(57)【要約】      （修正有）【課題】干渉計においてステージの回転による基準ビームと測定ビームのずれを最小限に抑える。【解決手段】第１の方向（Ｚ）に沿った変位を測定するための干渉計システム１００、１００Ａ、４００は、（１）第１の方向に沿って移動するステージ１０８に取り付けられた測定ルーフ状光学部品１０４、４０４（例えばポロプリズム）と、（２）（ａ）測定ルーフ状光学部品に対向する第１の面１０５および（ｂ）該第１の面の反対側の第２の面１０９を備えた偏光ビームスプリッタ１０３と、（３）測定ルーフ状光学部品と偏光ビームスプリッタの第１の面との間に配置された第１の波長板１０６、４０６と、（４）偏光ビームスプリッタの第１の面とは反対側に配置された方向転換光学部品１１０とを含む。システムを通る測定光路は、第１の方向および該第１の方向に対して垂直な第２の方向（ＹまたはＸ）によって画定される平面内に位置するセグメントのみで構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１（Ｚ）の方向に沿った変位を測定するためのシステム（１００、１００Ａ、４００）であって、
第１（Ｚ）の方向に沿って移動可能なステージ（１０８）に取り付けられた測定ルーフ状光学部品（１０４、４０４）と、
前記測定ルーフ状光学部品に対向する第１の面（１０５）および該第１の面の反対側の第２の面（１０９）を有する偏光ビームスプリッタ（１０３）と、
前記測定ルーフ状光学部品と前記偏光ビームスプリッタの第１の面との間に配置され、前記偏光ビームスプリッタの第１の面の少なくとも一部を遮るように拡がって延びる第１の波長板（１０６、４０６）と、
前記偏光ビームスプリッタの第２の面に対向して配置された方向転換光学部品（１１０）と、
からなり、システムを通る測定光路が、前記第１の方向および該第１の方向に対して垂直な第２（ＸまたはＹ）の方向によって画定される平面内に実質的に位置するセグメントのみからなる、システム。
【請求項２】
前記測定ルーフ状光学部品（１０４）は、前記第１の方向および前記第２の方向に対して垂直な第３の方向に沿って延びる頂点を有するポロプリズムであり、
前記測定光路において、測定ビーム（ｆＡ）が、前記偏光ビームスプリッタ（１０３）から前記第１の波長板（１０６）を通って前記測定ポロプリズム（１０４）へと進み、前記測定ポロプリズムで反射され、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタに戻され、前記偏光ビームスプリッタを通過して前記方向転換光学部品（１１０）へと進み、前記方向転換光学部品で反射され、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタに戻され、前記偏光ビームスプリッタおよび前記第１の波長板を通過して前記測定ポロプリズムへと進み、前記測定ポロプリズムで反射され、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタに戻され、前記偏光ビームスプリッタから検出器へと進む、請求項１に記載のシステム（１００、１００Ａ）。
【請求項３】
前記測定ルーフ状光学部品（４０４）は、前記第２の方向に延びる頂点を有するポロプリズムであり、
前記測定光路において、測定ビームが、前記偏光ビームスプリッタ（１０３）から前記第１の波長板（４０６）を通って前記測定ポロプリズム（４０４）の頂点へと進み、前記測定ポロプリズム（４０４）から実質的に該測定ポロプリズム自体へと反射され、さらに前記第１の波長板（４０６）へと反射され、前記第１の波長板（４０６）および前記偏光ビームスプリッタ（１０３）を通過して前記方向転換光学部品（１１０）へと進み、前記方向転換光学部品（１１０）で反射され、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に戻され、前記偏光ビームスプリッタ（１０３）および前記第１の波長板（４０６）を通過して前記測定ポロプリズム（４０４）の頂点へと進み、前記測定ポロプリズム（４０４）から実質的に該測定ポロプリズム自体へと反射され、さらに前記第１の波長板（４０６）へと反射され、前記第１の波長板（４０６）を通過して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）へと進み、前記偏光ビームスプリッタ（１０３）から検出器（１１２）へと進む、請求項１に記載のシステム（４００）。
【請求項４】
前記測定ポロプリズム（４０４）の非コーティング・ガラス反射面上に位相補正コーティング（４２０）をさらに含む、請求項３に記載のシステム（４００）。
【請求項５】
前記位相補正コーティングは、
前記非コーティング・ガラス反射面上に配置された二酸化珪素からなる、四分の一波長光学厚さが１．７５０４の第１の層と、
前記第１の層上に配置された二酸化チタンからなる、四分の一波長光学厚さが１．２７７１の第２の層と、
前記第２の層上に配置された二酸化珪素からなる、四分の一波長光学厚さが１．６７３１の第３の層と、
前記第３の層上に配置された二酸化チタンからなる、四分の一波長光学厚さが１．９９１８の第４の層と、
からなり、前記厚さがいずれも６３３ｎｍの設計波長における四分の一波長光学厚さである、請求項４に記載のシステム（４００）。
【請求項６】
前記偏光ビームスプリッタ（１０３）は第３の面（１１５）をさらに有し、
前記システムは、
前記第３の面に対向して配置された基準光学部品（１１４、１１４Ａ、４１４）と、
