JPH10281720A - ステージ装置およびそれを用いた波面収差測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測長干渉計を使用するステージ装置におい
て、アッベ誤差に代表される測長誤差が解消できる低コ
ストで、位置決め精度の高いステージ装置を提供する。 【解決手段】 移動ステージ１において、測長干渉計２
および３を移動ステージ１上に設置し、測長干渉計２お
よび３からの射出光を反射させる平面鏡５および７を移
動ステージ外の固定部４および６にそれぞれ設置固定し
たステージ装置を構成する。そのステージ装置を用いて
フィゾー面１０５の曲率中心位置、反射球面１２２の曲
率中心位置を測定対象点とし、それらの測定対象点の空
間座標を測定するテージ装置１１２および１２６を構成
した波面収差測定装置により被検レンズ１２１の収差測
定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次元または三次
元の座標を測定するステージ装置に関し、更には、この
ステージ装置を用いて投影露光装置の露光用投影レンズ
等の波面収差を測定する波面収差測定装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来より、高い精度で位置決めを行うＸＹ
ステージ装置等では、位置決め制御用の計測センサーと
して、測長干渉計が使われている。その理由は、測長干
渉計が周波数が安定している光の波長を測長の基準とし
ているので、一波長（例えば、６３２ｎｍ）以下の干渉
縞（位置）のずれが容易に測定でき、再現性がすぐれて
いること、長い測定範囲にわたって絶対精度が高いこと
からである。この測長干渉計を備えたステージ装置は、
サブミクロンの位置決め精度が要求される半導体素子製
造用の露光装置、マスク検査装置、波面収差測定装置等
の移動ステージ装置に多く用いられる。

【０００３】図２は従来の測長干渉計を備えたＸＹステ
ージ装置の制御系を示すブロック図である。図２に示す
ＸＹステージ装置は、被加工物（例えばウエハ）８を載
置したＸＹステージ１５、移動鏡９および１０、測長干
渉計１１および１２、Ｘ,Ｙ駆動モータ３３および３
５、電気信号処理系１３、制御装置１４より構成されて
いる。

【０００４】図３は図２に示したＸＹステージ装置の概
略的な構成を示す斜視図である。測長干渉計は図示せず
に、測長干渉計から射出される測長用の射出光ＢＸ、Ｂ
Ｙを点線で示しておく。Ｙステージ３１はＹモータ３５
とともにベース３０上に載置され、その内部に固定され
たナット（不図示）と係合した送りねじ３６をＹモータ
３５により回転させることでＹ方向に移動可能となって
いる。被加工物８を載置したＸステージ３２はＸモータ
３３とともにＹステージ３１上に設けられ、同様にＸモ
ータ３３により送りねじ３４を回転させることでＸ方向
に移動する。

【０００５】Ｘステージ３２の端部には、ＸおよびＹ測
長干渉計からの測長用射出光ＢX 、ＢYを反射する平面
鏡（移動鏡）９および１０が互いに直交して固定されて
いる。ＸおよびＹそれぞれの測長干渉計からの位置情報
に基づいて、ＸおよびＹそれぞれのモータを駆動するこ
とによって被加工物を所定の位置へ移動することが可能
となる。

【０００６】このように従来、ステージ制御のための測
長干渉計は、 ＸＹステージ装置の固定部に設置され、
移動鏡がステージ上の端部に配置されているのが一般的
である。また、ＸＹステージにＺステージを付加するこ
とにより三次元の空間座標が計測されている。尚、本明
細書中では、測長干渉計は前記平面鏡（本項では、移動
鏡）を含まないものとする。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の技術においては、ある測定対象点の座標の
位置決めを高精度に行う場合、測長干渉計はステージ外
の固定部に設置され、移動鏡がステージ上に設置固定さ
れているので、ステージの移動につれて前記測長干渉計
からの射出光（計測ビーム）が測定対象点に対して移動
鏡上の測定位置がずれてしまう、即ちアッベ誤差が生ず
る。

【０００８】例えば、図４に示すように、Ｘ座標の測定
において、Ｘステージが距離Ｌだけ紙面右方向へ移動し
たとき、本来変わるべきではないＹ方向の座標ｄがｄ′
と変化する。その変化量はＬｔａｎθで表され、アッベ
誤差と呼ばれる。アッベ誤差を小さくするためには、θ
を小さくする、つまりＸステージの走り精度（真直度）
を良くするか、または、Ｌを小さくする、つまり移動距
離を小さくしなければならない。しかし、θを小さくし
たり、 Ｌを小さくしたりするのにも限界があると言う
問題点があった。

