JP7383048B2 - 変位測定装置、変位測定方法およびフォトリソグラフィー装置 - Google Patents
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Description
測定であり、フィードバックデバイスを使用して線形または角変位を測定できます。 グレーティングで測定できる光路長は、その測定範囲に関係なく、非常に小さい場合があります(通常は数ミリメートル)。 したがって、このような変位センサーは、環境要因に影響されない測定精度、高い測定安定性、構造の単純さ、および小型化の容易さを備えており、ナノスケール測定の重要な部分となっています。 最新世代のフォトリソグラフィーシステムでは、干渉計の代わりに、さらに高い安定性を必要とする高精度のピコメートルスケールの測定タスクを実行するために、それらがますます使用されています。
第一入力光ビームおよび第二入力光ビームを生成する光源モジュールと、
光接触面および前記光接触面に平行する方向に沿って配置された複数の重複回折ユニットを含む回折部材と、
少なくとも二つの再帰反射部材を含み、前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームを受け、さらに、前記回折部材の光接触面に平行に接触させるとともに回折されるように前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームを誘導し、続いて、回折された第一入力光ビームおよび第二入力光ビームのうちの少なくとも一方を前記少なくとも二つの再帰反射部材によって誘導して他方と組み合わせることにより少なくとも一つの出力光ビームを形成し、各前記出力光ビームは、前記回折部材の光接触面内の同じ光スポット位置から出射される同じ方向であって、かつそれぞれ前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームに対応する回折光信号を含む読み取りヘッドと、
各前記出力光ビームを検出する光学検出モジュールと、
前記光学検出モジュールに接続され、各前記出力光ビームにより生成される干渉信号の位相変化情報に基づいて前記回折部材の変位情報を取得する信号分析モジュールと、
を備える。
前記第一出力光ビームの干渉信号の位相変化情報は、前記回折部材の光接触面の法線方向に沿った垂直方向の自由度の第一変位情報を反映する。
前記第二出力光ビームの干渉信号の位相変化情報は、前記回折部材の光接触面の法線方向に沿った垂直方向の自由度の第二変位情報を反映する。
前記第一出力光ビームおよび前記第二出力光ビームの干渉位相は逆である。
前記第三出力光ビームの干渉信号の位相変化情報は、前記回折部材の前記光接触面に平行する平行方向に沿った水平方向の自由度の第三変位情報を反映する。
光接触面および前記光接触面に平行する方向に沿って配置された複数の重複回折ユニットを含む回折部材を提供するステップと、
第一入力光ビームおよび第二入力光ビームを取得するステップと、
前記回折部材の光接触面に平行に接触させるとともに回折されるように前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームを誘導し、続いて、回折された第一入力光ビームおよび第二入力光ビームのうちの少なくとも一方を少なくとも二つの再帰反射部材によって誘導して他方と組み合わせることにより少なくとも一つの出力光ビームを形成し、各前記出力光ビームは、前記回折部材の光接触面内の同じ光スポット位置から出射される同じ方向であって、かつそれぞれ前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームに対応する回折光信号を含むようにするステップと、
前記出力光ビームを検出するステップと、
各前記出力光ビームにより生成される干渉信号の位相変化情報に基づいて前記回折部材の変位情報を取得するステップと、
有する。
前記第一出力光ビームの干渉信号の位相変化情報は、前記回折部材の光接触面の法線方向に沿った垂直方向の自由度の第一変位情報を反映する。
前記第二出力光ビームの干渉信号の位相変化情報は、前記回折部材の光接触面の法線方向に沿った垂直方向の自由度の第二変位情報を反映し、
前記第一出力光ビームと前記第二出力光ビームとの干渉位相は逆である。
前記第三出力光ビームの干渉信号の位相変化情報は、前記回折部材の前記光接触面に平行する平行方向に沿った水平方向の自由度における第三変位情報を反映する。
第一に、各出力光ビームの干渉信号の位相変化情報に基づいて回折部材の変位情報をそれぞれ取得するため、アルゴリズムにより結合関係を解消する必要がない。
第二に、互いに分離されている第一入力光ビームおよび第二入力光ビームを回折部材に平行に接触させて回折させ、かつ回折された第一入力光ビームおよび第二入力光ビームを誘導かつ組み合わせて少なくとも一つの出力光ビームを形成し、各出力光ビームは上記回折部材の光接触面内の同じ光スポット位置から出射される同じ方向の上記第一入力光ビームおよび第二入力光ビームのそれぞれに対応する回折光信号を含むため、回折部材の回転(たとえば、光接触面内の軸に対する回転)に起因されるコヒーレント光ビームの角度発散を排除できる。すなわち、測定プロセスにおいて広角に適応でき、回折部材の回転による干渉情報の強度に対する影響を低減でき、測定精度を向上させ、装置の角度許容度を向上させ、装置の取り付けや姿勢精度を制御する難易度を低減できる。