前記基準光学部品と前記偏光ビームスプリッタの前記第３の面との間の少なくとも一部に配置された第２の波長板（１１６、１１６Ａ、４１６）と、
をさらに含み、
前記システムを通る基準光路は、前記第１（Ｚ）の方向と前記第２（ＸまたはＹ）の方向によって画定される平面内に実質的に位置するセグメントのみからなる、請求項１に記載のシステム（１００、１００Ａ、４００）。
【請求項７】
前記基準光路において、基準ビーム（ｆＢ）が、前記偏光ビームスプリッタ（１０３）から前記第２の波長板（１１６）を通過して前記基準光学部品（１１４）へと進み、前記基準光学部品（１１４）で反射され、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に戻され、前記偏光ビームスプリッタ（１０３）で反射され、前記方向転換光学部品（１１０）へと進み、前記方向転換光学部品（１１０）で反射され、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に戻され、前記偏光ビームスプリッタ（１０３）で反射され、前記第２の波長板（１１６）を通過して前記基準光学部品（１１４）へと進み、前記基準光学部品（１１４）で反射され、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に戻され、前記偏光ビームスプリッタ（１０３）から検出器（１１２）へと進む、請求項６に記載のシステム（１００）。
【請求項８】
前記第１の波長板（１０６）および前記第２の波長板（１１６）は半波長板であり、
前記基準光学部品（１１４）は、ポロプリズムおよびリトロレフレクタからなるグループの中から選択される、請求項７に記載のシステム（１００）。
【請求項９】
前記基準光路において、基準ビーム（ｆＢ）が、前記偏光ビームスプリッタ（１０３）から前記第２の波長板（１１６Ａ、４１６）を通過して前記基準光学部品（１１４Ａ、４１４）へと進み、前記基準光学部品（１１４Ａ、４１４）から前記基準光学部品（１１４Ａ、４１４）自体へと反射され、さらに前記偏光ビームスプリッタ（１０３）へと反射され、前記偏光ビームスプリッタ（１０３）で反射され、前記方向転換光学部品（１１０）へと進み、前記方向転換光学部品（１１０）で反射され、平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に戻され、前記偏光ビームスプリッタ（１０３）で反射され、前記第２の波長板（１１６Ａ、４１６）を通過して前記基準光学部品（１１４Ａ、４１４）へと進み、前記基準光学部品（１１４Ａ、４１４）から前記基準光学部品（１１４Ａ、４１４）自体へと反射され、さらに前記偏光ビームスプリッタ（１０３）へと反射され、前記偏光ビームスプリッタ（１０３）から検出器（１１２）へと進む、請求項６に記載のシステム（１００Ａ、４００）。
【請求項１０】
前記第１の波長板（１０６）は半波長板であり、前記第２の波長板（１１６Ａ）は四分の一波長板であり、前記基準光学部品（１１４Ａ）は平面鏡である、請求項９に記載のシステム（１００Ａ）
【請求項１１】
前記第１の波長板（４０６）および前記第２の波長板（４１６）は四分の一波長板であり、前記基準光学部品（４１４）は前記第１の方向に実質的に沿って延びる頂点を有するポロプリズムである、請求項９に記載のシステム（４００）。
【請求項１２】
前記ポロプリズム（４１４）の非コーティング・ガラス反射面上に位相補正コーティング（４２２）をさらに含む、請求項１１に記載のシステム（４００）。
【請求項１３】
第１の方向（Ｚ方向）に沿った変位を測定するための方法（１００、１００Ａ、４００）であって、
偏光ビームスプリッタ（１０３）、第１の波長板（１０６、４０６）、測定ルーフ状光学部品（１０４、４０４）、および方向転換光学部品（１１０）を通る測定光路を設けるステップを含み、該測定光路のセグメントが、前記第１の方向と前記第１の方向に対して垂直な第２（ＸまたはＹ）の方向とによって実質的に画定される平面内にのみ配置される、方法。
【請求項１４】
前記測定光路を設けるステップは、
前記偏光ビームスプリッタ（１０３）から前記第１の波長板（１０６）へ測定ビーム（ｆＡ）を差し向けるステップと、
前記測定ビームを前記第１の波長板（１０６）を通して前記測定ルーフ状光学部品（１０４）に送るステップと、該測定ルーフ状光学部品（１０４）の頂点が前記第１および第２（ＺおよびＸ）の方向に対して垂直な第３（Ｙ）の方向に対して平行であることと、
前記測定ビームを前記測定光学部品（１０４）で反射させ、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に送るステップと、
前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタ（１０３）を通して前記方向転換光学部品（１１０）に送るステップと、
前記測定ビームを前記方向転換光学部品（１１０）で反射させ、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に送るステップと、
前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタ（１０３）および前記第１の波長板（１０６）を通して前記測定ルーフ状光学部品（１０４）に送るステップと、
