JPH102719A - Position-measuring apparatus and pattern-measuring apparatus - Google Patents

Position-measuring apparatus and pattern-measuring apparatus

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JPH102719A
JPH102719A JP8175596A JP17559696A JPH102719A JP H102719 A JPH102719 A JP H102719A JP 8175596 A JP8175596 A JP 8175596A JP 17559696 A JP17559696 A JP 17559696A JP H102719 A JPH102719 A JP H102719A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position-measuring apparatus and a pattern-measuring apparatus which can reduce measurement errors due to heat. SOLUTION: A first reflection member 24 is used, having a reflecting surface 24a in parallel with a first plane, containing the optical axis of an optical system 14. Holding members 36a and 36b for holding the first reflection member is held, with respect to the optical system 14, are supported at two points on the outer circumference of the optical systems 14 and 14a, crossing the first plane. A second reflection members 28 is set on an object 10 to be measured. Then, a measuring light is projected onto the first and second reflection members 24 and 28, and the light reflected on the reflecting surfaces of the first and second reflection members 24 and 28 is used to measure the degree of a relative positional displacement between the optical axis of the optical system 14 and the object 10 to be 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、10a)の相対的な位置変位量
を計測する位置計測装置において、光学系(14)の光
軸(A)を含む第1の平面(Pa)と平行な反射面(2
4a)を有する第1反射部材(24)と;第1の平面
(Pa)と交差する光学系(14,14a)の外周上の
2カ所で支持され、第1反射部材(24)を光学系(1
4)に対して保持する保持部材(36a,36b)と;
計測対象物(10)に固定された第2反射部材(28)
と;第1及び第2反射部材(24,28)に対して計測
用の光を投射し、当該第1及び第2反射部材(24,2
8)の反射面で反射した光を用いて、光学系(14)の
光軸(A)と計測対象物(10)との相対的な位置変位
量を計測する計測手段(32)とを備えている。
In order to solve the above problems, the present invention provides a method of measuring a relative position displacement of a measurement object (10, 10a) with respect to an optical axis (A) of a predetermined optical system (14). In the position measuring device for measuring the reflection angle (2), the reflection surface (2) parallel to the first plane (Pa) including the optical axis (A) of the optical system (14).
A first reflecting member (24) having a first reflecting member (24), which is supported at two locations on the outer periphery of the optical system (14, 14a) intersecting the first plane (Pa); (1
4) holding members (36a, 36b) for holding;
The second reflecting member (28) fixed to the measurement object (10)
And projecting measurement light onto the first and second reflecting members (24, 28), and the first and second reflecting members (24, 2).
8) a measuring means (32) for measuring a relative positional displacement between the optical axis (A) of the optical system (14) and the measurement object (10) using the light reflected by the reflecting surface of (8). ing.

【0016】上記のような位置計測装置において、保持
部材(36a,36b)の光学系(14a)の外周に接
する部分が、第1の平面(Pa)に対して対称な形状に
形成することが望ましい。
In the position measuring device as described above, a portion of the holding member (36a, 36b) in contact with the outer periphery of the optical system (14a) may be formed in a shape symmetrical with respect to the first plane (Pa). desirable.

【0017】保持部材(36a,36b)を2つの分離
したアーム(36a,36b)で構成し、当該2つのア
ーム(36a,36b)の各々の一端が第1の反射部材
(24)の端部にそれぞれ接続され、当該2つのアーム
(36a,36b)の各々の他端が第1の平面(Pa)
と交差する光学系(14,14a)の外周上の2カ所に
接続するように構成しても良い。
The holding member (36a, 36b) is composed of two separate arms (36a, 36b), and one end of each of the two arms (36a, 36b) is an end of the first reflecting member (24). And the other end of each of the two arms (36a, 36b) is connected to a first plane (Pa).
May be connected to two locations on the outer circumference of the optical system (14, 14a) that intersects the optical system.

【0018】あるいは、第1の反射部材(24)を保持
する保持部材を、一体のコの字型の部材(50,52)
とし、両端が第1の平面(Pa)と交差する光学系(1
4,14a)の外周上の2カ所に接続するように構成し
ても良い。また、この時、第1反射部材(60a,62
a)を、保持部材(60,62)と一体に成形しても良
い。
Alternatively, the holding member for holding the first reflecting member (24) may be integrated with a U-shaped member (50, 52).
And the optical system (1) whose both ends intersect the first plane (Pa)
4, 14a). At this time, the first reflection member (60a, 62
a) may be formed integrally with the holding member (60, 62).

