JPH1019513A - 位置計測装置及びパターン測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱による計測誤差を軽減した位置計測装置及
びパターン測定装置を提供すること。 【解決手段】 光学系（１４）の光軸（Ａ）を含む第１
の平面（Ｐａ）内に反射面（２４ａ）を有する参照用反
射部材（２４）を用いる。参照用反射部材（２４）は、
光学系（１４，１４ａ））の外周上の第１の平面（Ｐ
ａ）と交差する位置に支持された保持部材（４４）によ
って保持する。計測対象物（２０，１０）に固定された
計測用反射部材（２８）と、参照用反射部材（２４）及
び計測用反射部材（２８）に対して計測用の光を投射
し、当該参照用反射部材（２４）と計測用反射部材（２
８）の反射面で反射した光を用いて、光学系（１４）の
光軸と計測対象物（２０，１０）との相対的な位置変位
量を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の光学系の光
軸に対する計測対象物の相対的な位置変位量を計測する
位置計測装置及び、移動可能なステージ上に載置された
基板のパターンを測定するパターン測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】測定対象物の位置を光学的に計測する方
法としては、現在、干渉計が多く利用されている。干渉
計においては、例えば、計測用の１本の光束を２本に分
割し、分割した光をそれぞれ異なる方向に導き、２つの
反射鏡で反射した光を再び合成する。そして、これら２
本の光の合成によって生じる干渉縞を検出することによ
って、２つの反射鏡が設置された部材間の相対的な位置
の変位を計測できるようになっている。このような干渉
計システムは、半導体デバイスの製造、及び検査工程に
おいても頻繁に使用される。マスクに形成されたパター
ンを感光基板上に転写する露光工程においては、露光作
業に先立ち、パターン測定装置によってマスク上に形成
されたパターンの座標を計測する。このようなパターン
測定装置においては、計測対象となるマスクを移動可能
なステージ上に載置し、対物レンズ等の光学系から照射
される光でマスク上のパターンを走査することによって
パターンの位置（座標）を計測する。この時、２次元平
面内で移動するマスクの位置は、干渉計によって正確に
計測される。

【０００３】上記のようなパターン測定装置において
は、対物レンズの鏡筒の外周に参照鏡を設置するととも
に、マスク等の基板が載置されたステージ上に移動鏡を
設置している。そして、干渉計内で計測用レーザ光を２
本に分割し、分割した光をそれぞれ対物レンズ鏡筒に固
定された参照鏡とステージ上の移動鏡とに投射する。そ
して、２つの反射鏡で反射した光を干渉計内で再び合成
し、これら２本の光の合成によって生じる干渉縞を検出
することによって、基板の位置を計測する。正確には、
対物レンズの光軸とステージ上の基板との相対的な位置
の変位を計測する。

【０００４】図７は、従来のパターン測定装置の概略構
成を示す。この装置は、基板１１０上に形成されたパタ
ーン１１０ａの位置（座標）を計測するものであり、パ
ターン測定用のレーザ光を射出する光学装置１１２と、
光学装置１１２から射出されたレーザ光をスポットとし
て基板１１０上に投射する対物レンズ１１４と、基板１
１０のパターン１１０ａのエッジ部分で発生する散乱光
を受光する受光素子１１６ａ，１１６ｂとを備えてい
る。基板１１０は、紙面に垂直な面内に移動可能なステ
ージ１１８上に載置されている。ステージ１１８上の端
部には、干渉計本体１２０から射出されるレーザ光を反
射する移動鏡１２２が固定されている。また、対物レン
ズ１１４を包囲するレンズ鏡筒１１４ａの外周には、干
渉計本体１２０から射出されるレーザ光１２３を反射す
る参照鏡１２４が固定されている。

【０００５】上記のような構成のパターン測定装置にお
いては、ステージ１１８を駆動することにより、対物レ
ンズ１１４を介して照射されるレーザスポットを基板１
１０のパターン１１０ａで走査する。そして、パターン
１１０ａのエッジ部分で生じる散乱光を受光素子１１６
ａ，１１６ｂによって受光する。この時、基板１１０の
位置は、干渉計本体１２０によってモニターされている
ため、受光素子１１６ａ，１１６ｂに受光された散乱光
の信号からパターン１１０ａの位置が自動的に計測され
る。