前記測定ビームを前記測定ルーフ状光学部品（１０４）で反射させ、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に送るステップと、
前記偏光ビームスプリッタ（１０３）からの前記測定ビームを検出器（１１２）に導くステップと、
を含む、請求項１３に記載の方法（１００、１００Ａ）。
【請求項１５】
前記測定光路を設けるステップは、
前記偏光ビームスプリッタ（１０３）で反射された測定ビーム（ｆＡ）を前記第１の波長板（４０６）へ導くステップと、
前記測定ビームを前記第１の波長板（４０６）を通して前記測定用光学部品（４０４）の頂点に送るステップと、該測定用光学部品（４０４）の頂点が前記第２の方向（Ｙ軸）に対して平行であることと、
前記測定ビームを前記測定ルーフ状光学部品（４０４）から実質的に前記測定ルーフ状光学部品（４０４）へと反射させ、さらに前記第１の波長板（４０６）へと反射させるステップと、
前記測定ビームを前記第１の波長板（４０６）および前記偏光ビームスプリッタ（１０３）を通して前記方向転換光学部品（１１０）に送るステップと、
前記測定ビームを前記方向転換光学部品（１１０）で反射させ、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に送るステップと、
前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタ（１０３）および前記第１の波長板（４０６）を通して前記測定ルーフ状光学部品（４０４）の頂点に送るステップと、
前記測定ビームを前記測定ルーフ状光学部品（４０４）から前記測定ルーフ状光学部品（４０４）へと反射させ、さらに、前記第１の波長板（４０６）へと反射させるステップと、
前記測定ビームを前記第１の波長板（４０６）を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に送るステップと、
前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタ（１０３）から検出器（１１２）へと導くステップと、
を含む、請求項１３に記載の方法（４００）。
【請求項１６】
前記測定ルーフ状光学部品はポロプリズムであり、
前記測定ビームを前記測定ルーフ状光学部品（４０６）で反射させるステップは、前記測定ビームの位相シフトを補正し、前記測定ビームの偏光状態の旋光性を変化させるステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記偏光ビームスプリッタ（１０３）、前記第２の波長板（１１６、１１６Ａ、４１６）、基準光学部品（１１４、１１４Ａ、４１４）、および、前記方向転換光学部品（１１０）を通る基準光路を設けるステップをさらに含み、
前記基準光路のセグメントは、前記第１の方向および前記第２の方向によって実質的に画定される平面内にのみ配置される、請求項１３に記載の方法（１００、１００Ａ、４００）。
【請求項１８】
前記基準光路を設けるステップは、
基準ビーム（ｆＢ）を前記偏光ビームスプリッタ（１０３）から第２の波長板（１１６）を通して前記基準光学部品（１１４）へと導くステップと、
前記基準ビームを前記基準光学部品（１１４）で反射させ、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に送るステップと、
前記基準ビームを前記偏光ビームスプリッタ（１０３）で反射させ、前記方向転換光学部品（１１０）に送るステップと、
前記基準ビームを前記方向転換光学部品（１１０）で反射させ、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に送るステップと、
前記基準ビームを前記偏光ビームスプリッタ（１０３）で反射させ、前記第２の波長板（１１６）を通して前記基準光学部品（１１４）に送るステップと、
前記基準ビームを前記基準光学部品（１１４）で反射させ、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に送るステップと、
前記基準ビームを前記偏光ビームスプリッタ（１０３）から検出器（１１２）へと導くステップと、
を含む、請求項１７に記載の方法（１００）。
【請求項１９】
前記第１の波長板（１０６）および前記第２の波長板（１１６）は半波長板であり、
前記基準光学部品（１１４）は、ポロプリズムおよびリトロレフレクタからなるグループの中から選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記基準光路を設けるステップは、
基準ビーム（ｆＢ）を前記偏光ビームスプリッタ（１０３）から第２の波長板（１１６Ａ、４１６）を通して前記基準光学部品（１１４Ａ、４１４）へと導くステップと、
前記基準ビームを前記基準ルーフ光学部品から該基準ルーフ光学部品へと反射させ、さらに前記第２の波長板（１１６Ａ、４１６）へと反射させるステップと、
前記基準ビームを前記第２の波長板（１１６Ａ、４１６）を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に送るステップと、
前記基準ビームを前記偏光ビームスプリッタ（１０３）で反射させ、前記方向転換光学部品（１１０）に送るステップと、
前記基準ビームを前記方向転換光学部品（１１０）で反射させ、実質的に平行ではあるがオフセットされた光路を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に送るステップと、
