JPH11257919A - Measuring apparatus and measuring method and exposure device - Google Patents

Measuring apparatus and measuring method and exposure device

Info

Publication number
JPH11257919A
JPH11257919A JP10078391A JP7839198A JPH11257919A JP H11257919 A JPH11257919 A JP H11257919A JP 10078391 A JP10078391 A JP 10078391A JP 7839198 A JP7839198 A JP 7839198A JP H11257919 A JPH11257919 A JP H11257919A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
measuring
optical path
measurement
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP10078391A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Kawai
斉 河井
Koichi Tsukihara
浩一 月原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP10078391A priority Critical patent/JPH11257919A/en
Publication of JPH11257919A publication Critical patent/JPH11257919A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measuring apparatus and measuring method using a light wave interference measurement capable of a high accuracy displacement measurement by avoiding occurrence of error light due to the retardation on a reflective plane of a reflection mirror or because of a low quenching ratio of a polarization separator element. SOLUTION: In the measuring apparatus wherein a polarization separator element 46 separates a light from a light source 1, a moving mirror 12 movable on a measuring light path reflects a P-polarized light as a measuring light, a fixed mirror 11 fixed to a reference light path reflects an S-polarized light as a reference light, a photoelectric element 6 detects the interference of the measuring light passed over the measuring light path with the reference light passed over the reference light path, and the displacement of the moving mirror 12 is measured, a light separator element 56 having a refractive angle different depending on the polarizing orientation is at least on either the measuring or reference light path.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、変位する物体の変
位量を高精度で計測することができる光波干渉測定を用
いた測定方法および装置に関する。また、基板を載置し
て移動するステージの移動量を測長する光波干渉方式の
測定装置を備え、半導体装置あるいは液晶表示装置等を
製造する際のフォトリソグラフィ工程で用いられる露光
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring method and apparatus using light wave interference measurement capable of measuring a displacement amount of a displaced object with high accuracy. Further, the present invention relates to an exposure apparatus including a light-wave interference type measuring apparatus for measuring the amount of movement of a stage on which a substrate is mounted and moving, and used in a photolithography step when manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】物体の変位測定を行う測定装置の代表例
として従来の光波干渉測定装置を図7を用いて説明す
る。図7において、光源1は、互いに周波数がわずかに
異なる周波数f1の光と周波数f1’の光とを射出す
る。射出される周波数f1の光と周波数f1’の光は、
偏光方位が互いに直交した直線偏光であり、周波数f1
の光は図7の紙面に対して平行な偏光方位を有し、周波
数f1’の光は紙面に垂直な偏光方位を有している。光
源1を射出した周波数f1、f1’の光は偏光分離素子
46に入射し、周波数f1の光は偏光分離素子46を透
過して、P偏光の光として測定光路に進む測定光とな
り、周波数f1’の光は偏光分離素子46で反射して、
S偏光の光として参照光路に進む参照光となる。
2. Description of the Related Art As a typical example of a measuring device for measuring displacement of an object, a conventional light wave interference measuring device will be described with reference to FIG. In FIG. 7, a light source 1 emits light having a frequency f1 and light having a frequency f1 ′, which have slightly different frequencies. The emitted light of the frequency f1 and the light of the frequency f1 ′ are
It is linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other, and the frequency f1
7 has a polarization direction parallel to the plane of FIG. 7, and the light of frequency f1 'has a polarization direction perpendicular to the plane of FIG. The light having the frequencies f1 and f1 ′ emitted from the light source 1 is incident on the polarization separation element 46, and the light having the frequency f1 is transmitted through the polarization separation element 46 and becomes measurement light traveling as P-polarized light to the measurement optical path. Is reflected by the polarization separation element 46,
The reference light travels to the reference light path as S-polarized light.

【0003】偏光分離素子46で反射した周波数f1’
の光は、波長板(1/4波長板)31を透過して固定鏡
11に至り、固定境11で反射して再び波長板31を透
過する。周波数f1’の光は波長板31を2回透過する
ので偏光方位が90度回転させられ、P偏光の光となっ
て偏光分離素子46を透過する。偏光分離素子46を透
過した周波数f1’の光は反射鏡(コーナー・キューブ
・プリズム)41で光路をずらされて反射し、再び偏光
分離素子46を透過する。偏光分離素子46を透過した
周波数f1’の光は、波長板31を透過して固定鏡11
に至り、固定境11で反射して再度波長板31を透過す
る。ここでも周波数f1’の光は波長板31を2回透過
するので偏光方位が90度回転させられてS偏光の光に
なり、今度は偏光分離素子46で反射して偏光素子51
に向かう。
The frequency f1 'reflected by the polarization separation element 46
Is transmitted through the wave plate (1/4 wavelength plate) 31 and reaches the fixed mirror 11, reflected at the fixed boundary 11, and transmitted through the wave plate 31 again. Since the light having the frequency f1 ′ passes through the wave plate 31 twice, the polarization direction is rotated by 90 degrees, and the light becomes P-polarized light and passes through the polarization separation element 46. The light having the frequency f1 ′ transmitted through the polarization separating element 46 is reflected by the reflecting mirror (corner cube prism) 41 with its optical path shifted, and transmitted through the polarization separating element 46 again. The light of the frequency f1 ′ transmitted through the polarization separation element 46 is transmitted through the wave plate 31 and
And the light is reflected at the fixed boundary 11 and transmitted through the wave plate 31 again. Here also, the light of frequency f1 'is transmitted through the wave plate 31 twice, so that the polarization direction is rotated by 90 degrees to become S-polarized light.
Head for.

【0004】一方、偏光分離素子46を透過した周波数
f1の光は、波長板(1/4波長板)32を透過して移
動鏡12に至り、移動境12で反射して再び波長板32
を透過する。P偏光の光である周波数f1の光は波長板
32を2回透過することになるので偏光方位が90度回
転させられて、S偏光の光となって偏光分離素子46で
反射する。偏光分離素子46で反射した周波数f1の光
は反射鏡41で光路をずらされて反射し、再び偏光分離
素子46で反射する。偏光分離素子46で反射した周波
数f1の光は、再び波長板32を透過して移動鏡12に
至り、移動境12で反射して再度波長板32を透過す
る。ここでも周波数f1の光は波長板32を2回透過す
るので、偏光方位が90度回転させられてP偏光の光と
なる。従って、周波数f1の光は再び偏光分離素子46
に入射すると、今度は偏光分離素子46を透過する。周
波数分離素子46を透過した周波数f1の光は、周波数
f1’の光と同軸になって偏光素子51に向かう。
On the other hand, the light of the frequency f1 transmitted through the polarization separating element 46 passes through a wavelength plate (1/4 wavelength plate) 32, reaches the movable mirror 12, is reflected at the movable boundary 12, and is again reflected by the wavelength plate 32.
Through. Since the P-polarized light having the frequency f1 is transmitted twice through the wave plate 32, the polarization azimuth is rotated by 90 degrees, and the S-polarized light is reflected by the polarization separation element 46. The light of frequency f1 reflected by the polarization separation element 46 is reflected by the reflection mirror 41 with its optical path shifted, and is reflected again by the polarization separation element 46. The light of the frequency f1 reflected by the polarization separation element 46 passes through the wave plate 32 again, reaches the movable mirror 12, reflects at the moving boundary 12, and transmits through the wave plate 32 again. Also here, since the light of the frequency f1 is transmitted twice through the wave plate 32, the polarization direction is rotated by 90 degrees to become P-polarized light. Therefore, the light having the frequency f1 is again transmitted to the polarization separation element 46.
, Then passes through the polarization splitting element 46. The light having the frequency f1 transmitted through the frequency separation element 46 is coaxial with the light having the frequency f1 ′ and travels toward the polarization element 51.

【0005】偏光分離素子46を射出して同軸となって
偏光素子51に到達した周波数f1、f1’の光は、偏
光素子51で干渉し、その干渉光が受光素子6で電気信
号に変換されて測定ビート信号として位相計21に出力
される。光源1からは周波数f1との光と周波数f1’
の光の干渉信号が参照ビート信号として位相計21に出
力されている。位相計21では、参照ビート信号に対す
る測定ビート信号の位相変化を検出し、移動鏡12の図
7中の矢印方向の光路長変化が求められる。
The lights of frequencies f1 and f1 'which have exited the polarization separation element 46 and become coaxial and have reached the polarization element 51 interfere with each other at the polarization element 51, and the interference light is converted into an electric signal at the light receiving element 6. Is output to the phase meter 21 as a measurement beat signal. From the light source 1, light having a frequency f1 and frequency f1 ′
Is output to the phase meter 21 as a reference beat signal. The phase meter 21 detects a phase change of the measured beat signal with respect to the reference beat signal, and obtains a change in the optical path length of the movable mirror 12 in the direction of the arrow in FIG.

【0006】ところで、この光波干渉測定装置は、主と
してX−Y面内を2次元移動するステージ装置の位置検
出系として利用されている。特に、超精密加工が要求さ
れる工作機械のステージ装置や、半導体装置あるいは液
晶表示装置等を製造する際のフォトリソグラフィ工程で
用いられる露光装置のステージ装置の位置決め装置とし
て、光波干渉測定装置が広く用いられている。とりわけ
微細なパターンを正確に重ね合わせて素子を形成する半
導体装置の製造工程や液晶表示装置の製造工程では、半
導体ウェハやガラス基板(以下、ウェハという)を載置
して2次元移動するステージ装置の移動量をnm(ナノ
メートル)オーダの測定分解能で計測する必要があるた
め、原理的に高い精度で測長が可能な光波干渉測装置を
ステージの位置決め装置として用いてきている。
The light wave interference measuring apparatus is mainly used as a position detecting system of a stage apparatus which moves two-dimensionally in an XY plane. In particular, light wave interference measurement devices are widely used as positioning devices for stage devices of machine tools requiring ultra-precision processing, and stage devices of exposure devices used in photolithography processes when manufacturing semiconductor devices or liquid crystal display devices. Used. In particular, in a manufacturing process of a semiconductor device or a manufacturing process of a liquid crystal display device in which elements are formed by accurately superimposing fine patterns, a stage device on which a semiconductor wafer or a glass substrate (hereinafter, referred to as a wafer) is placed and two-dimensionally moved. Since it is necessary to measure the amount of movement of the sample with a measurement resolution of the order of nm (nanometers), an optical interferometer capable of measuring the length with high accuracy in principle has been used as a stage positioning device.

【0007】この光波干渉測定装置をステージの位置決
め装置として搭載した露光装置として、レチクルあるい
はマスク(以下、レチクルという)に形成された回路パ
ターンを投影光学系を介してウェハ上に投影露光する投
影露光装置がある。この投影露光装置としては種々の方
式のものがあるが、例えば半導体装置の製造の場合、レ
チクルの回路パターン全体を一度に投影し得るイメージ
フィールドを持つ投影光学系を介してウェハをステップ
・アンド・リピート方式で露光する投影露光装置と、レ
チクルを1次元に走査しつつ、ウェハをそれと同期した
速度で1次元に走査させる、いわゆるステップ・アンド
・スキャン方式の投影露光装置とがある。
As an exposure apparatus equipped with this light wave interference measuring apparatus as a stage positioning apparatus, a projection exposure for projecting and exposing a circuit pattern formed on a reticle or mask (hereinafter referred to as a reticle) onto a wafer through a projection optical system. There is a device. There are various types of projection exposure apparatuses. For example, in the case of manufacturing a semiconductor device, a wafer is step-and-stepped through a projection optical system having an image field capable of projecting the entire reticle circuit pattern at one time. There are a projection exposure apparatus that performs exposure by a repeat method, and a projection exposure apparatus that employs a so-called step-and-scan method that scans a wafer one-dimensionally at a speed synchronized with that while scanning a reticle one-dimensionally.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】さて、以上説明してき
たように光波干渉測定装置は、露光装置のステージ装置
を初めとする超精密位置決めに多用されているが、次に
示す問題を有している。すなわち、図7に示した従来の
光波干渉測定装置において、例えばコーナー・キューブ
・プリズムからなる反射鏡41の反射面には、リタデー
ション(位相遅れ)を低減させるためにAl(アルミニ
ウム)等の金属によるコーティングが施されている。し
かしながら、現実には金属コートを施しても反射鏡41
のリタデーションを完全になくすことはできず、高精度
な変位測定を行おうとする場合には、この反射鏡41で
のリタデーションに基づく誤差が無視できなくなる。
As described above, an optical interference measuring apparatus is often used for ultra-precision positioning such as a stage apparatus of an exposure apparatus, but has the following problems. I have. That is, in the conventional light wave interference measurement apparatus shown in FIG. 7, the reflection surface of the reflection mirror 41 composed of, for example, a corner cube prism is made of metal such as Al (aluminum) in order to reduce retardation (phase lag). Coated. However, in reality, even if a metal coat is applied, the reflecting mirror 41
Cannot be completely eliminated, and when an attempt is made to measure displacement with high accuracy, an error based on the retardation at the reflecting mirror 41 cannot be ignored.

【0009】上述したように本来、移動鏡12で反射し
た測定光は反射鏡41に入射する際にはS偏光になり、
固定鏡11で反射した参照光は反射鏡41に入射する際
にはP偏光となる。ところが、反射鏡41の反射面で反
射したこれらの光は当該反射面でのリタデーションによ
り楕円偏光になり、参照光の反射光はP偏光と弱いS偏
光の光を含み、測定光の反射光はS偏光と弱いP偏光の
光を含んで反射鏡41を射出する。この反射鏡41での
リタデーションにより生じる弱いS偏光成分の光および
弱いP偏光成分の光はそのまま測定光路や参照光路に同
軸で入射して誤差光となり、この誤差光が位相計21で
検出されてしまうことにより測定された変位量に誤差が
重畳してしまうという問題を生じる。
As described above, the measurement light reflected by the movable mirror 12 becomes S-polarized light when entering the reflection mirror 41,
The reference light reflected by the fixed mirror 11 becomes P-polarized light when entering the reflecting mirror 41. However, these lights reflected by the reflecting surface of the reflecting mirror 41 become elliptically polarized light due to the retardation on the reflecting surface, the reflected light of the reference light includes P-polarized light and weak S-polarized light, and the reflected light of the measurement light is The reflection mirror 41 emits light including S-polarized light and weak P-polarized light. The light of the weak S-polarized component and the light of the weak P-polarized component generated by the retardation at the reflecting mirror 41 are coaxially incident on the measurement optical path and the reference optical path as they are, and become error light, and this error light is detected by the phase meter 21. This causes a problem that an error is superimposed on the measured displacement amount.

【0010】また、偏光分離素子46の消光比は現実に
は完全ではなく、P偏光の光とS偏光の光とを完全に分
離することができない。従って、偏光分離素子46の消
光比に起因して、偏光分離素子46と移動鏡12との間
の測定光路中を多数回往復する誤差光が生じて、高精度
な変位測定ができなくなるという問題が生じる。
Also, the extinction ratio of the polarization splitting element 46 is not actually perfect, and it is not possible to completely separate the P-polarized light and the S-polarized light. Therefore, an error light that reciprocates a large number of times in the measurement optical path between the polarization separation element 46 and the movable mirror 12 occurs due to the extinction ratio of the polarization separation element 46, and it is impossible to measure displacement with high accuracy. Occurs.

