用ビームの
光軸方向に追随変化させる手段であればよく、前述の送
風手段の吹出し口を閉塞して吹出し面積を制御するもの
以外に以下のようなものも考えられる。即ち、送風手段
自体を光軸方向に移動させる駆動手段を備え、送風手段
自体を反射鏡の位置に同期して測定用ビームの光軸方向
に移動させるというものである。更に、送風手段を複数
の単位送風手段で構成し、この単位送風手段のそれぞれ
に供給する空気を反射鏡の位置に応じて段階的に制御す
るもの等でもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、入射光ビ
ームの光軸方向に移動可能な移動鏡で反射された測定用
ビームが通過する空間に該測定用ビームとほぼ直交する
方向から空気流を送る送風手段からの空気流の送風空間
を、前記移動鏡の移動に応じて測定用ビームの光軸方向
に追随変化させる送風空間制御手段を備えたために、前
記測定用ビームが通過する空間を越えて空気流が流れ難
くなる。特に、送風空間以外の空間が空気流を嫌う場合
に有効であり、例えば集積回路製造用の露光装置のステ
ージの位置決め等に用いられる場合には、ステージ上の
ウエハに空気流が当ることを有効に阻止し、ウエハへの
ゴミ等の付着を防止する。

【００３７】この測長装置を集積回路製造用露光装置の
ＸＹステージの座標検出等に用いれば、ゴミ付着の要因
となるウエハへの送風をすることなく、測定用ビームの
全空間に空気流を送れ、位置制御を非常に正確に行なう
ことができ、集積回路の高集積化を図る際に極めて有益
である。また、ＸＹステージ位置に応じて送風部分が可
変されるので、試料台上の環境はほとんど変化せず、試
料台上のウエハの温度変化等による膨張、収縮等はほと
んどない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本測長装置を集積回路製造用露光装置の精密移
動ステージの座標検出に用いた場合の構成の概略を示す
斜視図である。

【図２】送風空間制御手段としてのシャッタの構成の一
実施例を示す説明図である。

【図３】送風空間制御手段の構成の別の実施例を示す説
明図である。

【図４】干渉計ユニットの内部の構成を示す説明図であ
る。

【図５】別の干渉計ユニットの内部の構成を示す説明図
である。

【図６】細分化部材の構成例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ステージ ２，３ 干渉計ユニット ４，５ 移動鏡 ８，９ 送風手段 １０．１１ 細分化部材 １２，１３ 制限部材（吹出し口シャッタ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の方向に移動可能な可動体に設けら
   れた移動鏡と、該移動鏡とほぼ平行な所定の位置に設け
   られた参照鏡との各々に光源からのビームを照射し、前
   記移動鏡で反射された測定用ビームと前記参照鏡で反射
   された参照用ビームとを互いに干渉させて光電検出する
   ことにより前記移動鏡の移動距離を検出する検出手段
   と、前記ビームが通過する空間に、前記ビームとほぼ直
   交する方向から空気流を送る送風手段とを有する測長装
   置において、 前記移動鏡の移動に応じて前記送風手段からの空気流の
   送風空間を、前記測定用ビームの光軸方向に追随変化さ
   せる送風空間制御手段を備えたことを特徴とする測長装
   置。
2. 【請求項２】 前記送風空間制御手段は、前記送風手段
   の吹出し口、若しくはその近傍に、前記空気流の吹き出
   し面積を可変とする移動可能な制限部材を備え、該制限
   部材を前記移動鏡の移動に応じて移動することを特徴と
   する請求項１に記載の測長装置。
3. 【請求項３】 前記送風空間制御手段は、前記送風手段
   の吹出し口を前記移動鏡の移動に応じて前記ビームの光
   軸方向に変位させる駆動手段を有することを特徴とする
   請求項１に記載の測長装置。
4. 【請求項４】 前記送風手段の吹出し口、若しくはその
   近傍には、前記吹き出し面積を前記空気流の流れる方向
   と直交する方向の微小な面積に分割する分割手段を有す
   ることを特徴とする請求項１に記載の測長装置。