JPH10206121A - Ｘｙステージの回動検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 XYステージの回動を光学的に検出するための
平面ミラーの寸法を小さくして、検出精度を向上する。 【解決手段】 Ｙ方向に移動するＹテーブル13に、Ｙ方
向から入射する光ビームを反射する第１の平面ミラー33
を配置し、Ｘ方向に移動するＸテーブルに、Ｘ方向に入
射する光ビームを反射する第２の平面ミラー34を配置
し、光源18から放射される光ビームを第１および第２の
偏光ビームスプリッタ20、31を経て第１の平面ミラー33
に入射させ、ここで反射される光ビームを第２の偏光ビ
ームスプリッタ31を経て第２の平面ミラー34に入射させ
る。ここで反射される光ビームを第２のビームスプリッ
タ31、第１の平面ミラー33、第２のビームスプリッタを
経て第１のビームスプリッタ20に入射させ、ここで反射
される光ビームを光位置検出器24に入射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一方向に移動する
第１のテーブルと、この第１のテーブルの上で第１の方
向と直交する第２の方向に移動する第２のテーブルとを
具えるXYステージの、前記第１および第２の方向を含む
面に垂直な軸線を中心とする回動を検出する装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】上述したXYステージは種々の分野におい
て広く採用されており、本願人の開発したレーザー顕微
鏡やパターン欠陥検査装置などにおいても使用されてい
る。例えば、半導体デバイスの製造のような微細加工に
使用されるフォトマスクのパターンの欠陥を検査する装
置においては、検査すべきフォトマスクをXYステージ上
に載置し、検査用の光ビームに対してフォトマスクを２
次元的に移動させながら走査を行なうようにしている。
このようなフォトマスクの欠陥検査装置の一つとして、
フォトマスクに形成されている同じパターン同士を比較
しながら欠陥を検査するものがあるが、このような場合
には、検査用光ビームに対するフォトマスクの相対位置
または姿勢が測定精度に大きく影響することになる。し
たがって、XYステージの第１のテーブルが正確に第１の
方向に移動しなかったり、第２のテーブルが正確に第２
の方向に移動しなかったりすると、トップテーブルであ
る第２のテーブルは第１および第２の方向にを含む面
（通常は水平面）に垂直な軸線の回りに回動することに
なり、したがってその上に載置された被検フォトマスク
も第１および／または第２の方向への移動に伴って回動
することになり、上述した欠陥検査の精度が低下してし
まう欠点がある。

【０００３】このような欠点を解消するために、XYステ
ージのトップテーブルの回動を検出する装置が知られて
いる。図１は従来のXYステージの回動検出装置を示す線
図的な平面図である。XYステージ１は、第１の方向（Ｙ
方向）に延在する一対のレール２と、これらのレールの
上に移動自在に配置された第１のテーブル（Ｙテーブ
ル）３と、このＹテーブルの上に第１の方向に対して直
交する第２の方向（Ｘ方向）に延在するように配置され
た一対のレール４と、これらのレールの上に移動自在に
配置された第２のテーブル（Ｘテーブル）５とを具えて
いる。第２のテーブル５の、図面の平面に垂直な軸線の
回りの回動を検出するためにオートコリメータ６を配置
するとともにトップテーブルであるＸテーブル５の上に
はオートコリメータ６から放射される光ビームをオート
コリメータへ向けて反射する平面ミラー７を配置する。

【０００４】オートコリメータ６は、光ビームを放射す
る光源、例えばレーザ光源と、この光ビームを分離する
ビームスプリッタと、オートコリメータから放射され、
平面ミラー７で反射されオートコリメータに戻され、前
記ビームスプリッタを介してレーザ光源とは異なる方向
に分離される光ビームを受光する光位置検出器とを具え
ている。光位置検出器は、フォトダイオードアレイのよ
うな受光素子アレイを有し、光ビームが入射する位置を
検出することができるようになっている。XYステージ１
が原点位置（ホームポジション）にあるときに、光位置
検出器での光ビームの受光位置を基準位置として記憶
し、第１および／または第２のテーブル３および／また
は５の移動に伴う光ビームの受光位置と基準位置とを比
較し、これらが一致するときはXYステージの回動はない
と判断し、これらに誤差があるときにはXYステージに回
動があると判断するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した図１に示す従
来のXYステージの回動検出装置においては、第２のテー
ブル５の上に配置される平面ミラー７の寸法は、少なく
とも第２のテーブルの移動距離に等しくする必要があ
る。この平面ミラー７の平面度はXYステージの回動の測
定精度に対して直接影響するので、非常に高い精度で加
工する必要がある。したがって、第２のテーブル５の移
動距離が長く、長い平面ミラー７が要求される場合に
は、必要とされる平面精度を満たすことが困難であるか
またはきわめてコストの高いものとなってしまう欠点が
ある。また、第１および第２のテーブル３および５を高
い加速度で移動させるようなXYステージの場合や、XYス
テージの温度変動が大きな場合には、寸法の大きな平面
ミラー７を確実に固定することが困難であり、取り付け
にガタがあるとXYステージの回動検出精度がやはり低下
してしまう欠点がある。

