JP3218570B2 - 干渉計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ技術を用いて製造
する際に原版となるフォトマスク上のパターンの座標測
定を行う場合に適用して好適な干渉計に関する。

【０００２】

【従来の技術】第１の点と第２の点との相対的な距離の
変化量を高精度に計測できる装置としてレーザー干渉計
が知られている。レーザー干渉計は、第１の点の反射手
段から反射された第１のレーザービームの光路長と第２
の点の反射手段から反射された第２のレーザービームの
光路長との差が変化するときの干渉縞の変化又はビート
信号の変化を計数パルス等に変換するものであり、例え
ばこの計数パルスを積算計数することにより両者の相対
的な距離を求めることができる。

【０００３】レーザー干渉計を用いて測定を行う対象の
一例として、半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリ
ソグラフィ技術を用いて製造する際に原版となるフォト
マスク上のパターンがある。斯かるフォトマスクのパタ
ーンの座標測定を行うには、そのフォトマスクを２次元
的に移動できるステージ上に載置し、そのフォトマスク
を例えばエッジ検出用の顕微鏡で観察する。また、エッ
ジ検出用の顕微鏡の側面に固定反射鏡を取り付け、ステ
ージの側面に移動反射鏡を取り付け、それら固定反射鏡
及び移動反射鏡でそれぞれ第１のレーザービーム及び第
２のレーザービームを反射させ、これら反射後の２本の
レーザービームを干渉させることにより、ステージとエ
ッジ検出用の顕微鏡との相対的な移動量を高精度に計測
することができる。

【０００４】そして、エッジ検出用の顕微鏡でフォトマ
スクの或る基準パターンを検出した後に、検出対象のパ
ターンを検出し、そのときのステージの移動量を測定す
ることによりそのパターンの計測方向の座標が測定でき
る。この場合、ステージ上の移動反射鏡を除いて従来の
干渉計の光学系は固定されており、その移動反射鏡に入
射する第２のレーザービームのそのエッジ検出用の顕微
鏡の光軸方向の高さ、即ちフォトマスクの厚さ方向の測
定位置も固定されていた。そのフォトマスクの厚さ方向
の測定位置は、例えば標準的なフォトマスクの測定面の
高さに固定されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
干渉計においては、例えば厚さの異なるフォトマスクが
ステージ上に載置されると、このフォトマスクの測定面
と第２のレーザービームの入射位置との間に位置ずれが
生じ、ステージのピッチング等に起因して所謂アッベ誤
差が発生する不都合があった。また、フォトマスク以外
にも一般にレーザー干渉計を用いて試料の寸法等を測定
する場合には、試料の測定部とレーザービームとが同一
直線上に存在しないと、アッベ誤差による測長誤差が発
生する。

【０００６】本発明は斯かる点に鑑み、アッベ誤差によ
る測長誤差を少なくできる干渉計を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の干渉
計は、例えば図１に示す如く、コヒーレントな光ビーム
を発生する光源（１）と、その光ビームを第１ビームＬ
Ｂ１と第２ビームＬＢ２とに分割する光束分割手段
（２）と、第１部材（１１）に固定されその第１ビーム
ＬＢ１を反射する第１反射手段（４−２）と、計測方向
（Ｘ方向）に移動自在に支持された第２部材（８）に固
定され第２ビームＬＢ２を反射する第２反射手段（４−
１）と、その第１反射手段から反射された第１ビームと
その第２反射手段から反射された第２ビームとを混合し
て光電変換する受光手段（２，１６）とを有し、第１部
材（１１）と第２部材（８）との相対的な変位を検出す
る干渉計において、その光源（１）とその第２反射手段
（４−１）との間にその第２ビームＬＢ２をその計測方
向に垂直な方向（Ｚ方向）に横ずれさせる調整手段
（３）を設け、その第２部材（８）の計測対象部（５
ａ）のその計測方向に垂直な方向（Ｚ方向）の位置に応
じてその第２ビームＬＢ２の位置を調整するようにした
ものである。

