JP3849266B2 - レーザ干渉測長方法および装置、およびそれを用いたステージ装置、およびそれを用いた露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の移動量を高精度で測長できるレーザ干渉測長方法および装置、およびそれを用いたステージ装置、およびそれを用いた露光装置に関する。特に、高精度で２次元移動するステージ装置に用いて好適であり、また、半導体装置、液晶表示装置等の製造に使用される露光装置に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置や液晶表示装置等の製造工程におけるフォトリソグラフィ工程では、レチクルあるいは、マスク（以下、レチクルという）に形成された回路パターンを投影光学系を介して半導体ウェハやガラスプレート（以下、ウェハという）上に投影露光する投影露光装置が用いられている。この投影露光装置としては種々の方式のものがあるが、例えば半導体装置の製造の場合、レチクルの回路パターン全体を一度に投影し得るイメージフィールドを持つ投影光学系を介してウェハをステップ・アンド・リピート方式で露光する投影露光装置と、レチクルを１次元に走査しつつ、ウェハをそれと同期した速度で１次元に走査させる、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置とがある。
【０００３】
ところで、これらの投影露光装置には高い露光精度が要求されており、そのため、レチクルを載置して移動するレチクルステージ、あるいはウェハを載置して２次元移動するウェハステージは、超精密レーザ干渉測長装置により移動量が測定されて高精度でステージの位置決めが行えるようになっている。
【０００４】
これら投影露光装置に用いられている従来のステージ装置を図８を用いて説明する。図８は、従来のステージ装置の平面図であり、図８において、Ｘ−Ｙ面内で移動可能なステージ２００のＹ方向に沿った一側面には、Ｘ方向の変位（移動量）を測定するための移動平面鏡ＭＸが固定され、Ｘ方向に沿った一側面にはＹ方向の変位を測定するための移動平面鏡ＭＹが固定されている。そして、移動平面鏡ＭＸ、ＭＹは概略直交して設置されている。ステージ２００のＸ方向の変位は、移動平面鏡ＭＸにほぼ垂直に入射する測定ビームを有するレーザ干渉測長装置の測定軸Ｘ１とＸ２によって、またステージ２００のＹ方向の変位は、移動平面鏡ＭＹにほぼ垂直に入射する測定ビームを有する測定軸Ｙによって測定される。また、Ｘ方向の変位を測定する測定軸Ｘ１、Ｘ２の光路の間隔はＹ方向に距離ＤＸだけ離れており、測定軸Ｘ１、Ｘ２の測定値の差分からＸ−Ｙ面に垂直なＺ方向回りの回転量を求めることもできるようになっている。従って、このステージ装置においては、ステージ２００のＸ、Ｙ方向の移動成分、およびθＺ方向の回転成分という３自由度の変位計測を３つの測定軸により実現している。
【０００５】
ところが、このような構成の従来のステージ装置では、ステージ２００のＸ、Ｙ方向それぞれの最大移動範囲の全ての領域で各測定軸Ｘ１、Ｘ２、Ｙの測定ビームが常に移動平面鏡ＭＸ、ＭＹにそれぞれ照射されている必要があるため、移動平面鏡ＭＸ、ＭＹは、ステージ２００がＸ−Ｙ面内で移動してもレーザ干渉測長装置の各測定軸Ｘ１、Ｘ２、Ｙの測定ビームを反射し続けるように、その寸法はステージ２００の可動範囲より大きくしておく必要があった。
【０００６】
このため、ステージ２００の可動範囲を広げようとすると、大型の移動平面鏡ＭＸ、ＭＹが必要になり、それに伴ってステージ２００全体の形状も大きくならざるを得ず、そのためステージ２００が重くなってしまい高速で移動させることが困難になるという問題が生じる。また大型の平面鏡を所定の平面度で加工するには多大な技術的困難が伴い、さらに、大きな平面鏡にたわみを生じさせずにステージ２００側部に固定することも技術的には多大な困難がある。ところが、移動平面鏡の平面度の低下は、レーザ干渉測長装置によるステージの位置決め精度の低下に直接的につながるため、結局ステージ２００の可動範囲を制限せざるを得ないという問題が生じている。
【０００７】
このような問題を解決するステージ装置として、例えば特開平７−２５３３０４号公報に開示されているものがある。この開示されたステージ装置は、ステージの変位の自由度の数（例えば、３自由度とする）よりも多い数の測定軸（例えば、４個）を設置することによって、一の測定軸の測定ビームが移動平面鏡の測定範囲から外れても、他の残りの測定軸によりステージの移動の自由度分の測定ができるようにしている。そして、移動平面鏡から外れた当該一の測定軸の測定範囲内に再度移動平面鏡が入ったら、他の残りの測定軸での測定値を当該一の測定軸の初期値として設定することにより、当該一の測定軸によるステージの移動量の測定を可能にして、移動平面鏡の大きさをステージの移動範囲よりも小さくすることを可能にしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の特開平７−２５３３０４号公報に開示されたステージ装置では、当該一の測定軸の初期値として他の測定軸の測定値を使う必要があるが、初期値を設定する精度が、他の測定軸での測定精度によって制約され、高精度な初期値設定ができないという問題があった。つまり、前述の公報に開示されたステージ装置では、初期値設定の精度が、当該一の測定軸の有している固有の精度より常に劣ってしまうという問題を有している。
【０００９】
また、測定軸をステージ自由度よりも大幅に上回る数で設置するようにした場合、コストの大幅な上昇が避けられないという問題もあり、現実的には採用し難かった。
【００１０】
また、従来のステージ装置に用いられているレーザ干渉測長装置は、ホモダイン検出方式とヘテロダイン検出方式とに大別されるが、露光装置等の極めて高精度で位置決めを行う必要のあるステージ装置で用いられるレーザ干渉測長装置には、ほとんどへテロダイン方式が採用されている。これは、ホモダイン検出方式が、フリンジ（干渉縞の次数）をカウント（計数）して干渉の次数と位相を測定するフリンジカウント方式であるため、干渉を生じさせる測定ビームの光量に変動等が生じると、その光量変動が直接的に位相測定に影響を与えてしまうため、精度的に限界を有していることによる。
【００１１】
ここで、ヘテロダイン・レーザ干渉計について簡単に説明する。図１０はヘテロダイン・レーザ干渉計の概略の構成を示している。図１０において、レーザ光源２０２は、偏光方位が互いに直交し、わずかに異なる２つの周波数ｆ１、ｆ２の光を射出する。レーザ光源２０２を射出した２つの光は同軸で偏光ビームスプリッタ２０４に入射し、例えば、周波数ｆ１の光は偏光ビームスプリッタ２０４を透過して測定光路上の移動平面鏡ＭＸで反射し、周波数ｆ２の光は偏光ビームスプリッタ２０４で反射して参照光路上の固定鏡（図１０では、コーナ・キューブ・プリズム）２０６で反射し、再び偏光ビームスプリッタ２０４で反射する。
【００１２】
測定光路上には１／４波長板２０８が設けられており、従って、移動平面鏡ＭＸに入射して戻ってくる周波数ｆ１の光は、この１／４波長板２０８を２回通過してその偏光方位を９０°回転させられるため、偏光ビームスプリッタ２０４で反射させられる。偏光ビームスプリッタ２０４で反射した周波数ｆ１の光は、固定鏡２１０で反射して光路をずらされて再び偏光ビームスプリッタ２０４に入射して反射し、測定光路を進んで再び移動平面鏡で反射する。移動平面鏡ＭＸに入射して戻ってくる周波数ｆ１の光は、上述と同様に１／４波長板２０８を２回通過してその偏光方位を９０°回転させられるため、今度は偏光ビームスプリッタ２０４を透過する。
【００１３】
測定光路上の移動平面鏡ＭＸで２回反射して偏光ビームスプリッタ２０４を透過した周波数ｆ１の光と、参照光路を通って偏光ビームスプリッタ２０４で反射した周波数ｆ２の光とは同軸で検出器２１２に入射する。検出器２１２内では、周波数ｆ１、ｆ２の偏光方位を一致させた後干渉させ、その干渉光が受光系で受光されて光電変換される。光電変換された干渉光は、（ｆ１−ｆ２）のビート周波数に移動平面鏡ＭＸの移動に伴って生じるドップラー効果分の周波数変化Δｆ（ｔ）を加えた周波数を有する測定信号Ｓ２として検出器２１２から位相比較器１に入力される。一方、レーザ光源２０２からは周波数ｆ１の光と周波数ｆ２の光を干渉させて得られた（ｆ１−ｆ２）のビート周波数を有する信号が参照信号Ｓ１として位相比較器１に入力される。
【００１４】
次に、図９を用いてヘテロダイン・レーザ干渉計における信号処理系の構成を説明する。図９において、参照信号Ｓ１と測定信号Ｓ２の位相差が、位相比較器１で検出され、その出力φは積算器２に送られ、この位相差φの変化分を積算することで、移動平面鏡の変位に比例した信号Ｐが求められる。
これを数式を用いて説明すれば以下のようになる。移動平面鏡の変位に伴う周波数の変化をΔｆ（ｔ）として、
【００１５】
【００１６】
ここで、ドップラー効果から、移動平面鏡の速度をｖ、測定ビームの波長をλ、光路折り返し数をｍとすれば、
【００１７】
Δｆ（ｔ）＝ｍｖ／λ
従って、
Ｐ＝（ｍ／λ）∫ｖｄｔ
【００１８】
となる。移動平面鏡の変位量をＤとすると、
【００１９】
となる。
位相比較器１の電気的な分解能はλ・（１／２５６）程度にでき、また、光源がＨｅ−Ｎｅレーザであればλ＝６３３ｎｍとして、測定光路が図１０に示したようなダブルパスの場合ｍ＝４であるので、結局、変位量Ｄは、６３３ｎｍ／（４×２５６）＝０．６１８ｎｍの分解能で検出することが可能である。ところが、従来のヘテロダイン・レーザ干渉計の信号処理系には、干渉の次数（フリンジ）をカウントしたり、絶対位相を積算器に設定する概念が無く、ヘテロダイン・レーザ干渉計をリセットする場合は、単に積算器２のカウンタを０（ゼロ）に設定するだけであった。
【００２０】
なお、参照信号と測定信号の絶対位相を読みとって継続測定に利用するへテロダイン・レーザ測長システムに関連する技術として、米国特許第４７６５７４１号に開示された、低熱膨張の林料で作られたキャビティの固定パスを測長して環境雰囲気の屈折率変動を検出する波長トラッカーがある。この波長トラッカーの場合には、固定長の単独の測定軸に関して、マイクロプロセッサが絶対位相を一定時間間隔で読みとって積算するようになっている。何らかの原因で測定ビームが遮断された場合には、遮断される前後の絶対位相を比較して、大きな変化がなければ、そのまま測定を継続し、変化が大きい場合には、その時点で積算処理をリセットするようになっている。この場合には、マイクロプロセッサを使っているため、位相の読みとり、積算時間間隔はあまり短くできず、高速で移動するステージなどの測長制御には使えない。
【００２１】
本発明は、従来の技術が有している上記技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的は、Ｘ−Ｙ平面を移動可能な移動平面鏡のＸ方向変位を、Ｙ方向の長さが短い小さな移動平面鏡で精密に測定できるレーザ干渉測長方法および装置を提供することにある。
【００２２】
また、本発明の目的は、Ｘ−Ｙ平面を移動可能なステージに固定された移動平面鏡のＸ方向変位を、Ｙ方向の長さが短い小さな移動平面鏡で精密に測定できるレーザ干渉測長装置を用いたステージ装置、およびそれを用いた露光装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、所定の自由度で移動可能な移動平面鏡に測定光を射出し、その反射光を参照光と干渉させて移動平面鏡の基準位置からの所定方向の距離を測長するために、測定光の測定軸を、一の測定軸での測長が不可能になっても他の測定軸で継続して測長できるように複数配置して行うレーザ干渉測長方法において、一の測定軸が測長不可能な状態から測長可能になったら、他の測定軸の測定値から移動平面鏡の所定方向の距離に関する干渉の次数を求めるとともに、干渉の次数と一の測定軸で測定される絶対位相とに基づいて、一の測定軸の測定値をリセットすることを特徴とするレーザ干渉測長方法によって達成される。
