JPH1019513A - Position measurement device and pattern measurement device - Google Patents

Position measurement device and pattern measurement device

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JPH1019513A
JPH1019513A JP8186831A JP18683196A JPH1019513A JP H1019513 A JPH1019513 A JP H1019513A JP 8186831 A JP8186831 A JP 8186831A JP 18683196 A JP18683196 A JP 18683196A JP H1019513 A JPH1019513 A JP H1019513A
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light
optical axis
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plane
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至晴 大久保
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文明 浦川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position measurement device and a pattern measurement device wherein measurement error due to heat is reduced. SOLUTION: A reference reflection member 24 having a reflection surface in the first plane containing an optical axis of an optical system 14 is used. The reference reflection member 24 is held with a holding member held at a position crossing with the first plane on the outer periphery of optical systems 14 and 14a. The light for measurement is projected to a measurement reflection member fixed to sample objects 20 and 10 and the reference reflection member 24 and a measurement reflection member, and with the light reflected on the reflection surfaces of the reference reflection member 24 and the measurement reflection member, a relative position displacement amount between the optical axis of the optical system 14 and the sample objects 20 and 10 is measured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position measuring device for measuring a relative position displacement of a measurement object with respect to an optical axis of a predetermined optical system, and a pattern of a substrate mounted on a movable stage. The present invention relates to a pattern measuring device that measures

【0002】[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。
2. Description of the Related Art As a method for optically measuring the position of an object to be measured, an interferometer is currently widely used. In the interferometer, for example, one light beam for measurement is split into two light beams, the split light beams are guided in different directions, and the light beams reflected by the two reflecting mirrors are combined again. And these 2
By detecting interference fringes generated by combining the light of the book, it is possible to measure the displacement of the relative position between the members provided with the two reflecting mirrors. Such an interferometer system is frequently used in semiconductor device manufacturing and inspection processes. In the exposure step of transferring the pattern formed on the mask onto the photosensitive substrate, prior to the exposure operation, the coordinates of the pattern formed on the mask are measured by a pattern measuring device. In such a pattern measuring apparatus, a mask to be measured is placed on a movable stage, and the pattern on the mask is scanned by light emitted from an optical system such as an objective lens to thereby position the pattern ( (Coordinates). At this time, the position of the mask moving in the two-dimensional plane is accurately measured by the interferometer.

【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。
In the above-described pattern measuring apparatus, a reference mirror is installed on the outer periphery of a lens barrel of an objective lens, and a moving mirror is installed on a stage on which a substrate such as a mask is mounted. Then, the laser light for measurement is set to 2 in the interferometer.
The light is divided into books, and the divided light is projected onto a reference mirror fixed to an objective lens barrel and a movable mirror on a stage. Then, the light reflected by the two reflecting mirrors is combined again in the interferometer, and the position of the substrate is measured by detecting interference fringes generated by the combination of these two lights. To be exact,
The displacement of the relative position between the optical axis of the objective lens and the substrate on the stage is measured.

【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。
FIG. 7 shows a schematic configuration of a conventional pattern measuring apparatus. This device measures the position (coordinates) of a pattern 110a formed on a substrate 110, and includes an optical device 112 that emits a laser beam for pattern measurement;
An objective lens 114 for projecting a laser beam emitted from the optical device 112 as a spot on the substrate 110,
Light receiving elements 116a and 116b for receiving scattered light generated at the edge of the ten patterns 110a are provided. The substrate 110 is mounted on a stage 118 movable in a plane perpendicular to the plane of the drawing. A movable mirror 122 that reflects laser light emitted from the interferometer main body 120 is fixed to an end on the stage 118. Further, a reference mirror 124 that reflects a laser beam 123 emitted from the interferometer main body 120 is fixed to an outer periphery of a lens barrel 114 a surrounding the objective lens 114.

【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。
[0005] In the pattern measuring apparatus having the above-described configuration, by driving the stage 118, the laser spot irradiated through the objective lens 114 is applied to the substrate 1.
Scanning is performed using ten patterns 110a. Then, the scattered light generated at the edge portion of the pattern 110a is reflected by the light receiving element 116.
a and 116b. At this time, since the position of the substrate 110 is monitored by the interferometer main body 120, the position of the pattern 110a is automatically measured from the signals of the scattered light received by the light receiving elements 116a and 116b.