【０００８】この場合、その第２部材（８）の計測対象
部（５ａ）の計測方向に垂直な方向（Ｚ方向）の位置を
検出する位置検出手段（１２）を設け、この位置検出手
段で検出した位置にその調整手段（３）を介してその第
２ビームＬＢ２の位置を合わせることが望ましい。更
に、その第１ビームＬＢ１の光路長を補正する光路長補
正手段（調整手段（３）が兼用している）を設け、その
調整手段（３）を動作させたときのその第２ビームＬＢ
２の光路長の変化量と等しい量だけ第１ビームＬＢ１の
光路長を変化させることが望ましい。

【０００９】また、本発明による第２の干渉計は、例え
ば図１に示す如く、コヒーレントな光ビームを発生する
光源（１）と、その光ビームを第１ビームＬＢ１と第２
ビームＬＢ２とに分割する光束分割手段（２）と、その
第１ビームＬＢ１を反射する第１反射手段（４−２）
と、測定試料（５）を載置し略平面を移動する移動部材
（８）に固定されその第２ビームＬＢ２を反射する第２
反射手段（４−１）と、その第１反射手段から反射され
た第１ビームとその第２反射手段から反射された第２ビ
ームとを混合して光電変換する受光手段（２，１６）と
を有し、その移動部材（８）の移動量を検出する干渉計
において、その測定試料（５）の測定点の第２ビームＬ
Ｂ２の進行方向に垂直な方向（Ｚ方向）の位置を検出す
る位置検出手段（１２）を設け、この位置検出手段（１
２）で検出した位置に合わせてその第２ビームＬＢ２の
光路を横ずれさせる光路調整手段（３）を、その第２反
射手段（４−１）に入射するその光ビームの光路上に配
設したものである。

【００１０】

【作用】斯かる本発明の第１の干渉計によれば、第２部
材（８）が計測方向に移動すると、第２反射手段（４−
１）で反射される第２ビームの光路長が変化し、受光手
段において第１ビームＬＢ１と第２ビームＬＢ２とを干
渉させて得られた光束の光電変換信号が変化することか
ら、その第２部材の第１部材に対する移動量を検出する
ことができる。この場合、第２部材（８）の計測対象部
（５ａ）の計測方向に垂直な方向（Ｚ方向）の位置が変
化したときには、調整手段（３）により第２ビームＬＢ
２の位置をその計測対象部（５ａ）の位置に合わせるこ
とにより、その第２ビームＬＢ２と計測対象部（５ａ）
とを同一直線上に設定することができる。従って、第２
部材（８）が移動するときにピッチング等が発生して
も、アッベ誤差は生ずることがなく、高精度に第１部材
（１１）と第２部材（８）との相対的な変位を検出する
ことができる。

【００１１】また、その第２部材（８）の計測対象部の
計測方向に垂直な方向の位置を検出する位置検出手段
（１２）を設けた場合、例えば第２部材（８）の計測対
象部（５ａ）の高さが変化したときには、位置検出手段
（１２）でその高さを検出する。そして、この検出した
位置に第２ビームＬＢ２の位置を合わせることにより、
自動的に第２ビームＬＢ２と第２部材（８）の計測対象
部（５ａ）とを同一直線上に設定することができる。

【００１２】更に、第２ビームＬＢ２を計測方向に垂直
な方向に横ずれさせる調整手段（３）が例えば平行平面
板である場合には、その平行平面板の傾斜角を変えるこ
とにより横ずれ量を変化させると、第２ビームＬＢ２の
光路長が変化し、受光手段（２，１６）では第２部材
（８）が変位した場合と同様の光電変換信号が検出され
る。それに対して、光路長補正手段（３）で第１ビーム
ＬＢ１の光路長をその第２ビームＬＢ２の光路長の変化
量と等しい量だけ変化させると、調整手段（３）に起因
する光路長の変化を補償できる。

