(57)【要約】【課題】  移動可能な被測定物のレーザ干渉測定における測定精度を向上させる。【解決手段】  レーザ干渉測定装置１００は、移動可能な移動ステージ１１０、第一鏡面１２９、第二鏡面１３１、レーザ光源１０７、第一参照用ミラー１０５、および第二参照用ミラー１２１を備える。レーザ光源１０７は第一鏡面１２９および第二鏡面１３１に光を照射する。第一鏡面１２９および第二鏡面１３１は移動ステージ１１０に固定されており、第一鏡面１２９における反射光と第二鏡面１３１における反射光とのなす角αが、９０°＜α≦１８０°を満たす。また、第一鏡面１２９における反射光と第一参照用ミラー１０５における反射光との干渉光と、第二鏡面１３１における反射光と第二参照用ミラー１２１における反射光との干渉光とに基づいて、移動ステージ１１０を移動させながら移動ステージ１１０の位置測定を行うように構成されている。【選択図】  図２
2006133035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動可能な被測定物と、
前記被測定物に固定された第一鏡と、
前記被測定物に固定された第二鏡と、
前記第一鏡および前記第二鏡に光を照射する光源と、
を備え、
前記光源から出射し前記第一鏡にて反射した第一反射光と前記光源から出射し前記第二鏡にて反射した第二反射光とのなす角αが
９０°＜α≦１８０°
を満たし、
前記第一反射光と、前記光源から出射し前記第一鏡および前記第二鏡を経由しない光との第一干渉光と、
前記第二反射光と、前記光源から出射し前記第一鏡および前記第二鏡を経由しない光との第二干渉光と、
に基づいて、前記被測定物を移動させながら前記被測定物の位置を測定するように構成されたことを特徴とするレーザ干渉測定装置。
【請求項２】
移動可能な被測定物と、
前記被測定物に固定された第一鏡と、
前記被測定物に固定された第二鏡と、
前記第一鏡および前記第二鏡に光を照射する光源と、
を備え、
前記光の照射位置における前記第一鏡の鏡面の法線ベクトルと、前記光の照射位置における前記第二鏡の鏡面の法線ベクトルとのなす角βが、
９０°＜β≦１８０°
を満たし、
前記光源から出射し前記第一鏡にて反射した第一反射光と、前記光源から出射し前記第一鏡および前記第二鏡を経由しない光との第一干渉光と、
前記光源から出射し前記第二鏡にて反射した第二反射光と、前記光源から出射し前記第一鏡および前記第二鏡を経由しない光との第二干渉光と、
に基づいて前記被測定物の位置を測定するように構成されたことを特徴とするレーザ干渉測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザ干渉測定装置において、前記第一干渉光と前記第二干渉光とに基づいて、前記被測定物の位置を所定の一方向について測定するように構成されたことを特徴とするレーザ干渉測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載のレーザ干渉測定装置において、
前記第一鏡および前記第二鏡が平面鏡であることを特徴とするレーザ干渉測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ干渉測定装置において、
前記第一鏡と前記第二鏡とが前記被測定物上に平行に配置されていることを特徴とするレーザ干渉測定装置。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載のレーザ干渉測定装置において、
前記第一干渉光を検出する第一センサと、
前記第二干渉光を検出する第二センサと、
を備え、前記第一センサと前記第二センサとで検出された干渉光の強度に基づいて前記位置の情報が算出されるように構成されたことを特徴とするレーザ干渉測定装置。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載のレーザ干渉測定装置において、
前記第一干渉光の強度と前記第二干渉光の強度とに基づき前記位置の情報を算出する演算部を備えることを特徴とするレーザ干渉測定装置。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれかに記載のレーザ干渉測定装置において、
所定の位置に固定された第一参照鏡と、
所定の位置に固定された第二参照鏡と、
をさらに備え、
前記第一干渉光は、前記第一反射光と、前記第一鏡および前記第二鏡を経由せず前記第一参照鏡にて反射した反射光との干渉光であって、
前記第二干渉光は、前記第二反射光と、前記第一鏡および前記第二鏡を経由せず前記第二参照鏡にて反射した反射光との干渉光であることを特徴とするレーザ干渉測定装置。
【請求項９】
請求項１乃至８いずれかに記載のレーザ干渉測定装置において、
前記被測定物を移動させる移動手段を有し、
前記移動手段が前記被測定物を移動させながら前記被測定物の位置を決定するように構成されたことを特徴とするレーザ干渉測定装置。
【請求項１０】
移動可能な被測定物を移動させながら前記被測定物に固定化された第一鏡および第二鏡に、光源から出射し前記第一鏡にて反射した第一反射光と前記光源から出射し前記第二鏡にて反射した第二反射光とのなす角αが、
９０°＜α≦１８０°
を満たすように光を照射し、
