JPH08297010A - レーザー計測装置及びこれを有するステージ装置や露光装置 - Google Patents

レーザー計測装置及びこれを有するステージ装置や露光装置

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JPH08297010A
JPH08297010A JP10237795A JP10237795A JPH08297010A JP H08297010 A JPH08297010 A JP H08297010A JP 10237795 A JP10237795 A JP 10237795A JP 10237795 A JP10237795 A JP 10237795A JP H08297010 A JPH08297010 A JP H08297010A
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JP
Japan
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stage
laser
beam diameter
adjusting mechanism
measuring device
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Withdrawn
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JP10237795A
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Inventor
Mitsuru Inoue
充 井上
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Canon Inc
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70775—Position control, e.g. interferometers or encoders for determining the stage position

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Jigs For Machine Tools (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度な計測と調整の容易化を両立した優れ
たレーザ計測装置を提供すること。 【構成】 レーザー光を出力する光源1と、レーザー光
を遮断することなくビーム径を可変にする調節機構を有
することを特徴とする。調節機構としては、光路中に設
けたズーム式ビームエクスパンダーを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械や半導体製造
装置などで使用するステージ装置の位置計測に用いられ
るレーザー計測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のレーザー干渉測長装置の構成例を
図6に示す。
【0003】レーザーヘッド23の内部にはHe-Neレー
ザーチューブ24、ビームエクスパンダ26が設けら
れ、He-Neレーザーチューブ24から出力されるレーザ
ービーム25を、固定式ビームエクスパンダ26によ
り、ビーム径を拡げて射出している。このビーム径は、
測長する距離と光学部品の大きさや光軸調整の容易さで
決定される。
【0004】また、光軸調整の確認のため、組立調整時
にレーザヘッド23の前面にピンホール板を挿入してレ
ーザー光のビーム径を小さくし、調整後に取り出して計
測を行う方式がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例には以下のような課題があった。 (1)組立調整時の光軸調整を容易するために、ビーム
径を大きく設定すると、反射鏡が大型化するため装置の
コンパクト化の阻害要因となっていた。反射鏡を小型に
すると、レーザー光が反射鏡から外れる畏れがあり、人
体へのレーザー光被爆という安全上の問題が生じるた
め、安易に反射鏡を小型化することはできない。 (2)逆に、ビーム径を小さく設定すると、また光軸調
整が困難となり組立調整時の難易度が上がる要因とな
る。また、干渉計による角度計測範囲が小さくなり、計
測仕様の劣化となる。 (3)また、上記ピンホール板を計測時に光路中に出し
入れすると、レーザー光が遮断されて途切れて測長エラ
ーとなってしまうため、使用時にピンホールの出し入れ
をすることはできない。
【0006】本発明は上記従来の技術が有する課題を解
決すべくなされたもので、高精度な計測と調整の容易化
を両立した優れたレーザ計測装置を提供することを目的
とする。また本発明の別の目的は、ステージ位置を広範
囲で高精度に測定することができ、ひいては高精度な位
置決めが可能な優れたステージ装置を提供することであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のレーザー計測装置の好ましい形態は、レーザー光を
出力する光源と、レーザー光を遮断することなくビーム
径を可変にする調節機構を有することを特徴とするレー
ザー計測装置である。
【0008】ここで、調節機構は、光路中に設けたズー
ム式ビームエクスパンダー、あるいは光路中に設けた虹
彩型絞りを有していると好ましい。
【0009】また、本発明のステージ装置の好ましい形
態は、移動ステージを上記レーザ計測装置で位置計測す
ることを特徴とするものである。ここで、移動ステージ
の駆動状況に応じて、レーザー光のビーム径を変化させ
ることが好ましく、例えば、移動ステージを回転移動さ
せる際には、レーザー光のビーム径を拡げる。あるいは
移動ステージを上下方向に移動させる際には、レーザー
光のビーム径を狭める。
【0010】また、本発明の更なる形態は、上記ステー
ジ装置を有することを特徴とする露光装置である。
【0011】
【実施例】
<実施例1>図1は本発明の第1の実施例の構成図であ
る。
【0012】同図において、1はレーザーチューブ、2
は凸レンズ、3は凹レンズ、4は凸レンズ、5は送りね
じ、6は駆動レバー、7はモータ、8はコントローラ、
9はレーザー用電源である。凸レンズ2、凹レンズ3、
凸レンズ4、送りねじ5、駆動レバー6、モータ7によ
ってビーム径調節手段であるズーム式ビームエクスパン
ダーを構成している。
【0013】この構成において、コントローラ8から各
モータ7に駆動指令を与えると、送りねじ5が回転し、
そのため駆動レバーにより凸レンズ2と凹レンズ3がそ
れぞれ光軸方向に移動する。本実施例では、凸レンズ2
と凹レンズ3をそれぞれ駆動したが、凹レンズ3のみを
動かすようにして簡略化することもできる。
【0014】凸レンズ2、凹レンズ3、凸レンズ4の各
レンズの相対位置関係を調節することにより、射出レー
ザ光を遮断することなくビーム径を連続的に変化させる
ことができる。そこで例えば、光軸調整時にはビーム径
を小さくし、その後、ストロークや回転量の範囲に応じ
てビーム径を大きくして計測することにより、測長手段
の原点検出動作が不要になる。このため、調整時間の短
縮と、原点検出精度のばらつきが測長精度に影響を与え
ないことによる高精度化が両立が達成される。また、ズ
ーム式ビームエクスパンダーを用いたため、ビーム径を
小さくしても光量不足のために測長不可能となることが
ない。
【0015】<実施例2>本発明の第2の実施例の構成
を図2に示す。なお、同図において先の図1と同一の符
号は同一の部材を示す。
【0016】図2において、10はモータ、11は歯
車、12はビーム径調節手段である虹彩型絞りである。
この構成において、コントローラ8からモータ10に駆