【0019】また、上記のような位置計測装置におい
て、第1反射部材(24,26)を、光学系(14,1
4a)の外周の光軸(A)を中心に90°ずれた2カ所
に反射面(24a,26a)が配置された、X側第1反
射部材(24)とY側第1反射部材(26)とから構成
することができる。これと同時に、第2反射部材(2
8,30)の反射面を、第1反射部材(24,26)に
対応し、ステージ(20)上の光軸(A)を中心に90
°ずれた2カ所に配置する。そして、保持部材(36
a,36b,38a,38b)は、X側第1反射部材
(24)を保持するX側保持部材(36a,36b)
と、Y側第1反射部材(26)を保持するY側保持部材
(38a,38b)とから構成し、X側第1反射部材
(24)とY側第1反射部材(26)の反射面(24
a,26a)の光軸(A)方向の位置が一致するように
配置する構成を採ることができる。そして、X側第1反
射部材(24)とY側第1反射部材(26)の反射面
(24a,26a)の光軸(A)方向の位置とを一致さ
せるために、X側保持部材(36a,36b)とY側保
持部材(38a,38b)の一方の一部に他方が貫挿し
た状態で組み合わせる様にしても良い。
In the position measuring device as described above, the first reflecting member (24, 26) is connected to the optical system (14, 1).
The X-side first reflecting member (24) and the Y-side first reflecting member (26) in which the reflecting surfaces (24a, 26a) are arranged at two positions shifted by 90 ° about the optical axis (A) on the outer periphery of 4a). ). At the same time, the second reflection member (2
8, 30) corresponds to the first reflecting member (24, 26), and is 90 degrees centered on the optical axis (A) on the stage (20).
Place them at two locations that are offset by °. Then, the holding member (36
a, 36b, 38a, 38b) are X-side holding members (36a, 36b) that hold the X-side first reflecting member (24).
And a Y-side holding member (38a, 38b) for holding the Y-side first reflecting member (26), and reflecting surfaces of the X-side first reflecting member (24) and the Y-side first reflecting member (26). (24
a, 26a) can be adopted such that they are arranged so that the positions in the direction of the optical axis (A) coincide. Then, in order to match the positions of the reflecting surfaces (24a, 26a) of the X-side first reflecting member (24) and the Y-side first reflecting member (26) in the direction of the optical axis (A), the X-side holding member ( 36a, 36b) and one of the Y-side holding members (38a, 38b) may be combined in a state where the other is inserted.

【0020】[0020]

【作用及び効果】上記のような本発明においては、保持
部材(36a,36b,38a,38b)により、光学
系(14)の光軸(A)を含む平面(Pa,Pb)と光
学系(14,14a)の外周とが交差する位置で第1反
射部材(24,26)を支持しているため、光学系(1
4,14a)が熱膨張又は熱収縮した場合にも、反射面
(24a,26a)の計測方向(XL,YL)のずれを
最小限に抑えられる。すなわち、光学系(14,14
a)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(14,14
a)の外周部分においては、光軸(A)を含む平面(P
a,Pb)に沿って変位することになる。従って、本発
明においては、光学系(14)の光軸(A)を含む平面
(Pa,Pb)と光学系(14,14a)が交差する位
置に保持部材(36a,36b,38a,38b)を接
続しているため、光学系(14,14a)の熱変位は、
第1反射部材(24,26)の反射面(24a,26
a)に平行な方向にのみ伝播される。別言すると、第1
反射部材(24,26)の反射面(24a,26a)の
計測方向(XL,YL)への変位は殆どなく、その結
果、光学系の(14,14a)の熱変形による計測手段
(32,34)による計測精度の低下を抑制することが
できる。
In the present invention as described above, the holding member (36a, 36b, 38a, 38b) allows the plane (Pa, Pb) including the optical axis (A) of the optical system (14) and the optical system ( Since the first reflecting member (24, 26) is supported at a position where the outer periphery of the optical system (1, 14a) intersects, the optical system (1
4, 14a) also undergoes thermal expansion or thermal contraction, it is possible to minimize the deviation of the reflection surface (24a, 26a) in the measurement direction (XL, YL). That is, the optical system (14, 14)
When a) is thermally expanded, the expansion propagates substantially uniformly in the radial direction about the optical axis (A), and therefore, the optical system (14, 14).
In the outer peripheral portion of a), a plane (P) including the optical axis (A)
a, Pb). Therefore, in the present invention, the holding members (36a, 36b, 38a, 38b) are located at positions where the planes (Pa, Pb) including the optical axis (A) of the optical system (14) intersect with the optical systems (14, 14a). Are connected, the thermal displacement of the optical system (14, 14a) is
The reflection surface (24a, 26) of the first reflection member (24, 26)
It propagates only in the direction parallel to a). In other words, the first
There is almost no displacement of the reflecting surface (24a, 26a) of the reflecting member (24, 26) in the measuring direction (XL, YL), and as a result, the measuring means (32, 34) It is possible to suppress a decrease in measurement accuracy due to 34).

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を以下
に示す実施例に基づいて説明する。本実施例は、レチク
ル等の基板に形成されたパターンの座標を計測するパタ
ーン位置測定装置に本発明を適用したものである。
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.

【0022】[0022]

【実施例】図1は、本実施例にかかるパターン位置測定
装置の全体の構成を示す。本実施例のパターン位置測定
装置は、基板10上にクロム等で形成されたパターンの
位置(座標)を測定するものであり、測定用の光を照射
する照明系(12,14)と、基板10からの散乱光を
受光する受光系(16a,16b,18a,18b)
と、基板10が載置されたステージ20を駆動するステ
ージ駆動装置22と、ステージ20(基板10)の位置
を計測する干渉計システム(24,26,28,30,
32,34)と、パターン測定装置全体の制御を行う主
制御装置40と、当該装置による測定結果を表示する表
示装置42とを備えている。
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.

【0023】照明系(12,14)は、測定用のレーザ
光を出力する光学装置12と、光学装置12から射出さ
れたレーザ光をスポットとして基板10上に導く対物レ
ンズ14とから構成されている。対物レンズ14は、レ
ンズ鏡筒14a内に配置されている。
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 onto the substrate 10 as a spot. I have. The objective lens 14 is arranged in a lens barrel 14a.