前記第一反射光と、前記光源から出射し前記第一鏡および前記第二鏡を経由しない光との第一干渉光と、
前記第二反射光と、前記光源から出射し前記第一鏡および前記第二鏡を経由しない光との第二干渉光と、
に基づいて前記被測定物の位置を測定することを特徴とするレーザ干渉測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ干渉測定装置およびレーザ干渉測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ干渉測長装置として、図７および図８に示すものがある。図７は従来の座標測定装置のレーザ干渉測定システムの構成を示す斜視図である。図７に示したレーザ干渉測定システムは、Ｘ−Ｙステージに設けられたＸ軸側ミラーおよびＹ軸側ミラーを用いてＸ−Ｙステージの位置測定を行う。Ｈｅ−Ｎｅ光源からの出射光を、ビームスプリッタによりＸ軸ビームとＹ軸ビームとに分ける。Ｘ軸方向の座標測定においては、Ｘ軸ビームのうち、Ｘ軸側ミラーにて反射した反射光と、光学ヘッド部にて反射した反射光とをＸ軸用干渉計にて干渉させる。干渉光は受光部にて検出される。Ｙ軸側についても同様である。
【０００３】
図８は、図７に示したレーザ干渉システムの構成の概略を示す平面図である。図８を参照して、干渉光を用いた測長の原理についてさらに説明する。ここでは、リファレンス２０３と可動ミラー２０１との距離Ｌを得ることにより可動ミラー２０１の位置Ｌを求める場合を例に説明する。
【０００４】
レーザ光源２０７から出射したレーザ光をレンズ２１１を経由させた後、ハーフミラー２１３にて可動ミラー２０１を経由する光と参照用ミラー２０５を経由する光とに分ける。レーザ光を位置測定用の可動ミラー２０１または参照用ミラー２０５に対して片側から当て、反射光をセンサ２０９でカウントし、位置を測定する。
【０００５】
センサ２０９は、参照用ミラー２０５で反射したレーザ光と可動ミラー２０１で反射したレーザ光による位相差から発生する干渉を感知する。干渉は白（明）と黒（暗）で表現され、これらが１／２波長ごとに入れ替わる。すなわち白と黒が一回ずつ現れると位相が１波長ずれたことになる。Ｎ回あればＮ波長分ずれたことになる。
【０００６】
光は参照用ミラー２０５に対して一往復しているので距離Ｌは、
Ｌ＝Ｎλ／２
で表現できる。すなわち、干渉数をカウントすることで可動ミラー２０１が固定されたステージの位置が認識できる。
【０００７】
こうしたレーザ干渉測長装置として、従来、特許文献１〜５に記載のものがある。特許文献１には、ステージ装置にレーザ干渉計を固定して、可動テーブルの位置を検出する技術が記載されている。
【０００８】
特許文献２には、干渉システムを有する走査型リソグラフィシステムにおいて、回帰分析を用いてウエハステージの現在の位置を計算する技術が記載されている。
【０００９】
特許文献３には、干渉縞アライメント法を適用した走査露光装置が記載されている。
【００１０】
特許文献４には、レーザ干渉測長装置の計測用反射鏡と偏光ビームスプリッタプリズムとの間の測定光路上の所定の位置にウェッジプリズムを配置する技術が記載されている。
【００１１】
特許文献５には、被測定物の測定光を位相共役鏡で反射させてから合波、検出するレーザ干渉測長装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２１８１８９号公報
【特許文献２】特開平１０−１９６４１号公報
【特許文献３】特開平５−６２８７１号公報
【特許文献４】特開２０００−３１４６０９号公報
【特許文献５】特開２００２−９８５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、上記特許文献１〜５に記載の技術においても、移動ステージの位置測定の精度が充分でないことがあった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、図８に示した構成のレーザ干渉測長装置における位置測定精度の低下原因について検討を行った。その結果、図８において可動ミラー２０１が移動すると、ドップラー効果が生じることにより測定精度が低下することが見出された。具体的には、ステージを移動させた際に振動が生じると、ドップラー効果により、位置同期の精度が低下する。また、ステージの加減速時はドップラー効果が発生し位置同期精度が低下する。また、順行、逆行でドップラー効果の発生状況が違うため偏差が生じる。
【００１４】
位置同期の精度の低下は以下の式で示される。ステージが速度ｖで移動したとき、ドップラー効果の影響で波長に変化が起きる。Ｖを光の速度、λ１を変化後の波長、λ０を元の波長とすると、
λ１＝（（Ｖ＋ｖ）／Ｖ）λ０
となる。よって距離Ｌは、
Ｌ＝Ｎ（（Ｖ＋ｖ）λ０／Ｖ）／２
＝Ｎλ／２＋Ｎｖλ／２Ｖ
α＝Ｎｖλ／２Ｖ
となり、α＝Ｎｖλ／２Ｖがドップラー効果による位置精度低下を表している。
【００１５】
そこで、本発明者は移動可能な被測定物のレーザ干渉測定におけるドップラー効果による精度の低下を抑制すべく鋭意検討を行い、本発明に至った。
【００１６】
本発明によれば、
移動可能な被測定物と、
前記被測定物に固定された第一鏡と、
前記被測定物に固定された第二鏡と、
