JPS63277904A - 測長装置 - Google Patents
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- JPS63277904A JPS63277904A JP62112262A JP11226287A JPS63277904A JP S63277904 A JPS63277904 A JP S63277904A JP 62112262 A JP62112262 A JP 62112262A JP 11226287 A JP11226287 A JP 11226287A JP S63277904 A JPS63277904 A JP S63277904A
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Links
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Landscapes
- Optical Transform (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、高精度かつ大ストロークな測長装置に関する
。
。
[従来の技術]
従来、高精度測長用としてはレーザ干渉計や格子干渉計
が用いられている。
が用いられている。
しかし、これらの干渉計は、例えば100mm以上の比
較的大きなストロークの計測が可能である反面、基本的
には計測光の波長または回折光の次数および偏光状態と
いった光学配置で決まる所定のピッチを単位長さとして
測長するものであるため、分解能が低く、例えばサブミ
クロン以下の微小距離を計測する場合の精度は低い。
較的大きなストロークの計測が可能である反面、基本的
には計測光の波長または回折光の次数および偏光状態と
いった光学配置で決まる所定のピッチを単位長さとして
測長するものであるため、分解能が低く、例えばサブミ
クロン以下の微小距離を計測する場合の精度は低い。
そこで、例えば格子干渉計においては、回折光の次数お
よび偏光状態といった光学配置で決まる信号をさらに電
気的に分割処理して分解能を上げることが提案されてい
る。
よび偏光状態といった光学配置で決まる信号をさらに電
気的に分割処理して分解能を上げることが提案されてい
る。
[発明が解決しようとする問題点]
しかしながら、電気的な分割は光量の変動や回折効率の
変動などにより誤差が発生しやすい。
変動などにより誤差が発生しやすい。
一方、デジタルオーディオディスク、ビデオディスク等
で用いられている光ピツクアップ装置のオートフォーカ
ス(以下、AFという)で用いられる被走査面位置検出
手段(以下、AF測長手段という)は、高精度高分解能
であるが、その測長ストロークは極めて小さい、また、
このようなAF測長手段はストロークを大きくしようと
すると精度が低下する。
で用いられている光ピツクアップ装置のオートフォーカ
ス(以下、AFという)で用いられる被走査面位置検出
手段(以下、AF測長手段という)は、高精度高分解能
であるが、その測長ストロークは極めて小さい、また、
このようなAF測長手段はストロークを大きくしようと
すると精度が低下する。
本発明の目的は、ストロークが大きく、かつより高精度
な測長装置を提供することにある。
な測長装置を提供することにある。
[問題点を解決するための手段]
上記目的を達成するため本発明では、相対的に移動する
2物体の一方にこの相対移動方向に沿って配列された該
相対移動方向に対して傾斜する面を設け、他方の物体に
配設したAF測長手段等の高精度高分解能測長手段によ
り上記相対移動方向と角度をなす方向から上記傾斜面ま
での距離を計測するようにしている。
2物体の一方にこの相対移動方向に沿って配列された該
相対移動方向に対して傾斜する面を設け、他方の物体に
配設したAF測長手段等の高精度高分解能測長手段によ
り上記相対移動方向と角度をなす方向から上記傾斜面ま
での距離を計測するようにしている。
上記斜面は、例えばブレーズド回折格子状に形成する。
[作用および効果]
本発明では、2物体の補対移動量を傾斜面によって縦/
横変換した後、相対移動方向の側方より計測している。
横変換した後、相対移動方向の側方より計測している。
従って、上記傾斜面を微小高低差を有する斜面を多数配
列したブレーズド回折格子状に形成することにより、上
記測長手段の測長ストロークは、上記相対し動のストロ
ークにかかわらず該斜面の高低差で足り、大ストローク
の移動を小ストロークの測長手段で計測することができ
る。
列したブレーズド回折格子状に形成することにより、上
記測長手段の測長ストロークは、上記相対し動のストロ
ークにかかわらず該斜面の高低差で足り、大ストローク
の移動を小ストロークの測長手段で計測することができ
る。
また、ブレーズド回折格子状斜面を上記相対移動方向に
並列でかつ斜面のピッチの約1/2ずらして配置し、こ
れを順次切り換えて測長することにより、段差部分の不
確定要素を除き、より高精度の測長を行なうことができ
る。
並列でかつ斜面のピッチの約1/2ずらして配置し、こ
れを順次切り換えて測長することにより、段差部分の不
確定要素を除き、より高精度の測長を行なうことができ
る。
また、1列の斜面の2点を計測し、この計測点を順次切
り換えるようにしても同様に段差部分の不確定要素を除
くことができる。
り換えるようにしても同様に段差部分の不確定要素を除
くことができる。
さらに、格子干渉計等のように分解能は低いが単位長さ
の精度の高い測長器と組合せてこの単位長さ内の距離を
本発明の測長装置によりさらに分解(補間)するように
すれば、より高精度大ストローク化することができる。
の精度の高い測長器と組合せてこの単位長さ内の距離を
本発明の測長装置によりさらに分解(補間)するように
すれば、より高精度大ストローク化することができる。
[実施例]
以下、本発明の詳細な説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係る測長装置の概観を示
す、この処理装置は、光プローブを用いて被加工物もし
くは被測定物を加工もしくは測定するものである。
す、この処理装置は、光プローブを用いて被加工物もし
くは被測定物を加工もしくは測定するものである。
同図において、DSはステージ基台で、この基台DS上
にYステージ基台が、Yステージ基台上にXステージX
Sが搭載されている。基台DSにはy方向ガイ下YG%
YステージYSにはX方向ガイドXGが設けてあり、X
、Yの各ステージxs、ysは、それぞれ不図示のX、
Yモータによって駆動され、カイトXG、YGに沿って
X。
にYステージ基台が、Yステージ基台上にXステージX
Sが搭載されている。基台DSにはy方向ガイ下YG%
YステージYSにはX方向ガイドXGが設けてあり、X
、Yの各ステージxs、ysは、それぞれ不図示のX、
Yモータによって駆動され、カイトXG、YGに沿って
X。
y方向に移動する。
LIはX、Y多ステージxs、y、sの移動量および位
置を計測する大ストローク測長器としてのレーザ干渉測
長器、CPx、CPyは測長器Llから入射したレーザ
光Lx、Lyを確実に180゜反転しもとと平行な光路
を経て測長器LIに戻すためのコーナーキエーブプリズ
ムである。XステージXS上に点線で示す部分DVは小
ストロークステージ、高分解能測長装置および光プロー
ブ等の配置空間である。測長器Llおよびステージ基台
DSは不図示の定盤上に固定されてし)る。
置を計測する大ストローク測長器としてのレーザ干渉測
長器、CPx、CPyは測長器Llから入射したレーザ
光Lx、Lyを確実に180゜反転しもとと平行な光路
を経て測長器LIに戻すためのコーナーキエーブプリズ
ムである。XステージXS上に点線で示す部分DVは小
ストロークステージ、高分解能測長装置および光プロー
ブ等の配置空間である。測長器Llおよびステージ基台
DSは不図示の定盤上に固定されてし)る。
第2図は、第1図の光プローブ等配置空間DVの部分拡
大図を示す、同図において、DFSは小ストロークステ
ージ用の基台で、小ストロークステージ用X方向ガイド
YFGが設けられており、XステージXS上に固定され
ている。この基台DFS上には小ストロークXステージ
YFSがガイドYFGに沿つて移動自在に搭載され、Y
ステージYFS上には小ストロークXステージXFSが
YステージYFSに設けられた小ストロークステージ用
X方向ガイドXFGに沿って移動自在に搭載され、Xス
テージXFSには加工または計測のための光プローブL
Pが固定されている。
大図を示す、同図において、DFSは小ストロークステ
ージ用の基台で、小ストロークステージ用X方向ガイド
YFGが設けられており、XステージXS上に固定され
ている。この基台DFS上には小ストロークXステージ
YFSがガイドYFGに沿つて移動自在に搭載され、Y
ステージYFS上には小ストロークXステージXFSが
YステージYFSに設けられた小ストロークステージ用
X方向ガイドXFGに沿って移動自在に搭載され、Xス
テージXFSには加工または計測のための光プローブL
Pが固定されている。
この光プローブLPの位置は、基台DFSに取り付けた
y方向基準尺SYとYステージYFSに取り付けたy方
向測長ヘッドMYとからなるy座標検出用測長器MY、
およびYステージYFSに取り付けたX方向基準尺SX
とXステージXFSに取り付けたX方向測長ヘッドHX
とからなるX座標検出用測長器MXとにより、基台DF
S (すなわちXステージXS)に対する相対位置座標
として検出される。一方、小ストロークステージ基台D
FSの定盤に対する座標は、レーザ干渉測長器LIによ
りX、Y多ステージの位置として計測される。
y方向基準尺SYとYステージYFSに取り付けたy方
向測長ヘッドMYとからなるy座標検出用測長器MY、
およびYステージYFSに取り付けたX方向基準尺SX
とXステージXFSに取り付けたX方向測長ヘッドHX
とからなるX座標検出用測長器MXとにより、基台DF
S (すなわちXステージXS)に対する相対位置座標
として検出される。一方、小ストロークステージ基台D
FSの定盤に対する座標は、レーザ干渉測長器LIによ
りX、Y多ステージの位置として計測される。
すなわち、第2図においては、大ストロークステージX
S、YSの移動はレーザ干渉測長器LIで、小ストロー
クの被加工対象物エリアのステージXFS、YFSの移
動は測長装置MX、MYで計測する。このように、成る
特定エリアの移動に対して測長手段を複合構成にし、小
ストローク移動量の測長は大ストロークのステージ移動
量の測長器(レーザ干渉測長器)とは別途設けた測長器
により高精度(高分解能)till長を行ない、大スト
ローク移動量の測長器の誤差に依存しないようにするこ
とによって、大ストロークかつ高精度の測長を実現する
ことができた。
S、YSの移動はレーザ干渉測長器LIで、小ストロー
クの被加工対象物エリアのステージXFS、YFSの移
動は測長装置MX、MYで計測する。このように、成る
特定エリアの移動に対して測長手段を複合構成にし、小
ストローク移動量の測長は大ストロークのステージ移動
量の測長器(レーザ干渉測長器)とは別途設けた測長器
により高精度(高分解能)till長を行ない、大スト
ローク移動量の測長器の誤差に依存しないようにするこ
とによって、大ストロークかつ高精度の測長を実現する
ことができた。
ここで、小ストローク移動量の測長器はストロークが小
である必要はないが、少なくとも上記特定エリアにおい
ては大ストローク移動量の測長器より高精度(高分解能
)であることが必要である。
である必要はないが、少なくとも上記特定エリアにおい
ては大ストローク移動量の測長器より高精度(高分解能
)であることが必要である。
第3図は、本発明の他の実施例に係る高精度高分解能測
長器を1軸ステージにセットした例を示す。この測長器
は、格子干渉測長器とオートフォーカス装置に用いられ
るフォーカス検出手段とを組合せ、格子干渉測長器の光
学配置で決まる一定間隔のパルス信号の間をフォーカス
検出手段のフォーカス測長出力で補間することにより、
格子干渉測長器の高精度を保ったまま、分解能を高め、
さらなる高精度、高分解能化を図ったものである。この
測長器は、これ自体、上記実施例の全体構成をより具体
的に表わしたものであると同時に、上記実施例の一部で
ある小ストローク移動量の測長器(第2図の測長器MX
、MY)としても好適に使用することができるものであ
る。
長器を1軸ステージにセットした例を示す。この測長器
は、格子干渉測長器とオートフォーカス装置に用いられ
るフォーカス検出手段とを組合せ、格子干渉測長器の光
学配置で決まる一定間隔のパルス信号の間をフォーカス
検出手段のフォーカス測長出力で補間することにより、
格子干渉測長器の高精度を保ったまま、分解能を高め、
さらなる高精度、高分解能化を図ったものである。この
測長器は、これ自体、上記実施例の全体構成をより具体
的に表わしたものであると同時に、上記実施例の一部で
