特許ウォッチ

公開番号2025135586
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-18
出願番号2025033368
出願日2025-03-04
発明の名称変位検出装置
出願人株式会社マグネスケール
代理人弁理士法人タス・マイスター
主分類G01C 3/06 20060101AFI20250910BHJP(測定;試験)
要約【課題】高い計測精度を有しつつ汎用性の高い変位検出装置を提供すること。
【解決手段】
変位検出装置1は、光源111と、光を第1光L1と第1光に対し位相差を有する第2光L2とに分光する第1の複屈折部114と、第1光と第2光とを屈折させる第2の複屈折部121と、第1光と第2光とを集光させる第3の複屈折部123と、第1光と第2光とを重ね合わせる第4の複屈折部131と、第1光と第2光との位相差の変化に基づいて、ターゲットTの計測方向の変位を検出する変位検出部13と、を備える。第2の複屈折部121及び第3の複屈折部123は、ターゲットTの計測方向への移動にともなって第1光L1及び第2光L2の位相差を変化させるように構成される。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
ターゲットの計測方向の変位を検出する変位検出装置であって、
光を出射する光源と、
前記光源から前記光が照射されるターゲットまでの光路上に設けられ、前記光を第１光と前記第１光に対し位相差を有する第２光とに分光する第１の複屈折部と、
前記ターゲットで反射された前記第１光及び前記第２光の光路上に設けられ、前記第１光と前記第２光とを屈折させる第２の複屈折部と、
前記第２の複屈折部を通過した前記第１光及び前記第２光の光路上に設けられ、前記第１光と前記第２光とを集光させる第３の複屈折部と、
前記第３の複屈折部を通過した前記第１光及び前記第２光の光路上に設けられ、前記第１光と前記第２光とを重ね合わせる第４の複屈折部と、
前記第４の複屈折部を通過した前記第１光と前記第２光との位相差の変化に基づいて、前記ターゲットの計測方向の変位を検出する変位検出部と、を備え、
前記第２の複屈折部及び前記第３の複屈折部は、前記ターゲットの計測方向への移動にともなって前記第１光及び前記第２光の位相差を変化させるように構成される、変位検出装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
請求項１に記載の変位検出装置であって、
前記第３の複屈折部を通過した前記第１光及び前記第２光は、前記ターゲットで再び反射され、
前記第４の複屈折部は、
前記ターゲットで反射された前記第１光及び前記第２光の光路上に設けられる、変位検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の変位検出装置であって、
前記第１の複屈折部、前記第２の複屈折部、前記第３の複屈折部及び前記第４の複屈折部のうちの少なくとも１つは、
入射する光の平面波における面内の位置によって厚さが変化する、変位検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の変位検出装置であって、
前記第１の複屈折部、前記第２の複屈折部、前記第３の複屈折部及び前記第４の複屈折部のうちの少なくとも１つは、
互いに直交した光学軸を有する２つの複屈折部で構成される、変位検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の変位検出装置であって更に、
前記第１光及び前記第２光が前記ターゲットに照射される位置を変更する走査機構を備え、
前記変位検出部は、
前記ターゲットにおける複数の位置の前記計測方向の変位を検出する、変位検出装置。
【請求項６】
請求項１に記載の変位検出装置であって更に、
前記変位検出部が検出した前記ターゲットの計測方向の変位を出力する変位情報出力部を備え、
前記変位情報出力部は、
前記ターゲットの計測方向の変位を、予め設定された校正データに基づいて校正し、校正された前記ターゲットの計測方向の変位を出力する、変位検出装置。
【請求項７】
ターゲットを含む被計測対象にパターンを転写する投影光学装置であって、
前記被計測対象に転写するパターンが形成されたマスクと、
前記マスクを介して前記被計測対象を露光する露光用光源と、
前記露光用光源とは異なる光源であって、光を出射する光源と、
前記光源から前記光が照射されるターゲットまでの光路上に設けられ、前記光を第１光と前記第１光に対し位相差を有する第２光とに分光する第１の複屈折部と、
前記ターゲットで反射された前記第１光及び前記第２光の光路上に設けられ、前記第１光と前記第２光とを屈折させる第２の複屈折部と、
前記第２の複屈折部を通過した前記第１光及び前記第２光の光路上に設けられ、前記第１光と前記第２光とを集光させる第３の複屈折部と、
前記第３の複屈折部を通過した前記第１光及び前記第２光の光路上に設けられ、前記第１光と前記第２光とを重ね合わせる第４の複屈折部と、
前記第４の複屈折部を通過した前記第１光と前記第２光との位相差の変化に基づいて、前記ターゲットの計測方向の変位を検出する変位検出部と、を備え、