【0024】測定対象となる基板10としては、例え
ば、半導体の露光工程に使用されるレチクル等のマスク
や、そのマスクのパターンが露光されたウエハ等の感光
基板を対象とすることができる。基板10が載置された
ステージ20は、主制御装置40に制御されるステージ
駆動装置22によって、XY2次元平面内で移動可能に
構成されている。そして、ステージ20の移動により、
対物レンズ14から射出されるレーザスポットを基板1
0の表面で走査するようになっている。
The substrate 10 to be measured may 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.

【0025】基板10からの散乱光を受光する受光系
(16a,16b,18a,18b)は、基板10を斜
め上方から覗くように配置されており、レーザ光と基板
10との相対的な走査によって、基板10上のパターン
エッジで発生する散乱光又は回折光を受光する。そし
て、受光した光の強度に応じた電気信号を主制御装置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.

【0026】本実施例の干渉計システム(24,26,
28,30,32,34)は、2軸干渉計システムであ
り、基板10のX軸方向の位置計測を行うシステム(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(36a,36
b)によってレンズ鏡筒14aの外周上に固定された参
照鏡24と、ステージ20上の端部に固定された長尺状
の移動鏡28と、干渉計本体32とから構成されてい
る。干渉計本体32内には、図示しないレーザ光源が設
けられており、このレーザ光源から射出されたレーザ光
をビームスプリッタ等の分光器(図示せず)によって2
つの光に分割し、分割した光を参照鏡24と移動鏡28
に対して投射する。そして、参照鏡24と移動鏡28で
反射したレーザ光を再び干渉計本体32内で合成し、合
成さし光の干渉縞に基づいて、参照鏡24と移動鏡28
の相対的な位置変化、すなわち、ステージ20のX方向
の移動量を計測するようになっている。更に正確には、
参照鏡24と移動鏡28の相対的な位置の変位量に基づ
いて、対物レンズ14の光軸A(図2参照)上に存在す
る基板10上のパターンのX座標を計測する。
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 systems (24, 28, 32) for measuring the position in the X-axis direction include mounting members (36a, 36).
It comprises a reference mirror 24 fixed on the outer periphery of the lens barrel 14a by b), a long movable mirror 28 fixed to an end on the stage 20, 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.
And splits the split light into two beams. The reference mirror 24 and the moving mirror 28
To project on. Then, the laser beams reflected by the reference mirror 24 and the moving mirror 28 are combined again in the interferometer body 32, and based on the interference fringes of the combined light, the reference mirror 24 and the moving mirror 28 are combined.
, That is, the amount of movement of the stage 20 in the X direction is measured. More precisely,
The X coordinate of the pattern on the substrate 10 existing on the optical axis A of the objective lens 14 (see FIG. 2) is measured based on the relative displacement of the reference mirror 24 and the movable mirror 28.

【0027】一方、Y軸方向の位置計測を行う干渉計シ
ステム(26,30,34)もX軸方向のシステムと同
様に、取り付け部材(38a,38b)によってレンズ
鏡筒14aの外周上に固定された参照鏡26と、ステー
ジ20上の端部に固定された長尺状の移動鏡30と、干
渉計本体34とから構成されている。干渉計本体34
は、干渉計32と同様に、内部に図示しないレーザ光源
が設けられており、このレーザ光源から射出されたレー
ザ光をビームスプリッタ等の分光器(図示せず)によっ
て2つの光に分割し、分割した光を参照鏡26と移動鏡
30に対して投射する。そして、参照鏡26と移動鏡3
0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 fixed on the outer periphery of the lens barrel 14a by mounting members (38a, 38b), similarly to the systems in the X-axis direction. The reference mirror 26 includes an elongated movable mirror 30 fixed to an end of the stage 20, and an interferometer main body 34. Interferometer body 34
Is provided with a laser light source (not shown) inside like the interferometer 32. The laser light emitted from the laser light source is split into two lights by a spectroscope (not shown) such as a beam splitter. The split light is projected on the reference mirror 26 and the movable mirror 30. Then, the reference mirror 26 and the movable mirror 3
The laser light reflected at 0 is recombined in the interferometer body 34, and based on the interference fringes of the combined light, the relative position displacement between the reference mirror 26 and the moving mirror 30, that is, 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.

【0028】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.

【0029】図2は、本発明の第1実施例にかかるレン
ズ鏡筒14aと、参照鏡24と、その取り付け部材(3
6a,36b)との位置関係を示す。なお、ここでは説
明の便宜上、参照鏡24用の取り付け部材(36a,3
6b)のみを示し、参照鏡26用の取り付け部材(38
a,38b)の構成については後に説明する。取り付け
部材(36a,36b)は、熱膨張率の低い材質で成形
された2つの支持アーム36a,36bから構成されて
いる。一方の支持アーム36aは、一端が参照鏡24の
反射面24aの端部に固着され、他端がレンズ鏡筒14
aの外周部に固定されている。また、他方の支持アーム
36bに関しても同様に、一端が参照鏡24の反射面2
4aの端部に固着され、他端がレンズ鏡筒14aの外周
部に固定されている。2つの支持アーム36a,36b
の参照鏡24側の端部は、一定間隔の空間が形成されて
おり、干渉計32からのレーザ光XLを遮らないように
なっている。
FIG. 2 shows a lens barrel 14a, a reference mirror 24, and its mounting member (3) according to the first embodiment of the present invention.
6a, 36b). Here, for convenience of explanation, the attachment members (36a, 3
6b) only, and the mounting member (38) for the reference mirror 26 is shown.
The configuration of a, 38b) will be described later. The attachment members (36a, 36b) are composed of two support arms 36a, 36b formed of a material having a low coefficient of thermal expansion. One end of the support arm 36a is fixed to an end of the reflecting surface 24a of the reference mirror 24, and the other end is connected to the lens barrel 14a.
a is fixed to the outer peripheral portion. Similarly, one end of the other support arm 36b is connected to the reflection surface 2 of the reference mirror 24.
4a, and the other end is fixed to the outer periphery of the lens barrel 14a. Two support arms 36a, 36b
A space at a fixed interval is formed at an end of the reference mirror 24 on the side of the reference mirror 24 so that the laser beam XL from the interferometer 32 is not blocked.

