JPH102719A - 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）と平行な反射面（２４ａ）を有する第１
反射部材（２４）を用いる。第１反射部材（２４）を光
学系（１４）に対して保持する保持部材（３６ａ，３６
ｂ）を、第１の平面（Ｐａ）と交差する光学系（１４，
１４ａ）の外周上の２カ所で支持する。計測対象物（１
０）には、第２反射部材（２８）を設置する。そして、
第１及び第２反射部材（２４，２８）に対して計測用の
光を投射し、当該第１及び第２反射部材（２４，２８）
の反射面で反射した光を用いて、光学系（１４）の光軸
（Ａ）と計測対象物（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、１０ａ）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）と平行な反射面（２
４ａ）を有する第１反射部材（２４）と；第１の平面
（Ｐａ）と交差する光学系（１４，１４ａ）の外周上の
２カ所で支持され、第１反射部材（２４）を光学系（１
４）に対して保持する保持部材（３６ａ，３６ｂ）と；
計測対象物（１０）に固定された第２反射部材（２８）
と；第１及び第２反射部材（２４，２８）に対して計測
用の光を投射し、当該第１及び第２反射部材（２４，２
８）の反射面で反射した光を用いて、光学系（１４）の
光軸（Ａ）と計測対象物（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。

【００１６】上記のような位置計測装置において、保持
部材（３６ａ，３６ｂ）の光学系（１４ａ）の外周に接
する部分が、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。

【００１７】保持部材（３６ａ，３６ｂ）を２つの分離
したアーム（３６ａ，３６ｂ）で構成し、当該２つのア
ーム（３６ａ，３６ｂ）の各々の一端が第１の反射部材
（２４）の端部にそれぞれ接続され、当該２つのアーム
（３６ａ，３６ｂ）の各々の他端が第１の平面（Ｐａ）
と交差する光学系（１４，１４ａ）の外周上の２カ所に
接続するように構成しても良い。

【００１８】あるいは、第１の反射部材（２４）を保持
する保持部材を、一体のコの字型の部材（５０，５２）
とし、両端が第１の平面（Ｐａ）と交差する光学系（１
４，１４ａ）の外周上の２カ所に接続するように構成し
ても良い。また、この時、第１反射部材（６０ａ，６２
ａ）を、保持部材（６０，６２）と一体に成形しても良
い。

【００１９】また、上記のような位置計測装置におい
て、第１反射部材（２４，２６）を、光学系（１４，１
４ａ）の外周の光軸（Ａ）を中心に９０°ずれた２カ所
に反射面（２４ａ，２６ａ）が配置された、Ｘ側第１反
射部材（２４）とＹ側第１反射部材（２６）とから構成
することができる。これと同時に、第２反射部材（２
８，３０）の反射面を、第１反射部材（２４，２６）に
対応し、ステージ（２０）上の光軸（Ａ）を中心に９０
°ずれた２カ所に配置する。そして、保持部材（３６
ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂ）は、Ｘ側第１反射部材
（２４）を保持するＸ側保持部材（３６ａ，３６ｂ）
と、Ｙ側第１反射部材（２６）を保持するＹ側保持部材
（３８ａ，３８ｂ）とから構成し、Ｘ側第１反射部材
（２４）とＹ側第１反射部材（２６）の反射面（２４
ａ，２６ａ）の光軸（Ａ）方向の位置が一致するように
配置する構成を採ることができる。そして、Ｘ側第１反
射部材（２４）とＹ側第１反射部材（２６）の反射面
（２４ａ，２６ａ）の光軸（Ａ）方向の位置とを一致さ
せるために、Ｘ側保持部材（３６ａ，３６ｂ）とＹ側保
持部材（３８ａ，３８ｂ）の一方の一部に他方が貫挿し
た状態で組み合わせる様にしても良い。