【００２４】
また、上記目的は、所定の自由度で移動可能な移動平面鏡と、移動平面鏡に測定光を射出し、その反射光を参照光と干渉させて移動平面鏡の基準位置からの所定方向の距離を測長するレーザ干渉測定装置において、測定光の測定軸を複数有し、当該複数の測定軸が一の測定軸での測長が不可能になっても、他の測定軸で継続して測長できるように配置された干渉計システムと、干渉計システムの一の測定軸が測長不可能な状態から測長可能になったときに、他の測定軸の測定値から移動平面鏡の所定方向の距離に関する干渉の次数を求め、干渉の次数と一の測定軸で測定される絶対位相とに基づいて、一の測定軸の測定値をリセットする信号処理系とを備えたことを特徴とするレーザ干渉測長装置によって達成される。
【００２５】
また、上記目的は、本発明のレーザ干渉測長装置において、信号処理系は、一の測定軸の測定光と参照光とを干渉させて得られる測定信号と、所定の基準信号との位相差を検出する位相比較器と、位相差の変化分を積算する積算器と、一の測定軸の測定値をリセットするときに、測定信号と基準信号との絶対位相差φと、他の測定軸の測定値から求められた干渉の次数Ｎとから、一の測定軸の干渉の次数Ｎ’を求め、Ｒ＝２π×Ｎ’＋φに対応するリセット値を積算器に設定する演算処理部とを備えることによって達成される。
【００２６】
また、本発明のレーザ干渉測長装置において、絶対位相差φが零の点を基準に移動平面鏡の所定方向の距離をヘテロダイン干渉方式で測定することを特徴とする。さらに、演算処理部は、リセット値を積算器に設定するまでの間に積算器で積算された位相差の変化分に対応する計数値を、リセット値に加えて積算器に設定することを特徴とする。
【００２７】
また、上記目的は、所定の移動方向に移動可能なステージと、所定の移動方向にほぼ垂直な反射面を有し、ステージに固定されてステージと共に移動する移動平面鏡とを備えたステージ装置において、移動平面鏡を構成要素に含む上述のレーザ干渉測長装置を備えたことを特徴とするステージ装置によって達成される。
【００２８】
上記ステージ装置において、ステージは、所定の移動方向とほぼ直角な方向にも移動可能なステージであり、直角な方向にほぼ垂直な反射面を有し、ステージに固定されてステージと共に移動する移動平面鏡をさらに備え、当該移動平面鏡を構成要素に含む上述のレーザ干渉測長装置をさらに備えていることを特徴とする。また、移動平面鏡の所定の移動方向とほぼ直角な方向の長さは、所定の移動方向とほぼ直角な方向に移動するステージの移動ストロークより短いことを特徴とする。さらに、移動平面鏡の移動に係わらず、隣接するいずれかの２軸の測定軸により常に移動平面鏡の角度変動成分が測定されるように、移動平面鏡に対して少なくとも３軸の測定軸が設けられていることを特徴する。
【００２９】
さらに、上記目的は、レチクルを載置して移動可能なレチクルステージと、感応基板を載置して２次元移動可能な基板ステージとを有し、レチクルのパターンの像を感応基板に露光する露光装置において、レチクルステージおよび基板ステージの少なくとも一方に上述のステージ装置を用いたことを特徴とする露光装置によって達成される。
【００３０】
本発明によれば、一の測定軸の１フリンジ（干渉縞）内の位相に関しては、当該一の測定軸自体で測定できるという干渉計の原理に基づき、移動平面鏡からの反射光が再び得られるようになった当該一の測定軸に初期値を設定する際には、他の測定軸で測定された測定値を当該一の測定軸の干渉の次数と端数分を決定するための推定値として利用し、推定された干渉の次数と端数および当該一の測定軸で測定した絶対位相φとに基づいて、当該一の測定軸の初期値を決定するようにしている。
【００３１】
本発明を、フリンジカウント（干渉縞計数）方式のレーザ干渉計に適用する場合の原理を以下に説明する。この干渉計で測定される測長値Ｌは、次式で表される。
【００３２】
Ｌ＝（Ｎ＋ε）×（λ／ｍ）
【００３３】
ここで、Ｎは干渉の次数（整数）、εは位相（端数分）、λはレーザ干渉計の波長、ｍは干渉計光路の折り返し数（いわゆるシングルパスで、ｍ＝２、ダブルパスでｍ＝４）である。λ、ｍは既知であるから、移動平面鏡の移動に応じて干渉縞（フリンジ）をカウントしてＮを求め、１フリンジ内の位相εは周知の各種補間方法で１／１００程度の分解能で測定することが可能である。従って、最終的にＬをλ／（１００×ｍ）程度の分解能で測定することができる。前述の一の測定軸に対する初期値設定の際には、測定ビームが移動平面鏡からいったん外れているため、Ｎが不明である。ところが、位相εは常に当該一の測定軸で測定可能であるから、他の測定軸の測定値から計算でＮが求まれば、当該一の測定軸の初期値は測定軸固有の精度で設定することが可能となる。
【００３４】
この場合、他の測定軸から初期値設定をする測定軸のＬを求める精度は干渉の次数Ｎを求められる程度であればよく、具体的には、±λ／（２ｍ）以内であればよい。
【００３５】
次に、へテロダイン方式のレーザ干渉計に本発明を適用する場合について説明する。この場合も、位相の測定方式が異なるだけで、基本的にフリンジカウント方式と同様の処理となる。へテロダイン方式では、参照干渉信号に対する測定干渉信号の絶対位相の変化分を積算している。この絶対位相がフリンジカウント方式での位相εに対応する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態によるレーザ干渉測長方法および装置、およびそれを用いたステージ装置、およびそれを用いた露光装置を図１乃至図７を用いて説明する。本実施の形態は、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。まず、本実施の形態による投影露光装置の概略の構成を図１を用いて説明する。ｇ線（波長：４３６ｎｍ）、ｉ線（波長：３６５ｎｍ）等の光束（エネルギ線）を発する水銀ランプ１２は、回転対称型反射鏡としての楕円鏡１４のほぼ第１焦点に位置する。水銀ランプ１２は駆動系４０により、第１焦点近傍を楕円鏡１４の光軸に沿って移動できるようになっている。水銀ランプ１２からの照明光は楕円鏡１４によりその第２焦点近傍に集光される。この第２焦点には、駆動系３６によって照明光の遮断と透過とを切り替えるシャッタ１６が配置されており、シャッタ１６を通った照明光束は、コリメートレンズ５に入射してほぼ平行光束に変換される。
【００３７】
この平行光束は、オプティカルインテグレータとして機能するフライアイレンズ２２に入射する。このフライアイレンズ２２の射出側には多数の２次光源像が形成される。フライアイレンズ２２によって形成される複数の２次光源の近傍には、照明条件変更手段として当該２次光源の光強度分布を所定の光強度分布に整形する開口絞り部４が配置されている。この開口絞り部４は、図示を省略したが回転軸を中心に回転可能なターレットに複数の開口絞りが形成されたものであり、ターレットを回転させて開口絞りのいずれかを２次光源の射出面上に設定することができるようになっている。
【００３８】
所定の開口絞りを透過した各２次光源像からの照明光はコンデンサレンズ２６に入射する。コンデンサレンズ２６の後側焦点面には、複数の可動ブレード（ＢＬ１、ＢＬ２等）を有するレチクルブラインド機構２８が配置されている。複数のブレードＢＬは、それぞれ駆動系３８によって独立に移動できるようになっている。また、複数のブレードの各エッジで規定された開口ＡＰの形状は、投影光学系ＰＬの投影フィールド内に含まれるように定められる。
【００３９】
コンデンサレンズ２６を通過した照明光は、レチクルブラインド機構２８の開口ＡＰを通過し、レンズ系３０に入射する。レンズ系３０を射出した照明光は、ミラー３２、およびメインコンデンサレンズ３４を介してレチクルＲを照射する。これにより、ブラインド機構２８の複数のブレードＢＬで規定された開口ＡＰの像がレチクルＲ下面のパターン面に結像される。
【００４０】
レチクルＲは、図中のＸ−Ｙ平面を２次元的に移動可能なレチクルステージＲＳＴ上に載置されている。レチクルステージＲＳＴ側面のＸ、Ｙ方向には平面反射鏡５０（図１ではＸ軸用反射鏡５０Ｘのみを示し、Ｙ軸用反射鏡５０Ｙの図示は省略している）が取り付けられており、レーザ干渉システム５２からのレーザ光を平面反射鏡５０で反射させてＸ軸、Ｙ軸方向のレチクルステージＲＳＴの位置を正確に測定できるようになっている。レーザ干渉システム５２からの測長データは制御装置８に送られ、制御装置８は図示しない駆動系に指令を送出することによりレチクルステージＲＳＴをＸＹ面内で正確に位置決め制御できるようになっている。
【００４１】
レチクルＲを透過した照明光は、投影光学系ＰＬに入射して集光され、投影光学系ＰＬのイメージフィールド内にレチクルＲのパターンの像を結像する。本実施の形態においては、投影光学系ＰＬは、両側テレセントリックで１／４縮小、あるいは１／５縮小の屈折素子、あるいは屈折素子と反射素子との組み合わせで構成されている。なお、図１において、投影光学系ＰＬの光軸に平行にＺ軸をとり、Ｚ軸に垂直な平面内で紙面に平行な方向にＸ軸をとり、紙面に垂直な方向にＹ軸をとるものとする。
【００４２】
投影光学系ＰＬの下方には、ウェハＷを載置してＸ−Ｙ面内を２次元移動可能なウェハステージＷＳＴが設けられている。ウェハステージＷＳＴは、駆動系６によりＸ方向に移動し、図示しないＹ方向の駆動系によりＹ方向に移動するようになっている。ウェハステージＷＳＴの移動量は、Ｘ軸方向測定用の平面反射鏡５４Ｘにレーザ光を照射してＸ軸方向のウェハステージＷＳＴの移動量を測定するレーザ干渉システム７Ｘ（Ｙ軸方向のレーザ干渉システム７ＹおよびＹ軸用平面反射鏡５４Ｙの図示は省略している）により逐次計測されるようになっている。このウェハステージＷＳＴに設けられたレーザ干渉測長装置については、図２を用いて後程詳述する。
【００４３】
ウェハＷは図示しないウェハホルダＷＨ上に吸着され、ウェハホルダＷＨをＺ方向に移動させて、ウェハＷの表面を投影光学系ＰＬによるイメージフィールドのフィールド面に一致させることができるようになっている。
【００４４】
次に、本投影露光装置全体を制御する制御装置８について説明する。制御装置８には、レーザ干渉システム７等の位置検出手段から、ウェハステージＷＳＴおよびレチクルステージＲＳＴの位置情報が例えば１０ｎｍ程度の高分解能で入力される。制御装置８は、それらの位置情報に基づいて駆動系６等に指令を与え、ウェハステージＷＳＴあるいはレチクルステージＲＳＴを所定の位置に移動させるように制御する。また制御装置８は、所定の照明条件に基づいて開口絞りのいずれかを照明光の光路中にセットするように開口絞り部４を制御し、あるいは駆動系３８に指令を与えてブレードＢＬを移動させて所定の開口ＡＰを形成するようにレチクルブラインド機構２８を制御する。
【００４５】
次に、図２を用いて本実施の形態による露光装置のウェハステージＷＳＴに使用されているステージ装置およびレーザ干渉測長装置の概略の構成を説明する。ウェハステージＷＳＴを構成するＸステージＸＳＴは、ＹステージＹＳＴ上のＸ方向に形成された案内溝に沿ってＸ方向に摺動可能にＹステージＹＳＴ上に搭載されている。ＹステージＹＳＴは、ベースＢ上のＹ方向に形成された案内溝に沿ってＹ方向に摺動可能にベースＢ上に搭載されている。図示しないＸステージ駆動系およびＹステージ駆動系により、ＸステージＸＳＴとＹステージＹＳＴはそれぞれ独立して移動可能に駆動されるようになっており、従ってＸステージＸＳＴは、Ｘ−Ｙ面内を２次元移動することができるようになっている。
【００４６】
