(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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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）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（１４，１４ａ））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）を光学系（１４）に対して保持する保持部材（４４）と；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（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（Ｐａ）内に反射面（２４ａ）を有する参照用反射部材（２４）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，Ｂｘｍ）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（１４，１４ａ）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（３２）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１０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４０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（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。
【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。
【００２６】
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。
【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１４ａ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，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。
【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１４ａ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４８ａ，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７２，７４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７２，７４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８２（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７０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７０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８０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５８，２４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
【図１】
0003651125.tif 000002
【図２】
0003651125.tif 000003
【図３】
0003651125.tif 000004
【図４】
0003651125.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003651125.tif 000007
【図７】
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【図８】
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