前記基準ビームを前記偏光ビームスプリッタ（１０３）で反射させ、前記第２の波長板（１１６Ａ、４１６）に送るステップと、
前記基準ビームを前記第２の波長板を通して前記基準光学部品（１１４Ａ、４１４）に送るステップと、
前記基準ビームを前記基準光学部品（１１４Ａ、４１４）から該基準光学部品（１１４Ａ、４１４）へと反射させ、さらに前記第２の波長板（１１６Ａ、４１６）へと反射させるステップと、
前記基準ビームを前記第２の波長板（１１６Ａ、４１６）を通して前記偏光ビームスプリッタ（１０３）に送るステップと、
前記基準ビームを前記偏光ビームスプリッタ（１０３）から検出器（１１２）へと導くステップと、
を含む、請求項１７に記載の方法（１００Ａ、４００）。
【請求項２１】
前記第１の波長板（１０６）は半波長板であり、前記第２の波長板（１１６Ａ）は四分の一波長板であり、前記基準光学部品（１１４Ａ）は平面鏡である、請求項２０に記載の方法（１００Ａ）。
【請求項２２】
前記第１の波長板（４０６）および前記第２の波長板（４１６）は四分の一波長板であり、前記基準光学部品（４１４）は前記第１の方向に延びる頂点を有するポロプリズムである、請求項２０に記載の方法（４００）。
【請求項２３】
前記ポロプリズム（４１４）の非コーティング・ガラス反射面上に位相補正コーティング（４２２）をさらに含む、請求項２２に記載の方法（４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステージの変位を測定するための干渉計に関し、詳しくは、ステージの回転による測定ビームと基準ビームのずれを最小限に抑えた干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
標準的な平面鏡干渉計構成を使用すると、ステージの変位や回転を多軸測定することができる。ただし、この構成は、回転測定については欠点を有する。ステージが回転するのにつれて、検出器では、基準ビームの位置に対する測定ビームの位置の変位、すなわちウォーク・オフが発生する。基準ビームと測定ビームの重なりの大きさは、このウォーク・オフに応じて減少する。ウォーク・オフを低減する方法があれば、優れたダイナミックレンジが得られる。
【０００３】
何らかの軸を中心としてステージを回転させると、基準ビームと測定ビームの間にウォーク・オフが発生するだけでなく、それらの間に角度（「ビーム・ポインティング」と呼ばれることもある）が生じることもある。測定ダイナミックレンジは、それら両方の影響によって制限される。ビーム・ポインティングを最小限に抑え、ダイナミックレンジを拡大するために、非常に様々な形態のコーナ・レフレクタやルーフ・レフレクタが実現されている。
【０００４】
過去に、複光路「ルーフ」ミラー干渉計設計が実現されている。特許文献１は、複光路ルーフ・ミラー設計の例を開示している。特許文献１の設計は、測定ビームを垂直方向（Ｚ方向）と水平方向（Ｙ方向）の両方に分割してルーフミラー上の４つの異なる位置に当てているので、１つの軸を測定するために、ステージ上に広い空間を必要とする。これは、ウェーハ・リソグラフィにとって望ましくない特徴である。ステージサイズを大きくする必要があるので、測定要件によって制限を受けるステージは、大きく、そして重くなる。ステージが重くなると、ウェーハ処理能力も制限される可能性がある。一般に、変位測定に必要とされるステージ上の空間を最小限に抑えることは、ウェーハ処理能力の改善に役立つ。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，２０８，４２４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、ステージのサイズ要件を低減しつつ、基準ビームと測定ビームの間のウォーク・オフおよび角度を最小限に抑える干渉計設計が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態における第１の方向に沿った変位を測定するための干渉計システムは、（１）第１の方向に沿って移動可能なステージに取り付けられた測定ルーフ状光学部品（例えば、ポロプリズム）と、（２）（ａ）測定ルーフ状光学部品に対向する第１の面および（ｂ）該第１の面の反対側の第２の面を有する偏光ビームスプリッタと、（３）前記測定ポロプリズムと前記偏光ビームスプリッタの第１の面との間に配置された第１の波長板と、（４）前記偏光ビームスプリッタの第１の面とは反対側に配置された方向転換光学部品とを含む。システム全体の測定光路は、第１の方向および該第１の方向に対して垂直な第２の方向によって画定される平面内に位置するセグメントのみで構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
異なる図面に使用される同じ符号は、類似の要素または同じ要素であることを意味している。図面は一定の縮尺で描かれているわけではなく、単に例示を目的としたものである。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態による干渉計システム１００を示す。システム１００はＺ軸方向に沿った変位を測定するような向きに描かれているが、システム１００は任意の軸の方向に沿った変位を測定するような向きに配置することができる。
【００１０】