ある小ストローク移動量の測長器(第2図の測長器MX
、MY)としても好適に使用することができるものであ
る。
第3図において、SRは移動ステージ、GSは基準尺と
しての回折格子、MHは回折格子GSに対する移動ステ
ージSRの移動量を計測するための測長ヘッド、RGは
ガイド、SSは送り螺子、MTはモータである。ガイド
RG、RGおよび回折格子GSは定盤sp上に矢印Aで
示す移動ステージSRの移動方向と平行に固定され、移
動ステージSRはモータMTにより回転駆動される送り
螺子SSの作用によりガイドRGに沿って矢印Aの方向
に移動する。
しての回折格子、MHは回折格子GSに対する移動ステ
ージSRの移動量を計測するための測長ヘッド、RGは
ガイド、SSは送り螺子、MTはモータである。ガイド
RG、RGおよび回折格子GSは定盤sp上に矢印Aで
示す移動ステージSRの移動方向と平行に固定され、移
動ステージSRはモータMTにより回転駆動される送り
螺子SSの作用によりガイドRGに沿って矢印Aの方向
に移動する。
第4図は測長ヘッドMHの構成説明図である。
同図において、SPは定盤で、この定盤sp上には移動
ステージSRが移動自在に搭載されるとともに回折格子
GSが移動ステージSRの移動方向Aと平行に固定され
ている。また、移動ステージSRには移動方向Aに垂直
なミラー面を有する平面ミラーPMが固定されるととも
に微動ステージ(APステージ)AFSが搭載されてい
る。微動ステージAFSはピエゾ駆動機構等のような微
小駆動機構PDを介して移動ステージSRに接続されて
おり、この微小駆動機構PDにより軸動ステージSRに
対して移動ステージSRの移動方向(矢印Aの方向)と
同方向である矢印Bの方向に微小量穆勤可能にしである
。また、微動ステージAFS上には格子干渉測長系およ
びオートフォーカス(以下、AFという)測長系からな
る測長光学系が設置されている。
ステージSRが移動自在に搭載されるとともに回折格子
GSが移動ステージSRの移動方向Aと平行に固定され
ている。また、移動ステージSRには移動方向Aに垂直
なミラー面を有する平面ミラーPMが固定されるととも
に微動ステージ(APステージ)AFSが搭載されてい
る。微動ステージAFSはピエゾ駆動機構等のような微
小駆動機構PDを介して移動ステージSRに接続されて
おり、この微小駆動機構PDにより軸動ステージSRに
対して移動ステージSRの移動方向(矢印Aの方向)と
同方向である矢印Bの方向に微小量穆勤可能にしである
。また、微動ステージAFS上には格子干渉測長系およ
びオートフォーカス(以下、AFという)測長系からな
る測長光学系が設置されている。
この測長光学系は、半導体レーザ等の光源LD、コリメ
ータレンズCL、ビームスプリッタHMI 、HM2
、位相差板FPI 、FP2 、プリズムミラーま、た
はコーナーキューブプリズムCCI 、CC2、偏光ビ
ームスプリッタBS、光検出器PDI 、PD2 、対
物レンズLN、光位置検出器(ポジションセンサ)PS
等からなり、光源LDおよびコリメータレンズCLを格
子干渉測長系とAF測長系とで共用する等光学部品の省
略を図っである。
ータレンズCL、ビームスプリッタHMI 、HM2
、位相差板FPI 、FP2 、プリズムミラーま、た
はコーナーキューブプリズムCCI 、CC2、偏光ビ
ームスプリッタBS、光検出器PDI 、PD2 、対
物レンズLN、光位置検出器(ポジションセンサ)PS
等からなり、光源LDおよびコリメータレンズCLを格
子干渉測長系とAF測長系とで共用する等光学部品の省
略を図っである。
第4図において、光源LDから出射されコリメータレン
ズCLにより平行化された光束は、ビームスプリッタH
MIにより2つの光束に分割され、一方は対物レンズL
Nに、他方はビームスプリッタHM2を経て回折格子G
Sに入射する。
ズCLにより平行化された光束は、ビームスプリッタH
MIにより2つの光束に分割され、一方は対物レンズL
Nに、他方はビームスプリッタHM2を経て回折格子G
Sに入射する。
回折格子GSに入射した光は、回折格子GSにより回折
され、回折格子GSの位相δが回折波面に加算され、入
射光の初期位相を0とすると回折波の位相光はexp(
i(ωt+mδ))となる。
され、回折格子GSの位相δが回折波面に加算され、入
射光の初期位相を0とすると回折波の位相光はexp(
i(ωt+mδ))となる。
ここでmは回折次数であり、例えば+1次光と一1次光
はそれぞれexp(i(ωt+δ))とexp(i(ω
t−δ))となる、+1次光である光線Lllと一1次
光である光線L12は、それぞれ位相差板FPI 、F
P2を経由してコーナーキューブプリズムCCI 、C
C2に入射し、ここで入射方向と平行方向逆向きに反射
される0反射された光線Lll、 L12は、位相差板
FPI、FP2を往復2回経由することにより右回りお
よび左回りの円偏光にされ、回折格子G30点P1に対
し移動ステージSRの移動方向(矢印Aの方向)に離れ
た点P2において再び回折され、さらにビームスプリッ
タHM2を介して偏光ビームスプリッタBSに入射する
。この偏光ビームスプリッタBSに入射した右回りおよ
び左回りの円偏光特性を有する光線L 11. L 1
2は、偏光ビームスプリッタBSを透過および反射する
。透過光LRIとLR2および反射光LSIとLS2は
それぞれ直線偏光になり、互いに干渉し合って光検出器
PDI、PD2に入射する。
はそれぞれexp(i(ωt+δ))とexp(i(ω
t−δ))となる、+1次光である光線Lllと一1次
光である光線L12は、それぞれ位相差板FPI 、F
P2を経由してコーナーキューブプリズムCCI 、C
C2に入射し、ここで入射方向と平行方向逆向きに反射
される0反射された光線Lll、 L12は、位相差板
FPI、FP2を往復2回経由することにより右回りお
よび左回りの円偏光にされ、回折格子G30点P1に対
し移動ステージSRの移動方向(矢印Aの方向)に離れ
た点P2において再び回折され、さらにビームスプリッ
タHM2を介して偏光ビームスプリッタBSに入射する
。この偏光ビームスプリッタBSに入射した右回りおよ
び左回りの円偏光特性を有する光線L 11. L 1
2は、偏光ビームスプリッタBSを透過および反射する
。透過光LRIとLR2および反射光LSIとLS2は
それぞれ直線偏光になり、互いに干渉し合って光検出器
PDI、PD2に入射する。
光検出器PDIおよびPD2は2つの円偏光の直交成分
を干渉光強度として検出するため、回折格子GSに対し
て測長ヘッドMH(AFステージAFS)が移動した場
合の光検出器PDI。
を干渉光強度として検出するため、回折格子GSに対し
て測長ヘッドMH(AFステージAFS)が移動した場
合の光検出器PDI。
PD2の出力R,Sは、第5図(a)、(b)に示すよ
うに90”の位相差を有する。この2つの信号R,Sを
一定レベルを基に(e)、(d)に示すように不図示の
回路によフてそれぞれ2値化し、その立上りと立下りの
タイミングで(e)に示すように1周期当たり4個のパ
ルスを発生させ、そのパルス数を計数することによって
測長ヘッドMHと回折格子GSの相対移動量を計測する
ことができる。この場合、回折格子GSの1ピッチ分の
移動に対する干渉光の強度変化の周期は4周期となり、
パルス数は16個となる。また、このパルス計数時には
上記相対移動の方向を検出し、その検出結果に応じて計
数値を加算するか減算するかを決定する。移動方向は、
第5図(e)の各パルスの発生タイミングにおける信号
(C)、−(d)のレベルにより判別することができる
。例えば信号(C)の立下りタイミングにおける信号(
d)のレベルは、正方向移動時がH”であるとすれば、
逆方向移動時には“L”となる。
うに90”の位相差を有する。この2つの信号R,Sを
一定レベルを基に(e)、(d)に示すように不図示の
回路によフてそれぞれ2値化し、その立上りと立下りの
タイミングで(e)に示すように1周期当たり4個のパ
ルスを発生させ、そのパルス数を計数することによって
測長ヘッドMHと回折格子GSの相対移動量を計測する
ことができる。この場合、回折格子GSの1ピッチ分の
移動に対する干渉光の強度変化の周期は4周期となり、
パルス数は16個となる。また、このパルス計数時には
上記相対移動の方向を検出し、その検出結果に応じて計
数値を加算するか減算するかを決定する。移動方向は、
第5図(e)の各パルスの発生タイミングにおける信号
(C)、−(d)のレベルにより判別することができる
。例えば信号(C)の立下りタイミングにおける信号(
d)のレベルは、正方向移動時がH”であるとすれば、
逆方向移動時には“L”となる。
さらに、第5図(a)、(b)に示す信号R1Sを加算
および減算して信号R,Sに対して45@ずつ位相の異
なった信号R+S、R−5を作成し、これらについても
上記同様に2値化し、立上りおよび立下りのタイミング
でパルスを発生するようにすれば、回折格子GSの1ピ
ツチ分の移動について32個のパルスを発生させること
ができる。但し、この場合、これらの信号を確実に処理
するためには、光量および回折効率の変動等を考慮する
必要がある。
および減算して信号R,Sに対して45@ずつ位相の異
なった信号R+S、R−5を作成し、これらについても
上記同様に2値化し、立上りおよび立下りのタイミング
でパルスを発生するようにすれば、回折格子GSの1ピ
ツチ分の移動について32個のパルスを発生させること
ができる。但し、この場合、これらの信号を確実に処理
するためには、光量および回折効率の変動等を考慮する
必要がある。
第6図は、格子干渉測長器の原理説明図である。
同図において、回折格子GSに入射したコヒーレント光
は±1次光として回折する。この回折光の位相は格子G
Sが6勤するとその移動する方向により変化する。図に
示すように回折格子GSがX方向に1ピツチ穆動すると
+1次回折光Lllは位相が1波長進み、−1次回折光
L12は1波長遅れる。これらの回折光Lll、 L
12は、コーナキューブCPI 、CF2により戻され
、格子GSにより再び回折されると先の+1次回折光L
llはさらに1波長進み、−1次回折光L12は1波長
遅れる。そのため、最終的にLllとL12を合波させ
た干渉光は、回折格子GSが1ピツチ移動すると明暗が
4回変化する。従って回折格子の1ピツチが1.6μm
とすると1.8μmのl/4、つまり 0.4μmおき
に明暗が変化する。この明暗の変化を光電変換し、明暗
をカウントすることにより 0.4μmおきのパルスを
得ることができる。上述した第4図の干渉測長系におい
ては、分解能をさらに高くするため、電気的処理により
、回折格子の1ピツチ当たり16または32個、つまり
0.1μmまたは0.05μmおきにパルスを発生し
ている。
は±1次光として回折する。この回折光の位相は格子G
Sが6勤するとその移動する方向により変化する。図に
示すように回折格子GSがX方向に1ピツチ穆動すると
+1次回折光Lllは位相が1波長進み、−1次回折光
L12は1波長遅れる。これらの回折光Lll、 L
12は、コーナキューブCPI 、CF2により戻され
、格子GSにより再び回折されると先の+1次回折光L
llはさらに1波長進み、−1次回折光L12は1波長
遅れる。そのため、最終的にLllとL12を合波させ
た干渉光は、回折格子GSが1ピツチ移動すると明暗が
4回変化する。従って回折格子の1ピツチが1.6μm
とすると1.8μmのl/4、つまり 0.4μmおき
に明暗が変化する。この明暗の変化を光電変換し、明暗
をカウントすることにより 0.4μmおきのパルスを
得ることができる。上述した第4図の干渉測長系におい
ては、分解能をさらに高くするため、電気的処理により
、回折格子の1ピツチ当たり16または32個、つまり
0.1μmまたは0.05μmおきにパルスを発生し
ている。
次に、格子干渉測長器の方向を検知する方法について説
明する。
明する。
測長方向を検出するためには90°位相を変えた2つの
信号を取り出す必要がある。
信号を取り出す必要がある。
第6図に示すように、直線偏光のコヒーレント光をλ/
4板QWI 、QW2をそのファースト軸に対して45
@ に入射させて透過させることにより円偏光にするこ
とができる。
4板QWI 、QW2をそのファースト軸に対して45
@ に入射させて透過させることにより円偏光にするこ
とができる。
+1次の回折光と一1次の回折光を例えばそれぞれ左回
り右回り、の円偏光にして合波すると合波光は直線偏光
になる。
り右回り、の円偏光にして合波すると合波光は直線偏光
になる。
その直線偏光の偏光方位は、±1次光の位相差φによっ
て決まる。
て決まる。
今、+1次光による左回り円偏光を
y* xa exp(i (ωを一φ/2))Xや=a
exp(i (ωt°−π/2−φ/2))−1次
光による左回り円偏光を y−=a exp(i (ωt+φ/2))x−=a
exp(i (ωを一π/2+φ/2))で表わす
