JP2006253386A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 チャンバの重量増加及び大型化を伴うことなく、干渉計の位置変動の抑制が可能な位置決め装置を提供する。
【解決手段】 天板３０と、底板３２と、複数の側板８とから形成され内部を密閉空間とするチャンバ１と、チャンバ１外に配置された光源２と、チャンバ１内へ収容された移動可能なステージ４と、チャンバ１内に配置された干渉計６ａ，６ｂとを備えた位置決め装置において、干渉計６ａを、光源２と対向する側板８ａと隣り合う側板８ｂの内壁面２４ｂに取り付け、干渉計６ｂを、側板８ａの内壁面２４ａに干渉計支持部材２６を介して取り付け、干渉計支持部材２６を、側板８ａの内壁面２４ａにおいて、内壁面２４ａの隅角部近傍にそれぞれ設定された、四箇所の取り付け位置２８を介して内壁面２４ａに取り付ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、半導体製造装置等に備えられる、真空環境で用いる位置決め装置に関する。

従来から、例えば半導体製造装置等に備えられているような、真空環境内における精密な位置決めを必要とする位置決め装置として、例えば、図９及び図１０に示されているような位置決め装置が用いられている。この位置決め装置は、内部を密閉空間とするチャンバ１と、チャンバ１外に配置されチャンバ１内へビームＢ₁を照射可能なレーザー光源（図示せず）と、チャンバ１内へ収容された移動可能なステージ４と、チャンバ１内に配置された干渉計６ａ，６ｂとを備えている。

チャンバ１は、天板３０、底板３２、複数の側板８から形成されており、チャンバ１内は、例えば真空環境等、チャンバ１外の空間と異なる気圧の空間となっている。複数の側板８のうち一枚には、光源から照射されたビームＢ₁が透過可能な透過部１０ａ，１０ｂが設けられている。ステージ４は、図中に示すｘ方向及びｙ方向へ移動可能なＸ−Ｙステージによって形成されており、ｘ方向移動手段１６及びｙ方向移動手段１８によって、ｘ方向及びｙ方向への移動量が制御されている。ステージ４の上面には、ステージ４と共に移動し、後述する測定用ビームＢ₂，Ｂ₃を反射する測定鏡２２ａ，２２ｂが取り付けられている。また、ステージ４の上面には、ウエハ等のワーク２０を載置可能なスペースが確保されている。

各干渉計６ａ，６ｂは共に、内部に偏光ビームスプリッタ、複数の反射鏡、１／４λ板、光電センサを有するユニット体であり、底板３２の底面３８に干渉計支持部材２６を介して取り付けられている。干渉計６ａは、光源から照射され透過部１０ａを透過したビームＢ₁を、後述する測定用ビームＢ₂，Ｂ₃として測定鏡２２ａへ向けて出射する。干渉計６ｂは、光源から照射され透過部１０ｂを透過したビームＢ₁を、後述する測定用ビームＢ₂，Ｂ₃として測定鏡２２ｂへ向けて出射する。

このような位置決め装置では、干渉計６ａ内で、参照用ビーム（図示せず）と、測定鏡２２ａから干渉計６ａへ向けて反射された測定用ビームＢ₃とを互いに干渉させ、この干渉によって発生する干渉縞の変化を検出することにより、測定鏡２２ａの移動量を検出して、干渉計６ａと測定鏡２２ａとの距離Ｄｘを測定している。また、干渉計６ｂ内でも、干渉計６ａと同様に、参照用ビーム（図示せず）と、測定鏡２２ｂから干渉計６ｂへ向けて反射された測定用ビームＢ₃とを互いに干渉させ、この干渉によって発生する干渉縞の変化を検出することにより、測定鏡２２ｂの移動量を検出して、干渉計６ｂと測定鏡２２ｂとの距離Ｄｙを測定している。

そして、これらの測定結果に基づいてフィードバック制御を行い、ｘ方向移動手段１６及びｙ方向移動手段１８によるステージ４の移動量を制御している。
しかしながら、このような位置決め装置では、各干渉計６ａ，６ｂが、干渉計支持部材２６を介して底面３８に取り付けられているため、例えば、チャンバ１外の大気圧が変動して底板３２が変形すると、底面３８が変形して、図１１に示すように、各干渉計６ａ，６ｂの位置が変動してしまう。なお、底面３８の変形による位置の変動は、干渉計６ａ及び干渉計６ｂに対して同様に生じるため、図１１中では、干渉計６ｂと、干渉計６ｂに関連する干渉計支持部材２６及び底面３８の図示を省略している。また、図１１中では、変形が生じる前の底面を底面３８´として破線で示しており、底面３８に変形が生じる前の干渉計を、干渉計６ａ´として破線で示している。また、干渉計６ａ及び干渉計支持部材２６の中心軸線を中心軸線ＣＬとして一点鎖線で示し、底面３８に変形が生じる前の中心軸線ＣＬを、中心軸線ＣＬ´として一点鎖線で示している。

