(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射鏡を有する試料台をステージに載置し、前記反射鏡に照射されるレーザ光の干渉を利用して前記ステージの位置を測定し、ステージ位置データを取得するステージ装置において、
平面度を測定する外部の平面度測定装置に前記試料台を載置して取得される前記反射鏡の平面度についての第１平面度データを用い、前記ステージ位置データを補正する補正処理部
を備えることを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のステージ装置において、
前記補正処理部は、
当該装置に前記試料台を載置して取得される前記反射鏡の平面度についての第２平面度データを用い、前記補正されたステージ位置データを更に補正する処理部
を備えることを特徴とするステージ装置。
【請求項３】
反射鏡を有する試料台をステージに載置し、前記反射鏡に照射されるレーザ光の干渉を利用して前記ステージの位置を測定し、ステージ位置データを取得するステージ装置において、
当該装置に前記試料台を載置して取得される前記反射鏡の平面度についての第２平面度データと、平面度を測定する外部の平面度測定装置に前記試料台を載置して取得される前記反射鏡の平面度についての測定データから線対称成分を除いてなる第３平面度データとにしたがって補正データを生成し、前記補正データを用いて前記ステージ位置データを補正する補正処理部
を備えることを特徴とするステージ装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のステージ装置において、
前記試料台は、３点支持機構を有し、
前記試料台は、前記３点支持機構を利用して前記ステージ装置および前記平面度測定装置に載置される
ことを特徴とするステージ装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のステージ装置を用いる座標測定装置であって、
前記試料台にはパターンが形成された基板が載置され、
前記ステージ位置データとして、前記パターンの座標が測定される
ことを特徴とする座標測定装置。
【請求項６】
平面度を測定する平面度測定装置に反射鏡を有する試料台を載置し、前記反射鏡の平面度についての第１平面度データを取得する第１工程と、
前記試料台をステージ装置のステージに載置し、前記反射鏡に照射されるレーザ光の干渉を利用して取得される前記ステージの位置についての測定データを、前記第１平面度データを用いて補正する第２工程と
を備えることを特徴とする位置測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載の位置測定方法において、
前記ステージ装置に前記試料台を載置して取得される前記反射鏡の平面度についての第２平面度データを用い、前記第２工程で補正された測定データを更に補正する第３工程
を備えることを特徴とする位置測定方法。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の位置測定方法において、
前記試料台は、３点支持機構を有し、
前記試料台は、前記３点支持機構を利用して前記ステージ装置および前記平面度測定装置に載置される
ことを特徴とする位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光の干渉を利用して位置を測定するステージ装置、座標測定装置および位置測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、精密測定機器や精密工作機械、あるいは半導体製造における座標測定装置などには、レーザ光の干渉を利用してステージの位置を測定するステージ装置が広く使われている。
図８は、従来のステージ装置を用いた座標測定装置の斜視図である。座標測定装置は、マスクやレチクルなどの基板３１の表面に形成されている精密なパターンの座標を測定する装置である。
【０００３】
図８において、ステージ３５は、モータなどを備えるステージ駆動装置３６に接続され、このステージ駆動装置３６に入力される主制御装置３７からの制御信号によって２次元移動する。図において、ステージ３５が２次元移動する平面内には、図中左上から右下に向かってＸ軸、左下から右上に向かってＹ軸をとるＸＹ座標系が設定される。
【０００４】
このステージ３５上には、基板３１を載置する試料台３２が載置されている。試料台３２上面にあるＬ字型の側壁には、Ｘ軸反射鏡３３，Ｙ軸反射鏡３４が一体に設けられる。Ｘ軸反射鏡３３，Ｙ軸反射鏡３４の反射面は、試料台３２のＬ字型側壁の側面に光学研磨を施して形成したものである。
よって、Ｘ軸反射鏡３３，Ｙ軸反射鏡３４の反射面は、ステージ３５の移動に伴ってその位置を変える。
【０００５】
一方、試料台３２に載置された基板３１の上方には、対物レンズ３８が基板３１の表面からわずかな隙間をあけて配置される。さらに、対物レンズ３８の上方には、内部にレーザ光源などを有する光学装置３９が設けられる。
光学装置３９から射出されるレーザ光は、対物レンズ３８を介して、基板３１上にレーザスポットを形成する。したがって、ステージ３５が移動することによって、レーザスポット光が基板３１上のパターンを走査することになる。
【０００６】