【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。
As shown in FIG. 8, the reference mirror 124 is held by a U-shaped holding member 126 with the reflecting surface 124a parallel to a plane including the optical axis A of the objective lens. That is, the laser light 123 emitted from the interferometer 120 is perpendicularly incident on the reflection surface 124a of the reference mirror 124. Both ends of the holding member 126 are fixed to the outer periphery of the lens barrel 114a.

【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。
In the interferometer main body 120, one laser beam is split into two beams by a beam splitter (not shown), and the two split laser beams are applied to the moving mirror 122 and the reference mirror 124, respectively. Then, the light reflected by the movable mirror 122 and the reference mirror 124 is combined again, and the interference fringes of the combined light are observed, whereby the substrate stage 118
The position of is measured. That is, based on the relative displacement between the distance from the interferometer main body 120 to the reference mirror 124 and the distance from the interferometer main body 120 to the movable mirror 122, the pattern 110a on the optical axis A of the objective lens 114 is Measure the position. Thus, the substrate 110
Since the position of (pattern 110a) is measured based on the relative displacement of the objective lens 114 with respect to the optical axis A, in order to perform accurate measurement, the reflection surface 124a of the reference mirror 124 is required.
It is important to keep the distance between the object and the optical axis A of the objective lens 114 constant.

【0008】[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。
However, according to the above-described conventional method, when the temperature of the lens barrel 114a changes due to some influence, the reference of the lens barrel 114a and the reference mirror 124 is caused by thermal expansion or contraction. Mirror 124
The distance between the reflecting surface 124a and the optical axis A of the objective lens 114 changes.

【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
For example, as shown in FIG.
The radius of 14a is R, the angle of the position where the end of the holding member 126 contacts the lens barrel 114a is 2θ, and the lens barrel 114 is
Assuming that the coefficient of thermal expansion of a is K1 and the amount of temperature change is T, the reference mirror 1 caused by the thermal expansion or contraction of the lens barrel 114a
The displacement ΔX1 in the direction of the 24 laser beams 123 is as follows. ΔX1 = R · K1 · T · cos θ

【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
On the other hand, the distance from the reflecting surface 124a of the reference mirror 124 to the mounting position of the holding member 126 to the lens barrel 114a is L, the thermal expansion coefficient of the holding member 126 is K2,
Assuming that the temperature change amount is T, the thermal displacement amount ΔX2 of the reference mirror 124 (reflection surface 124a) due to the thermal expansion or thermal contraction of the holding member 126 is as follows. △ 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)
Therefore, the total displacement ΔX between the optical axis A of the projection lens 114 and the reflecting surface 124a of the reference mirror 124
Is as follows. ΔX = (R · K1 · T · cos θ) + (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。
Since the shape of the holding member 126 is relatively simple and does not require high precision, the holding member 126 can be formed using a material having a low coefficient of thermal expansion, which is a difficult-to-process material. . For this reason, the amount of displacement △ X2 (= LK2T) of the reflecting surface 124a of the reference mirror 124 due to the thermal displacement of the holding member 126 can be reduced to some extent. However, it is difficult to mold the lens barrel 114a (objective lens 114) from a material having a low coefficient of thermal expansion, which is a difficult-to-process material. Therefore, the displacement amount of the reference mirror 124 due to the thermal displacement of the lens barrel 114a ΔX1 (= R ·
In order to reduce K1 · T · cos θ), it is necessary to minimize the temperature change amount T. For example, when the radius R of the lens barrel 114a is 20 mm, the thermal expansion coefficient K1 of the lens barrel 114a is 15 × 10 −6 , and θ is 15 °,
Displacement amount of reference mirror 124 (reflection surface 124a) △ X2 (= R
(K1 · T · cos θ) needs to be controlled to an accuracy of about 0.0017 ° C. or less to make the temperature change T 0.005 μm or less. In measurement performed at room temperature, such accurate temperature control is practically impossible.