ここで、各干渉計６ａ，６ｂの位置の変動量をΔＬで示すと、この変動量ΔＬは、以下の式（１）で求められる。なお、Ｌは各干渉計６ａ，６ｂの底面３８からの高さであり、θ₁は底面３８の変形によって生じた中心軸線ＣＬの傾きである。
ΔＬ＝Ｌｓｉｎθ₁ …（１）
したがって、例えば、Ｌ＝２００ｍｍであり、わずかθ₁＝０．１秒である場合であっても、ΔＬ＝９７ｎｍとなる。

各干渉計６ａ，６ｂの位置が変動すると、図１２に示すように、測定用ビームＢ₂，Ｂ₃の光路長が変化してしまい、距離Ｄｘ及び距離Ｄｙの測定結果に誤差が生じるため、ステージ４の移動量が不適切なものとなる。なお、測定用ビームＢ₂，Ｂ₃の光路長の変化による測定結果の誤差は、干渉計６ａ及び干渉計６ｂに対して同様に生じるため、図１２中では、干渉計６ｂ及び測定鏡２２ｂの図示を省略している。また、図１２中では、光路長が変化する前の測定用ビームＢ₂，Ｂ₃を、測定用ビームＢ₂´，Ｂ₃´として破線で示している。

また、光路が傾くことによる光路長の変化量をΔＲで示すと、この変化量ΔＲは、以下の式（２）で求められる。なお、Ｒは各干渉計６ａ，６ｂの位置が変動する前の測定用ビームＢ₂´，Ｂ₃´の光路長であり、θ₂は各干渉計６ａ，６ｂの位置の変動によって生じた測定用ビームＢ₂，Ｂ₃の光路の傾きである。
ΔＲ＝Ｒ（ｃｏｓθ₂＋ｓｉｎθ₂・ｔａｎθ₂ ^-1） …（２）
したがって、例えば、Ｒ＝３００ｍｍであり、θ₂＝０．１秒である場合、ΔＲ≒０ｎｍとなりΔＲは殆ど変化しないが、Ｒ＝３００ｍｍであり、θ₂＝１０秒である場合、ΔＲ＝０．３５ｎｍとなる。

以上より、底面３８の傾きの変化によって生じる各干渉計６ａ，６ｂの位置の変動は、特に大きいことがわかる。
底面３８に生じる変形を抑制する方法としては、底板３２の厚さを増加する方法がある。しかしながら、この方法ではチャンバ１の重量が増加するとともにチャンバ１が大型化してしまうため、位置決め装置の設置条件等が制限されてしまう。
また、ステージ４の全高が高い場合等、底面３８と測定鏡２２ａ，２２ｂとの距離が長い場合は、底面３８に生じた変形が微小なものであっても、この変形によって距離Ｄの測定結果に大きな誤差が生じてしまう。このため、底板３２の厚さを増加する必要があり、チャンバ１の重量が増加するとともにチャンバ１が大型化してしまう。

そこで、これらの問題を解決するために、特許文献１及び特許文献２に記載されているような位置決め装置が開示されている。これらの位置決め装置は、チャンバの外部に、大気圧に対して十分に減圧された空間、すなわち、大気圧の変動の影響を受けない空間を設け、チャンバの底面に生じる変形を防止することにより、干渉計と測定鏡との距離の測定結果に誤差が生じることを防止する位置決め装置である。
特開２００３−１７３９４号公報 特開２００３−６８６０９号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載されている位置決め装置では、チャンバの重量増加は防止できるものの、チャンバの大型化を防止できないという欠点がある。
また、ステージとして差動排気シール付きのステージを備えた位置決め装置では、ステージ定盤の基準面がチャンバ外に位置するため、チャンバの外部に、大気圧の変動の影響を受けない空間を設けることは困難である。このため、底板の厚さを増加させる方法以外の方法によって、底面に生じる変形の抑制は困難である。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、チャンバの重量増加及び大型化を伴うことなく、チャンバ内に配置された干渉計の位置変動を防止することが可能な位置決め装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のうち、請求項１に記載した発明は、内部を密閉空間とするチャンバと、当該チャンバ外に配置されチャンバ内へビームを照射する光源と、前記チャンバ内へ収容されて移動可能なステージと、当該ステージに取り付けられ前記ビームを反射する測定鏡と、前記チャンバ内において前記光源と前記測定鏡との間のビームの光路上に配置される干渉計と、を備えた位置決め装置において、
前記干渉計は、前記チャンバの内壁面に取り付けられることを特徴とするものである。

本発明によると、チャンバの内壁面に干渉計を取り付けることにより、チャンバの底面に立設した干渉計支持部材を介してチャンバの底面に干渉計を取り付けた場合よりも、チャンバの変形による干渉計の変位量を小さくすることが可能となる。このため、チャンバの重量増加及び大型化を伴うことなく、干渉計の位置変動を抑制することが可能となる。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明であって、前記干渉計は、前記チャンバの内壁面に干渉計支持部材を介して取り付けられ、
前記干渉計支持部材は、前記干渉計を挟んで前記チャンバの内壁面に離間して設定された二箇所以上の取り付け位置を介してチャンバの内壁面に取り付けられることを特徴とするものである。
本発明によると、チャンバの内壁面に設定した干渉計支持部材の取り付け位置を、干渉計を挟んで離間した二箇所以上とすることにより、これらの取り付け位置同士の間の部分では、干渉計支持部材がチャンバの内壁面に接しない。このため、干渉計支持部材がチャンバの内壁面の変形の影響をほとんど受けることがなく、干渉計の位置変動を抑制することが可能となる。

