(57)【要約】【課題】  干渉計と波長補償器の出力をデジタル信号に変換するときの量子化誤差に起因する計測誤差を低減した位置計測装置を提供することを目的とする。【解決手段】  移動体の位置を計測する干渉計と、前記干渉計の計測光の光路における気体の状態に起因する前記計測光の波長変動を補償する波長補償器と、前記干渉計と前記波長補償器の出力に応じた位置計測値を出力する制御器と、を備える位置計測装置であって、前記制御器は前記干渉計および前記波長補償器の出力をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器を含み、前記波長補償器の出力をデジタル信号に変換するときの分解能が、前記干渉計の出力をデジタル信号に変換するときの分解能よりも高い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の位置を計測する干渉計と、前記干渉計の計測光の光路における気体の状態に起因する前記計測光の波長変動を補償する波長補償器と、前記干渉計と前記波長補償器の出力に応じた位置計測値を出力する制御器と、を備える位置計測装置であって、
前記制御器は前記干渉計および前記波長補償器の出力をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器を含み、
前記波長補償器の出力をデジタル信号に変換するときの分解能が、前記干渉計の出力をデジタル信号に変換するときの分解能よりも高いことを特徴とする位置計測装置。
【請求項２】
前記干渉計の出力をデジタル信号にするときの分解能を示す値をＲ１、前記波長補償器の出力をデジタル信号にするときの分解能を示す値をＲ２、前記移動体と前記干渉計との間の光路の長さの最大値をＬ１ｍａｘ、前記波長補償器の光路の長さをＬｗとしたときに、
Ｒ２／Ｒ１  ＜  Ｌｗ／Ｌ１ｍａｘ
の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の位置計測装置。
【請求項３】
前記移動体の複数方向における位置をそれぞれ計測する複数の干渉計を備え、
前記複数方向のうち前記移動体が最も大きく移動する方向における前記移動体と前記干渉計との間の光路の長さの最大値をＬ１ｍａｘとすることを特徴とする請求項２に記載の位置計測装置。
【請求項４】
前記移動体の複数方向における位置をそれぞれ計測する複数の干渉計を備え、
前記複数方向のそれぞれに分解能、及び前記移動体と前記干渉計との間の光路の長さの最大値が設定されており、各方向で前記条件式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の位置計測装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置計測装置と、基板または原版を搭載して移動する移動体とを備え、前記位置計測装置を用いて前記移動体の位置を計測することを特徴とする露光装置。
【請求項６】
請求項５に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
露光された基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光の干渉を利用して移動体の位置を計測する干渉計は、露光装置など様々な分野で利用されている。このような干渉計を利用した位置計測装置では、レーザー光の光路における気体の屈折率変動が波長変動を引き起こすため、波長変動を補償する波長補償器を備える（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１において、レーザヘッドから照射されるレーザー光はビームスプリッタで分割され、一部は干渉計へ導かれ、一部は波長補償器へ導かれる。干渉計に導かれたレーザー光は、移動体の位置を計測するために利用され、波長補償器に導かれたレーザー光は、干渉計と移動体との間の光路における気体の屈折率変動によって生じるレーザー光の波長変動を補償するために利用される。
【０００４】
波長補償器は、干渉計と移動体との間の光路と同等の環境である光路と、真空にされた光路の２つの異なる光路を備え、これらの光路の長さは等しい。これらの光路に同時に２つのレーザー光を導光させ、両者の干渉光を検出することによって、干渉計と移動体との間の光路におけるレーザー光の波長変動を検出する。そして、干渉計と波長補償器のそれぞれの出力にもとづいて波長変動を補償して移動体の位置が計測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特登録３２１９３４９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の位置計測装置において、干渉計の出力値をＤ、波長補償器の出力値をＤｗ、干渉計と移動体との間の光路の長さをＬ、波長補償器におけるレーザー光の光路の長さをＬｗとすると、補償された計測値Ｃは以下の式で表される。