第三に、読み取りヘッドに入力される二つの入力光ビームは互いに分離され(空間において)、測定過程においては光ビームは互いに影響を与えず、最終的に干渉する前においてのみ結合するため、同じ入力光ビームによる周波数が混合重畳される測定システムに比較して、光路構造の共有による非直線性誤差を大幅に低減または避けられる。
本発明に係るフォトリソグラフィー装置によれば、上述の変位測定装置を備えるため、上述の変位測定装置と同様のまたは類似の有益な効果を奏する。
式(3)において、Pは、回折部材200がX軸方向に配置される重複回折ユニット間の間隔であり、mは回折次数であり、たとえば、±1、±2、±3などの0以外の整数を取り、ΔXは測定対象の回折部材200のX軸方向の変位量である。
式(4)において、和はそれぞれ第一出力光ビーム613および第二出力光ビーム614によって測定された傾き変位であり、Df1f2は、第一出力光ビームおよび第二出力光ビームが回折部材に平行に接触したときの間隔(図4における第一光スポット位置Aと第二光スポット位置Bとの距離)である。
ここで、Pは回折部材200のX軸方向のゲート距離、mは回折次数であり、たとえば±1、±2、±3などの0以外の整数をとることができ、測定対象の回折部材200のX軸方向の変位となる。図5を参照すると、この実施例において、Z軸変位に関する2つの出力光ビームを用いて取得された位相データは、図4に対応する位相データとも逆である。実際どの回折で具体的な採用業務報告の方向に光路のデザイン、読み取りヘッド100の形状や装着できる空間など、デザインの要求を考慮し、を通じて対応は違って自由の出力光ビームが干渉信号の位相の変化に対応する情報を、均200回折部材を受け取ることは相応の自由の変位情報。複数の出力光ビームが信号検出端で合光する前に共進しないため、干渉信号品質は部材分光不良、偏波エイリアシングなどの影響を受けず、変位測定装置の出力信号品質は良好である。
第一に、回折部材の変位測定時、二つの周波数のビームは入力信号探知端ない光に均合計路、信号の質も受けない部材分光干渉しない理想、偏波混畳などの要因が影響を測定システムの基本ノンリニヤリティ誤差は存在しない、必要がないため、光信号処理過程で補償ノンリニヤリティ誤差;
第二に、光源モジュール出力の2入射周波数ビームの偏波の方向と同時に、形成の水準と垂に直接探知できる、シグナルを送る必要もない光位相を採取し、一部で干渉偏振片合成信号を避ける偏振片エネルギー使用による損失は、今回、信号の強度の光出力の利用率は100%に上る、そしてビーム光学性能に対する影響が小さく、2つの入力光ビームの偏光方向が完全に直交していない場合、形成された水平方向および水平方向の信号も直接検出することができ、光位相収集部に偏光板を配置する必要がない。この場合、信号強度がやや弱く、光電力損失がやや大きい。偏光方向が直交している場合には、形成された水平方向および水平方向の信号を直接検出することはできず、光学検出モジュールの前に偏光板を配置して検出する必要がある。偏光板の作用により、この時間の電力損失は約50%になる。
第三に、光ファイバー伝送デュアルバンドレーザ光源としてモジュールを読んでヘッドのセルが任意に置く必要測定位置に使うシーン、柔軟にできる大きな現場応用集成と守護の難易度を下げる、効率性を高め、たとえば用は読んでヘッドのコンポーネントを設置できる運動壇上につい台に移動し、インストール回折部材で固定不動のシステムである。
(ステップ1)
光接触面と、その光接触面に平行な方向に配置された複数の重複回折ユニットとを含む回折部材を提供する。
(ステップ2)
第一入力光ビームおよび第二入力光ビームを取得する。
(ステップ3)
第一入力光ビームおよび第二入力光ビームは、回折部材に平行に接触し、両方とも回折するように方向付けられ、次いで、回折された第一入力光ビームおよび第二入力光ビームは、少なくとも1つの出力光ビームを形成するために、少なくとも2つの逆方向回折部材によって方向付けられ、結合される。各出力光ビームは、回折部材の光接触面内の同じスポット位置から出射され、かつ、第一入力光ビームおよび第二入力光ビームにそれぞれ対応する方向の回折光信号を含む。
(ステップ4)
出力光ビームを検出する。
(ステップ5)
各出力光ビームの干渉信号の位相変化情報から回折部材の変位情報を得る。
110 第一再帰反射部材、
111 第二再帰反射部材、
130 第一反射部材、
131 第二反射部材、
132 第三反射部材、
133 第一分光部材、
134 第二分光部材、
135 第三分光部材、
136 第四遮光板、
200 回折部材、
300 光源モジュール、
310 自由空間二重周波数レーザー、
311 単周波数レーザー、
320 偏光状態調節部材、
321 第二偏光分光鏡、
322 隔離器、
323 第一音響光学周波数シフター、
324 第二音響光学周波数シフター、