次に、請求項３に記載した発明は、請求項１に記載した発明であって、前記干渉計は、前記チャンバの内壁面に干渉計支持部材を介して取り付けられ、
前記干渉計支持部材は、前記チャンバの内壁面において当該内壁面の隅角部又はその近傍に設定された四箇所の取り付け位置を介してチャンバの内壁面に取り付けられることを特徴とするものである。

本発明によると、チャンバの内壁面のうち他の部分よりも変形量の少ない隅角部又はその近傍の四箇所に、干渉計支持部材の取り付け位置を設定することにより、請求項２に記載した発明と同様の理由によって、干渉計の位置変動を抑制することが可能となる。さらに、干渉計支持部材の取り付け位置をチャンバの内壁面の隅角部又はその近傍と設定したことにより、チャンバの天板や底板の変形によって生じるモーメントが、チャンバの内壁面の変形を抑制するように作用するため、これらの位置でのチャンバの内壁面の変形を特に抑制することが可能となる。

次に、請求項４に記載した発明は、請求項１から３のうちいずれか１項に記載した発明であって、前記チャンバの外壁面のうち内壁面に前記干渉計又は干渉計支持部材が取り付けられている位置の裏側となる位置に、リブを設けたことを特徴とするものである。
本発明によると、チャンバの内壁面への干渉計又は干渉計支持部材の取り付け位置における、チャンバの内壁面の変形を抑制することが可能となるため、干渉計の位置変動を抑制することが可能となる。

次に、請求項５に記載した発明は、請求項１から４のうちいずれか１項に記載した発明であって、前記チャンバの熱膨張係数をα₁、前記干渉計支持部材の熱膨張係数をα₂とし、前記チャンバの内壁面と前記干渉計との距離をＡ、前記チャンバの外壁面とチャンバの基準位置との距離をＢとしたときに、
α₁Ａ＝α₂Ｂの条件式を満足したことを特徴とするものである。

本発明によると、チャンバの内壁面と干渉計との距離の熱膨張による変位と、チャンバの外壁面と基準位置との距離の熱膨張による変位とが、同一の変位量となるため、干渉計と基準位置との距離の変化を抑制することが可能となる。
なお、チャンバの基準位置としては、例えば、位置決め装置が使用される半導体製造装置の加工点や、位置決め装置が使用される検査装置の検査位置に対応するｘ−ｙ座標とすることが好適である。

次に、請求項６に記載した発明は、請求項１から５のうちいずれか１項に記載した発明であって、前記ステージは、差動排気シール付のステージであることを特徴とするものである。
本発明によると、差動排気シール付のステージを備える位置決め装置において、チャンバの底面よりも変形量の少ないチャンバの内壁面に干渉計を取り付けることにより、底板の板厚を増加させることなく、干渉計の位置変動を抑制することが可能となる。

本発明によれば、チャンバの重量増加及び大型化を生じることなく、チャンバ内に配置された干渉計の位置変動を抑制することが可能となるため、位置決め装置の軽量化及び小型化が可能となるとともに、測定鏡の位置の測定精度の向上が可能となる。

以下、本発明の第一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、図１から図５を参照して本実施形態の構成を説明する。なお、図９及び図１０に示した従来の位置決め装置と同様の構成については、同一符号を付して説明する。
図１に示すように、本実施形態の位置決め装置は、内部を密閉空間とするチャンバ１と、チャンバ１外に配置されチャンバ１内へビームＢ₁を照射する光源２と、チャンバ１内へ収容された移動可能なステージ４と、チャンバ１内に配置された干渉計６ａ，６ｂとを備えている。

図1及び図２に示すように、チャンバ１は、天板３０と、底板３２と、複数の側板８とから形成されており、チャンバ１の内部は、図示しない真空ポンプ等によって真空環境とされている。また、チャンバ１を構成する複数の側板のうち、光源２と対向する一枚の側板８ａには、後述するビームＢ_1aが透過可能な透過部１０ａと、後述するビームＢ_1bが透過可能な透過部１０ｂが設けられている。

光源２は、ビームＢ₁として、例えばＨｅ−Ｎｅレーザーを照射可能なレーザー光源によって形成されており、ビームＢ₁の照射方向は干渉計６ａ及び透過部１０ａへ向けられている。ビームＢ₁は、ゼーマン効果によって周波数を異ならせた、互いに偏光特性の異なる二成分を含んでいる。チャンバ１外において、光源２と透過部１０ａとの間には、ビームＢ₁を、干渉計６ａに照射されるビームＢ_1aと、ビームＢ_1aと直角の方向へ照射されるビームＢ_1bとに分光するビームスプリッタ１２が配置されている。また、チャンバ１外には、ビームＢ_1bを干渉計６ｂへ向けて反射する反射鏡１４も配置されている。