レーザ光源１０１は、コヒーレントな平行光ビームを偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０３の左側の面１０２に差し向ける。この光ビームは、２つの直交する偏光周波数成分からなる。一方の周波数成分ｆＡ（例えば、ＰＢＳの斜辺の面に対して当初はＳ偏光の測定ビーム）はシステムの測定光路に入射し、もう一方の周波数成分ｆＢ（例えば、ＰＢＳの斜辺の面に対して当初はＰ偏光の基準ビーム）はシステムの基準光路に入射する。
【００１１】
図２は測定光路だけを示している。測定光路は、測定ルーフ状光学部品１０４（例えば、ポロプリズム）へ向かう２つの光路を含む。ポロプリズム１０４は、９０°の角度を成す２つの反射面を有し、光ビームを合計１８０°の角度で反射する４５−９０−４５°反射プリズムである。測定ポロプリズム１０４は、Ｚ軸方向に沿った移動を測定しようとするステージ１０８に取り付けられている。第１の測定光路では、測定ビームが偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０３で反射され、下面１０５を通過して半波長板１０６に達する。半波長板１０６は、測定ビームの偏光状態をＳ偏光からＰ偏光に回転させる。その後、測定ビームは、測定ポロプリズム１０４の一方の反射面まで伝搬する。測定ポロプリズム１０４の頂点は、紙面に対して出入りする方向、すなわち実質的にＹ軸方向に沿って延びている。測定ビームは、測定ポロプリズム１０４の２つの反射面で反射されてオフセット光路に出力され、入力ビームに対してＹ軸方向の傾きを加えることなくＰＢＳ１０３へと戻される。測定ビームは測定ポロプリズム１０４に入射する際に実質的にＰ偏光であるから、測定ポロプリズム１０４での反射により位相シフトが生じることはほとんどない。しかしながら、測定ポロプリズム１０４の入射面に適当なコーティングを施し、何らかの望ましくない位相シフトを低減させることも可能である。
【００１２】
次に、測定ビームはＰＢＳ１０３を通過し、上面１０９を通過して方向転換光学部品１１０（例えば、コーナ・キューブ・レトロレフレクタ）に達する。次に、測定ビームは、コーナ・キューブ１１０の３つの反射面で反射され、平行ではあるがオフセットされた光路に出力され、ＰＢＳ１０３へと戻される。従って、測定ビームは、コーナ・キューブ１１０によりＸ軸方向にオフセットされ、Ｘ軸方向を中心とするステージの回転により傾斜されたビームが再帰反射される。コーナ・キューブ１１０の反射面に適当なコーティングを施すことにより、何らかの望ましくない位相シフトを低減させることも可能である。測定ビームは、ＰＢＳ１０３を再び通過し、下面１０５を通過して半波長板１０６に達する。システム１００を通る第２の測定光路は、この半波長板１０６から始まる。
【００１３】
第２の測定光路では、測定ビームの偏光状態が半波長板１０６によって回転され、Ｐ偏光からＳ偏光に戻される。次に、測定ビームは測定ポロプリズム１０４まで伝搬する。測定ビームは、測定ポロプリズム１０４によりオフセット光路へと再び反射され、入射ビームに対してＹ軸方向の傾きを加えることなくＰＢＳ１０３へと戻される。次に、測定ビームはＰＢＳ１０３で反射され、左面１０２を通過して検出器１１２に達する。
【００１４】
図３は基準光路だけを示している。基準光路は、基準ルーフ状光学部品１１４（例えば、ポロプリズム）へ向かう２つの光路を含む。第１の基準光路では、基準ビームがＰＢＳ１０３を通過し、右面１１５を通過して半波長板１１６に達する。半波長板１１６は、基準ビームの偏光状態をＰ偏光からＳ偏光に回転させる。次に、基準ビームは、基準ポロプリズム１１４の一方の反射面まで伝搬する。
【００１５】
基準ポロプリズム１１４の頂点は、紙面に対して出入りする方向、すなわち、ほぼＹ軸方向に沿って延びている。基準ビームは、基準ポロプリズム１１４の２つの反射面で反射されてオフセット光路に出力され、入射ビームに対してＹ軸方向の傾きを加えることなくＰＢＳ１０３へと戻される。基準ポロプリズム１１４は、干渉計の基準光路上のガラスを通る光路を測定光路上のガラスを通る光路に一致させ、熱の影響を最小限に抑えるのにも役立つ。基準ビームは基準ポロプリズム１１４に入射する際に実質的にＳ偏光であるから、基準ポロプリズム１１４での反射により位相シフトが生じることはほとんどない。しかしながら、基準ポロプリズム１１４の入射面に適当なコーティングを施し、何らかの望ましくない位相シフトを低減させることも可能である。一実施形態において、ポロプリズム１１４はレトロレフレクタで置き換えられる場合がある。この実施形態の場合、測定光路や基準光路は、図１のものと同じになるであろう。
【００１６】
次に、基準ビームはＰＢＳ１０３で反射され、上面１０９を通過してコーナ・キューブ１１０に達する。基準ビームは、コーナ・キューブ１１０の３つの反射面で反射され、平行ではあるがオフセットされた光路に出力され、ＰＢＳ１０３へと戻される。次に、基準ビームはＰＢＳ１０３で反射され、半波長板１１６に向かう。システムを通る第２の基準光路は、この半波長板から始まる。
【００１７】
第２の基準光路では、基準ビームの偏光状態が半波長板１１６によって回転され、Ｓ偏光からＰ偏光に戻される。次に、基準ビームは測定ポロプリズム１１４まで伝搬する。基準ビームは、基準ポロプリズム１１４で再び反射されてオフセットに出力され、入射ビームに対してＹ軸方向の傾きを加えることなく、ＰＢＳ１０３へと戻される。図１を参照すると、基準ビームは、ＰＢＳ１０３によって測定ビームに再結合され、検出器１１２へと送られる。次に、検出器１１２は、その再結合ビームの位相変化を測定し、Ｚ軸方向に沿ったステージ１０８の相対変位を判定する。
