JPH1082610A

JPH1082610A - 露光装置

Info

Publication number: JPH1082610A
Application number: JP9088725A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Taniguchi; 哲夫谷口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-03-31
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: JP2828090B2

Abstract

(57)【要約】【課題】干渉計のビームが通過する空気のゆらぎを低
減し、極めて高精度な測長を可能とする。【解決手段】干渉計の２，３のビームＢ４，Ｂ５が通過
する空間に所定の断面積を有する送風口から空気流を送
る導風手段８，９を設けるとともに、導風手段８，９の
送風口もしくはその近傍に、空気流の流れと平行に、且
つその送風口の断面積よりも小さい断面積に空気流を細
分化する細分化部材１０，１１を設ける。

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±１５％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
て波長の補正を行なうことがなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
干渉計を配置したチャンバー内を空調した場合でも、温
度による空気のゆらぎを要求される測長精度に影響を与
えない程度にまで低減することはできておらず、この原
因は、かなりの容積を有するチャンバー内の温度を完全
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用ビームを横
切るためと考えられる。

【０００４】例えば、かかる干渉計が集積回路製造要求
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ー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。

【０００５】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
のであり、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な測長装置を提供
することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、測長
ビームが通過する空間に所定の断面積を有する送風口か
ら空気流を送る導風手段を備え、該導風手段の送風口も
しくはその近傍に、前記空気流の流れと平行に、かつ前
記送風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ことにより上記の課題を
達成している。

【０００７】

【作用】本発明においては、導風手段の送風口もしくは
その近傍に、空気流の流れと平行に空気流を細分化する
細分化部材を配置しているので、該細分化部材の壁面と
空気流との間で熱交換が行なわれ、空気流が細分化部材
を通過する間に温度差のある空気の塊がなくなり、空気
流の温度の均一化が図られる。

【０００８】また、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測定用ビームの
通路に送り出される。このため、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、測定
用ビームの波長の誤差が非常に小さくなる。即ち、この
ようにして、本発明では極めて高精度の測長が可能とな
る。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明にかかる測長装置を例えば集
積回路製造用の露光装置のような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、ウェハ６をホールドしてＸ，Ｙ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Ｘ，Ｙステージ１とともに移動するように
なっている。

【００１０】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が
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。

【００１１】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３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ステージとと
も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。ここで測定用ビームＢ
４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９０゜が変わっ
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。

【００１２】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度偏向される。このようにし
て、該参照用ビームＢ１３と前記測定用ビームＢ４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。

【００１３】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
サー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。

【００１４】また、上記以外の干渉計ユニット２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４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Ｂ４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３に示した場合と同様である。

【００１５】一方、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３２で折り曲げられ、λ／４板３７を介して、例え
ば露光用レンズ等の所定の位置に固定された物に取付け
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。

【００１６】ここで、参照用ビームＢ２１は図３におい
て説明した測定用ビームＢ４と同様にλ／４板３７を通
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３
７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、偏光ビームスプリッ
タ３１を透過せずに９０゜偏向されて出射され、ここで
測定用ビームＢ４と重なり、干渉ビームＢ６として光電
センサ３５に入射する。

【００１７】ここで、干渉計ユニットが図４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・バス・エラ＝０）、図３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４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。

【００１８】次に本発明の主要な構成要素である導風手
段と、空気流の温度均一化および層流化を図る細分化部
材の説明を行なう。図１に示された実施例では、導風手
段８、９の送風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軸用の導風手段
８は測定用ビームＢ４を垂直に横切るように空気流を送
り、同様にＹ軸用の導風手段９は測定用ビーム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。
そしてかかる導風手段８、９の送風口付近の内部には後
述する細分化部材１０、１１が配置されており、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ってい
る。

【００１９】また、導風手段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ーの空調の空気吹出口
から、直接空気を導風手段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、
導風手段８、９の空気の取り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う必要がある。

【００２０】なお、導風手段８、９の送風口は、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。また、図１では、
干渉計ユニット２、３の構成を図３のものとしている
が、図４の構成をとるものも同様に適用でき、この場合
は測定用ビームＢ４と参照用ビームＢ１３に対して同等
に空気流を送るように、導風手段８、９の送風口のダク
ト形状を定めると良い。

【００２１】次に、本発明にかかる細分化部材１０、１
１の形状を図２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２（ａ）、（ｂ）に示さ
れたようなものが考えられる。（ａ）は薄い金属板等を
交互に折り曲げたもので、（ｂ）は正方形断面のパイプ
を並べたものであり、何れも導風手段の外筒と平行に送
風口付近に設置される。なお、細分化部材の形状として
は図２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。

【００２２】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化フィルタ
ーを導風手段の送風口に取付けることも可能である。

【００２３】次に空気流のビームに対する角度について
説明する。図１の例では、導風手段８、９の送風口を測
定用ビームＢ４、Ｂ５に沿って平行に設置する例を示し
たが、送風口を干渉計ユニット２、３付近、もしくは反
射鏡４、５付近に設置し、測定用ビームＢ４、Ｂ５に対
して平行もしくは平行に近い角度で空気流を流す方法も
考えられる。