また、対物レンズ３８と基板３１との間には、対物レンズ３８の光軸に対称な配置で、４つの受光素子４０〜４３が設けられる。これらの内の受光素子４０，４１は、Ｘ軸に沿って設けられ、受光素子４２，４３は、Ｙ軸に沿って設けられる。
【０００７】
したがって、例えば、レーザスポット光が基板３１上のパターンをＸ軸方向に走査するときに、基板３１上のパターンが有する微小な凹凸のエッジ部をレーザスポット光が横切って散乱または回折されると、その光は受光素子４０，４１で受光される。
同様にして、レーザスポット光が基板３１上のパターンをＹ軸方向に走査するときには、エッジ部で散乱または回折した光は、受光素子４２，４３で受光される。各受光素子４０〜４３は、エッジ部での散乱光または回折光を受光し、それをエッジ検出信号として主制御装置３７に出力する。
【０００８】
一方、Ｘ軸反射鏡３３，Ｙ軸反射鏡３４に対向する位置には、それぞれ測長用レーザ光源などを有するＸ軸用干渉計４４，Ｙ軸用干渉計４５が設けられる。さらに、対物レンズ３８の側部において、Ｘ軸用干渉計４４，Ｙ軸用干渉計４５に対向する位置には、それぞれＸ軸参照鏡４６，Ｙ軸参照鏡４７が取り付けられる。
Ｘ軸用干渉計４４から射出される測長用レーザ光は、Ｘ軸反射鏡３３の反射面で反射され、Ｘ軸参照鏡４６で反射した光と干渉する。よって、Ｘ軸用干渉計４４では、ステージ３５のＸ軸方向の移動に伴うレーザ光の強度変調信号を得ることができ、ステージ３５のＸ軸方向の位置が測定される。
【０００９】
同様にして、Ｙ軸用干渉計４５では、Ｙ軸反射鏡３４での反射光とＹ軸参照鏡４７での反射光との干渉から、ステージ３５のＹ軸方向の移動に伴うレーザ光の強度変調信号を得ることができ、ステージ３５のＹ軸方向の位置が測定される。このようにして測定したステージ３５のＸ軸方向，Ｙ軸方向の位置を示す位置信号は、Ｘ軸用干渉計４４，Ｙ軸用干渉計４５から主制御装置３７に出力される。
【００１０】
したがって、主制御装置３７では、受光素子４０〜４３によってエッジが検出されたときに、ステージ３５がどの位置にあったかを知ることで、パターンのＸ座標値，Ｙ座標値を測定することができる。
【００１１】
表示装置４８は、主制御装置３７によって測定されたパターンのＸ座標値，Ｙ座標値を表示する。以上のような測定が繰り返され、複数のパターン座標値が測定される。
以下、基板３１上のパターンのＸ座標値の測定について説明をする。Ｙ座標値の測定については同様であるので説明を省略する。
【００１２】
パターンのＸ座標値を測定する場合には、Ｘ軸反射鏡３３の反射面のたわみが実測値の測定精度に大きく影響する。Ｘ軸反射鏡３３の反射面のたわみの大きさは、パターンのＹ座標値が異なる各点において異なった値をとるからである。
通常、測長用レーザ光がＸ軸反射鏡３３の反射面で反射する位置は、ステージ３５のＹ軸方向への移動に伴って、Ｙ軸方向に１次元的に移動することになる。この反射位置の部分におけるＸ軸反射鏡３３の反射面のたわみが真直度である。以下、実測値への反射鏡の真直度の影響と、従来の反射鏡の真直度補正方法について、図９を参照して説明する。
【００１３】
図９は、Ｘ軸反射鏡３３の反射面と基板３１上のパターンとの座標関係を示す図である。図９において、Ｘ軸反射鏡３３の反射面の真直度をＸ(y) で表すことにする。また、基板３１上に実線で示されるパターン７０は、Ｘ軸を基準にして基板３１が０度姿勢のときのものである。理想的な座標系（たわみのないＸ軸反射鏡）で測定したときのパターン７０のＸ座標値は、Ｘp(y)で表されるとする。
【００１４】
真直度がＸ(y) で表されるＸ軸反射鏡３３を用い、０度姿勢の基板３１上に形成されたパターン７０のＸ座標値を実際に測定すると、得られる実測値Ｘr(y)は、
Ｘr(y)＝Ｘp(y)−Ｘ(y)＋Ｃ1  ，Ｃ1：オフセット量      ・・・(１)
と表される。つまり、Ｘ軸反射鏡３３の真直度Ｘ(y) がそのまま加わったものとなる。
【００１５】
そこで従来では、このＸ軸反射鏡３３のたわみを補正するために、基板３１を原点を中心にして１８０度回転させた１８０度姿勢での測定をも行うことによって補正値を算出していた。
以下、従来の補正方法について説明する。図中破線で示されるパターン７１は、基板３１が１８０度姿勢のときのものである。このパターン７１の理想的なＸ座標値は、−Ｘp(-y)と表される。
【００１６】
この１８０度姿勢の基板３１上に形成されたパターン７１のＸ座標値を、真直度がＸ(y)のＸ軸反射鏡３３を用いて測定する場合、得られる実測値Ｘs(y) は、
Ｘs(y)＝−Ｘp(-y)−Ｘ(y)＋Ｃ2，  Ｃ2：オフセット量  ・・・(２)
と表される。
こうして得られる２つの実測値（式(１)，式(２)）では、基板３１の姿勢が互いに１８０度回転している。したがって、基板３１上の同じ位置に対する実測値どうしを比較する（パターン７０とパターン７１とを重ねる）ために、１８０度姿勢の実測値Ｘs(y)を−Ｘs(-y)に変換し、この変換値−Ｘs(-y)と０度姿勢の実測値Ｘr(y)との差分ΔＸr(y)（＝−Ｘs(-y)−Ｘr(y)）を求める。
【００１７】
これによって、パターン７０，７１のＸ座標値の成分が打ち消されて、Ｘ軸反射鏡３３のＸ軸に対称な位置における真直度の和が求められる。すなわち、差分ΔＸr(y)は、
ΔＸr(y)＝Ｘ(-y)＋Ｘ(y)−Ｃ2−Ｃ1                    ・・・(３)
となる。
【００１８】
従来では、この差分ΔＸr(y)を２で割ることによって、Ｘ軸反射鏡３３の真直度Ｘa(y)を求めている。すなわち、Ｘ軸反射鏡３３の真直度Ｘa(y)は、