【0011】本発明の目的は、反射鏡の反射面でのリタ
デーションによる誤差光の発生を防止して高精度の変位
測定ができる光波干渉測定を用いた測定方法および装置
を提供することにある。また、本発明の目的は、偏光分
離素子での消光比が低いことに起因した誤差光の発生を
防止して高精度の変位測定ができる光波干渉測定を用い
た測定方法および装置を提供することにある。さらに、
本発明の目的は、高精度な変位測定が可能となる光波干
渉方式の測定装置を備えた露光装置を提供することにあ
る。
It is an object of the present invention to provide a measuring method and apparatus using light wave interference measurement capable of preventing displacement of error light due to retardation on a reflecting surface of a reflecting mirror and measuring displacement with high accuracy. Further, an object of the present invention is to provide a measurement method and apparatus using light wave interference measurement capable of preventing occurrence of error light due to a low extinction ratio in a polarization separation element and performing highly accurate displacement measurement. It is in. further,
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an exposure apparatus provided with a light wave interference type measurement device capable of measuring displacement with high accuracy.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的は、偏光方位が
互いに直交した2つの光の一方を測定光として測定光路
上に移動可能に設けられた移動鏡で反射させ、他方を参
照光として参照光路に固定された固定鏡で反射させ、測
定光路を通過した測定光と参照光路を通過した参照光と
を干渉させて光電検出し、移動鏡の変位を測定する測定
装置において、偏光方位に応じて屈折角が異なる光分離
素子を、測定光路および参照光路の少なくとも一方の光
路に設けたことを特徴とする測定装置によって達成され
る。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to reflect one of two lights whose polarization directions are orthogonal to each other as a measuring light by a movable mirror movably provided on a measuring optical path and refer to the other as a reference light. A measuring device that reflects the light with a fixed mirror fixed to the optical path, interferes the measuring light passing through the measuring optical path with the reference light passing through the reference optical path, performs photoelectric detection, and measures the displacement of the moving mirror. This is achieved by a measuring apparatus characterized in that light separating elements having different refraction angles are provided in at least one of the measurement light path and the reference light path.

【0013】本発明の測定装置において、直線偏光の光
を射出する光源と、直線偏光の光を測定光と参照光とに
分離する偏光分離素子とを含み、光分離素子は、移動鏡
および固定鏡の少なくとも一方と偏光分離素子との間に
配置されていることを特徴とする。また、光分離素子
は、偏光分離素子の消光比に基づく誤差光を分離するこ
とを特徴とする。また、本発明の測定装置において、測
定光路および参照光路の少なくとも一方の光路に設けら
れた波長板を有し、光分離素子は、波長板と偏光分離素
子との間に配置されていることを特徴とする。
The measuring apparatus of the present invention includes a light source for emitting linearly polarized light and a polarization separating element for separating linearly polarized light into measuring light and reference light, wherein the light separating element includes a movable mirror and a fixed mirror. It is characterized by being arranged between at least one of the mirrors and the polarization splitting element. Further, the light separating element separates the error light based on the extinction ratio of the polarization separating element. Further, in the measurement device of the present invention, the measurement device has a wavelength plate provided in at least one of the measurement light path and the reference light path, and the light separation element is disposed between the wave plate and the polarization separation element. Features.

【0014】さらに、本発明の測定装置において、少な
くとも測定光を移動鏡で複数回反射させるように、測定
光路に設けられた反射鏡を含み、光分離素子は、反射鏡
と偏光分離素子との間に設けられていることを特徴とす
る。そして、光分離素子は、反射鏡でのリタデーション
により生じた誤差光を分離することを特徴とする。ま
た、本発明の測定装置において、偏光方位が互いに直交
した2つの光は、各々周波数が異なっていることを特徴
とする。さらに、光源は、少なくとも測定光路の気体の
屈折率変動を測定して移動鏡の変位を補正する屈折率変
動測定用の光を射出することを特徴とする。
Further, the measuring apparatus of the present invention includes a reflecting mirror provided in the measuring optical path so that at least the measuring light is reflected a plurality of times by the moving mirror, and the light separating element is a light separating element between the reflecting mirror and the polarization separating element. It is characterized by being provided between them. The light separating element separates the error light generated by the retardation by the reflecting mirror. Further, in the measuring device of the present invention, two lights whose polarization directions are orthogonal to each other have different frequencies. Further, the light source emits light for refractive index fluctuation measurement for measuring at least the refractive index fluctuation of the gas in the measurement optical path and correcting the displacement of the movable mirror.

【0015】本発明の測定装置において、光分離素子
は、異方性を有する結晶であることを特徴とし、例えば
ウォラストンプリズムであることを特徴とする。さら
に、本発明の測定装置において、光分離素子で分離され
た誤差光を遮光する遮光手段が設けられていることを特
徴とする。
In the measuring apparatus according to the present invention, the light separating element is a crystal having anisotropy, for example, a Wollaston prism. Further, the measuring device of the present invention is characterized in that a light shielding means for shielding the error light separated by the light separating element is provided.

【0016】また、上記目的は、偏光方位が互いに直交
した2つの光の一方を測定光として測定光路上に移動可
能に設けられた移動鏡で反射させ、他方を参照光として
参照光路に固定された固定鏡で反射させ、測定光路を通
過した測定光と参照光路を通過した参照光とを干渉させ
て光電検出し、移動鏡の変位を測定する測定方法におい
て、偏光方位に応じて屈折角が異なる光分離素子を測定
光路および参照光路の少なくとも一方の光路に配置し
て、当該光路で生じた誤差光を分離することを特徴とす
る測定方法によって達成される。
The above object is also achieved by fixing one of two lights having polarization directions orthogonal to each other as a measuring light by a movable mirror movably provided on a measuring optical path, and fixing the other as a reference light to the reference optical path. In the measurement method, the reflected light is reflected by a fixed mirror, the measurement light passing through the measurement optical path and the reference light passing through the reference optical path interfere with each other, photoelectrically detected, and the displacement of the movable mirror is measured. This is achieved by a measuring method characterized in that different light separating elements are arranged in at least one of the measurement light path and the reference light path, and error light generated in the light path is separated.

【0017】このように本発明の測定方法および装置に
よれば、常光線と異常光線の光を異なる方向に射出する
異方性を有する光分離素子を所定の光路中に挿入するよ
うにしているので、例えば偏光分離素子と反射鏡との間
に光分離素子を挿入した場合を例にとれば、反射鏡での
リタデーションにより楕円偏光になった測定光あるいは
参照光に含まれた不必要な偏光成分の光(誤差光)を光
分離素子で分離することができる。さらに分離した誤差
光の光路は、測定光路および参照光路と同軸にならない
ので、本来の測定光と参照光とを干渉させて高精度な変
位測定ができるようになる。
As described above, according to the measuring method and apparatus of the present invention, a light separating element having anisotropy that emits ordinary light and extraordinary light in different directions is inserted into a predetermined optical path. Therefore, for example, when a light separating element is inserted between the polarization separating element and the reflecting mirror, unnecessary polarization included in the measurement light or the reference light that has become elliptically polarized light due to the retardation by the reflecting mirror is taken as an example. The component light (error light) can be separated by the light separation element. Further, the optical path of the separated error light is not coaxial with the measurement optical path and the reference optical path, so that the original measurement light and the reference light can interfere with each other to perform highly accurate displacement measurement.

【0018】さらに、上記目的は、パターンが形成され
たレチクルを載置して移動可能なレチクルステージと、
レチクルステージの位置を測定するレチクルステージ側
測定手段と、基板を載置して移動可能な基板ステージ
と、基板ステージの位置を測定する基板ステージ側測定
手段とを有し、パターンの像を基板に転写する露光装置
において、レチクルステージ側測定手段と基板ステージ
側測定手段の少なくとも一方は、上記本発明の測定装置
を備えていることを特徴とする露光装置によって達成さ
れる。また、上記の構成要素を電気的、機械的または光
学的に連結することで、本発明にかかる露光装置が組み
上げられる。
Further, the object is to provide a reticle stage on which a reticle on which a pattern is formed can be mounted and movable,
A reticle stage-side measuring unit for measuring the position of the reticle stage, a substrate stage on which the substrate can be placed and movable, and a substrate stage-side measuring unit for measuring the position of the substrate stage; In the transfer exposure apparatus, at least one of the reticle stage-side measurement unit and the substrate stage-side measurement unit is achieved by an exposure apparatus including the above-described measurement apparatus of the present invention. In addition, by electrically, mechanically, or optically connecting the above-described components, an exposure apparatus according to the present invention is assembled.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態による
光波干渉測定における測定方法および装置を図1および
図2を用いて説明する。まず、本実施の形態による光波
干渉測定装置の全体構成を図1を用いて説明する。図1
において、光源1は、互いに周波数がわずかに異なる周
波数f1の光と周波数f1’の光とを射出する。射出さ
れる周波数f1の光と周波数f1’の光は、偏光方位が
互いに直交した直線偏光であり、周波数f1の光は図1
の紙面に対して平行な偏光方位を有し、周波数f1’の
光は紙面に垂直な偏光方位を有している。光源1を射出
した周波数f1、f1’の光は偏光分離素子46に入射
し、周波数f1の光は偏光分離素子46を透過して、P
偏光の光として測定光路に進む測定光となり、周波数f
1’の光は偏光分離素子46で反射して、S偏光の光と
して参照光路に進む参照光となる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A measuring method and apparatus in light wave interference measurement according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the overall configuration of the optical interference measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG.
In, the light source 1 emits light having a frequency f1 and light having a frequency f1 ′ whose frequencies are slightly different from each other. The emitted light having the frequency f1 and the light having the frequency f1 ′ are linearly polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other.
Has a polarization direction parallel to the plane of the drawing, and the light of frequency f1 'has a polarization direction perpendicular to the plane of the drawing. The light of frequencies f1 and f1 ′ emitted from the light source 1 is incident on the polarization separation element 46, and the light of frequency f1 is transmitted through the polarization separation element 46 and
The measurement light travels to the measurement optical path as polarized light and has a frequency f
The light 1 ′ is reflected by the polarization separation element 46 and becomes reference light that travels to the reference light path as S-polarized light.

【0020】ここで、図1の破線101で示したブロッ
ク内の構成および光路をより詳細に示した図2を用いて
説明する。偏光分離素子46で反射した周波数f1’の
光は、波長板31を透過して固定鏡(平面鏡)11に至
り、固定境11で反射して再び波長板31を透過する。
S偏光の周波数f1’の光は波長板31を2回透過して
その偏光方位が90度回転させられてP偏光の光となっ
て偏光分離素子46を透過する。偏光分離素子46を透
過した周波数f1’の光は、偏光分離素子46と反射鏡
41との間に設けられた光分離素子56に入射する。光
分離素子56は、常光線と異常光線の光を異なる方向に
射出する異方性を有する結晶であり、例えばウォラスト
ンプリズムが用いられている。また、光分離素子56
は、S偏光の入射光をほぼそのまま透過させ、P偏光の
光を斜めに射出させるように配置されている。
Here, the configuration and the optical path in the block indicated by the broken line 101 in FIG. 1 will be described with reference to FIG. The light having the frequency f1 ′ reflected by the polarization separation element 46 passes through the wave plate 31 and reaches the fixed mirror (plane mirror) 11, is reflected by the fixed boundary 11 and passes through the wave plate 31 again.
The S-polarized light having the frequency f1 ′ passes through the wave plate 31 twice, and its polarization direction is rotated by 90 degrees, becomes P-polarized light, and passes through the polarization splitter 46. The light having the frequency f1 ′ transmitted through the polarization separation element 46 enters a light separation element 56 provided between the polarization separation element 46 and the reflecting mirror 41. The light separating element 56 is a crystal having anisotropy that emits ordinary light and extraordinary light in different directions. For example, a Wollaston prism is used. Also, the light separating element 56
Are arranged so that S-polarized incident light is transmitted almost as it is and P-polarized light is emitted obliquely.

【0021】従って、光分離素子56に入射したP偏光
の周波数f1’の光は光分離素子56から斜めに射出し
て反射鏡41に入射し、光路をずらされて反射する。こ
こで、周波数f1’の光は反射鏡41でのリタデーショ
ンにより弱いS偏光成分(誤差光201)を含む楕円偏
光となるが、再び光分離素子56に斜めから入射する
と、本来のP偏光の光は入射方向に対して斜めに射出さ
れて偏光分離素子46に向かい、誤差光201となるS
偏光成分の光は光分離素子56をほぼそのまま透過して
P偏光の光と分離される。この誤差光201は、光分離
素子56と偏光分離素子46との間に設けられた遮光板
110で遮光される。このように、光分離素子56が偏
光分離素子46と反射鏡41との間に配置されているこ
とにより、反射鏡41でのリタデーションにより生じた
P偏光の周波数f1’の光の誤差光201を参照光路か
ら分離することができるようになる。
Accordingly, the P-polarized light having the frequency f1 'incident on the light separating element 56 is obliquely emitted from the light separating element 56, enters the reflecting mirror 41, and is reflected with its optical path shifted. Here, the light of the frequency f1 ′ becomes elliptically polarized light including a weak S-polarized component (error light 201) due to the retardation by the reflecting mirror 41. When the light is incident on the light separating element 56 again obliquely, the original P-polarized light is emitted. S is emitted obliquely to the incident direction and travels toward the polarization separation element 46 to become the error light 201.
The light of the polarization component passes through the light separation element 56 as it is and is separated from the light of the P polarization. The error light 201 is shielded by a light shielding plate 110 provided between the light separation element 56 and the polarization separation element 46. As described above, since the light separating element 56 is arranged between the polarization separating element 46 and the reflecting mirror 41, the error light 201 of the P-polarized light having the frequency f1 ′ generated by the retardation of the reflecting mirror 41 is generated. It can be separated from the reference light path.

【0022】さて、誤差光201が除去されたP偏光の
周波数f1’の光は偏光分離素子46を透過し、波長板
31を透過して固定鏡11に至り、固定境11で反射し
て再度波長板31を透過する。ここで周波数f1’の光
は波長板31を2回透過するので、偏光方位が90度回
転させられてS偏光の光になって偏光分離素子46で反
射する。偏光分離素子46で反射した周波数f1’の光
は反射鏡13および偏光結合素子47で反射して偏光素
子51に向かう。
The P-polarized light having the frequency f1 'from which the error light 201 has been removed passes through the polarization separating element 46, passes through the wave plate 31, reaches the fixed mirror 11, is reflected by the fixed boundary 11, and is again reflected. The light passes through the wave plate 31. Here, since the light having the frequency f1 ′ passes through the wave plate 31 twice, the polarization direction is rotated by 90 degrees, becomes S-polarized light, and is reflected by the polarization separation element 46. The light of the frequency f1 ′ reflected by the polarization separation element 46 is reflected by the reflection mirror 13 and the polarization coupling element 47 and travels to the polarization element 51.