と、これらを合波したときの平面波はy−y令 +y− xa(exp(iφ/2) +exp(−1φ/2)) XZX ◆ + X− =a(exp(iφ/2) −exp(−iφ/2)) となり、これは第7図に示すように偏光方向θがφ/2
である直線偏光であることがわかる。
exp(i (ωt°−π/2−φ/2))−1次
光による左回り円偏光を y−=a exp(i (ωt+φ/2))x−=a
exp(i (ωを一π/2+φ/2))で表わす
と、これらを合波したときの平面波はy−y令 +y− xa(exp(iφ/2) +exp(−1φ/2)) XZX ◆ + X− =a(exp(iφ/2) −exp(−iφ/2)) となり、これは第7図に示すように偏光方向θがφ/2
である直線偏光であることがわかる。
ここで、aは光波の振幅、ωは光波の角周波数を表わす
。
。
従って、第6図で格子GSをXだけ移動することにより
±1次光の位相差φは、格子GSのピッチをpとすれば
、 なる位相差を得る。そのため、±1次光の合波の偏光方
位θは 4 π θ冨□X となる。
±1次光の位相差φは、格子GSのピッチをpとすれば
、 なる位相差を得る。そのため、±1次光の合波の偏光方
位θは 4 π θ冨□X となる。
この直線偏光の合波は第6図に示すようにビームスプリ
ッタHM3で分けられ、偏光板PPI。
ッタHM3で分けられ、偏光板PPI。
PP2を通過後ディテクタPCI 、PO2に入る。2
つの偏光板PP1.PP2の透過軸に45″″の差をつ
けておくと、例えば第1の偏光子PPIを通過後のディ
テクタPDIがθ第0のときに光量のピークを検出する
場合、第2の偏光子PP2を通過後のディテクタPD2
では のときに光量がピークになる。これは第1の偏光子によ
るディテクタPDIの信号に比べて9G”位相差のつい
た信号となる。これにより測長方向の判別が可能となる
。
つの偏光板PP1.PP2の透過軸に45″″の差をつ
けておくと、例えば第1の偏光子PPIを通過後のディ
テクタPDIがθ第0のときに光量のピークを検出する
場合、第2の偏光子PP2を通過後のディテクタPD2
では のときに光量がピークになる。これは第1の偏光子によ
るディテクタPDIの信号に比べて9G”位相差のつい
た信号となる。これにより測長方向の判別が可能となる
。
次に、より繰返し精度の高いパルス信号を発生する方法
を説明する。
を説明する。
第3図の測長器における精度(分解能)は、後述するよ
うに、例えば0.01μm〜0.002μmである。こ
のAF測長系の高精度を最大限に生かすためには、干渉
測長系において繰り返し精度の高いパルス信号を発生す
ることが必要である。この繰り返し精度はAFで分解さ
れる精度0.002μm以下の繰り返し精度が必要とな
る。
うに、例えば0.01μm〜0.002μmである。こ
のAF測長系の高精度を最大限に生かすためには、干渉
測長系において繰り返し精度の高いパルス信号を発生す
ることが必要である。この繰り返し精度はAFで分解さ
れる精度0.002μm以下の繰り返し精度が必要とな
る。
上述のように電気的処理により格子1ピツチ当たりのパ
ルス数を増加する方式において、精度を悪くする要因は
、光量の変動や回折効率の変動などである。例えば、第
5図の(a)、(b)に示されているような信号R,S
にDCレベルの変動や振幅の変動があるとスライスする
位置VBR*Vlil+が変化して繰り返し精度を悪く
する。
ルス数を増加する方式において、精度を悪くする要因は
、光量の変動や回折効率の変動などである。例えば、第
5図の(a)、(b)に示されているような信号R,S
にDCレベルの変動や振幅の変動があるとスライスする
位置VBR*Vlil+が変化して繰り返し精度を悪く
する。
そこで、ここではO”、180°信号を使うことを提案
する。
する。
O′″、180°の信号の差を検出すればDCレベルの
変動や振幅の変動は、0°、 180 @の2つの信号
に共通であるために除き取ってしまうことができる。第
8図にこの様子を示す。
変動や振幅の変動は、0°、 180 @の2つの信号
に共通であるために除き取ってしまうことができる。第
8図にこの様子を示す。
0@、180°の信号を用いると、パルス信号は172
波長ごとに出る。この場合は0.2μmおきにパルス信
号が出ることになるがこのまま用いてもよい。
波長ごとに出る。この場合は0.2μmおきにパルス信
号が出ることになるがこのまま用いてもよい。
第9図は、この方法を実現するための構成の一例を示す
。すなわち、方位角が0°、45°の偏光板PP1.P
P2の他に90°の偏光板PP3を別売路中に設ければ
よい、同図において、)(M3゜)1M4はハーフミラ
−1PDI 、PO2、PO3はディテクタ(光検出器
)である。
。すなわち、方位角が0°、45°の偏光板PP1.P
P2の他に90°の偏光板PP3を別売路中に設ければ
よい、同図において、)(M3゜)1M4はハーフミラ
−1PDI 、PO2、PO3はディテクタ(光検出器
)である。
第4図に戻りて、光源LDから出射されコリメータレン
ズCLにより平行化され、ビームスプリッタ)(Mlを
透過した光は、AF測長系の対物レンズLN−に入力さ
れる。
ズCLにより平行化され、ビームスプリッタ)(Mlを
透過した光は、AF測長系の対物レンズLN−に入力さ
れる。
第10図は、AF測長系の動作説明図である。
同図において、光源LDからの光は、対物レンズLNに
対して主光軸から偏心した位置に入射される。そして、
対物レンズLNのターゲット(第4図の6動ステージS
Rに固定された平面ミラーPMのミラー面)が合焦位置
(イ)にあるとき、光源LDからの光は第10図の実線
の光路を経て、対物レンズLNに対する合焦位置(イ)
の共役(結像)位置に配置されたセンサPS上の中心部
(イ)にミラー面に投影された光点の像を結像する。ま
た、ターゲットPMが対物レンズLNのデオーカス(非
合焦)位置(ロ)および(ハ)にあるときは、それぞれ
第10図の2点鎖線および破線の光路を経て、センサP
S上の中心部(イ)より離れた位置(ロ)および位置(
ハ)にデフォーカス像を結ぶ。
対して主光軸から偏心した位置に入射される。そして、
対物レンズLNのターゲット(第4図の6動ステージS
Rに固定された平面ミラーPMのミラー面)が合焦位置
(イ)にあるとき、光源LDからの光は第10図の実線
の光路を経て、対物レンズLNに対する合焦位置(イ)
の共役(結像)位置に配置されたセンサPS上の中心部
(イ)にミラー面に投影された光点の像を結像する。ま
た、ターゲットPMが対物レンズLNのデオーカス(非
合焦)位置(ロ)および(ハ)にあるときは、それぞれ
第10図の2点鎖線および破線の光路を経て、センサP
S上の中心部(イ)より離れた位置(ロ)および位置(
ハ)にデフォーカス像を結ぶ。
第11図は、上記各平面ミラーPM位置に対応したセン
サ25面上のスポット状態および光量分布を示す、この
センサ25面上のAゾーンのセンサ信号量とBゾーンの
センサ信号量との差はいわゆる5字カーブ特性を有する
。第12図は、不図示の差動増幅器によって得られるセ
ンサ信号量■^とIaの差動信号ΔI(=Ia−In)
のデフォーカス量(ターゲット位置)に対する関係を示
す。
サ25面上のスポット状態および光量分布を示す、この
センサ25面上のAゾーンのセンサ信号量とBゾーンの
センサ信号量との差はいわゆる5字カーブ特性を有する
。第12図は、不図示の差動増幅器によって得られるセ
ンサ信号量■^とIaの差動信号ΔI(=Ia−In)
のデフォーカス量(ターゲット位置)に対する関係を示
す。
第4図のAF測長系においては、このS字特性曲線にお
けるデフォーカス量と差動信号ΔIとの関係がリニアな
領域を利用する。
けるデフォーカス量と差動信号ΔIとの関係がリニアな
領域を利用する。
次に、第13図のフローチャートおよび第14図と第1
5図の出力波形図を参照しながら第3図および第4図の
測長器の動作を説明する。
5図の出力波形図を参照しながら第3図および第4図の
測長器の動作を説明する。
第3図の測長器は、その全体動作を不図示の中央処理装
置により制御するように構成されている。
置により制御するように構成されている。
まず、電源投入時などの動作開始時は、移動ステージS
Rを原点へ移動し、移動ステージSRが原点に来たとき
カウンタをリセットすることにより初期設定を行ない、
その後、穆勤ステージ駆動指令の入力を待機する。
Rを原点へ移動し、移動ステージSRが原点に来たとき
カウンタをリセットすることにより初期設定を行ない、
その後、穆勤ステージ駆動指令の入力を待機する。
待機状態において、ステージ駆動指令が入力されると、
まずAF動作を行なう。つまり、AF測長系の出力に基
づいてピエゾ微小駆動機構(圧電アクチュエータ)FD
によりAFステージAFSを駆動し、対物レンズLNを
平面ミラーPMに合焦させる。合焦状態になると、AF
ステージAFSをその位置で移動ステージSRにロック
し、モータMTにより移動ステージSRを駆動する。
まずAF動作を行なう。つまり、AF測長系の出力に基
づいてピエゾ微小駆動機構(圧電アクチュエータ)FD
によりAFステージAFSを駆動し、対物レンズLNを
平面ミラーPMに合焦させる。合焦状態になると、AF
ステージAFSをその位置で移動ステージSRにロック
し、モータMTにより移動ステージSRを駆動する。
この測長器においては、移動ステージSRが動くと、前
述したように、格子干渉測長系の電気回路(図示せず)
から定盤SPに対して固定された回折格子GSの周期p
の1/16ごとにパルス信号が出てくるようになってい
る(第5図、第14図参照)。カウンタはこのパルス数
の積算を行なう。
述したように、格子干渉測長系の電気回路(図示せず)
から定盤SPに対して固定された回折格子GSの周期p
の1/16ごとにパルス信号が出てくるようになってい
る(第5図、第14図参照)。カウンタはこのパルス数
の積算を行なう。
中央処理装置は、移動ステージSRの穆勅時、停止指令
が入力されると、移動ステージSRを停止し、カウンタ
によるパルス積算数を算出する。
が入力されると、移動ステージSRを停止し、カウンタ
によるパルス積算数を算出する。
この後、AFステージAFSのロックを解除し、圧電ア
クチュエータFDを駆動してAF系と格子干渉光学系が
載っているAFステージAFSを動かし、上で得られた
格子干渉測長系のパルス信号間のどの位置に移動ステー
ジが来ているのかを検出する。つまり、第14図に示す
ように、移動ステージSRが静止した位置を8点とし、
その時のパルスカウント数をNとすると、オートフォー
カス手段により8点の位置がカウント数Nと次のN+1
の間のどの位置にあるかを高精度に決定する。
クチュエータFDを駆動してAF系と格子干渉光学系が
載っているAFステージAFSを動かし、上で得られた
格子干渉測長系のパルス信号間のどの位置に移動ステー
ジが来ているのかを検出する。つまり、第14図に示す
ように、移動ステージSRが静止した位置を8点とし、
その時のパルスカウント数をNとすると、オートフォー
カス手段により8点の位置がカウント数Nと次のN+1
の間のどの位置にあるかを高精度に決定する。
まず、移動ステージSRが止まった時のカウンタのパル
ス積算数Nを記憶し、圧電アクチュエータFDでAFス
テージAFSすなわち測長光学系MHを微小量(パルス
間隔分ΔXより僅かに多い程度)動かす、すると、移動
ステージSRに対し固定して取付けられている平面ミラ
ーPMをターゲットとするAF測長系にデフォーカスが
加わり、第15図に示すように差動出力信号ΔI (A
FセンサPSの差信号IA−In )が変わる。このと
き、デフォーカス量と差信号との関係がリニアになる領
域内にピエゾ駆動量の送り量を設定しておけば、予め差
信号とデフォーカス量の関係が分かつているため、差信
号が与えられればデフォーカス量が一意的に決められる
。従って、ピエゾ駆動によりN番目のパルスに対応する
位置に微少量穆勤すればN番目のパルスに対応する位置
における差信号が得られ、これをデフォーカス量にして
δとするとN番目のパルス発生位置N・Δ芥にδを加え
た量が移動ステージSRが止まった点Sの測長位置とな
る。ここにΔXは格子干渉測長系のパルス列の周期であ
る。なお、移動ステージSRが静止するまでは光学系の
載った微動ステージAFSはAP倍信号0となる位置(
合焦位置)で静止している。
ス積算数Nを記憶し、圧電アクチュエータFDでAFス
テージAFSすなわち測長光学系MHを微小量(パルス
間隔分ΔXより僅かに多い程度)動かす、すると、移動
ステージSRに対し固定して取付けられている平面ミラ
ーPMをターゲットとするAF測長系にデフォーカスが
加わり、第15図に示すように差動出力信号ΔI (A
FセンサPSの差信号IA−In )が変わる。このと
き、デフォーカス量と差信号との関係がリニアになる領
域内にピエゾ駆動量の送り量を設定しておけば、予め差
信号とデフォーカス量の関係が分かつているため、差信
号が与えられればデフォーカス量が一意的に決められる
。従って、ピエゾ駆動によりN番目のパルスに対応する
位置に微少量穆勤すればN番目のパルスに対応する位置
