JPH08240792A - ビーム出力装置およびビーム出力方法 - Google Patents

ビーム出力装置およびビーム出力方法

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JPH08240792A
JPH08240792A JP8006491A JP649196A JPH08240792A JP H08240792 A JPH08240792 A JP H08240792A JP 8006491 A JP8006491 A JP 8006491A JP 649196 A JP649196 A JP 649196A JP H08240792 A JPH08240792 A JP H08240792A
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beam output
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Anansu Eiyaa Aran
アナンス エイヤー アラン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビームの直交誤差の補正ができ、また、環境
変化の影響を受けにくいビーム出力方法及びビーム出力
装置を提供する。 【解決手段】 初期ビームを生成する光源１２と、入射
した前記初期ビームを第１光路と第２光路とに分割して
出射するビームスプリッタ５８と、前記第１光路と前記
第２光路とからのビームをそれぞれ入射するように配置
された一対の偏光保存導管７４，７６と、一対の偏光保
存導管７４，７６の少なくとも一方に配設され、偏光成
分を調節する偏光調節部材８０，８２と、一対の偏光保
存導管７４，７６から出射したビームを合成するビーム
結合器６２とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、干渉計、特に干渉
計にビームを出力する光学装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】干渉計は、標的からレーザ・ビームを反
射させ、復帰ビームの光学特性を分析することによっ
て、変位の精密な測定に使用される光学計器である。一
般に使用されるヘテロダイン方式干渉計では、直角に偏
光した周波数の異なる成分を有するレーザ・ビームを使
用する。偏光ビーム・スプリッタで成分を分割した後、
一方の成分が可動標的から反射し、他方が固定した基準
から反射する。成分を再結合し、結果として得られたう
なり周波数を分析する。各成分が別個の信号を搬送する
ので、直角に偏光した成分間の「クロストーク」を避け
ることが重要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の干
渉計では、ビームの成分が精密には相互に直角ではない
ので、多少のクロストークが生じる。通常の非直交度の
値は、数度に及ぶこともある。これは、測定結果を歪曲
する非線形誤差を生じる。このような誤差は、多くの用
途では許容可能なほど小さいが、マイクロリソグラフィ
のような精密な用途では問題になることがある。
【０００４】既存のシステムは、追加的な光学系および
レシーバ・エレクトロニクスを使用して、大抵のシステ
ムに見られる非直交度を減少させるが、そのシステムは
往々にして嵩張り、効果が小さい。測定度精度を落とす
熱および乱流の影響のため、既存のビーム源を標的環境
の外側に配置することがあるが、これには光学的に精密
な窓が必要で、その窓が誤差を生じることがある。これ
は機械の設置面積も増加させる。そこで本発明では、簡
単な構成及び方法でビームの非直交誤差の補正ができ、
また、熱や乱流などの環境変化の影響を受けることのな
いビーム出力方法及びビーム出力装置を提供することを
目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載のビーム出力方法は、第１成分と第２
成分とからなる初期ビームを生成するステップと、前記
初期ビームを分割して、前記第１成分の光路と前記第２
成分の光路とを分離するステップと、入口端と出口端と
有する第１偏光保存導管に前記第１成分を導くととも
に、入口端と出口端とを有する第２偏光保存導管に前記
第２成分を導くステップと、前記第１偏光保存導管の前
記出口端を透過した前記第１成分と、前記第２偏光保存
導管の前記出口端を透過した前記第２成分とを合成する
ステップと、を含んでいる。
【０００６】このため、請求項１記載のビーム出力方法