Ｘa(y)＝ΔＸr(y)／２                                  ・・・(４)
で求められる。
従来では、こうして求めたＸ軸反射鏡３３の真直度Ｘa(y) を、例えば、式(１)のＸ(y) の代わりに用いてＸ軸反射鏡３３の真直度補正を行う。補正後のパターン７０のＸ座標値Ｘpa(y)は、
Ｘpa(y)＝Ｘr(y)＋Ｘa(y)−Ｃ1  ，Ｃ1：オフセット量    ・・・(５)
と表される。以下、この従来の補正方法を「１８０度反転法」という。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の１８０度反転法では、式(４)より求められるＸ軸反射鏡３３の真直度Ｘa(y)は、式(４)に式(３)を代入することによってわかるように、Ｘ軸に対称な位置での真直度Ｘa(-y) と等しい。すなわち、従来の１８０度反転法では、Ｘ軸反射鏡３３の真直度は、Ｘ軸に対称（線対称）であると仮定していることになる。
【００２０】
ここで、Ｘ軸反射鏡３３の真直度が、例えば、図９に示されるＹ軸反射鏡３４のように点対称なものであると仮定する。つまり、Ｘ(y)＝−Ｘ(-y) であると仮定すると、式(３)はΔＸr(y)＝−Ｃ2−Ｃ1となる。
すなわち、Ｘ軸反射鏡３３の真直度Ｘa(y) は、式(４)より、オフセット量Ｃ1，Ｃ2 で決まる定数値となり、たとえＸ軸反射鏡３３が点対称な真直度を持っていたとしても、従来の１８０度反転法では、何ら真直度補正を行うことができないことがわかる。
【００２１】
図１０には、Ｘ軸反射鏡３３とＹ軸反射鏡３４とが、共に点対称な真直度を持つ場合の座標系を示す。このようなゆがみを持つ座標系は、１８０度回転しても重なってしまうので、従来の１８０度反転法を用いた補正では、図１１に示す理想的な座標系とすることができない。
すなわち、従来の１８０度反転法では、複雑なたわみ形状をもつ反射鏡の線対称な真直度成分のみを補正し、点対称な真直度成分、すなわち線対称な真直度成分以外の成分については真直度補正を行っていなかったことになる。
【００２２】
本発明の目的は、反射鏡の線対称な真直度成分以外の成分についても真直度補正を可能にするステージ装置、座標測定装置および位置測定方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、反射鏡を有する試料台をステージに載置し、反射鏡に照射されるレーザ光の干渉を利用してステージの位置を測定し、ステージ位置データを取得するステージ装置において、平面度を測定する外部の平面度測定装置に試料台を載置して取得される反射鏡の平面度についての第１平面度データを用い、ステージ位置データを補正する補正処理部を備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のステージ装置において、補正処理部は、当該装置に試料台を載置して取得される反射鏡の平面度についての第２平面度データを用い、補正されたステージ位置データを更に補正する処理部を備えることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、反射鏡を有する試料台をステージに載置し、反射鏡に照射されるレーザ光の干渉を利用してステージの位置を測定し、ステージ位置データを取得するステージ装置において、当該装置に試料台を載置して取得される反射鏡の平面度についての第２平面度データと、平面度を測定する外部の平面度測定装置に試料台を載置して取得される反射鏡の平面度についての測定データから線対称成分を除いてなる第３平面度データとにしたがって補正データを生成し、補正データを用いてステージ位置データを補正する補正処理部を備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のステージ装置において、試料台は、３点支持機構を有し、試料台は、３点支持機構を利用してステージ装置および平面度測定装置に載置されることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のステージ装置を用いる座標測定装置であって、試料台にはパターンが形成された基板が載置され、ステージ位置データとして、パターンの座標が測定されることを特徴とする。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、平面度を測定する平面度測定装置に反射鏡を有する試料台を載置し、反射鏡の平面度についての第１平面度データを取得する第１工程と、試料台をステージ装置のステージに載置し、反射鏡に照射されるレーザ光の干渉を利用して取得されるステージの位置についての測定データを、第１平面度データを用いて補正する第２工程とを備えることを特徴とする。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の位置測定方法において、ステージ装置に試料台を載置して取得される反射鏡の平面度についての第２平面度データを用い、第２工程で補正された測定データを更に補正する第３工程を備えることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項６または請求項７に記載の位置測定方法において、試料台は、３点支持機構を有し、試料台は、３点支持機構を利用してステージ装置および平面度測定装置に載置されることを特徴とする。