ＸステージＸＳＴのＹ方向に延びる一側面には、ＸステージＸＳＴのＸ方向の移動量を計測するための移動平面鏡５４Ｘが固定されている。移動平面鏡５４ＸのＹ方向の長さは、ＸステージＸＳＴの側面のＹ方向の長さより短く形成されている。同様に、ＸステージＸＳＴのＸ方向に延びる一側面には、ＸステージＸＳＴのＹ方向の移動量を計測するための移動平面鏡５４Ｙが固定されている。移動平面鏡５４ＹのＸ方向の長さは、ＸステージＸＳＴの側面のＸ方向の長さより短く形成されている。また、これら移動平面鏡５４Ｘ、５４Ｙは、それら反射平面が、それぞれＺ軸に対してほぼ平行で、両反射平面をそれぞれ延長した仮想平面同士がほぼ直交するようにＸステージＸＳＴ側面に固定されている。
【００４７】
また、本実施の形態においては、ＸステージＸＳＴのＸ方向の移動量を測定するためのレーザ干渉システム７Ｘと、ＸステージＸＳＴのＹ方向の移動量を測定するためのレーザ干渉システム７Ｙとが設けられている。レーザ干渉システム７Ｘは、例えば波長λ＝６３３ｎｍで、互いに偏光方位が直交する２つの周波数ｆ１、ｆ２（例えば、ｆ１−ｆ２＝２ＭＨｚ）の光を射出するＨｅ−Ｎｅガスレーザのレーザ光源７０Ｘを有している。レーザ光源７０Ｘからの射出光の進行方向には、３個のビームスプリッタ７２ａ〜７２ｃと、ビームベンダ７４ａがこの順にほぼ等間隔で配置されている。これら３個のビームスプリッタ７２ａ〜７２ｃおよびビームベンダ７４ａのそれぞれで反射するレーザ光源７０Ｘからのレーザ光はほぼ直角に曲げられて４つの測定軸の測定ビームを構成し、ＸステージＸＳＴに取り付けられた移動平面鏡５４Ｘの反射面にほぼ垂直な方向に進む。各軸上には例えば図１０に示した偏光ビームスプリッタ２０４、コーナーキューブプリズム２０６、２１０、および１／４波長板２０８からなる干渉ユニット７８ａ〜７８ｄが配置されている。これらの干渉ユニット７８ａ〜７８ｄを通過した測定ビームが移動平面鏡５４Ｘを２回反射して各干渉ユニット７８ａ〜７８ｄから射出する光路上に、光電変換素子を備えた検出器７６ａ〜７６ｄが配置されている。図示は省略するが、検出器７６ａ〜７６ｄの光電変換素子の前段には偏光子が設けられている。この偏光子は、周波数ｆ１、ｆ２の光の偏光方位に対し４５°傾いており、従って、参照光路を通ってきた周波数ｆ２の光と、測長光路を通ってきた周波数ｆ１の光は、この偏光子を通った後干渉して、光電変換素子において周波数ｆ１と周波数ｆ２の差（ｆ１−ｆ２）をキャリアとするビートシグナル（測定信号）Ｓ２が検出される。各軸の検出器７６ａ〜７６ｄで検出された測定信号は信号処理系１０に入力されるようになっている。
【００４８】
図２においては、干渉ユニット７８ａ、７８ｂの測定ビームが移動平面鏡５４Ｘに反射して、反射光が検出器７６ａ、７６ｂにそれぞれ入射しており、干渉ユニット７８ｃ、７８ｄの測定ビームは移動平面鏡５４Ｘから外れており、検出器７６ｃ、７６ｄには測定ビームが戻ってきていない状態を示している。
【００４９】
なお、各軸に供給される測定ビームの光強度は均等であることが望ましいので、ビームスプリッタ７２ａには、光振幅分割の割合が、入射光を１００％とした反射光の割合が２５％となる素子を用い、同様にしてビームスプリッタ７２ｂには３３％、ビームスプリッタ７２ｃには５０％の素子を用いている。
【００５０】
一方、レーザ干渉システム７Ｙは、Ｘ軸用のレーザ光源７０Ｘと同様に、波長λ＝６３３ｎｍで、互いに偏光方位が直交する２つの周波数ｆ１、ｆ２の光を射出するＨｅ−Ｎｅガスレーザのレーザ光源７０Ｙを有している。レーザ光源７０Ｙからの射出光の進行方向には、振幅分割比が５０％のビームスプリッタ７２ｄが設けられ、ビームスプリッタ７２ｄで反射した光の進行方向にビームベンダ７４ｂが配置されている。ビームスプリッタ７２ｄの透過光はそのまま直進し、ビームベンダ７４ｂで反射した光は透過光と平行になって進むようになっている。結局レーザ光源７０Ｙからのレーザ光は２軸に分割され、ＸステージＸＳＴに取り付けられた移動平面鏡５４Ｙの反射面にほぼ垂直に入射する方向に進む。各軸上には干渉ユニット７８ｅ、７８ｆが配置されている。これらの干渉ユニット７８ｅ、７８ｆを通過した測定ビームが移動平面鏡５４Ｙを２回反射して干渉ユニット７８ｅ、７８ｆから射出する光路上に、光電変換素子を備えた検出器７６ｅ、７６ｆが配置されている。検出器７６ｅ、７６ｆの光電変換素子の前段にも図示しない偏光子が設けられており、参照光路を通ってきた周波数ｆ２の光と、測長光路を通ってきた周波数ｆ１の光は、この偏光子を通った後干渉して、光電変換素子において周波数ｆ１と周波数ｆ２の差（ｆ１−ｆ２）をキャリアとするビートシグナル（測定信号）Ｓ２が検出される。各軸の検出器７６ｅ、７６ｆで検出された測定信号は信号処理系１０に入力される。
【００５１】
図２においては、干渉ユニット７８ｅ、７８ｆの測定ビームが移動平面鏡５４Ｙに反射して、反射光が検出器７６ｅ、７６ｆにそれぞれ入射している状態を示している。
【００５２】
次に、図３を用いて本実施の形態によるレーザ干渉測長装置の動作について説明する。図３（ａ）は、Ｘ−Ｙ平面を２次元移動可能なステージＳＴをＸ−Ｙ平面に垂直なＺ方向から見た図である。図３（ａ）において、Ｘ−Ｙ面内で移動可能なステージＳＴのＹ方向に沿った一側面には、Ｘ方向の変位（移動量）を測定するための移動平面鏡ＭＸが固定され、Ｘ方向に沿った一側面にはＹ方向の変位を測定するための移動平面鏡ＭＹが固定されている。そして、移動平面鏡ＭＸ、ＭＹの両反射平面はＺ軸に平行で、両反射平面をそれぞれ延長した２つの仮想平面は直交するように、移動平面鏡ＭＸ、ＭＹは設定されている。ステージＳＴのＸ方向の変位は、移動平面鏡ＭＸにほぼ垂直に入射する測定ビームを有するレーザ干渉測長装置の測定軸Ｘ１とＸ２によって、またステージＳＴのＹ方向の変位は、移動平面鏡ＭＹにほぼ垂直に入射する測定ビームを有する測定軸Ｙ１、Ｙ２によって測定される。Ｘ方向の変位を測定する測定軸Ｘ１、Ｘ２の光路の間隔は距離ＤＸだけ離れており、Ｙ方向の変位を測定する測定軸Ｙ１、Ｙ２の光路の間隔は距離ＤＹだけ離れている。従って、Ｘ方向の変位を測定する測定軸Ｘ１、Ｘ２の測定値の差分から、あるいはＹ方向の変位を測定する測定軸Ｙ１、Ｙ２の測定値の差分から、Ｘ−Ｙ面に垂直なＺ軸回りの回転量θＺを求めることもできるようになっている。従って、このステージ装置においては、ステージＳＴのＸ、Ｙ方向の移動成分、およびθＺ方向の回転成分という３自由度の変位計測を４つの測定軸により実現している。
【００５３】
さてここで、図３（ａ）に示したような３自由度で移動するステージＳＴと４つの測定軸を有するレーザ干渉測長装置において、ステージＳＴがＹ方向に移動して図３（ｂ）に示す位置に達したとする。図３（ｂ）では、Ｘ１測定軸の測定ビームが移動平面鏡ＭＸから外れている。この状態から再び図３（ａ）に示す位置に向かってステージＳＴが移動を始め、移動平面鏡ＭＸが測定軸Ｘ１の測定ビームの測定範囲内に入った際の、測定軸Ｘ１に設定する初期値を次式（１）から求める。まず初めに、一の測定軸（この例では測定軸Ｘ１）の初期値として他の測定軸（この例では、測定軸Ｘ２）の測定値をそのまま利用する上述の特開平７−２５３３０４号公報に開示された方法について考察する。
【００５４】
Ｌ（Ｘ１）＝Ｌ（Ｘ２）−ＤＸ・θＺ＋ｄ ・・・（１）
【００５５】
ここで、Ｌ（Ｘ１）は測定軸Ｘ１の測長値を、Ｌ（Ｘ２）は測定軸Ｘ２の測長値である。また、ＤＸは測定軸Ｘ１の測定ビームと測定軸Ｘ２の測定ビームの間隔である。θＺはＺ軸回りのステージＳＴの回転角度である。ｄは移動平面鏡ＭＸとＭＹの直交度によるオフセット項で、一定値を取る。この場合、θＺは測定軸Ｙ１と測定軸Ｙ２の測定値から次式で求まる。
【００５６】
θＺ＝｛Ｌ（Ｙ２）−Ｌ（Ｙ１）｝／ＤＹ ・・・（２）
【００５７】
ここで、Ｌ（Ｙ１）は測定軸Ｙ１の測長値を、Ｌ（Ｙ２）は測定軸Ｙ２の測長値である。また、ＤＹは測定軸Ｙ１の測定ビームと測定軸Ｙ２の測定ビームの間隔である。この式（２）を式（１）に代入すれば、
【００５８】
Ｌ（Ｘ１）＝Ｌ（Ｘ２）−（ＤＸ／ＤＹ）・｛Ｌ（Ｙ２）−Ｌ（Ｙ１）｝＋ｄ
・・・（３）
【００５９】
となる。ＤＸ、ＤＹは装置固有の定数であり、またｄは単にＸ１測定軸の測定ビームが外れる前のＸ１測定軸とＸ２測定軸の計測値の差を記憶しておけばよい。Ｌ（Ｘ２）は継続して測定されているから、直交度を求めて計算する必要はない。以上より、各測定軸の計測誤差の標準偏差をσ（・・）で表せば、測定軸Ｘ１の初期値設定誤差Δ（Ｘ１）は、誤差伝搬則より次式で表される。
【００６０】
Δ２（Ｘ１）＝σ2（Ｘ２）＋（ＤＸ／ＤＹ）2×｛σ2（Ｙ２）＋σ2（Ｙ１）｝
・・・（４）
【００６１】
例えば、各測定軸の計測精度が等しいとすれば、σ（Ｙ１）＝σ（Ｙ２）＝σ（Ｘ１）＝σｍと書けるから、ＤＸ＝ＤＹの場合、式（４）は、
【００６２】
Δ２（Ｘ１）＝３×（σｍ）2
【００６３】
となり、結局、
【００６４】
Δ（Ｘ１）＝√３×σｍ
【００６５】
となり、測定軸Ｘ１の初期値設定誤差Δ（Ｘ１）は、測定軸Ｘ１固有の測定精度σｍよりも大きくなってしまうことがわかる。ＤＸ＜ＤＹとすれば多少精度が向上するが、移動平面鏡ＭＸ、ＸＹを小さくしようとする目的からすれば、測定軸間距離ＤＸとＤＹを極端に異ならせることは意味がなく、また仮にＤＸ＜＜ＤＹとしても、ＤＸ／ＤＹ→０の極限を取ったとき、初めてΔ（Ｘ１）→σｍとなるのであって、決してσｍにはならないことがわかる。また、測定軸を増設して（ステージの自由度＋１）よりも数を多くして、平均化効果で精度を上げることも考えられる。例えば、前述の例のステージ装置でＹ側の測定軸を、Ｙ１、Ｙ２の他に、さらにＹ３、Ｙ４、・・と増設することが考えられる。
しかし、この場合でも式（１）のθＺの測定精度が上がるだけであるから、Δ（Ｘ１）はσｍより大きいことに変わりはない。以上要約すれば、
【００６６】
Ｌ（Ｘ１）＝Ｌ（Ｘ２）＋Ｆ（Ｙ１、Ｙ２、・・・） ・・・（５）
（但し、Ｆ（）は、測定軸Ｘ１とＸ２の測定ビーム位置が異なることによる補正項である。）
【００６７】
となるので、初期値設定誤差Δ（Ｘ１）は、測定軸の有する固有の精度には到達し得ないことがわかる。
【００６８】
以上の考察は、移動平面鏡ＭＸが測定軸Ｘ１の測定ビームによる測定範囲内に再度入り、測定軸Ｘ１に設定する初期値を上述の式（１）から求めるに際し、従来技術である特開平７−２５３３０４号公報に開示されたステージ装置における一の測定軸の初期値として他の測定軸の測定値をそのまま用いた結果であり、このことから、上記公報による方法では初期値設定の精度は、測定軸固有の精度より常に劣ることがわかる。
【００６９】
そこで、本実施の形態によるレーザ干渉測長方法および装置では、以下のようにして測定精度の劣化を防止して初期値を設定できるようにしている。
再び図３（ａ）、（ｂ）を参照して、Ｙ方向にステージＳＴが移動して測定軸Ｘ１の測定ビームが移動平面鏡ＭＸから外れた後、再度、移動平面鏡Ｘが測定軸Ｘ１の測定ビームの測定範囲内に入ったとすると、測定軸Ｘ１の初期値の設定は次のような手順でなされる。
まず上記式（１）および式（２）から求められた式（３）から、測定軸Ｘ１の測長値Ｌ（Ｘ１）を計算する。
次に、求められたＬ（Ｘ１）から次式に基づいて、測定軸Ｘ１の干渉の次数Ｎと端数εの推定値を求める。
【００７０】
Ｎ（Ｘ１）＝ｇ｛Ｌ（Ｘ１）／（λ／ｍ）｝
ε＝Ｌ（Ｘ１）／（λ／ｍ）−Ｎ（Ｘ１）
【００７１】
ここで、ｇ｛Ｘ｝は、Ｘを越えない最大の整数を与える関数である。このＮ（Ｘ１）とεとを測定軸Ｘ１の信号処理系１０に送出し、後程詳述するように信号処理系１０内において、現在の干渉の次数Ｎと端数εの推定値（Ｎ、ε）と測定軸Ｘ１の絶対位相φとから初期値（リセット値）を決定する。
【００７２】
図４は、本実施の形態によるヘテロダイン・レーザ干渉測長装置の信号処理系１０内の一測定軸用のブロック・ダイアグラムを示している。図４に示すように、信号処理系１０は、例えばレーザ光源７０Ｘから出力された参照信号Ｓ１と各測定軸の検出器７６ａ〜７６ｆからの測定信号Ｓ２が入力される位相比較器１を有している。位相比較器１は、参照信号Ｓ１と測定信号Ｓ２との位相差φを検出し、検出した位相差φを積算器２に出力すると共に計算処理装置３にも出力するようになっている。なお、位相比較器１と積算器２は図９を用いて既に説明した従来のものと同様の機能を有している。