【０００６】参照鏡１２４は、図８に示すように、反射
面１２４ａが対物レンズの光軸Ａを含む平面に平行な状
態で、コの字型の保持部材１２６に保持されている。す
なわち、干渉計１２０から射出されるレーザ光１２３が
参照鏡１２４の反射面１２４ａに垂直に入射するように
なっている。保持部材１２６は、その両端部がレンズ鏡
筒１１４ａの外周に固定されている。

【０００７】干渉計本体１２０においては、１本のレー
ザ光をビームスプリッタ（図示せず）によって２本に分
割し、分割した２本のレーザ光を移動鏡１２２及び参照
鏡１２４にそれぞれ照射する。そして、移動鏡１２２と
参照鏡１２４で反射した光を再び合成し、合成された光
の干渉縞を観察することによって、基板ステージ１１８
の位置を計測するようになっている。すなわち、干渉計
本体１２０から参照鏡１２４までの距離と、干渉計本体
１２０から移動鏡１２２までの距離との相対的な変位量
に基づいて、対物レンズ１１４の光軸Ａ上にあるパター
ン１１０ａの位置を計測する。このように、基板１１０
（パターン１１０ａ）の位置は対物レンズ１１４の光軸
Ａとの相対的な変位量に基づいて計測されるため、正確
な計測を行うためには、参照鏡１２４の反射面１２４ａ
と対物レンズ１１４の光軸Ａとの距離を一定に保つこと
が重要となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の方法によると、何らかの影響でレンズ鏡筒
１１４ａの温度が変化すると、レンズ鏡筒１１４ａ及び
参照鏡１２４の熱膨張又は収縮によって、参照鏡１２４
の反射面１２４ａと対物レンズ１１４の光軸Ａとの間隔
が変化してしまう。

【０００９】例えば、図８に示すように、レンズ鏡筒１
１４ａの半径をＲ、保持部材１２６の端部がレンズ鏡筒
１１４ａに接する位置の角度を２θ、レンズ鏡筒１１４
ａの熱膨張係数をＫ１、温度変化量をＴとすると、レン
ズ鏡筒１１４ａの熱膨張又は熱収縮に起因する参照鏡１
２４のレーザ光１２３の方向の変位量△Ｘ１は、以下の
ようになる。 △Ｘ１＝Ｒ・Ｋ１・Ｔ・ｃｏｓθ

【００１０】一方、参照鏡１２４の反射面１２４ａから
レンズ鏡筒１１４ａへの保持部材１２６の取り付け位置
までの距離をＬ、保持部材１２６の熱膨張係数をＫ２、
温度変化量をＴとすると、保持部材１２６の熱膨張又は
熱収縮に起因する参照鏡１２４（反射面１２４ａ）の熱
変位量△Ｘ２は以下のようになる。 △Ｘ２＝Ｌ・Ｋ２・Ｔ

【００１１】従って、投影レンズ１１４の光軸Ａと参照
鏡１２４の反射面１２４ａとのトータルの変位量△Ｘ
は、以下のようになる。 △Ｘ＝（Ｒ・Ｋ１・Ｔ・ｃｏｓθ）＋（Ｌ・Ｋ２・Ｔ）

【００１２】ここで、保持部材１２６の形状は比較的単
純であり、且つ高い精度を必要としないため、この保持
部材１２６を難加工材料である低熱膨張率の材料を用い
て成形することができる。このため、保持部材１２６の
熱変位に起因する参照鏡１２４の反射面１２４ａの変位
量△Ｘ２（＝Ｌ・Ｋ２・Ｔ）は、ある程度小さくするこ
とができる。しかし、レンズ鏡筒１１４ａ（対物レンズ
１１４）を難加工材料である低熱膨張率の材料で成形す
ることは困難である。このため、レンズ鏡筒１１４ａの
熱変位に起因する参照鏡１２４の変位量△Ｘ１（＝Ｒ・
Ｋ１・Ｔ・ｃｏｓθ）を小さくするためには、温度変化
量Ｔを最小限に抑える必要がある。例えば、レンズ鏡筒
１１４ａの半径Ｒ＝２０ｍｍ、レンズ鏡筒１１４ａの熱
膨張係数Ｋ１＝１５×１０^-6、θ＝１５°とした場合、
参照鏡１２４（反射面１２４ａ）の変位量△Ｘ２（＝Ｒ
・Ｋ１・Ｔ・ｃｏｓθ）を０．００５μｍ以下にするた
めには、温度変化量Ｔを約０．００１７°Ｃ以下の精度
で制御する必要がある。常温下で行われる計測におい
て、このような精度の温度制御は、実際上は不可能であ
る。