【0023】一方、偏光分離素子46を透過した周波数
f1の光は、波長板32を透過して移動鏡(平面鏡)1
2に至り、移動境12で反射して再び波長板32を透過
する。P偏光である周波数f1の光は波長板32を2回
透過するので、偏光方位が90度回転させられてS偏光
の光となって偏光分離素子46で反射する。偏光分離素
子46で反射した周波数f1の光は、偏光分離素子46
と反射鏡41との間に設けられた光分離素子56に入射
する。上述のように光分離素子56は、S偏光の入射光
をほぼそのまま透過させ、P偏光の光を斜めに射出させ
るように配置されている。従って、光分離素子56に入
射した測定光であるS偏光の周波数f1の光は光分離素
子56をそのまま透過し、参照光であるP偏光の周波数
f1’の光と分離されて反射鏡41に入射して光路をず
らされて反射する。
On the other hand, the light having the frequency f1 transmitted through the polarization splitting element 46 is transmitted through the wave plate 32, and the movable mirror (plane mirror) 1
2, the light is reflected at the moving boundary 12 and passes through the wave plate 32 again. Since the P-polarized light having the frequency f1 is transmitted twice through the wave plate 32, the polarization direction is rotated by 90 degrees to be S-polarized light and reflected by the polarization splitting element. The light of the frequency f1 reflected by the polarization separation element 46 is
The light is incident on a light separating element 56 provided between the reflector 41. As described above, the light separating element 56 is arranged so as to transmit the S-polarized light almost as it is and to emit the P-polarized light obliquely. Therefore, the S-polarized light having the frequency f1 which is the measurement light incident on the light separating element 56 passes through the light separating element 56 as it is, is separated from the P-polarized light having the frequency f1 ′ which is the reference light, and is reflected by the reflecting mirror 41. The light is incident and the optical path is shifted and reflected.

【0024】ここで、周波数f1の光は反射鏡41での
リタデーションにより弱いP偏光成分(誤差光202)
を含む楕円偏光となるが、再び光分離素子56に入射し
て本来のS偏光の光はそのまま透過して偏光分離素子4
6に向かい、誤差光202となるP偏光成分の光は光分
離素子56で分離されて斜めに射出する。この誤差光2
02も、光分離素子56と偏光分離素子46との間に設
けられた遮光板110で遮光される。このように、偏光
分離素子46と反射鏡41との間に光分離素子56を配
置したことにより、反射鏡41でのリタデーションによ
り生じたS偏光の周波数f1の光の誤差光202を測定
光路から分離することができるようになる。
Here, the light of the frequency f1 is weak P-polarized light component (error light 202) due to the retardation by the reflecting mirror 41.
However, the s-polarized light enters the light separation element 56 again, and the original S-polarized light is transmitted as it is and the polarization separation element 4
6, the P-polarized light component, which is the error light 202, is separated by the light separating element 56 and emitted obliquely. This error light 2
02 is also shielded from light by a light shielding plate 110 provided between the light separation element 56 and the polarization separation element 46. As described above, by disposing the light separating element 56 between the polarization separating element 46 and the reflecting mirror 41, the error light 202 of the S-polarized light having the frequency f1 generated by the retardation in the reflecting mirror 41 is transmitted from the measurement optical path. Be able to separate.

【0025】誤差光202が除去されたS偏光の周波数
f1の光は偏光分離素子46で反射して、波長板32を
透過して移動鏡12に至り、移動境12で反射して再度
波長板32を透過する。ここで周波数f1の光は波長板
32を2回透過するので、偏光方位が90度回転させら
れてP偏光の光になって偏光分離素子46を透過する。
偏光分離素子46を透過した周波数f1の光は偏光結合
素子47を透過して周波数f1’の光と同軸になって偏
光素子51に向かう。
The light of the frequency f1 of the S-polarized light from which the error light 202 has been removed is reflected by the polarization separating element 46, passes through the wave plate 32, reaches the movable mirror 12, is reflected by the moving boundary 12, and is again reflected by the wave plate. 32. Here, since the light of the frequency f1 is transmitted twice through the wave plate 32, the polarization direction is rotated by 90 degrees to be P-polarized light and transmitted through the polarization separation element 46.
The light of frequency f1 that has passed through the polarization separation element 46 passes through the polarization coupling element 47 and is coaxial with the light of frequency f1 ′, and travels toward the polarization element 51.

【0026】図1に戻って、偏光結合素子47を射出し
て同軸となって偏光素子51に到達した周波数f1、f
1’の光は、偏光素子51により干渉し、その干渉光が
受光素子6で電気信号に変換されて測定ビート信号とし
て位相計21に出力される。光源1からは周波数f1と
の光と周波数f1’の光の干渉信号が参照ビート信号と
して位相計21に出力されている。位相計21では、参
照ビート信号に対する測定ビート信号の位相変化を検出
し、移動鏡12の図1中の矢印方向の光路長変化が求め
られる。
Returning to FIG. 1, the frequencies f1 and f1, which are emitted from the polarization coupling element 47 and become coaxial and reach the polarization element 51,
The light 1 ′ interferes with the polarization element 51, and the interference light is converted into an electric signal by the light receiving element 6 and output to the phase meter 21 as a measurement beat signal. From the light source 1, an interference signal between the light having the frequency f1 and the light having the frequency f1 ′ is output to the phase meter 21 as a reference beat signal. The phase meter 21 detects the phase change of the measured beat signal with respect to the reference beat signal, and obtains the optical path length change of the movable mirror 12 in the direction of the arrow in FIG.

【0027】以上説明したように、本実施の形態による
測定方法および装置では、偏光方位に応じて屈折角が異
なる光分離素子56を測定光路および参照光路の共通光
路に配置して、本来の偏光方位と異なる成分の光をそれ
ぞれの光路から分離するようにしている。このように、
異方性を有する光分離素子56を偏光分離素子46と反
射鏡41との間に挿入したことにより、反射鏡41での
リタデーションにより楕円偏光になった測定光あるいは
参照光に含まれる誤差光201、202を光分離素子5
6で分離することができるようになる。さらに、本実施
の形態では、分離した誤差光を遮光する遮光板110を
設けているので確実に誤差光201、202を除去する
ことができる。
As described above, in the measuring method and apparatus according to the present embodiment, the light separating element 56 having a different refraction angle according to the polarization direction is arranged in the common optical path of the measuring optical path and the reference optical path, and the original polarization is obtained. Light of a component different from the azimuth is separated from each optical path. in this way,
Since the light separating element 56 having anisotropy is inserted between the polarization separating element 46 and the reflecting mirror 41, the error light 201 included in the measurement light or the reference light that has become elliptically polarized light due to the retardation by the reflecting mirror 41. , 202 to the light separating element 5
6 to allow separation. Furthermore, in the present embodiment, since the light shielding plate 110 that blocks the separated error light is provided, the error light 201 and 202 can be reliably removed.

【0028】次に、本発明の第2の実施の形態による光
波干渉測定における測定方法および装置を図3を用いて
説明する。図3は、本実施の形態による光波干渉測定装
置の概略の構成を示している。本実施の形態の光波干渉
による測定方法および装置は、第1の実施の形態による
光波干渉測定装置における測定光路上および参照光路上
の空気等の気体の屈折率変動量を、異なる2つの周波数
の光を用いて測定して補正することにより移動鏡の極め
て正確な変位量が測定できる点に特徴を有している。
Next, a description will be given of a measuring method and apparatus in lightwave interference measurement according to a second embodiment of the present invention with reference to FIG. FIG. 3 shows a schematic configuration of the light wave interference measuring apparatus according to the present embodiment. The measurement method and apparatus by light wave interference according to the present embodiment are designed to measure the refractive index fluctuation amount of gas such as air on the measurement light path and the reference light path in the light wave interference measurement apparatus according to the first embodiment by using two different frequencies. It is characterized in that a very accurate displacement amount of the movable mirror can be measured by measuring and correcting using light.

【0029】本実施の形態では、図1および図2を用い
て説明した第1の実施の形態による光波干渉測定装置に
屈折率変動量測定系を付加した構成について説明する。
図3において、光源1は、図3の紙面に平行な偏光方位
を有する周波数f1の光と、紙面に垂直な偏光方位を有
する周波数f1’(=f1+Δf)の光を同軸で射出す
る。光源1から射出された周波数f1、f1’の光は、
周波数結合素子67に入射する。
In this embodiment, a configuration in which a refractive index fluctuation measuring system is added to the optical interference measuring apparatus according to the first embodiment described with reference to FIGS. 1 and 2 will be described.
In FIG. 3, a light source 1 emits light of a frequency f1 having a polarization direction parallel to the paper surface of FIG. 3 and light of a frequency f1 ′ (= f1 + Δf) having a polarization direction perpendicular to the paper surface of FIG. The light of the frequencies f1 and f1 ′ emitted from the light source 1 is
The light enters the frequency coupling element 67.

【0030】光源2は周波数f2の光と、周波数f2の
光を第2高調波に変換した周波数f3(=2・f2)の
光を射出する。周波数f2の光と周波数f3の光とは、
互いに偏光方位が同じで、且つ周波数f1の光の偏光方
位に対して45°傾くように調節されている。周波数f
2の光は反射鏡14で光路を折り曲げられて周波数結合
素子66にて周波数f3の光と同軸にされ、周波数f
2、f3の光は周波数結合素子67に入射して周波数f
1、f1’の光と同軸に結合され、偏光分離素子48に
入射する。偏光分離素子48ではP偏光成分の光は透過
しS偏光成分の光は反射される。従って、紙面に平行な
偏光方位を有する周波数f1の光はP偏光の光として偏
光分離素子48を透過して測定光路に向かい、紙面に垂
直な偏光方位を有する周波数f1’の光は偏光分離素子
48で反射して参照光路に向かう。また、周波数f2の
光と周波数f3の光は共に周波数f1の光に対して45
°傾いた偏光方位を有しているので偏光分離素子48で
それぞれが透過光と反射光とに分割される。
The light source 2 emits light having a frequency f2 and light having a frequency f3 (= 2 · f2) obtained by converting the light having the frequency f2 into a second harmonic. The light of frequency f2 and the light of frequency f3 are:
The polarization directions are adjusted to be the same, and to be inclined by 45 ° with respect to the polarization direction of the light of frequency f1. Frequency f
The light of No. 2 is bent in the optical path by the reflecting mirror 14 and made coaxial with the light of frequency f3 by the frequency coupling element 66, and the frequency f
2 and f3 are incident on the frequency coupling element 67 and
1. The light is coupled coaxially with the light of f1 ′ and is incident on the polarization beam splitter 48. The polarization splitter 48 transmits the P-polarized light component and reflects the S-polarized light component. Therefore, the light of frequency f1 having the polarization direction parallel to the paper surface is transmitted as the P-polarized light through the polarization separating element 48 to the measurement optical path, and the light of frequency f1 ′ having the polarization direction perpendicular to the paper surface is polarized light. The light is reflected at 48 toward the reference light path. Further, both the light of frequency f2 and the light of frequency f3 are 45
Since the polarization direction is inclined, the polarized light is split by the polarization splitting element 48 into transmitted light and reflected light.

【0031】測定光路に進んだP偏光の周波数f1、f
2、f3の光は、これら周波数f1、f2、f3の光に
対して1/4波長板として機能する波長板34を透過し
てそれぞれ移動鏡12に入射する。移動鏡12で反射し
た円偏光の周波数f1、f2、f3の光は、再び波長板
34を透過して偏光分離素子48に入射する。ここで周
波数f1、f2、f3の光は、波長板34を2回透過す
るので偏光方位が90°回転してS偏光の光となり偏光
分離素子48で反射する。その後、偏光分離素子48と
反射鏡42との間に設けられた光分離素子57に入射す
る。光分離素子57は、常光線と異常光線の光を異なる
方向に射出する異方性を有する結晶であり、例えばウォ
ラストンプリズムが用いられている。
The frequencies f1 and f of the P-polarized light traveling to the measurement optical path
The lights of f 2, f 3 pass through the wave plate 34 functioning as a 波長 wave plate for the lights of the frequencies f 1, f 2, f 3, and enter the movable mirror 12. The light of the frequencies f1, f2, and f3 of the circularly polarized light reflected by the movable mirror 12 passes through the wave plate 34 again and enters the polarization splitter 48. Here, the lights of the frequencies f1, f2, and f3 are transmitted through the wave plate 34 twice, so that the polarization azimuth is rotated by 90 °, becomes S-polarized light, and is reflected by the polarization separation element 48. Thereafter, the light enters a light separating element 57 provided between the polarization separating element 48 and the reflecting mirror 42. The light separating element 57 is a crystal having anisotropy that emits ordinary light and extraordinary light in different directions. For example, a Wollaston prism is used.

【0032】また、光分離素子57は、S偏光の入射光
をほぼそのまま透過させ、P偏光の光を斜めに射出させ
るように配置されている。従って、光分離素子57に入
射した測定光であるS偏光の周波数f1、f2、f3の
光は、光分離素子57をそのまま透過して反射鏡42に
入射し光路をずらされて反射する。ここで、周波数f
1、f2、f3の光は反射鏡42でのリタデーションに
より弱いP偏光成分(誤差光)を含む楕円偏光となる
が、再び光分離素子57に入射して本来のS偏光の光は
そのまま透過して偏光分離素子48に向かい、誤差光と
なるP偏光成分の光は光分離素子57で分離されて斜め
に射出する(図示を省略)。このように、光分離素子5
7が偏光分離素子48と反射鏡42との間に配置されて
いることにより、反射鏡42でのリタデーションにより
生じたS偏光の周波数f1、f2、f3の光の誤差光を
測定光路から分離することができるようになる。
The light separating element 57 is arranged to transmit the S-polarized light almost as it is and to emit the P-polarized light obliquely. Accordingly, the S-polarized light having the frequencies f1, f2, and f3, which are the measurement lights incident on the light separating element 57, pass through the light separating element 57 as it is, enter the reflecting mirror 42, and are reflected with a shifted optical path. Where the frequency f
The light of f1, f2, and f3 becomes elliptically polarized light including a weak P-polarized component (error light) due to the retardation by the reflecting mirror 42, but re-enters the light separating element 57 and transmits the original S-polarized light as it is. Then, the light of the P polarization component, which becomes error light, is separated by the light separation element 57 and is emitted obliquely (not shown). Thus, the light separating element 5
7 is disposed between the polarization splitting element 48 and the reflecting mirror 42, thereby separating the error light of the S-polarized light having the frequencies f1, f2, and f3 generated by the retardation in the reflecting mirror 42 from the measurement optical path. Will be able to do it.