【０００６】本発明の目的は、上述した従来の欠点を解
消し、平面度の精度を容易に確保でき、固定が容易な寸
法の小さな平面ミラーを使用してXYステージの回動を正
確に検出することができ、しかも使用する光学系も簡単
なものとすることができるXYステージの回動検出装置を
提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、一方向に移動
する第１のテーブルと、この第１のテーブルの上で第１
の方向と直交する第２の方向に移動する第２のテーブル
とを具えるXYステージの、前記第１および第２の方向を
含む面に垂直な軸線を中心とする回動を検出する装置に
おいて、前記XYステージの外部に配置され、前記第１の
方向に光ビームを放射する光源と、前記XYステージの外
部に配置され、前記光ビームを前記第１および第２の方
向に分離する第１のビームスプリッタと、前記XYステー
ジの第１のテーブルに配置され、前記第１のビームスプ
リッタで第１の方向に分離された光ビームを前記第１お
よび第２の方向に分離する第２のビームスプリッタと、
この第２のビームスプリッタを前記第１の方向に透過し
た光ビームを前記第２のビームスプリッタへ向けて反射
する第１の平面ミラーと、前記XYステージの第２のテー
ブルに配置され、前記第１の平面ミラーで反射された
後、前記第２のビームスプリッタで前記第１の方向に分
離される光ビームを、第２のビームスプリッタへ向けて
反射する第２の平面ミラーと、この第２の平面ミラーで
反射され、第２のビームスプリッタで前記第１の平面ミ
ラーに向けて分離され、第１の平面ミラーで反射された
後、第２のビームスプリッタを透過して前記第１のビー
ムスプリッタに入射し、ここで前記光源の方向とは異な
る方向に分離される光ビームを受光する光位置検出器
と、この光位置検出器の出力信号を処理してXYステージ
の回動を表す信号を作成する信号処理回路とを具えるこ
とを特徴とするものである。

【０００８】このような本発明によるXYステージの回動
検出装置においては、第１および第２の平面ミラーは、
それに入射する光ビームの光軸の方向に移動するものと
なるので、従来のように大きな寸法のものは必要でなく
なり、所望の平面精度を有する平面ミラーを用いること
ができ、検出精度を上げることができる。さらにこのよ
うに小型の平面ミラーは簡単に剛固に取り付けることが
できるので、取り付けガタによる検出誤差はなくなる。
また、本発明によるXYステージの回動検出装置の好適な
実施例においては、光源として直線偏光された光ビーム
を放射するレーザ光源を設け、第１および第２のビーム
スプリッタを偏光ビームスプリッタを以て構成し、光路
内にファラデーローテイタ、1/4 波長板、1/2 波長板を
挿入することにより、無駄な方向に分離される光ビーム
がなくなり、光の利用効率を高めることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図２は本発明によるXYステージの
回動検出装置の１実施例を設けたXYステージ全体を示す
平面図である。XYステージ11そのものは従来のものと同
じであり、第１の方向（Ｙ方向）に延在する一対のレー
ル12と、これらのレールの上に移動自在に配置された第
１のテーブル（Ｙテーブル）13と、このＹテーブルの上
に第１の方向に対して直交する第２の方向（Ｘ方向）に
延在するように配置された一対のレール14と、これらの
レールの上に移動自在に配置された第２のテーブル（Ｘ
テーブル）15とを具えている。

【００１０】本発明においては、このようなXYステージ
11の回動を検出するために、XYステージの外部にオート
コリメータを構成する光学装置16と信号処理回路17とを
配置する。この光学装置16には、偏光されたレーザビー
ムを放射するレーザ光源18と、コリメータレンズ19、第
１の偏光ビームスプリッタ20、ファラデーローテータ2
1、1/2 波長板22、第１の結像レンズ23、第１の光位置
検出器24、第２の結像レンズ25および第２の光位置検出
器26を設ける。また、第１のテーブル13の上には第２の
偏光ビームスプリッタ31、1/4 波長板32および第１の平
面ミラー33を配置し、第２のテーブル15の上には第２の
平面ミラー34を配置する。