【００２８】
（作用）
請求項１に記載の発明にかかわるステージ装置では、当該装置に試料台を載置して取得したステージ位置データに対して反射鏡の真直度補正を行う際に、外部の平面度測定装置に試料台を載置して取得した反射鏡の平面度についての第１平面度データを用いる。
【００２９】
外部の平面度測定装置は、平面度を精密に測定する装置である。よって、この装置を用いて取得される第１平面度データは、反射鏡のたわみの線対称成分だけでなく、線対称成分以外の成分をも含むものであり、実際のたわみ形状に近似したものである。
したがって、この第１平面度データを用いて補正することによって、ステージ位置データに対する反射鏡の真直度補正を高精度に行うことができる。
【００３０】
請求項２に記載の発明にかかわるステージ装置では、上記の第１平面度データを用いて補正されたステージ位置データに対して、さらなる補正を行う。その補正の際に用いられる第２平面度データは、ステージ装置に試料台を載置して取得された、反射鏡のたわみの線対称成分に関するものである。
【００３１】
このように、この第２平面度データを用いてさらに補正することによって、ステージ位置データに対する反射鏡のたわみの線対称成分についての補正精度が向上する。
請求項３に記載の発明にかかわるステージ装置では、当該装置に試料台を載置して取得したステージ位置データに対して反射鏡の真直度補正を行う際に、次のようにして生成された補正データを用いる。
【００３２】
補正データは、ステージ装置に試料台を載置して取得した反射鏡のたわみの線対称成分に関する第２平面度データと、外部の平面度測定装置に試料台を載置して測定し、取得した反射鏡の平面度についての測定データから線対称成分を除いてなる第３平面度データとにしたがって生成される。
つまり、補正データは、反射鏡のたわみの線対称成分と、線対称成分以外の成分との両方を含んだものである。したがって、この補正データを用いて補正することによって、ステージ位置データに対する反射鏡の真直度補正を高精度に行うことができる。
【００３３】
さらに、ステージ装置を用いて、反射鏡のたわみの線対称成分に関する真直度補正を行った後に、外部の平面度測定装置を利用することによって、反射鏡のたわみの線対称成分以外の成分を補足して補正することもできるので、汎用性が高い。
請求項４に記載の発明にかかわるステージ装置では、試料台は、３点支持機構を利用してステージ装置および平面度測定装置に載置される。よって、ステージ位置データを取得するために、試料台をステージ装置に載置したときの反射鏡のたわみの形状が、外部の平面度測定装置に試料台を載置したときに再現される。
【００３４】
このように、外部の平面度測定装置では、ステージ位置データを取得するときの反射鏡のたわみの形状を測定することができるので、平面度測定装置によって取得される反射鏡の平面度データを利用して行われる真直度補正に対して、信頼性が向上する。
請求項５に記載の発明にかかわる座標測定装置では、試料台上の基板に形成されたパターンの座標が、上述した第１平面度データ、第２平面度データあるいは補正データによって補正される。したがって、反射鏡のたわみの線対称成分と線対称以外の成分との両方に関する真直度補正がなされた正確なパターン座標を得ることができる。
【００３５】
請求項６に記載の発明にかかわる位置測定方法では、外部の平面度測定装置に試料台を載置して反射鏡の第１平面度データを取得し、この第１平面度データを用いて、試料台をステージ装置に載置して取得されるステージの位置についての測定データを補正する。
外部の平面度測定装置は、平面度を精密に測定する装置である。よって、この装置を用いて取得される第１平面度データは、反射鏡のたわみの線対称成分だけでなく、線対称成分以外の成分をも含むものであり、実際のたわみ形状に近似したものである。
【００３６】
したがって、この第１平面度データを用いて補正することによって、ステージ位置データに対する反射鏡の真直度補正を高精度に行うことができる。
請求項７に記載の発明にかかわる位置測定方法では、請求項６において補正された測定データを、ステージ装置に試料台を載置して取得した反射鏡のたわみの線対称成分に関する第２平面度データを用いてさらに補正する。
【００３７】
したがって、ステージ位置データに対する反射鏡のたわみの線対称成分についての補正精度をさらに向上することができる。
請求項８に記載の発明にかかわる位置測定方法では、試料台は、３点支持機構を利用してステージ装置および平面度測定装置に載置される。したがって、試料台をステージ装置に載置するときと、平面度測定装置に載置するときとで、反射鏡のたわみが再現する。
【００３８】
このように、外部の平面度測定装置では、ステージ位置データを取得するときの反射鏡のたわみの形状を測定することができるので、平面度測定装置によって取得される反射鏡の平面度データを利用して行われる真直度補正に対して、信頼性が向上する。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００４０】
図１〜図７は、本発明の実施形態で用いる装置を示す。なお、図１は、本実施形態のステージ装置を用いた座標測定装置の側面図である。図２〜図４は、本実施形態のステージ装置における試料台の上面図、側面図、下面図である。図５は、平面度測定装置の概略構成を示す側面図である。図６，図７は、平面度測定装置によるＸ軸反射鏡，Ｙ軸反射鏡の平面度測定状態を示す上面図である。