【００７３】
積算器２は、参照信号Ｓ１と測定信号Ｓ２の位相差φの変化分を積算して、その積算値を移動平面鏡の移動量を示す情報（測定値Ｐ）として図１に示した制御装置８に出力するようになっている。一方、初期設定時（リセット時）における計算処理装置３には、制御装置８からの指令に基づいて、他のいずれかの測定軸から求められた現在の干渉の次数Ｎと端数εの推定値（Ｎ、ε）が入力されるようになっている。現在の干渉の次数Ｎや端数εの推定値は、外部の計算処理装置で必要な時に測定値Ｐや他の軸の測定値から計算して求める。
【００７４】
計算処理装置３では、位相比較器１から入力された実際の位相差φと制御装置８から入力された位相差の推定値εとを比較する。この比較は、推定された位相差εが０（ゼロ）または２πに近い場合、推定した干渉の次数が±１の範囲でずれている可能性があるので、その検証のために行うものである。この比較の動作を図５を参照しつつ説明する。図５（ａ）〜（ｃ）において、横軸は位相を表し、特に干渉の次数ｋ＝Ｎ−１、ｋ＝Ｎ、ｋ＝Ｎ＋１の範囲の位相を図示している。１つの次数内で位相は２π変化している。図５（ａ）は、実際の位相差φと位相差の推定値εの差の絶対値がπより小さい（｜φ−ε｜＜π）場合を示している。この場合は図示の通り実際の位相差φは次数Ｎ内にあるので、干渉の次数は推定値どおりＮであり、設定値Ｎ’＝Ｎとする。図５（ｂ）は、実際の位相差φから位相差の推定値εを減じた値がπより大きい（φ−ε＞π）場合を示している。この場合は図示の通り実際の位相差φは次数Ｎ−１内にあるので、設定値Ｎ’は、Ｎ’＝Ｎ−１とする。また、図５（ｃ）は、実際の位相差φから位相差の推定値εを減じた値が−πより小さい（φ−ε＜−π）場合を示している。この場合は図示の通り実際の位相差φは次数Ｎ＋１内にあるので、Ｎ’＝Ｎ＋１とする。
計算処理装置３では、以上のようにして求めた設定値Ｎ’から、リセット値Ｒを以下の式に基づいて求める。
【００７５】
Ｒ＝Ｍ×Ｎ’＋Ｍ（φ／２π）
（但し、Ｍは測定分解能を示す）
【００７６】
求められたリセット値Ｒは、積算器２に出力されて設定される。
なお、装置立ち上げ時や、何らかの原因で全ての測定軸が測定不能になり、全ての軸をリセットする必要が生じた場合でも、計算処理装置３にＮ＝０を送り、同じく計算処理装置３の出力Ｒを加算器２に設定するようにしておく必要がある。この場合は、結局のところ従来と同様に絶対位相差φだけが積算器２に設定されることになる。
【００７７】
次に、本実施の形態によるレーザ干渉測長装置の信号処理系１０の変形例を図６および図７を用いて説明する。
まず、図６に示す信号処理系１０は、積算器２の出力Ｐが必要に応じて計算処理装置３にフィードバックされるようになっている点に特徴を有している。これは、積算器２をリセットした後、計算処理装置３からリセット値が積算器２に設定されるまでの間の移動平面鏡の変位量まで含めて積算器２にプリセット値として設定しようとするものである。以下具体的に説明すると、まず、所定の測定軸の測定ビームの測定範囲から移動平面鏡が外れた後、再び測定ビームの測定範囲に移動平面鏡が入り、検出器で移動平面鏡からの反射光が受光可能になった後、積算器２はリセットされる（時刻ｔ１）。
【００７８】
次に、他のいずれかの測定軸で測定した干渉の次数Ｎと端数εの推定値（Ｎ、ε）と、位相比較器１からの位相差φとが計算処理装置３に入力されて、上記式Ｒ＝Ｍ×Ｎ’＋Ｍ（φ／２π）に基づいてリセット値Ｒが演算されるが、これら入力、演算等が行われている間にも移動平面鏡は変位して位相比較器１からは位相差φが出力されている。積算器２は時刻ｔ１でリセットされて稼働状態になっているので位相比較器１からの位相差φの変化分は積算器２で積算されている。そこで、計算処理装置３が積算器２にリセット値を送出する際（時刻ｔ２）の直前に、時刻ｔ１から時刻ｔ２直前まで積算器２で積算された変位量Ｐ１２を計算処理装置３に送り、計算処理装置３において演算したリセット値にＰ１２を加えてプリセット値として時刻ｔ２に積算器２に出力して設定するようにすれば、時刻ｔ１〜ｔ２における移動平面鏡の変位まで考慮したより精密な初期値の設定を行うことができるようになる。
【００７９】
また、信号処理系１０を図７に示すような構成にしてもよい。図７に示す信号処理系１０は、位相比較器１の出力を信号処理系１０外部に直接取り出せるように構成されており、これは図４に示した信号処理系１０から計算処理装置３を取り外して、計算処理装置３の機能を外部の処理装置（図示せず）に持たせたものである。従って、積算器２へのリセット値Ｒの設定は外部の処理装置により前述と同様な方法で計算され、計算されたリセット値Ｒは外部の処理装置から直接積算器２に設定される。
【００８０】
以上説明したように、本実施の形態によるレーザ干渉測長方法および装置では、従来のへテロダイン・レーザ測長干渉システムが位相変化を任意の点から計測していたのに対し、常に位相０（ゼロ）を基準点にして、当該基準点から計測できるようにした点に特徴を有している。これによって、フリンジカウント方式と同様に、干渉の次数が導入できるため、高精度な初期値の設定が可能となる。
【００８１】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態においては、ＸステージＸＳＴのＸ方向の移動量を測定するレーザ干渉システム７Ｘと、ＸステージＸＳＴのＹ方向の移動量を測定するレーザ干渉システム７Ｙとでレーザ光源７０Ｘ、７０Ｙをそれぞれ別個に持たせるようにしたが、各軸の検出器７６ａ〜７６ｆに入射する測定ビームの光量が各軸の検出器７６ａ〜７６ｆの受光レンジ内に維持できるのであれば、１台のレーザ光源からの射出光を全軸に分割して用いるようにすることもできる。
【００８２】
また上記実施の形態では、ＸステージＸＳＴのＸ方向の４つの測定軸のうちの１つが移動平面鏡から外れた際における当該測定軸の初期値の設定について説明しているが、Ｙ方向の測定軸において１つの測定軸が移動平面鏡から外れた場合についても同様にして本発明を適用できる。さらに、Ｘ方向の移動量の測定に４つの測定軸を用意し、Ｙ方向に２つの測定軸を用意したが、本発明はこれに限られず、より多数軸であっても同様に本発明を適用することができる。
【００８３】
また、例えば、上記実施の形態においては、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限られず、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、あるいは、Ｘ線（エネルギ線）をエネルギ源とする露光装置や電子線（エネルギ線）を光源（エネルギ源）とする荷電粒子線露光装置に適用することももちろん可能である。
【００８４】
また、上記実施の形態においては、照明光（エネルギ線）を射出する光源（エネルギ源）として超高圧水銀ランプを用いたが、本発明はこれに限られず、エキシマレーザ光（エネルギ線）を射出するエキシマレーザ等を用いてもよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、Ｘ−Ｙ平面を移動可能な移動平面鏡のＸ方向変位を、Ｙ方向の長さが短い小さな移動平面鏡で精密に測定できるレーザ干渉測長方法および装置を実現できる。このため、可動範囲を広げながら、なお且つステージの小型化を図ることができ、Ｘ−Ｙ平面を移動可能なステージに固定された移動平面鏡のＸ方向変位を、Ｙ方向の長さが短い小さな移動平面鏡で精密に測定できるレーザ干渉測長装置を用いたステージ装置、およびそれを用いた露光装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による投影露光装置の概略の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態による投影露光装置に用いられるステージ装置の概略の構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態によるレーザ干渉測長方法および装置を説明する図である。
【図４】本発明の一実施の形態によるレーザ干渉測長装置に用いられる信号処理系１０の概略の構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態によるレーザ干渉測長装置の信号処理系１０における処理の一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態によるレーザ干渉測長装置に用いられる信号処理系１０の変形例の概略の構成を示す図である。
【図７】本発明の一実施の形態によるレーザ干渉測長装置に用いられる信号処理系１０の他の変形例の概略の構成を示す図である。
【図８】従来のレーザ干渉測長方法および装置を説明する図である。
【図９】従来のレーザ干渉測長装置の信号処理系における処理を示す図である。
【図１０】レーザ干渉測長装置の構成の代表例を示す図である。
【符号の説明】
１ 位相比較器
２ 積算器
３ 計算処理装置
４ 開口絞り部
５ コリメートレンズ
６、３０、５０ 駆動系
７、５２ レーザ干渉システム
８ 制御装置
９ 出力装置
１０ 信号処理系
１２ 水銀ランプ
１４ 楕円鏡
１６ シャッタ
２２ フライアイレンズ
２６ コンデンサレンズ
２８ レチクルブラインド機構
３０ レンズ系
３２ ミラー
３４ メインコンデンサレンズ
５０ レチクルステージ用平面反射鏡
５４ ウェハステージ用平面反射鏡
７０Ｘ、７０Ｙ レーザ光源
７２ａ〜７２ｄ ビームスプリッタ
７４ａ、７４ｂ ビームベンダ
７６ａ〜７６ｆ 検出器
７８ａ〜７８ｆ 干渉ユニット
ＰＬ 投影光学系
Ｒ レチクル
ＲＳＴ レチクルステージ
ＳＴ ステージ
Ｗ ウェハ
ＷＳＴ ウェハステージ
ＸＳＴ Ｘステージ
ＹＳＴ Ｙステージ
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の移動量を高精度で測長できるレーザ干渉測長方法および装置、およびそれを用いたステージ装置、およびそれを用いた露光装置に関する。特に、高精度で２次元移動するステージ装置に用いて好適であり、また、半導体装置、液晶表示装置等の製造に使用される露光装置に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置や液晶表示装置等の製造工程におけるフォトリソグラフィ工程では、レチクルあるいは、マスク（以下、レチクルという）に形成された回路パターンを投影光学系を介して半導体ウェハやガラスプレート（以下、ウェハという）上に投影露光する投影露光装置が用いられている。この投影露光装置としては種々の方式のものがあるが、例えば半導体装置の製造の場合、レチクルの回路パターン全体を一度に投影し得るイメージフィールドを持つ投影光学系を介してウェハをステップ・アンド・リピート方式で露光する投影露光装置と、レチクルを１次元に走査しつつ、ウェハをそれと同期した速度で１次元に走査させる、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置とがある。
【０００３】
ところで、これらの投影露光装置には高い露光精度が要求されており、そのため、レチクルを載置して移動するレチクルステージ、あるいはウェハを載置して２次元移動するウェハステージは、超精密レーザ干渉測長装置により移動量が測定されて高精度でステージの位置決めが行えるようになっている。
【０００４】