【００１８】
図７は、本発明の一実施形態による干渉計システム１００Ａを示す。この実施形態は、干渉計システム１００の変形である。システム１００Ａは、基準ポロプリズム１１４を基準平面鏡１１４Ａで置き換え、半波長板１１６をＰＢＳ１０３の右面１１５全体にわたって延びる四分の一波長板１１６Ａで置き換えたものである。測定光路上のガラスを通る光路と基準光路上のガラスを通る光路のバランスをとるために、四分の一波長板１１６Ａと基準平面鏡１１４Ａの間に、ガラス・スラッグ１２２が配置されている。あるいは、ガラス・スラッグ１２２は、四分の一波長板１１６ＡとＰＢＳ１０３の間に配置することも可能である。さらに、四分の一波長板１１６Ａまたはガラス・スラッグ１２２に反射コーティングを施し、それを基準平面鏡１１４Ａの代わりとすることもできる。
【００１９】
システム１００Ａの測定光路はシステム１００の測定光路と同じであるから、同じ説明は繰り返さない。
【００２０】
基準光路では、基準ビームがＰＢＳ１０３を通過し、四分の一波長板１１６Ａおよびガラス・スラッグ１２２を通過して基準平面鏡１１４Ａに達する。基準平面鏡１１４Ａは、基準ビームを基準平面鏡１１４Ａ自体に向けて反射させ、さらに四分の一波長板１１６Ａを通してＰＢＳ１０３へと反射させる。その際、基準ビームは四分の一波長板１１６Ａを２回通過するので、新たなＳ偏光の基準ビームはＰＢＳ１０３で反射され、コーナ・キューブ１１０に入射する。基準ビームはコーナ・キューブ１１０で反射され、平行ではあるがオフセットされた光路を通ってＰＢＳ１０３へと戻される。
【００２１】
基準ビームはＰＢＳ１０３で再び反射され、四分の一波長板１１６Ａおよびガラス・スラッグ１２２を通過して基準平面鏡１１４Ａに達する。基準平面鏡１１４Ａは、基準ビームを基準平面鏡１１４Ａ自体に向けて反射させ、さらに四分の一波長板１１６Ａを通してＰＢＳ１０３へと反射させる。新たなＰ偏光の基準ビームは、ＰＢＳ１０３により測定ビームと再結合され、ＰＢＳ１０３を通過して検出器１１２に達する。
【００２２】
図４は、本発明の一実施形態による干渉計システム４００を示す。システム４００はＺ軸方向に沿った変位を測定するような向きに描かれているが、システム４００は任意の軸の方向に沿った変位を測定する向きに配置することができる。
【００２３】
上述のように、レーザ光源１０１は、２つの直交する偏光周波数成分からなる光ビームをＰＢＳ１０３の左側の面１０２に差し向ける。この場合も、一方の周波数成分ｆＡ（例えばＰＢＳの斜辺の面に対して当初はＳ偏光の測定ビーム）はシステムの測定光路に入射し、もう一方の周波数成分ｆＢ（例えばＰＢＳの斜辺の面に対して当初はＰ偏光の基準ビーム）はシステムの基準光路に入射する。
【００２４】
図５は測定光路だけを示している。測定光路は、測定ルーフ状光学部品４０４（例えば、ポロプリズム）へ向かう２つの光路を含む。測定ルーフ状光学部品４０４は、Ｚ軸方向に沿った移動を測定しようとするステージ１０８に取り付けられている。第１の測定光路では、測定ビームがＰＢＳ１０３で反射され、下面１０５を通過して四分の一波長板４０６に達する。四分の一波長板４０６は、その直線偏光の光を円偏光の光に変換する。次に、測定ビームは、測定ポロプリズム４０４の頂点に入射する。測定ポロプリズム４０４の頂点は、実質的にＹ軸方向に沿って、紙面上を水平方向に延びている。測定ビームは測定ポロプリズム４０４で反射され、入射ビームに対してＹ軸方向の傾きを加えることなく、四分の一波長板４０６を通してＰＢＳ１０３へと戻される。
【００２５】
測定ビームは測定ポロプリズム４０４に入射する際に円偏光であるから、測定ポロプリズム４０４での反射によって望ましくない位相シフトが生じ、測定ビームの偏光が、円偏光から楕円偏光に変化することがある。従って、測定ポロプリズム４０４を一枚のガラスから作成する場合、測定プロプリズム４０４の２つの反射面に適当なコーティング４２０（図４Ｂ）を施すことにより、望ましくない位相シフトを補正し、旋光性（handedness:偏光面の回転特性）を左から右へ、または右から左へシフトさせてもよい。Ｓ偏光とＰ偏光の間に１８０（モジュロ３６０）度の位相シフトを生じさせることによって、この目標が達成される。
【００２６】
ＢＫ７測定ポロプリズム４０４の一実施形態において、コーティング４２０は、プリズム４０４の非コーティング・ガラス面４１５Ａおよび４１５Ｂ上に形成されたＱＷＯＴ（四分の一波長光学的厚さ）が１．７５０４の二酸化珪素（ＳｉＯ２）からなる第１の層と、第１の層上に形成されたＱＷＯＴが１．２７７１の二酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる第２の層と、第２の層上に形成されたＱＷＯＴが１．６７３１のＳｉＯ２からなる第３層と、第３の層上に形成されたＱＷＯＴが１．９９１８のＴｉＯ２からなる第４層とを含む。ＱＷＯＴは、４×ｎ×ｔをλで割った値に等しい。ただし、ｎは屈折率、ｔは物理的厚さ、λは設計波長である。設計波長が６３３ｎｍであるとき、ＴｉＯ２のおよびＳｉＯ２の屈折率はそれぞれ、２．４３２および１．４７７である。コーティング４２０は、イオン・アシスト物理蒸着法（ＰＶＤ）によって形成することが可能である。入射角が４５度であるとき、各反射面のコーティング４２０により、Ｓ偏光とＰ偏光の間に９０度の位相シフトが実現される。従って、光ビームは測定ポロプリズム４０４で反射された後、コーティング４２０によって戻りビームに全部で１８０度の位相シフトが生じ、円偏光の旋光性は、左から右、または右から左へシフトされる。