は、第１偏光保存導管と第２偏光保存導管とに初期ビー
ムを導いているので、出力されるビームが空気のゆらぎ
などの外部環境の変化の影響を受けることがない。
【０００７】請求項２記載のビーム出力方法は、前記第
１成分と前記第２成分とが、互いにほぼ直交する偏光成
分である。
【０００８】このため、請求項２記載のビーム出力方法
は、干渉計のビーム源として用いることができる。
【０００９】請求項３記載のビーム出力方法は、前記第
１偏光保存導管の前記出口端と、前記第２偏光保存導管
の前記出口端との少なくとも一方が、前記偏光成分の偏
光誤差を補正する偏光補正部材であり、前記偏光板を回
転させて、前記偏光誤差を補正している。
【００１０】このため、請求項３記載のビーム出力方法
は、簡単な方法で初期ビームの非直交誤差を補正するこ
とができる。
【００１１】請求項４記載のビーム出力方法は、前記第
１偏光保存導管と前記第２偏光保存導管とは、光ファイ
バーである。
【００１２】このため、請求項４記載のビーム出力方法
は、出力されるビームが空気のゆらぎなどの外部環境の
変化の影響を受けることがない。
【００１３】請求項５記載のビーム出力装置は、一実施
例を表わす図１と図２とに対応付けて説明すると、初期
ビームを生成する光源（１２）と、入射した前記初期ビ
ームを第１光路と第２光路とに分割して出射するビーム
スプリッタ（５８）と、前記第１光路と前記第２光路と
からのビームをそれぞれ入射するように配置された一対
の偏光保存導管（７４，７６）と、一対の偏光保存導管
（７４，７６）の少なくとも一方に配設され、偏光成分
を調節する偏光調節部材（８０，８２）と、一対の偏光
保存導管（７４，７６）から出射したビームを合成する
ビーム結合器（６２）と、を備えている。
【００１４】このため、請求項５記載のビーム出力装置
は、出力されるビームが空気のゆらぎなどの外部環境の
変化の影響を受けることがなく、また、初期ビームの非
直交誤差を補正することができる。
【００１５】請求項６記載のビーム出力装置は、一対の
偏光保存導管（７４，７６）が、複屈折ファイバーであ
る。
【００１６】このため、請求項６記載のビーム出力装置
は、ビーム出力装置の配置の自由度が増し、また、省ス
ペース化を実現できる。
【００１７】請求項７記載のビーム出力装置は、光源
（１２）が、前記初期ビームとしてほぼ直交する偏光成
分を有した第１成分と第２成分とを生成する。
【００１８】このため、請求項７記載のビーム出力装置
は、干渉計のビーム源として用いることができる。
【００１９】請求項８記載のビーム出力装置は、前記第
１成分と前記第２成分とは、周波数がわずかに異なって
いる。
【００２０】このため、請求項８記載のビーム出力装置
は、ヘテロダイン方式の干渉計のビーム源として用いる
ことができる。
【００２１】請求項９記載のビーム出力装置は、光源
（１２）が、前記ビーム源により干渉計を用いた測定を
行う干渉計ユニット（１０）の外部に配設されている。
【００２２】このため、請求項９記載のビーム出力装置
は、干渉計ユニット（１０）の環境の変化の影響を受け
ることがない。
【００２３】請求項１０記載のビーム出力装置は、ビー
ム結合器（６２）が、フライアイレンズを含んでいる。
【００２４】このため、請求項１０記載のビーム出力装
置は、ビーム出力装置から出力するビームを所望の形状
に成形することができる。
【００２５】請求項１１記載のビーム出力装置は、ビー
ム結合器（６２）が、前記第１成分と前記第２成分との
一方の偏光を透過し、前記第１成分と前記第２成分との
他方の偏光を反射する。
【００２６】このため、請求項１１記載のビーム出力装
置は、簡単な構成でビームを結合することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】図１は、光源１２と、図２につい
て以下で詳述する斬新なビーム・プロセッサ１４とを含
む干渉計システム１０を示す。干渉計システム１０は、
不図示のＸ−Ｙステージまたは標的２０を含むチャンバ
１８、平面鏡体干渉計２２Ａおよび２２Ｂ、およびビー
ム・スプリッタ２４を含む。１対の検出装置２８Ａと２
８Ｂとは、１対のレシーバと、この１対のレシーバで受
信した信号を処理するプロセッサーとから構成され、光
源１２およびビーム・プロセッサ１４の主要部分と同
様、チャンバ１８の外部に配置される。
【００２８】干渉計システム１０は、光源１２から射出
された周波数がわずかに異なる直交偏光成分を有するレ
ーザ・ビームを、標的２０および固定基準鏡体から反射
させ、標的２０が移動するにつれ反射光成分を分析し、