動指令を与えると、歯車11によって回転運動が虹彩型
絞り12に伝達され、絞り部の開口面積が変化する。こ
のため駆動指令に応じて、射出光を遮断することなくレ
ーザー光のビーム径を連続的に可変とすることができ
る。
【0017】<実施例3>本発明の第3の実施例の構成
を図3に示す。本実施例は上記レーザー干渉測長装置を
半導体製造用の露光装置のステージ装置に組み込んだも
のである。
【0018】100は光源、光学系、転写すべきパター
ンを持ったマスクなどを含む照明手段である。110は
レーザヘッド、111はビーム径調節機構であり、この
ビーム径調節機構は先の図1に示すようなズーム式ビー
ムエキスパンダ、あるいは図2に示すような虹彩型絞り
である。112はディテクタ、113は干渉計である。
114はレーザー光を反射する反射鏡で、ウエハ115
を搭載するウエハチャック116とともに移動ステージ
117上に載置されている。この移動ステージ117
は、微動アクチュエータ118により垂直方向(鉛直方
向)及び垂直軸(Z軸)回りに微小移動可能になってお
り、さらにXYステージ119により水平方向に移動可
能となっている。コントローラ120はビーム径調節機
構111とともにアクチュエータ118、XYステージ
119を駆動する。また照明手段100によってウエハ
115にパターンを露光転写する。
【0019】図4は、図3の構成の平面図である。図
中、121はビームスプリッタ、122は折り曲げミラ
ーである。干渉計113とディテクタ112は移動ステ
ージ117のZ軸回りの回転量を計測可能なようにX方
向に2組配置されている。
【0020】レーザーチューブ110から射出したレー
ザー光は、ズーム式ビームエキスパンダ111を通過し
た後、干渉計113で分岐され、分枝した一方の光束は
反射鏡114で反射後、ディテクタ112に入射する。
また、干渉計113で分枝した他方の光束は直接ディテ
クタ112に入射する。ディテクタ112においては両
者の光束によって干渉光を形成し、干渉光の明暗に応じ
て変化するディテクタ112の出力信号から、移動ステ
ージ117の水平方向における位置を計測することがで
きる。
【0021】いま、ウエハ115の回転方向の位置合わ
せのためにZ軸回りに角度θだけ回転させると、反射鏡
114で反射したレーザー光は角度2θだけ偏向するた
め、反射鏡114を経てディテクタ112に達する光束
のみが位置変動する。一方、反射鏡114を経ないでデ
ィテクタ112に達した光束は位置変動しない。よって
ディテクタ112上での両者の光束の重なりがずれて干
渉領域が狭くなり、回転角度を大きくすると干渉領域が
なくなり、計測が不可能になってしまう。これに対処し
て許容回転角度を大きくするため、ステージ位置計測時
には、ビーム径調節機構111にてレーザー光のビーム
径を大きく設定する。例えば、レーザー光のビーム径D
mmとして、干渉光の重なりの必要領域amm、反射鏡
114と干渉計113との距離Lmmとして、以下の式
から許容回転角度θを計算することができる。
【0022】 θ=1/2 × tan-1((D/2−a)/L)
【0023】また、移動ステージ117の鉛直方向の移
動量は、ウエハの平面度とXYステージ119の上下動
により決定されるが、通常数10μm以下である。この
ため、反射鏡114はレーザー光の当たる範囲に上下方
向の移動量数10μmを見込んだ範囲で反射面が形成さ
れていれば良い。
【0024】また、ウエハチャック116に対してウエ
ハ115を交換する場合には、ウエハ受け渡しのために
微動アクチュエータ118によってウエハチャック11
6を下方に駆動させるが、この場合にはウエハθ回転は
発生しない。そこで、ウエハ交換時には、コントローラ
120にてビーム径調節機構111に指令を与え、レー
ザー光のビーム径を上記θ回転のときよりも小さく設定
する。例えば、レーザー光のビーム径を2mmとする
と、ウエハの交換時に移動ステージを3.5mm上下さ
せてもレーザー光が反射鏡から外れることは無い。この
ため、ウエハの位置合わせ時には回転計測範囲を大きく
とれ、且つ反射鏡114をコンパクトにすることができ
る。以上のように本実施例によれば、高精度化、高速
化、小型化を高いレベルでバランスさせることができ
る。
【0025】<実施例4>本発明の第4の実施例の構成
を図5に示す。本実施例は先の図3の構成に対して、更
に反射鏡の平面度を測定して補正する機構を付加したこ
とを特徴とする。なお、先の図3、図4と同一の符号は
同一の部材を表す。
【0026】本実施例では、移動ステージのピッチング
とローリング及びチルト駆動量を計測するために、干渉
計113とディテクタ112を鉛直方向に平行に二組配
置している。なお図5ではX軸の測長系のみ図示してい
るが、同様のものがY軸の測長系にも配置されている。
【0027】この構成において、コントローラ120は
ビーム径調節機構111にビーム径を小さくする指令を
与え、移動ステージの鉛直方向の上下位置は位置合わせ
及び露光時と同一としておく。そして、X方向のステー
ジの制御を停止させた状態でY方向に移動ステージを駆
動し、Y方向に移動している間のY軸の各位置ごとのX
軸干渉計と回転量検出干渉計の位置を計測する。これに
より、Y軸の各位置ごとの反射鏡の平面度とXYステー
ジの姿勢精度が合成された第1のデータテーブルを得
る。次に、移動ステージをX軸の計測の干渉計とY軸回
りの回転量の計測の干渉計の間隔分だけ移動させる。そ
の後に再びX方向の制御を停止させた状態でY方向にス
テージを駆動して、Yステージが移動している間のY軸
の各位置ごとのX軸干渉計と回転量検出干渉計の位置を
計測し、第2のデータテーブルを得る。
【0028】ここで上記第1および第2のデータテーブ
ル差分を算出すると、ステージの姿勢精度成分が除去さ
れた、X軸干渉計で計測する反射鏡の平面度と、回転量
検出干渉計で計測する反射鏡の平面度の差分を求めるこ
とができる。同様の計測をY軸側についても行う。これ
らの差分データをコントロー他120のメモリに記憶さ
せておき、XYステージの座標位置に応じて回転量計測
干渉計の測定値に補正を加えることで、極めて高精度な
ステージ位置測定ひいてはステージ位置決めが可能とな
る。
【0029】
【発明の効果】請求項1乃至3記載の発明によれば、高
精度な計測と調整の容易化を両立した優れたレーザ計測
装置を提供することができる。また、請求項4乃至7記
載の発明によれば、ステージ位置を広範囲で高精度に測
定することができ、ひいては高精度な位置決めが可能な
優れたステージ装置を提供することができる。また、請
求項8記載の発明のよれば、高精度な露光転写が可能な
露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の構成図である。
【図2】第2の実施例の構成図である。
【図3】第3の実施例であるステージ装置の構成図であ
る。
【図4】図3の装置の平面図である。
【図5】第4の実施例である反射鏡平面度補正のための
機構を有するステージ装置の構成図である。
【図6】従来例の構成図である。
【符号の説明】
1 レーザーチューブ 2 凸レンズ 3 凹レンズ 4 凸レンズ 5 送りねじ 6 駆動アーム 7 モータ 8 コントローラ 9 レーザー電源 10 モータ 11 歯車 12 虹彩型絞り 100 照明手段 110 レーザヘッド 111 ビーム径調節機構 112 ディテクタ 113 干渉計 114 反射鏡 115 ウエハ 116 ウエハチャック 117 移動ステージ 118 微動アクチュエータ 119 XYステージ 120 コントローラ 121 ビームスプリッタ 122 折り曲げミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B23Q 3/00