における差信号が得られ、これをデフォーカス量にして
δとするとN番目のパルス発生位置N・Δ芥にδを加え
た量が移動ステージSRが止まった点Sの測長位置とな
る。ここにΔXは格子干渉測長系のパルス列の周期であ
る。なお、移動ステージSRが静止するまでは光学系の
載った微動ステージAFSはAP倍信号0となる位置(
合焦位置)で静止している。
この測長器において、例えば回折格子GSの格子ピッチ
を1.6μmとすれば、格子干渉測長系のパルス信号の
周期は0.1μmとなる。従って、ピエゾ駆動量を〜0
.2μm程度振らせてやれば上記の方法が可能であり、
格子干渉測長装置の高ストロークを保持してAFの精度
で測長が達成でき、ステージ等の位置決めが高精度に実
現する。
を1.6μmとすれば、格子干渉測長系のパルス信号の
周期は0.1μmとなる。従って、ピエゾ駆動量を〜0
.2μm程度振らせてやれば上記の方法が可能であり、
格子干渉測長装置の高ストロークを保持してAFの精度
で測長が達成でき、ステージ等の位置決めが高精度に実
現する。
例えば、AF測長の精度は、AF用対物レンズとしてx
loo(NA〜0.9)を用い、AFセンサPSとして
CCDやポジシ目ンセンサ等を用いれば0.01μm〜
0.002μm程度の精度が実現される。この場合、A
F信号のリニアな領域は1μm程度である。
loo(NA〜0.9)を用い、AFセンサPSとして
CCDやポジシ目ンセンサ等を用いれば0.01μm〜
0.002μm程度の精度が実現される。この場合、A
F信号のリニアな領域は1μm程度である。
なお、第3図の測長器において、AF光学系は必ずしも
平面ミラーPM位置とAFセンサPS位置が結像(共役
)関係になっていなくてもよく、微小ステージAFSの
移動量に対し、AFセンサの差動信号や光点位置信号(
移動方向に対するデフォーカス量)がリニアもしくはリ
ニアに近い特性で与えられる系であれば良い、リニアで
ない場合は、移動(デフォーカス)量と信号との関係を
リードオンリメモリ(ROM)に入れておいて信号に応
じた移動量を読み出すことにより微小穆動量を求めると
よい。
平面ミラーPM位置とAFセンサPS位置が結像(共役
)関係になっていなくてもよく、微小ステージAFSの
移動量に対し、AFセンサの差動信号や光点位置信号(
移動方向に対するデフォーカス量)がリニアもしくはリ
ニアに近い特性で与えられる系であれば良い、リニアで
ない場合は、移動(デフォーカス)量と信号との関係を
リードオンリメモリ(ROM)に入れておいて信号に応
じた移動量を読み出すことにより微小穆動量を求めると
よい。
このように第3図の測長器は、高ストロークな測長手段
と、穆動量に対して信号出力がリニアに近い出力をもつ
光学系とを組合せて高ストロークな測長手段の信号(分
解能)間を埋めることにより、高ストロークな測長手段
の精度をさらに向上している。
と、穆動量に対して信号出力がリニアに近い出力をもつ
光学系とを組合せて高ストロークな測長手段の信号(分
解能)間を埋めることにより、高ストロークな測長手段
の精度をさらに向上している。
これにより、従来の格子干渉計の場合の回折光の次数お
よび偏光状態といった光学配置で決まる信号をさらに電
気的に分割処理して分解能を上げる場合に生じる、光量
の変動や回折効率の変動などにより誤差が発生し易いと
いう問題が解決される。
よび偏光状態といった光学配置で決まる信号をさらに電
気的に分割処理して分解能を上げる場合に生じる、光量
の変動や回折効率の変動などにより誤差が発生し易いと
いう問題が解決される。
なお、第3図の測長器に対して次の点を変形することも
可能である。
可能である。
例えば、上述において、デフォーカス量δを検出する際
AFステージA’FSをN番目のパルスとN+1番目の
パルスに対応する位置とに微小駆動し、双方の位置にお
ける差信号を検知して上記デフォーカス量δを算出する
ようにすれば、パルス間隔やAFセンサ出力が変動した
場合にも正確なデフォーカス量δを求めることができる
。
AFステージA’FSをN番目のパルスとN+1番目の
パルスに対応する位置とに微小駆動し、双方の位置にお
ける差信号を検知して上記デフォーカス量δを算出する
ようにすれば、パルス間隔やAFセンサ出力が変動した
場合にも正確なデフォーカス量δを求めることができる
。
また、高ストロークな測長手段は格子干渉測長器に限ら
ず、レーザ干渉測長器等の他の方式であってもよい。
ず、レーザ干渉測長器等の他の方式であってもよい。
また、微動ステージ上に載った光学系は、AF系の対物
レンズのみと、格子干渉測長器の系であってもよ<、A
F系の全てが微動ステージ上に載っている必要はない。
レンズのみと、格子干渉測長器の系であってもよ<、A
F系の全てが微動ステージ上に載っている必要はない。
また、第3図は、IIIIthの8勤について示したが
、2軸以上の測長についても同様に複合構造とすればよ
い。
、2軸以上の測長についても同様に複合構造とすればよ
い。
また、第4図でAF系はTTL−AF方式を示したが、
DAD (デジタルオーデオデスク)やビデオデスクの
光ピツクアップに用いられるAF系や、カメラのオート
フォーカスで用いられているAF系でもよい。
DAD (デジタルオーデオデスク)やビデオデスクの
光ピツクアップに用いられるAF系や、カメラのオート
フォーカスで用いられているAF系でもよい。
また、上述のように、AF系はいわゆる結像関係にある
必要はなく、移動方向に対し、センサ信号がリニアに近
い出力が得られればよい、光点がセンサ面上でリニアに
移動する系であれば必ずしも第4図で示す平面ミラー面
上の点とセンサ面上が共役でなくてもよい。
必要はなく、移動方向に対し、センサ信号がリニアに近
い出力が得られればよい、光点がセンサ面上でリニアに
移動する系であれば必ずしも第4図で示す平面ミラー面
上の点とセンサ面上が共役でなくてもよい。
第16図は、本発明の実施例に係る測長装置を測長器ユ
ニットとしてまとめた例である。
ニットとしてまとめた例である。
この測長ユニットは、ステージ可動部ST上に光源LD
、コリメータレンズCL、偏光ビームスプリッタ)IM
I、 λ/4板QW、集光レンズGLI。
、コリメータレンズCL、偏光ビームスプリッタ)IM
I、 λ/4板QW、集光レンズGLI。
GL2、CCD等の光位置検知センサからなるAF手段
PSを配置し、さらにステージ可動部STの動きを、ス
テージ可動部STに固定したリニア格子GSとステージ
固定部SSに配置した読み取りヘッドMWでパルス列信
号として検出する。
PSを配置し、さらにステージ可動部STの動きを、ス
テージ可動部STに固定したリニア格子GSとステージ
固定部SSに配置した読み取りヘッドMWでパルス列信
号として検出する。
ステージ可動部STはアクチュエータATにより能動的
に可動する。被検物体MOの測長基準面O8は面精度の
高いミラー面にしである。
に可動する。被検物体MOの測長基準面O8は面精度の
高いミラー面にしである。
この方式の最大のポイントは、検知処理回路EDにおい
て合焦検知回路FFが、パルス列測長器電気系PCから
パルス信号を受は取るごとにその時点のAF出力値を更
新して記憶することである。
て合焦検知回路FFが、パルス列測長器電気系PCから
パルス信号を受は取るごとにその時点のAF出力値を更
新して記憶することである。
第17図はその動作フローである。また、第18図はパ
ルス間隔とAF電圧値の例を示している一1被検物体M
Oが停止したことを確認すると、測長ユニットのアクチ
ェエータATが駆動し、被検基準面O8にオートフォー
カスを合焦させようとする。この動きはステージ可動部
STに取り付けであるスケールGSと読み取りヘッドM
Hで干渉光の光量変化を検出し、パルス列測長器電気系
PCでこの光量変化をパルス信号としてカウントし測長
する。この場合の分解能はパルス間隔ΔX(第18図)
である。
ルス間隔とAF電圧値の例を示している一1被検物体M
Oが停止したことを確認すると、測長ユニットのアクチ
ェエータATが駆動し、被検基準面O8にオートフォー
カスを合焦させようとする。この動きはステージ可動部
STに取り付けであるスケールGSと読み取りヘッドM
Hで干渉光の光量変化を検出し、パルス列測長器電気系
PCでこの光量変化をパルス信号としてカウントし測長
する。この場合の分解能はパルス間隔ΔX(第18図)
である。
その間にパルス信号を中央演算系CPUが受は取るごと
にそのときの合焦電圧varを更新して記憶しておく。
にそのときの合焦電圧varを更新して記憶しておく。
オートフォーカス系が合焦信号っまりVAF−OVを示
すとアクチュエータATは停止する。
すとアクチュエータATは停止する。
そこで中央演算系CPUではそれまでカウントしていた
カウント数jと合焦検知系FFが最後に記憶した合焦電
圧viを用いて測長器111xをx=j・Δx+VJ
・ξ と算出する。ここに、ΔXはパルス間隔に対応する移動
距離で例えば0,4μmピッチである。またξはAFの
感度で予め較正されているものとする。
カウント数jと合焦検知系FFが最後に記憶した合焦電
圧viを用いて測長器111xをx=j・Δx+VJ
・ξ と算出する。ここに、ΔXはパルス間隔に対応する移動
距離で例えば0,4μmピッチである。またξはAFの
感度で予め較正されているものとする。
第19図は、この測長ユニットを2軸に用いた例であり
、半導体露光装置のAA(オートアライメント)用ヘッ
ドの高精度位置決めに用いたものである。
、半導体露光装置のAA(オートアライメント)用ヘッ
ドの高精度位置決めに用いたものである。
第20図は、第3図の測長器の回折格子干渉測長系に代
えてレーザ干渉測長系を用いた例を示す。
えてレーザ干渉測長系を用いた例を示す。
第20図において第3図と共通または対応する部分につ
いては同一の符号を付しである。第20図において、レ
ーザヘッドLZ、干渉ユニット■υおよびコーナキュー
ブプリズムCPはレーザ干渉測長系を構成している。干
渉ユニットIUは定盤SPに、コーナキューブプリズム
CPは微動ステージAFSに固定しである。
いては同一の符号を付しである。第20図において、レ
ーザヘッドLZ、干渉ユニット■υおよびコーナキュー
ブプリズムCPはレーザ干渉測長系を構成している。干
渉ユニットIUは定盤SPに、コーナキューブプリズム
CPは微動ステージAFSに固定しである。
第21図は第20図の微動ステージAFS上の測長光学
系を示す。第4図で回折格子干渉測長光学系を構成する
ため配置されていたビームスプリッタHM2、位相差板
FPI 、FP2 、コーナキューブプリズムCC1,
CC2、偏光ビームスプリッタBSおよび光検出器PD
I、PD2を除去し、代わりにレーザ光をレーザ干渉ユ
ニットに向けて反射するためのコーナキューブプリズム
CPを微動ステージAFS上に固定された台RT上にセ
ットしである。AF測長光学系は第4図と同様に構成し
である。
系を示す。第4図で回折格子干渉測長光学系を構成する
ため配置されていたビームスプリッタHM2、位相差板
FPI 、FP2 、コーナキューブプリズムCC1,
CC2、偏光ビームスプリッタBSおよび光検出器PD
I、PD2を除去し、代わりにレーザ光をレーザ干渉ユ
ニットに向けて反射するためのコーナキューブプリズム
CPを微動ステージAFS上に固定された台RT上にセ
ットしである。AF測長光学系は第4図と同様に構成し
である。
この測長器においても第3図のものと同様の手順(第1
3図参照)および作用で測長が行なわれ ゛る。すなわ
ち、粗動ステージSRおよび微動ステージAFSを移動
して微動ステージAFSまたはこれに固定された不図示
の光プローブ等の測定対象物が所定の単位長ΔXを移動
するごとにレーザ干渉系からパルス信号が出力され、A
F測長系のアナログ測長出力によりこのパルス間を補間
する。これにより、大ストローク分の測長に対してはレ
ーザ干渉測長系の精度が保持したまま、このレーザ干渉
測長系のパルス間を補間したより高分解能(高精度)の
測長を実現することができる。
3図参照)および作用で測長が行なわれ ゛る。すなわ
ち、粗動ステージSRおよび微動ステージAFSを移動
して微動ステージAFSまたはこれに固定された不図示
の光プローブ等の測定対象物が所定の単位長ΔXを移動
するごとにレーザ干渉系からパルス信号が出力され、A
F測長系のアナログ測長出力によりこのパルス間を補間
する。これにより、大ストローク分の測長に対してはレ
ーザ干渉測長系の精度が保持したまま、このレーザ干渉
測長系のパルス間を補間したより高分解能(高精度)の
測長を実現することができる。
第22図は、本発明のさらに他の実施例を示す。
同図において、SMは第4図の回折格子GSに相当する
回折格子を設けた基準部材で、相対8動する2物体の一
方に固定しである。同図に図示した基準部材3M以外の
光学部品は測長ヘッド光学系MHを構成しており、上記
2物体の他方に一体として固定され配置されている。基
準部材SMには、第23図に示すように、格子干渉測長