【００２０】

【作用及び効果】上記のような本発明においては、保持
部材（３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂ）により、光学
系（１４）の光軸（Ａ）を含む平面（Ｐａ，Ｐｂ）と光
学系（１４，１４ａ）の外周とが交差する位置で第１反
射部材（２４，２６）を支持しているため、光学系（１
４，１４ａ）が熱膨張又は熱収縮した場合にも、反射面
（２４ａ，２６ａ）の計測方向（ＸＬ，ＹＬ）のずれを
最小限に抑えられる。すなわち、光学系（１４，１４
ａ）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（１４，１４
ａ）の外周部分においては、光軸（Ａ）を含む平面（Ｐ
ａ，Ｐｂ）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（１４）の光軸（Ａ）を含む平面
（Ｐａ，Ｐｂ）と光学系（１４，１４ａ）が交差する位
置に保持部材（３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂ）を接
続しているため、光学系（１４，１４ａ）の熱変位は、
第１反射部材（２４，２６）の反射面（２４ａ，２６
ａ）に平行な方向にのみ伝播される。別言すると、第１
反射部材（２４，２６）の反射面（２４ａ，２６ａ）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
（３２，３４）による計測精度の低下を抑制することが
できる。

【００２１】

【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。

【００２２】

【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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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（３６ａ，３６
ｂ）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２４と移動鏡２８で
反射したレーザ光を再び干渉計本体３２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。

【００２７】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（３８ａ，３８ｂ）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２６と移動鏡３
０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。

【００２８】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。

【００２９】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と、その取り付け部材（３
６ａ，３６ｂ）との位置関係を示す。なお、ここでは説
明の便宜上、参照鏡２４用の取り付け部材（３６ａ，３
６ｂ）のみを示し、参照鏡２６用の取り付け部材（３８
ａ，３８ｂ）の構成については後に説明する。取り付け
部材（３６ａ，３６ｂ）は、熱膨張率の低い材質で成形
された２つの支持アーム３６ａ，３６ｂから構成されて
いる。一方の支持アーム３６ａは、一端が参照鏡２４の
反射面２４ａの端部に固着され、他端がレンズ鏡筒１４
ａの外周部に固定されている。また、他方の支持アーム
３６ｂに関しても同様に、一端が参照鏡２４の反射面２
４ａの端部に固着され、他端がレンズ鏡筒１４ａの外周
部に固定されている。２つの支持アーム３６ａ，３６ｂ
の参照鏡２４側の端部は、一定間隔の空間が形成されて
おり、干渉計３２からのレーザ光ＸＬを遮らないように
なっている。

【００３０】支持アーム３６ａ，３６ｂのレンズ鏡筒１
４ａ側の設置位置は、対物レンズ１４の光軸Ａを含む平
面Ｐａ上に一致するようになっている。また、支持アー
ム３６ａ，３６ｂのレンズ鏡筒１４ａへの接触部分の幅
は、平面Ｐａに対して対称（Ｌ１＝Ｌ２）となるように
設計されている。更に、平面Ｐａと参照鏡２４の反射面
２４ａとは平行になるように配置されている。このよう
な配置構成により、レンズ鏡筒１４ａが熱膨張又は熱収
縮した場合にも、支持アーム３６ａ，３６ｂに伝わる変
位は平面Ｐａと平行、すなわち参照鏡２４の反射面２４
ａと平行となるため、参照鏡２４自体はレーザ光ＸＬの
方向（Ｐａに垂直な方向）に殆ど変位しないことにな
る。なお、各支持アーム３６ａ，３６ｂとレンズ鏡筒１
４ａとの接触面積は、できるだけ小さくすることが望ま
しい。