【０００９】本発明では、上記問題点を解決するため
に、真直度および移動距離に左右されないステージ装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的のために本発明
は、測長干渉計を移動ステージ上に設置し、前記測長干
渉計からの射出光を反射させる反射部材を前記移動ステ
ージ外の固定部に設置固定し、二次元または三次元移動
方向の位置決め制御を行うステージ装置を提供する。

【００１１】また、本発明では、フィゾーレンズと、反
射球面鏡と、前記フィゾーレンズを載せた第一移動ステ
ージと、前記反射球面鏡を載せた第二移動ステージとを
有するフィゾー型干渉計を使用する波面収差測定装置に
おいて、前記フィゾーレンズの曲率中心位置と前記反射
球面鏡の曲率中心位置とを測定対象点とし、前記第一お
よび第二移動ステージ上にそれぞれ測長干渉計を設置
し、前記測長干渉計からの射出光を反射させる反射部材
を前記第一および第二移動移動ステージ外の固定部にそ
れぞれ設置固定し、二次元または三次元移動方向の位置
決め制御を行うステージ装置を提供する。

【００１２】更に、本発明では、補助レンズおよび参照
鏡と、反射球面鏡と、前記補助レンズおよび参照鏡を載
せた第一移動ステージと、前記反射球面鏡を載せた第二
移動ステージとを有するトワイマン・グリーン型干渉計
を使用する波面収差測定装置において、前記補助レンズ
の焦点位置と前記反射球面鏡の曲率中心位置とを測定対
象点とし、前記第一および第二移動ステージ上にそれぞ
れ測長干渉計を設置し、前記測長干渉計からの射出光を
反射させる反射部材を前記第一および第二移動ステージ
外の固定部にそれぞれ設置固定し、二次元または三次元
移動方向の位置決め制御を行うステージ装置を提供す
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明では、図１に示すように測
長干渉計２および３を移動ステージ１（以下では、Ｘス
テージのみについて説明する）上に測定対象点Ｏとほぼ
同一線上または距離を一定の状態で、かつ測長干渉計３
からの射出光をＸステージの走り方向と直交するように
調整設置し、測長干渉計３からの射出光を反射させる反
射部材７をＸステージ外の固定部６に設置固定したの
で、従来のようにＸステージが移動したとき、測定対象
点Ｏと測長干渉計３からの射出光とが一体で、ずれるこ
と無くほぼ同一線上にあるので、Ｘステージの移動距離
ＬおよびＸステージの真直度を左右する走り精度に比例
するアツベ誤差ＬｔａｎθがＹ方向に生じなくなる。

【００１４】しかしながらＸステージが移動するとき、
測長干渉計から出る射出光の傾きは、前記のように調整
された測長干渉計からの射出光の傾き角θにステージの
ヨーイングによる射出光の動揺角δが加えられたものと
なる。傾き角θと動揺角δとを足した角度をφとしたと
き、新たな誤差Ｓ（１−ｃｏｓφ）がＹ方向に生じる。
これら二つの誤差、即ち、従来のアツベ誤差Ｌｔａｎθ
と新たな誤差Ｓ（１−ｃｏｓφ）によるＹ方向の誤差を
比較した場合、ＬとＳおよびθとφは、ほぼ同程度の大
きさとみなされ、微小角θおよびφに対しては、（１−
ｃｏｓφ）はｔａｎθより極めて小さな値となるため、
新たな誤差Ｓ（１−ｃｏｓφ）は無視できる程度に小さ
くなる。即ちアツベ誤差Ｌｔａｎθが新たな誤差Ｓ（１
−ｃｏｓφ）に変換されるが、その誤差は皆無に等し
い。

【００１５】従って、 Ｘステージが移動したとき、従
来避けられなかったアッベ誤差によるＹ方向の誤差は解
消される。同様のことは、ＹステージおよびＺステージ
についても言えるので説明を省略する。図１は本発明を
説明するためのステージ装置の主要な構成を示す図であ
る。図１に示すステージ装置は、移動ステージ１、測長
干渉計２および３、反射部材５および７、固定部の一部
４および６より構成される。測定対象点Ｏは移動ステー
ジ１上に設定される。不図示の固定部に取り付けられた
移動ステージ上のＸステージ１には、測長干渉計２およ
び３の射出光の光軸が測定対象点Ｏで互いに直交するよ
うに載置されている。反射部材５および７は固定部４お
よび６に各々ＸＹステージの移動方向に沿って取り付け
られている。反射部材５および７は平面鏡またはコーナ
キューブまたはキャッツアイなどであってもよい（以下
では、平面鏡により説明する）。平面鏡５はＹ方向に、
平面鏡７はＸ方向に平行に測長干渉計２および３からの
射出光を反射するように取り付けられている。 測長干
渉計２および３は、反射光を受光することによって移動
ステージの位置を高精度に検出する構成とする。