【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。
When the distance between the reflecting surface 124a of the reference mirror 124 and the optical axis A of the objective lens 114 changes, the interferometer 120
This causes an error in the position of the pattern 110a measured by the measurement.

【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。
The present invention has been made in view of the above situation, and has as its object to provide a position measuring device and a pattern measuring device in which a measurement error due to heat is reduced.

【0015】[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(14,14
a))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(2
0,10)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。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention measures a relative displacement of a measurement object (10) with respect to an optical axis (A) of a predetermined optical system (14). The optical axis (A) of the optical system (14)
A reference reflecting member (24) having a reflecting surface (24a) in a first plane (Pa) including: an optical system (14, 14);
a) a holding member (44) supported at a position intersecting with the first plane (Pa) on the outer periphery of (a) and holding the reference reflecting member (24) with respect to the optical system (14); (2
The measurement reflection member (28) fixed to the reference reflection member (24) and the reference reflection member (24) and the measurement reflection member (28). )
The optical axis of the optical system (14) and the object to be measured (20, 10) are determined by using the light reflected by the reflecting surface of the measuring reflecting member (28).
Measuring means (32) for measuring the relative positional displacement with respect to. In the position measuring device as described above, it is desirable that a portion of the holding member (44) which is in contact with the outer periphery of the optical system (14, 14a) is formed in a shape symmetrical with respect to the first plane (Pa).

【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。
The reference reflecting member (24) includes a first reference mirror (24) and a second reference mirror disposed at symmetric positions with the optical system (14) therebetween in the first plane (Pa). (58)
May be included. At this time, the measuring means (53, 55) projects the measuring light onto the first and second reference mirrors (24, 58), and the first and second reference mirrors (24, 58). Interferometer (66, 68, 70, 72, 74, 76, 78,
80). In addition, the measuring means includes a first
And the distance from the optical axis of the measurement light projected to the second reference mirror (24, 58) is set equal to each other.

【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(P
a)内に反射面(24a)を有する参照用反射部材(2
4)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,B
xm)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。
Further, another aspect of the present invention uses a first light irradiated through an objective lens (14), and uses a first light on a substrate (10) mounted on a movable stage (20). In a pattern measuring apparatus for measuring a position of a pattern, a first plane (P) including an optical axis (A) of an objective lens (14) is used.
Reference reflective member (2) having a reflective surface (24a) in a)
4) and; supported at a position intersecting the first plane (Pa) on the outer periphery of the objective lens (14, 14a), and holding the reference reflecting member (24) with respect to the objective lens (14, 14a). A holding member (44); a measuring reflecting member (28) fixed to the substrate (10); and a measuring light (Bx, B) with respect to the reference reflecting member (24) and the measuring reflecting member (28).
xm), and using the light reflected on the reference reflecting member (24) and the reflecting surface (24a, 28a) of the measuring reflecting member (28), the optical axis (A) of the objective lens (14) is adjusted. A measuring unit (32) for measuring a relative displacement amount with respect to the substrate (10);

【0018】[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(1
4,14a)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(3
2)による計測精度の低下を抑制することができる。
According to the present invention as described above, the reference reflecting member (24) is provided with the reflecting surface (24a) of the optical system (14).
Are arranged so as to coincide with the first plane (Pa) including the optical axis (A), and are supported at positions intersecting with the first plane (Pa) on the outer periphery of the optical system (14a). Even when the optical system (14, 14a) thermally expands or contracts, deviation of the reflection surface (24a) in the measurement direction can be minimized. That is, when the optical system (14, 14a) thermally expands, the expansion propagates substantially uniformly in the radial direction around the optical axis (A). It will be displaced along a plane (Pa) including the axis (A). Therefore, in the present invention, the optical system (1)
The thermal displacement of (4, 14a) is propagated only in a direction parallel to the reflecting surface (24a) of the reference reflecting member (24). In other words, there is almost no displacement of the reflection surface (24a) of the reference reflection member (24) in the measurement direction (XL, YL).
Measurement means (3) by thermal deformation of (14, 14a) of the optical system
A decrease in measurement accuracy due to 2) can be suppressed.

【0019】[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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the following examples. In the present embodiment, the present invention is applied to a pattern position measuring device that measures coordinates of a pattern formed on a substrate such as a reticle.