用の回折格子GSを設けてあり、さらにこの格子GSと
平行にAF測長用のブレーズド格子BGI、BG2およ
びAF測長基準面としての反射面となる平面FTが設け
られている。2つのブレーズド格子BGI 、BO2は
互いに格子ピッチp、の半分だけ基準部材SMと測長ヘ
ッド光学系MWとの相対移動方向(矢印Aの方向)にず
らして配置しである。
回折格子を設けた基準部材で、相対8動する2物体の一
方に固定しである。同図に図示した基準部材3M以外の
光学部品は測長ヘッド光学系MHを構成しており、上記
2物体の他方に一体として固定され配置されている。基
準部材SMには、第23図に示すように、格子干渉測長
用の回折格子GSを設けてあり、さらにこの格子GSと
平行にAF測長用のブレーズド格子BGI、BG2およ
びAF測長基準面としての反射面となる平面FTが設け
られている。2つのブレーズド格子BGI 、BO2は
互いに格子ピッチp、の半分だけ基準部材SMと測長ヘ
ッド光学系MWとの相対移動方向(矢印Aの方向)にず
らして配置しである。
第22図において、光源LDI、ハーフミラ−HM2、
位相差板FPIとFP2.ミラーCPIとCP2、偏光
ビームスプリッタBSおよび光検出器PDIとPD2は
干渉測長光学系を構成している。この干渉測長光学系お
よび基準部材SM上の格子干渉測長用格子GSは、第4
図等において説明したパルス列を発生する光学系および
センサに対応している。
位相差板FPIとFP2.ミラーCPIとCP2、偏光
ビームスプリッタBSおよび光検出器PDIとPD2は
干渉測長光学系を構成している。この干渉測長光学系お
よび基準部材SM上の格子干渉測長用格子GSは、第4
図等において説明したパルス列を発生する光学系および
センサに対応している。
光源LD2、コリメータレンズCL、ハーフミラ−HM
II、 HM12、対物レンズLNI 、LN2および
光位置検出器Psi、PS2は2組のAF測長光学系を
構成している。各AF測長光学系は第4図等において説
明したものと光学的に等価に構成されている。また、こ
れらのAF測長光学系は、第24図に示すように、それ
ぞれ基準部材SM上のブレーズド格子BGI 、BO2
の表面近傍に合焦するように配置しである。
II、 HM12、対物レンズLNI 、LN2および
光位置検出器Psi、PS2は2組のAF測長光学系を
構成している。各AF測長光学系は第4図等において説
明したものと光学的に等価に構成されている。また、こ
れらのAF測長光学系は、第24図に示すように、それ
ぞれ基準部材SM上のブレーズド格子BGI 、BO2
の表面近傍に合焦するように配置しである。
さらに、半導体レーザ等の光源LD3および光点位置検
出用センサPS3は、測長ヘッド光学系MHの検出面と
基準部材SMとの相対傾きを検出するためのもので、光
源LD3から基準部材SM上の反射面領域FTに光を投
射し、光点位置検出用センサPS3において領域FSか
らの反射光を受光して基準部材SMと測長ヘッド光学系
MHとの平行性検出信号を得るようになつtいる。
出用センサPS3は、測長ヘッド光学系MHの検出面と
基準部材SMとの相対傾きを検出するためのもので、光
源LD3から基準部材SM上の反射面領域FTに光を投
射し、光点位置検出用センサPS3において領域FSか
らの反射光を受光して基準部材SMと測長ヘッド光学系
MHとの平行性検出信号を得るようになつtいる。
第25図は、第22図の格子干渉測長系から出力される
パルス列信号と基準部材SM上のブレーズド格子BGI
、BG2’の断面形状(したがってAF測長系の出力
)との関係を示す、ブレーズド格子BGI 、BO2の
ピッチをp、、高低差をHとする。ピッチをp♂ぼ格子
干渉測長系のパルス列の周期ΔXの偶数倍、例えば10
倍にしである。
パルス列信号と基準部材SM上のブレーズド格子BGI
、BG2’の断面形状(したがってAF測長系の出力
)との関係を示す、ブレーズド格子BGI 、BO2の
ピッチをp、、高低差をHとする。ピッチをp♂ぼ格子
干渉測長系のパルス列の周期ΔXの偶数倍、例えば10
倍にしである。
この装置における測長時は、格子干渉測長系のパルス列
は図示のように累積数・・・・・−N−1,N。
は図示のように累積数・・・・・−N−1,N。
N+1.−・・・・・をカウントしていく。ブレーズド
格子BGI、BG2表面位置を計測する各AF測長系は
、例えば格子BGIの段差の直前で格子BO2側のAF
測長系に切り換え、さらに格子BG2の段差の直前で格
子BGI側のAF測長系に切り換える。つまり測長ヘッ
ドMHに対する基準部材の相対′S勅が、第25図にお
いて基準部材SMがX軸の負の方向にg勤するものであ
るときは、同図に示すように、N−1番目のパルスのタ
イミングでBO2側からBGI側への切換を行ない、N
+4番目のパルスのタイミングでBO2側からBO2側
への切換を行なう。基準部材SMの相対穆動方向がX軸
の正の方向であると籾は、逆方向の切換を行なう。基準
部材SMが測長ヘッド光学系MHに対、して相対的にど
ちらに8勤しているかは、格子BGIおよびBO2それ
ぞれに対応するAF測長信号により判別することができ
る。
格子BGI、BG2表面位置を計測する各AF測長系は
、例えば格子BGIの段差の直前で格子BO2側のAF
測長系に切り換え、さらに格子BG2の段差の直前で格
子BGI側のAF測長系に切り換える。つまり測長ヘッ
ドMHに対する基準部材の相対′S勅が、第25図にお
いて基準部材SMがX軸の負の方向にg勤するものであ
るときは、同図に示すように、N−1番目のパルスのタ
イミングでBO2側からBGI側への切換を行ない、N
+4番目のパルスのタイミングでBO2側からBO2側
への切換を行なう。基準部材SMの相対穆動方向がX軸
の正の方向であると籾は、逆方向の切換を行なう。基準
部材SMが測長ヘッド光学系MHに対、して相対的にど
ちらに8勤しているかは、格子BGIおよびBO2それ
ぞれに対応するAF測長信号により判別することができ
る。
従って、切換の方向はこの判別情報に基づいて行なえば
よい。
よい。
ブレーズド格子表面近傍に合焦しているAF測長系の出
力信号(AF信号)は、基準部材SMが相対移動するに
伴いAF測長光学系のデフォーカス量が変化することに
より変化する。従って、基準部材SMのX軸方向の移動
をブレーズド格子表面の高低方向の情報として取り出す
ことができる。この場合、AF測長信号のデフォーカス
量に対する特性がリニアな領域(第12図参照)を利用
するためには、ブレーズド格子の高さHをAF信号のり
ニアリテイが保証される高さより小さくする必要がある
0例えば、ブレーズド格子の長辺の中心においてAP系
のセンサ面上の差動出力信号ΔI(第11および12図
参照)が0となるように、すなわち合焦するようにして
おけば第25図のに点の位置のときに高低量δの信号が
得られ、0点からに点までのX軸方向の長さはδ・H/
p aとして求まる。よって0点に対応するパルス列
がN番目であればに点の位置はN・ΔX+δ・H/ p
aとして求まる。
力信号(AF信号)は、基準部材SMが相対移動するに
伴いAF測長光学系のデフォーカス量が変化することに
より変化する。従って、基準部材SMのX軸方向の移動
をブレーズド格子表面の高低方向の情報として取り出す
ことができる。この場合、AF測長信号のデフォーカス
量に対する特性がリニアな領域(第12図参照)を利用
するためには、ブレーズド格子の高さHをAF信号のり
ニアリテイが保証される高さより小さくする必要がある
0例えば、ブレーズド格子の長辺の中心においてAP系
のセンサ面上の差動出力信号ΔI(第11および12図
参照)が0となるように、すなわち合焦するようにして
おけば第25図のに点の位置のときに高低量δの信号が
得られ、0点からに点までのX軸方向の長さはδ・H/
p aとして求まる。よって0点に対応するパルス列
がN番目であればに点の位置はN・ΔX+δ・H/ p
aとして求まる。
また、第26図に示すように、干渉測長系からパルス信
号が発生する度にその時点のAF検知電圧varを記憶
し、次のパルス信号が発生するまではこの電圧YAPか
らの差電圧に基づいて補間するようにしてもよい。
号が発生する度にその時点のAF検知電圧varを記憶
し、次のパルス信号が発生するまではこの電圧YAPか
らの差電圧に基づいて補間するようにしてもよい。
なお、AF測長用の光をブレーズド格子に入射する場合
、入射光と反射光との張る面が基準部材SMとの相対穆
動方向と直角に近くなるように設定するのが好ましい。
、入射光と反射光との張る面が基準部材SMとの相対穆
動方向と直角に近くなるように設定するのが好ましい。
ブレーズド格子は、Stウェハの結晶方向とエツチング
スピードとの関係を利用したウェットエツチングによる
製作方法やいわゆるルーリングエンジンによる機械的加
工法やりソグライフイとドライエツチングによる製造方
法等公知の方法により製作することができる。
スピードとの関係を利用したウェットエツチングによる
製作方法やいわゆるルーリングエンジンによる機械的加
工法やりソグライフイとドライエツチングによる製造方
法等公知の方法により製作することができる。
格子干渉測長用格子のピッチpを1.6μm、格子干渉
測長系のパルス列周期を0.4μmとし、AF測長系に
X 100 (N A〜0.9)の対物レンズLNI
、LN2を用い、ブレーズド格子としてピッチp、〜
3μm1高低差H〜1μm1平面FSに対する傾き角θ
−18°のものを用いたところ、AF信号のリニアな範
囲は1μm弱であり、差動出力最大値(Ia−1a)=
aaXは約2volLノイズ(N)は5mVであった。
測長系のパルス列周期を0.4μmとし、AF測長系に
X 100 (N A〜0.9)の対物レンズLNI
、LN2を用い、ブレーズド格子としてピッチp、〜
3μm1高低差H〜1μm1平面FSに対する傾き角θ
−18°のものを用いたところ、AF信号のリニアな範
囲は1μm弱であり、差動出力最大値(Ia−1a)=
aaXは約2volLノイズ(N)は5mVであった。
S/N、=1としたときの差動出力値ΔX (S)とし
て求められるAF精度は0.0025μmであった。ま
た、基準格子SMと測長ヘッド光学系MHとの相対移動
量の測長精度は0.007μmであった。
て求められるAF精度は0.0025μmであった。ま
た、基準格子SMと測長ヘッド光学系MHとの相対移動
量の測長精度は0.007μmであった。
なお、この実施例において、大ストローク測長器は格子
干渉測長器に限らず、レーザ干渉測長器のように測長の
パルス信号が得られる他の方式の測長器でありてもよい
。
干渉測長器に限らず、レーザ干渉測長器のように測長の
パルス信号が得られる他の方式の測長器でありてもよい
。
また、第22図で各AF測長系は実施例のTTL−AF
方式に限らず、DAD (デジタルオーデオデスク)や
ビデオデスクに用いられる光ピツクアップ用の方式や、
カメラのオートフォーカスに用いられている方式のもの
を用いることも可能である。
方式に限らず、DAD (デジタルオーデオデスク)や
ビデオデスクに用いられる光ピツクアップ用の方式や、
カメラのオートフォーカスに用いられている方式のもの
を用いることも可能である。
また、基準部材、SMと測長ヘッド光学系MWとはどち
らが移動しても良いし、双方が移動してもよい。
らが移動しても良いし、双方が移動してもよい。
さらに、上記実施例においては、2列のブレーズド格子
を用いているが、第27図に示すように、1列のブレー
ズド格子に2つのオートフォーカスプローブ系PRI、
PR2をつけてもよい。この場合には、2つのプローブ
間はブレーズド格子の実質的に半ピツチずれた点を狙う
ようにするのが好ましい。
を用いているが、第27図に示すように、1列のブレー
ズド格子に2つのオートフォーカスプローブ系PRI、
PR2をつけてもよい。この場合には、2つのプローブ
間はブレーズド格子の実質的に半ピツチずれた点を狙う
ようにするのが好ましい。
第22図の測長器においては、格子干渉測長器やレーザ
干渉測長器等のように一定の長さに対応した間隔でパル
ス信号を出力する測長器のパルス間を、ブレーズド格子
状部材の表面形状にピントを合せた高精度(高分解能)
小ストロークなAF測長手段の測長値により補間してい
るため、パルスを発生する測長器のパルス発生位置の高
精度を係持したまま、パルス間をさらに分解して高精度
、高分解能の測長を実現することができる。
干渉測長器等のように一定の長さに対応した間隔でパル
ス信号を出力する測長器のパルス間を、ブレーズド格子
状部材の表面形状にピントを合せた高精度(高分解能)
小ストロークなAF測長手段の測長値により補間してい
るため、パルスを発生する測長器のパルス発生位置の高
精度を係持したまま、パルス間をさらに分解して高精度
、高分解能の測長を実現することができる。
また、AF測長手段は、ストロークが例えば1μm程度
と極めて小ストロークなため、第3図の実施例において
は、測長ヘッド搭載ステージを移動ステージSRと微動
ステージAFSとの2段構造としているが、ここでは微