【0033】誤差光が除去されたS偏光の周波数f1、
f2、f3の光は偏光分離素子48で反射して、波長板
34を透過して移動鏡12に至り、移動境12で反射し
て再度波長板34を透過する。ここで周波数f1、f
2、f3の光は波長板34を2回透過するので、偏光方
位が90度回転させられてP偏光の光になって偏光分離
素子48を透過する。偏光分離素子48を透過した周波
数f1、f2、f3の光は周波数分離素子68に入射す
る。
The frequency f1 of the S-polarized light from which the error light has been removed,
The light beams f2 and f3 are reflected by the polarization separation element 48, pass through the wave plate 34, reach the movable mirror 12, are reflected at the moving boundary 12, and pass through the wave plate 34 again. Where the frequencies f1, f
Since the light of f2 and the light of f3 are transmitted twice through the wave plate 34, the polarization direction is rotated by 90 degrees to be P-polarized light and transmitted through the polarization splitter 48. Light having frequencies f1, f2, and f3 transmitted through the polarization separation element 48 enters the frequency separation element 68.

【0034】周波数分離素子68は、周波数f1近傍の
光を透過させ、周波数f2と周波数f3の光を反射させ
る性質を有しており、従って、周波数f1の光は周波数
分離素子68を透過して偏光結合素子47に向かい、周
波数f2、f3の光は波長板35に向かうように分離さ
れる。
The frequency separating element 68 has a property of transmitting light near the frequency f1 and reflecting light of the frequencies f2 and f3. Therefore, the light of the frequency f1 is transmitted through the frequency separating element 68 and transmitted. The light having frequencies f2 and f3 is separated toward the polarization coupling element 47 so as to be directed toward the wave plate 35.

【0035】周波数分離素子68で反射された、測定光
路を通った周波数f2、f3の光のうち、周波数の低い
周波数f2の光は周波数変換素子61により周波数f
3’(=2・f2)の光に変換され、測定光路を通った
周波数f3の光と干渉し、その干渉光が受光素子7によ
り受光され、屈折率変動の測定信号として位相計22に
入力される。
Of the light having the frequencies f2 and f3 reflected by the frequency separation element 68 and having passed through the measurement optical path, the light having the low frequency f2 is transmitted by the frequency conversion element 61 to the frequency f2.
The light is converted into 3 ′ (= 2 · f2) light, interferes with light having a frequency f3 passing through the measurement optical path, and the interference light is received by the light receiving element 7 and input to the phase meter 22 as a measurement signal of the refractive index fluctuation. Is done.

【0036】一方、偏光分離素子48で反射した周波数
f1’、f2、f3の光は、波長板33を透過して固定
鏡11に至り、固定境11で反射して再び波長板33を
透過する。周波数f1’、f2、f3の光は、波長板3
3を2回透過するので偏光方位が90度回転させられて
P偏光の光となって、偏光分離素子48を透過する。偏
光分離素子48を透過した周波数f1’、f2、f3の
光は光分離素子57に入射する。光分離素子57は、S
偏光の入射光をほぼそのまま透過させ、P偏光の光を斜
めに射出させるように配置されているので、光分離素子
57に入射したP偏光の周波数f1’、f2、f3の光
は光分離素子57から斜めに射出して反射鏡42に入射
して光路をずらされて反射する。
On the other hand, the lights of the frequencies f1 ', f2, and f3 reflected by the polarization separating element 48 pass through the wave plate 33 and reach the fixed mirror 11, are reflected by the fixed boundary 11, and pass through the wave plate 33 again. . Light of frequencies f1 ', f2, and f3 is
3 is transmitted twice, so that the polarization direction is rotated by 90 degrees to become P-polarized light and transmitted through the polarization splitting element 48. The light having the frequencies f1 ′, f2, and f3 transmitted through the polarization splitter 48 enters the light splitter 57. The light separating element 57 is
Since the light is arranged so as to transmit the polarized light almost as it is and emit the P-polarized light obliquely, the P-polarized light having entered the light separating element 57 at the frequencies f1 ′, f2, and f3 is separated by the light separating element. The light exits obliquely from 57 and enters the reflecting mirror 42 to be reflected with its optical path shifted.

【0037】ここで、周波数f1’、f2、f3の光は
反射鏡42でのリタデーションにより弱いS偏光成分
(誤差光)を含む楕円偏光となるが、再び光分離素子5
7に入射すると本来のP偏光の光は入射方向に対して斜
めに射出されて偏光分離素子46に向かい、誤差光とな
るS偏光成分の光は光分離素子57をほぼそのまま透過
して本来のP偏光の光と分離される(図示を省略)。こ
のように、光分離素子57が偏光分離素子48と反射鏡
42との間に配置されていることにより、反射鏡42で
のリタデーションにより生じたP偏光の周波数f1’、
f2、f3の光の誤差光を参照光路から分離することが
できるようになる。
Here, the light having the frequencies f1 ', f2, and f3 becomes elliptically polarized light including a weak S-polarized component (error light) due to the retardation by the reflecting mirror 42.
7, the original P-polarized light is emitted obliquely with respect to the incident direction and travels to the polarization splitter 46, and the S-polarized component light, which is error light, passes through the light splitter 57 almost as it is, and It is separated from P-polarized light (not shown). As described above, since the light separating element 57 is disposed between the polarization separating element 48 and the reflecting mirror 42, the frequency f1 ′ of the P-polarized light generated by the retardation at the reflecting mirror 42,
The error light of the light of f2 and f3 can be separated from the reference light path.

【0038】誤差光が除去されたP偏光の周波数f
1’、f2、f3の光は偏光分離素子48を透過し、波
長板33を透過して固定鏡11に至り、固定境11で反
射して再度波長板33を透過する。ここで周波数f
1’、f2、f3の光は波長板33を2回透過するの
で、偏光方位が90度回転させられてS偏光の光になっ
て偏光分離素子48で反射する。偏光分離素子48で反
射した周波数f1’、f2、f3の光は周波数分離素子
69に向かう。
Frequency f of P-polarized light from which error light has been removed
The light beams 1 ′, f2, and f3 pass through the polarization splitter 48, pass through the wave plate 33, reach the fixed mirror 11, reflect at the fixed boundary 11, and pass through the wave plate 33 again. Where frequency f
Since the light of 1 ', f2, and f3 are transmitted through the wave plate 33 twice, the polarization direction is rotated by 90 degrees to be S-polarized light and reflected by the polarization splitting element 48. The lights of the frequencies f1 ′, f2, and f3 reflected by the polarization separation element 48 travel to the frequency separation element 69.

【0039】周波数分離素子69は、周波数f1’近傍
の光を透過させ、周波数f2と周波数f3の光を反射さ
せる性質を有しており、従って、周波数f1’の光は周
波数分離素子69を透過して反射鏡13を介して偏光結
合素子47に向かい、周波数f1の光と同軸にされて偏
光素子51に入射する。周波数分離素子69で反射した
周波数f2、f3の光は波長板36に向かうように分離
される。周波数分離素子69で反射された、参照光路を
通った周波数f2、f3の光のうち、周波数の低い周波
数f2の光は周波数変換素子62により周波数f3’
(=2・f2)の光に変換されて参照光路を通った周波
数f3の光と干渉し、その干渉光が受光素子8により受
光され、屈折率変動の参照信号として位相計22に入力
される。
The frequency separating element 69 has a property of transmitting light near the frequency f1 'and reflecting light of the frequencies f2 and f3. Therefore, the light of the frequency f1' transmits through the frequency separating element 69. Then, the light is directed to the polarization coupling element 47 via the reflection mirror 13, is made coaxial with the light having the frequency f <b> 1, and is incident on the polarization element 51. The lights of the frequencies f2 and f3 reflected by the frequency separation element 69 are separated so as to travel toward the wave plate. Of the light of frequencies f2 and f3 that have passed through the reference optical path and are reflected by the frequency separation element 69, the light of the low frequency f2 is transmitted to the frequency f3 ′ by the frequency conversion element 62.
(= 2 · f2), which interferes with light of frequency f3 that has passed through the reference optical path. The interference light is received by the light receiving element 8 and input to the phase meter 22 as a reference signal for refractive index fluctuation. .

【0040】一方、偏光結合素子47で同軸にされた周
波数f1の光と周波数f1’の光は偏光素子51を透過
して干渉し、その干渉光が受光素子6で受光されて測定
ビート信号として位相計21に入力される。また、光源
1からは周波数f1、f1’の光の一部を干渉させた参
照ビート信号が位相計21に入力される。位相計21で
は測定ビート信号と参照ビート信号から移動鏡12の変
位量を求め、演算器23に出力する。また、位相計22
では測定信号と参照信号から測定光路および参照光路で
生じた空気等の気体の屈折率変動量を求め、演算器23
に出力する。演算器23では位相計21からの移動鏡1
2の変位量と位相計22からの屈折率変動量を演算する
ことにより移動鏡12の真の変位量を求める。
On the other hand, the light of the frequency f1 and the light of the frequency f1 'made coaxial by the polarization coupling element 47 pass through the polarization element 51 and interfere with each other, and the interference light is received by the light receiving element 6 and becomes a measurement beat signal. It is input to the phase meter 21. In addition, a reference beat signal that causes a part of light having the frequencies f1 and f1 ′ to interfere with each other is input from the light source 1 to the phase meter 21. The phase meter 21 calculates the displacement of the movable mirror 12 from the measured beat signal and the reference beat signal, and outputs the displacement to the calculator 23. The phase meter 22
Calculates the refractive index variation of gas such as air generated in the measurement optical path and the reference optical path from the measurement signal and the reference signal.
Output to In the arithmetic unit 23, the moving mirror 1 from the phase meter 21
The true displacement of the movable mirror 12 is obtained by calculating the displacement of No. 2 and the refractive index variation from the phase meter 22.

【0041】以上説明したように、本実施の形態による
測定方法および装置によれば、測定光路および参照光路
で生じた気体の屈折率変動を補正した高精度な変位測定
が行えると共に、光分離素子57を測定光路および参照
光路の共通光路に配置することにより、周波数f1、f
1’の光だけでなく屈折率変動の測定に用いる周波数f
2、f3の光に生じる誤差光も除去できるようになる。
As described above, according to the measuring method and apparatus according to the present embodiment, it is possible to perform high-precision displacement measurement in which the refractive index fluctuation of the gas generated in the measuring optical path and the reference optical path is corrected, and the light separating element is used. By locating 57 in the common optical path of the measurement optical path and the reference optical path, the frequencies f1, f
Frequency f used to measure refractive index fluctuations as well as 1 'light
Error light generated in the light of 2, f3 can also be removed.

【0042】次に、本発明の第3の実施の形態による光
波干渉測定における測定方法および装置を図4を用いて
説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態における
図1および図2に示した破線101で示したブロック内
の構成および光路の変形例であり、偏光分離素子46と
移動鏡12との間、および偏光分離素子46と固定鏡1
1との間に光分離素子を配置した点に特徴を有してい
る。図4は図1の破線101に対応する破線102を示
しており、図1および図2を用いて説明した構成要素と
同一の機能作用を有するものには同一の符号を付してそ
の説明は省略する。
Next, a measuring method and apparatus in light wave interference measurement according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is a modification of the configuration and the optical path in the block indicated by the broken line 101 shown in FIGS. 1 and 2 in the first embodiment. And polarization splitter 46 and fixed mirror 1
It is characterized in that a light separating element is disposed between the light-emitting device and the light-emitting device. FIG. 4 shows a dashed line 102 corresponding to the dashed line 101 in FIG. 1. Components having the same functions and operations as those described with reference to FIG. 1 and FIG. Omitted.

【0043】図4に示すように、偏光分離素子46で反
射したS偏光の周波数f1’の光は、偏光分離素子46
と波長板31との間に設けられた光分離素子58に入射
する。光分離素子58は、第1の実施の形態における光
分離素子56と同様に常光線と異常光線の光を異なる方
向に射出する異方性を有する結晶であり、例えばウォラ
ストンプリズムが用いられている。また、光分離素子5
8は、S偏光の入射光をほぼそのまま透過させ、P偏光
の光を斜めに射出させるように配置されている。従っ
て、光分離素子58に入射したS偏光の周波数f1’の
光は光分離素子58を直進して射出し、波長板31を透
過して固定鏡11で反射する。固定鏡11で反射して波
長板31を透過した周波数f1’の光は、P偏光の光と
なって再び光分離素子58に入射して光分離素子58か
ら斜めに射出する。この斜めに射出した周波数f1’の
光は偏光分離素子46を透過して反射鏡41に入射して
光路をずらされ、再び偏光分離素子46を透過して光分
離素子58に入射する。
As shown in FIG. 4, the S-polarized light having the frequency f1 'reflected by the polarization separation element
The light is incident on a light separating element 58 provided between the light source and the wavelength plate 31. The light separating element 58 is a crystal having anisotropy that emits ordinary light and extraordinary light in different directions, similarly to the light separating element 56 in the first embodiment. For example, a Wollaston prism is used. I have. Also, the light separating element 5
Reference numeral 8 is arranged so as to transmit the S-polarized light almost as it is and to emit the P-polarized light obliquely. Therefore, the S-polarized light having the frequency f1 ′ incident on the light separating element 58 travels straight through the light separating element 58, exits, passes through the wave plate 31, and is reflected by the fixed mirror 11. The light of the frequency f1 ′ reflected by the fixed mirror 11 and transmitted through the wavelength plate 31 becomes P-polarized light, reenters the light separating element 58, and exits obliquely from the light separating element 58. The light having the frequency f1 ′ emitted obliquely passes through the polarization separation element 46, enters the reflection mirror 41, is shifted in optical path, and transmits through the polarization separation element 46 again to enter the light separation element 58.

【0044】このとき、周波数f1’の光は反射鏡41
でのリタデーションにより弱いS偏光成分(誤差光20
1)を含む楕円偏光となるが、この光が光分離素子58
に斜めから入射すると、本来のP偏光の光は入射方向に
対して斜めに射出されて波長板31に向かい、誤差光と
なるS偏光成分の光は光分離素子58をほぼそのまま透
過してP偏光の光と分離される。このように、光分離素
子58が偏光分離素子46と波長板31との間に配置さ
れていることにより、反射鏡41でのリタデーションに
より生じたP偏光の周波数f1’の光の誤差光201を
参照光路から分離することができるようになる。
At this time, the light of the frequency f1 'is reflected by the reflecting mirror 41.
S-polarized light component (error light 20)
The light becomes elliptically polarized light including (1).
, The original P-polarized light is emitted obliquely to the incident direction and goes to the wave plate 31, and the S-polarized component light, which is error light, passes through the light separation element 58 almost as it is and Separated from polarized light. As described above, since the light separating element 58 is disposed between the polarization separating element 46 and the wavelength plate 31, the error light 201 of the P-polarized light having the frequency f1 ′ generated by the retardation of the reflecting mirror 41 is generated. It can be separated from the reference light path.