【００２７】
他の実施形態では、測定ポロプリズム４０４の一方の反射面に０度の位相シフトを生じさせる第１のコーティングを形成し、測定ポロプリズム４０４の他方の反射面に１８０度の位相シフトを生じさせる第２のコーティングを形成する場合がある。従って、コーティングによって戻りビームに全部で１８０度の位相シフトが生じ、円偏光の旋光性は、左から右へ、または右から左へシフトされる。
【００２８】
図５をもう一度参照すると、四分の一波長板４０６は、円偏光の光を直線偏光の光に変換する。次に、測定ビームはＰＢＳ１０３まで伝搬する。次に、測定ビームは、ＰＢＳ１０３を通過し、上面１０９を通過してコーナ・キューブ１１０に達する。従って、測定ビームは、コーナ・キューブ１１０によってＹ軸方向にオフセットされ、Ｘ軸方向を中心とするステージの回転により傾斜したビームが再帰反射される。他の実施形態では、コーナ・キューブ１１０がポロプリズムで置き換えられる場合がある。測定ビームは、コーナ・キューブ１１０の３つの反射面で反射され、平行ではあるがオフセットされた光路に出力され、ＰＢＳ１０３へと戻される。コーナ・キューブ１１０の反射面に適当なコーティングを施すことにより、何らかの望ましくない位相シフトを低減させることも可能である。測定ビームは、ＰＢＳ１０３を再び通過し、下面１０５を通過して四分の一波長板４０６に向かう。システム４００を通る第２の測定光路は、この四分の一波長板から始まる。
【００２９】
第２の測定光路では、半波長板４０６により、直線偏光の光が円偏光の光に変換される。次に、測定ビームは、測定ポロプリズム４０４の頂点に入射する。測定ビームは、測定ポロプリズム４０４によって反射され、入射ビームに対してＹ軸方向の傾きを加えることなく四分の一波長板４０６へと戻される。次に、その円偏光の光は、四分の一波長板４０６によって直線偏光の光に変換される。次に、測定ビームは、ＰＢＳ１０３まで伝搬する。次に、測定ビームはＰＢＳ１０３で反射され、左面１０２を通過して検出器１１２へと送られる。
【００３０】
図６は基準光路だけを示している。基準光路は、基準ルーフ状光学部品４１４（例えば、ポロプリズム）へ向かう２つの光路を含む。第１の基準光路では、基準ビームがＰＢＳ１０３を通過し、右面１１５を通過して半波長板４１６に達する。この直線偏光の光は、半波長板４１６によって円偏光の光に変換される。次に、基準ビームは、基準ポロプリズム４１４の頂点に入射する。基準ポロプリズム４１４の頂点は、実質的にＺ軸方向に沿って、紙面上を水平方向に延びている。基準ビームは、基準ポロプリズム４１４で反射され、入射ビームに対してＺ軸方向の傾きを加えることなく四分の一波長板４１６へと戻される。
【００３１】
基準ビームは、基準ポロプリズム４１４に入射する際に円偏光であるから、基準ポロプリズム４１４での反射によって望ましくない位相シフトが生じ、基準ビームの偏光状態が、円偏光から楕円偏光に変化する可能性がある。従って、基準ポロプリズム４１４を硬いガラスから作成する場合、ミラー４１６の反射面に上述のコーティング４２０と同様のコーティング４２２（図４Ｂ）を施すことにより、望ましくない位相シフトを補正し、円偏光が維持されるようにしてもよい。
【００３２】
他の実施形態では、基準ポロプリズム４１４が基準平面鏡で置き換えられる場合がある。ただし、測定ポロプリズム４０４を硬いガラスから作成する場合、測定光路上のガラスを通る光路と基準光路上のガラスを通る光路のバランスをとるために、図７の構成と同様に基準光路上にガラス・スラッグを配置してもよい。
【００３３】
図６をもう一度参照すると、四分の一波長板４１６は、円偏光の光を直線偏光の光に変換する。基準ビームはＰＢＳ１０３まで伝搬する。基準ビームは、ＰＢＳ１０３で反射され、上面１０９を通過してコーナ・キューブ１１０に達する。次に、基準ビームは、コーナ・キューブ１１０の３つの反射面で反射され、平行ではあるがオフセットされた光路に出力され、ＰＢＳ１０３へと戻される。基準ビームは、ＰＢＳ１０３で再び反射され、右面１１５を通過して四分の一波長板４１６に向かう。システム４００を通る第２の基準光路は、この四分の一波長板から始まる。
【００３４】
第２の基準光路では、四分の一波長板４１６により、直線偏光の光が円偏光の光に変換される。次に、基準ビームは、基準ポロプリズム４１４の頂点に入射する。基準ビームは、基準ポロプリズム４１４によって反射され、入射ビームに対してＺ軸方向の傾きを加えることなく、四分の一波長板４１６へと戻される。次に、その円偏光の光は、四分の一波長板４１６によって直線偏光の光に変換される。次に、基準ビームは、ＰＢＳ１０３まで伝搬する。基準ビームはＰＢＳ１０３によって測定ビームと再結合され、検出器１１２に送られる。そして、検出器１１２は、再結合ビームのビート周波数の変化を測定することにより、Ｚ軸方向に沿ったステージ１０８の相対変位を判定する。
【００３５】
