JP4262087B2 - 多軸干渉計 - Google Patents

Description

本発明は、距離測定装置に関し、特には干渉計に関する。
本出願は、「多軸干渉計」と題された米国仮出願６０／３０３，５５７号の２００１年７月６日の優先日の利益を主張し、この出願の内容を援用して本文の記載の一部とする。

集積回路の作成において、ウェハがプロジェクタ下の移動可能なステージ上に載置されるステップがある。ステージが移動すると、ウェハは、ウェハの面を画定する２つの座標軸の一方に平行な方向に線状に移動される。また、ステージは３つの座標軸のいずれをも中心に回転される。これらのステップにおいて、移動可能なステージのプロジェクタに対する位置および向きを非常に正確に知ることが必要である。

ステージの動きを決定するための１つの方法は、干渉計を用いて、ステージの縁に沿った測定点までの距離を決定することである。しかし、この測定により知られるのは、座標軸の一方に沿ってステージが移動した範囲だけである。この測定は、３つの座標軸を中心としたステージの回転に関する情報をもたらさない。

ステージの回転および移動の両方に関する情報を得るために、３つの干渉計を用いて、ステージの縁の三角形を画成する異なる３つの参照点までの距離を測定することが知られている。これらの３つの距離測定から、ステージが回転された範囲および方向を推測することができる。例えば、第１参照点が干渉計の近くに移動し、また、第１参照点のすぐ下にある第２参照点が干渉計から離れたことが観察されたならば、プレートが第１参照点と第２参照点を結ぶ線を中心に回転したと推測できる。第１参照点および第２参照点に対する相対位置および距離から、この回転範囲を計算することができる。

本発明は、光学素子が単一のマウンティングブロックにより支持された多軸干渉計を提供する。
本発明の一態様において、多軸干渉計は、マウンティングブロックと、マウンティングブロックの第１面および第２面と接触する第１および第２の偏光ビームスプリッタキューブとを含む。第１および第２の偏光ビームスプリッタキューブと光学的に連通しているビーム分配システムが、マウンティングブロックの第３の面と接触している。

多軸干渉計は、また、１以上のリトロリフレクタを含むことができる。これらのリトロリフレクタは、第１偏光ビームスプリッタキューブ、第２偏光ビームスプリッタキューブ、または、これらの偏光ビームスプリッタキューブの両方と光学的に連通している。リトロリフレクタは、偏光維持性リトロリフレクタであり得る。

幾つかの実施形態においてはリトロリフレクタが偏光ビームスプリッタキューブと光学的に接触し、また他の実施形態においてはリトロリフレクタがマウンティングブロックと光学的に接触している。

干渉計の他の実施形態において、リターダが、第１および第２の偏光ビームスプリッタキューブの一方または両方と光学的に接触している。リターダは、第１の基板と、接着材料が充填されたギャップにより第１基板から分離された第２の基板とを含む。複屈折ポリ
マーが接着材料に埋め込まれている。接着材料と複屈折ポリマーは、互いに屈折率が一致するように選択される。

マウンティングブロックは中実のブロックであり得る。しかし、本発明の幾つかの実施形態は、マウンティングブロックの第１面と第２面の間に延在する１以上のトンネルを形成する壁を有するマウンティングブロックを含む。これらのトンネルの幾つかは、光ビームがビーム分配システムと第１偏光ビームスプリッタキューブおよび第２偏光ビームスプリッタキューブの一方との間を通過することを可能にするように配置されることができる。

別の態様において、本発明は、干渉計測を行う方法を含み、この方法は、第１の偏光ビームスプリッタキューブをマウンティングブロックの第１の面に光学的に接触させることと；第２の偏光ビームスプリッタキューブをマウンティングブロックの第２の面に光学的に接触させることと；ビーム分配システムをマウンティングブロックの第３の面に光学的に接触させ、それによりビーム分配システムを第１偏光ビームスプリッタキューブおよび第２偏光ビームスプリッタキューブに光学的に連通させることにより干渉計測を行う。

他の実施形態において、第１および第２のサブアパーチャコーティングがビームデリバリシステム第１プリズムの第１の面上に配置される。第２プリズムの第２の面が、第１および第２のサブアパーチャコーティングと光学的に接触する。