小高低差を看する斜面を繰返し配列してなるブレーズド
格子状部材を用いて被測定物体の移動方向の小ストロー
ク分の変位をこの移動方向に対する交差方向の変位に変
換した後、計測するようにしたため、ブレーズド格子状
部材の高低差をAF測長手1段のストローク内となるよ
うに設定すれば、AF手段を移動させることなく、大ス
トロークの移動のうちの小ストローク変位分を測長する
ことができる。
と極めて小ストロークなため、第3図の実施例において
は、測長ヘッド搭載ステージを移動ステージSRと微動
ステージAFSとの2段構造としているが、ここでは微
小高低差を看する斜面を繰返し配列してなるブレーズド
格子状部材を用いて被測定物体の移動方向の小ストロー
ク分の変位をこの移動方向に対する交差方向の変位に変
換した後、計測するようにしたため、ブレーズド格子状
部材の高低差をAF測長手1段のストローク内となるよ
うに設定すれば、AF手段を移動させることなく、大ス
トロークの移動のうちの小ストローク変位分を測長する
ことができる。
さらに、2列のブレーズド格子状部材をその段差位置を
移動方向にずらして配列したり、1列のブレーズド格子
状部材のおよそ半ピツチずれた点をAF測長のターゲッ
トとしてブレーズド格子状部材の段差の前後でAF測長
の対象部材または位置を切り換え、ブレーズド格子状部
材表面形状不確定な部分でのAF測長信号を使わないよ
うにすることにより、より高精度化を図ることができる
。
移動方向にずらして配列したり、1列のブレーズド格子
状部材のおよそ半ピツチずれた点をAF測長のターゲッ
トとしてブレーズド格子状部材の段差の前後でAF測長
の対象部材または位置を切り換え、ブレーズド格子状部
材表面形状不確定な部分でのAF測長信号を使わないよ
うにすることにより、より高精度化を図ることができる
。
第28図は、コーナーキユーブを用いることなく構成し
た回折格子干渉測長器を示す、同図において、相対移動
回折格子GSは、相対移動する2物体の一方に固定して
あり、測長ヘッド部MHは上記2物体の他方に固定しで
ある。
た回折格子干渉測長器を示す、同図において、相対移動
回折格子GSは、相対移動する2物体の一方に固定して
あり、測長ヘッド部MHは上記2物体の他方に固定しで
ある。
測長ヘッド部MHの光源LD例えば半導体レーザから出
射されたレーザ光は、コリメータレンズCLで平面波と
なり、ハーフミラ−HM2Oで2光束に分けられる。2
つの光束LO1,LO2はそれぞれλ/4板QWI 、
QW2に入射した後固定格子GFI 、GF2で回折を
受け、その±N次の回折光LNI、 LN2が相対移動
格子GSに入り、ここで再び反射回折を受は同じ方向に
戻って合流する。
射されたレーザ光は、コリメータレンズCLで平面波と
なり、ハーフミラ−HM2Oで2光束に分けられる。2
つの光束LO1,LO2はそれぞれλ/4板QWI 、
QW2に入射した後固定格子GFI 、GF2で回折を
受け、その±N次の回折光LNI、 LN2が相対移動
格子GSに入り、ここで再び反射回折を受は同じ方向に
戻って合流する。
この光をハーフミラ−HM21〜HM23で分は偏光板
PPl−PP4とセンサ(光検出器)PDI〜PD4の
組合せで電気信号に変換して取り出す。
PPl−PP4とセンサ(光検出器)PDI〜PD4の
組合せで電気信号に変換して取り出す。
ここで、光束LO1,LOZ中に置かれているλ/4板
QWI 、QW2は、それぞれファースト軸がレーザ光
の直線偏光に対して+45’ 、−45°になるように
セットしておく、また、偏光板PPI〜PP4は偏光方
位がそれぞれ0°、45°、 90@。
QWI 、QW2は、それぞれファースト軸がレーザ光
の直線偏光に対して+45’ 、−45°になるように
セットしておく、また、偏光板PPI〜PP4は偏光方
位がそれぞれ0°、45°、 90@。
135°になるように角度を設定しておく、−すると、
センサPDI〜PD4へ入射する光量は相対移動格子G
Sの移動に伴い、第29図に示すように変化し、これが
光量検出出力として得られる。つまり、各センサPDI
〜PD4からは90゜ずつ位相がずれた出力が得られる
。
センサPDI〜PD4へ入射する光量は相対移動格子G
Sの移動に伴い、第29図に示すように変化し、これが
光量検出出力として得られる。つまり、各センサPDI
〜PD4からは90゜ずつ位相がずれた出力が得られる
。
第30図は、第28図の測長器において光源LDの出力
波長が変動した場合の回折光束の状態を示す、第30図
において、最良調整状態の光束の光路を実線で、波長が
変動したときの光路を点線と一点鎖線で示す、波長変動
があるときのセンサPDI P−PD4の出力は第31
図のようになり、この出力には相対移動格子GSの移動
量に無関係ないわゆるバイアス量が乗ってくる。この理
由は第30図に示すように斜線で示した干渉エリア以外
の干渉縞が立たない光束エリアが増えるためであり、波
長の変動量により干渉縞が立たないエリアの広さが変わ
るためである。従って第31図の光検出器PDI〜PD
4・の出力信号波形に示すような変動が起こる。しかし
ながら、9G’おきに位相の変った4つの検出信号をも
とに処理をする場合には、波長変化が起こりたとしても
信号の周期に対しての分割は精度よく行なうことができ
る。もし、センサな2個しか使わず、位相が0°、90
@の2 fffiの信号のみを電気的に処理することに
よりセンサな4個使った場合と同じピッチのパルスを得
ようとすれば、波長変動があるときは得られた信号の電
気的な分割精度は悪くなる。これは第5〜8図を用いて
前述したのと同じである。
波長が変動した場合の回折光束の状態を示す、第30図
において、最良調整状態の光束の光路を実線で、波長が
変動したときの光路を点線と一点鎖線で示す、波長変動
があるときのセンサPDI P−PD4の出力は第31
図のようになり、この出力には相対移動格子GSの移動
量に無関係ないわゆるバイアス量が乗ってくる。この理
由は第30図に示すように斜線で示した干渉エリア以外
の干渉縞が立たない光束エリアが増えるためであり、波
長の変動量により干渉縞が立たないエリアの広さが変わ
るためである。従って第31図の光検出器PDI〜PD
4・の出力信号波形に示すような変動が起こる。しかし
ながら、9G’おきに位相の変った4つの検出信号をも
とに処理をする場合には、波長変化が起こりたとしても
信号の周期に対しての分割は精度よく行なうことができ
る。もし、センサな2個しか使わず、位相が0°、90
@の2 fffiの信号のみを電気的に処理することに
よりセンサな4個使った場合と同じピッチのパルスを得
ようとすれば、波長変動があるときは得られた信号の電
気的な分割精度は悪くなる。これは第5〜8図を用いて
前述したのと同じである。
また、第6図に示すような構成でPI点で格子GSに入
った光は光源LDの波長が変動すると回折方向(角度)
が変わる。この特性に対応して、コーナーキューブ(プ
リズム”)CCIとCC2を配置している。コーナーキ
ューブとは入射光の方向と同じ方向に反射して光が戻る
ように多面間の角度を90°に加工してなるプリズムで
ある。ところが、このコーナーキューブは加工に高精度
が求められ、そのためにコスト高となる。
った光は光源LDの波長が変動すると回折方向(角度)
が変わる。この特性に対応して、コーナーキューブ(プ
リズム”)CCIとCC2を配置している。コーナーキ
ューブとは入射光の方向と同じ方向に反射して光が戻る
ように多面間の角度を90°に加工してなるプリズムで
ある。ところが、このコーナーキューブは加工に高精度
が求められ、そのためにコスト高となる。
第28図の装置においては、移動格子GSの他に測長ヘ
ッド部MH側にも回折格子(固定格子GFI 、GF2
)を設け、固定格子の±N次光が移動格子により再回
折され、その回折光が光路を同じくしてセンサに至る構
成としている。このため、上述したようにコーナーキュ
ーブなしでも波長変動時、移動格子の移動に応じて明暗
の変化する干渉光を得ることができる。すなわち、この
格子干渉測長器はコーナーキューブなしで波長の変動に
対し安定性が良いため、装置のコストダウンを図ること
ができる。また、以下に示すようにIC化が容易になる
。
ッド部MH側にも回折格子(固定格子GFI 、GF2
)を設け、固定格子の±N次光が移動格子により再回
折され、その回折光が光路を同じくしてセンサに至る構
成としている。このため、上述したようにコーナーキュ
ーブなしでも波長変動時、移動格子の移動に応じて明暗
の変化する干渉光を得ることができる。すなわち、この
格子干渉測長器はコーナーキューブなしで波長の変動に
対し安定性が良いため、装置のコストダウンを図ること
ができる。また、以下に示すようにIC化が容易になる
。
例えば第6図のような構成の格子干渉測長器は光源LD
、偏光ミラーBS、コーナーキューブCCI 、CC2
、偏光板PPI 、PP2 、検出器PDI 、PD2
等が別々に組み合さって立体的に構成されていた。その
ため、光学部材間の機械的変動、温度変化や空気のゆら
ぎにより干渉信号に誤差が混入し、測長精度を劣化させ
るという不都合があった。また、光源や検出系を別々に
取り付けていたため空間的に占める体積が大きく、小型
にすることができなかった。さらに検出系から処理回路
に至るまでの空間的距離のためノイズが入りやすく、測
定精度を悪くする等の問題点がありた。
、偏光ミラーBS、コーナーキューブCCI 、CC2
、偏光板PPI 、PP2 、検出器PDI 、PD2
等が別々に組み合さって立体的に構成されていた。その
ため、光学部材間の機械的変動、温度変化や空気のゆら
ぎにより干渉信号に誤差が混入し、測長精度を劣化させ
るという不都合があった。また、光源や検出系を別々に
取り付けていたため空間的に占める体積が大きく、小型
にすることができなかった。さらに検出系から処理回路
に至るまでの空間的距離のためノイズが入りやすく、測
定精度を悪くする等の問題点がありた。
第32図は、格子回折測長器の主要部分をIC化するこ
とにより上記欠点の解消を図フたものである。ここでは
、Ga As基板上に第28図の測長器の測長ヘッド部
MHの光学系に対応する部分と、干渉光の明暗に応じて
パルスを発生する信号処理電気系とを形成した例を示す
。
とにより上記欠点の解消を図フたものである。ここでは
、Ga As基板上に第28図の測長器の測長ヘッド部
MHの光学系に対応する部分と、干渉光の明暗に応じて
パルスを発生する信号処理電気系とを形成した例を示す
。
Ga As基基板S上上は誘電体導波路WG層が形成さ
れており予め設定した光路を光波が伝搬する。
れており予め設定した光路を光波が伝搬する。
光源LDはGa As基基板S上上例えばMBE(分子
線ビームエピタキシー)等で形成することができる。導
波路WG中に形成したレンズおよびビームスプリッタ部
LSは光源LDからの発散光を平行光にしてから2方向
に分ける。グレーティングカプラGCI 、CC2は薄
膜導波路WG中を伝搬した光波を空間へある角度で出射
する。
線ビームエピタキシー)等で形成することができる。導
波路WG中に形成したレンズおよびビームスプリッタ部
LSは光源LDからの発散光を平行光にしてから2方向
に分ける。グレーティングカプラGCI 、CC2は薄
膜導波路WG中を伝搬した光波を空間へある角度で出射
する。
基準回折格子GSは、第28図の測長器の移動格子GS
に相当するものであり、グレーティングカブラGCI
、CC2からの光波を同一方向へ向けて回折する。光検
出器PDは、基準回折格子GSからの回折光の干渉光強
度を検出する。
に相当するものであり、グレーティングカブラGCI
、CC2からの光波を同一方向へ向けて回折する。光検
出器PDは、基準回折格子GSからの回折光の干渉光強
度を検出する。
次に動作を説明する。
光源LDからの光波は導波路WG中を伝搬し、レンズお
よびビームスプリッタ部LSにより2つの方向の違う平
行光Lot、 LQ2として導波路WG中を伝搬する。
よびビームスプリッタ部LSにより2つの方向の違う平
行光Lot、 LQ2として導波路WG中を伝搬する。
それぞれの光L 01. L 02は基準格子GSの長
手方向と平行になるようにミラーMRI 、MR2によ
り導波路WG中で反射され、グレーティングカブラGC
I 、GC2に入る。グレーティングカブラGCI 、
GC2は、それまで導波路WG中を伝搬した光波を基板
面から、ある設定された角度で導波面を介して外に出射
する。
手方向と平行になるようにミラーMRI 、MR2によ
り導波路WG中で反射され、グレーティングカブラGC
I 、GC2に入る。グレーティングカブラGCI 、
GC2は、それまで導波路WG中を伝搬した光波を基板
面から、ある設定された角度で導波面を介して外に出射
する。
この角度は基準格子GSのピッチと光の波長とに関係し
、ピッチp=1.8μmの基準格子を使った場合、波長
をλ= 0.83μmとすれば出射角は58.8°とな
る。
、ピッチp=1.8μmの基準格子を使った場合、波長
