JPH11108645A

JPH11108645A - 反射鏡の反射面の真直度測定方法及びステージ装置

Info

Publication number: JPH11108645A
Application number: JP9266260A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Fujita; 良久藤田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】従来よりステージ装置の位置測定の基準とし
て用いる反射鏡はその反射面の真直度を１８０度反転法
で予め測定し、その反射鏡の真直度から求められる補正
量を用いて実際に測定される位置を補正していたが、そ
の測定される反射鏡の真直度は線対称成分のみであるた
め、点対称成分は補正できないという問題があった。【解決手段】第一段階で等ピッチ且つ直線状に並ん
だ複数個のマークを有する基準マスクをステージ上に載
置してマークの測定を行い、第二段階で基準マスクを１
ピッチ分だけステージ上でずらした位置で同じ測定を行
い、第三段階で第一段階の測定値と第二段階の測定値と
の差をとり、第四段階以降で第三段階で得られた測定値
に対して種々の計算を行うことにより反射鏡の点対称成
分を算出した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光の干渉を
利用して位置を測定するステージ装置、座標測定装置に
配備される移動鏡、等の鏡の鏡面の真直度補正方法及び
ステージ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、精密検査機器、精密工作機械、あ
るいは半導体製造における座標測定装置などの精密測定
機器には、レーザ光の干渉を利用してステージの位置を
測定するステージ装置が広く使われている。図５は、従
来のステージ装置を用いた座標測定装置の斜視図であ
る。座標測定装置は、マスクやレチクルなどの基板３１
の表面に形成されている精密なパターンの座標を測定す
る装置である。

【０００３】図５において、ステージ３５は、モータな
どを備えるステージ駆動装置３６に接続され、このステ
ージ駆動装置３６に入力される主制御装置３７からの制
御信号によって２次元移動する。図において、ステージ
３５が２次元移動する平面内には、図中左上から右下に
向かってＹ軸、左下から右上に向かってＸ軸をとるＸＹ
座標系が設定される。

【０００４】このステージ３５上には、基板３１を載置
する試料台３２が載置されている。試料台３２測方上面
には、Ｙ軸反射鏡３３，Ｘ軸反射鏡３４が固設されてい
る。Ｙ軸反射鏡３３，Ｘ軸反射鏡３４の反射面は、各Ｙ
軸の負の方向、Ｘ軸の負の方向に向けられている。よっ
て、Ｙ軸反射鏡３３，Ｘ軸反射鏡３４の反射面は、ステ
ージ３５の移動に伴ってその位置を変える。

【０００５】一方、試料台３２に載置された基板３１の
上方には、対物レンズ３８が基板３１の表面からわずか
な間隔をあけて配置される。さらに、対物レンズ３８の
上方には、内部にレーザ光源などを有する光学装置３９
が設けられる。光学装置３９から射出されるレーザ光
は、対物レンズ３８を介して、基板３１上にレーザスポ
ットを形成する。したがって、ステージ３５が移動する
ことによって、レーザスポット光が基板３１上のパター
ンを走査することになる。

【０００６】また、対物レンズ３８と基板３１との間に
は、対物レンズ３８の光軸に対称な配置で、４つの受光
素子４０〜４３が設けられる。これらの内の受光素子４
０，４１は、Ｙ軸に沿って設けられ、受光素子４２，４
３は、Ｘ軸に沿って設けられる。したがって、例えば、
レーザスポット光が基板３１上のパターンをＹ軸方向に
走査するときに、基板３１上のパターンが有する微小な
凹凸のエッジ部をレーザスポット光が横切って散乱また
は回折されると、その光は受光素子４０、４１で受光さ
れる。

【０００７】同様にして、レーザスポット光が基板３１
上のパターンをＸ軸方向に走査するときには、エッジ部
で散乱または回折した光は、受光素子４２，４３で受光
される。各受光素子４０〜４３は、エッジ部での散乱光
または回折光を受光し、それをエッジ検出信号として主
制御装置３７に出力する。一方、Ｙ軸反射鏡３３，Ｘ軸
反射鏡３４に対向する位置には、それぞれ測長用レーザ
光源などを有するＹ軸用干渉計４４，Ｘ軸用干渉計４５
が設けられる。さらに、対物レンズ３８の側部におい
て、Ｙ軸用干渉計４４，Ｘ軸用干渉計４５に対向する位
置には、それぞれＹ軸参照鏡４６，Ｘ軸参照鏡４７が取
り付けられる。

【０００８】Ｙ軸用干渉計４４から射出される測長用レ
ーザ光は、Ｘ軸反射鏡３３の反射面で反射され、Ｙ軸参
照鏡４６で反射した光と干渉する。よって、Ｙ軸用干渉
計４４では、ステージ３５のＹ軸方向の移動に伴うレー
ザ光の強度変調信号を得ることができ、ステージ３５の
Ｙ軸方向の位置が測定される。同様にして、Ｘ軸用干渉
計４５では、Ｘ軸反射鏡３４での反射光とＸ軸参照鏡４
７での反射光との干渉から、ステージ３５のＸ軸方向の
移動に伴うレーザ光の強度変調信号を得ることができ、
ステージ３５のＸ軸方向の位置が測定される。