これら投影露光装置に用いられている従来のステージ装置を図８を用いて説明する。図８は、従来のステージ装置の平面図であり、図８において、Ｘ−Ｙ面内で移動可能なステージ２００のＹ方向に沿った一側面には、Ｘ方向の変位（移動量）を測定するための移動平面鏡ＭＸが固定され、Ｘ方向に沿った一側面にはＹ方向の変位を測定するための移動平面鏡ＭＹが固定されている。そして、移動平面鏡ＭＸ、ＭＹは概略直交して設置されている。ステージ２００のＸ方向の変位は、移動平面鏡ＭＸにほぼ垂直に入射する測定ビームを有するレーザ干渉測長装置の測定軸Ｘ１とＸ２によって、またステージ２００のＹ方向の変位は、移動平面鏡ＭＹにほぼ垂直に入射する測定ビームを有する測定軸Ｙによって測定される。また、Ｘ方向の変位を測定する測定軸Ｘ１、Ｘ２の光路の間隔はＹ方向に距離ＤＸだけ離れており、測定軸Ｘ１、Ｘ２の測定値の差分からＸ−Ｙ面に垂直なＺ方向回りの回転量を求めることもできるようになっている。従って、このステージ装置においては、ステージ２００のＸ、Ｙ方向の移動成分、およびθＺ方向の回転成分という３自由度の変位計測を３つの測定軸により実現している。
【０００５】
ところが、このような構成の従来のステージ装置では、ステージ２００のＸ、Ｙ方向それぞれの最大移動範囲の全ての領域で各測定軸Ｘ１、Ｘ２、Ｙの測定ビームが常に移動平面鏡ＭＸ、ＭＹにそれぞれ照射されている必要があるため、移動平面鏡ＭＸ、ＭＹは、ステージ２００がＸ−Ｙ面内で移動してもレーザ干渉測長装置の各測定軸Ｘ１、Ｘ２、Ｙの測定ビームを反射し続けるように、その寸法はステージ２００の可動範囲より大きくしておく必要があった。
【０００６】
このため、ステージ２００の可動範囲を広げようとすると、大型の移動平面鏡ＭＸ、ＭＹが必要になり、それに伴ってステージ２００全体の形状も大きくならざるを得ず、そのためステージ２００が重くなってしまい高速で移動させることが困難になるという問題が生じる。また大型の平面鏡を所定の平面度で加工するには多大な技術的困難が伴い、さらに、大きな平面鏡にたわみを生じさせずにステージ２００側部に固定することも技術的には多大な困難がある。ところが、移動平面鏡の平面度の低下は、レーザ干渉測長装置によるステージの位置決め精度の低下に直接的につながるため、結局ステージ２００の可動範囲を制限せざるを得ないという問題が生じている。
【０００７】
このような問題を解決するステージ装置として、例えば特開平７−２５３３０４号公報に開示されているものがある。この開示されたステージ装置は、ステージの変位の自由度の数（例えば、３自由度とする）よりも多い数の測定軸（例えば、４個）を設置することによって、一の測定軸の測定ビームが移動平面鏡の測定範囲から外れても、他の残りの測定軸によりステージの移動の自由度分の測定ができるようにしている。そして、移動平面鏡から外れた当該一の測定軸の測定範囲内に再度移動平面鏡が入ったら、他の残りの測定軸での測定値を当該一の測定軸の初期値として設定することにより、当該一の測定軸によるステージの移動量の測定を可能にして、移動平面鏡の大きさをステージの移動範囲よりも小さくすることを可能にしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の特開平７−２５３３０４号公報に開示されたステージ装置では、当該一の測定軸の初期値として他の測定軸の測定値を使う必要があるが、初期値を設定する精度が、他の測定軸での測定精度によって制約され、高精度な初期値設定ができないという問題があった。つまり、前述の公報に開示されたステージ装置では、初期値設定の精度が、当該一の測定軸の有している固有の精度より常に劣ってしまうという問題を有している。
【０００９】
また、測定軸をステージ自由度よりも大幅に上回る数で設置するようにした場合、コストの大幅な上昇が避けられないという問題もあり、現実的には採用し難かった。
【００１０】
また、従来のステージ装置に用いられているレーザ干渉測長装置は、ホモダイン検出方式とヘテロダイン検出方式とに大別されるが、露光装置等の極めて高精度で位置決めを行う必要のあるステージ装置で用いられるレーザ干渉測長装置には、ほとんどへテロダイン方式が採用されている。これは、ホモダイン検出方式が、フリンジ（干渉縞の次数）をカウント（計数）して干渉の次数と位相を測定するフリンジカウント方式であるため、干渉を生じさせる測定ビームの光量に変動等が生じると、その光量変動が直接的に位相測定に影響を与えてしまうため、精度的に限界を有していることによる。
【００１１】
ここで、ヘテロダイン・レーザ干渉計について簡単に説明する。図１０はヘテロダイン・レーザ干渉計の概略の構成を示している。図１０において、レーザ光源２０２は、偏光方位が互いに直交し、わずかに異なる２つの周波数ｆ１、ｆ２の光を射出する。レーザ光源２０２を射出した２つの光は同軸で偏光ビームスプリッタ２０４に入射し、例えば、周波数ｆ１の光は偏光ビームスプリッタ２０４を透過して測定光路上の移動平面鏡ＭＸで反射し、周波数ｆ２の光は偏光ビームスプリッタ２０４で反射して参照光路上の固定鏡（図１０では、コーナ・キューブ・プリズム）２０６で反射し、再び偏光ビームスプリッタ２０４で反射する。
【００１２】
測定光路上には１／４波長板２０８が設けられており、従って、移動平面鏡ＭＸに入射して戻ってくる周波数ｆ１の光は、この１／４波長板２０８を２回通過してその偏光方位を９０°回転させられるため、偏光ビームスプリッタ２０４で反射させられる。偏光ビームスプリッタ２０４で反射した周波数ｆ１の光は、固定鏡２１０で反射して光路をずらされて再び偏光ビームスプリッタ２０４に入射して反射し、測定光路を進んで再び移動平面鏡で反射する。移動平面鏡ＭＸに入射して戻ってくる周波数ｆ１の光は、上述と同様に１／４波長板２０８を２回通過してその偏光方位を９０°回転させられるため、今度は偏光ビームスプリッタ２０４を透過する。
【００１３】
測定光路上の移動平面鏡ＭＸで２回反射して偏光ビームスプリッタ２０４を透過した周波数ｆ１の光と、参照光路を通って偏光ビームスプリッタ２０４で反射した周波数ｆ２の光とは同軸で検出器２１２に入射する。検出器２１２内では、周波数ｆ１、ｆ２の偏光方位を一致させた後干渉させ、その干渉光が受光系で受光されて光電変換される。光電変換された干渉光は、（ｆ１−ｆ２）のビート周波数に移動平面鏡ＭＸの移動に伴って生じるドップラー効果分の周波数変化Δｆ（ｔ）を加えた周波数を有する測定信号Ｓ２として検出器２１２から位相比較器１に入力される。一方、レーザ光源２０２からは周波数ｆ１の光と周波数ｆ２の光を干渉させて得られた（ｆ１−ｆ２）のビート周波数を有する信号が参照信号Ｓ１として位相比較器１に入力される。
【００１４】
次に、図９を用いてヘテロダイン・レーザ干渉計における信号処理系の構成を説明する。図９において、参照信号Ｓ１と測定信号Ｓ２の位相差が、位相比較器１で検出され、その出力φは積算器２に送られ、この位相差φの変化分を積算することで、移動平面鏡の変位に比例した信号Ｐが求められる。
これを数式を用いて説明すれば以下のようになる。移動平面鏡の変位に伴う周波数の変化をΔｆ（ｔ）として、
【００１５】
ここで、ドップラー効果から、移動平面鏡の速度をｖ、測定ビームの波長をλ、光路折り返し数をｍとすれば、
【００１７】
Δｆ（ｔ）＝ｍｖ／λ
従って、
Ｐ＝（ｍ／λ）∫ｖｄｔ
【００１８】
となる。移動平面鏡の変位量をＤとすると、
となる。
位相比較器１の電気的な分解能はλ・（１／２５６）程度にでき、また、光源がＨｅ−Ｎｅレーザであればλ＝６３３ｎｍとして、測定光路が図１０に示したようなダブルパスの場合ｍ＝４であるので、結局、変位量Ｄは、６３３ｎｍ／（４×２５６）＝０．６１８ｎｍの分解能で検出することが可能である。ところが、従来のヘテロダイン・レーザ干渉計の信号処理系には、干渉の次数（フリンジ）をカウントしたり、絶対位相を積算器に設定する概念が無く、ヘテロダイン・レーザ干渉計をリセットする場合は、単に積算器２のカウンタを０（ゼロ）に設定するだけであった。
【００２０】
なお、参照信号と測定信号の絶対位相を読みとって継続測定に利用するへテロダイン・レーザ測長システムに関連する技術として、米国特許第４７６５７４１号に開示された、低熱膨張の林料で作られたキャビティの固定パスを測長して環境雰囲気の屈折率変動を検出する波長トラッカーがある。この波長トラッカーの場合には、固定長の単独の測定軸に関して、マイクロプロセッサが絶対位相を一定時間間隔で読みとって積算するようになっている。何らかの原因で測定ビームが遮断された場合には、遮断される前後の絶対位相を比較して、大きな変化がなければ、そのまま測定を継続し、変化が大きい場合には、その時点で積算処理をリセットするようになっている。この場合には、マイクロプロセッサを使っているため、位相の読みとり、積算時間間隔はあまり短くできず、高速で移動するステージなどの測長制御には使えない。
【００２１】
本発明は、従来の技術が有している上記技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的は、Ｘ−Ｙ平面を移動可能な移動平面鏡のＸ方向変位を、Ｙ方向の長さが短い小さな移動平面鏡で精密に測定できるレーザ干渉測長方法および装置を提供することにある。
【００２２】
また、本発明の目的は、Ｘ−Ｙ平面を移動可能なステージに固定された移動平面鏡のＸ方向変位を、Ｙ方向の長さが短い小さな移動平面鏡で精密に測定できるレーザ干渉測長装置を用いたステージ装置、およびそれを用いた露光装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、所定の自由度で移動可能な移動平面鏡に測定光を射出し、その反射光を参照光と干渉させて移動平面鏡の基準位置からの所定方向の距離を測長するために、測定光の測定軸を、一の測定軸での測長が不可能になっても他の測定軸で継続して測長できるように複数配置して行うレーザ干渉測長方法において、一の測定軸が測長不可能な状態から測長可能になったら、他の測定軸の測定値から移動平面鏡の所定方向の距離に関する干渉の次数を求めるとともに、干渉の次数と一の測定軸で測定される絶対位相とに基づいて、一の測定軸の測定値をリセットすることを特徴とするレーザ干渉測長方法によって達成される。
【００２４】
また、上記目的は、所定の自由度で移動可能な移動平面鏡と、移動平面鏡に測定光を射出し、その反射光を参照光と干渉させて移動平面鏡の基準位置からの所定方向の距離を測長するレーザ干渉測定装置において、測定光の測定軸を複数有し、当該複数の測定軸が一の測定軸での測長が不可能になっても、他の測定軸で継続して測長できるように配置された干渉計システムと、干渉計システムの一の測定軸が測長不可能な状態から測長可能になったときに、他の測定軸の測定値から移動平面鏡の所定方向の距離に関する干渉の次数を求め、干渉の次数と一の測定軸で測定される絶対位相とに基づいて、一の測定軸の測定値をリセットする信号処理系とを備えたことを特徴とするレーザ干渉測長装置によって達成される。
【００２５】
また、上記目的は、本発明のレーザ干渉測長装置において、信号処理系は、一の測定軸の測定光と参照光とを干渉させて得られる測定信号と、所定の基準信号との位相差を検出する位相比較器と、位相差の変化分を積算する積算器と、一の測定軸の測定値をリセットするときに、測定信号と基準信号との絶対位相差φと、他の測定軸の測定値から求められた干渉の次数Ｎとから、一の測定軸の干渉の次数Ｎ’を求め、Ｒ＝２π×Ｎ’＋φに対応するリセット値を積算器に設定する演算処理部とを備えることによって達成される。
【００２６】
また、本発明のレーザ干渉測長装置において、絶対位相差φが零の点を基準に移動平面鏡の所定方向の距離をヘテロダイン干渉方式で測定することを特徴とする。さらに、演算処理部は、リセット値を積算器に設定するまでの間に積算器で積算された位相差の変化分に対応する計数値を、リセット値に加えて積算器に設定することを特徴とする。
【００２７】
また、上記目的は、所定の移動方向に移動可能なステージと、所定の移動方向にほぼ垂直な反射面を有し、ステージに固定されてステージと共に移動する移動平面鏡とを備えたステージ装置において、移動平面鏡を構成要素に含む上述のレーザ干渉測長装置を備えたことを特徴とするステージ装置によって達成される。
【００２８】