【００１６】上記構成において、アッベの誤差がどのよ
うに解消されるかを説明する。Ｘステージ１の元の位置
を点線で示し、Ｘステージ１が紙面右方向へＬだけ移動
したときの位置を実線で示す。測長干渉計３と平面鏡７
との距離Ｓ、測長干渉計３からの射出光の傾き角φとの
間には、Ｘステージ１がＬだけ移動したときのＹ方向の
誤差、Ｓ′−Ｓ≒Ｓ（１−ｃｏｓφ）の関係がある。

【００１７】一方、図４に示す従来例において、Ｘステ
ージ１５が紙面右方向へＬだけ移動したとき、測長干渉
計１２から見た測定対象点Ｏの移動距離はＬとなり、Ｙ
方向の誤差、即ちアッベ誤差、ｄ′−ｄ＝Ｌｔａｎθで
ある。本発明による図１の構成では、Ｘステージ１がＬ
だけ移動したとき、Ｙ方向の誤差がＳ（１−ｃｏｓφ）
のみとなり、測長干渉計３から見た測定対象点Ｏの実質
の移動距離Ｌは０となるから、誤差成分Ｌｔａｎθが０
となり、従ってアッベ誤差が解消される。Ｙステージお
よびＺステージについても同様であることは言うまでも
ない。

【００１８】ここで、本発明の構成要素である測長干渉
計および平面鏡の一例を示す。図５は、測長干渉計およ
び平面鏡の構成の一例を示す図である。図５に示す測長
干渉計２５は、光源２０、光束分割部材（以下では、ビ
ームスプリッターと呼ぶ）２１、参照鏡２２、結像レン
ズ２３、検出器２４から構成されている。平面鏡２６
は、測長干渉計２５からの射出光を受光するように相対
している。光源２０から出た光束はビームスプリッター
２１で二分され、一方の光束は相対的に移動する平面鏡
２６に達し、反射後同一光路をもどり、その反射光と参
照鏡２２による反射光とが干渉し、結像レンズ２３を介
して２つの反射光の光路差から生じる干渉縞が検出器２
４により計測される。干渉縞のずれる数から光の波長を
基準に測長干渉計２５と平面鏡２６との相対位置が高精
度に測定できる。

【００１９】次に、図６を用いて第一の実施例を説明す
る。図６は、フィゾー型干渉計を使用し、投影露光装置
の露光用投影レンズの性能を評価する波面収差測定装置
の構成を模式的に示した図である。本実施例の波面収差
測定装置は、露光用投影レンズ等被検レンズの軸外の収
差、像面湾曲およびディストーション等を測定すること
を目的としている。尚、本発明は、特願平８−２１５３
９９号に開示された波面収差測定装置に適用することが
可能である。

【００２０】図６の実施例において、レーザ光源１０１
からのレーザ光はビームスプリッター１０２を透過した
後、ビームエキスパンダー１０３によつて所定のビーム
幅に広げられ、反射鏡１０４を経てフィゾーレンズ１０
６に入射する。このフィゾーレンズ１０６の射出側のレ
ンズ面は、所定の曲率の球面で構成されたフィゾー面１
０５であり、このフィゾー面１０５に達するレーザ光の
一部が反射されて参照光１０７となり、残りのレーザ光
（以下、計測光と呼ぶ）は、このフィゾー面１０５を透
過する。