前記第一鏡および前記第二鏡に光を照射する光源と、
を備え、
前記光源から出射し前記第一鏡にて反射した第一反射光と前記光源から出射し前記第二鏡にて反射した第二反射光とのなす角αが
９０°＜α≦１８０°
を満たし、
前記第一反射光と、前記光源から出射し前記第一鏡および前記第二鏡を経由しない光との第一干渉光と、
前記第二反射光と、前記光源から出射し前記第一鏡および前記第二鏡を経由しない光との第二干渉光と、
に基づいて、前記被測定物を移動させながら前記被測定物の位置を測定するように構成されたことを特徴とするレーザ干渉測定装置が提供される。
【００１７】
また、本発明によれば、
移動可能な被測定物を移動させながら前記被測定物に固定化された第一鏡および第二鏡に、光源から出射し前記第一鏡にて反射した第一反射光と前記光源から出射し前記第二鏡にて反射した第二反射光とのなす角αが、
９０°＜α≦１８０°
を満たすように光を照射し、
前記第一反射光と、前記光源から出射し前記第一鏡および前記第二鏡を経由しない光との第一干渉光と、
前記第二反射光と、前記光源から出射し前記第一鏡および前記第二鏡を経由しない光との第二干渉光と、
に基づいて前記被測定物の位置を測定することを特徴とするレーザ干渉測定方法が提供される。
【００１８】
本発明においては、第一鏡と第二鏡が固定された被測定物を移動させながら被測定物の位置測定が行われる。このとき、αが上記関係を満たすように第一鏡および第二鏡に光が照射される。このため、第一反射光と第二反射光とが、互いに平行で正負が逆の成分（ベクトル）を有することになる。よって、被測定物の移動により生じるドップラー効果は、第一干渉光と第二干渉光とで逆向きになる。そして、第一干渉光と第二干渉光を用いて被測定物の位置を測定することにより、ドップラー効果の影響を相殺することができる。
【００１９】
従って、本発明によれば、被測定物を移動させながら行われるレーザ干渉測定において、被測定物の移動により生じるドップラー効果を排除することができる。このため、位置測定の精度を向上させることができる。
【００２０】
本発明によれば、
移動可能な被測定物と、
前記被測定物に固定された第一鏡と、
前記被測定物に固定された第二鏡と、
前記第一鏡および前記第二鏡に光を照射する光源と、
を備え、
前記光の照射位置における前記第一鏡の鏡面の法線ベクトルと、前記光の照射位置における前記第二鏡の鏡面の法線ベクトルとのなす角βが、
９０°＜β≦１８０°
を満たし、
前記光源から出射し前記第一鏡にて反射した第一反射光と、前記光源から出射し前記第一鏡および前記第二鏡を経由しない光との第一干渉光と、
前記光源から出射し前記第二鏡にて反射した第二反射光と、前記光源から出射し前記第一鏡および前記第二鏡を経由しない光との第二干渉光と、
に基づいて前記被測定物の位置を測定するように構成されたことを特徴とするレーザ干渉測定装置が提供される。
【００２１】
本明細書において、鏡面の法線ベクトルとは、鏡面から遠ざかる方向に向かうベクトルのことをいう。
【００２２】
本発明においては、光の照射位置における法線ベクトルのなす角βが上記関係を満たすように、第一鏡と第二鏡が被測定物に固定されている。そして、被測定物を移動させながら被測定物の位置測定が行われるため、第一反射光と第二反射光とが、互いに平行で正負が逆の成分（ベクトル）を有することになる。よって、被測定物の移動により生じるドップラー効果は、第一干渉光と第二干渉光とで逆向きになる。そして、第一干渉光と第二干渉光を用いて被測定物の位置を測定することにより、ドップラー効果の影響を相殺することができる。
【００２３】
従って、本発明によれば、被測定物を移動させながら行われるレーザ干渉測定において、被測定物の移動により生じるドップラー効果を排除することができる。このため、位置測定の精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、移動可能な被測定物のレーザ干渉測定における測定精度を向上させる技術が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、共通の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２６】
図１および図２は、本実施形態に係るレーザ干渉測定装置の構成を示す平面図である。図１および図２に示したレーザ干渉測定装置１００は、可動ミラー１０１が固定された移動ステージ１１０と、移動ステージ１１０の位置を決定する測定系１２０とを有する。
【００２７】
また、レーザ干渉測定装置１００は、移動可能な被測定物（移動ステージ１１０）と、移動ステージ１１０に固定された第一鏡（第一鏡面１２９）と、移動ステージ１１０に固定された第二鏡（第二鏡面１３１）と、第一鏡面１２９および第二鏡面１３１に光を照射する光源（レーザ光源１０７）と、を備え、レーザ光源１０７から出射し第一鏡面１２９にて反射した第一反射光とレーザ光源１０７から出射し第二鏡面１３１にて反射した第二反射光とのなす角αが
９０°＜α≦１８０°
を満たし、第一反射光と、レーザ光源１０７から出射し第一鏡面１２９および第二鏡面１３１を経由しない光との第一干渉光と、第二反射光と、レーザ光源１０７から出射し第一鏡面１２９および第二鏡面１３１を経由しない光との第二干渉光と、に基づいて、移動ステージ１１０を移動させながら移動ステージ１１０の位置を測定するように構成されている。