【００１３】参照鏡１２４の反射面１２４ａと対物レン
ズ１１４の光軸Ａとの間隔が変化すると、干渉計１２０
によって計測されるパターン１１０ａの位置に誤差が生
じることになる。

【００１４】本発明は上記のような状況に鑑みて成され
たものであり、熱による計測誤差を軽減した位置計測装
置及びパターン測定装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、所定の光学系（１４）の光軸（Ａ）に対
する計測対象物（１０）の相対的な位置変位量を計測す
る位置計測装置において、光学系（１４）の光軸（Ａ）
を含む第１の平面（Ｐａ）内に反射面（２４ａ）を有す
る参照用反射部材（２４）と；光学系（１４，１４
ａ））の外周上の第１の平面（Ｐａ）と交差する位置に
支持され、参照用反射部材（２４）を光学系（１４）に
対して保持する保持部材（４４）と；計測対象物（２
０，１０）に固定された計測用反射部材（２８）と；参
照用反射部材（２４）及び計測用反射部材（２８）に対
して計測用の光を投射し、当該参照用反射部材（２４）
と計測用反射部材（２８）の反射面で反射した光を用い
て、光学系（１４）の光軸と計測対象物（２０，１０）
との相対的な位置変位量を計測する計測手段（３２）と
を備えている。上記のような位置計測装置において、保
持部材（４４）の光学系の（１４，１４ａ）外周に接す
る部分を、第１の平面（Ｐａ）に対して対称な形状に形
成することが望ましい。

【００１６】また、参照用反射部材（２４）は、第１の
平面（Ｐａ）内の光学系（１４）を挟んだ対称な位置に
配置された第１参照鏡（２４）及び第２参照鏡（５８）
とを含むように構成することができる。この時、計測手
段（５３，５５）は、計測用の光を第１及び第２の参照
鏡（２４，５８）に対して投射し、当該第１及び第２の
参照鏡（２４，５８）からの反射光を利用した二光線束
干渉計（６６，６８，７０，７２，７４，７６，７８，
８０）とすることが望ましい。また、計測手段は、第１
及び第２の参照鏡（２４，５８）に対して投射される計
測用の光の光軸からの距離を互いに等しく設定する。

【００１７】更に、本発明の他の態様は、対物レンズ
（１４）を介して照射される第１の光を用い、移動可能
なステージ（２０）上に載置された基板（１０）上のパ
ターンの位置を測定するパターン測定装置において、対
物レンズ（１４）の光軸（Ａ）を含む第１の平面（Ｐ
ａ）内に反射面（２４ａ）を有する参照用反射部材（２
４）と；対物レンズ（１４，１４ａ）の外周上の第１の
平面（Ｐａ）と交差する位置に支持され、参照用反射部
材（２４）を対物レンズ（１４，１４ａ）に対して保持
する保持部材（４４）と；基板（１０）に固定された計
測用反射部材（２８）と；参照用反射部材（２４）及び
計測用反射部材（２８）に対して計測用の光（Ｂｘ，Ｂ
ｘｍ）を投射し、当該参照用反射部材（２４）と計測用
反射部材（２８）の反射面（２４ａ，２８ａ）で反射し
た光を用いて、対物レンズ（１４）の光軸（Ａ）と基板
（１０）との相対的な位置変位量を計測する計測手段
（３２）とを備えている。

【００１８】

【作用】上記のような本発明においては、参照用反射部
材（２４）を、その反射面（２４ａ）が光学系（１４）
の光軸（Ａ）を含む第１の平面（Ｐａ）に一致するよう
に配置され、光学系（１４ａ）の外周上の第１の平面
（Ｐａ）と交差する位置で支持されているため、光学系
（１４，１４ａ）が熱膨張又は熱収縮した場合にも、反
射面（２４ａ）の計測方向のずれを最小限に抑えられ
る。すなわち、光学系（１４，１４ａ）が熱膨張した場
合、その膨張は光軸（Ａ）を中心に放射方向の略均一に
伝播するため、光学系（１４，１４ａ）の外周部分にお
いては、光軸（Ａ）を含む平面（Ｐａ）に沿って変位す
ることになる。従って、本発明においては、光学系（１
４，１４ａ）の熱変位は、参照用反射部材（２４）の反
射面（２４ａ）に平行な方向にのみ伝播される。別言す
ると、参照用反射部材（２４）の反射面（２４ａ）の計
測方向（ＸＬ，ＹＬ）への変位は殆どなく、その結果、
光学系の（１４，１４ａ）の熱変形による計測手段（３
２）による計測精度の低下を抑制することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を以下
に示す実施例に基づいて説明する。本実施例は、レチク
ル等の基板に形成されたパターンの座標を計測するパタ
ーン位置測定装置に本発明を適用したものである。