本発明に従う干渉計システムは、１以上の以下の利点を有し得る。
マウンティングブロックは、干渉計をベースプレートに取り付けることに関連して生じる応力の大部分を吸収し、これらの応力が干渉計の他の構成要素に伝達することを回避する。

マウンティングブロック内の光学的トンネルは、ガラス内をビームが通過する経路の長さを縮小し、それにより、ガラスの欠陥による不都合な歪みを回避する。
ビームデリバリシステムにおけるプリズムの光学的接触は、透過媒体間の境界を横断することによる反射および波面歪みを低減する。

ポリマーリターダは、慣用の石英波長板を用いることによる迷光反射を低減する。
本発明のこれらおよび他の特徴は、以下の詳細な説明および添付図面から明らかになろう。

図１を参照すると、本発明を組み込んだ干渉計１０が、近位面１４、遠位面１６、上面１８および底面２０を有するマウンティングブロック１２を含む。遠位面１６は、第１の偏光ビームスプリッタキューブ２４（本文以下「第１キューブ」と称する）の入力面２２と光学的に接触している。上面１８は、第２の偏光ビームスプリッタキューブ２８（本文以下「第２キューブ」と称する）の底面２６と光学的に接触している。

マウンティングブロック１２は、干渉計１０において、金属ベースプレートと接触する唯一の部品である。したがって、干渉計１０の取付けに関連した機械的応力はいずれもマウンティングブロック１２により吸収される。したがって、マウンティングブロック１２は、干渉計１０のより繊細な部品を、このような応力による変形から保護する働きをする。

第１キューブ２４は、マウンティングブロック１２の遠位面１６に平行な測定面３０を有する。この測定面を通って測定ビーム３２が出る。これらの測定ビーム３２は、図２に
示されている固定参照ミラー３４を照射するために用いられる。同様に、第２キューブ２８は、マウンティングブロック１２の遠位面１６に平行な測定面３６を有する。この測定面３６から放出される測定ビーム３９は、図２に示されている移動ステージ３８上に取り付けられたミラーを照射するために用いられる。

マウンティングブロック１２およびキューブ２４，２８は、同一のガラスからつくられ、したがって、同一の熱応力を受ける。好ましくは、マウンティングブロック１２は、図３に示すようにトンネル４０を形成する内壁を有し、このトンネルの通路は光ビームを通過させるためのものである。これらのトンネル４０により、光ビームはガラスを通過するのではなくトンネル４０の自由空間を通過することができる。トンネル４０は、ビームがガラスを通過する範囲を小さくすることにより、ガラスの欠陥がビームに影響を与える可能性を低減する。これらの欠陥は、波面歪み、経路ロスおよび不都合な複屈折を生じることがある。また、マウンティングブロック１２により吸収される取付応力は、トンネル４０を通過するビームには影響を与えない。

再び図２を参照すると、第１のリトロリフレクタアレイ４２が、第１キューブ２４の底面４４と光学的に連通するように取り付けられている。マウンティングブロック１２の底面２０と光学的に連通するように取り付けられた第２のリトロリフレクタアレイ４６が、第２キューブ２８の底面に対向し、かつ、マウンティングブロック１２の高さだけ第２キューブ底面から隔離されている。

第１リトロリフレクタアレイ４２は、第１キューブ２４から出て再び第１キューブ２４に入る３つの光ビームを反射するように配置された３つのリトロリフレクタを含む。第２のリトロリフレクタアレイ４６は、マウンティングブロック１２から出て再びマウンティングブロック１２に入り、第２キューブ２８へと向う４つの光ビームを反射するように配置された４つのリトロリフレクタを含む。リトロリフレクタは、好ましくは、米国特許第６，２０１，６０９号に記載されているような偏光維持性リトロリフレクタであるが、そうである必要はない。この特許を援用して本文の記載の一部とする。

第１キューブ２４の底面４４および第２キューブ２８の底面２６に対向して参照面４８，５０があり、参照面４８，５０上に、それぞれ、第１リターダ５２，第２リターダ５４が取り付けられている。リターダ５２，５４の一方または両方が、２００２年６月２５日に出願された「ポリマーリターダ」と題された特許出願に開示されたタイプのリターダであり、この出願の内容を援用して本文の記載の一部とする。