また、レーザ干渉測定装置１００は、移動可能な移動ステージ１１０と、移動ステージ１１０に固定された第一鏡面１２９と、移動ステージ１１０に固定された第二鏡面１３１と、第一鏡面１２９および第二鏡面１３１に光を照射するレーザ光源１０７と、を備え、光の照射位置における第一鏡面１２９の法線ベクトルと、光の照射位置における第二鏡面１３１の法線ベクトルとのなす角βが、
９０°＜β≦１８０°
を満たし、レーザ光源１０７から出射し第一鏡面１２９にて反射した第一反射光と、レーザ光源１０７から出射し第一鏡面１２９および第二鏡面１３１を経由しない光との第一干渉光と、レーザ光源１０７から出射し第二鏡面１３１にて反射した第二反射光と、レーザ光源１０７から出射し第一鏡面１２９および第二鏡面１３１を経由しない光との第二干渉光と、に基づいて移動ステージ１１０の位置を測定するように構成されている。
レーザ干渉測定装置１００は、第一干渉光と第二干渉光とに基づいて、移動ステージ１１０の位置を所定の一方向について測定するように構成されている。
第一鏡面１２９および第二鏡面１３１は平面鏡であり、これらは移動ステージ１１０上に平行に配置されている。
レーザ干渉測定装置１００は、第一干渉光を検出する第一センサ１０９と、第二干渉光を検出する第二センサ１２３と、を備え、第一センサ１０９と第二センサ１２３とで検出された干渉光の強度に基づいて位置の情報が算出されるように構成されている。
また、レーザ干渉測定装置１００は第一干渉光の強度と第二干渉光の強度とに基づき位置の情報を算出する演算部（後述する図３に示す演算部１３３）を備える。
また、レーザ干渉測定装置１００は、所定の位置に固定された第一参照鏡（第一参照用ミラー１０５）と、所定の位置に固定された第二参照鏡（第二参照用ミラー１２１）と、をさらに備え、第一干渉光は、第一反射光と、第一鏡面１２９および第二鏡面１３１を経由せず第一参照用ミラー１０５にて反射した反射光との干渉光であって、第二干渉光は、第二反射光と、第一鏡面１２９および第二鏡面１３１を経由せず第二参照用ミラー１２１にて反射した反射光との干渉光である。
レーザ干渉測定装置１００は、移動ステージ１１０を移動させる移動手段（後述する図３に示す移動機構１３５）を有し、移動機構１３５が移動ステージ１１０を移動させながら移動ステージ１１０の位置を決定するように構成されている。
また、レーザ干渉測定装置１００は、移動機構１３５、第一センサ１０９、および第二センサ１２３の動作を制御する制御部（後述する図３に示す制御部１３７）を有する。
また、レーザ干渉測定装置１００を用いたレーザ干渉測定は、移動ステージ１１０を移動させながら移動ステージ１１０に固定化された第一鏡面１２９および第二鏡面１３１に、レーザ光源１０７から出射し第一鏡面１２９にて反射した第一反射光とレーザ光源１０７から出射し第二鏡面１３１にて反射した第二反射光とのなす角αが、
９０°＜α≦１８０°
を満たすように光を照射し、第一反射光と、レーザ光源１０７から出射し第一鏡面１２９および第二鏡面１３１を経由しない光との第一干渉光と、第二反射光と、レーザ光源１０７から出射し第一鏡面１２９および第二鏡面１３１を経由しない光との第二干渉光と、に基づいて前記被測定物の位置を測定する方法である。
【００２８】
可動ミラー１０１は、移動ステージ１１０の位置測定用ミラーとして機能する。可動ミラー１０１は、両面が第一鏡面１２９および第二鏡面１３１の鏡面となった板状部材である。可動ミラー１０１は、移動ステージ１１０の上面の法線方向に沿って固定されており、移動ステージ１１０を移動させた際に移動ステージ１１０とともに移動する。図１および図２においては、第一鏡面１２９および第二鏡面１３１が互いに平行に設けられた平面鏡となっている。このため、これらの鏡面の法線ベクトルのなす角は１８０度である。
【００２９】
測定系１２０において、レーザ光源１０７からの出射光は、ミラー１１５にて、第一参照用ミラー１０５を透過し第一センサ１０９で検出される光と、ミラー１１５表面で反射し第二センサ１２３で検出される光とに分岐する。ミラー１１５はレーザ光源１０７からの出射光を二方向に分岐させる分光器として機能する。
【００３０】
ミラー１１５を透過した光は、第一レンズ１１１を透過し、ミラー１１３にて、ミラー１１３を透過する光とミラー１１３表面で反射する光とに分岐する。ミラー１１３は、第一レンズ１１１を透過した光を二方向に分岐させる分光器として機能する。
【００３１】
ミラー１１３表面で反射した光は、可動ミラー１０１の第一鏡面１２９にて反射し、ミラー１１３を透過した後、第一センサ１０９に至る。また、ミラー１１３を透過した光は、第一参照用ミラー１０５にて反射し、さらにミラー１１３にて反射した後、第一センサ１０９に至る。第一センサ１０９では、第一鏡面１２９での反射光と第一参照用ミラー１０５での反射光とを干渉させ、可動ミラー１０１を移動させた際の第一鏡面１２９の位置情報を後述する手順で与える。第一鏡面１２９の位置情報は、具体的には第一センサ１０９と第一鏡面１２９との間に設けられた第一リファレンス１０３と可動ミラー１０１との距離である。
【００３２】