上記ステージ装置において、ステージは、所定の移動方向とほぼ直角な方向にも移動可能なステージであり、直角な方向にほぼ垂直な反射面を有し、ステージに固定されてステージと共に移動する移動平面鏡をさらに備え、当該移動平面鏡を構成要素に含む上述のレーザ干渉測長装置をさらに備えていることを特徴とする。また、移動平面鏡の所定の移動方向とほぼ直角な方向の長さは、所定の移動方向とほぼ直角な方向に移動するステージの移動ストロークより短いことを特徴とする。さらに、移動平面鏡の移動に係わらず、隣接するいずれかの２軸の測定軸により常に移動平面鏡の角度変動成分が測定されるように、移動平面鏡に対して少なくとも３軸の測定軸が設けられていることを特徴する。
【００２９】
さらに、上記目的は、レチクルを載置して移動可能なレチクルステージと、感応基板を載置して２次元移動可能な基板ステージとを有し、レチクルのパターンの像を感応基板に露光する露光装置において、レチクルステージおよび基板ステージの少なくとも一方に上述のステージ装置を用いたことを特徴とする露光装置によって達成される。
【００３０】
本発明によれば、一の測定軸の１フリンジ（干渉縞）内の位相に関しては、当該一の測定軸自体で測定できるという干渉計の原理に基づき、移動平面鏡からの反射光が再び得られるようになった当該一の測定軸に初期値を設定する際には、他の測定軸で測定された測定値を当該一の測定軸の干渉の次数と端数分を決定するための推定値として利用し、推定された干渉の次数と端数および当該一の測定軸で測定した絶対位相φとに基づいて、当該一の測定軸の初期値を決定するようにしている。
【００３１】
本発明を、フリンジカウント（干渉縞計数）方式のレーザ干渉計に適用する場合の原理を以下に説明する。この干渉計で測定される測長値Ｌは、次式で表される。
【００３２】
Ｌ＝（Ｎ＋ε）×（λ／ｍ）
【００３３】
ここで、Ｎは干渉の次数（整数）、εは位相（端数分）、λはレーザ干渉計の波長、ｍは干渉計光路の折り返し数（いわゆるシングルパスで、ｍ＝２、ダブルパスでｍ＝４）である。λ、ｍは既知であるから、移動平面鏡の移動に応じて干渉縞（フリンジ）をカウントしてＮを求め、１フリンジ内の位相εは周知の各種補間方法で１／１００程度の分解能で測定することが可能である。従って、最終的にＬをλ／（１００×ｍ）程度の分解能で測定することができる。前述の一の測定軸に対する初期値設定の際には、測定ビームが移動平面鏡からいったん外れているため、Ｎが不明である。ところが、位相εは常に当該一の測定軸で測定可能であるから、他の測定軸の測定値から計算でＮが求まれば、当該一の測定軸の初期値は測定軸固有の精度で設定することが可能となる。
【００３４】
この場合、他の測定軸から初期値設定をする測定軸のＬを求める精度は干渉の次数Ｎを求められる程度であればよく、具体的には、±λ／（２ｍ）以内であればよい。
【００３５】
次に、へテロダイン方式のレーザ干渉計に本発明を適用する場合について説明する。この場合も、位相の測定方式が異なるだけで、基本的にフリンジカウント方式と同様の処理となる。へテロダイン方式では、参照干渉信号に対する測定干渉信号の絶対位相の変化分を積算している。この絶対位相がフリンジカウント方式での位相εに対応する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態によるレーザ干渉測長方法および装置、およびそれを用いたステージ装置、およびそれを用いた露光装置を図１乃至図７を用いて説明する。本実施の形態は、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。まず、本実施の形態による投影露光装置の概略の構成を図１を用いて説明する。ｇ線（波長：４３６ｎｍ）、ｉ線（波長：３６５ｎｍ）等の光束（エネルギ線）を発する水銀ランプ１２は、回転対称型反射鏡としての楕円鏡１４のほぼ第１焦点に位置する。水銀ランプ１２は駆動系４０により、第１焦点近傍を楕円鏡１４の光軸に沿って移動できるようになっている。水銀ランプ１２からの照明光は楕円鏡１４によりその第２焦点近傍に集光される。この第２焦点には、駆動系３６によって照明光の遮断と透過とを切り替えるシャッタ１６が配置されており、シャッタ１６を通った照明光束は、コリメートレンズ５に入射してほぼ平行光束に変換される。
【００３７】
この平行光束は、オプティカルインテグレータとして機能するフライアイレンズ２２に入射する。このフライアイレンズ２２の射出側には多数の２次光源像が形成される。フライアイレンズ２２によって形成される複数の２次光源の近傍には、照明条件変更手段として当該２次光源の光強度分布を所定の光強度分布に整形する開口絞り部４が配置されている。この開口絞り部４は、図示を省略したが回転軸を中心に回転可能なターレットに複数の開口絞りが形成されたものであり、ターレットを回転させて開口絞りのいずれかを２次光源の射出面上に設定することができるようになっている。
【００３８】
所定の開口絞りを透過した各２次光源像からの照明光はコンデンサレンズ２６に入射する。コンデンサレンズ２６の後側焦点面には、複数の可動ブレード（ＢＬ１、ＢＬ２等）を有するレチクルブラインド機構２８が配置されている。複数のブレードＢＬは、それぞれ駆動系３８によって独立に移動できるようになっている。また、複数のブレードの各エッジで規定された開口ＡＰの形状は、投影光学系ＰＬの投影フィールド内に含まれるように定められる。
【００３９】
コンデンサレンズ２６を通過した照明光は、レチクルブラインド機構２８の開口ＡＰを通過し、レンズ系３０に入射する。レンズ系３０を射出した照明光は、ミラー３２、およびメインコンデンサレンズ３４を介してレチクルＲを照射する。これにより、ブラインド機構２８の複数のブレードＢＬで規定された開口ＡＰの像がレチクルＲ下面のパターン面に結像される。
【００４０】
レチクルＲは、図中のＸ−Ｙ平面を２次元的に移動可能なレチクルステージＲＳＴ上に載置されている。レチクルステージＲＳＴ側面のＸ、Ｙ方向には平面反射鏡５０（図１ではＸ軸用反射鏡５０Ｘのみを示し、Ｙ軸用反射鏡５０Ｙの図示は省略している）が取り付けられており、レーザ干渉システム５２からのレーザ光を平面反射鏡５０で反射させてＸ軸、Ｙ軸方向のレチクルステージＲＳＴの位置を正確に測定できるようになっている。レーザ干渉システム５２からの測長データは制御装置８に送られ、制御装置８は図示しない駆動系に指令を送出することによりレチクルステージＲＳＴをＸＹ面内で正確に位置決め制御できるようになっている。
【００４１】
レチクルＲを透過した照明光は、投影光学系ＰＬに入射して集光され、投影光学系ＰＬのイメージフィールド内にレチクルＲのパターンの像を結像する。本実施の形態においては、投影光学系ＰＬは、両側テレセントリックで１／４縮小、あるいは１／５縮小の屈折素子、あるいは屈折素子と反射素子との組み合わせで構成されている。なお、図１において、投影光学系ＰＬの光軸に平行にＺ軸をとり、Ｚ軸に垂直な平面内で紙面に平行な方向にＸ軸をとり、紙面に垂直な方向にＹ軸をとるものとする。
【００４２】
投影光学系ＰＬの下方には、ウェハＷを載置してＸ−Ｙ面内を２次元移動可能なウェハステージＷＳＴが設けられている。ウェハステージＷＳＴは、駆動系６によりＸ方向に移動し、図示しないＹ方向の駆動系によりＹ方向に移動するようになっている。ウェハステージＷＳＴの移動量は、Ｘ軸方向測定用の平面反射鏡５４Ｘにレーザ光を照射してＸ軸方向のウェハステージＷＳＴの移動量を測定するレーザ干渉システム７Ｘ（Ｙ軸方向のレーザ干渉システム７ＹおよびＹ軸用平面反射鏡５４Ｙの図示は省略している）により逐次計測されるようになっている。このウェハステージＷＳＴに設けられたレーザ干渉測長装置については、図２を用いて後程詳述する。
【００４３】
ウェハＷは図示しないウェハホルダＷＨ上に吸着され、ウェハホルダＷＨをＺ方向に移動させて、ウェハＷの表面を投影光学系ＰＬによるイメージフィールドのフィールド面に一致させることができるようになっている。
【００４４】
次に、本投影露光装置全体を制御する制御装置８について説明する。制御装置８には、レーザ干渉システム７等の位置検出手段から、ウェハステージＷＳＴおよびレチクルステージＲＳＴの位置情報が例えば１０ｎｍ程度の高分解能で入力される。制御装置８は、それらの位置情報に基づいて駆動系６等に指令を与え、ウェハステージＷＳＴあるいはレチクルステージＲＳＴを所定の位置に移動させるように制御する。また制御装置８は、所定の照明条件に基づいて開口絞りのいずれかを照明光の光路中にセットするように開口絞り部４を制御し、あるいは駆動系３８に指令を与えてブレードＢＬを移動させて所定の開口ＡＰを形成するようにレチクルブラインド機構２８を制御する。
【００４５】
次に、図２を用いて本実施の形態による露光装置のウェハステージＷＳＴに使用されているステージ装置およびレーザ干渉測長装置の概略の構成を説明する。ウェハステージＷＳＴを構成するＸステージＸＳＴは、ＹステージＹＳＴ上のＸ方向に形成された案内溝に沿ってＸ方向に摺動可能にＹステージＹＳＴ上に搭載されている。ＹステージＹＳＴは、ベースＢ上のＹ方向に形成された案内溝に沿ってＹ方向に摺動可能にベースＢ上に搭載されている。図示しないＸステージ駆動系およびＹステージ駆動系により、ＸステージＸＳＴとＹステージＹＳＴはそれぞれ独立して移動可能に駆動されるようになっており、従ってＸステージＸＳＴは、Ｘ−Ｙ面内を２次元移動することができるようになっている。
【００４６】
ＸステージＸＳＴのＹ方向に延びる一側面には、ＸステージＸＳＴのＸ方向の移動量を計測するための移動平面鏡５４Ｘが固定されている。移動平面鏡５４ＸのＹ方向の長さは、ＸステージＸＳＴの側面のＹ方向の長さより短く形成されている。同様に、ＸステージＸＳＴのＸ方向に延びる一側面には、ＸステージＸＳＴのＹ方向の移動量を計測するための移動平面鏡５４Ｙが固定されている。移動平面鏡５４ＹのＸ方向の長さは、ＸステージＸＳＴの側面のＸ方向の長さより短く形成されている。また、これら移動平面鏡５４Ｘ、５４Ｙは、それら反射平面が、それぞれＺ軸に対してほぼ平行で、両反射平面をそれぞれ延長した仮想平面同士がほぼ直交するようにＸステージＸＳＴ側面に固定されている。
【００４７】
また、本実施の形態においては、ＸステージＸＳＴのＸ方向の移動量を測定するためのレーザ干渉システム７Ｘと、ＸステージＸＳＴのＹ方向の移動量を測定するためのレーザ干渉システム７Ｙとが設けられている。レーザ干渉システム７Ｘは、例えば波長λ＝６３３ｎｍで、互いに偏光方位が直交する２つの周波数ｆ１、ｆ２（例えば、ｆ１−ｆ２＝２ＭＨｚ）の光を射出するＨｅ−Ｎｅガスレーザのレーザ光源７０Ｘを有している。レーザ光源７０Ｘからの射出光の進行方向には、３個のビームスプリッタ７２ａ〜７２ｃと、ビームベンダ７４ａがこの順にほぼ等間隔で配置されている。これら３個のビームスプリッタ７２ａ〜７２ｃおよびビームベンダ７４ａのそれぞれで反射するレーザ光源７０Ｘからのレーザ光はほぼ直角に曲げられて４つの測定軸の測定ビームを構成し、ＸステージＸＳＴに取り付けられた移動平面鏡５４Ｘの反射面にほぼ垂直な方向に進む。各軸上には例えば図１０に示した偏光ビームスプリッタ２０４、コーナーキューブプリズム２０６、２１０、および１／４波長板２０８からなる干渉ユニット７８ａ〜７８ｄが配置されている。これらの干渉ユニット７８ａ〜７８ｄを通過した測定ビームが移動平面鏡５４Ｘを２回反射して各干渉ユニット７８ａ〜７８ｄから射出する光路上に、光電変換素子を備えた検出器７６ａ〜７６ｄが配置されている。図示は省略するが、検出器７６ａ〜７６ｄの光電変換素子の前段には偏光子が設けられている。この偏光子は、周波数ｆ１、ｆ２の光の偏光方位に対し４５°傾いており、従って、参照光路を通ってきた周波数ｆ２の光と、測長光路を通ってきた周波数ｆ１の光は、この偏光子を通った後干渉して、光電変換素子において周波数ｆ１と周波数ｆ２の差（ｆ１−ｆ２）をキャリアとするビートシグナル（測定信号）Ｓ２が検出される。各軸の検出器７６ａ〜７６ｄで検出された測定信号は信号処理系１０に入力されるようになっている。