【００１３】次に、本発明の第２の干渉計は、上述の第
１の干渉計と比較して、前提として２つの部材間の相対
的な移動量ではなく、測定試料（５）を載置した移動部
材（８）の移動量を測定する点が異なっている。また、
位置検出手段（１２）及び光路調整手段（３）が設けら
れているので、位置検出手段（１２）で検出した位置に
合わせて光路調整手段（３）を介して第２反射手段（４
−１）に入射する光ビームの位置を横ずれさせることに
より、アッベ誤差により測長誤差が生じるのを防止する
ことができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による干渉計の第１実施例につ
き図１及び図２を参照して説明する。本実施例は、フォ
トマスクのパターンの座標測定装置の測長系に本発明を
適用したものである。図１は本実施例の測定装置を示
し、この図１において、１はレーザー光源よりなるコヒ
ーレント光源である。コヒーレント光源１から射出され
たレーザービームＬＢは、平行平面板３を透過した後
に、ハーフミラー２によって２つの光ビームに分けられ
る。これら光ビームの内で、ハーフミラー２を透過した
第１ビームＬＢ１は参照系のミラー４−２に向かい、ハ
ーフミラー２で反射された第２ビームＬＢ２は光路折り
曲げ用のミラー４を経て測定系のミラー４−１に向か
う。測定系のミラー４−１に向かう第２ビームＬＢ２と
参照系のミラー４−２に向かう第１ビームＬＢ１とは平
行であり、これら２本の平行なビームに平行にＸ軸を取
る。

【００１５】参照系のミラー４−２で反射された第１ビ
ームＬＢ１の内でハーフミラー２により反射された光ビ
ームはフォトディテクタ１６に入射し、測定系のミラー
４−１により反射されミラー４で反射された第２ビーム
ＬＢ２の内でハーフミラー２を透過した光ビームもフォ
トディテクタ１６に入射する。フォトディテクタ１６
は、２つの光ビームの干渉により得られた光束（干渉
光）を光電変換して得られた干渉信号を出力する。その
干渉光の変化より、参照系のミラー４−２と測定系のミ
ラー４−１とのＸ方向の相対的な変位を測定することが
できる。

【００１６】５は測定対象のパターンが形成されたフォ
トマスクよりなる試料を示し、試料５をホルダ６上に保
持し、ホルダ６を回転可能なθステージ７上に固定し、
θステージ７を試料台８上に固定する。この試料台８の
一端に測定系のミラー４−１を取り付ける。また、試料
台８をＸ方向に移動できるＸステージ９上に固定し、Ｘ
ステージ９をＸ方向に垂直なＹ方向（図１の紙面に垂直
な方向）に移動できるＹステージ１０上に載置する。従
って、試料台８はＸＹ平面内において任意の位置に移動
することができる。

【００１７】１１は対物レンズを示し、試料５の上方に
その対物レンズ１１をＸＹ平面に垂直なＺ方向に移動自
在に支持する。対物レンズ１１のＺ方向の位置を位置セ
ンサ１２により常時検出し、位置センサ１２より出力さ
れる位置情報を制御部１３に供給する。制御部１３は対
物レンズ１１のＺ軸方向の位置に応じて、駆動部１４を
介して平行平面板３を図１の紙面に垂直な軸を中心とし
て回転する。例えば図１の状態から平行平面板３を時計
方向に位置３Ａまで回転すると、平行平面板３を透過し
た後のレーザービームＬＢは図１の紙面に平行な方向
（Ｚ方向）に位置Ｔ１まで横ずれし、ハーフミラー２及
びミラー４で反射されて測定系のミラー４−１に入射す
る第２ビームＬＢ２もＺ方向に位置Ｔ２まで横ずれす
る。本実施例では参照用のミラー４−２に入射する第１
ビームＬＢ１の位置も同じ量だけＺ方向に横ずれする。

【００１８】即ち、本例においては、平行平面板３の回
転角を調整することにより、測定系のミラー４−１に入
射する第２ビームＬＢ２のＺ方向の位置を調整すること
ができる。また、平行平面板３は第１ビームＬＢ１及び
第２ビームＬＢ２に共通に作用するため、平行平面板３
の回転角が変化しても、第１ビームＬＢ１の光路長と第
２ビームＬＢ２の光路長との差は変化しない。従って、
平行平面板３の回転角を調整して第２ビームＬＢ２のＺ
方向の位置を変えても、フォトディテクタ１６で受光し
ている干渉光の状態は変化せず、フォトディテクタ１６
では対物レンズ１１と試料台８（ひいては試料５）との
相対的な変位だけを正確に検出することができる。