【００１１】次に、本例のXYステージの回動検出装置の
動作を説明する。レーザ光源18から放射される直線偏光
された光ビームはコリメータレンズ19により平行光ビー
ムに収束され、第１の偏光ビームスプリッタ20に入射す
る。この入射光ビームの内、Ｓ偏光成分は偏光分離面に
おいて反射され、第２の結像レンズ25を介して第２の光
位置検出器26に入射する。この第２の光位置検出器26に
入射する光ビームの位置によって光源18の発光点の位置
のドリフトを検出することができる。この点については
さらに後述する。

【００１２】第１の偏光ビームスプリッタ20に入射する
直線偏光された光ビームの内のＰ偏光成分は偏光分離面
を透過し、第１の方向（Ｙ方向）に出射する。このＰ偏
光光ビームはファラデーローテータ21に入射し、これを
透過することによって偏光面が45°回転する。次に、フ
ァラデーローテータ21を透過した光ビームは、22.5°の
偏光角に置かれた1/2 波長板22を透過することによって
偏光面は、再びファラデーローテータ21に入射するとき
の偏光面に戻る。このようにして光学装置16から第１の
方向にＰ偏光光ビームが放射されることになる。

【００１３】次に、このＰ偏光光ビームは第１のテーブ
ル13の上に配置された第２の偏光ビームスプリッタ31に
入射し、その偏光分離面を透過し、1/4 波長板32に入射
する。この1/4 波長板32を透過することによってＰ偏光
光ビームは円偏光光ビームに変換され、第１の平面ミラ
ー33に入射する。この第１の平面ミラー33で反射された
円偏光光ビームは再び1/4 波長板32を透過し、Ｓ偏光光
ビームに変換され、第２の偏光ビームスプリッタ31に入
射する。このＳ偏光光ビームは第２の偏光ビームスプリ
ッタ31の偏光分離面で第２の方向に反射され、第２のテ
ーブル15上に配置された第２の平面ミラー34に入射す
る。

【００１４】第２の平面ミラー34で反射されたＳ偏光光
ビームは再び第２の偏光ビームスプリッタ31に入射し、
その偏光分離面で第１の方向に反射され、1/4 波長板32
を透過して第１の平面ミラー33に入射する。この第１の
平面ミラー33で反射される光ビームは再び1/4 波長板32
を透過するので、Ｐ偏光光ビームに変換され、これが第
２の偏光ビームスプリッタ31に入射する。このＰ偏光光
ビームは第２の偏光ビームスプリッタ31の偏光分離面を
透過し、光学装置16に入射する。

【００１５】このようにして光学装置16に入射するＰ偏
光光ビームは、1/2 波長板22およびファラデーローテー
タ21を透過してＳ偏光光ビームに変換されて第１の偏光
ビームスプリッタ20に入射する。このＳ偏光光ビームは
第１の偏光ビームスプリッタ20の偏光分離面で反射さ
れ、第１の結像レンズ23を介して第１の光位置検出器24
に入射する。この第１の光位置検出器24に入射する光ビ
ームの位置は、第１の方向に対する第１の平面ミラー33
の傾き角度、すなわち第１のテーブル13の回動角度およ
び第２の方向に対する第２のテーブル15の傾き角度、す
なわち第２のテーブルの回動角度によって変動すること
になる。したがって、第１の光位置検出器24で受光され
る光ビームの位置を検出することによってXYステージ11
の回動を検出することができる。

【００１６】図３は、第１のテーブル13が回動した場合
の光路を示す平面図である。第１のテーブル13が第１の
方向に対して或る角度だけ傾いていると、第１の平面ミ
ラー33によって反射される光ビームは、その角度の２倍
の角度だけ第１の方向からずれて反射されることにな
り、その結果として第１の光位置検出器24に入射する光
ビームの位置は、第１のテーブル13が第１の方向に対し
て傾斜していないときの光ビームの入射位置( 基準位
置) に対してずれることになる。この基準位置からのず
れの量および方向を信号処理回路17において検出するこ
とによってXYステージ11の回動の角度および方向を知る
ことができる。

