JPH0914909A

JPH0914909A - 干渉計及びそれを取り付けたｘｙステージ装置

Info

Publication number: JPH0914909A
Application number: JP16132295A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Ota; 稔也太田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1995-06-28
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【構成】干渉計の移動ミラー３の変位を検知するモニ
ター装置を干渉計に付加した。モニター装置は例えば光
源１とディテクタ２とからなる。【効果】半導体素子や液晶デバイス等の製造装置のＸ
Ｙステージ装置には干渉計が取り付けられる事が多い。
干渉計の移動ミラーが知らぬ間にＸＹステージ装置の載
物板に対して変位すると位置決め誤差を生じ、半導体素
子や液晶デバイス等の不良品を生む。本発明は移動ミラ
ー３の変位をリアルタイムに知ることができるので不良
品の発生を未然に防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、干渉計及びそれを取り
付けたＸＹステージ装置に関する。この種の装置は例え
ば半導体製造装置や液晶デバイス製造装置に組み込まれ
る。

【０００２】

【従来の技術】干渉計は、光源、本体部及び移動体に固
定された移動ミラーからなる。光源は干渉可能な光を出
射する。図１３に示すように、光源６０から出射した光
はビームスプリッタ６１によって二つに分割される。分
割された一方の光は固定ミラー６２に垂直に入射し、そ
こで反射されてビームスプリッタ６１を透過してディテ
クタ６４に入射する。他方の光は移動ミラー６３に垂直
に入射し、そこで反射される。反射光はその後ビームス
プリッタ６１で反射されてディテクタ６４に入射する。
ミラー６２、６３からそれぞれ反射された二つの光はビ
ームスプリッタ６１で結合され、互いに干渉する。移動
ミラー６３が光の入射方向にｄだけ移動するとする。二
つの光の位相差がλ／２（λは光の波長）の奇数倍の時
光の強度は極小となり、偶数倍の時光の強度は極大とな
る。

【０００３】そのため、移動体の移動に伴って干渉し合
った光の強度は極小（暗）と極大（明）を繰り返す。デ
ィテクタ６４の出力信号Ｉも同様に極小（暗）と極大
（明）を繰り返す。カウンター部６５によって極小又は
極大の数ｎをカウントする。理論的にｎとλの積は移動
量の２倍に相当する。そこで、カウンター部６５でｎと
λの積の１／２を計算し出力する。この出力が移動量ｄ
を示す。

【０００４】従って、干渉計は移動体の移動量ｄを測る
のに使用される。移動体は主として超精密機械の載物板
である。何故ならば、干渉計の精度は光の波長（λ）に
相当するからである。移動体（載物板）上に試料や基板
を固定する。その上で移動体の移動量ｄを干渉計で測定
しながら移動体を移動させる。これにより試料や基板の
位置決めをする。半導体素子や液晶デバイスを製造する
場合、基板を何度も同じ位置に位置決めする必要があ
る。

【０００５】図１４は、干渉計を取り付けたＸＹステー
ジ装置である。ＸＹステージ装置は載物板８（移動体の
一種）とこれをＸ軸方向及びＹ軸方向に独立に移動する
移動機構とからなる。移動機構は、ここでは中板９、下
板１０、Ｘ軸駆動部１１及びＹ軸駆動部１２で構成され
る。載物板８には第１移動ミラー３ａと第２移動ミラー
３ｂが、互いに直交するように固定されている。１３は
波長安定化レーザーの如き光源、１４はビームスプリッ
タ、１５ａ、１５ｂはそれぞれ本体部である。光源１
３、第１本体部１５ａ及び第１移動ミラー３ａにより第
１干渉計が構成される。光源１３、第２本体部１５ｂ及
び第２移動ミラー３ｂにより第２干渉計が構成される。
これらの干渉計によって載物板８のＸ軸方向、Ｙ軸方向
の移動量ｄが検出される。

