(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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１１０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１１０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１１６ａ，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１１４ａ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１１４ａ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１２４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（２４ａ）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（１４）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（２４，２８）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（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。また、この時、第１反射部材（６０ａ，６２ａ）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（１４，１４ａ）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（２８，３０）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（３６ａ，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（２４ａ，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（１４，１４ａ）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（１４，１４ａ）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，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，２６ａ）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１０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４０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（２４，２８，３２）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，３６ｂ）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。
【００２８】
上記のような２方向の干渉計システム（３２，３４）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（３６ａ，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，３６ｂ）のみを示し、参照鏡２６用の取り付け部材（３８ａ，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１４ａ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２４ａ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１４ａ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２４ａ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。
【００３１】
図３は、参照鏡２４用の取り付け部材（３６ａ，３６ｂ）と、参照鏡２６用の取り付け部材（３８ａ，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，３６ｂ）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１４ａ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３８ａ，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１４ａ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２６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Ｐｂ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，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，３８ｂ）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＝２０ｍｍ、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。
0003651123.tif 000002
【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。
0003651123.tif 000003
【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。
0003651123.tif 000004
【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−ｃｏｓ４．２９７×１０-5）
＜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２４，２６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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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