【0020】[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。
FIG. 1 shows the overall configuration of a pattern position measuring apparatus according to this embodiment. The pattern position measuring apparatus according to the present embodiment measures the position (coordinates) of a pattern formed of chromium or the like on the substrate 10, and includes an illumination system (12, 14) for irradiating measurement light, and a substrate. Light receiving system (16a, 16b, 18a, 18b) for receiving scattered light from 10
A stage driving device 22 for driving the stage 20 on which the substrate 10 is mounted, and an interferometer system (24, 26, 28, 30, 30) for measuring the position of the stage 20 (substrate 10).
32, 34), a main control device 40 for controlling the entire pattern measuring device, and a display device 42 for displaying a measurement result by the device.

【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。
The illumination system (12, 14) includes an optical device 12 for outputting a laser beam for measurement, and an objective lens 14 for guiding the laser beam emitted from the optical device 12 as a spot onto the substrate 10. I have. The objective lens 14 is arranged in a lens barrel 14a.

【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1
0の表面で走査するようになっている。
The substrate 10 to be measured can be, for example, a mask such as a reticle used in a semiconductor exposure process, or a photosensitive substrate such as a wafer having the mask pattern exposed. The stage 20 on which the substrate 10 is placed is configured to be movable in an XY two-dimensional plane by a stage driving device 22 controlled by a main controller 40. And, by the movement of the stage 20,
The laser spot emitted from the objective lens 14 is
The scanning is performed on the zero surface.

【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4
0に対して供給するようなっている。
The light receiving system (16a, 16b, 18a, 18b) for receiving the scattered light from the substrate 10 is arranged so as to look obliquely from above the substrate 10, and performs relative scanning between the laser light and the substrate 10. Thereby, scattered light or diffracted light generated at the pattern edge on the substrate 10 is received. Then, the main controller 4 outputs an electric signal corresponding to the intensity of the received light.
0 is supplied.

【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(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2
4と移動鏡28で反射したレーザ光を再び干渉計本体3
2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。
The interferometer system (24, 26,
28, 30, 32, and 34) are two-axis interferometer systems that measure the position of the substrate 10 in the X-axis direction.
4, 28, 32) and a system (26, 30, 34) for measuring the position in the Y-axis direction. The interferometer system (24, 28, 32) for measuring the position in the X-axis direction includes a reference mirror 24 fixed on the outer periphery of the lens barrel 14a by a mounting member 44 (see FIG. 2) and an end on the stage 20. It comprises a long movable mirror 28 fixed to the section and an interferometer main body 32. A laser light source (not shown) is provided in the interferometer main body 32. The laser light emitted from the laser light source is separated by a spectroscope (not shown) such as a beam splitter.
The light is split into two lights (Bx, Bxm), and the split light is projected onto the reference mirror 24 and the moving mirror 28. And reference mirror 2
4 and the laser light reflected by the movable mirror 28 are again interferometer main body 3
2, the relative position change of the reference mirror 24 and the movable mirror 28, that is, the amount of movement of the stage 20 in the X direction is measured based on the interference fringes of the combined light. More precisely, the X coordinate of the pattern on the substrate 10 existing on the optical axis A (see FIG. 2) of the objective lens 14 is measured based on the relative displacement of the reference mirror 24 and the movable mirror 28. I do.

【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2
6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。
On the other hand, the interferometer systems (26, 30, 34) for measuring the position in the Y-axis direction are also mounted on the outer periphery of the lens barrel 14a by the mounting members 46 (see FIG. 2), similarly to the systems in the X-axis direction. It comprises a fixed reference mirror 26, a long moving mirror 30 fixed to an end on the stage 20, and an interferometer main body 34. The interferometer body 34 is
Similarly to the interferometer 32, a laser light source (not shown) is provided inside, and the laser light emitted from the laser light source is separated by a spectroscope (not shown) such as a beam splitter.
The light is split into two lights (By, Bym), and the split light is projected onto the reference mirror 26 and the movable mirror 30. And reference mirror 2
6 and the laser light reflected by the movable mirror 30 are recombined in the interferometer body 34, and based on the interference fringes of the combined light, the relative displacement of the reference mirror 26 and the movable mirror 30, ie, the stage 20 Is measured in the Y direction. More precisely, the Y coordinate of the pattern on the substrate 10 existing on the optical axis A of the objective lens 14 is measured based on the relative displacement of the reference mirror 26 and the movable mirror 30.