【００４１】
この実施形態は、請求項１，４〜６，８の発明に対応する第１実施形態と、請求項３〜５，８の発明に対応する第２実施形態と、請求項２，４，５，７，８の発明に対応する第３実施形態とからなる。
図１に示す本実施形態の装置と図８に示す従来装置とでは、２つの点で相違している。１つ目の相違点は、試料台３２がステージ３５上に載置されるときに、３点支持手段１０を介している点にある。
【００４２】
本実施形態では、３点支持機構１０として、広く一般に用いられている、いわゆるV-Hole-Planeを採用している。この３点支持機構１０は、図１に示すように、３つの上部支持部材１２〜１４と、３つの下部支持部材１６〜１８と、３つの球１９〜２１とから構成される。
図１，図３において、試料台３２の下面側には、３つの上部支持部材１２〜１４が、図２，図４に示す配置で設けられる。上部支持部材１２の下面側には、図３，図４に示すように、円錐形の凹部１２ａが形成され、上部支持部材１３の下面側にはＶ形の溝部１３ａが形成され、上部支持部材１４は下面が平面に形成される。
【００４３】
一方、ステージ３５の上面側には、図１に示すように、３つの下部支持部材１６〜１８が、各上部支持部材１２〜１４の配置に対応する配置で設けられる。これらの３つの下部支持部材１６〜１８の上面側には、上部支持部材１２と同様に円錐形の凹部が形成されている。
そして、試料台３２をステージ３５上に載置するときには、上部支持部材１２の凹部と下部支持部材１６の凹部との間に球１９を挟み、上部支持部材１３の溝部と下部支持部材１７の凹部との間に球２０を挟み、上部支持部材１４の平面と下部支持部材１８との間に球２１を挟むことになる。
【００４４】
このように、本実施形態の装置では、試料台３２が３点支持手段１０を介してステージ３５上に載置される。試料台３２は、３点で支持されるので、ステージ３５上に載置されているときの安定性がよい。
さらに、試料台３２を一度ステージ３５から取り外しても、この３点支持手段１０によって、再び元の位置に再現性良く取り付けることができる。また、このような試料台３２の取り付けや取り外しにおいて、試料台３２に一体形成されているＸ軸反射鏡３３，Ｙ軸反射鏡３４のたわみの形状も再現する構造となっている。
【００４５】
また、本実施形態の装置と従来装置との２つ目の相違点は、主制御装置３７に作成される補正テーブルの内容にある。本実施形態では、例えば、図５に示されるように、レーザ光の干渉を利用して平面度を精密に測定する汎用の平面度測定装置を用いて、反射鏡の平面度を測定し、その結果に基づいて補正テーブルを作成する。
【００４６】
さて、図５において、平面度測定装置のステージ６１上には、一端側に回転テーブル６４が、ステージ６１の上面に対して垂直な回転軸を中心にして回転自在に設けられている。
また、回転テーブル６４の上面には、３つの下部支持部材６５〜６７が設けられる。各下部支持部材６５〜６７の配置や凹部の構造は、図１に示される座標測定装置のステージ３５に設けられる下部支持部材１６〜１８と同じである。
【００４７】
よって、試料台３２が平面度測定装置に載置されるときには、上部支持部材１２の凹部と下部支持部材６５の凹部との間に球６８を挟み、上部支持部材１３の溝部と下部支持部材６６の凹部との間に球６９を挟み、上部支持部材１４の平面と下部支持部材６７との間に球７０を挟むことになる。
すなわち、図５に示される平面度測定装置では、試料台３２は、図１に示される座標測定装置のステージ３５上に設けられた３点支持手段１０と同じ構造をもつ３点支持手段６０を介して、平面度測定装置の回転テーブル６４上に載置されることになる。
【００４８】
換言すれば、図５に示される平面度測定装置の回転テーブル６４上に試料台３２が載置されているときのＸ軸反射鏡３３，Ｙ軸反射鏡３４のたわみの形状は、図１に示される本実施形態の装置のステージ３５上に試料台３２が載置されているときの各反射鏡３３，３４のたわみの形状と等しくなる。
一方、平面度測定装置のステージ６１上の他端側には、図５に示されるように、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源やＣＣＤカメラなどを内部に備えた光学ユニット６２が設けられる。
【００４９】
光学ユニット６２から射出されるレーザ光は、基準平面ガラス６３に入射し、その一部が基準平面ガラス６３の内表面で反射して、再び光学ユニット６２内に入射する。一方、基準平面ガラス６３の表面を透過したレーザ光は、外部へ射出される。
すなわち、基準平面ガラス６３を透過したレーザ光は、平面度測定装置の回転テーブル６４上に試料台３２が載置され、回転テーブル６４の位置決めによって、図６に示されるように、Ｘ軸反射鏡３３が基準平面ガラス６３に対向している場合には、Ｘ軸反射鏡３３の反射面（測定面）に入射し、ここで反射した後、基準平面ガラス６３を介して光学ユニット６２内に入射する。
【００５０】
その結果、光学ユニット６２内では、基準平面ガラス６３の内表面で反射したレーザ光と、Ｘ軸反射鏡３３の反射面で反射したレーザ光との干渉縞が形成される。光学ユニット６２では、この干渉縞をＣＣＤカメラなどで観察し、所定のデータ処理を施すことで、Ｘ軸反射鏡３３の反射面の平面度についてのデータを得ている。
【００５１】