【００２０】

【実施例】図１は、本実施例にかかるパターン位置測定
装置の全体の構成を示す。本実施例のパターン位置測定
装置は、基板１０上にクロム等で形成されたパターンの
位置（座標）を測定するものであり、測定用の光を照射
する照明系（１２，１４）と、基板１０からの散乱光を
受光する受光系（１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ）
と、基板１０が載置されたステージ２０を駆動するステ
ージ駆動装置２２と、ステージ２０（基板１０）の位置
を計測する干渉計システム（２４，２６，２８，３０，
３２，３４）と、パターン測定装置全体の制御を行う主
制御装置４０と、当該装置による測定結果を表示する表
示装置４２とを備えている。

【００２１】照明系（１２，１４）は、測定用のレーザ
光を出力する光学装置１２と、光学装置１２から射出さ
れたレーザ光をスポットとして基板１０上に導く対物レ
ンズ１４とから構成されている。対物レンズ１４は、レ
ンズ鏡筒１４ａ内に配置されている。

【００２２】測定対象となる基板１０としては、例え
ば、半導体の露光工程に使用されるレチクル等のマスク
や、そのマスクのパターンが露光されたウエハ等の感光
基板を対象とすることができる。基板１０が載置された
ステージ２０は、主制御装置４０に制御されるステージ
駆動装置２２によって、ＸＹ２次元平面内で移動可能に
構成されている。そして、ステージ２０の移動により、
対物レンズ１４から射出されるレーザスポットを基板１
０の表面で走査するようになっている。

【００２３】基板１０からの散乱光を受光する受光系
（１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ）は、基板１０を斜
め上方から覗くように配置されており、レーザ光と基板
１０との相対的な走査によって、基板１０上のパターン
エッジで発生する散乱光又は回折光を受光する。そし
て、受光した光の強度に応じた電気信号を主制御装置４
０に対して供給するようなっている。

【００２４】本実施例の干渉計システム（２４，２６，
２８，３０，３２，３４）は、２軸干渉計システムであ
り、基板１０のＸ軸方向の位置計測を行うシステム（２
４，２８，３２）と、Ｙ軸方向の位置計測を行うシステ
ム（２６，３０，３４）との２系統のシステムから構成
されている。Ｘ軸方向の位置計測を行う干渉計システム
（２４，２８，３２）は、取り付け部材４４（図２参
照）によってレンズ鏡筒１４ａの外周上に固定された参
照鏡２４と、ステージ２０上の端部に固定された長尺状
の移動鏡２８と、干渉計本体３２とから構成されてい
る。干渉計本体３２内には、図示しないレーザ光源が設
けられており、このレーザ光源から射出されたレーザ光
をビームスプリッタ等の分光器（図示せず）によって２
つの光（Ｂｘ，Ｂｘｍ）に分割し、分割した光を参照鏡
２４と移動鏡２８に対して投射する。そして、参照鏡２
４と移動鏡２８で反射したレーザ光を再び干渉計本体３
２内で合成し、合成さし光の干渉縞に基づいて、参照鏡
２４と移動鏡２８の相対的な位置変化、すなわち、ステ
ージ２０のＸ方向の移動量を計測するようになってい
る。更に正確には、参照鏡２４と移動鏡２８の相対的な
位置の変位量に基づいて、対物レンズ１４の光軸Ａ（図
２参照）上に存在する基板１０上のパターンのＸ座標を
計測する。

【００２５】一方、Ｙ軸方向の位置計測を行う干渉計シ
ステム（２６，３０，３４）もＸ軸方向のシステムと同
様に、取り付け部材４６（図２参照）によってレンズ鏡
筒１４ａの外周上に固定された参照鏡２６と、ステージ
２０上の端部に固定された長尺状の移動鏡３０と、干渉
計本体３４とから構成されている。干渉計本体３４は、
干渉計３２と同様に、内部に図示しないレーザ光源が設
けられており、このレーザ光源から射出されたレーザ光
をビームスプリッタ等の分光器（図示せず）によって２
つの光（Ｂｙ，Ｂｙｍ）に分割し、分割した光を参照鏡
２６と移動鏡３０に対して投射する。そして、参照鏡２
６と移動鏡３０で反射したレーザ光を干渉計本体３４内
で再び合成し、合成した光の干渉縞に基づいて、参照鏡
２６と移動鏡３０の相対的な位置の変位、すなわち、ス
テージ２０のＹ方向の移動量を計測するようになってい
る。更に正確には、参照鏡２６と移動鏡３０の相対的な
位置の変位量に基づいて、対物レンズ１４の光軸Ａ上に
存在する基板１０上のパターンのＹ座標を計測する。