図２は、第２リターダ５４を詳細に示す。第１リターダ５２が第２リターダ５４と同一の構造を有し得ることが理解されよう。しかし、同一である必要はない。例示的な第２リターダ５４は反射ガラス層５６および透過ガラス層５８を含み、層５６と５８は、複屈ポリマー６２が埋め込まれた接着層６０により分離されている。接着層６０を形成する接着材料は、接着層の屈折率が複屈折ポリマー６２の２つの屈折率（１つは異常波の屈折率、１つは通常波の屈折率）の平均に可能な限り近いように選択される。

第３リターダ６３および第４リターダ６５が、それぞれ、第１キューブ測定面３０および第２キューブの測定面３６上に同様に取り付けられている。第３リターダ６３および第４リターダ６５は第２リターダ５４と類似であるが、第３リターダ６３および第４リターダ６５のガラス層が両方とも透過性であることが異なる。

干渉計１０は、また、ビームデリバリシステム６４を含む。このシステムの機能は、単一の入力ビーム６６を複数の出力ビームに分割し、これらの出力ビームを第１キューブ２４および第２キューブ２８に送出することである。

図４を参照すると、ビームデリバリシステム６４は、対向する第１プリズム７０および第２プリズム７２を有する第１ステージ６８を含む。第１プリズム７０は、互いに等しい厚さの第１サブアパーチャコーティング７６と第２サブアパーチャコーティング７８によりコーティングされた斜面７４を有する。第１サブアパーチャコーティング７６は、入射光の半分を透過させ、残りを反射するコーティングである。第２サブアパーチャコーティング７８は、第１プリズム７０および第２プリズム７２の両方と屈折率が一致したコーティングである。第２プリズム７２の斜面８０は、第１サブアパーチャコーティング７６および第２サブアパーチャコーティング７８と光学的に接触している。１以上のサブアパーチャコーティングを有する面の光学的接触は、「面とサブアパーチャとの光学的接触」と題された２００２年６月２５日に出願された米国特許出願に記載されており、この出願の内容を援用して本文の記載の一部とする。

ビームデリバリシステム６４の第１ステージ６８は、第１プリズム７０の入力面８２に入射した入力ビーム６６が第１サブアパーチャコーティング７６に到達し、ビームがコーティング７６上で第１部分８４および第２部分８６に分割されるように向けられている。

入力ビーム６６の第１部分８４は第１プリズム７０の出力面８８に向って反射される。この出力面８８は、ビームデリバリシステム６４の第２ステージ９２の入力面９０と光学的に接触している。

入力ビーム６６の第２部分８６は、第１サブアパーチャコーティング７６を通って進み、第２プリズム７２を横切った後、第２プリズム７２の斜面８０に対向しかつ平行な反射面９４にて反射される。反射面９４にて反射された後、第２部分８６は第２サブアパーチャコーティング７８を通って進み、第１プリズム７０を通り、第１プリズム７０の外面８８に向って進む。入力ビーム６６が第１部分８４と第２部分８６に分離することにより、図１に示されている測定ビーム３２，３９の中央の２列の分離が生じる。

入力ビーム６６の第１部分８４および第２部分８６は、ビームデリバリシステム６８の第２ステージ９２においてさらに分割される。図５は第２ステージ８６の断面図であり、ここで入力ビーム６６の第２部分８６は、第３部分９６と第４部分９８にさらに分割される。入力ビーム６６の第１部分８４（図５では見えない）も同様にさらに分割される。第３部分と第４部分の分離は、図１の測定ビーム３１，３９の内側の２つの縦列の分離に対応している。測定ビーム３１，３９の外側の２つの縦列の分離は、第１および第２のリトロリフレクタアレイ４２，４６のリトロリフレクタの幅により制御される。

図５に示されているように、第２ステージ９２は、また、第１プリズム１００および第２プリズム１０２を有するプリズム組立体を含み、これらのプリズムは、第１および第２のサブアパーチャコーティング１０４，１０６により分離されている。プリズム組立体の構造および作用は図４に関して既に記載したものと同一である。