【００３１】図３は、参照鏡２４用の取り付け部材（３
６ａ，３６ｂ）と、参照鏡２６用の取り付け部材（３８
ａ，３８ｂ）とを組み合わせた実際の使用状態を示す。
なお、先に参照鏡２４用の取り付け部材（３６ａ，３６
ｂ）については説明してあるため、ここでは参照鏡２６
用の取り付け部材（３８ａ，３８ｂ）を中心に説明す
る。参照鏡２６用の取り付け部材（３８ａ，３８ｂ）
は、参照鏡２４用の取り付け部材（３６ａ，３６ｂ）と
略同一の構成を採り、低熱膨張率の材質より成形された
２本の支持アーム３８ａ，３８ｂから構成されている。
そして、一方の支持アーム３８ａは、一端が参照鏡２６
の反射面２６ａの端部に固着され、他端がレンズ鏡筒１
４ａの外周部に固定されている。また、他方の支持アー
ム３８ｂに関しても同様に、一端が参照鏡２６の反射面
２６ａの端部に固着され、他端がレンズ鏡筒１４ａの外
周部に固定されている。また、２つの支持アーム３８
ａ，３８ｂの参照鏡２６側の端部は、一定間隔の空間が
形成されており、干渉計３４からのレーザ光ＹＬを遮ら
ないようになっている。

【００３２】支持アーム３８ｂの一部には、参照鏡２４
用の保持部材の一方の支持アーム３６ａが貫通する挿通
孔４８が形成されている。そして、参照鏡２４と２６と
の高さ（対物レンズ１４の光軸Ａ方向の位置）が一致す
るようになっている。なお、支持アーム３８ｂに形成さ
れた挿通孔４８に支持アーム３６ａを挿通させるのに代
えて、支持アーム３８ｂと３６ａに、互いに噛み合う凹
部を形成することによって、参照鏡２４と２６との高さ
を一致させても良い。

【００３３】支持アーム３８ａ，３８ｂのレンズ鏡筒１
４ａ側の設置位置は、対物レンズ１４の光軸Ａを含む平
面Ｐｂ上に一致するようになっている。また、支持アー
ム３８ａ，３８ｂのレンズ鏡筒１４ａへの接触部分の幅
は、平面Ｐｂに対して対称（Ｌ３＝Ｌ４）となってい
る。更に、平面Ｐｂと参照鏡２６の反射面２６ａとは平
行になるように配置されている。このように、参照鏡２
６は、支持アーム３８ａ，３８ｂによって、レンズ鏡筒
１４ａの外周上の平面Ｐｂと交差する位置で支持されて
いるため、Ｘ軸用の取り付け部材（３６ａ，３６ｂ）と
同様に、レンズ鏡筒１４ａが熱膨張又は熱収縮した場合
にも、支持アーム３８ａ，３８ｂに伝わる変位は平面Ｐ
ｂ方向（平面Ｐａに垂直な方向）となる。

【００３４】次に、図１に示した本実施例のパターン位
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。

【００３５】この時、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２
４，２６）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，１８ａ，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。

【００３６】上記のような本実施例においては、取り付
け部材（３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂ）により、対
物レンズ１４の光軸Ａを含む平面Ｐａ，Ｐｂとレンズ鏡
筒１４ａの外周とが交差する位置で参照鏡２４，２６が
支持されているため、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，２６ａの計測方向
（ＸＬ，ＹＬ）のずれを最小限に抑えられる。すなわ
ち、レンズ鏡筒１４ａが熱膨張した場合、その膨張は対
物レンズ１４の光軸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，Ｐｂに沿って変位することにな
る。従って、本実施例においては、対物レンズ１４の光
軸Ａを含む平面Ｐａ，Ｐｂとレンズ鏡筒１４ａが交差す
る位置に取り付け部材（３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８
ｂ）を接続しているため、レンズ鏡筒１４ａの熱変位
は、参照鏡２４，２６の反射面２４ａ，２６ａに平行な
方向にのみ伝播される。すなわち、最も重要な計測方向
ＸＬ，ＹＬへの変位は殆どない。その結果、基板１０の
位置を正確に計測することができる。