システム１００および４００の動作に関し、測定ポロプリズム１０４および４０４は、入力ビームに対してＹ軸方向の傾きを加えることなく（すなわち、ビーム・ポインティングを最小限に抑えながら）測定ビームを確実に入出力することにより、Ｙ軸方向を中心としたステージ１０８の回転に適応する。ただし、ステージ１０８の回転軸１１８（図１）または４１８（図４）の位置によっては、測定ビームの入出力光路間の離隔距離が変化し、検出器１１２にウォーク・オフが生じることもある。この実施形態では、ステージの回転軸１１８および４１８を測定ポロプリズム１０４および４０４の内部に配置することにより、検出器１１２におけるウォーク・オフを最小限に抑えている。最適な回転軸は、ポロプリズムのルーフ軸に対して平行な向きとなる。そして、ポロプリズムの入射面から頂点までの高さを「ｈ」とし、ポロプリズム材料の屈折率を「ｎ」とすれば、この最適な回転軸は、ポロプリズム内部の、ポロプリズムの入射面からｈ／ｎの距離の位置となる。ステージは一般にどのような軸を中心として回転させることも可能であるが、最適な回転軸以外の軸を中心としてステージを回転させると、ビームのウォーク・オフが発生する。最適な回転軸に対して平行ではあるがオフセットされた回転軸は、システムのダイナミック・レンジの大きな制限にはならないものと予想される。
【００３６】
一実施形態において、測定ポロプリズム１０４および４０４はそれぞれ、互いに垂直な向きに配置された２つの反射面を有する中空ミラーで置き換えられる場合がある。この実施形態では、回転軸１１８および４１８をそれぞれミラー１０４および４０４の頂点に配置することにより、検出器１１２におけるウォーク・オフを最小限に抑えることができる。なお、上述の種々の実施形態で使用されている他のポロプリズムも、このタイプのミラーで置き換えることが可能である。
【００３７】
システム１００、１００Ａおよび４００は、従来技術のものに比べて空間が節約されるという利点を提供する。測定ビームを測定ポロプリズム１０４または４０４の２箇所にしか当てていないなので、システム１００、１００Ａおよび４００の全体的サイズが小さくなる。詳しくは、システム１００および１００Ａの場合、測定ビームおよび基準ビームが、Ｘ軸方向およびＺ軸方向によって決まる１つの平面内を伝搬するだけなので、公称アライメント位置においてＹ軸方向へのビームの分離は発生しない。システム４００の場合、測定ビームおよび基準ビームが、Ｙ軸方向およびＺ軸方向によって決まる１つの平面内を伝搬するだけなので、公称アライメント位置においてＸ軸方向へのビームの分離は発生しない。
【００３８】
開示した種々の実施形態の特徴の他の様々な改変および組み合わせはすべて、本発明の範囲内である。図面には、「転向」構成、すなわち、干渉計の入射ビームを測定軸に対して実質的に垂直な向きに配置した構成を記載している。しかしながら、「非転向」構成、すなわち、干渉計の入射ビームの向きを測定方向に一致させるような部品配置が可能であることも明らかである。上で種々の実施形態に記載した波長板はいずれも、個別の波長板であってもよいし、光学部品上に形成された波長板コーティングであってもよい。特許請求の範囲に記載の発明には、非常に多数の実施形態が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態による、ビーム・ポインティングおよびウォーク・オフを最小限に抑える干渉計システムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、ビーム・ポインティングおよびウォーク・オフを最小限に抑える干渉計システムを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、ビーム・ポインティングおよびウォーク・オフを最小限に抑える干渉計システムを示す図である。
【図４Ａ】本発明の他の実施形態による、ビーム・ポインティングおよびウォーク・オフを最小限に抑える干渉計システムを示す図である。
【図４Ｂ】本発明の他の実施形態による、ビーム・ポインティングおよびウォーク・オフを最小限に抑える干渉計システムを示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態による、ビーム・ポインティングおよびウォーク・オフを最小限に抑える干渉計システムを示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態による、ビーム・ポインティングおよびウォーク・オフを最小限に抑える干渉計システムを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による、図１〜図３の干渉計システムの変形を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００、１００Ａ、４００  干渉計システム
１０３  偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１０４、４０４  測定ポロプリズム
１０６、１１６、４１６  半波長板
１０８  ステージ
１１０  方向転換光学部品
１１２  検出器
１１４、１１４Ａ、４１４  基準ポロプリズム
１１６Ａ、４０６  四分の一波長板
４２０、４２２  位相補正コーティング
【図１】
2006038844.tif 000003
【図２】
2006038844.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
2006038844.tif 000008
【図６】
2006038844.tif 000009
【図７】
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