【００１７】図４は、第２のテーブル15が回動した場合
の光路を示す平面図である。第２のテーブル15が第２の
方向に対して或る角度だけ傾いていると、第２の平面ミ
ラー334 よって反射される光ビームはその角度の２倍の
角度だけ第２の方向からずれて反射されることになり、
その結果として第１の光位置検出器24に入射する光ビー
ムの位置は、第２のテーブル15が第２の方向に対して傾
斜していないときの光ビームの入射位置( 基準位置) に
対してずれることになる。この基準位置からのずれの量
および方向を信号処理回路17で検出することによってXY
ステージ11の回動の角度および方向を知ることができ
る。

【００１８】上述したようにして、第１の光位置検出器
24の出力信号を信号処理回路17において処理することに
よってXYステージ11の回動を検出することができる。本
発明においては、第１の方向に移動する第１のテーブル
13に設けられた第１の平面ミラー33は第１の方向に入射
する光ビームを反射し、第２の方向に移動する第２のテ
ーブル15に設けられた第２の平面ミラー34は第２の方向
に入射する光ビームを反射するものであるから、これら
第１および第２の平面ミラーの寸法を従来のものに比べ
て著しく小さくすることができる。したがって、これら
第１および第２の平面ミラー33および34は所望の平面精
度を有するものを容易に入手することができるとともに
第１および第２のテーブルに容易に固定することができ
るので、XYステージの回動をきわめて高い精度で検出す
ることができ、しかもコストを低減することができる。

【００１９】上述した実施例においては、第２の光位置
検出器26を設け光源18の発光点のドリフトによる検出誤
差を補正するようにしている。図５は、光源18の発光点
がドリフトしたときの光路を示す平面図である。このよ
うに光源18の発光点がドリフトした場合には、第１の光
位置検出器24に入射する光ビームの位置は基準位置から
変動するため、XYステージの回動がある場合には、これ
に基づく変動分と発光点のドリフトによる変動分とが重
畳して検出されることになり、XYステージの回動を正確
に検出することができなくなる。本例では、第２の光位
置検出器26を設けて光源18の発光点のドリフトのみを検
出し、第１の光位置検出器24からの出力信号とともに第
２の光位置検出器26の出力信号を信号処理回路17へ供給
して発光点のドリフトによる誤差成分を除去するように
している。

【００２０】すなわち、第１および第２の光位置検出器
24および26の出力信号によって検出される受光点の基準
位置からのずれをそれぞれΔd₁およびΔd₂とすると、光
源18の発光点のドリフトによる誤差成分が補正されたXY
ステージ11の回動Δd は、Δd=Δd₁−Δd₂で求めること
ができる。光源18として半導体レーザを用いる場合には
発光点のドリフトが無視できない場合もあるので、本例
のように第２の光位置検出器26を設け、その出力信号を
第１の光位置検出器24の出力信号から減算して発光点の
ドリフトによる誤差成分を除去することによってXYステ
ージ11の回動をきわめて正確に検出することができる。

【００２１】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、上述した実施例においては、ビームスプリッタとし
て偏光ビームスプリッタを用いたが、分離面に半透鏡を
用いた通常のビームスプリッタを用いることもできる。
ただし、この場合にはビームスプリッタを透過する度に
光量がほぼ半分になってしまうので、光の利用効率は上
述した実施例の方が優れているが、ファラデーローテー
タや1/2 波長板や1/4 波長板は不要となる。また、上述
した実施例では第２の偏光ビームスプリッタや第１およ
び第２の平面ミラーなどはテーブルの上面に配置した
が、必ずしもテーブルの上面に配置する必要はなく、例
えば下面に配置しても良い。

【００２２】上述した実施例では、光源の発光点のドリ
フトによる測定誤差を除くように補正したが、発光点の
ドリフトが問題とならないような光源を使用する場合に
はそのような補正は必要でない。さらに、上述した実施
例では、光源18から放射され第１のビームスプリッタ20
を透過する光ビームを第２のビームスプリッタ31へ入射
させるようにしたが、光源18と第２の光位置検出器26と
の配置を交換し、第１のビームスプリッタで反射される
光ビームを第２のビームスプリッタへ入射させるように
構成しても良い。

【００２３】

【発明の効果】上述したように本発明によるXYステージ
の回動検出装置においては、第１の方向に移動する第１
のテーブルに、第１の方向に入射する光ビームを反射す
る第１の平面ミラーを配置し、第２の方向に移動する第
２のテーブルに、第２の方向に入射する光ビームを反射
する第２の平面ミラーを配置したので、これらのテーブ
ルが移動した場合でも平面ミラーへの光ビームの入射位
置は変化せず、したがってこれらの平面ミラーの寸法を
小さくすることができ、その結果として平面精度を上げ
ることができるとともにテーブルへも容易かつ剛固に固
着することができる。したがって、XYステージの回動を
きわめて正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来の回動検出装置を具えるXYステー
ジを示す平面図である。