【０００６】図１４では、光源１３から出射した光をビ
ームスプリッタ１４で２分し二つの本体部１５ａ、１５
ｂに導いているが、光源を第１、第２の二つの光源と
し、各光源から出射した光をそれぞれ本体部１５ａ、１
５ｂに導いてもよい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】最近、半導体や液晶デ
バイスの高密度化に伴い、「０．１マイクロメーター以
下」という高い位置決め精度が求められるようになって
きた。これと並行して半導体素子や液晶デバイスの不良
品が多数製造されるという問題点が深刻になってきた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記問題点
の原因について鋭意研究した。その結果、時間が経つと
移動ミラーが位置ずれ（変位）を起こしていたことが原
因であることが判明した。変位は、載物板の温度変
化、経時変化等による歪みの発生や載物板移動の際の
加速度等による外力の影響によって発生するらしい。変
位は入射光の光軸に対して直交方向以外の方向への変位
及び／又は角度変位である。そのため、仮に同じ位置に
位置決めしても移動量ｄが異なって測定されてしまうこ
とになる。つまり、位置決め誤差が発生する。そこで、
更に研究を進めた結果、本発明を成すに到った。

【０００９】本発明は、第１に「光源、本体部及び移動
体に固定された移動ミラーからなる干渉計」において、
前記移動ミラーの変位を検知するモニター装置を付加し
た（第１発明）。本発明は、第２に「載物板、該載物板
をＸ軸及びＹ軸方向に独立に移動させる移動機構、並び
に第１及び第２の干渉計からなるＸＹステージ装置であ
って、前記第１干渉計が第１光源、第１本体部及び前記
載物板に固定された第１移動ミラーからなり、前記第２
干渉計が第２光源、第２本体部及び前記第１移動ミラー
に直交して前記載物板に固定された第２移動ミラーから
なるＸＹステージ装置」において、前記第１移動ミラー
の変位を検知する第１モニター装置又は前記第２移動ミ
ラーの変位を検知する第２モニター装置を付加した（第
２発明）。

【００１０】本発明は、第３に「載物板、該載物板をＸ
軸及びＹ軸方向に独立に移動させる移動機構、並びに第
１及び第２の干渉計からなるＸＹステージ装置であっ
て、前記第１干渉計が第１光源、第１本体部及び前記載
物板に固定された第１移動ミラーからなり、前記第２干
渉計が第２光源、第２本体部及び前記第１移動ミラーに
直交して前記載物板に固定された第２移動ミラーからな
るＸＹステージ装置」において、前記第１移動ミラーの
変位を検知する第１モニター装置及び前記第２移動ミラ
ーの変位を検知する第２モニター装置を付加した（第３
発明）。

【００１１】第２、第３発明において、第１、第２光源
はコストの点から同体であることが好ましい。しかし、
この場合は同体光源より出射した光を２分するビームス
プリッタの付加が必要である。これが第４発明である。
モニター装置はコンパクトなものが好ましい。第５、第
６発明は干渉計にコンパクトなモニター装置を付加した
ものである。

【００１２】第５発明は、前記移動ミラーが透明板と、
窓部を除いてその表面に形成された反射層とからなり、
前記モニター装置が光源と、該光源から射出し前記窓部
に入射し、そこを透過した光を受光するディテクターと
からなることを特徴とする第１発明の干渉計である。第
６発明は、前記移動ミラーが透明板と、窓部を除いてそ
の表面に形成された反射層とからなり、前記モニター装
置が光源と、該光源から出射し前記窓部に入射し、そこ
を透過した光を受光するディテクターとからなることを
特徴とする第２〜第４発明のいずれかのＸＹステージ装
置である。

【００１３】第３発明で、第１、第２移動ミラーの両方
の変位を検知する場合、１つのモニター装置で検知する
ことが好ましい。これが第７、第８発明である。第７発
明は、第３発明のＸＹステージ装置において、前記第
１、第２移動ミラーが共に透明板と窓部を除いてその表
面に形成された反射層とからなり、前記モニター装置が
光源と、「該光源から出射し前記第１移動ミラーの前記
窓部に斜に入射し、そこを透過した後、前記第２移動ミ
ラーの前記窓部に斜に入射し、そこを透過した光を受光
するディテクター」とからなることを特徴とする。

【００１４】第８発明は、第３発明のＸＹステージ装置
において、前記第１、第２移動ミラーが共に透明板と窓
部を除いてその表面に形成された反射層とからなり、前
記モニター装置が光源と、「該光源から出射し前記第１
移動ミラーの前記窓部に垂直に入射し、そこを透過した
後光の方向を９０度曲げる第３ミラー」と、「該ミラー
で曲げられた光が前記第２移動ミラーの前記窓部に垂直
に入射し、そこを透過した光を受光するディテクター」
とからなることを特徴とする。。