【００１９】１５はフォーカス及びパターン検出系を示
し、このフォーカス及びパターン検出系１５から所定の
レーザービームが対物レンズ１１に供給され、対物レン
ズ１１から射出されるレーザービームは試料５の計測面
５ａ上に集束される。この場合、フォーカス及びパター
ン検出系１５は、計測面５ａで反射されて対物レンズ１
１を介して戻されるレーザー光を用いて、対物レンズ１
１のベストフォーカス面（焦点面）からの計測面５ａの
焦点ずれを検出し、図示省略した駆動機構を用いて対物
レンズ１１をＺ方向に上下することにより、計測面５ａ
が常に対物レンズ１１の焦点面に位置するようにする。
この場合の対物レンズ１１のＺ方向の位置は位置センサ
１２により検出されている。更に、フォーカス及びパタ
ーン検出系１５は、例えば計測面５ａに形成されたパタ
ーンのエッジ部から散乱されるレーザー光等を検出する
ことにより、その計測面５ａのパターンの検出を行い、
このパターンの検出情報をパターン座標検出部１８に供
給する。

【００２０】また、フォトディテクタ１６から出力され
る干渉信号を干渉計座標測定部１７に供給し、干渉計座
標測定部１７は参照系のミラー４−２と測定系のミラー
４−１との相対的な変位、即ち試料台８と対物レンズ１
１とのＸ方向の相対的な変位を求める。このように求め
られた変位は、試料５の計測面５ａ上の対物レンズ１１
の焦点位置におけるＸ方向の座標値と考えることができ
る。そして、図示省略するも、本実施例では図１の紙面
に垂直なＹ方向の試料台８と対物レンズ１１との相対的
な変位を計測するための干渉計も設けられており、この
Ｙ方向用の干渉計で検出された干渉信号も干渉計座標測
定部１７に供給されている。従って、干渉計座標測定部
１７は、計測面５ａの対物レンズ１１の焦点位置におけ
るＸ方向及びＹ方向の座標値を算出し、この座標値をパ
ターン座標検出部１８に供給する。パターン座標検出部
１８では、計測面５ａの各パターンのＸ方向及びＹ方向
の座標を測定する。

【００２１】次に、本実施例において試料５の計測面５
ａのパターンの座標を計測する場合の動作につき説明す
る。先ず、計測面５ａ上のパターンを正確に検出するた
めに、フォーカス及びパターン検出系１５によって対物
レンズ１１のベストフォーカス面（焦点面）を求め、駆
動機構で対物レンズ１１のＺ方向の高さを調節すること
で、試料５の計測面５ａ上に対物レンズ１１の焦点面を
合致させる。このように計測面５ａに合焦された状態
で、Ｘステージ９及びＹステージ１０を駆動して試料台
８をＸＹ面内で移動させながら、フォーカス及びパター
ン検出系１５によって計測面５ａ上のパターンを順次検
出する。このようにして検出されたパターンのＸＹ座標
は、干渉計座標測定部１７から座標情報が供給されてい
るパターン座標検出部１８において正確に求められる。

【００２２】次に、図２を参照して平行平面板３の有用
性について詳細に説明する。図２は計測系のミラー４−
１と試料５の計測面５ａとの関係を簡略化して示し、こ
の図２において、計測面５ａの現在の計測点を点Ｐとす
る。また、実線で示すように、第２ビームＬＢ２と計測
面５ａとはＺ方向にΔＺだけずれているものとする。こ
の状態で、ステージのピッチング、ローリング等によ
り、破線で示すように試料台８が計測点Ｐを中心として
角度φだけ回転すると、計測系のミラー４−１も角度φ
だけ回転する。この場合、第２ビームＬＢ２が計測系の
ミラー４−１に入射するＸ方向の位置はδだけ変化し、
角度φが小さいという条件下でδはほぼΔＺ・ｓｉｎφ
で表される。これは試料台８の微小な回転によりアッベ
誤差による測長誤差が生じることを意味している。