また、ミラー１１５にて反射した光は、さらにミラー１１７にて反射し、第二レンズ１１９を透過した後、ミラー１２７にて、ミラー１２７を透過する光とミラー１２７表面で反射する光とに分岐する。ミラー１２７は、第二レンズ１１９を透過した光を二方向に分岐させる分光器として機能する。
【００３３】
ミラー１２７表面で反射した光は、可動ミラー１０１の第二鏡面１３１にて反射し、ミラー１２７を透過した後、第二センサ１２３に至る。また、ミラー１２７を透過した光は、第二参照用ミラー１２１にて反射し、さらにミラー１２７にて反射した後、第二センサ１２３に至る。第二センサ１２３では、第二鏡面１３１での反射光と第二参照用ミラー１２１での反射光とを干渉させ、第二鏡面１３１の位置情報を後述する手順で与える。第二鏡面１３１の位置情報は、具体的には第二センサ１２３と第二鏡面１３１との間に設けられた第二リファレンス１２５と可動ミラー１０１との距離である。
【００３４】
レーザ干渉測定装置１００では、第一鏡面１２９および第二鏡面１３１の位置から可動ミラー１０１の位置が決定される。図２に示したように、レーザ干渉測定装置１００では、第一リファレンス１０３と第一鏡面１２９における光照射位置とを結ぶ直線と、第二リファレンス１２５と第二鏡面１３１における光照射位置とを結ぶ直線とが平行で、さらに具体的には同一直線上にある。このため、たとえば第一鏡面１２９の位置と第二鏡面１３１の位置との相加平均を算出することにより、可動ミラー１０１の位置が決定される。
【００３５】
次に、図１および図２に示したレーザ干渉測定装置１００を用いた測定手順および可動ミラー１０１の位置決定方法をさらに詳細に説明する。まず、移動ステージ１１０を所定の方向に（図２においては左から右に向かって）直線移動させながら、レーザ光源１０７からレーザ光を出射させ、出射光をミラー１１５にて分割する。分割した光を、可動ミラー１０１の両側に、具体的には第一鏡面１２９および第二鏡面１３１に当てて、これらの鏡面で反射させる。そして、第一鏡面１２９および第二鏡面１３１での反射光を、それぞれ、第一参照用ミラー１０５および第二参照用ミラー１２１における反射光と干渉させ、それぞれ、第一センサ１０９および第二センサ１２３にて干渉縞をカウントする。
【００３６】
第一センサ１０９は、第一参照用ミラー１０５で反射したレーザ光と可動ミラー１０１の第一鏡面１２９で反射したレーザ光との位相差から発生する干渉を感知する。干渉は白（明）と黒（暗）で表現されるが、１／２波長ごとに入れ替わる。すなわち白と黒が一回ずつ現れると位相が１波長ずれたことになる。Ｎ回あればＮ波長分ずれたことになる。光はミラー１１３と第一鏡面１２９との間に設けられた第一リファレンス１０３に対して一往復しているので、第一リファレンス１０３と可動ミラー１０１との距離Ｌ１はＮλ／２で表現できる。
【００３７】
同様に、第二センサ１２３は、第二参照用ミラー１２１で反射したレーザ光と可動ミラー１０１の第二鏡面１３１で反射したレーザ光との位相差から発生する干渉を感知する。光はミラー１２７と第二鏡面１３１との間に設けられた第二リファレンス１２５に対して一往復しているので、白と黒がＮ’回ずつ現れたときの第二リファレンス１２５と第二鏡面１３１と距離Ｌ２はＮ’λ／２と表現できる。
【００３８】
全長（第一リファレンス１０３と第二リファレンス１２５との間の距離）をＸとしたときに、第一鏡面１２９についての測定、ここでは図２中左側から光を照射する測定の場合、可動ミラー１０１の位置Ｌ１（第一リファレンス１０３と第一鏡面１２９との距離）は、
Ｌ１＝ｎλ／２
（上記式において、ｎは第一センサ１０９でカウントされた干渉縞数である。）
となる。
また、第二鏡面１３１についての測定、ここでは図２中右側から光を照射する測定では、図２において左基準、具体的には、第一リファレンス１０３を基準ととして全長Ｘから差し引きすることにより、可動ミラー１０１の位置Ｌ２（第一リファレンス１０３と第二鏡面１３１との距離）は、
Ｌ２＝Ｘ−ｎ’λ／２
（上記式において、ｎ’は第二センサ１２３でカウントされた干渉縞数である。）
となる。
【００３９】
そして、Ｌ１とＬ２とを平均することによってドップラー効果等の影響を相殺することができる。可動ミラーの位置（第一リファレンス１０３から可動ミラー１０１の距離）は、
Ｌ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２
となる。これより、
Ｌ＝（ｎλ／２＋Ｘ−ｎ’λ／２）／２
＝λ（ｎ−ｎ’）／４＋Ｘ／２
＝λ（ｎ＋（２Ｘ／λ）−ｎ’）／４
となる。
【００４０】
ここで、
Ｎ＝ｎ
Ｎ’＝（２Ｘ／λ）−ｎ’
とすれば、
Ｌ＝λ（Ｎ＋Ｎ’）／４  （１）
となる。ただし、ＮおよびＮ’は図２中左側の第一リファレンス１０３を基準としたときの干渉縞のカウント数である。
【００４１】
以上の手順により、対向成分を有する二方向から移動ステージ１１０に光を照射し、第一センサ１０９および第二センサ１２３にてカウントされた干渉縞数を用いて、可動ミラー１０１の所定の一軸方向についての位置を決定することができる。
【００４２】