ステージ４は、図中に示すｘ方向及びｙ方向へ移動可能なＸ−Ｙステージから形成されており、ステージ４をｘ方向へ移動させるｘ方向移動手段１６と、ステージ４をｙ方向へ移動させるｙ方向移動手段１８とを備えている。ステージ４の上面には、ウエハ等のワーク２０を載置可能なスペースが確保され、ステージ４の上面のうち干渉計６ａ側の位置には、後述する測定用ビームＢ_2a，Ｂ_3aを反射する測定鏡２２ａが取り付けられている。また、ステージ４の上面４ａのうち干渉計６ｂ側の位置には、後述する測定用ビームＢ_2b，Ｂ_3bを反射する測定鏡２２ｂが取り付けられている。測定鏡２２ａ及び測定鏡２２ｂは、ステージ４が移動すると、ステージ４と共に移動する。ｘ方向移動手段１６及びｙ方向移動手段１８は、リニアガイド等の直動案内装置及び駆動装置（図示せず）によって形成されており、後述する距離Ｄｘ，Ｄｙの測定結果に基づいてフィードバック制御を行い、ステージ４の移動量を制御する制御手段を有している。なお、駆動装置としては、例えば、モータとボールねじとを組合せた装置、リニアモータ、圧電アクチュエータ等を用いる。
干渉計６ａは、内部に、偏光ビームスプリッタ、二つの反射鏡、１／４λ板、ｘ方向距離測定手段を有するユニット体であり、側板８ａと隣り合う側板８ｂの内壁面２４ｂにおいて、ビームＢ_1aの光路上となる位置に取り付けられている。

偏光ビームスプリッタは、光源２から照射され透過部１０ａを透過したビームＢ_1aを、偏光方向の異なる測定用ビームＢ_2aと参照用ビーム（図示せず）とに分光して、測定用ビームＢ_2aを１／４λ板へ向けて反射させ、参照用ビームを二つの反射鏡のうち一方の反射鏡へ向けて透過させる。また、１／４λ板を透過して測定鏡２２ａで反射され、再び１／４λ板を透過した測定用ビームＢ_2aを、二つの反射鏡のうち他方の反射鏡へ向けて透過させ、二つの反射鏡のうち他方の反射鏡から戻された測定用ビームＢ_2aを、測定用ビームＢ_3aとして１／４λ板へ向けて透過させる。さらに、１／４λ板を透過して測定鏡２２ａで反射され、再び１／４λ板を透過した測定用ビームＢ_3aを、ｘ方向距離測定手段へ向けて反射させる。二つの反射鏡のうち一方の反射鏡から戻された参照用ビームは、再び偏光ビームスプリッタを透過し、ｘ方向距離測定手段へ入射する。

二つの反射鏡は、例えば、直角プリズムによって形成されており、二つの反射鏡のうち一方の反射鏡は、内部で参照用ビームを二回反射して、この参照用ビームを偏光ビームスプリッタへ戻す。二つの反射鏡のうち他方の反射鏡は、１／４λ板を透過して測定鏡２２ａで反射され、再び１／４λ板を透過して偏光ビームスプリッタを透過した測定用ビームＢ_2aを、内部で二回反射して、この測定用ビームＢ_2aを偏光ビームスプリッタへ戻す。

１／４λ板は、透過するビームの偏光方向を変化させる働きがあり、１／４λ板を二度透過したビームは偏光方向が９０°変化する。これにより、測定用ビームＢ_2a，Ｂ_3aが偏光ビームスプリッタを反射するか透過するかが、上記のように定まる。ｘ方向距離測定手段は、例えば、光電センサによって形成されており、測定用ビームＢ_3aと参照用ビームとの干渉によって発生する干渉縞の変化を検出して、干渉計６ａと測定鏡２２ａとの距離Ｄｘを測定する。
干渉計６ｂは、内部に、偏光ビームスプリッタ、二つの反射鏡、１／４λ板、ｙ方向距離測定手段を有するユニット体であり、側板８ａの内壁面２４ａにおいて、ビームＢ_1bの光路上となる位置に干渉計支持部材２６を介して取り付けられている。

偏光ビームスプリッタは、光源２から照射され透過部１０ｂを透過したビームＢ_1bを、偏光方向の異なる測定用ビームＢ_2bと参照用ビーム（図示せず）とに分光して、測定用ビームＢ_2bを１／４λ板へ向けて透過させ、参照用ビームを二つの反射鏡のうち一方の反射鏡へ向けて反射させる。また、１／４λ板を透過して測定鏡２２ｂで反射され、再び１／４λ板を透過した測定用ビームＢ_2bを、二つの反射鏡のうち他方の反射鏡へ向けて反射させ、二つの反射鏡のうち他方の反射鏡から戻された測定用ビームＢ_2bを、測定用ビームＢ_3bとして１／４λ板へ向けて反射させる。さらに、１／４λ板を透過して測定鏡２２ｂで反射され、再び１／４λ板を透過した測定用ビームＢ_3bを、ｙ方向距離測定手段へ向けて透過させる。二つの反射鏡のうち一方の反射鏡から戻された参照用ビームは、再び偏光ビームスプリッタで反射され、ｙ方向距離測定手段へ入射する。

二つの反射鏡のうち一方の反射鏡は、内部で参照用ビームを二回反射して、この参照用ビームを偏光ビームスプリッタへ戻す。二つの反射鏡のうち他方の反射鏡は、１／４λ板を透過して測定鏡２２ｂで反射され、再び１／４λ板を透過して偏光ビームスプリッタで反射された測定用ビームＢ_2bを、内部で二回反射して、この測定用ビームＢ_2bを偏光ビームスプリッタへ戻す。