【0026】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。
The two-way interferometer system (3
2, 34), the coordinate value on the XY plane of the pattern on the laser spot projected from the objective lens 14 is obtained.

【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14
a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。
FIG. 2 shows the positional relationship among the lens barrel 14a, the reference mirrors 24 and 26, and the mounting members (44, 46) according to the first embodiment of the present invention. The reference mirror 24 used for position measurement in the X-axis direction is fixed to the outer periphery of the lens barrel 14a by the mounting member 44 such that the reflection surface 24a thereof coincides with a plane Pa passing through the optical axis A of the objective lens 14. I have. Mounting member 44 and lens barrel 14
The contact position (mounting position) with a is set on the plane Pa, and the distances Dx1 and Dx2 in the X direction from the plane Pa (reflection surface 24a) to each mounting position are arranged to be equal. With this arrangement, when the lens barrel 14a thermally expands or contracts, its displacement becomes X
It propagates only in the Y-axis direction perpendicular to the axis. In other words, care is taken to prevent the mounting member 44 from rotating due to the thermal displacement of the lens barrel 14a and displacing the reflecting surface 24a of the reference mirror 24 in the X-axis direction. For the same reason, it is desirable that the contact area between each mounting member 44 and the lens barrel 14a be as small as possible.

【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。
On the other hand, a reference mirror 26 for position measurement in the Y-axis direction
Is fixed to the outer periphery of the lens barrel 14a by a mounting member 46 such that its reflection surface 26a coincides with a plane Pb (a plane orthogonal to the plane Pa) passing through the optical axis A of the objective lens 14. The contact position (attachment position) between the attachment member 46 and the lens barrel 14a is set on the plane Pb, and distances Dy1 and Dy2 in the Y direction from the plane Pb (reflection surface 26a) to each attachment position are set. They are arranged to be equal.

【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,18
a,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。
Next, the overall operation of the pattern position measuring apparatus having the above configuration will be described. Before starting the pattern measurement, the optical axis A of the objective lens 14 is first aligned with a certain reference point on the substrate 10, and the so-called calibration is performed in which the measured values by the interferometer bodies 32 and 34 at that time are set to zero. Do. Thereafter, the stage 20 is moved to the driving device 22.
By scanning in the XY directions, the laser spot output from the optical device 12 via the objective lens 14 is scanned on the surface of the substrate 10. When the laser spot is scanned by the pattern on the substrate, scattered light (or diffracted light) is generated at the edge of the pattern, and the scattered light is received by the light receiving elements 16a, 16b, 18a, and 18b. The interferometer bodies 32 and 34 measure the relative displacement of the substrate 10 (moving mirrors 28 and 30) and the objective lens 14 (reference mirrors 24 and 26) in the X and Y directions, and supply the measured values to the main controller 40. I do. In the main controller 40, the position information supplied from the interferometer main bodies 32 and 34 and the light receiving elements 16a, 16b and 18 are used.
The distance between the patterns on the substrate 10 is determined based on the detection signals from the signals a and 18b and displayed on the display device.

【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14
a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。
In this embodiment as described above, the reference mirror 24 is arranged so that its reflection surface 24a coincides with the plane Pa including the optical axis A of the objective lens 14, and this is placed on the outer periphery of the lens barrel 14a. Since the lens barrel 14a is supported at a position that intersects the upper plane Pa, even if the lens barrel 14a thermally expands or contracts, it is possible to minimize the deviation of the reflection surface 24a in the measurement direction. That is, when the lens barrel 14a thermally expands, the expansion propagates substantially uniformly in the radial direction around the optical axis A. Therefore, the outer peripheral portion of the lens barrel 14a extends along the plane Pa including the optical axis A. Will be displaced. Therefore, the thermal displacement of the lens barrel 14a is
Is propagated only in a direction parallel to the reflection surface 24a. In other words, there is almost no displacement of the reflection surface 24a of the reference mirror 24 in the measurement direction (X-axis direction). Thereby, the lens barrel 14
A decrease in the measurement accuracy of the interferometer 32 due to the thermal deformation of “a” is suppressed.