【0030】支持アーム36a,36bのレンズ鏡筒1
4a側の設置位置は、対物レンズ14の光軸Aを含む平
面Pa上に一致するようになっている。また、支持アー
ム36a,36bのレンズ鏡筒14aへの接触部分の幅
は、平面Paに対して対称(L1=L2)となるように
設計されている。更に、平面Paと参照鏡24の反射面
24aとは平行になるように配置されている。このよう
な配置構成により、レンズ鏡筒14aが熱膨張又は熱収
縮した場合にも、支持アーム36a,36bに伝わる変
位は平面Paと平行、すなわち参照鏡24の反射面24
aと平行となるため、参照鏡24自体はレーザ光XLの
方向(Paに垂直な方向)に殆ど変位しないことにな
る。なお、各支持アーム36a,36bとレンズ鏡筒1
4aとの接触面積は、できるだけ小さくすることが望ま
しい。
The lens barrel 1 of the support arms 36a and 36b
The installation position on the 4a side coincides with a plane Pa including the optical axis A of the objective lens 14. The widths of the contact portions of the support arms 36a and 36b with the lens barrel 14a are designed to be symmetric with respect to the plane Pa (L1 = L2). Further, the plane Pa and the reflection surface 24a of the reference mirror 24 are arranged so as to be parallel. With this arrangement, even when the lens barrel 14a thermally expands or contracts, the displacement transmitted to the support arms 36a and 36b is parallel to the plane Pa, that is, the reflection surface 24 of the reference mirror 24.
Therefore, the reference mirror 24 itself hardly displaces in the direction of the laser beam XL (the direction perpendicular to Pa). The support arms 36a and 36b and the lens barrel 1
It is desirable that the contact area with 4a be as small as possible.

【0031】図3は、参照鏡24用の取り付け部材(3
6a,36b)と、参照鏡26用の取り付け部材(38
a,38b)とを組み合わせた実際の使用状態を示す。
なお、先に参照鏡24用の取り付け部材(36a,36
b)については説明してあるため、ここでは参照鏡26
用の取り付け部材(38a,38b)を中心に説明す
る。参照鏡26用の取り付け部材(38a,38b)
は、参照鏡24用の取り付け部材(36a,36b)と
略同一の構成を採り、低熱膨張率の材質より成形された
2本の支持アーム38a,38bから構成されている。
そして、一方の支持アーム38aは、一端が参照鏡26
の反射面26aの端部に固着され、他端がレンズ鏡筒1
4aの外周部に固定されている。また、他方の支持アー
ム38bに関しても同様に、一端が参照鏡26の反射面
26aの端部に固着され、他端がレンズ鏡筒14aの外
周部に固定されている。また、2つの支持アーム38
a,38bの参照鏡26側の端部は、一定間隔の空間が
形成されており、干渉計34からのレーザ光YLを遮ら
ないようになっている。
FIG. 3 shows a mounting member (3) for the reference mirror 24.
6a, 36b) and a mounting member (38) for the reference mirror 26.
a, 38b) are shown.
It should be noted that the mounting members (36a, 36
Since b) has been described, the reference mirror 26 is used here.
The following description focuses on the mounting members (38a, 38b). Mounting member for reference mirror 26 (38a, 38b)
Has substantially the same configuration as the mounting members (36a, 36b) for the reference mirror 24, and is composed of two support arms 38a, 38b formed of a material having a low coefficient of thermal expansion.
One end of the support arm 38a is connected to the reference mirror 26.
Is fixed to the end of the reflection surface 26a of the lens barrel 1 and the other end is the lens barrel 1.
4a is fixed to the outer peripheral portion. Similarly, one end of the other support arm 38b is fixed to the end of the reflection surface 26a of the reference mirror 26, and the other end is fixed to the outer periphery of the lens barrel 14a. Also, two support arms 38
The ends of the reference mirrors 26a and 38b on the side of the reference mirror 26 are formed with a space at regular intervals so as not to block the laser beam YL from the interferometer 34.

【0032】支持アーム38bの一部には、参照鏡24
用の保持部材の一方の支持アーム36aが貫通する挿通
孔48が形成されている。そして、参照鏡24と26と
の高さ(対物レンズ14の光軸A方向の位置)が一致す
るようになっている。なお、支持アーム38bに形成さ
れた挿通孔48に支持アーム36aを挿通させるのに代
えて、支持アーム38bと36aに、互いに噛み合う凹
部を形成することによって、参照鏡24と26との高さ
を一致させても良い。
A part of the support arm 38b includes the reference mirror 24
Hole 48 through which one support arm 36a of the holding member for use passes. The heights of the reference mirrors 24 and 26 (the positions of the objective lens 14 in the direction of the optical axis A) match. Instead of inserting the support arm 36a into the insertion hole 48 formed in the support arm 38b, the support arms 38b and 36a are formed with concave portions that mesh with each other, so that the heights of the reference mirrors 24 and 26 are reduced. They may be matched.