【0045】一方、偏光分離素子46を透過したP偏光
の周波数f1の光は、偏光分離素子46と波長板32と
の間に設けられた光分離素子59に入射する。光分離素
子59も光分離素子58と同様に常光線と異常光線の光
を異なる方向に射出する異方性を有する結晶であり、例
えばウォラストンプリズムが用いられている。また、光
分離素子59は、P偏光の入射光をほぼそのまま透過さ
せ、S偏光の光を斜めに射出させるように配置されてい
る。従って、光分離素子59に入射したP偏光の周波数
f1の光は光分離素子59を直進して射出し、波長板3
2を透過して移動鏡12で反射する。移動鏡12で反射
して波長板32を透過した周波数f1の光は、S偏光の
光となって再び光分離素子59に入射して光分離素子5
9から斜めに射出し、偏光分離素子46で反射して反射
鏡41に入射して光路をずらされて、再び偏光分離素子
46で反射して光分離素子59に入射する。
On the other hand, the light having the frequency f1 of the P-polarized light transmitted through the polarization separation element 46 enters a light separation element 59 provided between the polarization separation element 46 and the wavelength plate 32. Similarly to the light separating element 58, the light separating element 59 is a crystal having anisotropy that emits ordinary light and extraordinary light in different directions. For example, a Wollaston prism is used. The light separating element 59 is disposed so as to transmit the P-polarized light almost as it is and to emit the S-polarized light obliquely. Accordingly, the P-polarized light having a frequency of f1 incident on the light separating element 59 travels straight through the light separating element 59 and exits therefrom.
2 and is reflected by the movable mirror 12. The light of the frequency f1 reflected by the movable mirror 12 and transmitted through the wavelength plate 32 becomes S-polarized light, and is incident on the light separating element 59 again to be separated by the light separating element 5.
The light exits obliquely from 9, is reflected by the polarization separation element 46, enters the reflection mirror 41, is shifted in optical path, is reflected by the polarization separation element 46 again, and enters the light separation element 59.

【0046】このとき、周波数f1の光は反射鏡41で
のリタデーションにより弱いP偏光成分(誤差光20
2)を含む楕円偏光となるが、光分離素子59に斜めか
ら入射すると、本来のS偏光の光は光分離素子59への
入射方向に対して斜めに射出されて波長板32に向か
い、誤差光となるP偏光成分の光は光分離素子59をほ
ぼそのまま透過してS偏光の光と分離される。このよう
に、光分離素子59が偏光分離素子46と波長板32と
の間に配置されていることにより、反射鏡41でのリタ
デーションにより生じたS偏光の周波数f1の光の誤差
光202を測定光路から分離することができるようにな
る。
At this time, the light of frequency f1 is weakly P-polarized light component (error light 20) due to the retardation by the reflecting mirror 41.
Although the light becomes elliptically polarized light including 2), when the light enters the light separation element 59 obliquely, the original S-polarized light is emitted obliquely with respect to the direction of incidence on the light separation element 59, and travels toward the wave plate 32 to generate an error. The light of the P-polarized component, which becomes light, passes through the light separating element 59 as it is and is separated from the light of the S-polarized light. As described above, since the light separating element 59 is disposed between the polarization separating element 46 and the wavelength plate 32, the error light 202 of the S-polarized light having the frequency f1 caused by the retardation by the reflecting mirror 41 is measured. It can be separated from the optical path.

【0047】このように本実施の形態においても、光分
離素子58を参照光路に、光分離素子59を測定光路に
それぞれ配置して、本来の偏光方位と異なる成分の光を
それぞれの光路から分離するようにしている。こうする
ことにより、反射鏡41でのリタデーションにより楕円
偏光になった参照光あるいは測定光に含まれる誤差光2
01、202を光分離素子58、59で分離して除去す
ることができる。また、本実施の形態では、誤差光20
1、202を光分離素子58、59で除去するようにし
たが、偏光分離素子46でも除去することができる。
As described above, also in the present embodiment, the light separating element 58 is disposed on the reference light path and the light separating element 59 is disposed on the measuring light path, so that light having a component different from the original polarization direction is separated from each light path. I am trying to do it. By doing so, the error light 2 included in the reference light or the measurement light that has become elliptically polarized light due to the retardation by the reflecting mirror 41.
01 and 202 can be separated and removed by the light separating elements 58 and 59. In the present embodiment, the error light 20
Although the light separating elements 1 and 202 are removed by the light separating elements 58 and 59, they can also be removed by the polarization separating element 46.

【0048】次に、本発明の第4の実施の形態による光
波干渉測定における測定方法および装置を図5を用いて
説明する。本実施の形態では、光源からの光を参照光と
測定光とに分離する偏光分離素子の消光比に起因して生
じる誤差光を減少させた測定方法および装置について説
明する。図5に示すように、光源3は、図5の紙面に平
行な偏光方位を有する周波数f1の光と、紙面に垂直な
偏光方位を有する周波数f1’(=f1+Δf)の光を
同軸で射出する。光源3から射出された周波数f1、f
1’の光は、偏光分離素子49に入射する。周波数f1
の光はP偏光の光として偏光分離素子49を透過して測
定光路へ向かい、周波数f1’の光はS偏光の光として
偏光分離素子49で反射して参照光路へ向かう。このと
き、偏光分離素子49の消光比は完全ではなく、P偏光
の光とS偏光の光とを完全に分離することができない。
従って、偏光分離素子49の消光比に起因して、測定光
路に向かう周波数f1の光は、弱いS偏光の周波数f
1’の光(誤差光)を含んでいる。一方、参照光路に向
かう周波数f1’の光は、弱いP偏光の周波数f1の光
(誤差光)を含んでいる。
Next, a measuring method and apparatus in lightwave interference measurement according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a description will be given of a measurement method and apparatus in which error light generated due to an extinction ratio of a polarization separation element that separates light from a light source into reference light and measurement light is reduced. As shown in FIG. 5, the light source 3 emits light of a frequency f1 having a polarization direction parallel to the plane of FIG. 5 and light of a frequency f1 ′ (= f1 + Δf) having a polarization direction perpendicular to the plane of FIG. . Frequency f1, f emitted from light source 3
The light 1 ′ is incident on the polarization beam splitter 49. Frequency f1
Is transmitted through the polarization splitting element 49 as P-polarized light and goes to the measurement optical path, and the light of frequency f1 'is reflected by the polarization splitting element 49 as S-polarized light and goes to the reference optical path. At this time, the extinction ratio of the polarization separation element 49 is not perfect, and P-polarized light and S-polarized light cannot be completely separated.
Therefore, due to the extinction ratio of the polarization splitting element 49, the light having the frequency f1 traveling toward the measurement optical path is reduced to the frequency f of the weak S-polarized light.
1 ′ light (error light). On the other hand, the light having the frequency f1 ′ traveling toward the reference light path includes light (error light) having the frequency f1 of weak P-polarized light.

【0049】偏光分離素子49を透過した周波数f1の
光と周波数f1’の光は、偏光分離素子49と波長板3
8との間に設けられた光分離素子61に入射する。光分
離素子61は、第1の実施の形態における光分離素子5
6と同様に常光線と異常光線の光を異なる方向に射出す
る異方性を有する結晶であり、例えばウォラストンプリ
ズムが用いられている。また、光分離素子61は、P偏
光の入射光をほぼそのまま透過させ、S偏光の光を斜め
に射出させるように配置されている。従って、光分離素
子61に入射したP偏光の周波数f1の光は光分離素子
61を直進して射出し、波長板38を透過して移動鏡1
6で反射する。一方、誤差光となる弱いS偏光の周波数
f1’の光は光分離素子61で光路が斜めに曲げられて
測定光路から分離されて除去される。移動鏡16を反射
して波長板38を透過した周波数f1の光は、S偏光の
光となって再び光分離素子61に入射して光分離素子6
1から斜めに射出し、偏光分離素子49で反射して偏光
素子52に入射する。
The light having the frequency f1 and the light having the frequency f1 ′ transmitted through the polarization splitting element 49 are
8 and is incident on a light separation element 61 provided between the light separation element 8 and the light separation element 8. The light separating element 61 is a light separating element 5 according to the first embodiment.
Similar to 6, the crystal is anisotropic and emits ordinary and extraordinary rays in different directions. For example, a Wollaston prism is used. Further, the light separating element 61 is arranged so as to transmit the P-polarized light almost as it is and to emit the S-polarized light obliquely. Accordingly, the P-polarized light having the frequency f1 incident on the light separating element 61 travels straight through the light separating element 61, exits, passes through the wave plate 38, and travels through the movable mirror 1
The light is reflected at 6. On the other hand, the light having the frequency f1 ′ of the weak S-polarized light, which becomes the error light, is obliquely bent by the light separating element 61 and separated from the measuring light path and removed. The light of the frequency f1 that has been reflected by the movable mirror 16 and transmitted through the wavelength plate 38 becomes S-polarized light and is incident again on the light separating element 61 to be separated by the light separating element 6.
The light exits obliquely from 1 and is reflected by the polarization separation element 49 and enters the polarization element 52.

【0050】一方、偏光分離素子49で反射した周波数
f1’の光と周波数f1の光は、偏光分離素子49と波
長板37との間に設けられた光分離素子60に入射す
る。光分離素子60は、光分離素子61と同様に常光線
と異常光線の光を異なる方向に射出する異方性を有する
結晶であり、例えばウォラストンプリズムが用いられて
いる。また、光分離素子60は、S偏光の入射光をほぼ
そのまま透過させ、P偏光の光を斜めに射出させるよう
に配置されている。従って、光分離素子60に入射した
S偏光の周波数f1’の光は光分離素子60を直進して
射出し、波長板37を透過して固定鏡15で反射する。
一方、誤差光となる弱いP偏光の周波数f1の光は光分
離素子60で光路が斜めに曲げられて参照光路から分離
されて除去される。
On the other hand, the light of the frequency f1 ′ and the light of the frequency f1 reflected by the polarization separation element 49 enter a light separation element 60 provided between the polarization separation element 49 and the wavelength plate 37. The light separating element 60 is a crystal having anisotropy that emits ordinary light and extraordinary light in different directions, like the light separating element 61. For example, a Wollaston prism is used. The light separating element 60 is disposed so as to transmit the S-polarized light almost as it is and to emit the P-polarized light obliquely. Therefore, the S-polarized light having the frequency f1 ′ incident on the light separating element 60 travels straight through the light separating element 60, exits, passes through the wave plate 37, and is reflected by the fixed mirror 15.
On the other hand, the light having the frequency f1 of the weak P-polarized light, which becomes the error light, is obliquely bent by the light separating element 60, separated from the reference light path, and removed.

【0051】固定鏡15を反射して波長板37を透過し
た周波数f1’の光は、P偏光の光となって再び光分離
素子60に入射して光分離素子60から斜めに射出し、
偏光分離素子49を透過して周波数f1の光と同軸にな
って偏光素子52に入射する。偏光素子52に到達した
周波数f1、f1’の光は、偏光素子52により干渉し
て受光素子9でその干渉光が電気信号に変換されて測定
ビート信号として位相計23に出力される。光源3から
は周波数f1との光と周波数f1’の光の干渉信号が参
照ビート信号として位相計23に出力されている。位相
計23では、参照ビート信号に対する測定ビート信号の
位相変化を検出し、移動鏡16の図5中の矢印方向の光
路長変化が求められる。このように本実施の形態によれ
ば、光分離素子60を参照光路に、光分離素子61を測
定光路にそれぞれ配置することにより、偏光分離素子4
9の消光比に起因した本来の偏光方位と異なる成分の光
をそれぞれの光路から分離して除去することができる。
The light of the frequency f1 ′ reflected by the fixed mirror 15 and transmitted through the wavelength plate 37 becomes P-polarized light, reenters the light separating element 60, and exits obliquely from the light separating element 60.
The light passes through the polarization splitting element 49 and becomes coaxial with the light of the frequency f1 and enters the polarization element 52. The light having the frequencies f1 and f1 ′ that has reached the polarizing element 52 interferes with the polarizing element 52, is converted into an electric signal by the light receiving element 9 and is output to the phase meter 23 as a measurement beat signal. From the light source 3, an interference signal between the light having the frequency f 1 and the light having the frequency f 1 ′ is output to the phase meter 23 as a reference beat signal. The phase meter 23 detects a phase change of the measured beat signal with respect to the reference beat signal, and obtains a change in the optical path length of the movable mirror 16 in the direction of the arrow in FIG. As described above, according to the present embodiment, by arranging the light separation element 60 in the reference light path and the light separation element 61 in the measurement light path, the polarization separation element 4
Light having a component different from the original polarization direction due to the extinction ratio of 9 can be separated and removed from each optical path.

【0052】次に、本発明の第5の実施の形態として、
上述の第1の実施の形態による光波干渉測定における測
定装置を搭載した露光装置について図6を用いて説明す
る。図6は、本実施の形態による露光装置の概略の構成
を示している。本実施の形態では、ステップ・アンド・
スキャン方式の露光動作を採用した投影露光装置を例に
とって説明する。照明系300は、水銀ランプ、あるい
はKrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ等の光
源からの照明光を、フライアイレンズ、コンデンサーレ
ンズ等を介してレチクルステージ330に載置されたレ
チクルR上に照度均一に照射するようになっている。コ
ラム332は、投影レンズPLの鏡筒を固定するコラム
(図示せず)と一体になっている。レチクルステージ3
30は駆動系334によってX方向の一次元走査移動、
ヨーイング補正のための微少回転移動を行うことができ
るようになっている。
Next, as a fifth embodiment of the present invention,
An exposure apparatus equipped with the measuring apparatus in the light wave interference measurement according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a schematic configuration of an exposure apparatus according to the present embodiment. In the present embodiment, step-and-
A description will be given of an example of a projection exposure apparatus that employs a scanning exposure operation. The illumination system 300 irradiates illumination light from a light source such as a mercury lamp or a KrF excimer laser or an ArF excimer laser onto the reticle R mounted on the reticle stage 330 via a fly-eye lens, a condenser lens, or the like, so that the illuminance is uniform. Irradiation. The column 332 is integrated with a column (not shown) for fixing the lens barrel of the projection lens PL. Reticle stage 3
30 is a one-dimensional scanning movement in the X direction by the driving system 334;
A minute rotation movement for yawing correction can be performed.