１／４λ板は、透過するビームの偏光方向を変化させる働きがあり、１／４λ板を二度透過したビームは偏光方向が９０°変化する。これにより、測定用ビームＢ_2b，Ｂ_3bが偏光ビームスプリッタを反射するか透過するかが、上記のように定まる。ｙ方向距離測定手段は、測定用ビームＢ_3bと参照用ビームとの干渉によって発生する干渉縞の変化を検出して、干渉計６ｂと測定鏡２２ｂとの距離Ｄｙを測定する。

なお、干渉計６ａ，６ｂは、それぞれ、照射されたビームを内部で測定用ビームと参照用ビームとに分光し、測定鏡２２ａ，２２ｂから戻ってくる測定用ビームと参照用ビームとの干渉に基いて、距離Ｄｘ，Ｄｙが測定可能な構成であればよく、上記のような構成に限定されるものではない。
干渉計支持部材２６は、図３に示すように、側板８ａの内壁面２４ａにおいて、内壁面２４ａの隅角部近傍にそれぞれ設定された、四箇所の取り付け位置２８を介して、内壁面２４ａに取り付けられている。

また、天板３０、底板３２、複数の側板８、干渉計支持部材２６は、天板３０、底板３２、複数の側板８の熱膨張係数をα₁、干渉計支持部材２６の熱膨張係数をα₂とし、図４に示すように、側板８ａの内壁面２４ａと干渉計６ｂとの距離をＡ、側板８ａの外壁面３４ａと基準位置（図示せず）との水平方向の距離をＢとしたときに、条件式α₁Ａ＝α₂Ｂを満足するように形成されている。なお、基準位置は、例えば、位置決め装置が半導体露光装置に用いられる場合であれば、露光中心位置とする。
また、側板８ｂの外壁面３４ｂのうち、内壁面２４ｂに干渉計６ａが取り付けられている位置の裏側となる位置には、干渉計６ａの取り付け強度を補強するリブ３６が設けられている。このリブ３６は、図５（ａ）に示すように、天板３０と底板３２とを連続するように設けられている。

次に、本実施形態の作用・効果について説明する。
光源２からチャンバ１内へ向けてビームＢ₁を照射すると、このビームＢ₁は、ビームスプリッタ１２によって、透過部１０ａを透過して干渉計６ａへ照射されるビームＢ_1aと、反射鏡１４で反射され透過部１０ｂを透過して干渉計６ｂへ照射されるビームＢ_1bとに分光される。
透過部１０ａを透過して干渉計６ａへ照射されたビームＢ_1aは、偏光ビームスプリッタにより測定用ビームＢ_2aと参照用ビームに分光される。偏光ビームスプリッタで反射された測定用ビームＢ_2aは、１／４λ板を透過して測定鏡２２ａで反射され、再び１／４λ板を透過して偏光ビームスプリッタに入射する。このとき、測定用ビームＢ_2aは１／４λ板を二度通過しているため、偏光方向が９０°変化しており、偏光ビームスプリッタを透過して他方の反射鏡に入射する。他方の反射鏡に入射した測定用ビームＢ_2aは、他方の反射鏡内で二回反射されて入射方向に戻り、測定用ビームＢ_3aとして偏光ビームスプリッタで測定鏡２２ａへ向けて透過して、１／４λ板を通過して測定鏡２２ａで反射され、再び１／４λ板を通過して、偏光ビームスプリッタへ入射する。このとき、測定用ビームＢ_3aは、１／４λ板を二回通過しているため偏光方向が９０°変化しており、ｘ方向距離測定手段へ向けて偏光ビームスプリッタで反射される。

また、参照用ビームは、一方の反射鏡に入射し、一方の反射鏡内で二回反射されて偏光ビームスプリッタに戻り、ｘ方向距離測定手段へ向けて透過する。
このようにして、測定用ビームＢ_3aと参照用ビームが重なって干渉ビームとなり、ｘ方向距離測定手段に入射する。ここで、ビームＢ_1aは周波数の異なる二成分を有しているため、もともとうなりを生じているが、測定鏡２２ａが移動することにより、測定鏡２２ａで反射される測定用ビームＢ_3aの周波数がドップラー効果のため変化し、干渉ビームのうなりの周期が変化する。すなわち、測定用ビームＢ_3aと参照用ビームを互いに干渉させることにより生じる干渉縞が変化する。このため、この干渉縞の変化をｘ方向距離測定手段で検出することにより測定鏡２２ａの移動量、すなわち、ステージ４のｘ方向への移動量が検出され、干渉計６ａと測定鏡２２ａとの距離Ｄｘが測定される。このとき、内壁面２４ｂのうち干渉計６ａの裏側に位置する部分は、リブ３６によって補強されているため、チャンバ１の外気圧の変化等が生じても、干渉計６ａの位置変動が抑制され、距離Ｄｘの測定精度の低下が防止される。