【００１５】第７、第８発明において、第１、第２光源
はコストの点から同体であることが好ましい。しかし、
この場合は同体光源より出射した光を２分するビームス
プリッタの付加が必要である。これが第９発明である。
本発明の干渉計、ＸＹステージ装置はいずれも０．１マ
イクロメートル以下の高精度のものにおいて特に有用で
ある。この高精度に限ったものが第１０、第１１発明で
ある。

【００１６】第１０発明は、位置決め精度が０．１マイ
クロメートル以下である第１、第５発明の干渉計であ
る。第１１発明は、位置決め精度が０．１マイクロメー
トル以下である第２〜第４発明又は第６〜第９発明のい
ずれかのＸＹステージ装置である。

【００１７】

【作用】本発明ではモニター装置が移動ミラーの変位を
常時検知している。そのため、変位が発生すれば直ちに
検知することができるので、不良品の発生を未然に止め
ることが出来る。本発明は精度が０．１マイクロメート
ル以下の高精度の干渉計において特に有用である。

【００１８】

【実施例】

「実施例１」本例は図１に示す通り、図１３の干渉計に
モニター装置を付加したものである。図１に示すよう
に、移動ミラー３はガラス製の透明板３Ｐとその表面に
形成された反射層３ｒからなる。反射層３ｒはＣｒ、Ａ
ｌ、Ａｇ等の金属を蒸着することにより形成される。こ
こでは、移動ミラー３は窓部３ｃを有する。光源１から
出射した光は窓部３ｃに入射し、そこを透過しディテク
タ２に入射する。従って、仮に図２に実線で示すように
移動ミラー３が角度変位した場合、ディテクタ２に入射
する光軸が横にずれる。光軸のずれはディテクタ２、例
えば２分割センサやＣＣＤリニアセンサ、エリアセンサ
で検出される。これにより移動ミラー３の角度変位をリ
アルタイムで知ることが出来る。

【００１９】本実施例において、モニター装置を図３に
示すように、光源１から射出された光が移動ミラー３に
斜めに入射し、反射されてディテクタ２に入射するもの
とすれば、移動ミラー３の角度変位だけでなく干渉計の
光軸方向への平行変位も検出することができる。図３
（ａ）は移動ミラーが干渉計の光軸方向へ平行移動した
場合を、図３（ｂ）は移動ミラーが角度変位した場合を
示す。尚、このモニタ装置においては移動ミラーの窓部
は不要である。

【００２０】「実施例２」本例は図１４のＸＹステージ
装置に図４に示すような二つのモニター装置を付加した
ものである。移動ミラー３ａ、３ｂは図１の移動ミラー
３と同様で窓部３ｃ、３ｄをそれぞれ有する（図５）。
ミラー３ａ、３ｂは載物板８の周縁部に互いに直交する
ように固定されている。光源１ａとディテクタ２ａがモ
ニタ装置（Ａ）を構成し、光源１ｂとディテクタ２ｂが
モニタ装置（Ｂ）を構成する。各モニタ装置１個は移動
ミラー３ａ、３ｂの何れか又は両方が角度変位した時、
変位を検知することができる。つまり、各モニタ装置一
個は請求項２の発明で言う第１モニタ装置と第２モニタ
装置を兼ねている。

【００２１】モニタ装置（Ａ）について説明する。光源
１ａから出射した光は移動ミラー３ａの窓部にそれぞれ
略４５度の入射角をもって入射する。入射した光は移動
ミラーの基板である透明体（ガラス）による屈折を受け
て透過する。透過した光は今度は移動ミラー３ｂに略４
５度の入射角をもって裏面から入射する。入射した光は
移動ミラーの基板である透明体（ガラス）による屈折を
受けた後、略４５度の出射角をもって移動ミラー３ｂの
窓部から出射する。出射した光はディテクタ２ａに受光
される。