前記第２の複屈折部及び前記第３の複屈折部は、前記ターゲットの計測方向への移動にともなって前記第１光及び前記第２光の位相差を変化させるように構成される、投影光学装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いて被計測部材の計測方向の変位を非接触で計測する変位検出装置に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
被計測部材の特定の方向における変位を非接触で計測する装置として、光学式の変位検出装置が知られている。このような変位検出装置は、例えば半導体ウェハやフォトマスクの特定の方向における変位の計測に用いられる。
【０００３】
特許文献１は、光の干渉を利用した変位検出装置を開示する。この変位検出装置は、光を照射する光源と、光束分割部と、回折格子と、反射部と、光束結合部と、受光部と、相対位置情報出力手段と、を備える。この装置では、光束分割部で分割された光の一方が参照光とされ、もう一方が物体光として被計測部材の被計測面に照射される。参照光及び物体光のそれぞれは、変位検出装置内部の回折格子によって回折し、光束結合部によって再び重ね合わされる。これにより、参照光と物体光とが干渉する。受光部は、この干渉光を受光する。相対位置情報出力手段は、受光した干渉光の強度に基づいて被計測面の高さ方向の変位情報を出力する。
【０００４】
特許文献２は、偏光の変化を利用した変位検出装置を開示する。この変位検出装置では、被計測部材に複屈折プリズムが取り付けられる。複屈折プリズムに光が照射されると、屈折率の違いから光は位相の異なる２つの光に分割される。この状態から被計測部材が横方向に移動すると、複屈折プリズム内を通過する光の光路長が変化する。これにより、２つの光の位相差も変化する。変位検出装置は、２つの光の位相差の変化に基づいて複屈折プリズムの横方向の移動、すなわち被計測部材の横方向の変位を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１３－１５２２０５号公報
特開２０２０－０４６２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の変位検出装置は、被計測面が高さ方向に変位すると、回折格子上に入射する物体光の位置が、高さ方向に２倍変位するように構成される。また、この変位検出装置では、参照光と物体光とを干渉させ、干渉信号から変位を計測する。被計測面が回折格子の１周期だけ高さ方向に移動すると、干渉信号は２周期移動する。そのため、この干渉方式の変位検出装置は、非常に高い分解能で被計測面の高さ方向の変位を計測することができる。更に、この変位検出装置では、被計測面に対して物体光が斜めに入射できる。そのため、この変位検出装置は、被計測面の上方に設けられた半導体ウェハの露光装置やフォトマスクの直接描画装置を避けつつ、ウェハやフォトマスクの高さ方向の変位を直接計測できる。
【０００７】
ところで、半導体ウェハの露光装置やフォトマスクの直接描画装置では、ウェハやフォトマスクを僅かに（例えば数ｍｒａｄ）傾ける場合がある。そのため、変位検出装置には、被計測面の姿勢変化の許容範囲を広げ、且つ高精度に高さ方向の変位を計測できるようにすることが求められている。
【０００８】
特許文献１の変位検出装置では、物体光と参照光とを干渉させるという原理により、被計測面の姿勢が変化すると干渉強度が低下しやすい。そのため、干渉方式の変位検出装置では、被計測面の姿勢変化の許容範囲は小さく（例えば数ｍｒａｄ）、汎用性は高くない。
【０００９】
一方、特許文献２の変位検出装置では、直接の計測対象は複屈折プリズムであり、複屈折プリズムの横方向の変位を検出する。そのため、ウェハやフォトマスクの高さ方向の変位を直接計測することが難しい。
【００１０】
また、特許文献２に開示されるように複屈折プリズムを用いて光源からの光を２つに分光する場合、偏光方向によって各光の屈折率が異なる。そのため、特許文献２の変位検出装置では、２つの光の波面の傾きを揃えるために補正プリズムを光路上に設けている。しかしながら、複屈折プリズムを通過する２つの光の屈折率が異なると、複屈折プリズムを通過した２つの光は互いに離れるように進む。特許文献２の変位検出装置では、２つの光を受けた変位検出部が、２つの光の位相差に基づいて複屈折プリズムの変位を検出する。そのため、変位検出部が２つの光両方を受けることが前提となり、複屈折プリズムと変位検出部との距離を大きく取ることが難しい。すなわち、複屈折プリズムによる偏光変化量（検出分解能）と、複屈折プリズムと変位検出部との距離とが、相反する関係となる。例えば、変位検出装置がｎｍの分解能を発揮するには、複屈折プリズムと変位検出部との距離を数十ｍｍ以内にする必要がある。半導体ウェハやフォトマスクの露光位置に光が斜めから入射し、ウェハやフォトマスクの高さ方向の変位を直接計測するには、例えば複屈折プリズムと変位検出部との距離を５００ｍｍ以上に設定する必要があることもある。特許文献２の変位検出装置では、複屈折プリズムと変位検出部との距離を大きく取りつつｎｍの計測分解能を得ることは難しく、汎用性は高くない。
（【００１１】以降は省略されています）

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