それで標的２０の変位を正確に判定することによって作
動する。光源１２は、ほぼ直角に偏光した初期ビーム３
０を生成する。ビーム・プロセッサ１４は、チャンバ１
８の外部で初期ビーム３０を受け取り、初期ビーム３０
の直交度を補正し、それをチャンバ１８内に透過する。
その結果得られたビーム３２は公知のビーム・スプリッ
タ２４に遭遇し、これがビーム３２Ａを干渉計２２Ａに
反射させ、ビーム３２Ｂを干渉計２２Ｂに透過する。
【００２９】干渉計２２Ａは、ビーム３４Ａおよび３６
Ａを送出し、標的２０に取り付けた鏡体３８Ａから反射
させビーム４０Ａおよび４２Ａを干渉計２２Ａに戻す。
内部で光を結合し、処理した後、干渉計２２Ａは光信号
ビーム４６Ａを光ファイバ・カプラ４８Ａに送出し、こ
れは、変位情報の計算と表示のために、信号を検出装置
２８Ａのプロセッサに送出する。干渉計２２ＡはＸ軸に
沿って変位を測定し、干渉計２２Ｂは同様にＹ軸の変位
を測定する。
【００３０】ビーム成分を完全に分離できないために生
じる非直交度誤差を避けるため、ビーム・プロセッサ１
４は、初期ビーム３０の非直交度を９０°から１０アー
ク秒以内に補正する。これによって非直交度の誤差は、
±１°という通常の直交度誤差を有する未補正のビーム
と比較して、数桁減少する。従来のシステムは、約１．
０〜２．０ｎｍという非直交度による非直線度誤差を有
する。本発明は、この誤差を約０．００１ｎｍまで減少
させる。
【００３１】図２に示すように、光源１２から放出され
た初期ビーム３０は、紙面方向の偏光を示す矢印５２
と、紙面に対して垂直な偏光を示す点５４とによって示
されるように、ほぼ直角に偏光する。
【００３２】ビーム・プロセッサ１４は、複屈折のビー
ム・スプリッタ・プリズム５８、偏光保存ファイバＰＰ
Ｆ（Polarization Preserving Fiber)アセンブリ６０、
およびビーム結合器６２を含む。プリズム５８は軸によ
って屈折率が異なるので、ビームは、ほぼ直角に偏光す
る第１および第２成分６４および６６に分離される。ビ
ーム成分６４、６６は、個々の光ファイバ・カプラ６
８、７０に入射させる、光ファイバ・カプラ６８，７０
はビーム成分を個々の偏光保存ファイバ７４および７６
に誘導する。各ＰＰＦは個々の回転可能なチャック（偏
光板）８０、８２を端部に有する。チャック（偏光板）
の一方または両方を回転して、直交度を精密に調節する
ことができる。ＰＰＦは、様々な環境における使用に対
応するため、フレキシブルで、任意の長さであってよ
い。ＰＰＦアセンブリ６０は、ファイバを一定の温度に
維持する絶縁および熱制御装置を含み、それによって屈
折率の変化による長期的な誤差が入るのを防止すること
ができる。
【００３３】図３に示すように、各ＰＰＦはクラッド８
８に囲まれた芯８６を有する。偏光保存ファイバ（ＰＰ
Ｆ）では、芯は線形複屈折である。したがって、その２
つの基本方向への屈折率の分布は異なる。複屈折率はお
おむね、形状の非対称性によって、すなわち芯の非真円
度によって、または真に誘発された非対称性の応力によ
って達成される。いずれの場合も、複屈折が十分大きい
ので、基本方向のいずれかに平行なＥベクトル（電界ベ
クトル）で放出された偏光は、その状態で伝搬し続け、
損失は最小で、出力ベクトルはその方向を保持する。
【００３４】あるいは、ビーム・プロセッサ１４におい
て、ＰＰＦの代わりに偏光ファイバを使用してもよい。
偏光ファイバでは、直交モードの一方は損失が大きくな
る。したがって、損失の少ないモードに放出された光
は、そのモードでファイバの端まで続く。直交モードま
たは損失の高いモードに結合された光は、すべて急速に
減衰し、したがって出力は直線偏光の状態が続く。本開
示では、偏光ファイバはＰＰＦの一般的なクラスに入る
と見なされる。
【００３５】再び図２を参照すると、ビーム結合器６２
は、鏡体９４と偏光ビーム・スプリッタ９６とを含むプ
リズムである。ビーム成分６６は、ビーム・スプリッタ
９６によって効果的に透過し、直角に偏光された成分６
４は、鏡体９４によって反射し、ビーム・スプリッタ９
６はビーム成分６４をほとんど反射する。結合されたビ
ーム成分は、結果として得られたビーム３２として共通
の経路をたどり、図１に示すように、干渉計２２Ｂおよ
び他の成分に進む。話を簡単にするために、図１に示し
たシステム成分の一部が、図２では省略されている。
【００３６】図１および２で示すように、ビーム３２の
成分のうち、ビーム・スプリッタ９７で反射された成分
が基準検出器９８に向けられる。基準検出器９８は、温