【0033】支持アーム38a,38bのレンズ鏡筒1
4a側の設置位置は、対物レンズ14の光軸Aを含む平
面Pb上に一致するようになっている。また、支持アー
ム38a,38bのレンズ鏡筒14aへの接触部分の幅
は、平面Pbに対して対称(L3=L4)となってい
る。更に、平面Pbと参照鏡26の反射面26aとは平
行になるように配置されている。このように、参照鏡2
6は、支持アーム38a,38bによって、レンズ鏡筒
14aの外周上の平面Pbと交差する位置で支持されて
いるため、X軸用の取り付け部材(36a,36b)と
同様に、レンズ鏡筒14aが熱膨張又は熱収縮した場合
にも、支持アーム38a,38bに伝わる変位は平面P
b方向(平面Paに垂直な方向)となる。
Lens barrel 1 of support arms 38a and 38b
The installation position on the 4a side coincides with a plane Pb including the optical axis A of the objective lens 14. The widths of the contact portions of the support arms 38a and 38b with the lens barrel 14a are symmetric with respect to the plane Pb (L3 = L4). Further, the plane Pb and the reflection surface 26a of the reference mirror 26 are arranged so as to be parallel. Thus, the reference mirror 2
6 is supported by the support arms 38a and 38b at a position that intersects the plane Pb on the outer periphery of the lens barrel 14a, so that the lens barrel 14a is similar to the X-axis mounting members (36a and 36b). Is thermally expanded or contracted, the displacement transmitted to the support arms 38a and 38b is the plane P
This is the direction b (the direction perpendicular to the plane Pa).

【0034】次に、図1に示した本実施例のパターン位
置測定装置の全体的な動作について説明する。パターン
測定を開始する前に、まず、対物レンズ14の光軸Aを
基板10上のある基準点に合わせ、その時点での干渉計
本体32,34による計測値をゼロにする、所謂キャリ
ブレーションを行う。その後、ステージ20を駆動装置
22によってXY方向に駆動することによって、対物レ
ンズ14を介して光学装置12から出力されるレーザス
ポットを、基板10の表面で走査する。レーザスポット
が基板上のパターンで走査されると、パターンのエッジ
部分で散乱光(又は回折光)が発生し、その散乱光を受
光素子16a,16b,18a,18bで受光する。
Next, the overall operation of the pattern position measuring apparatus of this embodiment shown in FIG. 1 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. Then, the laser spot output from the optical device 12 via the objective lens 14 is scanned on the surface of the substrate 10 by driving the stage 20 in the XY directions by the driving device 22. 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.

【0035】この時、干渉計本体32,34では、基板
10(移動鏡28,30)と対物レンズ14(参照鏡2
4,26)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。
At this time, in the interferometer main bodies 32 and 34, the substrate 10 (moving mirrors 28 and 30) and the objective lens 14 (reference mirror 2)
4, 26), the relative displacement in the XY directions is measured, and the measured value is supplied to the main controller 40. In the main controller 40,
The distance between the patterns on the substrate 10 is determined based on the position information supplied from the interferometer bodies 32 and 34 and the detection signals from the light receiving elements 16a, 16b, 18a and 18b, and displayed on the display device 42.

【0036】上記のような本実施例においては、取り付
け部材(36a,36b,38a,38b)により、対
物レンズ14の光軸Aを含む平面Pa,Pbとレンズ鏡
筒14aの外周とが交差する位置で参照鏡24,26が
支持されているため、レンズ鏡筒14aが熱膨張又は熱
収縮した場合にも、反射面24a,26aの計測方向
(XL,YL)のずれを最小限に抑えられる。すなわ
ち、レンズ鏡筒14aが熱膨張した場合、その膨張は対
物レンズ14の光軸Aを中心に放射方向の略均一に伝播
するため、レンズ鏡筒14aの外周部分においては、光
軸Aを含む平面Pa,Pbに沿って変位することにな
る。従って、本実施例においては、対物レンズ14の光
軸Aを含む平面Pa,Pbとレンズ鏡筒14aが交差す
る位置に取り付け部材(36a,36b,38a,38
b)を接続しているため、レンズ鏡筒14aの熱変位
は、参照鏡24,26の反射面24a,26aに平行な
方向にのみ伝播される。すなわち、最も重要な計測方向
XL,YLへの変位は殆どない。その結果、基板10の
位置を正確に計測することができる。
In the present embodiment as described above, the attachment members (36a, 36b, 38a, 38b) intersect the planes Pa, Pb including the optical axis A of the objective lens 14 with the outer periphery of the lens barrel 14a. Since the reference mirrors 24 and 26 are supported at the positions, even when the lens barrel 14a thermally expands or contracts, the displacement of the reflective surfaces 24a and 26a in the measurement direction (XL, YL) can be minimized. . That is, when the lens barrel 14a thermally expands, the expansion propagates substantially uniformly in the radial direction around the optical axis A of the objective lens 14, so that the outer peripheral portion of the lens barrel 14a includes the optical axis A. It will be displaced along the planes Pa and Pb. Therefore, in this embodiment, the mounting members (36a, 36b, 38a, 38) are located at positions where the planes Pa, Pb including the optical axis A of the objective lens 14 and the lens barrel 14a intersect.
Since b) is connected, the thermal displacement of the lens barrel 14a is propagated only in a direction parallel to the reflecting surfaces 24a and 26a of the reference mirrors 24 and 26. That is, there is almost no displacement in the most important measurement directions XL and YL. As a result, the position of the substrate 10 can be accurately measured.