【００２２】ディテクタ２ａは２分割センサであり、図
６に示すような２つの受光素子４を持つ。当初、ディテ
クタ２ａは２つの受光素子４の中央に光が入射するよう
に固定されている。２つの受光素子の出力差は、２つの
受光素子中心から入射光のスポット中心までの距離σｘ
に応じて図７の如く変化する。ここで、移動ミラー３ａ
が何らかの原因で図８の如く角度変位し、そのために２
つの移動ミラーの直交度が変化すると、光の経路がイか
らロに変化する。そのため、ディテクタ２ａに入射する
中心はσ_X1だけ横にずれる。σ_X1が所定値を越えた場合
に警報がでるように構成しておく。そうすれば、警報が
出た時、移動ミラーを元の位置に戻すことができる。移
動ミラー３ａでなく移動ミラー３ｂが角度変位した場合
も同様に変位が検知される。

【００２３】モニター装置（Ｂ）は光源１ｂとディテク
タ２ｂで構成され、その作用はモニタ装置（Ａ）と同様
である。ところで、移動ミラーでなく、光源１ａ、１
ｂ、ディテクタ２ａ、２ｂのいずれか１つが変位しても
ディテクタから信号が出力される。ディテクタ２ｂから
の出力をσ_X2とすると、移動ミラー３ａ、３ｂの何れか
又は両方が変位した場合は、σ_x1＝σ_x2であり、光源又
はディテクタが変位した場合はσ_x1≠σ_x2である。これ
によりどちらが変位したかが判る。

【００２４】「実施例３」本例は図９、図１０に示した
如く、モニター装置の光源から出射した光を移動ミラー
３ａの窓部に垂直に入射させる。そこを透過した光は第
３ミラー７ａで方向を９０度曲げられた後、移動ミラー
３ｂに裏面から入射する。そこを透過した光は移動ミラ
ー３ｂの窓部を通過してディテクタ２ａに受光される。
以降の作用は実施例２と同様であるので説明を省略す
る。モニター装置は２組あり、もう一つは光源１ｂ、第
３ミラー７ｂ、及びディテクタ２ｂから構成される。本
実施例は機械的な干渉のためにモニター装置の光を載物
板の中央部を通過させることが出来ない場合に有効であ
る。

【００２５】なお、以上の実施例ではモニター装置に専
用の光源１、１ａ、１ｂを用いたが、干渉計の光源６０
からの光の一部を利用しても良い。「実施例４」本例は、図１１、図１２に示す如く、第１
移動ミラー、第２移動ミラーに対してそれぞれ別々のモ
ニター装置を２個ずつ、合計４個付加したものである。
各モニター装置は光源とディテクタから構成される。図
４及び図９のステージ装置は角度変位が３ａ、３ｂ何れ
の移動ミラーで発生したか特定できないが、本例は特定
できる利点を有する。

【００２６】当然であるが、モニター装置は４個ではな
く、３個、２個又は１個でも良い。但し、モニター装置
を減らした分だけ、検出能力や判別能力が低下する。
本実施例においても、モニター装置を図３に示すものと
すれば、移動ミラーの角度変位だけでなく干渉計の光軸
方向への平行変位も検知することができる。何れの実施
例においても、モニター装置の光源は適当な集光特性を
有する光源が使用できるが、半導体レーザーが特に好適
である。

【００２７】更に、モニター装置は光を使用したものに
限らず、電気、電場、磁場等の変化を使用したものでも
良い。

【００２８】

【発明の効果】本発明はモニター装置を付加したので、
移動ミラーの変位を常時検知することができる。そのた
め、移動ミラーが変位したら直ちに知ることができるの
で、不良品の製造をすぐに止めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１にかかる干渉計の構成を示す
概念図。