【0053】レチクルステージ330の一端には、第1
の実施の形態で説明した光波干渉を用いた測定装置がレ
チクルステージ330の位置決め測長系として搭載され
ている。図6では、図1を用いて説明した光波干渉測定
装置の光源1、偏光結合素子47、反射鏡13、偏光素
子51、受光素子6、および位相計21は1つのブロッ
クとしてまとめて干渉測定系338として示している。
また図示は省略したが、X方向の一次元走査移動量とと
もにヨーイング補正量も計測するため、干渉測定系33
8の光源1から射出された周波数f1、f1’の光をビ
ームスプリッタで分割してX−Y面内で平行な2軸の干
渉計を構成し、それぞれの測定光が移動平面鏡12rに
ほぼ垂直に入射するようにしてある。こうすることによ
り、例えば一方の干渉計の測定光の測定光路を投影レン
ズPLの光軸AXと交差させる位置に配置してX方向の
一次元走査移動量を計測すると共に、他方の干渉計の計
測値との差分を求めることによりヨーイング補正量を演
算することができるようになる。以下、投影レンズPL
の光軸AXと交差させる位置に測定光路が配置された干
渉計を代表として説明する。
At one end of reticle stage 330, a first
The measuring device using the light wave interference described in the above embodiment is mounted as a positioning and length measuring system of reticle stage 330. In FIG. 6, the light source 1, the polarization coupling element 47, the reflection mirror 13, the polarization element 51, the light receiving element 6, and the phase meter 21 of the light wave interference measurement apparatus described with reference to FIG. 338.
Although not shown, since the yaw correction amount is measured together with the one-dimensional scanning movement amount in the X direction, the interference measurement system 33 is used.
8, light beams of frequencies f1 and f1 'emitted from the light source 1 are split by a beam splitter to form a parallel two-axis interferometer in the XY plane, and each measurement light beam is substantially perpendicular to the moving plane mirror 12r. It is made to enter. By doing so, for example, the measurement optical path of the measurement light of one interferometer is arranged at a position intersecting the optical axis AX of the projection lens PL to measure the one-dimensional scanning movement amount in the X direction, and the other interferometer The yaw correction amount can be calculated by calculating the difference from the measured value. Hereinafter, the projection lens PL
An interferometer having a measurement optical path arranged at a position intersecting the optical axis AX will be described as a representative.

【0054】干渉測定系338の光源1から射出された
周波数f1、f1’の光は同軸でレチクルステージ用偏
光分離素子(以下、PBSという)46rに入射し、周
波数f1の光はPBS46rを透過して、P偏光の光と
して測定光路に進む測定光となり、周波数f1’の光は
PBS46rで反射して、S偏光の光として参照光路に
進む参照光となる。
Lights of frequencies f1 and f1 'emitted from the light source 1 of the interference measurement system 338 are coaxially incident on a reticle stage polarization splitting element (hereinafter referred to as PBS) 46r, and light of frequency f1 is transmitted through the PBS 46r. Thus, the measurement light travels to the measurement optical path as P-polarized light, and the light at the frequency f1 ′ is reflected by the PBS 46r and becomes the reference light traveling to the reference optical path as S-polarized light.

【0055】PBS46rで反射した周波数f1’の光
は、反射鏡18rで光路を折り曲げられて1/4波長板
31rを透過して固定鏡(平面鏡)11rにほぼ垂直に
入射する。固定鏡11rは、投影レンズPLの光軸AX
とレチクルRの中心との相対変位を測定できるように、
投影レンズPLの鏡筒上端部に固定されている。固定境
11rで反射した周波数f1’の光は再び波長板31r
を透過してその偏光方位が90度回転させられてP偏光
の光となってPBS46rを透過する。PBS46rを
透過した周波数f1’の光は、PBS46rと反射鏡
(コーナー・キューブ・プリズム)41rとの間に設け
られた光分離素子56rに入射する。光分離素子56r
には、ウォラストンプリズムが用いられている。また、
光分離素子56rは、S偏光の入射光をほぼそのまま透
過させ、P偏光の光を斜めに射出させるように配置され
ている。
The light of the frequency f1 'reflected by the PBS 46r has its optical path bent by the reflecting mirror 18r, passes through the quarter-wave plate 31r, and enters the fixed mirror (plane mirror) 11r almost vertically. The fixed mirror 11r is connected to the optical axis AX of the projection lens PL.
And the relative displacement between the reticle R and the center
The projection lens PL is fixed to the upper end of the lens barrel. The light of the frequency f1 ′ reflected at the fixed boundary 11r is again transmitted to the wave plate 31r.
, And its polarization direction is rotated by 90 degrees to become P-polarized light and transmitted through the PBS 46r. The light having the frequency f1 'transmitted through the PBS 46r is incident on a light separating element 56r provided between the PBS 46r and a reflecting mirror (corner cube prism) 41r. Light separation element 56r
Uses a Wollaston prism. Also,
The light separating element 56r is arranged so as to transmit the S-polarized light almost as it is and emit the P-polarized light obliquely.

【0056】従って、光分離素子56rに入射したP偏
光の周波数f1’の光は光分離素子56rから斜めに射
出して反射鏡41rに入射し、光路をずらされて反射す
る。ここで、周波数f1’の光は反射鏡41rでのリタ
デーションにより弱いS偏光成分(誤差光)を含む楕円
偏光となるが、再び光分離素子56rに斜めから入射す
ると、本来のP偏光の光は入射方向に対して斜めに射出
されてPBS46rに向かい、誤差光となるS偏光成分
の光は光分離素子56rをほぼそのまま透過してP偏光
の光と分離される。
Accordingly, the P-polarized light having a frequency of f1 'incident on the light separating element 56r is obliquely emitted from the light separating element 56r, is incident on the reflecting mirror 41r, and is reflected with its optical path shifted. Here, the light of the frequency f1 ′ becomes elliptically polarized light including a weak S-polarized component (error light) due to the retardation by the reflecting mirror 41r. The S-polarized light, which is emitted obliquely with respect to the incident direction and travels toward the PBS 46r and becomes error light, passes through the light separating element 56r almost as it is and is separated from the P-polarized light.

【0057】誤差光が除去されたP偏光の周波数f1’
の光はPBS46rを透過し、反射鏡18rで光路を折
り曲げられて波長板31rを透過して固定鏡11rに至
り、固定境11rで反射して再度波長板31rを透過す
る。ここで周波数f1’の光は波長板31rを2回透過
するので、偏光方位が90度回転させられてS偏光の光
になってPBS46rで反射する。PBS46rで反射
した周波数f1’の光は、干渉測定系338内の偏光素
子51rに向かう。
Frequency f1 'of P-polarized light from which error light has been removed
Is transmitted through the PBS 46r, the optical path is bent by the reflecting mirror 18r, passes through the wave plate 31r, reaches the fixed mirror 11r, is reflected at the fixed boundary 11r, and passes through the wave plate 31r again. Here, since the light of the frequency f1 ′ is transmitted twice through the wave plate 31r, the polarization direction is rotated by 90 degrees, becomes S-polarized light, and is reflected by the PBS 46r. The light of the frequency f1 ′ reflected by the PBS 46r is directed to the polarization element 51r in the interference measurement system 338.

【0058】一方、PBS46rを透過した周波数f1
の光は、波長板32rを透過して移動鏡(平面鏡)12
rに至り、移動境12rで反射して再び波長板32rを
透過する。移動鏡12rはレチクルステージ330の側
面に固定されて、レチクルステージ330と共に図6の
矢印方向に移動できるようになっている。P偏光である
周波数f1の光は波長板32rを2回透過するので、偏
光方位が90度回転させられてS偏光の光となってPB
S46rで反射する。PBS46rで反射した周波数f
1の光は、PBS46rと反射鏡41rとの間に設けら
れた光分離素子56rに入射する。光分離素子56r
は、S偏光の入射光をほぼそのまま透過させ、P偏光の
光を斜めに射出させるように配置されているので、光分
離素子56rに入射した測定光であるS偏光の周波数f
1の光は光分離素子56rをそのまま透過し、参照光で
あるP偏光の周波数f1’の光と分離されて反射鏡41
rに入射して光路をずらされて反射する。
On the other hand, the frequency f1 transmitted through the PBS 46r
Is transmitted through the wave plate 32r and travels through the movable mirror (plane mirror) 12
r, and is reflected at the moving boundary 12r and transmitted through the wave plate 32r again. The movable mirror 12r is fixed to the side surface of the reticle stage 330, and can move together with the reticle stage 330 in the direction of the arrow in FIG. Since the P-polarized light having the frequency f1 is transmitted twice through the wavelength plate 32r, the polarization direction is rotated by 90 degrees to become S-polarized light, and PB
The light is reflected at S46r. Frequency f reflected by PBS 46r
The light 1 enters a light separating element 56r provided between the PBS 46r and the reflecting mirror 41r. Light separation element 56r
Is arranged so as to transmit the S-polarized light almost as it is and to emit the P-polarized light obliquely, so that the frequency f of the S-polarized light which is the measurement light incident on the light separating element 56r.
The light 1 passes through the light separating element 56r as it is, is separated from the P-polarized light, which is the reference light, having the frequency f1 ′, and is reflected by the reflecting mirror 41.
and is reflected by the optical path being shifted.

【0059】ここで、周波数f1の光は反射鏡41rで
のリタデーションにより弱いP偏光成分(誤差光)を含
む楕円偏光となるが、再び光分離素子56rに入射して
本来のS偏光の光はそのまま透過してPBS46rに向
かい、誤差光となるP偏光成分の光は光分離素子56r
で分離されて斜めに射出する。
Here, the light of the frequency f1 becomes elliptically polarized light including a weak P-polarized component (error light) due to the retardation by the reflecting mirror 41r. The light of the P-polarized component, which is transmitted as it is and travels to the PBS 46r and becomes error light, is separated by the light separating element 56r.
And separated and ejected diagonally.

【0060】誤差光が除去されたS偏光の周波数f1の
光はPBS46rで反射して、波長板32rを透過して
移動鏡12rに至り、移動境12rで反射して再度波長
板32rを透過する。ここで周波数f1の光は波長板3
2rを2回透過するので、偏光方位が90度回転させら
れてP偏光の光になってPBS46rを透過する。PB
S46rを透過した周波数f1の光は偏光結合素子47
rを透過して周波数f1’の光と同軸になって干渉測定
系338内の偏光素子51rに向かう。
The S-polarized light from which the error light has been removed is reflected by the PBS 46r, passes through the wave plate 32r, reaches the movable mirror 12r, is reflected at the moving boundary 12r, and passes through the wave plate 32r again. . Here, the light of the frequency f1 is
Since 2r is transmitted twice, the polarization direction is rotated by 90 degrees to become P-polarized light and transmitted through the PBS 46r. PB
The light of frequency f1 transmitted through S46r is
The light passes through r and becomes coaxial with the light having the frequency f1 ′, and travels toward the polarizing element 51r in the interference measurement system 338.

【0061】偏光素子51rに到達した周波数f1、f
1’の光は干渉し、その干渉光に基づいて測定ビート信
号が検出されて、参照ビート信号に対する測定ビート信
号の位相変化が検出されて、レチクルステージ330の
移動と共に移動する移動鏡12rと、投影レンズPLの
鏡筒に固定された固定鏡11rとの相対変位が求められ
る。本実施の形態による露光装置に搭載されたレチクル
ステージ330の移動量を測長する光波干渉測定装置で
も、偏光方位に応じて屈折角が異なる光分離素子56r
を測定光路および参照光路の共通光路に配置して、本来
の偏光方位と異なる成分の光をそれぞれの光路から分離
するようにしている。このように、異方性を有する光分
離素子56rをPBS46rと反射鏡41rとの間に挿
入したことにより、反射鏡41rでのリタデーションに
より楕円偏光になった測定光あるいは参照光に含まれる
誤差光を光分離素子56rで分離することができるよう
になる。従って、反射鏡によるリタデーション誤差を低
減させて、高精度にレチクルステージ330の移動量を
検出することができるようになっている。このような光
路で構成された光波干渉測定装置からの信号に基づい
て、レチクルRのX方向の位置とヨーイング量がリアル
タイムに主制御部310に出力される。
The frequencies f1, f reaching the polarizing element 51r
The 1 ′ light interferes, a measurement beat signal is detected based on the interference light, a phase change of the measurement beat signal with respect to the reference beat signal is detected, and a movable mirror 12r that moves with the movement of the reticle stage 330; The relative displacement between the projection lens PL and the fixed mirror 11r fixed to the lens barrel is obtained. Even in the light wave interference measurement device that measures the amount of movement of the reticle stage 330 mounted on the exposure apparatus according to the present embodiment, the light separation element 56r having a different refraction angle depending on the polarization direction is used.
Are arranged in a common optical path of the measurement optical path and the reference optical path so that light having a component different from the original polarization direction is separated from each optical path. As described above, by inserting the light separating element 56r having anisotropy between the PBS 46r and the reflecting mirror 41r, the error light included in the elliptically polarized measurement light or the reference light due to the retardation by the reflecting mirror 41r. Can be separated by the light separating element 56r. Therefore, the amount of movement of the reticle stage 330 can be detected with high accuracy by reducing the retardation error caused by the reflecting mirror. The position of the reticle R in the X direction and the amount of yawing are output to the main control unit 310 in real time based on a signal from the light wave interference measurement device configured with such an optical path.

【0062】さて、レチクルRに形成されたパターンの
像は投影レンズPLによって1/4に縮小されてウェハ
W上に結像される。ウェハWは微小回転可能なウェハホ
ルダ344に基準マーク板FMとともに保持される。ホ
ルダ344は投影レンズPLの光軸AX(Z)方向に微
動可能なZステージ346上に設けられる。そしてZス
テージ346はX、Y方向に二次元移動するウェハステ
ージ348上に設けられ、このウェハステージ348は
駆動系354で駆動される。またウェハステージ348
のX方向の座標位置とヨーイング量はX軸方向測定系3
50を含む光波干渉測定装置によって計測されるように
なっている。また図示は省略したが上述のレチクルステ
ージ330と同様に、X方向の座標位置とヨーイング補
正量を計測するために、X軸方向測定系350の光源1
から射出された周波数f1、f1’の光をビームスプリ
ッタで分割してX−Y面内で平行な2軸の干渉計を構成
し、それぞれの測定光が移動平面鏡12wにほぼ垂直に
入射させるようにして、例えば一方の干渉計の測定光を
投影レンズPLの光軸AXと交差させる位置に配置して
X方向の一次元走査移動量を計測すると共に、他方の干
渉計の計測値との差分を求めることによりヨーイング補
正量を演算するようになっている。また、同様にしてウ
ェハステージ348のY方向の座標位置は図示しないY
軸方向定系を含む光波干渉測定装置によって計測される
ようになっている。以下、投影レンズPLの光軸AXと
交差させる位置に測定光路が配置されたX軸方向測定用
の干渉計を代表として説明する。
Now, the image of the pattern formed on the reticle R is reduced to 1/4 by the projection lens PL and formed on the wafer W. The wafer W is held together with the fiducial mark plate FM by a micro-rotatable wafer holder 344. The holder 344 is provided on a Z stage 346 that can be finely moved in the direction of the optical axis AX (Z) of the projection lens PL. The Z stage 346 is provided on a wafer stage 348 that moves two-dimensionally in the X and Y directions, and the wafer stage 348 is driven by a drive system 354. Also, the wafer stage 348
The coordinate position and yawing amount in the X direction of the X axis direction measurement system 3
The measurement is performed by a light wave interference measurement device including 50. Although not shown, similarly to the reticle stage 330 described above, the light source 1 of the X-axis direction measurement system 350 is used to measure the coordinate position in the X direction and the yawing correction amount.
The light having the frequencies f1 and f1 ′ emitted from the light source is split by a beam splitter to form a two-axis interferometer parallel in the XY plane, and each measurement light is incident on the moving plane mirror 12w almost perpendicularly. Then, for example, the measurement light of one interferometer is arranged at a position crossing the optical axis AX of the projection lens PL to measure the one-dimensional scanning movement amount in the X direction, and the difference from the measurement value of the other interferometer is measured. , The yaw correction amount is calculated. Similarly, the coordinate position of the wafer stage 348 in the Y direction is indicated by Y (not shown).
The measurement is performed by a light wave interference measurement device including an axial fixed system. Hereinafter, an interferometer for X-axis direction measurement in which a measurement optical path is arranged at a position intersecting with the optical axis AX of the projection lens PL will be described as a representative.