Ｃ＝Ｄ−（Ｌ／Ｌｗ）Ｄｗ
ここで、出力値Ｄ、Ｄｗはアナログ／デジタル変換器を介してデジタル信号に変換されているため、量子化誤差を含んでいる。また、光路の長さＬｗは一定であり、補償精度を向上させるために短く設定されるのに対して、光路の長さＬは移動体の位置によって変化し、長くなってしまう。このため、出力値Ｄｗの量子化誤差が（Ｌ／Ｌｗ）倍されることによって、計測値Ｃに大きな影響を与えてしまうという問題があった。
【０００７】
量子化誤差をデジタルフィルタで低減する方法もあるが、移動体の位置制御は高い応答性が要求されることが多く、位相遅れが問題となってしまう。
【０００８】
また、量子化誤差を抑えるようにすべてのアナログ／デジタル変換器の分解能を高くすると、コストが高くなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、干渉計と波長補償器の出力をデジタル信号に変換するときの量子化誤差に起因する計測誤差を低減した位置計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的のために、本願発明は、移動体の位置を計測する干渉計と、前記干渉計の計測光の光路における気体の状態に起因する前記計測光の波長変動を補償する波長補償器と、前記干渉計と前記波長補償器の出力に応じた位置計測値を出力する制御器と、を備える位置計測装置であって、前記制御器は前記干渉計および前記波長補償器の出力をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器を含み、前記波長補償器の出力をデジタル信号に変換するときの分解能が、前記干渉計の出力をデジタル信号に変換するときの分解能よりも高いことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、干渉計と波長補償器の出力をデジタル信号に変換するときの量子化誤差に起因する計測誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の位置計測装置を示す図
【図２】波長補償器を示す図
【図３】制御部を示す図
【図４】効果を示す図
【図５】実施例２の位置計測装置を示す図
【図６】実施例３の制御部を示す図
【図７】露光装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施例１）
図１は、移動体１の位置を計測する位置計測装置を示す図である。位置計測装置１０は、干渉計２と、波長補償器３と、制御部４とを備え、干渉計２と波長補償器３の出力は制御部４に送信され、制御部４の出力（位置計測値）は駆動制御部８に送信される。
【００１４】
レーザーヘッド５から照射されるレーザー光はビームスプリッタ−６により分割され、一部は干渉計２に導かれ、一部は波長補償器３に導かれる。干渉計２に導かれたレーザー光は、干渉計２の内部に配置されたビームスプリッタ−（不図示）によって計測光と参照光に分けられる。計測光は、移動体１に搭載されたミラー７へ照射される。そして、干渉計２は、ミラー７から反射された計測光と参照光とを干渉させる。
【００１５】
図２は、波長補償器３を示す図である。波長補償器３は、干渉計２の計測光の光路における気体の状態に起因する計測光の波長変動を補償するために用いられる。波長補償器３は、干渉計１１と、長さの等しい２つの光路を備える。２つの光路のうち一方（以下、光路Ａとする）は干渉計２と移動体１との間の光路と同等の環境にされており、他方（以下、光路Ｂとする）は真空にされている。本実施例では、対向して配置されたフランジ１２ａ、１２ｂと、２つのフランジ１２ａ，１２ｂの間に配置され、フランジ１２ａ，１２ｂとともに密閉空間を形成する隔壁１３とを用いて２つの光路を形成している。フランジ１２ａ、１２ｂと隔壁１３とで囲まれた光路Ｂを真空にするための真空形成手段として、例えば真空ポンプ（不図示）が使用される。
【００１６】
波長補償器３に導かれたレーザー光は、波長補償器３が有する干渉計１１に導かれる。干渉計１１の内部に配置されたビームスプリッター（不図示）によって計測光と参照光に分けられ、前者は光路Ａに導かれ、後者は光路Ｂに導かれる。すなわち、計測光は透明なフランジ１２ｂを透過して、光路Ａを経て、フランジ１２ａの表面に設けられたミラー１４によって反射されて、再び光路Ａを経て、干渉計１１に導かれる。そして、参照光は透明なフランジ１２ｂを透過して、光路Ｂを経て、フランジ１２ａの表面に設けられたミラー１４によって反射されて、再び光路Ｂを経て、干渉計１１に導かれる。なお、本実施例では干渉計１１はダブルパス方式であるため、光路Ａを通る計測光、光路Ｂを通る参照光は往路と復路でずれている。そして、干渉計１１は戻された計測光と参照光とを干渉させる。
【００１７】