そして、平面度測定装置では、Ｙ軸反射鏡３４の反射面の平面度についてのデータを得るために、回転テーブル６４上に載置された試料台３２のＸ軸反射鏡３３が基準平面ガラス６３に対向している状態（図６参照）から、回転テーブル６４を反時計回りに９０度回転することによって、図７に示されるように、Ｙ軸反射鏡３４が基準平面ガラス６３に対向する状態とする。
【００５２】
この場合には、光学ユニット６２内には、基準平面ガラス６３の内表面で反射したレーザ光と、Ｙ軸反射鏡３４の反射面で反射したレーザ光とが取り込まれ、前述したと同様にして、これらのレーザ光によって形成される干渉縞から、Ｙ軸反射鏡３４の反射面の平面度についてのデータが測定される。
以上の構成において、請求項と本実施形態との対応関係は、次のようになっている。試料台には、試料台３２が対応する。ステージには、ステージ３５が対応する。平面度測定装置には、図５に示す平面度測定装置が対応する。補正処理部には、主制御装置３７が対応する。３点支持機構には、３点支持手段１０，６０が対応する。
【００５３】
以下、第１実施形態の動作を説明する。まず、試料台３２を図５に示される平面度測定装置に載置して、図６に示される状態として、Ｘ軸反射鏡３３の反射面の平面度（面形状）を測定する。次いで、回転テーブル６４を回転させて、図７に示される状態として、Ｙ軸反射鏡３４の反射面の平面度を測定する。
【００５４】
このようにして、試料台３２が図１に示される座標測定装置のステージ３５上に載置されているときのＸ軸反射鏡３３，Ｙ軸反射鏡３４の平面度を、図５に示される平面度測定装置によって測定することができる。
そして、得られたＸ軸反射鏡３３の反射面の平面度についてのデータから、Ｘ軸反射鏡３３の真直度補正に必要となる位置、すなわち座標測定装置において測長用レーザ光が照射されるＸ軸反射鏡３３上の位置に相当するデータを取り出す。以下、この取り出されたデータを、平面度データＸm(y)という。
【００５５】
また、同様にして、得られたＹ軸反射鏡３４の反射面の平面度についてのデータから、Ｙ軸反射鏡３４の真直度補正に必要となるデータを取り出す。以下、この取り出されたデータを、平面度データＹm(x)という。
ここで、平面度データＸm(y)，平面度データＹm(x)は、請求項１に記載された第１平面度データに対応する。
【００５６】
第１実施形態では、平面度データＸm(y)をそのままＸ軸反射鏡３３の真直度として用い、また、平面度データＹm(x)をそのままＹ軸反射鏡３４の真直度として用いて、主制御装置３７の補正テーブルを作成する。そして、この補正テーブルに基づいて、Ｘ軸反射鏡３３の真直度補正や、Ｙ軸反射鏡３４の真直度補正を行う。
【００５７】
以下、Ｘ軸反射鏡３３の真直度補正について説明をする。Ｙ軸反射鏡３４の真直度補正については同様であるので説明を省略する。
試料台３２を図１に示される座標測定装置のステージ３５に３点支持手段１０を介して載置し、図８に示される従来装置と同様にして、例えば、０度姿勢の基板３１上に形成されたパターン７０のＸ座標値を測定する。
【００５８】
得られるパターン７０のＸ座標値の実測値Ｘr(y)は、主制御装置３７に出力され、上記のように設定記憶された主制御装置３７の補正テーブルに基づいて、Ｘ軸反射鏡３３の真直度補正が行われる。
補正後のパターン７０のＸ座標値Ｘpm(y)として、
Ｘpm(y)＝Ｘr(y)＋Ｘm(y)−Ｃ1  ，Ｃ1：オフセット量      ・・・(６)
が得られる。
【００５９】
このように、第１実施形態では、平面度測定装置で得られた平面度データＸm(y)をそのままＸ軸反射鏡３３の真直度としているので、この真直度Ｘm(y)は、従来の真直度Ｘa(y)のように線対称成分のみというものではなく、例えば、点対称成分などの線対称成分以外の成分を含んでいるものである。
したがって、第１実施形態によれば、Ｘ軸反射鏡３３の真直度の線対称成分と、従来の１８０度反転法では補正することができなかった線対称成分以外の成分との両方が補正される。第１実施形態は、平面度測定装置の測定精度が高い場合に特に有効である。
【００６０】
次に、第２実施形態の動作を説明する。上述した第１実施形態との相違点は、主制御装置３７に作成される補正テーブルの内容にある。
第２実施形態では、第１実施形態と同様にして、試料台３２を図５に示される平面度測定装置に載置して、試料台３２が図１に示される座標測定装置に載置されるときのＸ軸反射鏡３３，Ｙ軸反射鏡３４の平面度を測定し、平面度データＸm(y)，平面度データＹm(x)を得る。
【００６１】
しかし、第２実施形態では、第１実施形態のように、平面度データＸm(y)，平面度データＹm(x)の全てをそのまま補正テーブルに設定するのではない。
すなわち、第２実施形態では、平面度データＸm(y)から、Ｘ軸反射鏡３３の真直度の線対称成分以外の成分に相当するデータＸb(y)が抽出される。ここで、Ｘ軸反射鏡３３の真直度の線対称成分は、（Ｘm(y)＋Ｘm(-y))／２で求められるので、Ｘ軸反射鏡３３の真直度の線対称成分以外の成分に相当するデータＸb(y)は、
Ｘb(y)＝Ｘm(y)−（Ｘm(y)＋Ｘm(-y)）／２          ・・・(７)
となる。
【００６２】
また、同様にして、Ｙ軸反射鏡３４の真直度の線対称成分以外の成分に相当するデータＹb(x)が、平面度データＹm(x)を用いて求められる。ここで、データＸb(y)，データＹb(x)は、請求項３に記載された第３平面度データに対応する。