【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48
a,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。
FIG. 3 shows a modification (second embodiment) of the embodiment shown in FIG.
Embodiment), and a lens barrel 14a of a reference mirror 48 for position measurement in the Y-axis direction and a reference mirror 50 for position measurement in the X-axis direction
The positions of the upper attachment members 52 and 54 are changed. That is, in this example, the reference mirrors 48 and 50 each reflection surface 48
The laser beams Bx and By incident on the laser beams a and 50a cross each other. Other configurations, arrangements and the like are the same as those of the embodiment shown in FIG.

【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。
FIG. 4 shows a lens barrel 14a and reference mirrors (24, 26, 56, 58) according to a third embodiment of the present invention.
And the positional relationship between the mounting members (44, 46, 60, 62). In this embodiment, reference mirrors 56 and 58 are further provided in addition to the reference mirrors 24 and 26 of the first embodiment shown in FIG. The interferometer system (53, 55) of the present embodiment is a two-beam interferometer, and has two measurement laser beams (Bx1, Bx2) and (Bx1, Bx2) in each of the X-axis direction and the Y-axis direction. By1, By2) are used. The reference mirror 56 is arranged by the mounting member 60 such that the reflection surface 56a thereof coincides with the plane Pb. The reference mirror 56 and the reference mirror 26 are arranged at symmetrical positions with respect to the optical axis A of the objective lens 14. That is, the distance Lx1 from the optical axis A of the objective lens 14 to the incident position of the laser beam By1 on the reflecting surface 26a of the reference mirror 26, and the distance Lx2 from the optical axis A of the reflecting surface 56a of the reference mirror 56 to the incident position of the laser beam By2 on the reflecting surface 56a. Are set to be equal.

【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。
On the other hand, the reference mirror 58 is arranged by the mounting member 62 such that the reflection surface 58a thereof coincides with the plane Pa. Similarly to the reference mirror 56, the reference mirror 58 is disposed at a position symmetrical to the reference mirror 24 with respect to the optical axis A of the objective lens 14. That is, the objective lens 14
From the optical axis A to the position where the laser beam Bx1 is incident on the reflection surface 24a of the reference mirror 24, and the reference mirror 58.
Are set so that the distance Ly2 to the position where the laser beam Bx2 is incident on the reflection surface 58a is equal. If the distances Ly1 and Ly2 and the distances Lx1 and Lx2 cannot be made equal, it is desirable to arrange the distances as close as possible.

【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7
2,74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72,7
4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。
FIGS. 5 and 6 schematically show the structure of the optical system of the two-beam interferometer 53. FIG. Since the interferometer 55 has the same configuration, a duplicate description will be omitted. The two-beam interferometer 53 is a so-called Michelson type interferometer, and the detection accuracy is improved as compared with an interferometer using a single beam. The two-line beam interferometer 53 includes a laser oscillator 66 that outputs a laser beam Bo, and reference mirrors 24 and 58.
Reflection surfaces 24a and 58a and the reflection surface 28a of the movable mirror 28
A detector 68 for receiving and detecting the light returned from the light source, a polarizing beam splitter 70, and four λ / 4 plates 72, 74, 76, 78 through which light emitted from the polarizing beam splitter 70 or transmitted therethrough is transmitted. Have. λ / 4 plate 7
Reference numerals 2 and 74 are arranged in the Y direction so that the reference beams Bx2 and Bx1 respectively pass therethrough. Also, λ
The quarter plates 76 and 78 are λ / 4 plates 72 and 7 for the reference beam.
4, the measurement beams Bxm2 and Bxm1 are arranged side by side in the Y direction so as to pass therethrough.