透過部１０ｂを透過して干渉計６ｂへ照射されたビームＢ_1bは、偏光ビームスプリッタにより測定用ビームＢ_2bと参照用ビームに分光される。測定用ビームＢ_2bは、１／４λ板を透過して測定鏡２２ｂで反射され、再び１／４λ板を透過して偏光ビームスプリッタに入射する。このとき、測定用ビームＢ_2bは１／４λ板を二度通過しているため、偏光方向が９０°変化しており、偏光ビームスプリッタで反射されて他方の反射鏡に入射する。他方の反射鏡に入射した測定用ビームＢ_2bは、他方の反射鏡内で二回反射されて入射方向に戻り、測定用ビームＢ_3bとして偏光ビームスプリッタで測定鏡２２ｂへ向けて反射され、１／４λ板を通過して測定鏡２２ｂで反射され、再び１／４λ板を通過して、偏光ビームスプリッタへ入射する。このとき、測定用ビームＢ_3bは、１／４λ板を二回通過しているため偏光方向が９０°変化しており、ｙ方向距離測定手段へ向けて偏光ビームスプリッタを透過する。

また、参照用ビームは、一方の反射鏡に入射し、一方の反射鏡内で二回反射されて偏光ビームスプリッタに戻り、ｙ方向距離測定手段へ向けて反射される。
このようにして、測定用ビームＢ_3bと参照用ビームが重なって干渉ビームとなり、ｙ方向距離測定手段に入射する。ここで、ビームＢ_1bは周波数の異なる二成分を有しているため、もともとうなりを生じているが、測定鏡２２ｂが移動することにより、測定鏡２２ｂで反射される測定用ビームＢ_3bの周波数がドップラー効果のため変化し、干渉ビームのうなりの周期が変化する。すなわち、測定用ビームＢ_3bと参照用ビームを互いに干渉させることにより生じる干渉縞が変化する。このため、この干渉縞の変化をｙ方向距離測定手段で検出することにより測定鏡２２ｂの移動量、すなわち、ステージ４のｙ方向への移動量が検出され、干渉計６ｂと測定鏡２２ｂとの距離Ｄｙが測定される。このとき、干渉計６ｂは、側板８ａの内壁面２４ａのうち、他の部分と比較して外気圧変化に伴う変形量の小さい隅角部近傍に設定した取り付け位置に取り付けられた干渉計支持部材２６を介して、側板８ａの内壁面２４ａに取り付けられているため、チャンバ１の外気圧の変化等が生じても、干渉計６ｂの位置変動が抑制され、距離Ｄｙの測定精度の低下が防止される。

距離Ｄｘ及び距離Ｄｙが測定されると、これらの測定結果に基づいて、制御手段がフィードバック制御を行い、ステージ４の移動量を制御する。
したがって、本実施形態の位置決め装置であれば、干渉計６ａが側板８ｂの内壁面２４ｂに取り付けられており、干渉計６ｂが側板８ａの内壁面２４ａに干渉計支持部材２６を介して取り付けられているため、チャンバ１の外気圧の変化等が生じても、干渉計６ａ，６ｂの位置変動が抑制される。このため、距離Ｄｘ及び距離Ｄｙの測定精度の低下が防止され、ステージ４の移動量が適切に制御される。

また、本実施形態の位置決め装置であれば、底板３２の厚さを増加させることなく、干渉計６ａ，６ｂの位置変動を抑制することが可能となるため、チャンバ１の重量増加及び大型化を生じることなく、位置決め装置の軽量化及び小型化が可能となる。このため、位置決め装置の設置条件等が拡大され、多種多様な条件下において、位置決め装置を使用することが可能となる。

さらに、本実施形態の位置決め装置であれば、干渉計６ｂが、図３中に示されているように、側板８ａの内壁面２４ａにおいて、内壁面２４ａの隅角部近傍に干渉計６ｂを左右方向及び上下方向から挟むように設定された四箇所の取り付け位置２８に、干渉計支持部材２６を介して取り付けられている。このため、四箇所の取り付け位置２８以外の位置では、側板８ａと干渉計支持部材２６との間に隙間が形成され、チャンバ１の外気圧の変化等により側板８ａが変形しても、その影響は干渉計支持部材２６には殆ど及ばない。この場合、取り付け位置２８の設定箇所で側板８ａに傾きが生じても、干渉計支持部材２６が架け渡されていることにより、干渉計支持部材２６への影響が緩和される。また、各取り付け位置２８間の部分も側板８ａと接していないため、殆ど変形することはない。その結果、チャンバ１の外気圧が変化しても、干渉計６ｂの位置変動が抑制され、距離Ｄｙの測定精度の低下が防止される。

また、本実施形態の位置決め装置であれば、天板３０、底板３２、複数の側板８の熱膨張係数をα₁、干渉計支持部材２６の熱膨張係数をα₂とし、側板８ａの内壁面２４ａと干渉計６ｂとの距離をＡ、側板８ａの外壁面３４ａと基準位置との水平方向の距離をＢとしたときに、条件式α₁Ａ＝α₂Ｂを満足するように形成されているため、以下に示す作用・効果がある。