さらに、第２実施形態では、従来の１８０度反転法によって、Ｘ軸反射鏡３３の真直度の線対称成分に相当するデータＸa(y)と、Ｙ軸反射鏡３４の真直度の線対称成分に相当するデータＹa(x)とを求める。
【００６３】
ここで、データＸa(y)，データＹa(x)は、請求項３に記載された第２平面度データに対応する。
第２実施形態では、平面度測定装置によって得たデータＸb(y)と、従来の方法によって得たデータＸa(y)との合計で表されるデータＸc(y)を、Ｘ軸反射鏡３３の真直度として用いて、主制御装置３７の補正テーブルを作成する。
【００６４】
また、平面度測定装置によって得たデータＹb(x)と、従来の方法によって得たデータＹa(x)との合計で表されるデータＹc(x)を、Ｙ軸反射鏡３４の真直度として用いて、主制御装置３７の補正テーブルを作成する。
そして、この補正テーブルに基づいて、Ｘ軸反射鏡３３の真直度補正や、Ｙ軸反射鏡３４の真直度補正を行う。ここで、データＸc(y)，データＹc(x)は、請求項３に記載された補正データに対応する。
【００６５】
以下、Ｘ軸反射鏡３３の真直度補正について説明をする。Ｙ軸反射鏡３４の真直度補正については同様であるので説明を省略する。
試料台３２を図１に示される座標測定装置のステージ３５に３点支持手段１０を介して載置し、図８に示される従来装置と同様にして、例えば、０度姿勢の基板３１上に形成されたパターン７０のＸ座標値を測定する。
【００６６】
得られるパターン７０のＸ座標値の実測値Ｘr(y)は、主制御装置３７に出力され、上記のように設定記憶された主制御装置３７の補正テーブルに基づいて、Ｘ軸反射鏡３３の真直度補正が行われる。
補正後のパターン７０のＸ座標値Ｘpc(y)として、
Ｘpc(y)＝Ｘr(y)＋Ｘc(y)−Ｃ1  ，Ｃ1：オフセット量    ・・・(８)
が得られる。
【００６７】
このように、第２実施形態では、Ｘ軸反射鏡３３の真直度の線対称成分については従来の１８０度反転法によって補正し、それ以外の成分を平面度測定装置で得られる平面度データＸm(y)から抽出して補正している。
したがって、第２実施形態によれば、Ｘ軸反射鏡３３の真直度の線対称成分と、従来の１８０度真直法では補正することができなかった線対称以外の成分との両方が補正される。
【００６８】
次に、第３実施形態の動作を説明する。第３実施形態は、上述した第１実施形態による真直度補正に種々の誤差要因が作用し、補正精度が十分に得られない場合に、さらに、従来の１８０度反転法を併用するものである。
第３実施形態では、第１実施形態と同様にして、図５に示される平面度測定装置を用いて、試料台３２が図１に示される座標測定装置に載置されるときのＸ軸反射鏡３３，Ｙ軸反射鏡３４の平面度を測定し、得られる平面度データＸm(y)，平面度データＹm(x)をそのまま使って補正テーブルを作成する。平面度データＸm(y)，平面度データＹm(x)は、請求項１に記載された第１平面度データに対応する。
【００６９】
第３実施形態では、まず、この補正テーブルに基づいてＸ軸反射鏡３３，Ｙ軸反射鏡３４の真直度補正を行う。これによって、Ｘ軸反射鏡３３，Ｙ軸反射鏡３４のたわみの線対称成分と、従来では補正不可能であった線対称以外の成分との両方が補正される。
次いで、第３実施形態では、従来の１８０度反転法によって、Ｘ軸反射鏡３３の真直度の線対称成分に相当するデータＸa(y)と、Ｙ軸反射鏡３４の真直度の線対称成分に相当するデータＹa(x)とを求める。ここで、データＸa(y)，データＹa(x)は、請求項２に記載された第２平面度データに対応する。
【００７０】
第３実施形態では、データＸa(y)によって、主制御装置３７に設定記憶されている補正テーブルのデータＸm(y)を更新し、式(６)に示される補正後のパターンのＸ座標値Ｘpm(y)に対して、さらに真直度補正を行う。
また、第３実施形態では、同様にして、データＹa(x)によって、主制御装置３７に設定記憶されている補正テーブルのデータＹm(x)を更新し、補正後のパターンのＹ座標値Ｙpm(x)に対して、さらに真直度補正を行う。
【００７１】
このように、第３実施形態によれば、平面度測定装置によって得られる平面度データＸm(y)，Ｙm(x)の測定精度が十分でない場合であっても、従来の方法を用いることによって、Ｘ軸反射鏡３３，Ｙ軸反射鏡３４の真直度の線対称成分についての補正精度をさらに向上することができる。
このように、上述した３つの実施形態では、従来の１８０度反転法では補正できなかった反射鏡の真直度の線対称成分以外の成分についても真直度補正ができる。したがって、座標測定装置の真直度の補正精度が向上し、座標測定装置の座標系のゆがみはほぼ解消する。
【００７２】
つまり、これらの実施形態では、従来の１８０度反転法では補正できなかった図１０に示すようにゆがんだ座標系を、図１１に示す理想的な座標系に変換することができる。このことは、本来、理想的に正方形の形状が、座標測定装置によって正しく正方形に測定できるということであり、大変有効な補正である。
また、この真直度補正を複数の座標測定装置に対して行えば、座標測定装置の座標系を全てそろえることができる。その結果、座標測定装置の機差を最小限に抑えることが可能となる。
【００７３】
上述した３つの実施形態は、平面度測定装置の測定精度や座標測定装置における要求精度によって、適宜使い分けることができる。