【００３７】以下、レンズ鏡筒１４ａの熱膨張（熱収
縮）に起因する反射鏡２４の計測方向（Ｘ方向）の変位
について、図４及び図８を参照して、従来の構成と比較
して説明する。なお、式中の記号は以下の通りとする。 Ｒ：レンズ鏡筒（１４ａ、１１４ａ）の半径 Ｋ１：レンズ鏡筒の熱膨張係数 Ｔ：温度変化量 θ：（保持部材１２６とレンズ鏡筒１１４ａとの接点の
角度）／２ ε１：従来技術による参照鏡１２４の変位量 △Ｒ：レンズ鏡筒１４ａの半径の変化量 Ｌ：支持アーム３６ａ（３６ｂ）の腕の長さ β：支持アーム３６ａ（３６ｂ）のアーム角度の変化量 ε２：本実施例による参照鏡２４の変位量

【００３８】図４において、レンズ鏡筒１４ａの半径Ｒ
が△Ｒだけ膨張した場合の参照鏡２４のＸ軸方向の変位
量ε２は、以下のようになる。 △Ｒ ＝ Ｒ・Ｋ１・Ｔ ・・・・（１） △Ｒ ＝ Ｌ・ｓｉｎβ ・・・・（２） ε２ ＝ Ｌ（１−ｃｏｓβ） ・・・・（３） 式（３）より、ε２が極めて小さい値になることが予想
できる。

【００３９】図８に示した従来の構成で、Ｒ＝２０ｍ
ｍ、Ｋ１＝１５×１０^-6、θ＝１５°、Ｔ＝０．１°Ｃ
とした場合、参照鏡１２４（反射面１２４ａ）の変位量
ε１は、以下のようになる。 ε１＝Ｒ・Ｋ１・Ｔ・ｃｏｓθ ＝２０・１５×１０^-6×０．１×ｃｏｓ１５＝２．９×
１０^-5（ｍｍ）

【００４０】一方、本実施例においては、上記と同様の
条件で、Ｌ＝４０ｍｍとした場合、先に示した式（１）
より、レンズ鏡筒１４ａの半径の変化量△Ｒは以下のよ
うになる。 △Ｒ＝Ｒ・Ｋ１・Ｔ ＝２０×１５×１０^-6×０．１＝３．０×１０^-5（ｍ
ｍ）

【００４１】また、式（２）より、支持アーム３６ａ
（３６ｂ）のアーム角度の変化量βは、以下のようにな
る。 β＝ｓｉｎ^-1（△Ｒ／Ｌ） ＝ｓｉｎ^-1（３．０×１０^-5／４０）＝４．２９７×１
０^-5（ｄｅｇ）

【００４２】そして、上記のβを式（３）に代入して参
照鏡２４の変位量ε２を求めると、以下のようになる。 ε２＝Ｌ（１−ｃｏｓβ）＝４０×（１−ｃｏｓ４．２
９７×１０^-5）＜１×１０^-9（ｍｍ） この値 ε２（＜１×１０^-9ｍｍ）は、従来の構成によ
る ε１（＝２．９×１０^-5ｍｍ）に比べて、格段に小
さな値となる。

【００４３】図５は、本発明の第２実施例にかかる取り
付け部材５０，５２の構成を示す。この実施例は、図
２，図３に示す実施例を改良したものであり、参照鏡２
４，２６を保持する取り付け部材５０，５２をそれぞれ
一体的に成形している。そして、取り付け部材５０の内
側に参照鏡２４を取り付け、反射面２４ａに対応する位
置にレーザ光ＸＬが通過する孔５０ａを設けている。ま
た、取り付け部材５２の内側に参照鏡２６を取り付け、
反射面２６ａに対応する位置にレーザ光ＹＬが通過する
孔５２ａを設けている。取り付け部材５２の一部には、
図４に示す支持アーム３８ｂの挿通孔４８に対応する挿
通孔５６が形成されている。この挿通孔５６の機能は、
支持アーム３８ａの挿通孔４８と同様であり、取り付け
部材５０の一部がその中を挿通し、参照鏡２４と２６の
高さ方向の位置（対物レンズ１４の光軸Ａ方向の位置）
を一致させている。他の構成は図２，図３に示す実施例
と同様であるため、重複した説明は省略する。