【００２３】それに対して、図１の平行平面板３の回転
量を調整して図２において、第２ビームＬＢ２のＺ方向
の高さを計測面５ａの延長上の位置Ｔ３に設定すると、
仮に試料台８が傾いても計測誤差は無視できる程度であ
る。また、例えばフォトマスクよりなる試料５には種々
の厚さのものが存在するため、或る試料５に対して平行
平面板３の回転角を調整して第２ビームＬＢ２のＺ方向
の位置を計測面５ａの高さに合わせても、平行平面板３
の回転角が固定されていると、別の厚さの異なる試料に
対しては第２ビームＬＢ２と計測面とがずれてしまう。

【００２４】試料として、例えば半導体製造用のガラス
レチクルを考えると、種類により数ｍｍの厚さの変化が
ある。そして、図２のようにステージのピッチングによ
る回転角φが１秒で、計測面５ａと第２ビームＬＢ２と
の高さの差ΔＺが２ｍｍとすると、アッベ誤差による測
定誤差δは０．００９７μｍ程度となる。これは、干渉
計の１カウントを０．００５μｍとすると、約２カウン
トのずれにも相当してしまう。このことは、試料交換時
に干渉計の第２ビームＬＢ２の高さを補正する必要があ
ることを意味する。ただし、試料５の計測面５ａ内の高
低差（凹凸）が大きい場合、ピッチング若しくはローリ
ングが大きい場合又は更に高精度に測定を行う必要があ
る場合などには、試料５の計測面５ａ内でも各計測点で
第２ビームＬＢ２の高さの補正を行うことが必要にな
る。

【００２５】このため、本実施例では、対物レンズ１１
は各試料の計測面に合焦する位置までＺ方向に移動し、
その合焦時の対物レンズ１１の位置が位置センサ１２に
より検出され、この検出結果に応じて平行平面板３の回
転角が調整されている。従って、種々の厚さの試料に対
して、更に試料内で厚さがばらついても、自動的にその
試料の各計測点のＸ方向への延長上に第２ビームＬＢ２
が位置するようになり、アッベ誤差による測長誤差の発
生を防止することができる。

【００２６】また、図１に示すように、参照系のミラー
４−２は対物レンズ１１に固定されており、試料５の厚
さの変化による計測面５ａのＺ方向の高さの変化に対応
して対物レンズ１１のＺ方向の高さも同じ量だけ変化す
る。そして、対物レンズ１１のＺ方向への移動量と同じ
量だけ、第１ビームＬＢ１の参照系のミラー４−２に対
する入射位置も変化するため、第１ビームＬＢ１は参照
系のミラー４−２上で常に一定の位置に入射する。従っ
て、参照系のミラー４−２がＸ方向に垂直でない状態で
対物レンズ１１がＺ方向に移動しても、計測誤差が生ず
ることがない利点がある。

【００２７】なお、図１の例でヘテロダイン方式で計測
を行う場合には、コヒーレント光源１として例えば周波
数ｆ１で図１の紙面に平行な方向に偏光した第１ビーム
と周波数ｆ２（ｆ２＞ｆ１）で図１の紙面に垂直な方向
に偏光した第２ビームとを射出する２周波レーザー光源
を使用する。更に、ハーフミラー２の代わりに偏光ビー
ムスプリッターを使用し、この偏光ビームスプリッター
と参照系のミラー４−２との間及び偏光ビームスプリッ
ターと計測系のミラー４−１との間にそれぞれ１／４波
長板を配置する。このような配置にすると、参照系のミ
ラー４−２には周波数ｆ１の第１ビームが入射し、計測
系のミラー４−１では周波数ｆ２の第２ビームが入射
し、フォトディテクタ１６からは基本周波数が（ｆ２−
ｆ１）で両ミラー４−１及び４−２の相対的な移動速度
に応じて周波数変調されたビート信号が出力される。

【００２８】次に、本発明の第２実施例につき図３を参
照して説明する。本実施例は、図１の例における第１ビ
ームＬＢ１と第２ビームとをそれぞれ独立に横ずれさせ
る例であり、図３において図１に対応する部分には同一
符号を付してその詳細説明を省略する。図３は本例の測
定装置を示し、この図３において、コヒーレント光源１
からＸ方向に射出されるレーザービームＬＢをハーフミ
ラー２で透過光としての第１ビームＬＢ１と反射光とし
ての第２ビームＬＢ２とに分割する。そして、第１ビー
ムＬＢ１を参照系の平行平面板３−２を介して参照系の
ミラー４−２に導き、第２ビームＬＢ２を光路折り曲げ
用のミラー４及び計測系の平行平面板３−１を介して計
測系のミラー４−１に導く。