入力ビームの第３部分９６と第４部分９８は、図６に示されているように第３ステージ１０８に入る。第３ステージ１０８は、第１および第２のプリズム１１０，１１２を含み、これらのプリズムは、第２ステージ９２上のプリズム１００の出力面１１６と光学的に接触している入力面１１４，１１６を有する。これらのプリズム１１０，１１２は、第１および第２ステージ６８，９２の第２プリズム７２，１０２と本質的に同一の構造を有する。

第３のプリズム１１８が、第１および第２の斜面１２０，１２２を有し、これらの斜面は、対向する第１および第２のプリズム１１０，１１２の対応する斜面１２４，１２６と
対向している。第１プリズム１１０の斜面１２４は、第３プリズム１１８の第１斜面１２０上の第１および第２のサブアパーチャコーティング１２８，１３０と光学的に接触している。同様に、第２プリズム１１２の斜面１２６は、第３プリズム１１８の第２斜面１２２上の第１および第２のサブアパーチャコーティング１３２，１３４と光学的に接触している。２つの第１サブアパーチャコーティング１２８，１３２は、入射光の半分を反射し、それ以外の半分を透過する材料からつくられる。２つの第２サブアパーチャコーティング１３０，１３４は、入射光のほぼ全てを透過する材料からつくられる。

図２に示されているように、第３プリズム１１８の出力面１３６は、マウンティングブロック１２の近位面１４および第２キューブ２８の入力面１３８の両方と光学的に接触している。第３ステージ１０８は、第２プリズム１１２を通過したビームがマウンティングブロック１２を通過して第１キューブ２４に入り、第１プリズム１１０を通過したビームが直接第２キューブ２８に入るように配置されている。

入力ビーム６６の位置がずれる場合がある。このような位置ずれが生じた場合には、ビームの２つの直交偏光成分はその直交性を失うことがある。これを補正するために、干渉計１０は、入力ビーム６６が通過する入力複屈折ウェッジと、干渉計１０の出力ビームを遮断するように配置された１以上の出力複屈折ウェッジとを含むことができる。入力ウェッジと出力ウェッジの構造および作用は、２００２年６月１７日に出願された「直交偏光ビーム成分間の伝播角度差を用いた干渉測定のシステムおよび方法」と題された米国特許に十分に記載されており、この特許の内容を援用して本文の記載の一部とする。

干渉計１０の出力にて参照ビームと測定ビームが互いに対して変位する場合がある。これは干渉計測のビームずれ誤差を生じる。このタイプの誤差を修正するために、干渉計１０は波面平坦化ファイバオプティックピックアップも含むことができる。波面の平坦化に好適なアナモルフィックシステムが、２００２年６月２４日に出願された「波面のずれが干渉計による位相測定に与える影響を低減するための方法および装置」と題された米国特許に十分に記載されており、この特許の内容を援用して本文の記載の一部とする。

本発明および本発明の好ましい実施形態を記載してきたが、我々が新規なものとして権利を請求し、かつ特許証により保護されるものは、特許請求の範囲に記載されている。

図１は、本発明が組み込まれた干渉計の等尺図である。 図２は、図１の干渉計の高さに沿った断面図である。 図３は、図１の干渉計のマウンティングブロックの等尺図である。 図４は、図１の干渉計のビームデリバリシステムの第１ステージの断面図である。 図５は、図１の干渉計のビームデリバリシステムの第２ステージの断面図である。 図６は、図１の干渉計のビームデリバリシステムの第３ステージの断面図である。

Claims (18)