をλ= 0.83μmとすれば出射角は58.8°とな
る。
グレーティングカブラGCI 、GC2からの2つの光
波は基準回折格子GSにより垂直回折されて光検出器P
Dに入る。光検出器PDでは2つの回折光の干渉強度を
光電変換する。
波は基準回折格子GSにより垂直回折されて光検出器P
Dに入る。光検出器PDでは2つの回折光の干渉強度を
光電変換する。
次に測長器としての動作原理を説明する。
グレーティングカブラGCI 、GC2により空間へ出
射した光波は基準格子GS上で回折するが、そのときの
回折光の強度分布は以下の式で示される。
射した光波は基準格子GS上で回折するが、そのときの
回折光の強度分布は以下の式で示される。
ここに、Xは基板と基準格子の相対変化量pは基準回折
格子のピッチ mはグレーティングカブラGCI からの光が基準回折格子で回折され る回折次数 nはグレーティングカブラGC2 からの光が基準回折格子で回折され る回折次数 である。
格子のピッチ mはグレーティングカブラGCI からの光が基準回折格子で回折され る回折次数 nはグレーティングカブラGC2 からの光が基準回折格子で回折され る回折次数 である。
今、m−+1、n5g−1、pgwl、6 μmとする
と、■は となり、基準格子GSが0.1μmピッチ動くごとに1
周期の正弦波信号となることがわかる。検出器PDは、
この正弦波信号の周期をカウントすることにより基準格
子GSの移動量を測定することができる。
と、■は となり、基準格子GSが0.1μmピッチ動くごとに1
周期の正弦波信号となることがわかる。検出器PDは、
この正弦波信号の周期をカウントすることにより基準格
子GSの移動量を測定することができる。
この格子干渉式測長器は、光源、光学部材および検出系
処理回路を同一基板上で一体化しているため、小型化、
低ノイズ化および高精度化が可能である。
処理回路を同一基板上で一体化しているため、小型化、
低ノイズ化および高精度化が可能である。
次に、基準格子GSの移動方向を検出する手段について
述べる。
述べる。
移動方向を検出するには174周期位相のす、れな2つ
の信号を得る必要がある。
の信号を得る必要がある。
具体的方法としては、例えば第33図のように基位相を
ずらして2列の格子線列GLI 、GL2を形成してお
く。さらに、基板SB上に各格子線列に対応して2つの
光電検出器PDI 、PD2を形成しておく。
ずらして2列の格子線列GLI 、GL2を形成してお
く。さらに、基板SB上に各格子線列に対応して2つの
光電検出器PDI 、PD2を形成しておく。
各格子線列GLI 、GL2それぞれからの回折光は空
間的に分離された別々のセンサPDI。
間的に分離された別々のセンサPDI。
PD2で受ける。これによって得られた信号は第34図
に示すように174周期位相のずれた信号として得るこ
とができる。
に示すように174周期位相のずれた信号として得るこ
とができる。
第35図は、格子干渉測長器を光ヘテロダイン化した例
である。
である。
この場合は、途中に周波数シフタFS例えば□S A
W (S urface A coustic W
ave )デバイスを入れることにより光源LDから
の出力光の周波数f0に対し、周波数を発振器OSCの
発振周波数であるΔfだけシフトした光波を得ることが
できる。これらの周波数f0およびf0+Δfの光波を
それぞれグレーティングカブラGetおよびGC2を介
して格子線列が1列の基準格子GSに入射し、基準格子
GSによる回折光を光検出器PDで受光する。
W (S urface A coustic W
ave )デバイスを入れることにより光源LDから
の出力光の周波数f0に対し、周波数を発振器OSCの
発振周波数であるΔfだけシフトした光波を得ることが
できる。これらの周波数f0およびf0+Δfの光波を
それぞれグレーティングカブラGetおよびGC2を介
して格子線列が1列の基準格子GSに入射し、基準格子
GSによる回折光を光検出器PDで受光する。
光検出器PDで直接得られる信号は、
となり、位相検知回路PSDで発振器OSCの出力信号
との位相差を検知することにより前記実施例と同様に基
準格子GSの移動量と8動方向を検出することができる
。
との位相差を検知することにより前記実施例と同様に基
準格子GSの移動量と8動方向を検出することができる
。
この装置の特徴は方向判別するための特別な格子(例え
ば第33図参照)を用いる必要がなく、さらに短時間で
時間平均ができるため、高精度に移動量を検知すること
ができることである。
ば第33図参照)を用いる必要がなく、さらに短時間で
時間平均ができるため、高精度に移動量を検知すること
ができることである。
なお、第32図および第35図の測長器用ICにおいて
は、基板SBとしてGa As基板を用いているが、こ
れはS1基板上でもよい、その場合には光源LDを外付
けすることになる。
は、基板SBとしてGa As基板を用いているが、こ
れはS1基板上でもよい、その場合には光源LDを外付
けすることになる。
このように、格子干渉式測長器において基準格子以外の
光学系と、信号処理電気系を1枚の基板上に集積化する
ことにより、組立調整が不要で外乱に強く、小型軽量で
高精度な測長が可能となる。
光学系と、信号処理電気系を1枚の基板上に集積化する
ことにより、組立調整が不要で外乱に強く、小型軽量で
高精度な測長が可能となる。
一般的な格子干渉測長装置では、ミラーやコーナーキュ
ーブ等を配置して系を構成している。特に格子に入射す
る光学系にミラー等が用いられており、組立て調整の難
しさやコンパクト化に難がある。
ーブ等を配置して系を構成している。特に格子に入射す
る光学系にミラー等が用いられており、組立て調整の難
しさやコンパクト化に難がある。
第38図は、ウオーラストンプリズムのような複屈折プ
リズムを用いて相対的に移動する格子に対して光を入射
することにより、格子へ入射するまでの光学系を簡略化
した例を示す。
リズムを用いて相対的に移動する格子に対して光を入射
することにより、格子へ入射するまでの光学系を簡略化
した例を示す。
同図において、半導体レーザ等の光源LDから出た光を
コリメータレンズCLにより平面波にし、ウオーラスト
ンプリズムwPに垂直入射する。ウオーラストンプリズ
ムは2つの複屈折材料例えば方解石をプリズム状にして
貼り合せてなり、2つの互いに直角な偏光成分に分けら
れて、両方の成分の光とも取り出せるようになっている
。第37図にこの様子を示す。ウオーラストンプリズム
WPに入る光は例えばP、S両偏光LOP。
コリメータレンズCLにより平面波にし、ウオーラスト
ンプリズムwPに垂直入射する。ウオーラストンプリズ
ムは2つの複屈折材料例えば方解石をプリズム状にして
貼り合せてなり、2つの互いに直角な偏光成分に分けら
れて、両方の成分の光とも取り出せるようになっている
。第37図にこの様子を示す。ウオーラストンプリズム
WPに入る光は例えばP、S両偏光LOP。
LO5に対し例えば45”の偏光方向をもつ直線偏光で
あってもよいし、あるいはコリメータレンズCLとウオ
ーラストンプリズムwPの間にλ/4板を入れ円偏光に
してもよい。
あってもよいし、あるいはコリメータレンズCLとウオ
ーラストンプリズムwPの間にλ/4板を入れ円偏光に
してもよい。
第37図において、ウオーラストンプリズムwPを出た
光はP偏光とS偏光がそれぞれ格子GSに対し同じ入射
角であり、かつ格子GSの相対移動方向(矢印Aの方向
)の成分が逆方向になっている状態となる。この光をλ
/4板QWに通すと、P偏光、S偏光は違いに回転方向
が逆の円偏光となる。これらの円偏光は空間的に干渉し
合う。この干渉した光を、ビームスプリッタBSによっ
て分け、前に偏光板PP1.PP2を配した2つの光検
出器PDI 、PD2に導けば第5図に示すような信号
出力が得られ、第3図の装置について上述したような電
気的処理を行なうことにより格子干渉測長器の信号が求
められる。偏光板PPIとPP2は互いに45°偏光軸
をずらしである。
光はP偏光とS偏光がそれぞれ格子GSに対し同じ入射
角であり、かつ格子GSの相対移動方向(矢印Aの方向
)の成分が逆方向になっている状態となる。この光をλ
/4板QWに通すと、P偏光、S偏光は違いに回転方向
が逆の円偏光となる。これらの円偏光は空間的に干渉し
合う。この干渉した光を、ビームスプリッタBSによっ
て分け、前に偏光板PP1.PP2を配した2つの光検
出器PDI 、PD2に導けば第5図に示すような信号
出力が得られ、第3図の装置について上述したような電
気的処理を行なうことにより格子干渉測長器の信号が求
められる。偏光板PPIとPP2は互いに45°偏光軸
をずらしである。
なお、第36図の装置において、複屈折プリズムとしで
はロッションプリズムやグラントンプソンプリズムなど
他のものを使用することも可能である。ただし、これら
のプリズムの時は入射光とプリズムのアライメントの関
係がウオーラストンプリズムのように端面垂直入射では
なくなる。
はロッションプリズムやグラントンプソンプリズムなど
他のものを使用することも可能である。ただし、これら
のプリズムの時は入射光とプリズムのアライメントの関
係がウオーラストンプリズムのように端面垂直入射では
なくなる。
第38図は、コーナーキューブを用いて光路を折り返し
、回折光を2往復させることによって測長基準格子GS
による光分割数を8に増やして系の分解能をあげた格子
干渉測長器の例を示す。
、回折光を2往復させることによって測長基準格子GS
による光分割数を8に増やして系の分解能をあげた格子
干渉測長器の例を示す。
例えば、第4図に示す構成の測長器ではセンサPDI
、PD2における光量が、第5図(a)。
、PD2における光量が、第5図(a)。
(b)の信号R%Sで示すように、基準格子GSのピッ
チの174の周期で変化する。上記格子干渉測長器にお
い°ては、このセンサPDI、PD2の光量検出信号R
%Sの周期をさらに電気的に分割して格子GSの1ピツ
チ当たりのパルス信号をより多くすることにより分解能
の向上を図っている。
チの174の周期で変化する。上記格子干渉測長器にお
い°ては、このセンサPDI、PD2の光量検出信号R
%Sの周期をさらに電気的に分割して格子GSの1ピツ
チ当たりのパルス信号をより多くすることにより分解能
の向上を図っている。
しかし、電気I¥1処理により分割する場合、信号−の
振幅や直流レベルの変動によりパルス間隔が変動し、精
度が劣化する場合がある。
振幅や直流レベルの変動によりパルス間隔が変動し、精
度が劣化する場合がある。
これに対し、ここでは、測長基準格子〇Sでの回折回数
を増やし基準格子GSが1ピツチ移動する間にセンサの
光量変化の回数が8回といったようなより多数回になる
ように光学系を構成することにより、基準格子のピッチ
の1/8というような細かい周期でセンサにおける光量
を変化せしめ、光学的配置でもって格子に対する分割数
を上げている。
を増やし基準格子GSが1ピツチ移動する間にセンサの
光量変化の回数が8回といったようなより多数回になる
ように光学系を構成することにより、基準格子のピッチ
の1/8というような細かい周期でセンサにおける光量
を変化せしめ、光学的配置でもって格子に対する分割数
を上げている。
第38図において、格子干渉測長光学系の半導体レーザ
等の光源LDから出射された光は、コリメータレンズC
Lで平面波光束LOとされ、該光学系と相対的に8動可
能な関係にある測長基準格子GS上の点P1に入射され
る。この入射光は、基準格子GSで回折を受ける。それ
ぞれ±N次の回折光L 11. L 12はコーナー
キューブCCI。
等の光源LDから出射された光は、コリメータレンズC
Lで平面波光束LOとされ、該光学系と相対的に8動可
能な関係にある測長基準格子GS上の点P1に入射され
る。この入射光は、基準格子GSで回折を受ける。それ
ぞれ±N次の回折光L 11. L 12はコーナー
キューブCCI。
CC2に入射され、ここでもとの光路と平行逆向きに反
射されて、再び測長基準格子GS上の点P2.P3点に
至り、格子GSで再度回折される。再度回折された光L
21. L 22は位相差板FPI 、PP2を通
ることにより偏光状態が変わり、その後コーナーキュー
ブCC3、CC4で反射されて格子GS上の点P4.P
5に戻る。格子GSで再再度回折された光L31.
L32はコーナーキューブCCI 、CC2でもう一度
反射されてさらに格子GS上の同一点P6に戻り、ここ
で4度目の回折を受ける。4度の回折を受けた光L41
とL42とは互いに干渉し合う。この干渉光は、ミラー
MRを経てビームスプリッタHMで2つの光束に分けら
れ、偏光板PPI、PP2を通りてセンサPDI、PD
2に至る。
射されて、再び測長基準格子GS上の点P2.P3点に
至り、格子GSで再度回折される。再度回折された光L
21. L 22は位相差板FPI 、PP2を通
ることにより偏光状態が変わり、その後コーナーキュー
ブCC3、CC4で反射されて格子GS上の点P4.P
5に戻る。格子GSで再再度回折された光L31.