325 第一遮光板、
326 第二遮光板、
327 第三遮光板、
330 第一分光鏡、
331 第二分光鏡、
332 第三分光鏡、
333 第四分光鏡、
334 第一反射鏡、
335 第二反射鏡、
340 第一偏波保持光ファイバーカプラー、
341 第二偏波保持光ファイバーカプラー、
350 マルチモード光ファイバーカプラー、
370 第三光ビーム角度コントローラー、
410 第三光学検出モジュール、
411 第一光学検出モジュール、
412 第二光学検出モジュール、
413 第四光学検出モジュール、
430 第三信号伝送光ファイバー、
431 第一信号伝送光ファイバー、
432 第二信号伝送光ファイバー、
433 第四信号伝送光ファイバー、
450 第一偏波保持光ファイバーコリメーター、
451 第二偏波保持光ファイバーコリメーター、
470 第一偏波保持光ファイバー、
471 第二偏波保持光ファイバー、
481 四分の一波長板、
482 非偏光分光鏡、
483 第一偏光分光鏡、
484 第二偏光分光鏡、
485 第一光カプラー、
486 第二光カプラー、
487 第三光カプラー、
488 第四光カプラー、
500 信号分析モジュール、
610 第一入力光ビーム、
611 第二入力光ビーム、
612 第三出力光ビーム、
613 第一出力光ビーム、
614 第二出力光ビーム、
621 再帰反射部材への入力光ビーム、
622 再帰反射部材からの出力光ビーム、
700 第一光ビーム角度コントローラー、
701 第二光ビーム角度コントローラー、
702 第三光ビーム角度コントローラー、
1301 レンズ、
1302 凹面反射鏡。
Claims (25)
- 第一入力光ビームおよび第二入力光ビームを生成する光源モジュールと、
光接触面および前記光接触面に平行する方向に沿って配置された複数の重複回折ユニットを含む回折部材と、
少なくとも二つの再帰反射部材を含み、前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームを受け、さらに、前記回折部材の光接触面に平行に接触させるとともに回折されるように前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームを誘導し、続いて、回折された第一入力光ビームおよび第二入力光ビームのうちの少なくとも一方を前記少なくとも二つの再帰反射部材によって誘導して他方と組み合わせることにより少なくとも一つの出力光ビームを形成し、各前記出力光ビームは、前記回折部材の光接触面内の同じ光スポット位置から出射される同じ方向であって、かつそれぞれ前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームに対応する回折光信号を含む読み取りヘッドと、
各前記出力光ビームを検出する光学検出モジュールと、
前記光学検出モジュールに接続され、各前記出力光ビームにより生成される干渉信号の位相変化情報に基づいて前記回折部材の変位情報を取得する信号分析モジュールと、
を備え、
前記読み取りヘッドによって前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームを誘導して前記回折部材の光接触面に平行に接触させる際、前記第一入力光ビームは第一光スポット位置において一次回折され、前記第二入力光ビームは第二光スポット位置において一次回折され、前記第一入力光ビームの一次回折光ビームは、前記再帰反射部材および前記回折部材により往復反射された後、前記第二光スポット位置において前記第二入力光ビームの一次回折光ビームと少なくとも部分的に重なり合い、かつ同じ方向に沿って出射することにより第一出力光ビームを形成し、
前記第一出力光ビームの干渉信号の位相変化情報は、前記回折部材の光接触面の法線方向に沿った垂直方向の自由度の第一変位情報を反映する、変位測定装置。 - 前記読み取りヘッドによって前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームを誘導して前記回折部材の光接触面に平行に接触させる際、前記第一入力光ビームは第一光スポット位置において一次回折され、前記第二入力光ビームは第二光スポット位置において一次回折され、前記第二入力光ビームの一次回折光ビームは、前記再帰反射部材および前記回折部材により往復反射された後、前記第一光スポット位置において前記第一入力光ビームの一次回折光ビームと少なくとも部分的に重なり合い、かつ同じ方向に沿って出射することにより第二出力光ビームを形成し、
前記第二出力光ビームの干渉信号の位相変化情報は、前記回折部材の光接触面の法線方向に沿った垂直方向の自由度の第二変位情報を反映する、
ことを特徴とする請求項1に記載の変位測定装置。 - 前記第一出力光ビームおよび前記第二出力光ビームは、いずれも同じ回折次数における方向が同じであってかつ前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームのそれぞれに対応する一次回折光信号を含み、
前記第一出力光ビームおよび前記第二出力光ビームの干渉位相は逆である、