図３は、制御部４を示す図である。制御部４は、干渉計２、１１で干渉された干渉光を検出し、その強度を電気信号（干渉信号）に変換する光検出器２１と、増幅器（不図示）と、アナログ／デジタル変換器２２と、干渉信号に応じて値をカウントするカウンタ２３と、演算器２４とを備える。光検出器２１は、例えばフォトダイオードを含む。カウンタ２３は、カウントされた干渉計２の出力値Ｄと、干渉計１１（波長補償器）の出力値Ｄｗを演算器２４に送信する。演算器２４は、干渉計２と移動体との間の光路の長さをＬ、波長補償器におけるレーザー光の光路（光路ＡまたはＢ）の長さをＬｗとしたときに、以下の式にもとづいて計測値Ｃを算出する。
Ｃ＝Ｄ−（Ｌ／Ｌｗ）Ｄｗ      ・・・（１）
そして、制御部４の出力は、移動体を駆動するための駆動制御部８に送信され、駆動制御部８からの信号はアンプを介して移動体を駆動する駆動装置に入力される。駆動装置として、例えば、リニアモータが使用される。
【００１８】
ここで、出力値Ｄ、Ｄｗはアナログ／デジタル変換器を介してデジタル信号に変換されているため、量子化誤差を含んでいる。また、光路の長さＬｗは一定であり、補償精度を向上させるために短く設定されるのに対して、光路の長さＬは移動体の位置によって変化し、長くなってしまう。このため、出力値Ｄｗの量子化誤差が（Ｌ／Ｌｗ）倍されることによって、計測値Ｃに大きな影響を与えてしまう。
【００１９】
そこで、本発明では干渉計２の出力値Ｄ、波長補償器３の出力値Ｄｗの分解能を示す値をＲ１、Ｒ２としたときに、以下の関係になるように制御器４を設定している。
Ｒ１＞Ｒ２      ・・・（２）
本発明において、波長補償器の出力値Ｄｗの分解能を高く（つまり、Ｒ２の値を小さく）することは、以下のような技術的意義を有する。
【００２０】
位置決め装置では、干渉計２の分解能を高く（Ｒ１の値を小さくする）すると、制御部４のカウンタ２３、応答性を低下させないために、演算器２４はより速く処理しなければならない。例えば、干渉信号の量子化ビット数を１２ｂｉｔから１６ｂｉｔに変えると分解能を示す値は１／２４となるが、このときにカウンタ２３は２４倍の速さでカウントする必要がある。また、移動体が高速に移動するときにはより速い処理が要求される。しかしながら、カウンタ２３や演算器２４の性能には制限があるため、干渉計２の分解能を高くすることは制限される。それに対して、波長補償器３は一定の長さを計測しているため、このような制限を受けにくい。すなわち、本発明では波長補償器３の分解能を高くしているので、演算器の処理能力の影響を大きく受けずに量子化誤差を低減することが可能となる。
【００２１】
また、出力値Ｄｗの量子化誤差が（Ｌ／Ｌｗ）倍されるため計測値に対する影響が大きいが、本発明はこの影響が大きいＤｗの量子化誤差を低減することによって効果的に計測誤差を低減するようにしている。
【００２２】
分解能を設定するに際して、移動体１と干渉計２との間の光路の長さが最大となるときを考慮することが好ましい。具体的には、最大となる光路の長さをＬｍａｘとしたときに、以下の式（条件式）を満たすように分解能を示す値Ｒ２を設定する。
Ｌｗ／Ｌｍａｘ  ≧  Ｒ２／Ｒ１      ・・・（３）
このように分解能を設定することによって、移動体がどの位置にいても波長補償器の出力の量子化誤差が計測値に与える誤差を低減することができる。
【００２３】
なお、干渉計２の出力をアナログ／デジタル変換器２１により高い分解能で量子化し、演算器２４で処理する際に低い分解能で処理するようにしてもよい。この場合でも、演算器の処理能力による制限を緩和することができる。
【００２４】
図４は、本発明の効果を示す図である。移動体１を静止した状態において、干渉計２の出力値Ｄと波長補償器３の出力値Ｄｗから計測値Ｃを（１）式にもとづいて算出した結果である。横軸は時間［ｍｓｅｃ］、縦軸は計測値［ｎｍ］である。移動体１は静止しているため、計測値の変動（静止位置を０としている）は主として波長変動によるものである。なお、移動体１を静止させた状態での移動体１と干渉計２との間の光路の長さは、波長補償器３の光路の長さよりも大きく設定している。波長補償器３の出力値の分解能を示す値Ｒ２を干渉計２の出力値の分解能を示す値Ｒ１と等しくしたものを破線で示し、値Ｒ２をＲ１／８としたものを実線で示している。図からわかるように、分解能を示す値Ｒ２を小さくすることにより計測値の変動が小さくなっている。
【００２５】
（実施例２）
図５は実施例２の位置計測装置を示す図であり、図６は実施例２の制御部を示す図である。本実施例は、１つの波長補償器に対して移動体の位置を計測する干渉計を複数設けた点で実施例１と異なる。以下、実施例１と同じ部分については説明を省略する。
【００２６】