【００４８】
図２においては、干渉ユニット７８ａ、７８ｂの測定ビームが移動平面鏡５４Ｘに反射して、反射光が検出器７６ａ、７６ｂにそれぞれ入射しており、干渉ユニット７８ｃ、７８ｄの測定ビームは移動平面鏡５４Ｘから外れており、検出器７６ｃ、７６ｄには測定ビームが戻ってきていない状態を示している。
【００４９】
なお、各軸に供給される測定ビームの光強度は均等であることが望ましいので、ビームスプリッタ７２ａには、光振幅分割の割合が、入射光を１００％とした反射光の割合が２５％となる素子を用い、同様にしてビームスプリッタ７２ｂには３３％、ビームスプリッタ７２ｃには５０％の素子を用いている。
【００５０】
一方、レーザ干渉システム７Ｙは、Ｘ軸用のレーザ光源７０Ｘと同様に、波長λ＝６３３ｎｍで、互いに偏光方位が直交する２つの周波数ｆ１、ｆ２の光を射出するＨｅ−Ｎｅガスレーザのレーザ光源７０Ｙを有している。レーザ光源７０Ｙからの射出光の進行方向には、振幅分割比が５０％のビームスプリッタ７２ｄが設けられ、ビームスプリッタ７２ｄで反射した光の進行方向にビームベンダ７４ｂが配置されている。ビームスプリッタ７２ｄの透過光はそのまま直進し、ビームベンダ７４ｂで反射した光は透過光と平行になって進むようになっている。結局レーザ光源７０Ｙからのレーザ光は２軸に分割され、ＸステージＸＳＴに取り付けられた移動平面鏡５４Ｙの反射面にほぼ垂直に入射する方向に進む。各軸上には干渉ユニット７８ｅ、７８ｆが配置されている。これらの干渉ユニット７８ｅ、７８ｆを通過した測定ビームが移動平面鏡５４Ｙを２回反射して干渉ユニット７８ｅ、７８ｆから射出する光路上に、光電変換素子を備えた検出器７６ｅ、７６ｆが配置されている。検出器７６ｅ、７６ｆの光電変換素子の前段にも図示しない偏光子が設けられており、参照光路を通ってきた周波数ｆ２の光と、測長光路を通ってきた周波数ｆ１の光は、この偏光子を通った後干渉して、光電変換素子において周波数ｆ１と周波数ｆ２の差（ｆ１−ｆ２）をキャリアとするビートシグナル（測定信号）Ｓ２が検出される。各軸の検出器７６ｅ、７６ｆで検出された測定信号は信号処理系１０に入力される。
【００５１】
図２においては、干渉ユニット７８ｅ、７８ｆの測定ビームが移動平面鏡５４Ｙに反射して、反射光が検出器７６ｅ、７６ｆにそれぞれ入射している状態を示している。
【００５２】
次に、図３を用いて本実施の形態によるレーザ干渉測長装置の動作について説明する。図３（ａ）は、Ｘ−Ｙ平面を２次元移動可能なステージＳＴをＸ−Ｙ平面に垂直なＺ方向から見た図である。図３（ａ）において、Ｘ−Ｙ面内で移動可能なステージＳＴのＹ方向に沿った一側面には、Ｘ方向の変位（移動量）を測定するための移動平面鏡ＭＸが固定され、Ｘ方向に沿った一側面にはＹ方向の変位を測定するための移動平面鏡ＭＹが固定されている。そして、移動平面鏡ＭＸ、ＭＹの両反射平面はＺ軸に平行で、両反射平面をそれぞれ延長した２つの仮想平面は直交するように、移動平面鏡ＭＸ、ＭＹは設定されている。ステージＳＴのＸ方向の変位は、移動平面鏡ＭＸにほぼ垂直に入射する測定ビームを有するレーザ干渉測長装置の測定軸Ｘ１とＸ２によって、またステージＳＴのＹ方向の変位は、移動平面鏡ＭＹにほぼ垂直に入射する測定ビームを有する測定軸Ｙ１、Ｙ２によって測定される。Ｘ方向の変位を測定する測定軸Ｘ１、Ｘ２の光路の間隔は距離ＤＸだけ離れており、Ｙ方向の変位を測定する測定軸Ｙ１、Ｙ２の光路の間隔は距離ＤＹだけ離れている。従って、Ｘ方向の変位を測定する測定軸Ｘ１、Ｘ２の測定値の差分から、あるいはＹ方向の変位を測定する測定軸Ｙ１、Ｙ２の測定値の差分から、Ｘ−Ｙ面に垂直なＺ軸回りの回転量θＺを求めることもできるようになっている。従って、このステージ装置においては、ステージＳＴのＸ、Ｙ方向の移動成分、およびθＺ方向の回転成分という３自由度の変位計測を４つの測定軸により実現している。
【００５３】
さてここで、図３（ａ）に示したような３自由度で移動するステージＳＴと４つの測定軸を有するレーザ干渉測長装置において、ステージＳＴがＹ方向に移動して図３（ｂ）に示す位置に達したとする。図３（ｂ）では、Ｘ１測定軸の測定ビームが移動平面鏡ＭＸから外れている。この状態から再び図３（ａ）に示す位置に向かってステージＳＴが移動を始め、移動平面鏡ＭＸが測定軸Ｘ１の測定ビームの測定範囲内に入った際の、測定軸Ｘ１に設定する初期値を次式（１）から求める。まず初めに、一の測定軸（この例では測定軸Ｘ１）の初期値として他の測定軸（この例では、測定軸Ｘ２）の測定値をそのまま利用する上述の特開平７−２５３３０４号公報に開示された方法について考察する。
【００５４】
Ｌ（Ｘ１）＝Ｌ（Ｘ２）−ＤＸ・θＺ＋ｄ ・・・（１）
【００５５】
ここで、Ｌ（Ｘ１）は測定軸Ｘ１の測長値を、Ｌ（Ｘ２）は測定軸Ｘ２の測長値である。また、ＤＸは測定軸Ｘ１の測定ビームと測定軸Ｘ２の測定ビームの間隔である。θＺはＺ軸回りのステージＳＴの回転角度である。ｄは移動平面鏡ＭＸとＭＹの直交度によるオフセット項で、一定値を取る。この場合、θＺは測定軸Ｙ１と測定軸Ｙ２の測定値から次式で求まる。
【００５６】
θＺ＝｛Ｌ（Ｙ２）−Ｌ（Ｙ１）｝／ＤＹ ・・・（２）
【００５７】
ここで、Ｌ（Ｙ１）は測定軸Ｙ１の測長値を、Ｌ（Ｙ２）は測定軸Ｙ２の測長値である。また、ＤＹは測定軸Ｙ１の測定ビームと測定軸Ｙ２の測定ビームの間隔である。この式（２）を式（１）に代入すれば、
【００５８】
Ｌ（Ｘ１）＝Ｌ（Ｘ２）−（ＤＸ／ＤＹ）・｛Ｌ（Ｙ２）−Ｌ（Ｙ１）｝＋ｄ
・・・（３）
【００５９】
となる。ＤＸ、ＤＹは装置固有の定数であり、またｄは単にＸ１測定軸の測定ビームが外れる前のＸ１測定軸とＸ２測定軸の計測値の差を記憶しておけばよい。Ｌ（Ｘ２）は継続して測定されているから、直交度を求めて計算する必要はない。以上より、各測定軸の計測誤差の標準偏差をσ（・・）で表せば、測定軸Ｘ１の初期値設定誤差Δ（Ｘ１）は、誤差伝搬則より次式で表される。
【００６０】
Δ２（Ｘ１）＝σ2（Ｘ２）＋（ＤＸ／ＤＹ）2×｛σ2（Ｙ２）＋σ2（Ｙ１）｝
・・・（４）
【００６１】
例えば、各測定軸の計測精度が等しいとすれば、σ（Ｙ１）＝σ（Ｙ２）＝σ（Ｘ１）＝σｍと書けるから、ＤＸ＝ＤＹの場合、式（４）は、
【００６２】
Δ２（Ｘ１）＝３×（σｍ）2
【００６３】
となり、結局、
【００６４】
Δ（Ｘ１）＝√３×σｍ
【００６５】
となり、測定軸Ｘ１の初期値設定誤差Δ（Ｘ１）は、測定軸Ｘ１固有の測定精度σｍよりも大きくなってしまうことがわかる。ＤＸ＜ＤＹとすれば多少精度が向上するが、移動平面鏡ＭＸ、ＸＹを小さくしようとする目的からすれば、測定軸間距離ＤＸとＤＹを極端に異ならせることは意味がなく、また仮にＤＸ＜＜ＤＹとしても、ＤＸ／ＤＹ→０の極限を取ったとき、初めてΔ（Ｘ１）→σｍとなるのであって、決してσｍにはならないことがわかる。また、測定軸を増設して（ステージの自由度＋１）よりも数を多くして、平均化効果で精度を上げることも考えられる。例えば、前述の例のステージ装置でＹ側の測定軸を、Ｙ１、Ｙ２の他に、さらにＹ３、Ｙ４、・・と増設することが考えられる。
しかし、この場合でも式（１）のθＺの測定精度が上がるだけであるから、Δ（Ｘ１）はσｍより大きいことに変わりはない。以上要約すれば、
【００６６】
Ｌ（Ｘ１）＝Ｌ（Ｘ２）＋Ｆ（Ｙ１、Ｙ２、・・・） ・・・（５）
（但し、Ｆ（）は、測定軸Ｘ１とＸ２の測定ビーム位置が異なることによる補正項である。）
【００６７】
となるので、初期値設定誤差Δ（Ｘ１）は、測定軸の有する固有の精度には到達し得ないことがわかる。
【００６８】
以上の考察は、移動平面鏡ＭＸが測定軸Ｘ１の測定ビームによる測定範囲内に再度入り、測定軸Ｘ１に設定する初期値を上述の式（１）から求めるに際し、従来技術である特開平７−２５３３０４号公報に開示されたステージ装置における一の測定軸の初期値として他の測定軸の測定値をそのまま用いた結果であり、このことから、上記公報による方法では初期値設定の精度は、測定軸固有の精度より常に劣ることがわかる。
【００６９】
そこで、本実施の形態によるレーザ干渉測長方法および装置では、以下のようにして測定精度の劣化を防止して初期値を設定できるようにしている。
再び図３（ａ）、（ｂ）を参照して、Ｙ方向にステージＳＴが移動して測定軸Ｘ１の測定ビームが移動平面鏡ＭＸから外れた後、再度、移動平面鏡Ｘが測定軸Ｘ１の測定ビームの測定範囲内に入ったとすると、測定軸Ｘ１の初期値の設定は次のような手順でなされる。
まず上記式（１）および式（２）から求められた式（３）から、測定軸Ｘ１の測長値Ｌ（Ｘ１）を計算する。
次に、求められたＬ（Ｘ１）から次式に基づいて、測定軸Ｘ１の干渉の次数Ｎと端数εの推定値を求める。
【００７０】
Ｎ（Ｘ１）＝ｇ｛Ｌ（Ｘ１）／（λ／ｍ）｝
ε＝Ｌ（Ｘ１）／（λ／ｍ）−Ｎ（Ｘ１）
【００７１】
ここで、ｇ｛Ｘ｝は、Ｘを越えない最大の整数を与える関数である。このＮ（Ｘ１）とεとを測定軸Ｘ１の信号処理系１０に送出し、後程詳述するように信号処理系１０内において、現在の干渉の次数Ｎと端数εの推定値（Ｎ、ε）と測定軸Ｘ１の絶対位相φとから初期値（リセット値）を決定する。
【００７２】
図４は、本実施の形態によるヘテロダイン・レーザ干渉測長装置の信号処理系１０内の一測定軸用のブロック・ダイアグラムを示している。図４に示すように、信号処理系１０は、例えばレーザ光源７０Ｘから出力された参照信号Ｓ１と各測定軸の検出器７６ａ〜７６ｆからの測定信号Ｓ２が入力される位相比較器１を有している。位相比較器１は、参照信号Ｓ１と測定信号Ｓ２との位相差φを検出し、検出した位相差φを積算器２に出力すると共に計算処理装置３にも出力するようになっている。なお、位相比較器１と積算器２は図９を用いて既に説明した従来のものと同様の機能を有している。
【００７３】
積算器２は、参照信号Ｓ１と測定信号Ｓ２の位相差φの変化分を積算して、その積算値を移動平面鏡の移動量を示す情報（測定値Ｐ）として図１に示した制御装置８に出力するようになっている。一方、初期設定時（リセット時）における計算処理装置３には、制御装置８からの指令に基づいて、他のいずれかの測定軸から求められた現在の干渉の次数Ｎと端数εの推定値（Ｎ、ε）が入力されるようになっている。現在の干渉の次数Ｎや端数εの推定値は、外部の計算処理装置で必要な時に測定値Ｐや他の軸の測定値から計算して求める。
【００７４】
計算処理装置３では、位相比較器１から入力された実際の位相差φと制御装置８から入力された位相差の推定値εとを比較する。この比較は、推定された位相差εが０（ゼロ）または２πに近い場合、推定した干渉の次数が±１の範囲でずれている可能性があるので、その検証のために行うものである。この比較の動作を図５を参照しつつ説明する。図５（ａ）〜（ｃ）において、横軸は位相を表し、特に干渉の次数ｋ＝Ｎ−１、ｋ＝Ｎ、ｋ＝Ｎ＋１の範囲の位相を図示している。１つの次数内で位相は２π変化している。図５（ａ）は、実際の位相差φと位相差の推定値εの差の絶対値がπより小さい（｜φ−ε｜＜π）場合を示している。この場合は図示の通り実際の位相差φは次数Ｎ内にあるので、干渉の次数は推定値どおりＮであり、設定値Ｎ’＝Ｎとする。図５（ｂ）は、実際の位相差φから位相差の推定値εを減じた値がπより大きい（φ−ε＞π）場合を示している。この場合は図示の通り実際の位相差φは次数Ｎ−１内にあるので、設定値Ｎ’は、Ｎ’＝Ｎ−１とする。また、図５（ｃ）は、実際の位相差φから位相差の推定値εを減じた値が−πより小さい（φ−ε＜−π）場合を示している。この場合は図示の通り実際の位相差φは次数Ｎ＋１内にあるので、Ｎ’＝Ｎ＋１とする。
計算処理装置３では、以上のようにして求めた設定値Ｎ’から、リセット値Ｒを以下の式に基づいて求める。
【００７５】
Ｒ＝Ｍ×Ｎ’＋Ｍ（φ／２π）
（但し、Ｍは測定分解能を示す）
【００７６】
求められたリセット値Ｒは、積算器２に出力されて設定される。