【0063】X軸方向測定系350を含む光波干渉測定
装置は、第1の実施の形態で説明した光波干渉測定装置
と同一である。図6において、図1を用いて説明した光
波干渉測定装置の光源1、偏光結合素子47、反射鏡1
3、偏光素子51、受光素子6、および位相計21は1
つのブロックとしてまとめてX軸方向測定系350とし
て示している。
The optical interference measuring apparatus including the X-axis direction measuring system 350 is the same as the optical interference measuring apparatus described in the first embodiment. In FIG. 6, the light source 1, the polarization coupling element 47, and the reflecting mirror 1 of the lightwave interference measuring apparatus described with reference to FIG.
3, the polarizing element 51, the light receiving element 6, and the phase meter 21 are 1
These are collectively shown as an X-axis direction measurement system 350 as one block.

【0064】X軸方向測定系350の光源1から射出さ
れた周波数f1、f1’の光は同軸でウェハステージ用
偏光分離素子(PBS)46wに入射し、周波数f1の
光はPBS46wを透過して、P偏光の光として測定光
路に進む測定光となり、周波数f1’の光はPBS46
wで反射して、S偏光の光として参照光路に進む参照光
となる。
The lights of frequencies f1 and f1 ′ emitted from the light source 1 of the X-axis direction measuring system 350 are coaxially incident on the wafer stage polarization splitting element (PBS) 46w, and the light of frequency f1 is transmitted through the PBS 46w. , P-polarized light becomes measurement light that travels to the measurement optical path, and light of frequency f1 ′ is
The light is reflected by w and becomes reference light that travels to the reference light path as S-polarized light.

【0065】PBS46wで反射した周波数f1’の光
は、反射鏡18wで光路を折り曲げられて1/4波長板
31wを透過して固定鏡(平面鏡)11wにほぼ垂直に
入射する。固定鏡11wは、投影レンズPLの光軸AX
に対するウェハステージ348の相対変位を測定できる
ように、投影レンズPLの鏡筒下端部に固定されてい
る。固定境11wで反射した周波数f1’の光は再び波
長板31wを透過してその偏光方位が90度回転させら
れてP偏光の光となってPBS46wを透過する。PB
S46wを透過した周波数f1’の光は、PBS46w
と反射鏡(コーナー・キューブ・プリズム)41wとの
間に設けられた光分離素子56wに入射する。光分離素
子56wには、ウォラストンプリズムが用いられてい
る。また、光分離素子56wは、S偏光の入射光をほぼ
そのまま透過させ、P偏光の光を斜めに射出させるよう
に配置されている。
The light of the frequency f1 'reflected by the PBS 46w is bent by the reflecting mirror 18w, passes through the quarter-wave plate 31w, and is incident on the fixed mirror (plane mirror) 11w almost perpendicularly. The fixed mirror 11w is connected to the optical axis AX of the projection lens PL.
Is fixed to the lower end of the lens barrel of the projection lens PL so that the relative displacement of the wafer stage 348 with respect to can be measured. The light of the frequency f1 'reflected at the fixed boundary 11w again passes through the wave plate 31w, and its polarization direction is rotated by 90 degrees, becomes P-polarized light, and passes through the PBS 46w. PB
The light of frequency f1 ′ transmitted through S46w is
The light is incident on a light separating element 56w provided between the light source and the reflecting mirror (corner cube prism) 41w. A Wollaston prism is used for the light separating element 56w. The light separating element 56w is arranged so as to transmit the S-polarized light almost as it is and to emit the P-polarized light obliquely.

【0066】従って、光分離素子56wに入射したP偏
光の周波数f1’の光は光分離素子56wから斜めに射
出して反射鏡41wに入射し、光路をずらされて反射す
る。ここで、周波数f1’の光は反射鏡41wでのリタ
デーションにより弱いS偏光成分(誤差光)を含む楕円
偏光となるが、再び光分離素子56wに斜めから入射す
ると、本来のP偏光の光は入射方向に対して斜めに射出
されてPBS46wに向かい、誤差光となるS偏光成分
の光は光分離素子56wをほぼそのまま透過してP偏光
の光と分離される。
Accordingly, the P-polarized light having the frequency f1 'incident on the light separating element 56w exits obliquely from the light separating element 56w, enters the reflecting mirror 41w, and is reflected with its optical path shifted. Here, the light of the frequency f1 ′ becomes elliptically polarized light including a weak S-polarized component (error light) due to the retardation by the reflecting mirror 41w. The light of the S-polarized component, which is emitted obliquely with respect to the incident direction and travels toward the PBS 46w and becomes error light, passes through the light separating element 56w almost as it is and is separated from the P-polarized light.

【0067】さて、誤差光が除去されたP偏光の周波数
f1’の光はPBS46wを透過し、反射鏡18wで光
路を折り曲げられて波長板31wを透過して固定鏡11
wに至り、固定境11wで反射して再度波長板31wを
透過する。ここで周波数f1’の光は波長板31wを2
回透過するので、偏光方位が90度回転させられてS偏
光の光になってPBS46wで反射する。PBS46w
で反射した周波数f1’の光は、X軸方向測定系350
内の偏光素子51wに向かう。
The P-polarized light from which the error light has been removed, having the frequency f1 ', passes through the PBS 46w, the optical path of which is bent by the reflecting mirror 18w, passes through the wave plate 31w, and passes through the fixed plate 11w.
w, reflected at the fixed boundary 11w, and transmitted through the wave plate 31w again. Here, the light of the frequency f1 'is applied to the wave plate 31w by 2
Since the light is transmitted twice, the polarization direction is rotated by 90 degrees to become S-polarized light, which is reflected by the PBS 46w. PBS46w
The light of frequency f1 ′ reflected by the X-axis direction measurement system 350
Toward the polarizing element 51w in the inside.

【0068】一方、PBS46wを透過した周波数f1
の光は、波長板32wを透過して移動鏡(平面鏡)12
wに至り、移動境12wで反射して再び波長板32wを
透過する。移動鏡12wはウェハステージ348上のZ
ステージ346の側端部に固定されて、ウェハステージ
348と共にX方向に移動できるようになっている。P
偏光である周波数f1の光は波長板32wを2回透過す
るので、偏光方位が90度回転させられてS偏光の光と
なってPBS46wで反射する。PBS46wで反射し
た周波数f1の光は、PBS46wと反射鏡41wとの
間に設けられた光分離素子56wに入射する。光分離素
子56wは、S偏光の入射光をほぼそのまま透過させ、
P偏光の光を斜めに射出させるように配置されているの
で、光分離素子56wに入射した測定光であるS偏光の
周波数f1の光は光分離素子56wをそのまま透過し、
参照光であるP偏光の周波数f1’の光と分離されて反
射鏡41wに入射して光路をずらされて反射する。
On the other hand, the frequency f1 transmitted through the PBS 46w
Is transmitted through the wave plate 32w, and the movable mirror (plane mirror) 12
w, and is reflected at the moving boundary 12w and transmitted through the wave plate 32w again. The movable mirror 12w is located on the Z on the wafer stage 348.
It is fixed to the side end of the stage 346 and can move in the X direction together with the wafer stage 348. P
Since the polarized light having the frequency f1 is transmitted twice through the wave plate 32w, the polarization direction is rotated by 90 degrees to become S-polarized light, which is reflected by the PBS 46w. The light having the frequency f1 reflected by the PBS 46w is incident on a light separating element 56w provided between the PBS 46w and the reflecting mirror 41w. The light separating element 56w transmits the S-polarized incident light almost as it is,
Since the P-polarized light is arranged to be emitted obliquely, the S-polarized light having the frequency f1 which is the measurement light incident on the light separating element 56w passes through the light separating element 56w as it is,
The light is separated from the P-polarized light, which is the reference light, having the frequency f1 ', enters the reflecting mirror 41w, and is reflected with its optical path shifted.

【0069】ここで、周波数f1の光は反射鏡41wで
のリタデーションにより弱いP偏光成分(誤差光)を含
む楕円偏光となるが、再び光分離素子56wに入射して
本来のS偏光の光はそのまま透過してPBS46wに向
かい、誤差光となるP偏光成分の光は光分離素子56w
で分離されて斜めに射出する。
Here, the light of the frequency f1 becomes elliptically polarized light including a weak P-polarized component (error light) due to the retardation by the reflecting mirror 41w. The P-polarized component light, which is transmitted as it is and travels to the PBS 46w and becomes error light, is separated by the light separating element 56w.
And separated and ejected diagonally.

【0070】誤差光が除去されたS偏光の周波数f1の
光はPBS46wで反射して、波長板32wを透過して
移動鏡12wに至り、移動境12wで反射して再度波長
板32wを透過する。ここで周波数f1の光は波長板3
2wを2回透過するので、偏光方位が90度回転させら
れてP偏光の光になってPBS46wを透過する。PB
S46wを透過した周波数f1の光は偏光結合素子47
wを透過して周波数f1’の光と同軸になってX軸方向
測定系350内の偏光素子51wに向かう。偏光素子5
1wに到達した周波数f1、f1’の光は干渉し、その
干渉光に基づいて測定ビート信号が検出されて、参照ビ
ート信号に対する測定ビート信号の位相変化が検出され
て、ウェハステージ348の移動と共に移動する移動鏡
12wと、投影レンズPLの鏡筒に固定された固定鏡1
1wとの相対変位が求められる。
The S-polarized light having the frequency f1 from which the error light has been removed is reflected by the PBS 46w, passes through the wave plate 32w, reaches the moving mirror 12w, is reflected at the moving boundary 12w, and passes through the wave plate 32w again. . Here, the light of the frequency f1 is
Since the light passes through 2w twice, the polarization direction is rotated by 90 degrees to become P-polarized light, which is transmitted through the PBS 46w. PB
The light of frequency f1 transmitted through S46w is
The light passes through w and becomes coaxial with the light having the frequency f1 ′ and travels toward the polarizing element 51w in the X-axis direction measurement system 350. Polarizing element 5
The lights of the frequencies f1 and f1 ′ that have reached 1w interfere with each other, a measurement beat signal is detected based on the interference light, a phase change of the measurement beat signal with respect to the reference beat signal is detected, and as the wafer stage 348 moves, The moving mirror 12w that moves and the fixed mirror 1 that is fixed to the lens barrel of the projection lens PL
The relative displacement with respect to 1w is obtained.

【0071】本実施の形態による露光装置に搭載された
ウェハステージ348の移動量を測長する光波干渉測定
装置でも、偏光方位に応じて屈折角が異なる光分離素子
56wを測定光路および参照光路の共通光路に配置し
て、本来の偏光方位と異なる成分の光をそれぞれの光路
から分離するようにしている。このように、異方性を有
する光分離素子56wをPBS46wと反射鏡41wと
の間に挿入したことにより、反射鏡41wでのリタデー
ションにより楕円偏光になった測定光あるいは参照光に
含まれる誤差光を光分離素子56wで分離することがで
きるようになる。従って、反射鏡によるリタデーション
誤差を低減させて、高精度にウェハステージ348の移
動量を検出することができるようになっている。このよ
うな光路で構成された光波干渉測定装置からの信号に基
づいて、ウェハWのX方向の位置とヨーイング量がリア
ルタイムに主制御部310に出力される。
In the light wave interference measuring apparatus for measuring the amount of movement of the wafer stage 348 mounted on the exposure apparatus according to the present embodiment, the light separating element 56w having a different refraction angle depending on the polarization direction is used for the measurement light path and the reference light path. By arranging them in a common optical path, light having a component different from the original polarization direction is separated from each optical path. As described above, by inserting the light separating element 56w having anisotropy between the PBS 46w and the reflecting mirror 41w, the measuring light or the error light included in the reference light that has become elliptically polarized light due to the retardation by the reflecting mirror 41w. Can be separated by the light separating element 56w. Therefore, the amount of movement of the wafer stage 348 can be detected with high accuracy by reducing the retardation error caused by the reflecting mirror. The position of the wafer W in the X direction and the amount of yawing are output to the main control unit 310 in real time based on a signal from the lightwave interference measurement device configured with such an optical path.

【0072】さて、本実施の形態では投影倍率を1/4
としたので、スキャン露光時のウェハステージ348の
X方向の移動速度Vwsは、レチクルステージ330の
速度Vrsの1/4である。さらに本実施の形態では、
レチクルRと投影レンズPLとを介してウェハW上のア
ライメントマーク(または基準マークFM)を検出する
TTR(スルーザレチクル)方式のアライメントシステ
ム360と、レチクルRの下方空間から投影レンズPL
を介してウェハW上のアライメントマーク(または基準
マークFM)を検出するTTL(スルーザレンズ)方式
のアライメントシステム362とを設け、ステップ・ア
ンド・スキャン露光の開始前、あるいはスキャン露光中
にレチクルRとウェハWとの相対的な位置合せを行なう
ようにしている。
In this embodiment, the projection magnification is set to 1/4.
Therefore, the moving speed Vws of the wafer stage 348 in the X direction at the time of scan exposure is 1 / of the speed Vrs of the reticle stage 330. Further, in the present embodiment,
A TTR (through-the-reticle) type alignment system 360 for detecting an alignment mark (or a reference mark FM) on the wafer W via the reticle R and the projection lens PL, and a projection lens PL from the space below the reticle R
And a TTL (through-the-lens) type alignment system 362 for detecting an alignment mark (or a reference mark FM) on the wafer W through the reticle R before starting the step-and-scan exposure or during the scan exposure. And the wafer W are aligned relative to each other.