移動体１に移動体のＸ方向の位置を計測するためのミラー３ａと、Ｙ方向の位置を計測するためのミラー３ｂが設けられる。干渉計２ａは移動体１のＸ方向の位置を計測し、干渉計２ｂは移動体１のＹ方向の位置を計測する。制御部９は、干渉計２ａ、２ｂ、１１で干渉された干渉光を検出し、その強度を電気信号（干渉信号）に変換する光検出器３１と、増幅器（不図示）と、アナログ／デジタル変換器３２と、干渉信号に応じて値をカウントするカウンタ３３と、演算器３４とを備える。
【００２７】
干渉計２ａの出力値Ｄｘおよび干渉計２ｂの出力値Ｄｙの分解能を示す値をＲ１、波長補償器３の出力値の分解能を示す値をＲ２とする。そして、干渉計２ａおよび干渉計２ｂと移動体との間の光路の長さの最大値をＬ１ｍａｘとしたときに、以下の式（条件式）を満たすように分解能Ｒ１、Ｒ２を設定する。
Ｌ２／Ｌ１ｍａｘ  ≧  Ｒ２／Ｒ１      ・・・（４）
すなわち、複数方向のうち移動体が最も大きく移動する方向における移動体１と干渉計との間の光路の長さの最大値をＬ１ｍａｘとしている。
【００２８】
なお、干渉計の数は２つに限られず、１つの波長補償器に対して位置を計測する干渉計を３つ以上設けてもよい。また、１つの波長補償器に対して移動体と干渉計を複数設けて、それぞれの干渉計で移動体の位置を計測してもよい。
【００２９】
（変形例）
上述の実施例２の構成において、干渉計２ａと干渉計２ｂの出力値の分解能を異なるようにすることも可能である。これは、移動方向に応じて最大速度が異なることを考慮したものであり、移動速度が高い方向では分解能を低くし、移動速度が低い方向では分解能を高くして処理能力の制限を緩和することが考えられる。このような場合には、干渉計２ａの出力値の分解能を示す値をＲ１ｘ、干渉計２ｂの出力値の分解能を示す値をＲ１ｙとしたときに以下の２つの式の両方を満たすように分解能を示す値Ｒ２を設定する。ここで、干渉計２ａと移動体との間の光路の長さの最大値をＬ１ｘｍａｘ、干渉計２ｂと移動体との間の光路の長さの最大値をＬ１ｙｍａｘとしている。
Ｌ２／Ｌ１ｘｍａｘ  ≧  Ｒ２／Ｒ１ｘ      ・・・（５）
Ｌ２／Ｌ１ｙｍａｘ  ≧  Ｒ２／Ｒ１ｙ      ・・・（６）
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００３０】
（露光装置の例）
以下、図７を参照して、本発明の位置計測装置が適用される例示的な露光装置を説明する。露光装置１００は、照明装置１０１、レチクル（原版）を搭載したレチクルステージ１０２、投影光学系１０３、ウエハ（基板）を搭載したウエハステージ１０５とを有する。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンをウエハに投影露光するものであり、ステップアンドリピート投影露光方式またはステップアンドスキャン投影露光方式であってもよい。
【００３１】
照明装置１０１は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。しかしながら、使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。
【００３２】
照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。
【００３３】
投影光学系１０３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子を少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。
【００３４】
レチクルステージ１０２およびウエハステージ１０５は、たとえばリニアモータによって移動可能である。ステップアンドスキャン投影露光方式の場合には、それぞれのステージは同期して移動する。また、レチクルのパターンをウエハ上に位置合わせするためにウエハステージおよびレチクルステージの少なくともいずれかに別途アクチュエータを備える。
【００３５】
実施例１および実施例２の位置計測装置は、ウエハステージ１０５またはレチクルステージ１０２の位置を計測するために好適に使用される。
【００３６】
このような露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイス製造に利用されうる。
【００３７】
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、上述の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。
【符号の説明】
【００３８】
１  移動体
２，２ａ，２ｂ  干渉計
３  波長補償器
４，９  制御部
１０  位置計測装置
２２，３２  アナログ／デジタル変換器
１００  露光装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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