なお、上述した実施形態では、試料台として、その側面に光学研磨を施して反射鏡が一体形成されたものを用いたが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、反射鏡と試料台とが別体であっても、真直度補正を行う前までには、接着あるいはその他の方法により両者が固定されていればよい。
【００７４】
また、上述した実施形態では、ステージ装置を座標測定装置に組み込んだ場合を例にとって説明したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、精密測定機器や、レーザ加工装置などの精密工作機械など、ステージの位置をレーザ光の干渉を利用して測定する機能を持った装置であれば何でも利用できる。
さらに、上述した実施形態では、平面度測定装置として、レーザ光の干渉を利用して測定する装置をあげて説明したが、本発明はこの構成のものに限らない。例えば、静電容量の変化を利用した非接触式の装置や、ダイヤモンドなどの針で測定面上をなぞる接触式の装置が考えられる。
【００７５】
また、上述した実施形態では、３点支持手段として、V-Hole-Planeを採用したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、試料台の下面側に円錐形状の凸部を３つ設けておけば、反射鏡のたわみの形状の再現性を得ることができる。このとき、これらの凸部に対応する凹部をステージ上に設けておけば、試料台がステージ上に載置されるＸＹ面内の位置を再現することもできる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、請求項６に記載した発明では、外部の平面度測定装置を用いて取得した反射鏡の平面度についてのデータを用いて、ステージ位置データの真直度補正を行うので、反射鏡の真直度の線対称成分だけでなく、ステージ装置のみでは補正が困難であった真直度の線対称成分以外の成分の補正をも行うことができる。
【００７７】
また、請求項２、請求項７に記載した発明では、外部の平面度測定装置を用いて取得した反射鏡の平面度についてのデータを用いて真直度補正を行ったステージ位置データに対して、さらに、ステージ装置を用いて取得した反射鏡の平面度についてのデータを用いて真直度補正を行うので、反射鏡の真直度の線対称成分についての補正精度を向上することができる。
【００７８】
また、請求項３に記載した発明では、ステージ装置を用いて取得した反射鏡の平面度の線対称成分についてのデータと、外部の平面度測定装置を用いて取得した反射鏡の平面度の線対称成分以外の成分についてのデータとを用いて、ステージ位置データの真直度補正を行うので、反射鏡の真直度の線対称成分だけでなく、ステージ装置のみでは補正が困難であった真直度の線対称成分以外の成分の補正をも行うことができる。
【００７９】
さらに、請求項４、請求項８に記載した発明では、試料台をステージ装置に載置するときと、平面度測定装置に載置するときとで、反射鏡の真直度を再現することができるので、外部の平面度測定装置を用いて取得した反射鏡の平面度についてのデータを利用した真直度補正の信頼性が向上する。
さらに、請求項５に記載した発明では、反射鏡の真直度の線対称成分と、線対称成分以外の成分との両方に関する真直度補正がなされるので、正確なパターン座標を得ることができる。
【００８０】
したがって、これらの発明が適用されたステージ装置、座標測定装置および位置測定方法では、反射鏡の真直度の各種成分の補正を行うことができ、真直度補正の精度が向上することになるので、測定の絶対精度が向上し、機差が低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のステージ装置を用いた座標測定装置の側面図である。
【図２】本実施形態のステージ装置における試料台の上面図である。
【図３】本実施形態のステージ装置における試料台の側面図である。
【図４】本実施形態のステージ装置における試料台の下面図である。
【図５】平面度測定装置の構成を示す側面図である。
【図６】平面度測定装置によるＸ軸反射鏡の平面度測定状態を示す上面図である。
【図７】平面度測定装置によるＹ軸反射鏡の平面度測定状態を示す上面図である。
【図８】従来のステージ装置を用いた座標測定装置の斜視図である。
【図９】反射鏡の反射面と基板上パターンの座標関係を示す図である。
【図１０】ゆがんだ座標系を示す図である。
【図１１】理想的な座標系を示す図である。
【符号の説明】
１０，６０  ３点支持機構
１２〜１４  上部支持部材
１６〜１８，６５〜６７  下部支持部材
１９〜２１，６８〜７０  球
３１  基板
３２  試料台
３３  Ｘ軸反射鏡
３４  Ｙ軸反射鏡
３５，６１  ステージ
３６  ステージ駆動装置
３７  主制御装置
３８  対物レンズ
３９  光学装置
４０〜４３  受光素子
４４  Ｘ軸用干渉計
４５  Ｙ軸用干渉計
４６  Ｘ軸参照鏡
４７  Ｙ軸参照鏡
４８  表示装置
６２  光学ユニット
６３  基準平面ガラス
６４  回転テーブル
【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】
0003772444.tif 000008
【図８】
0003772444.tif 000009
【図９】
0003772444.tif 000010
【図１０】
0003772444.tif 000011
【図１１】
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