L32はコーナーキューブCCI 、CC2でもう一度
反射されてさらに格子GS上の同一点P6に戻り、ここ
で4度目の回折を受ける。4度の回折を受けた光L41
とL42とは互いに干渉し合う。この干渉光は、ミラー
MRを経てビームスプリッタHMで2つの光束に分けら
れ、偏光板PPI、PP2を通りてセンサPDI、PD
2に至る。
位相差板FPI、FP2は、例えばλ/4板を用い、そ
れぞれレーザ光L21. L22の直線偏光に対してフ
ァースト軸が+45°、−45°になるようにセットし
である。また偏光板PPI 、PP2はそれぞれ0°、
45@になるように偏光板の角度を設定しておけば良い
。すると、2つのセンサPDI、PD2では位相の90
′″ずれて強度変動する信号が得られる。また、例えば
測長基準格子のピッチが2.4μm1回折次数がすべて
±1であれば、センサPDI、PD2では格子のピッチ
の178である0、3μm周期の信号が得られる。これ
をさらに例えば第4および6図の測長器について上述し
た電気的分割法で分割すれば、上述の倍の1ピツチ当た
り32個、周期0.075μmのパルスを得ることがで
きる。
れぞれレーザ光L21. L22の直線偏光に対してフ
ァースト軸が+45°、−45°になるようにセットし
である。また偏光板PPI 、PP2はそれぞれ0°、
45@になるように偏光板の角度を設定しておけば良い
。すると、2つのセンサPDI、PD2では位相の90
′″ずれて強度変動する信号が得られる。また、例えば
測長基準格子のピッチが2.4μm1回折次数がすべて
±1であれば、センサPDI、PD2では格子のピッチ
の178である0、3μm周期の信号が得られる。これ
をさらに例えば第4および6図の測長器について上述し
た電気的分割法で分割すれば、上述の倍の1ピツチ当た
り32個、周期0.075μmのパルスを得ることがで
きる。
第4および6図の構成の測長器では2.4μmの格子ピ
ッチに対しセンナでの信号強度は0.6μmの周期であ
る。従って第4および6図の測長器に比べて本実施例で
は光学配置でもって2倍の分解能が得られることになる
。
ッチに対しセンナでの信号強度は0.6μmの周期であ
る。従って第4および6図の測長器に比べて本実施例で
は光学配置でもって2倍の分解能が得られることになる
。
第1図は、本発明の一実施例に係る測長装置の概観図、
第2図は、第1図における光プローブ等配置空間の部分
拡大図、 第3図は、1軸ステージにセットした本発明の“実施例
に係る測長器の概略構成図、 第4図は、第3図における測長ヘッドの構成説明図、 第5図は、第4図における光検出器の出力波形図、 第6図は、第4図における格子干渉式測長系の作用説明
図、 第7図は、第6図の構成における検出光の偏光方位回転
説明図、 第8図は、第6図の構成における位相0°および180
”の信号波形図、 第9図は、第6図の構成において位相o0と180°の
信号を取り出すための構成例を示す図、第10図は、第
4図におけるAF測長系の作用説明図、 第11図は、第1O図における平面ミラー位置に対する
ポジションセンサ面上のスポット状態および光量分布を
示す図、 第12図は、上記ボジシ目ンセンサの出力から作成され
る差動信号ΔI (=Ia−In )と上記平面ミラー
の位置(デフォーカス量)との関係を示す特性図、 第13図は、第3図の測長器の動作を示すフローチャー
ト、 第14図は、第3図の測長器における格子干渉測長系の
出力信号特性図、 第15図は、第3図の測長器におけるAF測長系の出力
信号特性図、 第18図は、測長器ユニットとしてまとめた実施例を示
す構成図、 第17図は、$18図の測長器ユニットの動作を示すフ
ローチャート、 第18図は、第18図の測長器ユニットにおける格子干
渉測長パルス信号とAF測長出力電圧との関連を示す特
性図、 第19図は、第16図の測長ユニットを2軸に用いる場
合の概略構成図、 第20図は、干渉測長系としてレーザ干渉測長系を用い
た実施例を示す概略構成図、 第21図は、第20図における微動ステージ上の測長光
学系の詳細を示す図、 第22図は、ブレーズド格子を用いてAF測長する実施
例の構成図、 第23図は、上記ブレーズド格子が形成された基準部材
の斜視図、 第24図は、第22図におけるブレーズド格子とAF測
長系との位置関係を示す説明図、第25図は、第22図
における格子干渉測長系の出力パルス列信号とAF測長
系の出力との関係を示す特性図、 第26図は、第20図の実施例の変形例における基準部
材位置とAF測長信号切換状態の関係を示す説明図、 第27図は、第20図の実施例の別の変形例におけるブ
レーズド格子とAF測長系との位置関係を示す説明図、 第28図は、コーナーキユーブを用いることなく構成し
た本発明の実施例に係る回折格子干渉測長器の構成図、 第2S図は、第28図における各光検出器の出力波形図
、 第30図は、第28図の測長器において光源の出力波長
が変動した場合の回折光束の状態を示す説明図、 第31図は、第28図における光源波長変動時の各光検
出器の出力波形図、 第32図は、主要部分をIC化した本発明の実施例に係
る格子回折測長器の構成図、 第33図は、第32図の測長器の変形例を示す要部拡大
図、 第34図は、第33図の測長器に招ける各光検出器の出
力波形図、 第35図は、第32図の測長器のさらに他の変形例を示
す要部拡大図、 第36図は、ウオーラストンプリズムを用いた本発明の
実施例に係る格子干渉測長器の構成図、第37@は、第
36図におけるウオーラストンプリズムの作用説明図、
そして 第38図は、回折光な測長基準格子に2往復させること
によって系の分解能を上げた本発明の実施例に係る格子
干渉測長器の構成図である。 DS=ステージ基台 XS:Xステージ YS:Yステージ LI:レーザ干渉測長器 CP:コーナーキエーブプリズム Dv=光プローブ等の配置空間 DFS :小ストロークステージ用基台XFS :小ス
トロークXステージ YFS小ストロークYステージ LP:光ブローブ SX:x方向基準尺 HX:x方向測長ヘッド MX:x座標検出用測長器 SY:y方向基準尺 HY:y方向測長ヘッド MY : y座標検出用測長器 SR:移動ステージ GS二回折格子(基準尺、移動格子) MH8測長ヘッド SP:定盤 PM:平面ミラー A F S : 微wにテーラ(A vステー1)FD
:微小駆動機構 LD:光源 CL:コリメータレンズ HM:ビームスプリッタ (またはハーフミラ−) CC:コーナーキューブプリズム (またはプリズムミラー) BS二偏光ビームスプリッタ PD:光検出器(ディテクタ、光センサ)LN:対物レ
ンズ PS:光位置検出器(センサ) ST:ステージ可動部 QW:λハ板 GL:集光レンズ SS:ステージ固定部 へT:アクチュエータ MO:被検物体 O5:測長基準面 ED:信号処理電気系 PC:パルス列測長器電気系 FF:合焦検知系 cpu:中央制御演算系 LZ:レーザヘッド IU:干渉ユニット SM:基準部材 BG:ブレーズド格子 FT二二対射面なる平面 FP:位相差板 GF:固定格子 PP:偏光板 SB:GaAs基板 WG:誘電体導波路層 LS:レンズおよびヒームスプリツタ部GCニゲレーテ
ィングカブラ FSS同周波数シフ タSC:発振器 PSD:位相検知回路 MR:ミラー WP:ウオーラストンプリズム APニアパーチャ 特許出願人 キャノン株式会社 代理人 弁理士 伊 東 哲 也 代理人 弁理士 伊 東 辰 雄 第3図 第6図 第9図 第10図 第15面 第17図 烈 第18図 第19図 第24図 第26 rlI 第27図 第37図 PO2 第38図
拡大図、 第3図は、1軸ステージにセットした本発明の“実施例
に係る測長器の概略構成図、 第4図は、第3図における測長ヘッドの構成説明図、 第5図は、第4図における光検出器の出力波形図、 第6図は、第4図における格子干渉式測長系の作用説明
図、 第7図は、第6図の構成における検出光の偏光方位回転
説明図、 第8図は、第6図の構成における位相0°および180
”の信号波形図、 第9図は、第6図の構成において位相o0と180°の
信号を取り出すための構成例を示す図、第10図は、第
4図におけるAF測長系の作用説明図、 第11図は、第1O図における平面ミラー位置に対する
ポジションセンサ面上のスポット状態および光量分布を
示す図、 第12図は、上記ボジシ目ンセンサの出力から作成され
る差動信号ΔI (=Ia−In )と上記平面ミラー
の位置(デフォーカス量)との関係を示す特性図、 第13図は、第3図の測長器の動作を示すフローチャー
ト、 第14図は、第3図の測長器における格子干渉測長系の
出力信号特性図、 第15図は、第3図の測長器におけるAF測長系の出力
信号特性図、 第18図は、測長器ユニットとしてまとめた実施例を示
す構成図、 第17図は、$18図の測長器ユニットの動作を示すフ
ローチャート、 第18図は、第18図の測長器ユニットにおける格子干
渉測長パルス信号とAF測長出力電圧との関連を示す特
性図、 第19図は、第16図の測長ユニットを2軸に用いる場
合の概略構成図、 第20図は、干渉測長系としてレーザ干渉測長系を用い
た実施例を示す概略構成図、 第21図は、第20図における微動ステージ上の測長光
学系の詳細を示す図、 第22図は、ブレーズド格子を用いてAF測長する実施
例の構成図、 第23図は、上記ブレーズド格子が形成された基準部材
の斜視図、 第24図は、第22図におけるブレーズド格子とAF測
長系との位置関係を示す説明図、第25図は、第22図
における格子干渉測長系の出力パルス列信号とAF測長
系の出力との関係を示す特性図、 第26図は、第20図の実施例の変形例における基準部
材位置とAF測長信号切換状態の関係を示す説明図、 第27図は、第20図の実施例の別の変形例におけるブ
レーズド格子とAF測長系との位置関係を示す説明図、 第28図は、コーナーキユーブを用いることなく構成し
た本発明の実施例に係る回折格子干渉測長器の構成図、 第2S図は、第28図における各光検出器の出力波形図
、 第30図は、第28図の測長器において光源の出力波長
が変動した場合の回折光束の状態を示す説明図、 第31図は、第28図における光源波長変動時の各光検
出器の出力波形図、 第32図は、主要部分をIC化した本発明の実施例に係
る格子回折測長器の構成図、 第33図は、第32図の測長器の変形例を示す要部拡大
図、 第34図は、第33図の測長器に招ける各光検出器の出
力波形図、 第35図は、第32図の測長器のさらに他の変形例を示
す要部拡大図、 第36図は、ウオーラストンプリズムを用いた本発明の
実施例に係る格子干渉測長器の構成図、第37@は、第
36図におけるウオーラストンプリズムの作用説明図、
そして 第38図は、回折光な測長基準格子に2往復させること
によって系の分解能を上げた本発明の実施例に係る格子
干渉測長器の構成図である。 DS=ステージ基台 XS:Xステージ YS:Yステージ LI:レーザ干渉測長器 CP:コーナーキエーブプリズム Dv=光プローブ等の配置空間 DFS :小ストロークステージ用基台XFS :小ス
トロークXステージ YFS小ストロークYステージ LP:光ブローブ SX:x方向基準尺 HX:x方向測長ヘッド MX:x座標検出用測長器 SY:y方向基準尺 HY:y方向測長ヘッド MY : y座標検出用測長器 SR:移動ステージ GS二回折格子(基準尺、移動格子) MH8測長ヘッド SP:定盤 PM:平面ミラー A F S : 微wにテーラ(A vステー1)FD
:微小駆動機構 LD:光源 CL:コリメータレンズ HM:ビームスプリッタ (またはハーフミラ−) CC:コーナーキューブプリズム (またはプリズムミラー) BS二偏光ビームスプリッタ PD:光検出器(ディテクタ、光センサ)LN:対物レ
ンズ PS:光位置検出器(センサ) ST:ステージ可動部 QW:λハ板 GL:集光レンズ SS:ステージ固定部 へT:アクチュエータ MO:被検物体 O5:測長基準面 ED:信号処理電気系 PC:パルス列測長器電気系 FF:合焦検知系 cpu:中央制御演算系 LZ:レーザヘッド IU:干渉ユニット SM:基準部材 BG:ブレーズド格子 FT二二対射面なる平面 FP:位相差板 GF:固定格子 PP:偏光板 SB:GaAs基板 WG:誘電体導波路層 LS:レンズおよびヒームスプリツタ部GCニゲレーテ
ィングカブラ FSS同周波数シフ タSC:発振器 PSD:位相検知回路 MR:ミラー WP:ウオーラストンプリズム APニアパーチャ 特許出願人 キャノン株式会社 代理人 弁理士 伊 東 哲 也 代理人 弁理士 伊 東 辰 雄 第3図 第6図 第9図 第10図 第15面 第17図 烈 第18図 第19図 第24図 第26 rlI 第27図 第37図 PO2 第38図
Claims (9)
- (1)相対的に移動する2物体の一方にこの相対移動方
向に沿って配列された該相対移動方向に対して傾斜する
面と、 他方の物体に配設されて上記相対移動方向と角度をなす
方向から上記傾斜面までの距離を計測する測長手段と を備え、該測長手段の計測出力に基づき上記相対移動の
量を検知することを特徴とする測長装置。 - (2)前記傾斜面の配列体として、ブレーズド格子を用
いた特許請求の範囲第1項記載の測長装置。 - (3)前記傾斜面を前記移動方向に並列でかつ該傾斜面
配列ピッチの約1/2ずらして2列配置し、前記測長手
段による各列の傾斜面上の被測定点を順次切り換えて前
記相対移動量を検知する特許請求の範囲第1または2項
記載の測長装置。 - (4)前記測長手段が前記傾斜面の前記移動方向に約1
/2ずれた2点を計測するものであり、各計測点の計測
値を順次切り換えて用いることにより前記相対移動量を
検知する特許請求の範囲第1または2項記載の測長装置
。 - (5)前記距離計測手段が、前記傾斜面近傍に合焦可能
な対物レンズを備え、該対物レンズの該傾斜面に対する
フォーカス状態に応じた電気信号を出力するオートフォ
ーカス検知手段である特許請求の範囲第1〜4項のいず
れか1つに記載の測長装置。 - (6)前記オートフォーカス検知手段が、前記対物レン
ズの主光軸から偏心した位置に光線を入射する光源と、
前記垂直面で反射され該対物レンズを介して入射される
光線の入射位置を検出する光位置検知手段とを備え、こ
の光位置検知手段の出力を前記電気信号として出力する
特許請求の範囲第5項記載の測長装置。 - (7)前記2物体の相対位置が所定ピッチ偏位するごと
にパルス信号を出力するパルス測長手段、および該パル
ス信号と前記傾斜面までの距離計測出力とに基づいて上
記相対位置の偏位量を上記所定ピッチの1ピッチ分より
小さな分解能で検知する演算手段と組合せた特許請求の
範囲第1〜6項のいずれか1つに記載の測長装置。 - (8)前記パルス測長手段が、前記2物体の一方に光源
および光検知器を備えた干渉測長ヘッドを、他方に回折
格子を配設してなり、該回折格子を基準尺とし該回折格
子により形成される異なる次数の回折光を干渉させて得
られる光の強度変化に応じてパルス信号を出力する格子
干渉測長器である特許請求の範囲第7項記載の測長装置
。 - (9)前記パルス測長手段が、レーザ干渉測長器である
特許請求の範囲第7項記載の測長装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62112262A JPS63277904A (ja) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | 測長装置 |
FR8806316A FR2615280B1 (fr) | 1987-05-11 | 1988-05-10 | Dispositif de mesure de la distance en mouvement relatif de deux objets mobiles l'un par rapport a l'autre |
GB8811132A GB2205942B (en) | 1987-05-11 | 1988-05-11 | A distance measuring system |
DE3816248A DE3816248C2 (de) | 1987-05-11 | 1988-05-11 | System zur Entfernungsmessung |
US07/671,657 US5122660A (en) | 1987-05-11 | 1991-03-19 | Distance measuring system utilizing an object with at least one inclined surface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62112262A JPS63277904A (ja) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | 測長装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63277904A true JPS63277904A (ja) | 1988-11-15 |
Family
ID=14582300
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62112262A Pending JPS63277904A (ja) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | 測長装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63277904A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009252986A (ja) * | 2008-04-04 | 2009-10-29 | Nikon Corp | 較正方法、露光方法及びデバイス製造方法、並びに露光装置 |
-
1987
- 1987-05-11 JP JP62112262A patent/JPS63277904A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009252986A (ja) * | 2008-04-04 | 2009-10-29 | Nikon Corp | 較正方法、露光方法及びデバイス製造方法、並びに露光装置 |
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