なお、装置立ち上げ時や、何らかの原因で全ての測定軸が測定不能になり、全ての軸をリセットする必要が生じた場合でも、計算処理装置３にＮ＝０を送り、同じく計算処理装置３の出力Ｒを加算器２に設定するようにしておく必要がある。この場合は、結局のところ従来と同様に絶対位相差φだけが積算器２に設定されることになる。
【００７７】
次に、本実施の形態によるレーザ干渉測長装置の信号処理系１０の変形例を図６および図７を用いて説明する。
まず、図６に示す信号処理系１０は、積算器２の出力Ｐが必要に応じて計算処理装置３にフィードバックされるようになっている点に特徴を有している。これは、積算器２をリセットした後、計算処理装置３からリセット値が積算器２に設定されるまでの間の移動平面鏡の変位量まで含めて積算器２にプリセット値として設定しようとするものである。以下具体的に説明すると、まず、所定の測定軸の測定ビームの測定範囲から移動平面鏡が外れた後、再び測定ビームの測定範囲に移動平面鏡が入り、検出器で移動平面鏡からの反射光が受光可能になった後、積算器２はリセットされる（時刻ｔ１）。
【００７８】
次に、他のいずれかの測定軸で測定した干渉の次数Ｎと端数εの推定値（Ｎ、ε）と、位相比較器１からの位相差φとが計算処理装置３に入力されて、上記式Ｒ＝Ｍ×Ｎ’＋Ｍ（φ／２π）に基づいてリセット値Ｒが演算されるが、これら入力、演算等が行われている間にも移動平面鏡は変位して位相比較器１からは位相差φが出力されている。積算器２は時刻ｔ１でリセットされて稼働状態になっているので位相比較器１からの位相差φの変化分は積算器２で積算されている。そこで、計算処理装置３が積算器２にリセット値を送出する際（時刻ｔ２）の直前に、時刻ｔ１から時刻ｔ２直前まで積算器２で積算された変位量Ｐ１２を計算処理装置３に送り、計算処理装置３において演算したリセット値にＰ１２を加えてプリセット値として時刻ｔ２に積算器２に出力して設定するようにすれば、時刻ｔ１〜ｔ２における移動平面鏡の変位まで考慮したより精密な初期値の設定を行うことができるようになる。
【００７９】
また、信号処理系１０を図７に示すような構成にしてもよい。図７に示す信号処理系１０は、位相比較器１の出力を信号処理系１０外部に直接取り出せるように構成されており、これは図４に示した信号処理系１０から計算処理装置３を取り外して、計算処理装置３の機能を外部の処理装置（図示せず）に持たせたものである。従って、積算器２へのリセット値Ｒの設定は外部の処理装置により前述と同様な方法で計算され、計算されたリセット値Ｒは外部の処理装置から直接積算器２に設定される。
【００８０】
以上説明したように、本実施の形態によるレーザ干渉測長方法および装置では、従来のへテロダイン・レーザ測長干渉システムが位相変化を任意の点から計測していたのに対し、常に位相０（ゼロ）を基準点にして、当該基準点から計測できるようにした点に特徴を有している。これによって、フリンジカウント方式と同様に、干渉の次数が導入できるため、高精度な初期値の設定が可能となる。
【００８１】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態においては、ＸステージＸＳＴのＸ方向の移動量を測定するレーザ干渉システム７Ｘと、ＸステージＸＳＴのＹ方向の移動量を測定するレーザ干渉システム７Ｙとでレーザ光源７０Ｘ、７０Ｙをそれぞれ別個に持たせるようにしたが、各軸の検出器７６ａ〜７６ｆに入射する測定ビームの光量が各軸の検出器７６ａ〜７６ｆの受光レンジ内に維持できるのであれば、１台のレーザ光源からの射出光を全軸に分割して用いるようにすることもできる。
【００８２】
また上記実施の形態では、ＸステージＸＳＴのＸ方向の４つの測定軸のうちの１つが移動平面鏡から外れた際における当該測定軸の初期値の設定について説明しているが、Ｙ方向の測定軸において１つの測定軸が移動平面鏡から外れた場合についても同様にして本発明を適用できる。さらに、Ｘ方向の移動量の測定に４つの測定軸を用意し、Ｙ方向に２つの測定軸を用意したが、本発明はこれに限られず、より多数軸であっても同様に本発明を適用することができる。
【００８３】
また、例えば、上記実施の形態においては、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限られず、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、あるいは、Ｘ線（エネルギ線）をエネルギ源とする露光装置や電子線（エネルギ線）を光源（エネルギ源）とする荷電粒子線露光装置に適用することももちろん可能である。
【００８４】
また、上記実施の形態においては、照明光（エネルギ線）を射出する光源（エネルギ源）として超高圧水銀ランプを用いたが、本発明はこれに限られず、エキシマレーザ光（エネルギ線）を射出するエキシマレーザ等を用いてもよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、Ｘ−Ｙ平面を移動可能な移動平面鏡のＸ方向変位を、Ｙ方向の長さが短い小さな移動平面鏡で精密に測定できるレーザ干渉測長方法および装置を実現できる。このため、可動範囲を広げながら、なお且つステージの小型化を図ることができ、Ｘ−Ｙ平面を移動可能なステージに固定された移動平面鏡のＸ方向変位を、Ｙ方向の長さが短い小さな移動平面鏡で精密に測定できるレーザ干渉測長装置を用いたステージ装置、およびそれを用いた露光装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による投影露光装置の概略の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態による投影露光装置に用いられるステージ装置の概略の構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態によるレーザ干渉測長方法および装置を説明する図である。
【図４】本発明の一実施の形態によるレーザ干渉測長装置に用いられる信号処理系１０の概略の構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態によるレーザ干渉測長装置の信号処理系１０における処理の一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態によるレーザ干渉測長装置に用いられる信号処理系１０の変形例の概略の構成を示す図である。
【図７】本発明の一実施の形態によるレーザ干渉測長装置に用いられる信号処理系１０の他の変形例の概略の構成を示す図である。
【図８】従来のレーザ干渉測長方法および装置を説明する図である。
【図９】従来のレーザ干渉測長装置の信号処理系における処理を示す図である。
【図１０】レーザ干渉測長装置の構成の代表例を示す図である。
【符号の説明】
１ 位相比較器
２ 積算器
３ 計算処理装置
４ 開口絞り部
５ コリメートレンズ
６、３０、５０ 駆動系
７、５２ レーザ干渉システム
８ 制御装置
９ 出力装置
１０ 信号処理系
１２ 水銀ランプ
１４ 楕円鏡
１６ シャッタ
２２ フライアイレンズ
２６ コンデンサレンズ
２８ レチクルブラインド機構
３０ レンズ系
３２ ミラー
３４ メインコンデンサレンズ
５０ レチクルステージ用平面反射鏡
５４ ウェハステージ用平面反射鏡
７０Ｘ、７０Ｙ レーザ光源
７２ａ〜７２ｄ ビームスプリッタ
７４ａ、７４ｂ ビームベンダ
７６ａ〜７６ｆ 検出器
７８ａ〜７８ｆ 干渉ユニット
ＰＬ 投影光学系
Ｒ レチクル
ＲＳＴ レチクルステージ
ＳＴ ステージ
Ｗ ウェハ
ＷＳＴ ウェハステージ
ＸＳＴ Ｘステージ
ＹＳＴ Ｙステージ
Claims (10)
- 所定の自由度で移動可能な移動平面鏡に測定光を射出し、その反射光を参照光と干渉させて前記移動平面鏡の基準位置からの所定方向の距離を測長するために、前記測定光の測定軸を、一の測定軸での測長が不可能になっても他の測定軸で継続して測長できるように複数配置して行うレーザ干渉測長方法において、
前記一の測定軸が測長不可能な状態から測長可能になったら、前記他の測定軸の測定値から前記移動平面鏡の所定方向の距離に関する干渉の次数を求めるとともに、
前記干渉の次数と前記一の測定軸で測定される絶対位相とに基づいて、前記一の測定軸の測定値をリセットすることを特徴とするレーザ干渉測長方法。 - 所定の自由度で移動可能な移動平面鏡と、
前記移動平面鏡に測定光を射出し、その反射光を参照光と干渉させて前記移動平面鏡の基準位置からの所定方向の距離を測長するレーザ干渉測定装置において、
前記測定光の測定軸を複数有し、当該複数の測定軸が一の測定軸での測長が不可能になっても、他の測定軸で継続して測長できるように配置された干渉計システムと、
前記干渉計システムの一の測定軸が測長不可能な状態から測長可能になったときに、前記他の測定軸の測定値から前記移動平面鏡の所定方向の距離に関する干渉の次数を求め、前記干渉の次数と前記一の測定軸で測定される絶対位相とに基づいて、前記一の測定軸の測定値をリセットする信号処理系と
を備えたことを特徴とするレーザ干渉測長装置。 - 請求項２記載のレーザ干渉測長装置において、
前記信号処理系は、
前記一の測定軸の前記測定光と前記参照光とを干渉させて得られる測定信号と、所定の基準信号との位相差を検出する位相比較器と、
前記位相差の変化分を積算する積算器と、
前記一の測定軸の測定値をリセットするときに、前記測定信号と前記基準信号との絶対位相差φと、前記他の測定軸の測定値から求められた前記干渉の次数Ｎとから、前記一の測定軸の干渉の次数Ｎ’を求め、
Ｒ＝２π×Ｎ’＋φ
に対応するリセット値を前記積算器に設定する演算処理部とを備えたことを特徴とするレーザ干渉測長装置。 - 請求項３記載のレーザ干渉測長装置において、
前記絶対位相差φが零の点を基準に前記移動平面鏡の所定方向の距離をヘテロダイン干渉方式で測定することを特徴とするレーザ干渉測長装置。 - 請求項３記載のレーザ干渉測長装置において、
前記演算処理部は、
前記リセット値を前記積算器に設定するまでの間に前記積算器で積算された前記位相差の変化分に対応する計数値を、前記リセット値に加えて前記積算器に設定することを特徴とするレーザ干渉測長装置。 - 所定の移動方向に移動可能なステージと、
前記所定の移動方向にほぼ垂直な反射面を有し、前記ステージに固定されて前記ステージと共に移動する移動平面鏡とを備えたステージ装置において、
前記移動平面鏡を構成要素に含む請求項２乃至５のいずれかに記載のレーザ干渉測長装置を備えたことを特徴とするステージ装置。 - 請求項６記載のステージ装置において、
前記ステージは、前記所定の移動方向とほぼ直角な方向にも移動可能なステージであり、
前記直角な方向にほぼ垂直な反射面を有し、前記ステージに固定されて前記ステージと共に移動する移動平面鏡をさらに備え、当該移動平面鏡を構成要素に含む請求項２乃至５のいずれかに記載のレーザ干渉測長装置をさらに備えていることを特徴とするステージ装置。 - 請求項７記載のステージ装置において、
前記移動平面鏡の前記所定の移動方向とほぼ直角な方向の長さは、前記所定の移動方向とほぼ直角な方向に移動する前記ステージの移動ストロークより短いことを特徴とするステージ装置。 - 請求項８記載のステージ装置において、
前記移動平面鏡の移動に係わらず、隣接するいずれかの２軸の前記測定軸により常に前記移動平面鏡の角度変動成分が測定されるように、前記移動平面鏡に対して少なくとも３軸の前記測定軸が設けられていることを特徴するステージ装置。 - レチクルを載置して移動可能なレチクルステージと、感応基板を載置して２次元移動可能な基板ステージとを有し、前記レチクルのパターンの像を前記感応基板に露光する露光装置において、
前記レチクルステージおよび前記基板ステージの少なくとも一方に請求項６乃至９のいずれかに記載のステージ装置を用いたことを特徴とする露光装置。
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