【００２４】ここで、図１に示されるような配置の利点
としては、導風手段の送風口とビームの間が接近してお
り、ビーム全長に対して均一な空気流が送られ、あまり
大きな風速を必要としない点がある。一方、空気流をビ
ームに平行に流す場合の利点としては、空気流が完全に
温度均一化されておらず、空気温度の異なる塊が残って
いても、空気の塊がビームの通路を長時間かけて通過す
るために、ゆらぎの周期が十分長くなり、また各空気の
塊の影響が時間的に重なりあうことにより平均化され、
測定への影響が小さくなるという点が考えられる。しか
し、この場合、送風口からはなれた部分のビームには十
分空気流がとどかず周囲から温度の異なる空気が混入す
ることもある。このため、空気流を送り出す方向につい
ては、一概に優劣はつけにくく、両者の中間的な角度で
送風するようにしても良い。次に、導風手段から送り出
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。このため、予め最適な流速がわか
っていない場合には、導風手段には空気流の速度を調節
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
動中では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。

【００２５】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、気温は導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導風手段送風
口の内部もしくは送風口付近に設ければ良い。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、前述した送風
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、導風手段に取
り込む空気の温度がある程度不安定でも送風口から送り
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。なお、導風手段は細分化部材が
設置されている部分以外は中空の筒となっているため、
微小な振動でも共振する可能性が高く、特に空気取り込
み口にファンを使用している場合、かかる導風手段は常
に振動していると考えられる。そして、この振動が干渉
計ユニットに伝わってた場合、その振幅分の計測誤差が
発生することになるので、導風手段と干渉計ユニット及
び被測定物の間を振動を絶縁することが望ましい、この
方法としては、防振ゴム等で絶縁する方法、ダクトと干
渉計ユニット、被測定物を直接に接しないように配置す
る方法等が考えられる。この他にも、ＸＹステージ１の
移動、停止による振動、空気の乱れが発生する可能性が
あるが、これらについては防止が困難であるため、必要
に応じて、ステージ停止後数秒程度待ってから露光等を
開始するようにすると良い。また、露光装置等のよう
に、モータ、レーザ発振器等の発熱源がある場合には、
振動に対してと同様にこれらの発熱源と測長装置を熱的
にも絶縁することが望ましいことは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上の様に本発明においては、測定用ビ
ームの通路付近の空気が常にほぼ均一な温度に保たれる
ため、温度差による空気の密度変化がほとんどおこらな
い。このため、測定用ビームの波長がほぼ一定に保た
れ、安定的に極めて高い測定精度を確保することができ
る。

【００２７】かかる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、アライメント
を非常に正確に行うことができ、集積回路の高集積化を
図るに際して極めて有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の斜視図。

【図２】細分化部材の構成例を示す斜視図。

【図３】干渉計ユニットの構成を示す模式図。

【図４】干渉計ユニットの構成を示す模式図。

【符号の説明】

１ＸＹステージ２、３干渉計ユニット４、５反射鏡８、９導風手段１０、１１細分化部材Ｂ１３参照用ビームＢ４、Ｂ５測定用ビーム

【手続補正書】

【提出日】平成９年４月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】露光装置

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、レー
ザ干渉計の測定用ビームに対してほぼ平行に空気流を流
すとともに、その空気流の流速を適当な値に調整するこ
とにより上記の目的を達成している。さらに本発明にお
いては、レーザ干渉計の測定用ビームのほぼ全長に対
して、温度均一化、かつ層流化された空気流を流すこと
によって、上記目的を達成している。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【作用】本発明によれば、測定ビームとほぼ平行に空気
流を流しているので、空気の塊が測定ビームの光路を長
時間かけて通過することになる。したがって、空気ゆら
ぎの周期が長くなるばかりでなく、空気の塊の影響が時
間的に重なりあうことにより平均化される。また測定ビ
ームに対して送られる空気流の速度を適当な値に調整す
るので、空気流の乱れや空気流によるステージ振動の発
生を抑えることができる。さらに本発明によれば、測定
用ビームのほぼ全長にわたって、温度均一化、かつ層流
化された空気流が流されるので、空気流の速度をあまり
大きくしなくても、測定ビームが通過する空間の空気ゆ
らぎを小さくすることができる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】したがって、集積回路製造用の露光装置で
行われるマスクと基板のアライメントなどを非常に正確
に行うことができ、集積回路の高集積化を図るに極めて
有益である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から出射されたビームを所定の位置に
設けられた参照鏡と所定の速度で移動しうる可動鏡との
夫々に分割して投射し、該参照鏡で反射された参照用ビ
ームと該可動鏡で反射された測定用ビームとを互いに干
渉させ、該干渉により生じる干渉縞の変化を光電検出す
ることにより、前記可動反射鏡の移動距離を測定する測
長装置において、前記測定ビームを通過する空間に所定
の断面積を有する送風口から空気流を送る導風手段を有
し、該導風手段の送風口もしくはその近傍には、前記空
気流の流れと平行に、かつ前記送風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備え
たことを特徴とする測長装置。
【請求項２】前記測定用ビームの通路を前記空気流が垂
直に横切るように前記導風手段の送風口を配置したこと
を特徴とする請求項１記載の測長装置。