ことを特徴とする請求項2に記載の変位測定装置。 - 前記第一出力光ビームは、前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームの(+1)回折次数における一次回折光信号を含み、前記第二出力光ビームは、前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームの(-1)回折次数における一次回折光信号を含む、
ことを特徴とする請求項3に記載の変位測定装置。 - 前記信号分析モジュールは、さらに、前記第一出力光ビームおよび前記第二出力光ビームの干渉信号の位相変化情報に基づいて、前記回折部材の光接触面内の軸周りを回転する方向の回転自由度における変位情報を取得する、
ことを特徴とする請求項2に記載の変位測定装置。 - 前記読み取りヘッドによって前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームを誘導して前記回折部材の光接触面に平行に接触させた後、前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームの一次回折光ビームのそれぞれは、前記再帰反射部材の再帰反射によって前記回折部材と再び接触して二次回折され、前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームの二次回折光ビームは前記回折部材の第三光スポット位置において少なくとも部分的に重なり合い、かつ同じ方向に沿って出射することにより第三出力光ビームを形成し、
前記第三出力光ビームの干渉信号の位相変化情報は、前記回折部材の前記光接触面に平行する平行方向に沿った水平方向の自由度の第三変位情報を反映する、
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の変位測定装置。 - 前記回折部材は、一次元格子または二次元格子である、ことを特徴とする請求項1に記載の変位測定装置。
- 前記再帰反射部材は、角錐プリズム、直角プリズム、キャッツアイリフレクターおよびダブプリズムのうちのいずれか一つである、ことを特徴とする請求項1に記載の変位測定装置。
- 前記読み取りヘッドは、光ビーム角度コントローラを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の変位測定装置。
- 前記光ビーム角度コントローラは、一個のくさび部材、一対のくさび部材、回折格子および複屈折部材のうちのいずれか一つである、ことを特徴とする請求項9に記載の変位測定装置。
- 前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームは、異なる周波数を有するレーザービームである、ことを特徴とする請求項1に記載の変位測定装置。
- 前記光源モジュールは、光ファイバ伝送に基づく二重周波数レーザーを含み、平行方向に沿って前記回折部材に接触する前、前記読み取りヘッドは、さらに、受けた前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームに対してそれぞれ分割および合成することにより遠隔の参考光ビームを形成する、ことを特徴とする請求項11に記載の変位測定装置。
- 前記光源モジュールは、自由空間二重周波数レーザーおよび分光部材を含み、前記自由空間二重周波数レーザーは、二重周波数の光ビームを生成し、前記分光部材は、前記二重周波数の光ビームを偏光方向の直交する二つの光ビームに分割する、ことを特徴とする請求項11に記載の変位測定装置。
- 前記光源モジュールは偏光制御部品を含み、前記偏光制御部品は、各前記出力光ビームのうち前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームのそれぞれに対応する複数の前記回折光信号の前記光学検出モジュールに入る際の偏光方向を同じくさせる、ことを特徴とする請求項11に記載の変位測定装置。
- 前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームは、同じ周波数のレーザービームである、ことを特徴とする請求項1に記載の変位測定装置。
- 前記光源モジュールまたは前記読み取りヘッドは偏光制御部品を含み、前記偏光制御部品は、各前記出力光ビームのうち前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームのそれぞれに対応する前記複数の回折光ビームを、前記光学検出モジュールに入る際の偏光方向を直交させる、ことを特徴とする請求項15に記載の変位測定装置。
- 前記読み取りヘッドは、少なくとも四つの出力光ビームを生成し、前記光学検出モジュールは、前記少なくとも四つの出力光ビームを検出した後、各前記出力光ビームの干渉信号について位相を変位して、順に90度オフセットした四つの前記出力光ビームを出力する、ことを特徴とする請求項16に記載の変位測定装置。
- 光接触面および前記光接触面に平行する方向に沿って配置された複数の重複回折ユニットを含む回折部材を提供するステップと、
第一入力光ビームおよび第二入力光ビームを取得するステップと、