度の変動のためにビーム・プロセッサ１４内で発生する
ような経路長誤差をすべてモニタする。検出装置２８
Ａ，２８Ｂのプロセッサの出力は、基準検出器９８の出
力と組み合わせて使用され、標的２０の変位を精密に判
別する。
【００３７】図４は、「フライアイ」原理を取り入れた
別のビーム結合器６２’を示す。１対の短焦点距離小レ
ンズ１００が、それぞれビーム成分６４、６６の一方を
受光し、それを広がらせて集光レンズ１０２にほぼ光を
当て、これがビームを平行にする。開口部１０６を規定
するバッフル１０４が、その結果得られたビーム３２’
を透過する。
【００３８】好ましい実施例では、光源１２は、６３
２．８ｎｍで発光して、２〜２０ＭＨｚだけ周波数がず
れた２周波数Ｈｅ−Ｎｅレーザである。ビーム・スプリ
ッタ５８は、カリフォルニア州IrvineのMelles Griotが
販売している03 PPD 001/301のような、複屈折の方解石
プリズムである。ＰＰＦアセンブリ６０は、カリフォル
ニア州IrvineのNewport Klingerが販売しているモデル
Ｆ−ＳＰＶである。チャック８２は、カリフォルニア州
IrvineのNewport Klingerが販売しているモデル561-FH/
GONである。干渉計２２Ａおよび２２Ｂは、カリフォル
ニア州Palo AltoのHewlett-Packard CompanyのHP 10700
シリーズのいずれかである。レシーバ２８Ａおよび２８
Ｂは、モデルHP 10780C/Fである。
【００３９】好ましい実施例は、２つの回転可能なＰＰ
Ｆを有するように図示されているが、同じ原理を取り入
れた別の実施例は、ＰＰＦを１つしか含まず、一方の成
分が基準の偏光フレームを提供し、他方の成分が回転可
能で、精密に直交することもできる。さらに、初期複屈
折プリズムの代わりに、ビーム結合器６２に似た偏光ビ
ーム・スプリッタと鏡体とのユニットを使用してもよ
い。また、別個のビームを受ける干渉計、またはビーム
結合器を含む干渉計を使用する用途では、ビーム結合器
６２を取り除くことができる。開示については、好まし
い実施例および別の実施例について述べてきたが、本発
明は、それに限定されるものではない。
【００４０】
【発明の効果】請求項１記載のビーム出力方法は、第１
偏光保存導管と第２偏光保存導管とに初期ビームを導い
ているので、出力されるビームが空気のゆらぎや熱など
の外部環境の変化の影響を受けることがない。
【００４１】このため、請求項１記載のビーム出力方法
により出力されたビームを用いることにより、精度の高
い測定をすることができる。
【００４２】請求項２記載のビーム出力方法は、干渉計
のビーム源として用いることができ、かつ、高精度の測
定が可能となる。
【００４３】請求項３記載のビーム出力方法は、簡単な
方法で初期ビームの非直交誤差を補正することができ
る。
【００４４】請求項４記載のビーム出力方法は、出力さ
れるビームが空気のゆらぎなどの外部環境の変化の影響
を受けることがない。
【００４５】請求項５記載のビーム出力装置は、出力さ
れるビームが空気のゆらぎなどの外部環境の変化の影響
を受けることがなく、また、初期ビームの非直交誤差を
補正することができる。このため、請求項５記載のビー
ム出力装置より出力されたビームを用いることにより、
精度の高い測定をすることができる。
【００４６】請求項６記載のビーム出力装置は、複屈折
光ファイバーを用いているので、ビーム出力装置の配置
の自由度が増し、また、省スペース化を実現できる。
【００４７】請求項７記載のビーム出力装置は、干渉計
のビーム源として用いることができ、かつ、高精度の測
定が可能となる。
【００４８】請求項８記載のビーム出力装置は、ヘテロ
ダイン方式の干渉計のビーム源として用いることでき、
かつ、高精度の測定が可能となる。
【００４９】請求項９記載のビーム出力装置は、干渉計
ユニットの環境の変化の影響を受けることがないので、
高精度の測定が可能となる。
【００５０】請求項１０記載のビーム出力装置は、ビー
ム結合器が、フライアイレンズを含んでいるので、ビー
ム出力装置から出力するビームを所望の形状に成形する
ことができる。
【００５１】請求項１１記載のビーム出力装置は、簡単
な構成でビームを結合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】干渉計システムとともに適用された、本発明の
好ましい実施例の概略図である。
【図２】図１の照明システムの拡大概略図である。
【図３】図２の線３−３に沿って切り取った拡大断面図
である。