【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8
2(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。
In the figure, the laser beam Bo emitted from the laser oscillator 66 has a polarized light component (P-polarized light component) parallel to the paper of FIG. 5 and a polarized light component (S-polarized light component) perpendicular to the paper of FIG. The laser beam Bo output from the laser oscillator 66 is applied to the polarization splitting surface 8 of the beam splitter 70.
2 (see FIG. 6), the light is polarized and separated into two beams, and one S-polarized light component is reflected by its polarization separation surface 82 to become a reference beam Bx2.

【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7
0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。
The reference beam Bx2 is reflected by the reflection surface 84 of the beam splitter 70, passes through the λ / 4 plate 72, and enters the reflection surface 58a of the reference mirror 58. Reference mirror 58
The beam reflected by the reflection surface 58a of the
Through the beam splitter to become a P-polarized light wave,
Incident on. The P-polarized light wave incident on the beam splitter 70 passes through the polarization splitting surface 82 and is incident on the corner cube 80, is reflected twice in the corner cube 80, and is shifted by a distance L in the (-) Y direction in the figure. Thereafter, the process returns to the beam splitter 70. This light that has entered the beam splitter 70 transmits through the polarization splitting surface 82 and is reflected by the reflecting surface 84,
After passing through the λ / 4 plate 74, it is incident on the reflection surface 24 a of the reference mirror 24 as a reference beam Bx1. The reference beam Bx1 reflected by the reflecting surface 24a of the reference mirror 24 again passes through the λ / 4 plate 74 to become an S-polarized light wave, and the beam splitter 7
The light is reflected by the zero reflection surface 84 and the polarization separation surface 82 and enters the photodetector 68.

【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7
0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8
0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7
0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。
On the other hand, the P polarization component of the laser beam Bo is
The light passes through the polarization splitting surface 82 of the beam splitter 70 and becomes a measurement beam Bxm2. This length measuring beam Bxm2 is λ
After passing through the / 4 plate 76, reflected by the reflecting surface 28a of the movable mirror 28, and again passing through the λ / 4 plate 76, the light enters the beam splitter 70 as an S-polarized light wave. Beam splitter 7
The S-polarized light wave incident on 0 is reflected on the polarization separation surface 82 and is incident on the corner cube 80. Corner cube 8
The light incident on 0 is reflected twice in the light, and (-) in FIG.
After shifting by the distance L in the Y direction, the beam splitter 7
Return to 0. This light incident on the beam splitter 70 is
After being reflected by the polarization separation surface 82 and passing through the λ / 4 plate 78,
The beam is incident on the reflecting surface 28a of the movable mirror 28 as a measurement beam Bxm1. The measurement beam Bxm1 reflected on the reflection surface 28a of the movable mirror 28 transmits through the λ / 4 plate 78 again, becomes a P-polarized light wave, transmits through the polarization separation surface 82 of the beam splitter 70, and enters the photodetector 68. .

【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。
On the photodetector 68, the position of the substrate 10 on the optical axis A of the objective lens 14 in the X-axis direction is measured by detecting the interference fringes of the reference beam Bx1 and the measurement beam Bxm1. Can be. In addition,
In the Y-axis direction, position measurement is performed by the same configuration and operation.

【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5
8,24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。
In the two-beam interferometer system described above, as shown in FIG. 4, the distance Ly1 from the optical axis A of the objective lens 14 to the position where the laser beam Bx1 is incident on the reflecting surface 24a of the reference mirror 24 is defined as , The reflecting surface 58a of the reference mirror 58
Distance Ly2 to the position where the laser beam Bx2 is incident thereon
Are set to be equal. Therefore, the so-called Abbe principle can be satisfied, and the measurement accuracy is improved.
For example, when the objective lens 14 (lens barrel 14a) is slightly displaced about the optical axis A due to heat or mechanical error, the distance from the λ / 4 plate 72 to the reflection surface 58a of the reference mirror 58 and λ When one of the distances from the / 4 plate 74 to the reflection surface 24a of the reference mirror 24 decreases, the other increases. For this reason, the two reference mirrors 5 emitted from the laser oscillator 66
The optical path lengths of the beams reflected by the reflecting surfaces 58a and 24a of the light beams 8 and 24 and entering the photodetector 68 do not change. That is, the position of the substrate 10 can be measured based on the distance from the photodetector 68 to the optical axis A of the objective lens 14. Therefore, the measurement reliability is improved as compared with the embodiment shown in FIG.