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザー光を出力する光源と、レーザー
    光を遮断することなくビーム径を可変にする調節機構を
    有することを特徴とするレーザー計測装置。
  2. 【請求項2】 調節機構が、光路中に設けたズーム式ビ
    ームエクスパンダーを有することを特徴とする請求項1
    記載のレーザー計測装置。
  3. 【請求項3】 調節機構が、光路中に設けた虹彩型絞り
    を有することを特徴とする請求項1記載のレーザー計測
    装置。
  4. 【請求項4】 移動ステージを、請求項1乃至3のいず
    れか記載のレーザ計測装置で位置計測することを特徴と
    するステージ装置。
  5. 【請求項5】 移動ステージの駆動状況に応じて、レー
    ザー光のビーム径を変化させることを特徴とする請求項
    4記載のステージ装置。
  6. 【請求項6】 移動ステージを回転移動させる際には、
    レーザー光のビーム径を拡げることを特徴とする請求項
    5記載のステージ装置。
  7. 【請求項7】 移動ステージを上下方向に移動させる際
    には、レーザー光のビーム径を狭めることを特徴とする
    請求項5又は6記載のステージ装置。
  8. 【請求項8】 請求項4乃至7のいずれか記載のステー
    ジ装置を有することを特徴とする露光装置。
JP10237795A 1995-04-26 1995-04-26 レーザー計測装置及びこれを有するステージ装置や露光装置 Withdrawn JPH08297010A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015503754A (ja) * 2012-01-11 2015-02-02 コー・ヤング・テクノロジー・インコーポレーテッド 非対称偏光を用いた干渉計及びそれを用いた光学装置
EP3557229A1 (en) * 2018-04-16 2019-10-23 Yokogawa Electric Corporation Gas analyzer

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