なお、レーザ干渉測定装置１００において、移動ステージ１１０および測定系１２０の動作を制御する制御部と、第一センサ１０９および第二センサ１２３で検出された干渉光を用いて距離Ｌを算出する演算部を有する構成としてもよい。図３は、レーザ干渉測定装置１００の制御系の構成の一例を示す図である。図３に示したように、測定系１２０はさらに演算部１３３および制御部１３７を有する。また、移動ステージ１１０を面内方向に移動させる移動機構１３５が移動ステージ１１０に設けられている。
【００４３】
制御部１３７は、レーザ光源１０７、第一センサ１０９、第二センサ１２３、演算部１３３および移動機構１３５の動作を制御する。また、第一センサ１０９および第二センサ１２３は、それぞれ得られたＮおよびＮ’の情報を測定系１２０に設けられた演算部１３３に送出する。そして、演算部１３３は、これらのＮおよびＮ’の情報を受信し、上記式（１）を用いて可動ミラー１０１の位置Ｌを算出する。
【００４４】
次に、図１〜図３に示したレーザ干渉測定装置１００の効果を説明する。
レーザ干渉測定装置１００においては、移動ステージ１１０を移動させながら、干渉測定用の可動ミラー１０１の両面にレーザ光を照射することにより位置測定を両側で実施し、その差分を取る構成となっている。
【００４５】
さらに具体的には、互いの法線ベクトルが平行で逆向きとなるように設けられた第一鏡面１２９および第二鏡面１３１に、一つのレーザ光源１０７から出射したレーザ光を分けて照射する。第一鏡面１２９における反射光は、可動ミラー１０１の移動方向（図２における横方向）と平行で移動方向と同じ方向の成分からなる。また、第二鏡面１３１における反射光は、可動ミラー１０１の移動方向に平行で逆方向の成分からなる。このため、これらの反射光のなす角は１８０度である。
【００４６】
そして、第一鏡面１２９における反射光および第二鏡面１３１における反射光をそれぞれ第一参照用ミラー１０５および第二参照用ミラー１２１における反射光と干渉させる。このため、レーザ干渉測定装置１００では、第一センサ１０９において、たとえば可動ミラー１０１を第一センサ１０９から遠ざかる方向（図２中左側から右側）に移動させた際の干渉光強度を検出するとともに、第二センサ１２３において、たとえば可動ミラー１０１を第二センサ１２３に近づく方向（図２中左側から右側）に移動させた際の干渉光強度を検出する構成となっている。このため、移動ステージ１１０を所定の方向に直線移動させたときに、順行と逆行とで、逆向きのドップラー効果が生じることになる。そして、これらの干渉光の相加平均を算出して可動ミラー１０１の位置を算出する構成となっている。
【００４７】
よって、可動ミラー１０１を移動させながら行うレーザ干渉測定において、移動ステージ１１０の移動方向に依存する測定値の相違、具体的には可動ミラー１０１の移動により生じるドップラー効果の影響を相殺し、順行と逆行とで生じる偏差を補正することが可能である。また、可動ミラー１０１の移動時の振動により生じるドップラー効果の影響を相殺することができる。したがって、具体的には順行と逆行との差異を抑制し、精密な位置測定が可能となる。このため、移動ステージ１１０を移動させることによる測定精度の低下を抑制し、測定精度を向上させることができる。
【００４８】
また、移動ステージ１１０の移動時のドップラー効果の影響を排除できるため、移動ステージ１１０の移動速度が一定でない場合にも、精密な位置測定が可能となり、得られた位置情報を用いて高精度な位置制御ができる。たとえば、移動ステージ１１０の移動を開始した初期段階や、移動ステージ１１０の停止動作を開始してから停止するまでの段階等では、移動ステージ１１０の移動が非等速度となるが、こうした移動ステージ１１０の加減速中においても、移動ステージ１１０の位置測定を精密に行うことができる。また、得られた位置情報を用いて移動ステージ１１０と他の部材との位置同期を行う際にも、同期を精密に制御することが可能であり、スループットの向上が可能である。
【００４９】
以下、１００ｍｍ角の平板状の移動ステージ１１０を辺に沿った方向に面内で１１０７往復させ、２２１４行の検査を行う場合を例に、レーザ干渉測定装置１００におけるスループットの検討結果を示す。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、レーザ干渉測定に要する時間を説明するための図である。図４（ａ）は、従来の方式（図８）を用いた場合を示す図であり、図４（ｂ）は、本実施形態に係る方式（図２）を示す図である。
【００５０】
図４（ａ）に示したように、図８を参照して前述した従来の方式において、移動ステージ１１０の移動速度を２５ｍｍ／ｓとしたところ、測定開始時（ゼロ（秒））から一定速度までになるまでの時間ａが０．２５（秒）、一定速度２５ｍｍ／ｓとなっている時間ｃが４．０４（秒）、減速してから停止するまでの時間ｂが０．３０秒となった。このため、１００ｍｍ移動に要する時間は、
０．２５＋４．０４＋０．３＝４．５９（秒）
となった。この時間は１行あたりのステージ移動に対応するから、２２１４行の走査を行った際には、
４．５９×２２１４＝１０１６２．２６（秒）
を要することになる。
【００５１】
一方、図４（ｂ）に示したように、本実施形態に係る方式（図２）において、移動ステージ１１０の移動速度を３０ｍｍ／ｓとしたところ、上記ａが０．２５（秒）、上記ｂが０．３０（秒）であった点は図４（ａ）の場合と同様であったが、加速中および減速中についても測定を行うことが可能となったため、上記ｃが３．１７（秒）に減少した。このため、１００ｍｍ移動に要する時間は、