【0073】本実施の形態による走査型投影露光装置に
おける露光シーケンスと制御は、主制御部310によっ
て統括的に管理される。主制御部310は、レチクルス
テージ330およびウェハステージ348のX軸側に設
けられた光波干渉測定装置および図示を省略したY軸側
の光波干渉測定装置からの位置情報、ヨーイング情報の
入力、駆動系334、354内のタコジェネレータ等か
らの速度情報の入力等に基づいて、スキャン露光時にレ
チクルステージ330とウェハステージ348とを所定
の速度比を保ちつつ、レチクルRに形成されたパターン
とウェハパターンとの相対位置関係を所定のアライメン
ト誤差内に抑えたまま相対移動させて、レチクルRのパ
ターン前面をウェハW上の所定のショット領域に正確に
転写することができるようになっている。このように、
本実施の形態による露光装置によれば、高精度な変位測
定が可能となる光波干渉方式の測定装置をステージ測長
系に備えているので極めて正確にレチクルステージある
いはウェハステージを位置決めすることができるように
なる。
The exposure sequence and control in the scanning projection exposure apparatus according to the present embodiment are totally managed by the main control section 310. The main control unit 310 receives position information and yaw information from a light wave interference measurement device provided on the X axis side of the reticle stage 330 and the wafer stage 348 and a light wave interference measurement device on the Y axis side (not shown), and a drive system. The pattern formed on the reticle R and the wafer pattern are maintained while maintaining a predetermined speed ratio between the reticle stage 330 and the wafer stage 348 during scan exposure based on the input of speed information or the like from the tachogenerators 334 and 354. Are moved relative to each other while keeping the relative positional relationship within a predetermined alignment error, so that the front surface of the pattern of the reticle R can be accurately transferred to a predetermined shot area on the wafer W. in this way,
According to the exposure apparatus of the present embodiment, since the measuring apparatus of the light wave interference method capable of measuring displacement with high accuracy is provided in the stage length measuring system, the reticle stage or the wafer stage can be positioned very accurately. Become like

【0074】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記第1乃至第4の実施の
形態ではへテロダイン干渉法を用いて移動鏡の変位量を
求めているが、本発明はこれに限られず、ホモダイン干
渉法を用いた場合にももちろん適用することができる。
また例えば、上記第2の実施の形態では測定光路の屈折
率変動計測でホモダイン干渉法を用いているが、本発明
はこれに限られず、ヘテロダイン干渉法を用いた場合に
ももちろん適用することができる。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, in the first to fourth embodiments, the displacement amount of the movable mirror is obtained by using the heterodyne interferometry. However, the present invention is not limited to this, and is applicable to the case where the homodyne interferometry is used. can do.
Further, for example, in the second embodiment, the homodyne interferometry is used in the measurement of the refractive index fluctuation of the measurement optical path, but the present invention is not limited to this, and it is of course applicable to the case where the heterodyne interferometry is used. it can.

【0075】また例えば、第5の実施の形態における露
光装置はステップ・アンド・スキャン方式の露光動作を
しているが、本発明はこれに限られず、ステップ・アン
ド・リピート方式の露光装置にももちろん適用すること
ができる。また、第5の実施の形態では、第1の実施の
形態による光波干渉測定装置を搭載した例で説明した
が、本発明はこれに限られず、第2乃至第4の実施の形
態で説明した、いずれの光波干渉測定装置も搭載可能で
ある。
Further, for example, the exposure apparatus of the fifth embodiment performs the exposure operation of the step-and-scan method, but the present invention is not limited to this, and the exposure apparatus of the fifth embodiment can be applied to the exposure apparatus of the step-and-repeat method. Of course, it can be applied. Further, in the fifth embodiment, the example in which the optical interference measuring apparatus according to the first embodiment is mounted has been described. However, the present invention is not limited to this, and has been described in the second to fourth embodiments. Any of the light wave interference measurement devices can be mounted.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、反射鏡の
反射面でのリタデーションによる誤差光の発生を防止し
て高精度の光波干渉測定を行うことができる。また、本
発明によれば、偏光分離素子での消光比が低いことに起
因した誤差光の発生を防止して高精度の光波干渉測定を
行うことができるようになる。また、本発明によれば、
極めて高精度にステージ装置の位置決め制御が行える露
光装置を実現することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of error light due to the retardation on the reflecting surface of the reflecting mirror and to perform the light wave interference measurement with high accuracy. Further, according to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of error light due to a low extinction ratio in the polarization splitting element, and to perform high-precision light wave interference measurement. According to the present invention,
An exposure apparatus capable of controlling the positioning of the stage device with extremely high accuracy can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態による光波干渉測定
装置の概略の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a light wave interference measurement device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態による光波干渉測定
装置の測長部分を拡大して示した図である。
FIG. 2 is an enlarged view of a length measuring portion of the optical interference measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施の形態による光波干渉測定
装置の概略の構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a light wave interference measurement device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施の形態による光波干渉測定
装置の概略の構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical interference measurement apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施の形態による光波干渉測定
装置の概略の構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a light wave interference measurement device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5の実施の形態による露光装置の概
略の構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】従来の光波干渉測定装置の概略の構成を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional light wave interference measurement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2、3 光源 6、7、8 受光素子 11、12、13、14、15、16 反射鏡 21、22 位相計 23 演算器 31、32、33、34、35、36、37、38 波
長板 41、42 反射鏡 46、48 偏光分離素子 47 偏光結合素子 51 偏光素子 56、57、58、59、60 光分離素子 61、62 周波数変換素子 66、67 周波数結合素子 68、69 周波数分離素子 201、202 誤差光 300 照明系 310 主制御部 330 レチクルステージ 334 駆動系 338 干渉測定系 346 Zステージ 348 ウェハステージ 350 X軸方向測定系 354 駆動系 R レチクル PL 投影光学系 W ウェハ AX 投影光学系の光軸
1, 2, 3 Light source 6, 7, 8 Light receiving element 11, 12, 13, 14, 15, 16 Reflecting mirror 21, 22 Phase meter 23 Operation unit 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 Wavelength Plates 41, 42 Reflecting mirrors 46, 48 Polarization separation element 47 Polarization coupling element 51 Polarization element 56, 57, 58, 59, 60 Light separation element 61, 62 Frequency conversion element 66, 67 Frequency coupling element 68, 69 Frequency separation element 201 , 202 Error light 300 Illumination system 310 Main control unit 330 Reticle stage 334 Drive system 338 Interference measurement system 346 Z stage 348 Wafer stage 350 X-axis direction measurement system 354 Drive system R Reticle PL Projection optical system W Wafer AX Light of projection optical system axis

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】偏光方位が互いに直交した2つの光の一方
を測定光として測定光路上に移動可能に設けられた移動
鏡で反射させ、他方を参照光として参照光路に固定され
た固定鏡で反射させ、前記測定光路を通過した前記測定
光と前記参照光路を通過した前記参照光とを干渉させて
光電検出し、前記移動鏡の変位を測定する測定装置にお
いて、 偏光方位に応じて屈折角が異なる光分離素子を、前記測
定光路および前記参照光路の少なくとも一方の光路に設
けたことを特徴とする測定装置。
1. One of two lights whose polarization directions are orthogonal to each other is reflected as a measurement light by a movable mirror movably provided on a measurement optical path, and the other is a fixed mirror fixed to the reference optical path as a reference light. A measuring device that reflects, photoelectrically detects and interferes with the measurement light that has passed through the measurement optical path and the reference light that has passed through the reference optical path, and measures the displacement of the movable mirror. A light separating element provided in at least one of the measurement optical path and the reference optical path.
【請求項2】請求項1記載の測定装置において、 直線偏光の光を射出する光源と、 前記直線偏光の光を前記測定光と前記参照光とに分離す
る偏光分離素子とを含み、 前記光分離素子は、前記移動鏡および前記固定鏡の少な
くとも一方と前記偏光分離素子との間に配置されている
ことを特徴とする測定装置。
2. The measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a light source that emits linearly polarized light; and a polarization separation element that separates the linearly polarized light into the measurement light and the reference light. The measuring device, wherein the separation element is disposed between at least one of the movable mirror and the fixed mirror and the polarization separation element.
【請求項3】請求項1または2に記載の測定装置におい
て、 前記光分離素子は、前記偏光分離素子の消光比に基づく
誤差光を分離することを特徴とする測定装置。
3. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the light separating element separates error light based on an extinction ratio of the polarization separating element.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載の測定装
置において、 前記測定光路および前記参照光路の少なくとも一方の光
路に設けられた波長板を有し、 前記光分離素子は、前記波長板と前記偏光分離素子との
間に配置されていることを特徴とする測定装置。
4. The measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a wavelength plate provided in at least one of the measurement optical path and the reference optical path, A measuring device, which is arranged between a plate and the polarization splitting element.
【請求項5】請求項1乃至4のいずれかに記載の測定装
置において、 少なくとも前記測定光を前記移動鏡で複数回反射させる
ように、前記測定光路に設けられた反射鏡を含み、 前記光分離素子は、前記反射鏡と前記偏光分離素子との
間に設けられていることを特徴とする測定装置。
5. The measuring device according to claim 1, further comprising: a reflecting mirror provided in the measuring optical path so that at least the measuring light is reflected by the moving mirror a plurality of times. A measuring device, wherein the separation element is provided between the reflection mirror and the polarization separation element.
【請求項6】請求項5記載の測定装置において、 前記光分離素子は、前記反射鏡でのリタデーションによ
り生じた誤差光を分離することを特徴とする測定装置。
6. The measuring apparatus according to claim 5, wherein said light separating element separates error light generated by retardation by said reflecting mirror.
【請求項7】請求項1乃至6のいずれかに記載の測定装
置において、 前記偏光方位が互いに直交した2つの光は、各々周波数
が異なっていることを特徴とする測定装置。
7. The measuring device according to claim 1, wherein the two lights whose polarization directions are orthogonal to each other have different frequencies.
【請求項8】請求項2乃至7のいずれかに記載の測定装
置において、 前記光源は、少なくとも前記測定光路の気体の屈折率変
動を測定して前記移動鏡の変位を補正する屈折率変動測
定用の光を射出することを特徴とする測定装置。
8. The measuring apparatus according to claim 2, wherein the light source measures at least a refractive index variation of gas in the measurement optical path and corrects a displacement of the movable mirror. A measuring device that emits light for use.
【請求項9】請求項1乃至8のいずれかに記載の測定装
置において、 前記光分離素子は、異方性を有する結晶であることを特
徴とする測定装置。
9. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the light separating element is a crystal having anisotropy.
【請求項10】請求項9記載の測定装置において、 前記光分離素子は、ウォラストンプリズムであることを
特徴とする測定装置。
10. The measuring apparatus according to claim 9, wherein said light separating element is a Wollaston prism.
【請求項11】請求項1乃至10のいずれかに記載の測
定装置において、 前記光分離素子で分離された前記誤差光を遮光する遮光
手段が設けられていることを特徴とする測定装置。
11. The measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a light shielding unit that shields the error light separated by the light separating element.
【請求項12】偏光方位が互いに直交した2つの光の一
方を測定光として測定光路上に移動可能に設けられた移
動鏡で反射させ、他方を参照光として参照光路に固定さ
れた固定鏡で反射させ、前記測定光路を通過した前記測
定光と前記参照光路を通過した前記参照光とを干渉させ
て光電検出し、前記移動鏡の変位を測定する測定方法に
おいて、 偏光方位に応じて屈折角が異なる光分離素子を前記測定
光路および前記参照光路の少なくとも一方の光路に配置
して、当該光路で生じた誤差光を分離することを特徴と
する測定方法。
12. One of two lights whose polarization directions are orthogonal to each other is reflected as a measurement light by a movable mirror movably provided on a measurement optical path, and the other is a fixed mirror fixed to the reference optical path as a reference light. A measuring method for reflecting and measuring the displacement of the movable mirror by photoelectrically detecting the interference between the measurement light passing through the measurement optical path and the reference light passing through the reference optical path, and measuring the displacement of the movable mirror, A light separating element, which is different from the above, is disposed in at least one of the measurement light path and the reference light path, and the error light generated in the light path is separated.
【請求項13】パターンが形成されたレチクルを載置し
て移動可能なレチクルステージと、 前記レチクルステージの位置を測定するレチクルステー
ジ側測定手段と、 基板を載置して移動可能な基板ステージと、 前記基板ステージの位置を測定する基板ステージ側測定
手段とを有し、 前記パターンの像を前記基板に転写する露光装置におい
て、 前記レチクルステージ側測定手段と前記基板ステージ側
測定手段の少なくとも一方は、請求項1乃至11のいず
れかに記載の測定装置を備えていることを特徴とする露
光装置。
13. A reticle stage on which a reticle on which a pattern is formed is placed and movable, a reticle stage-side measuring means for measuring a position of the reticle stage, and a substrate stage on which a substrate is placed and movable. An exposure apparatus having a substrate stage-side measuring means for measuring the position of the substrate stage, wherein at least one of the reticle stage-side measuring means and the substrate stage-side measuring means comprises: An exposure apparatus comprising the measurement apparatus according to any one of claims 1 to 11.
JP10078391A 1998-03-11 1998-03-11 Measuring apparatus and measuring method and exposure device Withdrawn JPH11257919A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10078391A JPH11257919A (en) 1998-03-11 1998-03-11 Measuring apparatus and measuring method and exposure device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10078391A JPH11257919A (en) 1998-03-11 1998-03-11 Measuring apparatus and measuring method and exposure device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11257919A true JPH11257919A (en) 1999-09-24

Family

ID=13660726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10078391A Withdrawn JPH11257919A (en) 1998-03-11 1998-03-11 Measuring apparatus and measuring method and exposure device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11257919A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180064227A (en) * 2016-12-05 2018-06-14 서강대학교산학협력단 A novel optical device outputting two parallel beams and an interferometer using the optical device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180064227A (en) * 2016-12-05 2018-06-14 서강대학교산학협력단 A novel optical device outputting two parallel beams and an interferometer using the optical device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6878916B2 (en) Method for focus detection for optically detecting deviation of the image plane of a projection lens from the upper surface of a substrate, and an imaging system with a focus-detection system
US9140537B2 (en) Interferometric heterodyne optical encoder system
US6762845B2 (en) Multiple-pass interferometry
US6252667B1 (en) Interferometer having a dynamic beam steering assembly
JP2005338075A (en) Heterodyne laser interferometer for measuring parallel displacement of wafer stage
US7310152B2 (en) Interferometer assemblies having reduced cyclic errors and system using the interferometer assemblies
US7106452B2 (en) Measuring device and measuring method
JPH0455243B2 (en)
US6211965B1 (en) Photolithographic position measuring laser interferometer with relitively moving measuring intereometer
JPH06177013A (en) Position detecting device
JPS62188316A (en) Projection exposure device
JPH11248418A (en) Method and device for measuring light wave interference, and aligner having the same
JP4376624B2 (en) Multipath interferometry
JPH11257919A (en) Measuring apparatus and measuring method and exposure device
KR920001027B1 (en) Method and apparatus of position alignment
JPH09153452A (en) Projection exposure device
JP2808595B2 (en) Position detecting apparatus and projection exposure apparatus using the same
JP2000314609A (en) Laser interferometric measuring device
JP2000146525A (en) Light wave interference measuring instrument and projection aligner using same instrument
US7327466B2 (en) Multi-corner retroreflector
JP2005516206A (en) Multipath interferometer
KR100637639B1 (en) A laser interferometer, a position measuring apparatus and measuring method, an exposure apparatus, and a method of manufacturing thereof
JPH05226224A (en) Alignment device of aligner
JPH07311009A (en) Position detection device
JPH05226222A (en) Alignment device of aligner

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20050607