【0037】以下、レンズ鏡筒14aの熱膨張(熱収
縮)に起因する反射鏡24の計測方向(X方向)の変位
について、図4及び図8を参照して、従来の構成と比較
して説明する。なお、式中の記号は以下の通りとする。 R:レンズ鏡筒(14a、114a)の半径 K1:レンズ鏡筒の熱膨張係数 T:温度変化量 θ:(保持部材126とレンズ鏡筒114aとの接点の
角度)/2 ε1:従来技術による参照鏡124の変位量 △R:レンズ鏡筒14aの半径の変化量 L:支持アーム36a(36b)の腕の長さ β:支持アーム36a(36b)のアーム角度の変化量 ε2:本実施例による参照鏡24の変位量
The displacement of the reflecting mirror 24 in the measurement direction (X direction) due to the thermal expansion (thermal contraction) of the lens barrel 14a will be described below with reference to FIGS. explain. The symbols in the formula are as follows. R: radius of the lens barrel (14a, 114a) K1: coefficient of thermal expansion of the lens barrel T: amount of temperature change θ: (angle of contact between the holding member 126 and the lens barrel 114a) / 2 ε1: according to the conventional technique R: Displacement amount of reference mirror 124 R: Change amount of radius of lens barrel 14a L: Arm length of support arm 36a (36b) β: Change amount of arm angle of support arm 36a (36b) ε2: This embodiment Displacement of the reference mirror 24 due to

【0038】図4において、レンズ鏡筒14aの半径R
が△Rだけ膨張した場合の参照鏡24のX軸方向の変位
量ε2は、以下のようになる。 △R = R・K1・T ・・・・(1) △R = L・sinβ ・・・・(2) ε2 = L(1−cosβ) ・・・・(3) 式(3)より、ε2が極めて小さい値になることが予想
できる。
In FIG. 4, the radius R of the lens barrel 14a is
Is expanded by ΔR, the displacement amount ε2 of the reference mirror 24 in the X-axis direction is as follows. ΔR = R · K1 · T (1) ΔR = L · sinβ (2) ε2 = L (1-cosβ) (3) From equation (3), ε2 Can be expected to be extremely small.

【0039】図8に示した従来の構成で、R=20m
m、K1=15×10-6、θ=15°、T=0.1°C
とした場合、参照鏡124(反射面124a)の変位量
ε1は、以下のようになる。 ε1=R・K1・T・cosθ =20・15×10-6×0.1×cos15=2.9×
10-5(mm)
In the conventional configuration shown in FIG. 8, R = 20 m
m, K1 = 15 × 10 -6 , θ = 15 °, T = 0.1 ° C
In this case, the displacement ε1 of the reference mirror 124 (reflection surface 124a) is as follows. ε1 = R · K1 · T · cos θ = 20 · 15 × 10 −6 × 0.1 × cos15 = 2.9 ×
10 -5 (mm)

【0040】一方、本実施例においては、上記と同様の
条件で、L=40mmとした場合、先に示した式(1)
より、レンズ鏡筒14aの半径の変化量△Rは以下のよ
うになる。 △R=R・K1・T =20×15×10-6×0.1=3.0×10-5(m
m)
On the other hand, in the present embodiment, when L = 40 mm under the same conditions as above, the equation (1) shown above is used.
Therefore, the variation ΔR of the radius of the lens barrel 14a is as follows. ΔR = R · K1 · T = 20 × 15 × 10 −6 × 0.1 = 3.0 × 10 −5 (m
m)

【0041】また、式(2)より、支持アーム36a
(36b)のアーム角度の変化量βは、以下のようにな
る。 β=sin-1(△R/L) =sin-1(3.0×10-5/40)=4.297×1
-5(deg)
From equation (2), the support arm 36a
The change amount β of the arm angle in (36b) is as follows. β = sin −1 (△ R / L) = sin −1 (3.0 × 10 −5 /40)=4.297×1
0 -5 (deg)

【0042】そして、上記のβを式(3)に代入して参
照鏡24の変位量ε2を求めると、以下のようになる。 ε2=L(1−cosβ)=40×(1−cos4.2
97×10-5)<1×10-9(mm) この値 ε2(<1×10-9mm)は、従来の構成によ
る ε1(=2.9×10-5mm)に比べて、格段に小
さな値となる。
Then, when the above-mentioned β is substituted into the equation (3) to obtain the displacement ε2 of the reference mirror 24, the following is obtained. ε2 = L (1-cosβ) = 40 × (1-cos4.2
97 × 10 −5 ) <1 × 10 −9 (mm) This value ε2 (<1 × 10 −9 mm) is significantly different from ε1 (= 2.9 × 10 −5 mm) according to the conventional configuration. To a small value.