【００２１】フィゾー面１０５を透過した計測光は、フ
ィゾー面１０５の曲率中心位置で集光した後、発散光と
なって被検レンズ１２１に入射する。この被検レンズ１
２１から出射した計測光は、収斂光束となり一度集光
し、その後に発散光束の状態で反射球面１２２に達す
る。この反射球面１２２の曲率中心は、被検レンズ１２
１から射出する収斂光束の集光点に位置しているので、
反射球面１２２にて反射された計測光は、再びこの集光
点で集光し、発散光束となって被検レンズ１２１に達す
る。そして、被検レンズ１２１から射出する計測光は、
フィゾー面１０５の曲率中心にて収束し、フィゾー面１
０５に達する。ここで、被検レンズ１２１が収差を有し
ていれば、この被検レンズ１２１を通過する計測光に付
随する波面の形状が変化する。従って、被検レンズ１２
１を介した計測光がフィーゾ面に達すると、波面形状が
変化した計測光と、フィゾー面１０５にて反射した参照
光との間で干渉状態に変化を生じる。そして、この干渉
状態に変化の生じたレーザ光はビームスプリッター１０
２で反射され、結像レンズ１２７を介して検出器１０９
に達する。検出器１０９上には被検レンズ１２１が有す
る波面収差に対応する変化した干渉縞が形成され、処理
装置１１０を介して干渉縞の変化量から諸収差が算出さ
れる。

【００２２】第一移動ステージ１１２には、フィゾーレ
ンズ１０６と、ビームスプリッター１０２と、ビームエ
キスパンダー１０３と、反射鏡１０４と、結像レンズ１
２７と、検出器１０９とで構成された波面干渉計部１０
８が載置され、フィゾー面１０５の曲率中心を測定対象
点１１１として、 また、第二移動ステージ１２６に
は、反射球面鏡１２３と反射球面鏡１２３を保持する反
射球面鏡部１２４とが載置され、反射球面１２２の曲率
中心を測定対象点１２５として、各々の空間座標計測を
高精度に行う。

【００２３】例えば、被検レンズ１２１のディストーシ
ョン（歪）を測定する場合、被検レンズ１２１の光軸１
２０からフィゾー面１０５の曲率中心がxだけ離れた位
置に対する被検レンズ１２１の射出光の収斂位置、即ち
反射球面１２２の曲率中心の光軸１２０からの位置ｘを
計測すれば、ｘとｘの光線追跡による理論値との偏差か
ら被検レンズ１２１のｘに対するディストーションのＸ
成分を知ることができ、同様にＸＹ平面内の任意の測定
点に対してディストーションを知ることができる。また
Ｚ方向の偏差を計測すれば被検レンズ１２１の像面湾曲
を知ることが出きる。

【００２４】次に、図７を用いて第二の実施例を説明す
る。図７は、トワイマン・グリーン型干渉計を使用し、
投影露光装置の露光用投影レンズの性能を評価する波面
収差測定装置の構成を模式的に示した図である。本実施
例の波面収差測定装置は、露光用投影レンズ等被検レン
ズの軸外の収差、像面湾曲およびディストーション等を
測定することを目的としている。

【００２５】図７に示す実施例において、レーザ光源２
０１からのレーザ光は、ビームエキスパンダー２０２に
よって所定のビーム幅に広げられた後、ビームスプリッ
ター２０３に入射する。レーザ光の一部はビームスプリ
ッター２０３を透過し、参照鏡２０５の参照面２０４に
達し参照光となる。残りのレーザ光はビームスプリッタ
ー２０３で反射され計測光となり、補助レンズ２０６を
透過し、補助レンズ２０６の焦点に一度集光した後、発
散光となって被検レンズ２１２に入射する。この被検レ
ンズ２１２から出射した計測光は、収斂光束となり一度
集光し、その後に発散光束の状態で反射球面２１３に達
する。この反射球面２１３の曲率中心は、被検レンズ２
１２から射出する収斂光束の集光点に位置しているの
で、反射球面２１３にて反射された計測光は、再びこの
集光点で集光し、発散光束となって被検レンズ２１２に
達する。そして、被検レンズ２１２から射出する計測光
は、補助レンズ２０６の焦点位置に収束し、補助レンズ
２０６に達する。

【００２６】ここで、被検レンズ２１２が収差を有して
いれば、この被検レンズ２１２を通過する計測光に付随
する波面の形状が変化する。そして、被検レンズ２１２
を介した計測光が補助レンズ２０６に達しビームスプリ
ッター２０３を透過すると、波面形状が変化した計測光
と、ビームスプリッター２０３にて反射された参照光と
の間で干渉状態に変化を生じる。そして、この干渉状態
に変化の生じたレーザ光は結像レンズ２０９を介して検
出器２１０に達する。検出器２１０上には被検レンズ２
１２が有する波面収差に対応する変化した干渉縞が形成
され、干渉縞の変化量から諸収差が算出される。