【００２９】この場合、計測系のミラー４−１で反射さ
れた第２ビームＬＢ２は計測系の平行平面板３−１及び
ミラー４を経てハーフミラー２に戻り、ハーフミラー２
を透過した光ビームがフォトディテクタ１６に入射す
る。一方、参照系のミラー４−２で反射された第１ビー
ムＬＢ１は参照系の平行平面板３−２を経てハーフミラ
ー２に戻り、ハーフミラー２で反射された光ビームがフ
ォトディテクタ１６に入射し、フォトディテクタ１６で
はミラー４−１で反射されたビームとミラー４−２で反
射されたビームとの干渉光が光電変換される。また、平
行平面板３−１及び３−２の回転角はそれぞれ駆動部１
４−１及び１４−２によって制御部１３に指示された値
に設定される。本実施例では、平行平面板３−１及び３
−２の厚さは等しく、且つ両者の傾斜角は同一に設定さ
れる。他の構成は図１の例と同様である。

【００３０】図３の実施例の測定動作を説明するに、測
定対象とする試料５がホルダ６に保持されると、フォー
カス及びパターン検出系１５により対物レンズ１１がＺ
方向に上下して、対物レンズ１１のベストフォーカス面
に試料５の計測面５ａが合致する。このときの対物レン
ズ１１の位置が対物レンズ用の位置センサ１２に検出さ
れ、この位置情報が制御部１３に供給される。制御部１
３は、ミラー４−１に入射する第２ビームＬＢ２のＺ方
向の高さが計測面５ａに合致するように、駆動部１４−
１を介して計測系の平行平面板３−１の傾斜角を調整す
る。同時に、制御部１３は、駆動部１４−２を介して参
照系の平行平面板３−２の傾斜角を計測系の平行平面板
３−１の傾斜角と同一に設定する。

【００３１】従って、本実施例においても、計測系のミ
ラー４−１に入射する第２ビームＬＢ２のＺ方向の高さ
は試料５の計測面５ａに合致しているため、試料台８が
傾いてもアッベ誤差による計測誤差を無視できる程度に
小さくすることができる。また、対物レンズ１１のＺ方
向への移動量と参照系のミラー４−２に入射する第１ビ
ームＬＢ１のＺ方向の高さの変化量とは同一であり、参
照系のミラー４−２に対する第１ビームＬＢ１の入射位
置は変化しない。従って、そのミラー４−２が傾斜して
取り付けられていても、計測誤差は発生しない。更に、
平行平面板３−１及び３−２の傾斜角は同一であるた
め、その傾斜角が変化しても、第１ビームＬＢ１と第２
ビームＬＢ２との光路長の差は変化しない。従って、常
に対物レンズ１１と試料５との相対的な変位のみを正確
に検出することができる。

【００３２】なお、図３の例ではＺ方向の位置が試料５
の厚さに応じて変化する対物レンズ１１に参照系のミラ
ー４−２が固定されているが、固定物体に参照系のミラ
ー４−２が固定される場合がある。このように参照系の
ミラー４−２のＺ方向の位置が完全に固定されている場
合には、参照系の平行平面板３−２を傾けることによっ
て参照系の第１ビームＬＢ１の位置がずれてしまい、こ
の測定条件の変化が計測誤差の原因になりかねない。こ
のような場合には、参照系の第１ビームＬＢ１の光路長
だけを変化させて第１ビームＬＢ１の位置は変化させな
い光学系が必要となる。

【００３３】図４はそのような光学系の一例を示し、こ
の図４において、第２ビームＬＢ２が計測系のミラー４
−１に入射する際に通過する平行平面板３−１の厚さを
ｄ、反時計回りの傾斜角をθとする。そして、参照系の
第１ビームＬＢ１が参照系のミラー４−２に入射する際
の光路中に２枚のそれぞれ厚さｄ／２の平行平面板３−
３及び３−４を挿入し、一方の平行平面板３−３は反時
計方向に角度θだけ傾斜させ、他方の平行平面板３−４
は時計方向に角度θだけ傾斜させる。これによって、参
照系の第１ビームＬＢ１の位置は変化することがなく、
参照系の第１ビームＬＢ１と測定系の第２ビームＬＢ２
との平行平面板中の光路長を等しく保つことが可能とな
る。