【0043】図5は、本発明の第2実施例にかかる取り
付け部材50,52の構成を示す。この実施例は、図
2,図3に示す実施例を改良したものであり、参照鏡2
4,26を保持する取り付け部材50,52をそれぞれ
一体的に成形している。そして、取り付け部材50の内
側に参照鏡24を取り付け、反射面24aに対応する位
置にレーザ光XLが通過する孔50aを設けている。ま
た、取り付け部材52の内側に参照鏡26を取り付け、
反射面26aに対応する位置にレーザ光YLが通過する
孔52aを設けている。取り付け部材52の一部には、
図4に示す支持アーム38bの挿通孔48に対応する挿
通孔56が形成されている。この挿通孔56の機能は、
支持アーム38aの挿通孔48と同様であり、取り付け
部材50の一部がその中を挿通し、参照鏡24と26の
高さ方向の位置(対物レンズ14の光軸A方向の位置)
を一致させている。他の構成は図2,図3に示す実施例
と同様であるため、重複した説明は省略する。
FIG. 5 shows the structure of the mounting members 50 and 52 according to the second embodiment of the present invention. This embodiment is an improvement of the embodiment shown in FIGS.
Attachment members 50 and 52 for holding the members 4 and 26 are integrally formed. Then, the reference mirror 24 is mounted inside the mounting member 50, and a hole 50a through which the laser light XL passes is provided at a position corresponding to the reflection surface 24a. Further, the reference mirror 26 is mounted inside the mounting member 52,
A hole 52a through which the laser light YL passes is provided at a position corresponding to the reflection surface 26a. Some of the attachment members 52 include:
An insertion hole 56 corresponding to the insertion hole 48 of the support arm 38b shown in FIG. 4 is formed. The function of this insertion hole 56 is as follows.
It is the same as the insertion hole 48 of the support arm 38a, and a part of the mounting member 50 is inserted therethrough, and the height positions of the reference mirrors 24 and 26 (the position of the objective lens 14 in the optical axis A direction).
Are matched. Other configurations are the same as those of the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, and thus, duplicated description will be omitted.

【0044】図6は、本発明の第3実施例にかかる参照
鏡取り付け部材60,62の構成を示す。この実施例
は、図5に示す実施例を改良したものであり、参照鏡と
取り付け部材60,62をそれぞれ一体的に成形してい
る。すなわち、取り付け部材60,62の表面に反射面
60a,62aを直接形成してたものである。取り付け
部材62の一部には、挿通孔64が形成されている。こ
の挿通孔64の機能は、図4及び図5の実施例の挿通孔
48,56と同様であり、取り付け部材60の一部がそ
の中を挿通し、反射面60a,62aの高さ方向の位置
(対物レンズ14の光軸A方向の位置)を一致させてい
る。他の構成は図2,図3,図4に示す実施例と同様で
あるため、重複した説明は省略する。
FIG. 6 shows the configuration of the reference mirror mounting members 60 and 62 according to the third embodiment of the present invention. This embodiment is an improvement of the embodiment shown in FIG. 5, in which the reference mirror and the mounting members 60 and 62 are integrally formed. That is, the reflecting surfaces 60a and 62a are directly formed on the surfaces of the mounting members 60 and 62. An insertion hole 64 is formed in a part of the attachment member 62. The function of this insertion hole 64 is the same as that of the insertion holes 48 and 56 of the embodiment of FIGS. 4 and 5, and a part of the mounting member 60 is inserted therethrough, and the height of the reflecting surfaces 60a and 62a in the height direction. The positions (the positions of the objective lens 14 in the direction of the optical axis A) are matched. Other configurations are the same as those of the embodiment shown in FIGS. 2, 3, and 4, and therefore, duplicate description will be omitted.

【0045】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に示された本発明の技術的思想とし
ての要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
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.

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

【図1】図1は、本発明の実施例にかかるパターン位置
測定装置の構成を示す概念図(斜視図)である。
FIG. 1 is a conceptual diagram (perspective view) showing a configuration of a pattern position measuring apparatus according to an 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、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. 3 is an enlarged plan view illustrating a configuration of a main part (a reference mirror mounting member) of the pattern position measuring device illustrated in FIG. 1;

【図4】図4は、本実施例の作用を説明するための説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operation of the present embodiment.

【図5】図5は、本発明の第2実施例の要部(参照鏡取
り付け部材)の構成を示す拡大平面図である。
FIG. 5 is an enlarged plan view showing a configuration of a main part (a reference mirror mounting member) of a second embodiment of the present invention.

【図6】図6は、本発明の第3実施例の要部(参照鏡取
り付け部材)の構成を示す拡大平面図である。
FIG. 6 is an enlarged plan view showing a configuration of a main part (a reference mirror mounting member) according to a third embodiment of the present invention.