【００２７】第一移動ステージ２０８には、補助レンズ
２０６と、参照鏡２０５と、ビームエキスパンダー２０
２と、ビームスプリッター２０３と、結像レンズ２０９
と、検出器２１０とで構成された波面干渉計部２１１が
載置され、補助レンズ２０６の焦点位置を測定対象点２
０７として、 また、第二移動ステージ２１７には、反
射球面鏡２１４と反射球面鏡２１４を保持する反射球面
鏡部２１５とが載置され、反射球面２１３の曲率中心を
測定対象点２１６として、各々の空間座標計測を高精度
に行う。

【００２８】また、本発明によるステージ装置のステー
ジの移動距離が大きくなる場合、座標位置の測定精度を
高めるために、移動ステージの真直度誤差をより小さく
することでステージの精度向上を図ることもできる。さ
らに、予めステージの真直度誤差を測定し、ステージの
移動位置に応じて真直度を補正する方法を取ることもで
きる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、 真直度
および移動距離に左右されないステージ装置を提供でき
るので、コストの低減に寄与する。また、より高精度の
測長が可能になるので、測長干渉計を使用するステージ
装置を用いた波面収差測定装置に適用することにより、
被検レンズ、特に投影露光装置の露光用投影レンズの諸
収差を微細かつ高精度に計測することができ、より高解
像度の露光用投影レンズの製造が可能となる。このこと
は高集積度の半導体素子の製造および液晶表示素子等の
製造に貢献することが多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明を説明するためのステージ装置
の主要な構成を示す図である。

【図２】図２は、従来の測長干渉計を備えたＸＹステー
ジ装置の制御系を示すブロック図である。

【図３】図３は、図２に示したＸＹステージ装置の概略
的な構成を示す斜視図である。

【図４】図４は、従来のＸＹステージ装置に生じるアッ
ベ誤差を説明する図である。

【図５】図５は、測長干渉計の構成を示す図である。

【図６】図６は、本発明を適用した第一の実施例を示す
図である。

【図７】図７は、本発明を適用した第二の実施例を示す
図である。

【符号の説明】

１・・・移動ステージ ２、３・・・測長干渉計 ５、７・・・平面鏡 ４、６・・・固定部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測長干渉計を移動ステージ上に設置し、
   前記測長干渉計からの射出光を反射させる反射部材を前
   記移動ステージ外の固定部に設置固定し、二次元または
   三次元移動方向の位置決め制御を行うことを特徴とする
   ステージ装置。
2. 【請求項２】 前記測長干渉計は、光源と、該光源から
   射出された光束を二方向へ分割する光束分割部材と、該
   光束分割部材から一方向の光束を反射する参照鏡とを有
   することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 【請求項３】 フィゾーレンズと、反射球面鏡と、前記
   フィゾーレンズを載せた第一移動ステージと、前記反射
   球面鏡を載せた第二移動ステージとを有するフィゾー型
   干渉計を使用する波面収差測定装置において、前記フィ
   ゾーレンズの曲率中心位置と前記反射球面鏡の曲率中心
   位置とを測定対象点とし、前記第一および第二移動ステ
   ージ上にそれぞれ測長干渉計を設置し、前記測長干渉計
   からの射出光を反射させる反射部材を前記第一および第
   二移動移動ステージ外の固定部にそれぞれ設置固定し、
   二次元または三次元移動方向の位置決め制御を行うステ
   ージ装置を用いることを特徴とする波面収差測定装置。
4. 【請求項４】 前記測長干渉計は、光源と、該光源から
   射出された光束を二方向へ分割する光束分割部材と、該
   光束分割部材から一方向の光束を反射する参照鏡とを有
   することを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
5. 【請求項５】 補助レンズおよび参照鏡と、反射球面鏡
   と、前記補助レンズおよび参照鏡を載せた第一移動ステ
   ージと、前記反射球面鏡を載せた第二移動ステージとを
   有するトワイマン・グリーン型干渉計を使用する波面収
   差測定装置において、前記補助レンズの焦点位置と前記
   反射球面鏡の曲率中心位置とを測定対象点とし、前記第
   一および第二移動ステージ上にそれぞれ測長干渉計を設
   置し、前記測長干渉計からの射出光を反射させる反射部
   材を前記第一および第二移動ステージ外の固定部にそれ
   ぞれ設置固定し、二次元または三次元移動方向の位置決
   め制御を行うステージ装置を用いることを特徴とする波
   面収差測定装置。
6. 【請求項６】 前記測長干渉計は、光源と、該光源から
   射出された光束を二方向へ分割する光束分割部材と、該
   光束分割部材から一方向の光束を反射する参照鏡とを有
   することを特徴とする請求項５に記載のステージ装置。