【００３４】次に、本発明の第３実施例につき図５を参
照して説明する。本例は図３の例を簡略化したものであ
り、図５において図３に対応する部分には同一符号を付
してその詳細説明を省略する。図５において、対物レン
ズ１１の側面に支持部材１９を介してＺ軸に対して４５
°の傾斜角で２枚のミラー４−３及び４−４を平行に取
り付ける。即ち、対物レンズ１１がＺ方向に移動するの
に連動してミラー４−３及び４−４もＺ方向に移動す
る。また、対物レンズ１１とは別の安定な基台にミラー
２０及び２１を取り付け、ミラー２０がミラー４−３と
ミラー４−４との間に配置され、ミラー２１がミラー４
−４の上方に配置されるようにする。

【００３５】そして、ハーフミラー２を透過した第１ビ
ームＬＢ１を固定されたミラー２１及び対物レンズ１１
に連動するミラー４−４を介して対物レンズ１１に固定
された参照系のミラー４−２に導き、ハーフミラー２で
反射された第２ビームＬＢ２を光路折り曲げ用のミラー
４、固定されたミラー２０及び対物レンズ１１に連動す
るミラー４−３を介して試料台８に固定された計測系の
ミラー４−１に導く。本実施例では対物レンズ１１のＺ
方向の位置を検出するためのセンサ及び傾斜角が可変の
平行平面板は必要がない。他の構成は図３の例と同様で
ある。

【００３６】図５の例においても、フォーカス及びパタ
ーン検出系１５によって、試料５の計測面に対物レンズ
１１の焦点面が合致するように、試料５の厚さに応じて
対物レンズ１１のＺ方向の高さが調節される。この場
合、対物レンズ１１に結合された２つのミラー４−３及
び４−４も対物レンズ１１に連動してＺ方向に動くの
で、計測系のミラー４−１に入射する第２ビームＬＢ２
のＺ方向の位置と試料５の計測面の高さとは常に合致し
ている。しかも、参照系のミラー４−２に対する第１ビ
ームＬＢ１の入射位置も一定であるため、常に高精度に
対物レンズ１１と試料５との相対的な変位を計測するこ
とができる。

【００３７】なお、図５の例ではミラー４−３及び４−
４は常に対物レンズ１１と連動して移動しているが、対
物レンズ１１と２つのミラー４−３及び４−４との結合
部を工夫することにより、例えば試料交換時にのみミラ
ー４−３及び４−４を移動するような機構を採用しても
よい。

【００３８】また、上述実施例では試料５の計測点と計
測用の第２ビームＬＢ２とのＺ方向の位置ずれだけを問
題としているが、例えば図５の紙面に垂直なＹ方向に対
して試料５の計測点と計測用の第２ビームＬＢ２との位
置ずれが存在する場合でも、ステージのヨーイングによ
るアッベ誤差が発生する。これに対しても、計測系のミ
ラー４−１に入射する第２ビームＬＢ２のＹ方向の位置
を調整する光学系を配置することにより、そのアッベ誤
差を無くすことができる。

【００３９】また、例えば図３の例においては、平行平
面板３−１は図３の紙面に垂直な軸を中心として回転さ
れているが、更にその平行平面板３−１を図３の紙面に
平行な軸を中心として回転することにより、計測系のミ
ラー４−１に対する第２ビームＬＢ２の入射位置をＹＺ
平面内で任意の位置に設定することができる。更に、例
えば図１の例において、参照系のミラー４−２及び計測
系のミラー４−１の代わりにコーナーキューブ等を使用
してもよい。このように、本発明は上述実施例に限定さ
れず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。