【００２６】上記のような２方向の干渉計システム（３
２，３４）によって、対物レンズ１４から投射されるレ
ーザスポット上におけるパターンのＸＹ平面上での座標
値が求まる。

【００２７】図２は、本発明の第１実施例にかかるレン
ズ鏡筒１４ａと、参照鏡２４，２６と、その取り付け部
材（４４，４６）との位置関係を示す。Ｘ軸方向の位置
計測に用いられる参照鏡２４は、その反射面２４ａが対
物レンズ１４の光軸Ａを通る平面Ｐａに一致するよう
に、取り付け部材４４によってレンズ鏡筒１４ａの外周
に固定されている。取り付け部材４４とレンズ鏡筒１４
ａとの接触位置（取付位置）は、平面Ｐａ上に設定され
ており、平面Ｐａ（反射面２４ａ）から各取付位置まで
のＸ方向の距離Ｄｘ１，Ｄｘ２が等しくなるように配置
されている。このように配置することにより、レンズ鏡
筒１４ａが熱膨張又は熱収縮したときに、その変位がＸ
軸に垂直なＹ軸方向にのみ伝播する。別言すると、レン
ズ鏡筒１４ａの熱変位によって取り付け部材４４が回転
し、参照鏡２４の反射面２４ａがＸ軸方向に変位するよ
うなことがないように配慮されている。また、同様の理
由により、各取り付け部材４４とレンズ鏡筒１４ａとの
接触面積は、できるだけ小さくすることが望ましい。

【００２８】他方、Ｙ軸方向の位置計測用の参照鏡２６
は、その反射面２６ａが対物レンズ１４の光軸Ａを通る
平面Ｐｂ（平面Ｐａと直交する平面）に一致するよう
に、取り付け部材４６によってレンズ鏡筒１４ａの外周
に固定されている。そして、取り付け部材４６とレンズ
鏡筒１４ａとの接触位置（取付位置）は、平面Ｐｂ上に
設定されており、平面Ｐｂ（反射面２６ａ）から各取付
位置までのＹ方向の距離Ｄｙ１，Ｄｙ２が等しくなるよ
うに配置されている。

【００２９】次に、上記のような構成のパターン位置測
定装置の全体的な動作について説明する。パターン測定
を開始する前に、まず、対物レンズ１４の光軸Ａを基板
１０上のある基準点に合わせ、その時点での干渉計本体
３２，３４による計測値をゼロにする、所謂キャリブレ
ーションを行う。その後、ステージ２０を駆動装置２２
によってＸＹ方向に駆動することによって、対物レンズ
１４を介して光学装置１２から出力されるレーザスポッ
トを、基板１０の表面で走査する。レーザスポットが基
板上のパターンで走査されると、パターンのエッジ部分
で散乱光（又は回折光）が発生し、その散乱光を受光素
子１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂで受光する。干渉計
本体３２，３４では、基板１０（移動鏡２８，３０）と
対物レンズ１４（参照鏡２４，２６）のＸＹ方向の相対
的な変位量を計測し、計測値を主制御装置４０に供給す
る。主制御装置４０では、干渉計本体３２，３４から供
給される位置情報と、受光素子１６ａ，１６ｂ，１８
ａ，１８ｂからの検出信号に基づいて、基板１０のパタ
ーン間の距離を求め、表示装置４２に表示する。

【００３０】上記のような本実施例においては、参照鏡
２４を、その反射面２４ａが対物レンズ１４の光軸Ａを
含む平面Ｐａに一致するように配置し、これをレンズ鏡
筒１４ａの外周上の平面Ｐａと交差する位置で支持して
いるため、レンズ鏡筒１４ａが熱膨張又は熱収縮した場
合にも、反射面２４ａの計測方向のずれを最小限に抑え
ることができる。すなわち、レンズ鏡筒１４ａが熱膨張
した場合、その膨張は光軸Ａを中心に放射方向の略均一
に伝播するため、レンズ鏡筒１４ａの外周部分において
は、光軸Ａを含む平面Ｐａに沿って変位することにな
る。従って、レンズ鏡筒１４ａの熱変位は、参照鏡２４
の反射面２４ａに平行な方向にのみ伝播される。別言す
ると、参照鏡２４の反射面２４ａの計測方向（Ｘ軸方
向）への変位は殆どない。これにより、レンズ鏡筒１４
ａの熱変形による干渉計３２の計測精度の低下が抑制さ
れる。