【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。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and does not depart from the gist of the technical idea of the present invention shown in the claims. Various changes are possible within the scope.

【0041】[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。
As described above, according to the present invention,
Even when the optical system (14, 14a) thermally expands or contracts, deviation of the reflection surface (24a) in the measurement direction can be minimized. As a result, it is possible to suppress a decrease in measurement accuracy of the measuring means (32) due to thermal deformation of the optical system (14, 14a).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a conceptual diagram (perspective view) showing a configuration of a pattern position measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 2 is an enlarged plan view showing a configuration of a main part (a reference mirror mounting member) of the pattern position measuring device shown in FIG.

【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。
FIG. 3 is an enlarged plan view showing a configuration of a main part (a reference mirror mounting member) of a pattern position measuring device according to a second embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 4 is an enlarged plan view illustrating a configuration of a main part (a reference mirror mounting member) of a pattern position measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 5 is a plan view showing the operation and principle of the embodiment shown in FIG. 4;

【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。
FIG. 6 is a side view showing the operation and principle of the embodiment shown in FIG. 4, and corresponds to the plan view of FIG.

【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。
FIG. 7 is a schematic diagram (side view) showing a configuration of a conventional pattern position measuring device.

【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。
FIG. 8 is an enlarged plan view showing a configuration of a main part (a reference mirror mounting member) of a conventional pattern position measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate 12 ... Optical device 14 ... Objective lens 14a ... Lens barrel 16a, 16b, 18a, 18b ... Light receiving element 20 ... Stage 24, 26, 48, 50, 56 , 58... Reference mirrors 24a, 26a, 48a, 50a, 56a, 58a,.
Reflective surfaces 28, 30 Moving mirrors 32, 34 Interferometer body 44, 46, 52, 54, 60, 62 (reference mirror)
Mounting member 40: Main controller 53, 55: Two-beam interferometer A: Object lens optical axis Pa, Pb: Plane including optical axis A

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. A position measuring device for measuring a relative displacement of an object to be measured with respect to an optical axis of a predetermined optical system, comprising a reflecting surface in a first plane including the optical axis of the optical system. A reflection member for use; a holding member supported at a position intersecting the first plane on the outer periphery of the optical system, for holding the reference reflection member with respect to the optical system; fixed to the measurement object A reflective member for measurement; and projecting light for measurement to the reflective member for reference and the reflective member for measurement, and using the light reflected by the reflective surfaces of the reflective member for reference and the reflective member for measurement, A position measuring device comprising: a measuring unit that measures a relative position displacement amount between an optical axis of an optical system and the measurement object.
【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。
2. The position measuring device according to claim 1, wherein a portion of said holding member which is in contact with an outer periphery of said optical system is formed in a shape symmetric with respect to said first plane.
【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。
3. The reference reflecting member includes a first reference mirror and a second reference mirror disposed at symmetric positions with the optical system in the first plane. Item 3. The position measuring device according to item 1 or 2.
【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。
4. The measuring means projects the light for measurement onto the first and second reference mirrors, and
4. The position measuring device according to claim 3, wherein the position measuring device is a two-beam interferometer using reflected light from a reference mirror.
【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。
5. The apparatus according to claim 4, wherein said measuring means sets the distance from said optical axis of said measuring light projected onto said first and second reference mirrors to be equal to each other.
The position measuring device according to item 1.
【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。
6. A pattern measuring apparatus for measuring a position of a pattern on a substrate mounted on a movable stage using first light irradiated through an objective lens, wherein the optical axis of the objective lens A reference reflection member having a reflection surface in a first plane, the reference reflection member being supported at a position intersecting the first plane on the outer periphery of the objective lens, and the reference reflection member being positioned relative to the objective lens. A holding member for holding; a reflection member for measurement fixed to the substrate; and a light beam for measurement projected on the reflection member for reference and the reflection member for measurement.
Measuring means for measuring a relative positional displacement between the optical axis of the objective lens and the substrate by using light reflected by the reflecting surfaces of the reference reflecting member and the measuring reflecting member. And a pattern measuring device.
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