０．２５＋３．１７＋０．３＝３．７２（秒）
にまで短縮することができた。この時間は１行あたりのステージ移動に対応するから、２２１４行の走査を行った際には、
３．７２×２２１４＝８２３６．０８（秒）
８２３６．０８／１０１６２．２６＝０．８１０
となり、図４（ａ）に示した従来の方式の場合に比べて１９％のスループット改善となる。
【００５２】
また、レーザ干渉測定装置１００においては、ステージ振動などから発生するドップラー効果の影響によるドリフトの低減に加えて、気圧、温度変化による波長変動の影響を低減させ、位置同期の精度を向上させることができる。
【００５３】
ここで、背景技術の項目で前述した特許文献５には、被測定物の測定光を位相共役鏡で反射させてから合波、検出することにより、空気の揺らぎ等、被測定物の移動を伴わないレーザー光の周波数変化を位相共役鏡により相殺することが記載されている。これに対し、本実施形態のレーザ干渉測定装置１００では、気圧、温度変化による波長変動の影響等の、移動ステージ１１０の移動によらずに生じる影響に加えて、移動ステージ１１０の移動により生じるドップラー効果の影響による位置測定精度の低下も抑制することができる。
【００５４】
このため、レーザ干渉測定装置１００は、たとえば半導体製造装置や、形状測定装置等の精密な位置測定や、測定された位置情報を用いた精密な位置同期が求められる装置に対しても好適に用いることができる。さらに具体的には、レーザ干渉測定装置１００の構成を走査リソグラフィシステムに適用することにより、ステージ上に搭載されたマスクとウェハとを同時に移動させてマスクパターンをウェハ上に投影する際の、ウェハとマスクとの位置同期の精度を向上させることができる。
【００５５】
また、レーザ干渉測定装置１００では、第一センサ１０９と第二センサ１２３で測定された干渉光強度に基づいて演算部１３３にて可動ミラー１０１の位置情報を算出することができるため、演算の自動化が可能であり、簡便で確実な位置測定が可能となる。
【００５６】
また、レーザ干渉測定装置１００では、移動ステージ１１０および測定系１２０の動作を制御する制御部１３７を有するため、移動ステージ１１０の移動操作および移動ステージ１１０の位置測定を自動で行うことが可能であり、さらに操作を簡便することができる。
【００５７】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００５８】
たとえば、レーザ干渉測定装置１００においては、板状の可動ミラー１０１の両面が鏡面となっている構成を例示したが、第一鏡面１２９における反射光と第二鏡面１３１における反射光を検出可能な位置にそれぞれ第一センサ１０９および第二センサ１２３を配置すればよく、第一鏡面１２９および第二鏡面１３１はそれぞれの法線が互いに平行になるように移動ステージ１１０上に配置されればよく、必ずしも第一鏡面１２９の裏面に第二鏡面１３１が設けられていなくてもよい。
【００５９】
たとえば、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、レーザ干渉測定装置１００の可動ミラー１０１の他の配置を示す斜視図である。図５（ａ）は、第一鏡面１２９と第二鏡面１３１とが同じ高さに離隔して設けられた構成である。また、図５（ｂ）は、第一鏡面１２９および第二鏡面１３１を同じ平面内に並べて配置した構成である。また、図５（ｃ）は、第一鏡面１２９および第二鏡面１３１を移動ステージ１１０の法線方向に沿って並べて配置した構成である。これらの構成とした場合にも、二つの反射光が互いに平行で逆向きに進行するため、図１および図２に示した場合と同様の効果が得られる。
【００６０】
また、以上においては、第一鏡面１２９と第二鏡面１３１とが互いに平行に配置されている１８０度反射の場合を例に説明したが、可動ミラー１０１における第一鏡面１２９と第二鏡面１３１との位置関係は、第一鏡面１２９における反射光と第二鏡面１３１における反射光とが、所定の方向について互いに逆向きの成分を有していればよく、平行な配置には限られない。たとえば、第二鏡面１３１を第一鏡面１２９に対して僅かに斜めに配置して、同一経路を多重反射させてもよい。こうすれば、経路差を稼ぐことができるため、より一層精密な測定が可能となる。
【００６１】
また、図６（ａ）および図６（ｂ）は、可動ミラー１０１の他の構成を示す図である。図６（ａ）は、第一鏡面１２９および第二鏡面１３１がＬ字形の複合鏡であり、第一鏡面１２９および第二鏡面１３１にてそれぞれ二回光を反射させた後、それぞれ第一センサ１０９および第二センサ１２３に導く構成である。また、図６（ｂ）は、第一鏡面１２９および第二鏡面１３１が可動ミラー１０１の内側に向かって凹部が設けられた凹面鏡となっている構成である。
【００６２】
これらの図に示した構成においても、二つの反射光が互いに平行で逆向きに進行するため、これらの鏡面における反射光を用いてドップラー効果を相殺する演算を行うことにより、可動ミラー１０１の進行方向等の所定の一軸方向についての位置測定を行うことができる。
【００６３】