【図２】図２は、本発明による回動検出装置の一実施例
を具えるXYステージを示す平面図である。

【図３】図３は、同じくその第１のテーブルが傾斜した
場合の光路を示す平面図である。

【図４】図４は、同じくその第２のテーブルが傾斜した
場合の光路を示す平面図である。

【図５】図５は、同じくその光源の発光点がドリフトし
た場合の光路を示す平面図である。

【符号の説明】

11 XYステージ 13 第１のテー
ブル 15 第２のテーブル 16 光学装置 17 信号処理回路 18 光源 19 コリメータレンズ 20 第１の偏光
ビームスプリッタ 21 ファラデーローテータ 22 1/2 波長板 23 第１の結像レンズ 24 第１の光位
置検出器 25 第２の結像レンズ 26 第２の光位
置検出器 31 第２の偏光ビームスプリッタ 32 1/4 波長板 33 第１の平面ミラー 34 第２の平面
ミラー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方向に移動する第１のテーブルと、こ
   の第１のテーブルの上で第１の方向と直交する第２の方
   向に移動する第２のテーブルとを具えるXYステージの、
   前記第１および第２の方向を含む面に垂直な軸線を中心
   とする回動を検出する装置において、 前記XYステージの外部に配置され、光ビームを放射する
   光源と、 前記XYステージの外部に配置され、前記光ビームを前記
   第１および第２の方向に分離する第１のビームスプリッ
   タと、 前記XYステージの第１のテーブルに配置され、前記第１
   のビームスプリッタで第１の方向に分離された光ビーム
   を前記第１および第２の方向に分離する第２のビームス
   プリッタと、 前記第１のテーブルに配置され、前記第２のビームスプ
   リッタを前記第１の方向に透過した光ビームを前記第２
   のビームスプリッタへ向けて反射する第１の平面ミラー
   と、 前記XYステージの第２のテーブルに配置され、前記第１
   の平面ミラーで反射された後前記第２のビームスプリッ
   タで前記第１の方向に反射される光ビームを、第２のビ
   ームスプリッタへ向けて反射する第２の平面ミラーと、 この第２の平面ミラーで反射され、第２のビームスプリ
   ッタで前記第１の平面ミラーに向けて反射され、第１の
   平面ミラーで反射された後、第２のビームスプリッタを
   透過して前記第１のビームスプリッタに入射し、ここで
   前記光源の方向とは異なる方向に分離される光ビームを
   受光する光位置検出器と、 この光位置検出器の出力信号を処理してXYステージの回
   動を表す信号を作成する信号処理回路とを具えることを
   特徴とするXYステージの回動検出装置。
2. 【請求項２】 前記光源から放射され、前記第１のビー
   ムスプリッタによって前記第２のビームスプリッタに向
   かう方向とは異なる方向に分離される光ビームを受光す
   る第２の光位置検出器を設け、この第２の光位置検出器
   の出力信号を前記信号処理回路に供給し、光源の発光点
   のドリフト成分を補正したXYステージの回動を検出する
   ように構成したことを特徴とする請求項１に記載のXYス
   テージの回動検出装置。
3. 【請求項３】 前記光源を直線偏光された光ビームを放
   射する光源を以て構成し、前記第１および第２のビーム
   スプリッタを偏光ビームスプリッタを以て構成し、さら
   に、前記第１の偏光ビームスプリッタと第２の偏光ビー
   ムスプリッタとの間の光路中に、ファラデーローテータ
   および1/2 波長板を配置し、前記第２の偏光ビームスプ
   リッタと前記第１の平面ミラーとの間に1/4 波長板を配
   置したことを特徴とする請求項１または２に記載のXYス
   テージの回動検出装置。
4. 【請求項４】 前記光源を直線偏光を放射するレーザ光
   源を以て構成し、このレーザ光源および前記第１の偏光
   ビームスプリッタを、レーザ光源から、前記第１の方向
   に放射される直線偏光されたレーザビームの内のＳ偏光
   成分を第１の偏光ビームスプリッタの偏光分離面を透過
   して前記第２の偏光ビームスプリッタへ入射するように
   配置したことを特徴とする請求項３に記載のXYステージ
   の回動検出装置。