【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・・・参照鏡 24a,26a,60a,62a・・・反射面 28,30・・・移動鏡 32,34・・・干渉計本体 36a,36b,38a,38b,50,52,60,
62・・・(参照鏡)取り付け部材 40・・・主制御装置 48,56,64・・・挿通孔 A・・・対物レンズ光軸 Pa,Pb・・・光軸Aを含む平面 XL,XY・・・計測用レーザ光
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 ... Reference mirror 24a , 26a, 60a, 62a ... reflecting surfaces 28, 30 ... moving mirrors 32, 34 ... interferometer bodies 36a, 36b, 38a, 38b, 50, 52, 60,
62: (reference mirror) mounting member 40: main controller 48, 56, 64: insertion hole A: objective lens optical axis Pa, Pb: plane including optical axis A XL, XY ... Laser light for measurement

Claims (8)

【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の平面と平行な反射面を有
する第1反射部材と;前記第1の平面と交差する前記光
学系の外周上の2カ所で支持され、前記第1反射部材を
前記光学系に対して保持する保持部材と;前記計測対象
物に固定された第2反射部材と;前記第1及び第2反射
部材に対して計測用の光を投射し、当該第1及び第2反
射部材の反射面で反射した光を用いて、前記光学系の光
軸と前記計測対象物との相対的な位置変位量を計測する
計測手段とを備えたことを特徴とする位置計測装置。
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 parallel to a first plane including the optical axis of the optical system. A first reflecting member; a holding member that is supported at two locations on the outer periphery of the optical system that intersects the first plane and holds the first reflecting member with respect to the optical system; A fixed second reflecting member; and an optical system that projects light for measurement onto the first and second reflecting members and uses light reflected by the reflecting surfaces of the first and second reflecting members. A position measuring device comprising: a measuring unit for measuring a relative positional displacement amount between the optical axis of the object 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】前記保持部材は2つの分離したアームから
構成され、当該2つのアームの各々の一端が前記第1の
反射部材の端部にそれぞれ接続され、当該2つのアーム
の各々の他端が前記第1の平面と交差する前記光学系の
外周上の2カ所に接続されていることを特徴とする請求
項1又は2に記載の位置計測装置。
3. The holding member comprises two separate arms, one end of each of the two arms is connected to the end of the first reflecting member, and the other end of each of the two arms. 3. The position measuring device according to claim 1, wherein the position measuring device is connected to two points on the outer periphery of the optical system that intersect with the first plane.
【請求項4】前記保持部材は一体のコの字型の部材であ
り、両端が前記第1の平面と交差する前記光学系の外周
上の2カ所に接続されていることを特徴とする請求項1
又は2に記載の位置計測装置。
4. The holding member is an integral U-shaped member, and both ends are connected to two locations on the outer periphery of the optical system that intersect with the first plane. Item 1
Or the position measuring device according to 2.
【請求項5】前記第1反射部材は、前記保持部材と一体
に成形されていることを特徴とする請求項4に記載の位
置計測装置。
5. The position measuring device according to claim 4, wherein said first reflecting member is formed integrally with said holding member.
【請求項6】前記第1反射部材は、前記光学系の外周の
前記光軸を中心に90°ずれた2カ所に反射面が配置さ
れた、X側第1反射部材とY側第1反射部材とからな
り、 前記第2反射部材は、前記第1の反射部材に対応し、前
記ステージ上の前記光軸を中心に90°ずれた2カ所に
反射面を有し、 前記保持部材は、前記X側第1反射部材を保持するX側
保持部材と、前記Y側第1反射部材を保持するY側保持
部材とからなり、前記X側第1反射部材とY側第1反射
部材の反射面の前記光軸方向の位置が一致するように配
置されていることを特徴とする請求項3、4又は5に記
載の位置計測装置。
6. The X-side first reflection member and the Y-side first reflection member, wherein the first reflection member has reflection surfaces disposed at two positions on the outer periphery of the optical system, which are shifted by 90 ° about the optical axis. The second reflecting member corresponds to the first reflecting member, and has two reflecting surfaces at 90 degrees shifted from the optical axis on the stage. The holding member, An X-side holding member that holds the X-side first reflecting member and a Y-side holding member that holds the Y-side first reflecting member, the reflection of the X-side first reflecting member and the Y-side first reflecting member. The position measuring device according to claim 3, wherein the positions of the surfaces in the optical axis direction coincide with each other.
【請求項7】前記X側保持部材と前記Y側保持部材は、
両保持部材の一方の一部に他方が貫挿した状態で組み合
わせて配置されていることを特徴とする請求項6に記載
の位置計測装置。
7. The X-side holding member and the Y-side holding member,
7. The position measuring device according to claim 6, wherein one of the two holding members is arranged in combination with the other being inserted therethrough.
【請求項8】対物レンズを介して照射される第1の光を
用い、移動可能なステージ上に載置された基板に形成さ
れたパターンを測定するパターン測定装置において、 前記対物レンズの光軸を含む第1の平面と平行な反射面
を有する第1反射部材と;前記第1の平面と交差する前
記対物レンズの外周上の2カ所で支持され、前記第1反
射部材を前記対物レンズに対して保持する保持部材と;
前記ステージ上に固定された第2反射部材と;前記第1
及び第2反射部材に対して計測用の光を投射し、当該第
1及び第2反射部材の反射面で反射した光を用いて、前
記対物レンズの光軸と前記基板との相対的な位置変位量
を計測する計測手段とを備えたことを特徴とするパター
ン測定装置。
8. A pattern measuring apparatus for measuring a pattern formed on a substrate mounted on a movable stage by using a first light irradiated through an objective lens, wherein the optical axis of the objective lens A first reflecting member having a reflecting surface parallel to a first plane, the first reflecting member being supported at two locations on the outer periphery of the objective lens intersecting the first plane, and the first reflecting member being attached to the objective lens; Holding members for holding against;
A second reflecting member fixed on the stage;
And projecting measurement light onto the second reflecting member, and using the light reflected by the reflecting surfaces of the first and second reflecting members, the relative position between the optical axis of the objective lens and the substrate. A pattern measuring device comprising: a measuring unit for measuring a displacement amount.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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