【００３１】図３は、図２に示す実施例の変形例（第２
実施例）であり、Ｙ軸方向の位置計測用の参照鏡４８と
Ｘ軸方向の位置計測用の参照鏡５０のレンズ鏡筒１４ａ
上の取り付け部材５２，５４の位置を変更してある。す
なわち、この例では、参照鏡４８，５０各反射面４８
ａ，５０ａに対して入射するレーザビームＢｘとＢｙと
がクロスするようになっている。なお、他の構成、配置
等に関しては図２に示す実施例と同様である。

【００３２】図４は、本発明の第３実施例にかかるレン
ズ鏡筒１４ａと、参照鏡（２４，２６，５６，５８）
と、その取り付け部材（４４，４６，６０，６２）との
位置関係を示す。この実施例は、図２に示した第１実施
例の参照鏡２４，２６に加え、参照鏡５６及び５８を更
に設けたものである。また、本実施例の干渉計システム
（５３，５５）は、二光線束干渉計であり、Ｘ軸方向及
びＹ軸方向のそれぞれにおいて、計測用のレーザ光束を
２本（Ｂｘ１，Ｂｘ２）、（Ｂｙ１，Ｂｙ２）を使用す
る。参照鏡５６は、取り付け部材６０によって、その反
射面５６ａが平面Ｐｂに一致するように配置されてい
る。参照鏡５６と参照鏡２６とは対物レンズ１４の光軸
Ａを基準に対称な位置に配置されている。すなわち、対
物レンズ１４の光軸Ａから参照鏡２６の反射面２６ａ上
のレーザ光束Ｂｙ１の入射位置までの距離Ｌｘ１と、参
照鏡５６の反射面５６ａ上のレーザ光束Ｂｙ２の入射位
置までの距離Ｌｘ２が等しくなるように設定されてい
る。

【００３３】一方、参照鏡５８は、取り付け部材６２に
よって、その反射面５８ａが平面Ｐａに一致するように
配置されている。参照鏡５８についても参照鏡５６と同
様に、対物レンズ１４の光軸Ａを基準に参照鏡２４と対
称な位置に配置されている。すなわち、対物レンズ１４
の光軸Ａから参照鏡２４の反射面２４ａ上にレーザ光束
Ｂｘ１が入射する位置までの距離Ｌｙ１と、参照鏡５８
の反射面５８ａ上にレーザ光束Ｂｘ２が入射する位置ま
での距離Ｌｙ２が等しくなるように設定されている。な
お、距離Ｌｙ１とＬｙ２、及び距離Ｌｘ１とＬｘ２とを
等しくできない場合には、できるだけそれに近づけるよ
うに配置することが望ましい。

【００３４】図５及び図６は、二光線束干渉計５３の光
学系の構成を概略的に示す。なお、干渉計５５について
も同様な構成であるため、重複した説明は省略する。こ
の二光線束干渉計５３は、所謂マイケルソンタイプの干
渉計であり、単一の光線束を用いた干渉計に比べて検出
精度が向上する。二線光束干渉計５３は、レーザビーム
Ｂｏを出力するレーザ発振器６６と、参照鏡２４，５８
の反射面２４ａ，５８ａと、移動鏡２８の反射面２８ａ
から戻った光を受光、検出するディテクタ６８と、偏光
ビームスプリッタ７０と、偏光ビームスプリッタ７０か
ら射出又はそこへ入射する光が透過する４枚のλ／４板
７２，７４，７６，７８とを備えている。λ／４板７
２，７４は、参照ビームＢｘ２，Ｂｘ１がそれぞれ通過
するように、Ｙ方向に並べて配置されている。また、λ
／４板７６，７８は、参照ビーム用のλ／４板７２，７
４の下方において、測長ビームＢｘｍ２，Ｂｘｍ１がそ
れぞれ通過するように、Ｙ方向に並べて配置されてい
る。