1. 多軸干渉計であって、
   マウンティングブロックと、
   マウンティングブロックの第１の面と接触している第１の偏光ビームスプリッタキューブと、
   マウンティングブロックの第２の面と接触している第２の偏光ビームスプリッタキューブと、
   マウンティングブロックの第３の面と接触し、第１の偏光ビームスプリッタキューブおよび第２の偏光ビームスプリッタキューブと光学的に連通しているビーム分配システムであって、前記ビーム分配システムは、入力ビームを複数の出力ビームに分割して、それら複数の出力ビームを前記第１または第２の偏光ビームスプリッタキューブに方向付けるように構成され、前記第１および第２の偏光ビームスプリッタキューブの各々は、各出力ビームを対応する測定ビームと参照ビームに分割し、各測定ビームを前記第１および第２の偏光ビームスプリッタキューブから離れた位置のミラーで反射させるように方向付けるとともに、前記参照ビームを前記反射された対応する測定ビームと再結合して、前記測定ビームと前記参照ビームとの間の光路差に関する情報からなる対応ビームを生成するように構成されている、前記ビーム分配システムと、
   前記第１及び第２の偏光ビームスプリッタキューブとそれぞれ光学的に連通し、各々対応する偏光ビームスプリッタキューブから出た１以上の測定ビームまたは参照ビームを、該対応する偏光ビームスプリッタキューブに再び戻すように方向付ける第１及び第２のリトロリフレクタアレイと、
   前記第１及び第２の偏光ビームスプリッタキューブとそれぞれ光学的に接触し、各々対応する偏光ビームスプリッタキューブから出た１以上の参照ビームを、該対応する偏光ビームスプリッタキューブに再び戻す方向に反射する反射リターダによって構成された第１及び第２のリターダと、
   前記第１及び第２の偏光ビームスプリッタキューブとそれぞれ光学的に接触し、各々対応する偏光ビームスプリッタキューブから出た１以上の測定ビームを透過させる透過リターダによって構成された第３及び第４のリターダと、
   を備えることを特徴とする多軸干渉計。
2. 前記第１及び第２のリトロリフレクタアレイの各々が偏光維持性リトロリフレクタアレイである、請求項１に記載の多軸干渉計。
3. 前記第１のリトロリフレクタアレイが前記第１の偏光ビームスプリッタキューブと光学的に接触している、請求項１に記載の多軸干渉計。
4. 前記第２のリトロリフレクタアレイが前記マウンティングブロックと光学的に接触している、請求項１に記載の多軸干渉計。
5. 前記第１及び第２のリターダの各々が、
   第１の基板と、
   前記第１の基板からギャップにより分離された第２の基板と、
   ギャップを充填する接着材料と、
   前記接着材料に埋め込まれた複屈折ポリマーとを含み、
   前記接着材料と前記複屈折ポリマーが、互いに屈折率が一致するように選択されている、請求項１に記載の多軸干渉計。
6. 前記マウンティングブロックが、該マウンティングブロックの第１の面から該マウンティングブロックの第２の面に延在するトンネルを形成する壁部を含む、請求項１に記載の多軸干渉計。
7. 前記トンネルが、前記ビーム分配システムと前記第１の偏光ビームスプリッタキューブとの間、および前記ビーム分配システムと前記第２の偏光ビームスプリッタキューブとの間を光ビームが通過できるように配置されている、請求項６に記載の多軸干渉計。
8. 前記マウンティングブロックが、前記第１の偏光ビームスプリッタキューブおよび前記第２の偏光ビームスプリッタキューブの少なくとも一方と同じ材料を含む、請求項１に記載の多軸干渉計。
9. 前記ビーム分配システムが、
   第１の面を有する第１のプリズムと、
   前記第１のプリズムの第１の面上の第１のサブアパーチャコーティングと、
   前記第１のプリズムの第１の面上の第２のサブアパーチャコーティングと、
   前記第１および第２のサブアパーチャコーティングと光学的に接触する第２の面を有する第２のプリズムとを含み、
   前記第１および第２のサブアパーチャコーティングは、前記入力ビームまたは同入力ビームから派生されたビームの対応する経路内に位置しており、同対応する経路に沿って入射されるビームから２つのビームを派生させるように構成されている、請求項１に記載の多軸干渉計。
10. 多軸干渉計測を行う方法であって、
    第１の偏光ビームスプリッタキューブをマウンティングブロックの第１の面に光学的に接触させることと、
    第２の偏光ビームスプリッタキューブをマウンティングブロックの第２の面に光学的に接触させることと、