【００４０】

【発明の効果】本発明の第１の干渉計によれば、調整手
段により第２ビームの位置を計測対象部の位置に合わせ
ることができるので、第２部材がステージのピッチング
等により傾いても、アッベ誤差による測長誤差が発生し
ない利点がある。また、第２部材の計測対象部の位置を
検出する位置検出手段を設けた場合には、自動的に第２
ビームの位置を計測対象部の位置に合わせることができ
る。更に、第１ビームの光路長を補正する光路長補正手
段を設けた場合には、調整手段の動作により第２ビーム
の光路長が変化しても同じ量だけ第１ビームの光路長が
変化するので、常に第１部材と第２部材との相対的な変
位のみを正確に検出することができる。

【００４１】また、本発明の第２の干渉計においても、
移動部材の移動量を検出する際に、位置検出手段で検出
した位置に第２ビームの光路を自動的に合わせることが
でき、アッベ誤差による測長誤差を解消することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による干渉計の第１実施例の座標測定装
置を示す構成図である。

【図２】第１実施例におけるアッベ誤差の説明に供する
線図である。

【図３】本発明の第２実施例の座標測定装置を示す構成
図である。

【図４】第２実施例の変形例の要部を示す構成図であ
る。

【図５】本発明の第３実施例の座標測定装置を示す構成
図である。

【符号の説明】

１ コヒーレント光源 ２ ハーフミラー ３，３−１，３−２ 平行平面板 ４ ミラー ４−１ 測定系のミラー ４−２ 参照系のミラー ４−３，４−４ ミラー ５ 試料 ６ ホルダ ７ θテーブル ８ 試料台 ９ Ｘステージ １０ Ｙステージ １１ 対物レンズ １２ 対物レンズ用の位置センサ １３ 平行平面板用の制御部 １４，１４−１，１４−２ 平行平面板用の駆動部 １５ フォーカス及びパターン検出系 １６ フォトディテクタ １７ 干渉計座標測定部 １８ パターン座標検出部

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コヒーレントな光ビームを発生する光源
   と、 前記光ビームを第１ビームと第２ビームとに分割する光
   束分割手段と、 第１部材に固定され前記第１ビームを反射する第１反射
   手段と、 計測方向に移動自在に支持された第２部材に固定され前
   記第２ビームを反射する第２反射手段と、 前記第１反射手段から反射された第１ビームと前記第２
   反射手段から反射された第２ビームとを混合して光電変
   換する受光手段とを有し、 前記第１部材と前記第２部材との相対的な変位を検出す
   る干渉計において、 前記光源と前記第２反射手段との間に前記第２ビームを
   前記計測方向に垂直な方向に横ずれさせる調整手段を設
   け、 前記第２部材の計測対象部の前記計測方向に垂直な方向
   の位置に応じて前記第２ビームの位置を調整するように
   した事を特徴とする干渉計。
2. 【請求項２】 前記第２部材の計測対象部の前記計測方
   向に垂直な方向の位置を検出する位置検出手段を設け、 該位置検出手段で検出した位置に前記調整手段を介して
   前記第２ビームの位置を合わせるようにした事を特徴と
   する請求項１記載の干渉計。
3. 【請求項３】 前記第１ビームの光路長を補正する光路
   長補正手段を設け、 前記調整手段を動作させたときの前記第２ビームの光路
   長の変化量と等しい量だけ前記第１ビームの光路長を変
   化させるようにした事を特徴とする請求項１又は２記載
   の干渉計。
4. 【請求項４】 コヒーレントな光ビームを発生する光源
   と、 前記光ビームを第１ビームと第２ビームとに分割する光
   束分割手段と、 前記第１ビームを反射する第１反射手段と、 測定試料を載置し略平面を移動する移動部材に固定され
   前記第２ビームを反射する第２反射手段と、 前記第１反射手段から反射された第１ビームと前記第２
   反射手段から反射された第２ビームとを混合して光電変
   換する受光手段とを有し、前記移動部材の移動量を検出
   する干渉計において、 前記測定試料の測定点の前記第２ビームの進行方向に垂
   直な方向の位置を検出する位置検出手段を設け、 該位置検出手段で検出した位置に合わせて前記第２ビー
   ムの光路を横ずれさせる光路調整手段を、前記第２反射
   手段に入射する前記光ビームの光路上に配設した事を特
   徴とする干渉計。