また、図１〜図３に示したレーザ干渉測定装置１００では、移動ステージ１１０の面内の所定の一方向の位置を決定する構成の場合を例に説明したが、移動ステージ１１０の面内二方向の位置を決定する構成としてもよい。この場合、一つの測定方向について、互いに平行で逆向きの反射光成分が生じ、これらの複数の反射光を用いた複数の干渉光を用いて位置測定がなされるように測定系１２０を構成する。たとえば、移動ステージ１１０の上面の法線に沿った方向で、可動ミラー１０１に直行する方向に、別の可動ミラーを設けて、別の可動ミラーについても可動ミラー１０１に対する測定系１２０と同様の測定系を設けることにより、別の可動ミラーの位置測定においてもドップラー効果の影響を排除することが可能となる。
【００６４】
また、レーザ干渉測定装置１００では、移動ステージ１１０の面内移動を検出する構成としたが、移動ステージ１１０の移動方向は面内方向に限られず、たとえば、移動ステージ１１０の表面の法線方向に沿った上下移動を検知する構成とすることもできる。このとき、たとえば移動ステージ１１０の表面に水平に可動ミラー１０１を設置し、第一鏡面１２９および第二鏡面１３１に光照射する構成とすることができる。
【００６５】
また、レーザ干渉測定装置１００においては、第一参照用ミラー１０５および第二参照用ミラー１２１を設け、可動ミラー１０１での反射光とこれらの参照用ミラーでの反射光との干渉光とを第一センサ１０９または第二センサ１２３にて検出する構成としたが、これらの参照用ミラーは必ずしも設けなくてもよい。たとえば、図２において参照用ミラーを設けない場合、第一レンズ１１１を透過した光を第一鏡面１２９を経由した後第一センサ１０９に到達する光と直接第一センサ１０９に到達する光とに分岐させる構成とし、第二レンズ１１９を透過した光を第二鏡面１３１を経由した後第二センサ１２３に到達する光と直接第二センサ１２３に到達する光とに分岐させる構成とすることができる。
【００６６】
また、レーザ干渉測定装置１００においては、測定系１２０に演算部１３３および制御部１３７を設けられた構成（図３）の場合を例に説明したが、演算部１３３および制御部１３７は必ずしも設ける必要はない。演算部１３３および制御部１３７を設けない場合、たとえば、移動機構１３５を動作させながら可動ミラー１０１にレーザ光源１０７から光を照射させる操作を手動で行うとともに、第一センサ１０９および第二センサ１２３にて検出された干渉光の強度情報を用いて可動ミラー１０１の位置Ｌを手動で算出することができる。本実施形態では二つの干渉光の相加平均を求めることによりＬが求められることから、手動操作の場合にも簡便な位置測定が可能である。また、演算部１３３および制御部１３７を設けることにより、可動ミラー１０１の位置測定の自動化が可能となるため、さらに測定操作の簡素化が可能となる。
【００６７】
また、レーザ干渉測定装置１００においては、一つの可動ミラー１０１に対して第一センサ１０９および第二センサ１２３の二つのセンサを用い、これらのそれぞれにおいて干渉光を検出した後、演算部１３３にて可動ミラー１０１の位置Ｌを算出する構成としたが、一つの可動ミラー１０１に対して一つのセンサを設ける構成としてもよい。このとき、たとえば、第一鏡面１２９の側の干渉光と第二鏡面１３１の側との干渉光を合波した後、合波されたものをセンサで検出して演算部１３３に送出し、演算部１３３にて所定の演算を行うことにより合波を解析し、ＮおよびＮ’に相当するパラメータを算出する構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本実施形態に係るレーザ干渉測定装置の構成を示す平面図である。
【図２】本実施形態に係るレーザ干渉測定装置の構成を示す平面図である。
【図３】本実施形態に係るレーザ干渉測定装置の構成を示す図である。
【図４】レーザ干渉測定の所要時間を説明する図である。
【図５】本実施形態に係るレーザ干渉測定装置の可動ミラーの配置を示す斜視図である。
【図６】本実施形態に係るレーザ干渉測定装置の可動ミラーの構成を示す断面図である。
【図７】従来のレーザ干渉測長装置の構成を示す平面図である。
【図８】従来のレーザ干渉測長装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
１００  レーザ干渉測定装置
１０１  可動ミラー
１０３  第一リファレンス
１０５  第一参照用ミラー
１０７  レーザ光源
１０９  第一センサ
１１０  移動ステージ
１１１  第一レンズ
１１３  ミラー
１１５  ミラー
１１７  ミラー
１１９  第二レンズ
１２０  測定系
１２１  第二参照用ミラー
１２３  第二センサ
１２５  第二リファレンス
１２７  ミラー
１２９  第一鏡面
１３１  第二鏡面
１３３  演算部
１３５  移動機構
１３７  制御部
【図１】
2006133035.tif 000003
【図２】
2006133035.tif 000004
【図３】
2006133035.tif 000005
【図４】
2006133035.tif 000006
【図５】
2006133035.tif 000007
【図６】
2006133035.tif 000008
【図７】
2006133035.tif 000009
【図８】
2006133035.tif 000010