【図４】本発明の別の実施例を示す拡大概略図である。
【符号の説明】
１０ 干渉計システム １２ 光源 １４ ビーム・プロセッサ １８ チャンバ ２０ 標的 ２２Ａ 干渉計 ２２Ｂ 干渉計 ２４ ビーム・スプリッタ ２８Ａ 検出装置 ２８Ｂ 検出装置 ３０ 初期ビーム ３８Ａ 鏡体 ４８Ａ 光ファイバ・カプラ ５８ ビーム・スプリッタプリズム ６０ 偏光保存ファイバ（ＰＰＦ）アセンブリ ６２ ビーム結合器 ６２’ ビーム結合器 ６８ 光ファイバ・カプラ ７０ 光ファイバ・カプラ ７４ 偏光保存ファイバ ７６ 偏光保存ファイバ ８０ チャック ８２ チャック ８６ 芯 ８８ クラッド ９４ 鏡体 ９６ 偏光ビーム・スプリッタ ９７ ビーム・スプリッタ ９８ 基準検出器 １００ 短焦点距離小レンズ １０２ 集光レンズ １０４ バッフル １０６ 開口部

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１成分と第２成分とからなる初期ビー
    ムを生成するステップと、 前記初期ビームを分割して、前記第１成分の光路と前記
    第２成分の光路とを分離するステップと、 入口端と出口端とを有する第１偏光保存導管に前記第１
    成分を導くとともに、入口端と出口端とを有する第２偏
    光保存導管に前記第２成分を導くステップと、 前記第１偏光保存導管の前記出口端を透過した前記第１
    成分と、前記第２偏光保存導管の前記出口端を透過した
    前記第２成分とを合成するステップと、を含むことを特
    徴とするビーム出力方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のビーム出力方法におい
    て、 前記第１成分と前記第２成分とは、互いにほぼ直交する
    偏光成分であることを特徴とするビーム出力方法。
  3. 【請求項３】 請求項２記載のビーム出力方法におい
    て、 前記第１偏光保存導管の前記出口端と、前記第２偏光保
    存導管の前記出口端との少なくとも一方は、前記偏光成
    分の偏光誤差を補正する偏光補正部材であり、前記偏光
    補正部材を回転させて、前記偏光誤差を補正することを
    特徴とするビーム出力方法。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のビーム出力方法におい
    て、 前記第１偏光保存導管と前記第２偏光保存導管とは、光
    ファイバーであることを特徴とするビーム出力方法。
  5. 【請求項５】 初期ビームを生成する光源と、 入射した前記初期ビームを第１光路と第２光路とに分割
    して出射するビームスプリッタと、 前記第１光路と前記第２光路とからのビームをそれぞれ
    入射するように配置された一対の偏光保存導管と、 前記一対の偏光保存導管の少なくとも一方に配設され、
    偏光成分を調節する偏光調節部材と、前記一対の偏光保
    存導管から出射したビームを合成するビーム結合器と、
    を備えたことを特徴とするビーム出力装置。
  6. 【請求項６】 請求項５記載のビーム出力装置におい
    て、 前記一対の偏光保存導管は、複屈折ファイバーであるこ
    とを特徴とするビーム出力装置。
  7. 【請求項７】 請求項５または請求項６記載のビーム出
    力装置において、 前記光源は、前記初期ビームとしてほぼ直交する偏光成
    分を有した第１成分と第２成分とを生成することを特徴
    とするビーム出力装置。
  8. 【請求項８】 請求項７記載のビーム出力装置におい
    て、 前記第１成分と前記第２成分とは、周波数がわずかに異
    なることを特徴とするビーム出力装置。
  9. 【請求項９】 請求項５乃至請求項８記載のビーム出力
    装置において、 前記光源は、前記ビーム源により干渉計を用いた測定を
    行う干渉計ユニットの外部に配設されることを特徴とす
    るビーム出力装置。
  10. 【請求項１０】 請求項５記載のビーム出力装置におい
    て、 前記ビーム結合器は、フライアイレンズを含むことを特
    徴とするビーム出力装置。
  11. 【請求項１１】 請求項７記載のビーム出力装置におい
    て、 前記ビーム結合器は、前記第１成分と前記第２成分との
    一方の偏光を透過し、前記第１成分と前記第２成分との
    他方の偏光を反射することを特徴とするビーム出力装
    置。
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