JP5566203B2 - 変位検出装置 - Google Patents
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Description
更に、近年の半導体製造装置や検査装置のチルト機構を有する超精密位置決めステージでは、リニアエンコーダとして、チルトやクリアランスの許容を持たせつつ、高速応答で1nm以下の変位検出精度が要求されている。そのため、上述したような僅かな誤差も解消する必要がある。
格子干渉計は、回折格子に光を照射する光源と、回折格子によって回折された正の次数を有する1回回折光を反射させて、光源からの光が照射された位置とほぼ同じ位置に再び入射させる第1の反射手段と、回折格子によって回折された負の次数を有する1回回折光を反射させて、光源からの光が照射された位置とほぼ同じ位置に再び入射させる第2の反射手段と、を有している。更に、回折格子によって2回回折された正の次数を有する2回回折光と、負の次数を有する2回回折光とを重ね合わせるビームスプリッタと、ビームスプリッタによって重ね合わされた2回回折光同士を受信して干渉信号を生成する受信手段と、を有している。そして、第1の反射手段は、光源から回折格子への入射角度及び、正の次数を有する1回回折光が回折格子を透過又は反射した角度と異なる角度で回折格子に正の次数を有する1回回折光を入射させる。第2の反射手段は、光源から回折格子への入射角度及び、負の次数を有する1回回折光が回折格子を透過又は反射した角度と異なる角度で負の次数を有する回折格子に1回回折光を入射させる。また、正の次数を有する1回回折光における回折格子から第1の反射手段を介して再び回折格子へ入射する光路と、負の次数を有する1回回折光における回折格子から第2の反射手段を介して再び回折格子へ入射する光路が互いに重ならない。
また、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態例
1−1.変位検出装置の構成例
1−2.変位検出装置の動作
2.第2の実施の形態例
3.第3の実施の形態例
4.第4の実施の形態例
5.第5の実施の形態例
6.第6の実施の形態例
7.回折格子の変形例
まず、本発明の変位検出装置の第1の実施の形態例(以下、「本例」という。)の構成を図1〜図3に従って説明する。
図1は、変位検出装置の光学系を示す斜視図、図2は、変位検出装置の光学系を示す側面図である。
この図3に示すように、複合回折格子2は、平板状に形成されており、第1の回折格子2aと、第2の回折格子2bとを有している。第1の回折格子2a及び第2の回折格子2bは、細いスリットsを等間隔に形成したものである。
ここで、図4に示すように、複合回折格子2に入射される任意の位置を照射スポットPとする。そして、この照射スポットPを通り、第1の格子ベクトル方向Cと平行で、複合回折格子2の面と直交する面が第1の仮想面10Aとなる。また、照射スポットPを通り、第2の格子ベクトル方向Dと平行で、且つ複合回折格子2の面と直交する面が第2の仮想面10Bとなる。なお、複合回折格子2の直交する方向を第3の方向Zとする。
次に、図1、図2及び図5、図6を参照して、本例の変位検出装置1の動作について説明する。図5は、本例の変位検出装置1の要部を拡大して示す説明図である。
sinθin+sinθout=n・λ/Λ・・・・(1)
なお、角度θinは、複合回折格子2への入射角を示し、角度θoutは、複合回折格子2からの回折角(本例では、反射角)を示している。そして、Λは、格子のピッチ(幅)を示し、λは、光Lの波長を示し、nは、回折次数を示している。本例では、複合回折格子2に対して略垂直に光Lを入射させているため、角度θinは、0°である。
なお、図5では、1回回折光L1,−L1及び2回回折光L2,−L2を仮想面10A、10B上に配置した例を示している。しかしながらが、図6に示すように、1回回折光L1,−L1及び2回回折光L2,−L2は、仮想面10A,10B上に配置しなくても良い。1回回折光L1,−L1は、入射角度θ2で回折格子に入射させるために、仮想面10A,10B上に配置すると、1回回折光L1の0次光(光L)が1回回折光−L1と、重なる可能性がある。同様に、1回回折光−L1の0次光(光L)が1回回折光L1と、重なる可能性がある。
次に、図7及び図8を参照して本発明の変位検出装置の第2の実施の形態例について説明する。