【００３５】図において、レーザ発振器６６から射出さ
れたレーザビームＢｏは、図５の紙面に平行な偏光成分
（Ｐ偏光成分）と、紙面に垂直な偏光成分（Ｓ偏光成
分）とを有する。レーザ発振器６６から出力されたレー
ザビームＢｏは、ビームスプリッタ７０の偏光分離面８
２（図６参照）で２つのビームに偏光分離され、一方の
Ｓ偏光成分はその偏光分離面８２で反射され、参照ビー
ムＢｘ２となる。

【００３６】この参照ビームＢｘ２は、ビームスプリッ
タ７０の反射面８４で反射され、λ／４板７２を透過
し、参照鏡５８の反射面５８ａに入射する。参照鏡５８
の反射面５８ａで反射したビームは、再びλ／４板７２
を透過してＰ偏光光波となって、ビームスプリッタ７０
に入射する。ビームスプリッタ７０に入射したＰ偏光光
波は、偏光分離面８２を透過してコーナキューブ８０に
入射し、このコーナキューブ８０中で２度反射し、図の
（−）Ｙ方向に距離Ｌだけシフトした後、ビームスプリ
ッタ７０に戻る。ビームスプリッタ７０に入射したこの
光は、偏光分離面８２を透過し、反射面８４で反射し、
λ／４板７４を透過した後、参照ビームＢｘ１として参
照鏡２４の反射面２４ａに入射する。参照鏡２４の反射
面２４ａで反射した参照ビームＢｘ１は、再びλ／４板
７４を透過してＳ偏光光波となり、ビームスプリッタ７
０の反射面８４及び偏光分離面８２で反射して、フォト
ディテクタ６８に入射する。

【００３７】一方、レーザビームＢｏのＰ偏光成分は、
ビームスプリッタ７０の偏光分離面８２を透過して測長
ビームＢｘｍ２となる。この測長ビームＢｘｍ２は、λ
／４板７６を透過し、移動鏡２８の反射面２８ａで反射
し、再びλ／４板７６を透過した後、Ｓ偏光光波として
ビームスプリッタ７０に入射する。ビームスプリッタ７
０に入射したＳ偏光光波は、偏光分離面８２で反射し
て、コーナキューブ８０に入射する。コーナキューブ８
０に入射した光は、その中で２度反射して、図の（−）
Ｙ方向に距離Ｌだけシフトした後、ビームスプリッタ７
０に戻る。ビームスプリッタ７０に入射したこの光は、
偏光分離面８２で反射し、λ／４板７８を透過した後、
測長ビームＢｘｍ１として移動鏡２８の反射面２８ａに
入射する。移動鏡２８の反射面２８ａで反射した測長ビ
ームＢｘｍ１は、再びλ／４板７８を透過して、Ｐ偏光
光波となり、ビームスプリッタ７０の偏光分離面８２を
透過して、フォトディテクタ６８に入射する。

【００３８】フォトディテクタ６８上では、参照ビーム
Ｂｘ１と測長ビームＢｘｍ１が干渉し、その干渉縞を検
出することによって、対物レンズ１４の光軸Ａ上の基板
１０のＸ軸方向の位置を計測することができる。なお、
Ｙ軸方向に関しても同様の構成、動作によって位置計測
を行う。

【００３９】上述した二光線束干渉計システムにおいて
は、図４に示すように、対物レンズ１４の光軸Ａから参
照鏡２４の反射面２４ａ上にレーザ光束Ｂｘ１が入射す
る位置までの距離Ｌｙ１と、参照鏡５８の反射面５８ａ
上にレーザ光束Ｂｘ２が入射する位置までの距離Ｌｙ２
が等しくなるように設定されている。このため、所謂ア
ッベの原理を満たすことができ、計測精度が向上する。
例えば、熱や機械的な誤差により対物レンズ１４（レン
ズ鏡筒１４ａ）が光軸Ａを中心に微少角度変位した場
合、λ／４板７２から参照鏡５８の反射面５８ａまでの
距離と、λ／４板７４から参照鏡２４の反射面２４ａま
での距離の一方が減少すると他方が増加する。このた
め、レーザ発振器６６から射出され、２つの参照鏡５
８，２４の反射面５８ａ，２４ａで反射して、フォトデ
ィテクタ６８に入射するまでのビームの光路長は変化し
ない。すなわち、フォトディテクタ６８から対物レンズ
１４の光軸Ａまでの距離を基準に基板１０の位置計測を
行うことができる。このため、図２に示した実施例に比
べて測定信頼性が向上する。