天板３０、底板３２、複数の側板８及び干渉計支持部材２６が上述した構成である場合、例えば、チャンバ１に温度上昇が生じた場合に、側板８ａは測定鏡２２ｂから離れるように変形し、干渉計支持部材２６は干渉計６ｂが測定鏡２２ｂへ近づくように変形する。その結果、側板８ａは測定鏡２２ｂから離れる量と干渉計６ｂが測定鏡２２ｂへ近づく量が等しくなるため、チャンバ１に温度上昇が生じても、干渉計６ｂと測定鏡２２ｂの距離Ｄｙは一定となり、距離Ｄｙの測定精度の低下が防止される。

また、本実施形態の位置決め装置であれば、側板８ｂの外壁面３４ｂのうち、内壁面２４ｂに干渉計６ａが取り付けられている位置の裏側となる位置に、干渉計６ａの取り付け強度を補強するリブ３６を設けたため、干渉計６ａの位置変動を抑制することが可能となる。
また、本実施形態の位置決め装置であれば、底板３２の厚さを増加させることなく、干渉計６ａ，６ｂの位置変動を抑制することが可能となるため、底板３２の板厚を薄くすることが可能となり、ステージ４の全高を低くすることが可能となる。その結果、ステージ４の動特性を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態の位置決め装置では、干渉計６ａが側板８ｂの内壁面２４ｂに取り付けられており、干渉計６ｂが側板８ａの内壁面２４ａに干渉計支持部材２６を介して取り付けられているが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、側板８ｂの外壁面３４ｂにリブ３６を設けることが困難である場合等は、干渉計６ａを側板８ｂの内壁面２４ｂに干渉計支持部材２６を介して取り付けてもよい。

また、本実施形態の位置決め装置では、干渉計６ｂが干渉計支持部材２６を介して内壁面２４ａに取り付けられており、また、干渉計支持部材２６が、内壁面２４ａにおいて、内壁面２４ａの隅角部又はその近傍に設定された四箇所の取り付け位置２８を介して、内壁面２４ａに取り付けられているが、これに限定されるものではない。すなわち、四箇所の取り付け位置２８を、内壁面２４ａの隅角部又はその近傍以外の位置に設定してもよい。また、取り付け位置２８を二箇所又は三箇所に設定してもよく、五箇所以上に設定してもよい。もっとも、各取り付け位置２８が、干渉計６の載置位置を挟んで、上下あるいは左右に略対称となるように、干渉計６の載置位置から離間して設定することが好適である。

さらに、本実施形態の位置決め装置では、リブ３６を、天板３０と底板３２とを連続するように設けたが、これに限定するものではなく、例えば図５（ｂ）に示すように、天板３０と底板３２とを連続しない構成としてもよい。もっとも、リブ３６は、天板３０と底板３２とを連続するように設けることが好適である。
また、本実施形態の位置決め装置では、天板３０、底板３２、複数の側板８の熱膨張係数をα₁、干渉計支持部材２６の熱膨張係数をα₂とし、側板８ａの内壁面２４ａと干渉計６ｂとの距離をＡ、側板８ａの外壁面３４ａと基準位置との水平方向の距離をＢとしたときに、条件式α₁Ａ＝α₂Ｂを満足するように形成したが、これに限定されるものではない。すなわち、α₁＜α₂であればよく、α₁Ａとα₂Ｂとが近似であってもよい。

また、本実施形態の位置決め装置では、ステージ４を、ｘ方向及びｙ方向へ移動可能なＸ−Ｙステージから形成したが、これに限定されるものではなく、ｘ方向又はｙ方向へのみ移動可能なステージとしてもよい。
また、本実施形態の位置決め装置では、チャンバ１を、天板３０、底板３２、複数の側板８とから形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、半球状や略半球状等の天板と側板とが明確に区分されていない形状としてもよい。

次に、本発明の第二実施形態について図６を参照しつつ説明する。
まず、図６を参照して、本実施形態の構成を説明する。
図６に示されているように、本実施形態の位置決め装置１は、上述した第一実施形態の位置決め装置と、以下の点で構成が異なっている。すなわち、ステージ４として、差動排気シール４０付きのステージを備えている。このステージは、チャンバ１外に、ステージ４のｙ方向移動手段として、複数の軸受４２とＹ軸スライダ４４とを備えている。
その他の構成は、上述した第一実施形態と同様である。

次に、本実施形態の作用・効果について説明する。
本実施形態の位置決め装置であれば、上述した第一実施形態と同様に、底板３２の厚さを増加させることなく、干渉計６ａ，６ｂの位置変動を抑制することが可能となるため、底板３２の板厚を薄くすることが可能となり、ステージ４の全高を低くすることが可能となる。このため、チャンバ１外のＹ軸スライダ４４と、チャンバ１内に収容されたステージ４との距離を短縮することが可能となり、ステージ４の動特性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態の位置決め装置であれば、Ｙ軸駆動系及びＹ軸案内系を大気中に配置可能であるという利点がある。一方、構成上、Ｙ軸スライダ４４とステージ４とは上下方向に隔たりが避けられず、この隔たりを縮めるためには底板３２の薄型化が望まれる。しかし、底板３２の薄型化は、構造上、底板３２にＹ軸方向に沿ったスリットを設ける必要があることも相俟って、底板３２はより変形しやすくなる。これに対し、本実施形態の位置決め装置によれば、底板３２の変形にかかわらず、干渉計６ａ，６ｂの位置変動を抑制できるので、距離Ｄｘ，Ｄｙの高精度な測定が可能となる。
その他の作用・効果は、上述した第一実施形態と同様である。