【００４４】図６は、本発明の第３実施例にかかる参照
鏡取り付け部材６０，６２の構成を示す。この実施例
は、図５に示す実施例を改良したものであり、参照鏡と
取り付け部材６０，６２をそれぞれ一体的に成形してい
る。すなわち、取り付け部材６０，６２の表面に反射面
６０ａ，６２ａを直接形成してたものである。取り付け
部材６２の一部には、挿通孔６４が形成されている。こ
の挿通孔６４の機能は、図４及び図５の実施例の挿通孔
４８，５６と同様であり、取り付け部材６０の一部がそ
の中を挿通し、反射面６０ａ，６２ａの高さ方向の位置
（対物レンズ１４の光軸Ａ方向の位置）を一致させてい
る。他の構成は図２，図３，図４に示す実施例と同様で
あるため、重複した説明は省略する。

【００４５】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。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の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、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４】図４は、本実施例の作用を説明するための説明
図である。

【図５】図５は、本発明の第２実施例の要部（参照鏡取
り付け部材）の構成を示す拡大平面図である。

【図６】図６は、本発明の第３実施例の要部（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・・・参照鏡 ２４ａ，２６ａ，６０ａ，６２ａ・・・反射面 ２８，３０・・・移動鏡 ３２，３４・・・干渉計本体 ３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂ，５０，５２，６０，
６２・・・（参照鏡）取り付け部材 ４０・・・主制御装置 ４８，５６，６４・・・挿通孔 Ａ・・・対物レンズ光軸 Ｐａ，Ｐｂ・・・光軸Ａを含む平面 ＸＬ，ＸＹ・・・計測用レーザ光

Claims (8)

【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の平面と平行な反射面を有
   する第１反射部材と；前記第１の平面と交差する前記光
   学系の外周上の２カ所で支持され、前記第１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
   物に固定された第２反射部材と；前記第１及び第２反射
   部材に対して計測用の光を投射し、当該第１及び第２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】前記保持部材は２つの分離したアームから
   構成され、当該２つのアームの各々の一端が前記第１の
   反射部材の端部にそれぞれ接続され、当該２つのアーム
   の各々の他端が前記第１の平面と交差する前記光学系の
   外周上の２カ所に接続されている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】前記保持部材は一体のコの字型の部材であ
   り、両端が前記第１の平面と交差する前記光学系の外周
   上の２カ所に接続されている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。
5. 【請求項５】前記第１反射部材は、前記保持部材と一体
   に成形されている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】前記第１反射部材は、前記光学系の外周の
   前記光軸を中心に９０°ずれた２カ所に反射面が配置さ
   れた、Ｘ側第１反射部材とＹ側第１反射部材とからな
   り、 前記第２反射部材は、前記第１の反射部材に対応し、前
   記ステージ上の前記光軸を中心に９０°ずれた２カ所に
   反射面を有し、 前記保持部材は、前記Ｘ側第１反射部材を保持するＸ側
   保持部材と、前記Ｙ側第１反射部材を保持するＹ側保持
   部材とからなり、前記Ｘ側第１反射部材とＹ側第１反射
   部材の反射面の前記光軸方向の位置が一致するように配
   置されていることを特徴とする請求項３、４又は５に記
   載の位置計測装置。
7. 【請求項７】前記Ｘ側保持部材と前記Ｙ側保持部材は、
   両保持部材の一方の一部に他方が貫挿した状態で組み合
   わせて配置されていることを特徴とする請求項６に記載
   の位置計測装置。
8. 【請求項８】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に形成さ
   れたパターン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の平面と平行な反射面
   を有する第１反射部材と；前記第１の平面と交差する前
   記対物レンズの外周上の２カ所で支持され、前記第１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；
   前記ステージ上に固定された第２反射部材と；前記第１
   及び第２反射部材に対して計測用の光を投射し、当該第
   １及び第２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。