前記回折部材の光接触面に平行に接触させるとともに回折されるように前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームを誘導し、続いて、回折された第一入力光ビームおよび第二入力光ビームのうちの少なくとも一方を少なくとも二つの再帰反射部材によって誘導して他方と組み合わせることにより少なくとも一つの出力光ビームを形成し、各前記出力光ビームは、前記回折部材の光接触面内の同じ光スポット位置から出射される同じ方向であって、かつそれぞれ前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームに対応する回折光信号を含むようにするステップと、
前記出力光ビームを検出するステップと、
各前記出力光ビームにより生成される干渉信号の位相変化情報に基づいて前記回折部材の変位情報を取得するステップと、
有し、
前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームを誘導して前記回折部材の光接触面に平行に接触させる際、前記第一入力光ビームは第一光スポット位置において一次回折され、前記第二入力光ビームは第二光スポット位置において一次回折され、前記第一入力光ビームの一次回折光ビームは、前記再帰反射部材および前記回折部材により往復反射された後、前記第二光スポット位置において前記第二入力光ビームの一次回折光ビームと少なくとも部分的に重なり合い、かつ同じ方向に沿って出射することにより第一出力光ビームを形成し、
前記第一出力光ビームの干渉信号の位相変化情報は、前記回折部材の光接触面の法線方向に沿った垂直方向の自由度の第一変位情報を反映する変位測定方法。 - 前記第一出力光ビームの干渉信号の位相変化と、前記回折部材の垂直方向の自由度に沿った変位とは、以下の関係式を満たし、
ことを特徴とする、請求項18に記載の変位測定方法。 - 読み取りヘッドによって前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームを誘導して前記回折部材の光接触面に平行に接触させる際、前記第一入力光ビームは第一光スポット位置において一次回折され、前記第二入力光ビームは第二光スポット位置において一次回折され、前記第二入力光ビームの一次回折光ビームは、前記再帰反射部材および前記回折部材により往復反射された後、前記第一光スポット位置において前記第一入力光ビームの一次回折光ビームと少なくとも部分的に重なり合い、かつ同じ方向に沿って出射することにより第二出力光ビームを形成し、
前記第二出力光ビームの干渉信号の位相変化情報は、前記回折部材の光接触面の法線方向に沿った垂直方向の自由度の第二変位情報を反映し、
前記第一出力光ビームと前記第二出力光ビームとの干渉位相は逆である、
ことを特徴とする、請求項18に記載の変位測定方法。 - 前記第一出力光ビームおよび前記第二出力光ビームを検出した後、前記第一出力光ビームおよび前記第二出力光ビームの干渉信号により反映される前記回折部材の垂直方向の自由度に沿った位置情報に基づいて、前記回折部材の光接触面内の軸周りを回転する方向の回転自由度における変位情報を取得する、
ことを特徴とする、請求項20に記載の変位測定方法。 - 前記回折部材と前記第一出力光ビームとの対応する変位、および前記回折部材と前記第二出力光ビームとの対応する変位の間では、以下の関係式を満たし、
ことを特徴とする、請求項21に記載の変位測定方法。 - 前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームを前記回折部材の光接触面に平行に接触させた後、前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームの一次回折光ビームのそれぞれを、前記再帰反射部材の再帰反射によって前記回折部材と再び接触して二次回折されるようにさせ、前記第一入力光ビームおよび前記第二入力光ビームの二次回折光ビームは前記回折部材の第三光スポット位置において少なくとも部分的に重なり合い、かつ同じ方向に沿って出射することにより第三出力光ビームを形成し、
前記第三出力光ビームの干渉信号の位相変化情報は、前記回折部材の前記光接触面に平行する平行方向に沿った水平方向の自由度における第三変位情報を反映する、
ことを特徴とする、請求項18~22のいずれか一項に記載の変位測定方法。 - 前記第三出力光ビームの干渉信号の位相変化と、前記回折部材の対応する水平方向の自由度における変位とは、以下の関係式を満たし、
ことを特徴とする、請求項23に記載の変位測定方法。 - 互いに相対移動可能なウェハーステージおよびレチクルステージを含むフォトリソグラフィー装置であって、請求項1~17のいずれか一項に記載の変位測定装置を備え、前記回折部材は前記ウェハーステージまたは前記レチクルステージのいずれか一方に貼り付けられ、前記読み取りヘッドは前記ウェハーステージまたは前記レチクルステージの他方に貼り付けられている、フォトリソグラフィー装置。
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