    第１及び第２のリトロリフレクタアレイを、前記第１及び第２の偏光ビームスプリッタキューブとそれぞれ光学的に連通させることと、
    各々反射リターダからなる第１及び第２のリターダを、前記第１及び第２の偏光ビームスプリッタキューブとそれぞれ光学的に接触させることと、
    各々透過リターダからなる第３及び第４のリターダを、前記第１及び第２の偏光ビームスプリッタキューブとそれぞれ光学的に接触させることと、
    ビーム分配システムを前記マウンティングブロックの第３の面に光学的に接触させて、前記ビーム分配システムを前記第１の偏光ビームスプリッタキューブおよび第２の偏光ビームスプリッタキューブに光学的に連通させることであって、前記ビーム分配システムは、入力ビームを複数の出力ビームに分割して、それら複数の出力ビームを前記第１または第２の偏光ビームスプリッタキューブに方向付けるように構成され、前記第１および第２の偏光ビームスプリッタキューブの各々は、各出力ビームを対応する測定ビームと参照ビームに分割し、各測定ビームを前記第１および第２の偏光ビームスプリッタキューブから離れた位置のミラーで反射させるように方向付けし、前記第１及び第２のリトロリフレクタアレイの各々は、対応する偏光ビームスプリッタキューブから出た１以上の測定ビームまたは参照ビームを、該対応する偏光ビームスプリッタキューブに再び戻すように方向付けし、前記第１及び第２のリターダの各々は、対応する偏光ビームスプリッタキューブから出た１以上の参照ビームを、該対応する偏光ビームスプリッタキューブに再び戻す方向に反射し、前記第３及び第４のリターダの各々は、対応する偏光ビームスプリッタキューブから出た１以上の測定ビームを透過させ、前記第１及び第２の偏光ビームスプリッタキューブの各々は、前記参照ビームを前記反射された対応する測定ビームと再結合して、前記測定ビームと前記参照ビームとの間の光路差に関する情報からなる対応ビームを生成するように構成されている、前記ビーム分配システムを前記マウンティングブロックの第３の面に光学的に接触させて、前記ビーム分配システムを前記第１の偏光ビームスプリッタキューブおよび第２の偏光ビームスプリッタキューブに光学的に連通させることと、
    前記光路差に関する情報からなる対応ビームを用いて、前記多軸干渉計測を行うことと、
    を含む方法。
11. 前記第１及び第２のリトロリフレクタアレイの各々が偏光維持性リトロリフレクタアレイである、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第１のリトロリフレクタアレイが前記第１の偏光ビームスプリッタキューブと光学的に接触している、請求項１０に記載の方法。
13. 前記第２のリトロリフレクタアレイが前記マウンティングブロックに光学的に接触している、請求項１０に記載の方法。
14. 前記第１及び第２のリターダの各々が、
    第１の基板と、
    前記第１の基板からギャップにより分離された第２の基板と、
    ギャップを充填する接着材料と、
    前記接着材料に埋め込まれた複屈折ポリマーとを含み、
    前記接着材料と前記複屈折ポリマーが、互いに屈折率が一致するように選択されている、請求項１０に記載の方法。
15. さらに、前記マウンティングブロックの第１の面から前記マウンティングブロックの第２の面に延在するトンネルを形成することを含む請求項１０に記載の方法。
16. さらに、前記トンネルを、前記ビーム分配システムと前記第１の偏光ビームスプリッタキューブとの間、および前記ビーム分配システムと前記第２の偏光ビームスプリッタキューブとの間を光ビームが通過できるように配置することを含む請求項１５に記載の方法。
17. さらに、前記マウンティングブロックを、前記第１の偏光ビームスプリッタキューブおよび第２の偏光ビームスプリッタキューブの少なくとも一方と同じ材料であるように選択することを含む請求項１０に記載の方法。
18. 前記ビーム分配システムが、
    第１の面を有する第１のプリズムと、
    前記第１のプリズムの第１の面上の第１のサブアパーチャコーティングと、
    前記第１のプリズムの第１の面上の第２のサブアパーチャコーティングと、
    前記第１および第２のサブアパーチャコーティングと光学的に接触する第２の面を有する第２のプリズムとを含み、
    前記第１および第２のサブアパーチャコーティングは、前記入力ビームまたは同入力ビームから派生されたビームの対応する経路内に位置しており、同対応する経路に沿って入射されるビームから２つのビームを派生させるように構成されている、請求項１０に記載の方法。

Images