図7は、第2の実施の形態例にかかる変位検出装置31の光学系を示す側面図、図8は、変位検出装置31にかかる相対位置情報出力手段を示すブロック図である。
図8に示すように、第1の相対位置情報出力手段6は、第1の差動増幅器51aと、第2の差動増幅器51bと、第1のA/D変換器52aと、第2のA/D変換器52bと、波形補正処理部53と、インクリメンタル信号発生機54とを有している。
次に、図9及び図10を参照して本発明の変位検出装置の第3の実施の形態例について説明する。
図9は、第3の実施の形態例にかかる変位検出装置61の光学系を示す側面図である。図10は、第3の実施の形態例にかかる変位検出装置31の要部を拡大して示す説明図である。
次に、図11を参照して本発明の変位検出装置の第4の実施の形態例について説明する。
図11は、第4の実施の形態例にかかる変位検出装置71の光学系を示す側面図である。
次に、図12を参照して本発明の変位検出装置の第5の実施の形態例について説明する。
図12は、第5の実施の形態例にかかる変位検出装置81の光学系を示す側面図である。
次に、図13を参照して本発明の変位検出装置の第5の実施の形態例について説明する。
図13は、第6の実施の形態例にかかる変位検出装置91の光学系を示す側面図である。
次に、図14及び図15を参照して、複合回折格子の変形例について説明する。
図14は、複合回折格子の第1の変形例を示す説明図である。図15は、複合回折格子の第2の変形例を示す説明図である。
Claims (3)
- 光を回折する略平板状の回折格子と、
前記回折格子に光を照射し、正負の次数の2つの光に回折し、且つ回折された2つの光を干渉させると共に干渉信号を生成する格子干渉計と、
前記格子干渉計によって生成した前記干渉信号から前記回折格子の相対位置情報を検出する相対位置情報出力手段と、を備え、
前記格子干渉計は、
前記回折格子に光を照射する光源と、
前記回折格子によって回折された正の次数を有する1回回折光を反射させて、前記光源からの前記光が照射された位置とほぼ同じ位置に再び入射させる第1の反射手段と、
前記回折格子によって回折された負の次数を有する1回回折光を反射させて、前記光源からの前記光が照射された位置とほぼ同じ位置に再び入射させる第2の反射手段と、
前記回折格子によって2回回折された正の次数を有する2回回折光と、負の次数を有する2回回折光とを重ね合わせるビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタによって重ね合わされた前記2回回折光を受信して干渉信号を生成する受信手段と、を有し、
前記第1の反射手段は、前記光源から前記回折格子への入射角度及び、正の次数を有する前記1回回折光が前記回折格子を透過又は反射した角度と異なる角度で正の次数を有する前記回折格子に前記1回回折光を入射させ、
前記第2の反射手段は、前記光源から前記回折格子への入射角度及び、負の次数を有する前記1回回折光が前記回折格子を透過又は反射した角度と異なる角度で負の次数を有する前記回折格子に前記1回回折光を入射させ、
正の次数を有する前記1回回折光における前記回折格子から前記第1の反射手段を介して再び前記回折格子へ入射する光路と、負の次数を有する前記1回回折光における前記回折格子から前記第2の反射手段を介して再び前記回折格子へ入射する光路が互いに重ならない
変位検出装置。 - 前記回折格子と前記第1の反射手段の間には、第1のレンズが設けられ、
前記回折格子と前記第2の反射手段の間には、第2のレンズが設けられている
請求項1に記載の変位検出装置。 - 前記回折格子は、
光が照射される面と平行をなす第1の格子ベクトル方向に並ぶ第1の回折格子と、
前記面と平行で、且つ前記第1の格子ベクトル方向から所定の角度で傾いた第2の格子ベクトル方向に並ぶ第2の回折格子と、を有する複合回折格子であり、
前記格子干渉計は、
前記第1の回折格子に回折された前記光の干渉信号を生成する第1の格子干渉計と、
前記第2の回折格子に回折された前記光の干渉信号を生成する第2の格子干渉計と、からなり、
前記第1の格子干渉計と前記第2の格子干渉計は、前記光源からの前記光が照射された位置を通り、且つ前記面と直交する第3の方向回りに所定の角度をもって回転させて配置されている
請求項1又は2に記載の変位検出装置。
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