【００４０】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に示された本発明の技術的思想とし
ての要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光学系（１４，１４ａ）が熱膨張又は熱収縮した場合に
も、反射面（２４ａ）の計測方向のずれを最小限に抑え
られる。その結果、光学系の（１４，１４ａ）の熱変形
による計測手段（３２）による計測精度の低下を抑制す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例にかかるパターン
位置測定装置の構成を示す概念図（斜視図）である。

【図２】図２は、図１に示すパターン位置測定装置の要
部（参照鏡取り付け部材）の構成を示す拡大平面図であ
る。

【図３】図３は、本発明の第２実施例にかかるパターン
位置測定装置の要部（参照鏡取り付け部材）の構成を示
す拡大平面図である。

【図４】図４は、本発明の第３実施例にかかるパターン
位置測定装置の要部（参照鏡取り付け部材）の構成を示
す拡大平面図である。

【図５】図５は、図４に示す実施例の動作、原理を示す
平面図である。

【図６】図６は、図４に示す実施例の動作、原理を示す
側面図であり、図５の平面図に対応する。

【図７】図７は、従来のパターン位置測定装置の構成を
示す概略図（側面図）である。

【図８】図８は、従来のパターン位置測定装置の要部
（参照鏡取り付け部材）の構成を示す拡大平面図であ
る。

【符号の説明】

１０・・・基板 １２・・・光学装置 １４・・・対物レンズ １４ａ・・・レンズ鏡筒 １６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ・・・受光素子 ２０・・・ステージ ２４，２６，４８，５０，５６，５８・・・参照鏡 ２４ａ，２６ａ，４８ａ，５０ａ，５６ａ，５８ａ・・
・反射面 ２８，３０・・・移動鏡 ３２，３４・・・干渉計本体 ４４，４６，５２，５４，６０，６２・・・（参照鏡）
取り付け部材 ４０・・・主制御装置 ５３，５５・・・二光線束干渉計 Ａ・・・対物レンズ光軸 Ｐａ，Ｐｂ・・・光軸Ａを含む平面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の光学系の光軸に対する計測対象物の
   相対的な位置変位量を計測する位置計測装置において、 前記光学系の光軸を含む第１の平面内に反射面を有する
   参照用反射部材と；前記光学系の外周上の前記第１の平
   面と交差する位置に支持され、前記参照用反射部材を前
   記光学系に対して保持する保持部材と；前記計測対象物
   に固定された計測用反射部材と；前記参照用反射部材及
   び計測用反射部材に対して計測用の光を投射し、当該参
   照用反射部材と計測用反射部材の反射面で反射した光を
   用いて、前記光学系の光軸と前記計測対象物との相対的
   な位置変位量を計測する計測手段とを備えたことを特徴
   とする位置計測装置。
2. 【請求項２】前記保持部材の前記光学系の外周に接する
   部分が、前記第１の平面に対して対称な形状に形成され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の位置計測装
   置。
3. 【請求項３】前記参照用反射部材は、前記第１の平面内
   の前記光学系を挟んだ対称な位置に配置された第１参照
   鏡及び第２参照鏡とを含むことを特徴とする請求項１又
   は２に記載の位置計測装置。
4. 【請求項４】前記計測手段は、前記計測用の光を前記第
   １及び第２の参照鏡に対して投射し、当該第１及び第２
   の参照鏡からの反射光を利用した二光線束干渉計である
   ことを特徴とする請求項３に記載の位置計測装置。
5. 【請求項５】前記計測手段は、前記第１及び第２の参照
   鏡に対して投射される前記計測用の光の前記光軸からの
   距離を互いに等しく設定したことを特徴とする請求項４
   に記載の位置計測装置。
6. 【請求項６】対物レンズを介して照射される第１の光を
   用い、移動可能なステージ上に載置された基板上のパタ
   ーンの位置を測定するパターン測定装置において、 前記対物レンズの光軸を含む第１の平面内に反射面を有
   する参照用反射部材と；前記対物レンズの外周上の前記
   第１の平面と交差する位置に支持され、前記参照用反射
   部材を前記対物レンズに対して保持する保持部材と；前
   記基板に固定された計測用反射部材と；前記参照用反射
   部材及び計測用反射部材に対して計測用の光を投射し、
   当該参照用反射部材と計測用反射部材の反射面で反射し
   た光を用いて、前記対物レンズの光軸と前記基板との相
   対的な位置変位量を計測する計測手段とを備えたことを
   特徴とするパターン測定装置。