【図２】図１の移動ミラー３の変位検出の原理の説明
図。

【図３】図１の移動ミラー３の変位検出の他の原理の説
明図。

【図４】本発明の第２の実施例の要部説明図。

【図５】移動ミラーの窓部の説明図。

【図６】ディテクタの原理説明図。

【図７】ディテクタの出力の説明図。

【図８】図４における移動ミラーの変位検出状況の説明
図。

【図９】本発明の第３の実施例の要部説明図。

【図１０】図９における移動ミラーの変位検出状況の説
明図。

【図１１】本発明の第４の実施例の要部説明図。

【図１２】本発明の第４の実施例の別の構成の要部説明
図。

【図１３】従来技術による干渉計の構成を示す概念図。

【図１４】従来技術によるＸＹステージの概略斜視図。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ・・・・・・モニター装置の光源２、２ａ、２ｂ・・・・・・モニター装置のディテクタ３・・・・・・・・・・移動ミラー３ａ・・・・・・・・第１移動ミラー３ｂ・・・・・・・・第２移動ミラー３ｃ、３ｄ・・窓部４・・・・・・・・受光素子（モニター装置のディテクタの一
例）５・・・・・・・・・・差動アンプ６・・・・・・・・・・入射光線のスポット７ａ、７ｂ・・・・・・第３ミラー１５ａ、１５ｂ・・干渉計の本体部（１＋２）・・・・・・モニター装置（１ａ＋２ａ）・・モニター装置（１ｂ＋２ｂ）・・モニター装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源、本体部及び移動体に固定された移
動ミラーからなる干渉計において前記移動ミラーの変位
を検知するモニター装置を付加したことを特徴とする干
渉計。
【請求項２】載物板、該載物板をＸ軸及びＹ軸方向に
独立に移動させる移動機構、並びに第１及び第２の干渉
計からなるＸＹステージ装置であって、前記第１干渉計
が第１光源、第１本体部及び前記載物板に固定された第
１移動ミラーからなり、前記第２干渉計が第２光源、第
２本体部及び前記第１移動ミラーに直交して前記載物板
に固定された第２移動ミラーからなるＸＹステージ装置
において、前記第１移動ミラーの変位を検知する第１モニター装置
又は前記第２移動ミラーの変位を検知する第２モニター
装置を付加したことを特徴とするＸＹステージ装置。
【請求項３】載物板、該載物板をＸ軸及びＹ軸方向に
独立に移動させる移動機構、並びに第１及び第２の干渉
計からなるＸＹステージ装置であって、前記第１干渉計
が第１光源、第１本体部及び前記載物板に固定された第
１移動ミラーからなり、前記第２干渉計が第２光源、第
２本体部及び前記第１移動ミラーに直交して前記載物板
に固定された第２移動ミラーからなるＸＹステージ装置
において、前記第１移動ミラーの変位を検知する第１モニター装置
及び前記第２移動ミラーの変位を検知する第２モニター
装置を付加したことを特徴とするＸＹステージ装置。
【請求項４】前記第１光源と前記第２光源が同体であ
り、この同体光源より出射した光を２分するビームスプ
リッタを付加したことを特徴とする請求項２又は３記載
のＸＹステージ装置。
【請求項５】前記移動ミラーが透明板と、窓部を除い
てその表面に形成された反射層とからなり、前記モニタ
ー装置が光源と、該光源から射出し前記窓部に入射し、
そこを透過した光を受光するディテクターとからなるこ
とを特徴とする請求項１記載の干渉計。
【請求項６】前記移動ミラーが透明板と、窓部を除い
てその表面に形成された反射層とからなり、前記モニタ
ー装置が光源と、該光源から出射し前記窓部に入射し、
そこを透過した光を受光するディテクターとからなるこ
とを特徴とする請求項２〜４いずれかに記載のＸＹステ
ージ装置。
【請求項７】前記第１、第２移動ミラーが共に透明板
と窓部を除いてその表面に形成された反射層とからな
り、前記モニター装置が光源と、「該光源から出射し前
記第１移動ミラーの前記窓部に斜に入射し、そこを透過
した後、前記第２移動ミラーの前記窓部に斜に入射し、
そこを透過した光を受光するディテクター」とからなる
ことを特徴とする請求項３記載のＸＹステージ装置。
【請求項８】前記第１、第２移動ミラーが共に透明板
と窓部を除いてその表面に形成された反射層とからな
り、前記モニター装置が光源と、「該光源から出射し前
記第１移動ミラーの前記窓部に垂直に入射し、そこを透
過した後光の方向を９０度曲げる第３ミラー」と、「該
ミラーで曲げられた光が前記第２移動ミラーの前記窓部
に垂直に入射し、そこを透過した光を受光するディテク
ター」とからなることを特徴とする請求項３記載のＸＹ
ステージ装置。
【請求項９】干渉計の第１光源と第２光源が同体であ
り、この同体光源より出射した光を２分するビームスプ
リッタを付加したことを特徴とする請求項７又は８記載
のＸＹステージ装置。
【請求項１０】位置決め精度が０．１マイクロメート
ル以下である請求項１又は５記載の干渉計。
【請求項１１】位置決め精度が０．１マイクロメート
ル以下である請求項２〜４又は請求項６〜９のいずれか
に記載のＸＹステージ装置。