次に、本発明の第三実施形態について図７及び図８を参照しつつ説明する。
まず、図７及び図８を参照して、本実施形態の構成を説明する。
図７及び図８に示されているように、本実施形態の位置決め装置１は、以下の点で上述した第一実施形態の位置決め装置と構成が異なっている。すなわち、側壁８ａの外壁面３４ａのうち、内壁面２４ａに取り付け位置２８が設定されている位置の裏側となる位置に、それぞれリブ３６ａが設けられている。
その他の構成は、上述した第一実施形態と同様である。

次に、本実施形態の作用・効果について説明する。
本実施形態の位置決め装置では、チャンバ１の外気圧の変化等が生じても、干渉計６ｂの位置変動が抑制されるため、上述した第一実施形態と比較して、距離Ｄｙの測定精度の低下が更に防止され、ステージ４の移動量が適切なものとなる。
その他の作用・効果は、上述した第一実施形態と同様である。

本発明例及び従来例と同様の構成を有する位置決め装置に対し、設計及び有限要素法による解析を行い、その結果を比較した。なお、従来例の位置決め装置としては、図９及び図１０に示す位置決め装置の構成を、ステージとして差動排気シール付きのステージを備えた構成に変更した位置決め装置を用いた。また、本発明例の位置決め装置としては、図６に示す本発明の第二実施形態で説明した位置決め装置を用いた。

その結果、従来例の位置決め装置では、チャンバ１外の大気圧が２ｈＰａ変動した際に、干渉計６ａ，６ｂの位置が、それぞれ測定方向に沿って４８．５ｎｍ変動した。
これに対し、本発明例の位置決め装置では、チャンバ１外の大気圧が２ｈＰａ変動した際に、干渉計６ａの位置が測定方向に沿って２．０ｎｍ変動し、干渉計６ｂの位置が測定方向に沿って５．６ｎｍ変動した。
したがって、本発明例の位置決め装置では、従来の位置決め装置と比較して干渉計の位置変動が抑制されていることが確認された。

本発明の第一実施形態を示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図を示す図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図を示す図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図を示す図である。 リブの構成を示す説明図であり、図５（ａ）は第一実施形態のリブの構成を示し、図５（ｂ）は変形例のリブの構成を示している。 本発明の第二実施形態を示す図である。 本発明の第三実施形態を示す図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図を示す図である。 従来の位置決め装置を示す図である。 図９のＸ−Ｘ線断面図を示す図である。 図９に示した位置決め装置におけるチャンバの底面の変形状態を示す説明図である。 光路が傾いた場合の測定用ビームの光路長の変化を示す説明図である。

符号の説明

１ チャンバ
２ 光源
４ ステージ
６ 干渉計
８ 側板
１０ 透過部
１２ ビームスプリッタ
１４ 反射鏡
１６ ｘ方向移動手段
１８ ｙ方向移動手段
２０ ワーク
２２ 測定鏡
２４ 内壁面
２６ 干渉計支持部材
２８ 取り付け位置
３０ 天板
３２ 底板
３４ 外壁面
３６ リブ
３８ 底面
４０ 差動排気シール
４２ 軸受
４４ Ｙ軸スライダ
Ｂ₁ ビーム
Ｂ₂，Ｂ₃ 測定用ビーム
Ｄ 干渉計と測定鏡との距離

Claims (6)

1. 内部を密閉空間とするチャンバと、当該チャンバ外に配置されチャンバ内へビームを照射する光源と、前記チャンバ内へ収容されて移動可能なステージと、当該ステージに取り付けられ前記ビームを反射する測定鏡と、前記チャンバ内において前記光源と前記測定鏡との間のビームの光路上に配置される干渉計と、を備えた位置決め装置において、
   前記干渉計は、前記チャンバの内壁面に取り付けられることを特徴とする位置決め装置。
2. 前記干渉計は、前記チャンバの内壁面に干渉計支持部材を介して取り付けられ、
   前記干渉計支持部材は、前記干渉計を挟んで前記チャンバの内壁面に離間して設定された二箇所以上の取り付け位置を介してチャンバの内壁面に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載した位置決め装置。
3. 前記干渉計は、前記チャンバの内壁面に干渉計支持部材を介して取り付けられ、
   前記干渉計支持部材は、前記チャンバの内壁面において当該内壁面の隅角部又はその近傍に設定された四箇所の取り付け位置を介してチャンバの内壁面に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載した位置決め装置。
4. 前記チャンバの外壁面のうち内壁面に前記干渉計又は干渉計支持部材が取り付けられている位置の裏側となる位置に、リブを設けたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載した位置決め装置。
5. 前記チャンバの熱膨張係数をα₁、前記干渉計支持部材の熱膨張係数をα₂とし、前記チャンバの内壁面と前記干渉計との距離をＡ、前記チャンバの外壁面とチャンバの基準位置との距離をＢとしたときに、
   α₁Ａ＝α₂Ｂの条件式を満足したことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項に記載した位置決め装置。
6. 前記ステージは、差動排気シール付のステージであることを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項に記載した位置決め装置。

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