【０００９】このようにして測定したステージ３５のＹ
軸方向，Ｘ軸方向の位置を示す位置信号は、Ｙ軸用干渉
計４４，Ｘ軸用干渉計４５から主制御装置３７に出力さ
れる。したがって、主制御装置３７では、受光素子４０
〜４３によってエッジが検出されたときに、ステージ３
５がどの位置にあったかを知ることにより、パターンの
Ｘ座標値，Ｙ座標値を測定することができる。

【００１０】表示装置４８は、主制御装置３７によって
測定されたパターンのＸ座標値，Ｙ座標値を表示する。
以上のような測定が繰り返され、複数のパターン座標値
が測定される。以下、基板３１上のパターンのＹ座標値
の測定について説明をする。Ｘ座標値の測定についても
同様であるので説明を省略する。

【００１１】パターンのＹ座標値を測定する場合には、
Ｙ軸反射鏡３３の反射面のたわみが実測値の測定精度に
大きく影響する。Ｙ軸反射鏡３３の反射面にたわみが存
在すると、パターンのＸ座標値が異なる各点においてレ
ーザ光が異なる光路長をとるからである。通常、測長用
レーザ光がＹ軸反射鏡３３の反射面で反射する位置は、
ステージ３５のＸ軸方向への移動に伴って、Ｙ軸方向に
１次元的に移動することになる。この反射位置の部分に
おけるＹ軸反射鏡３３の反射面の理想平面からの変位が
反射面のたわみである。以下、実測値への反射面のたわ
みの影響と、従来の反射面のたわみの補正方法につい
て、図６を参照して説明する。

【００１２】図６は、Ｙ軸反射鏡３３の反射面と基板３
１上のパターンとの座標関係を示す図である。図６に於
いて、Ｙ軸反射鏡３３の反射面のたわみを反射面の真直
度Ｙ(x) で表すことにする。また、基板３１上に実線で
示されるパターン７０は、Ｙ軸を基準にして基板３１が
０度姿勢のときのものである。理想的な座標系（たわみ
のないＹ軸反射鏡）で測定したときのパターン７０のＹ
座標値はＹp(x)で表されるとする。反射面の真直度がＹ
(x) で表されるＹ軸反射鏡３３を用い、０度姿勢の基板
３１上に形成されたパターン７０のＹ座標値を実際に測
定すると、得られる実測値Ｙr(x)は、Ｙr(x)＝Ｙp(x)−Ｙ(x) ＋Ｃ1 ，Ｃ1 ：オフセット量・・・( １) と表される。つまり、Ｙ軸反射鏡３３の真直度Ｙ(x) が
そのまま加わったものとなる。

【００１３】そこで従来では、このＹ軸反射鏡３３のた
わみを補正するために、基板３１を原点を中心にして１
８０度回転させた１８０度姿勢での測定をも行うことに
よって補正値を算出していた。以下、従来の補正方法に
ついて説明する。図中破線で示されるパターン７１は、
基板３１が１８０度姿勢のときのものである。このパタ
ーン７１の理想的なＹ座標値は、−Ｙp(-x) と表され
る。

【００１４】この１８０度姿勢の基板３１上に形成され
たパターン７１のＹ座標値を、真直度誤差がＹ(x) のＹ
軸反射鏡３３を用いて測定する場合、得られる実測値Ｙ
s(x)は、Ｙs(x)＝−Ｙp(-x) −Ｙ(x) ＋Ｃ2 ，Ｃ2 ：オフセット量・・・( ２) と表される。

【００１５】こうして得られる２つの実測値（式( １)
，式( ２) ）では、基板３１の姿勢が互いに１８０度
回転している。したがって、基板３１上の同じ位置に対
する実測値どうしを比較する（パターン７０とパターン
７１とを重ねる）ために、１８０度姿勢の実測値Ｙs(x)
を−Ｙs(-x) に変換し、この変換値−Ｙs(-x) と０度姿
勢の実測値Ｙr(x)との差分ΔＹr(x)（＝−Ｙs(-x) −Ｙ
r(x)）を求める。

【００１６】これによって、パターン７０，７１のＸ座
標値の成分が打ち消されて、Ｙ軸に対称な位置における
Ｘ軸反射鏡３３の反射面の真直度の和が求められる。す
なわち、差分ΔＹr(x)は、 ΔＹr(x)＝Ｙ(-x)＋Ｙ(x) −Ｃ2 −Ｃ1 ・・・( ３) となる。

【００１７】従来では、この差分ΔＹr(x)を２で割るこ
とによって、Ｙ軸反射鏡３３の反射面の真直度Ｙa(x)を
求めている。すなわち、Ｙ軸反射鏡３３の真直度Ｙa(x)
は、Ｙa(x)＝ΔＹr(x)／２
・・・( ４)で求められる。従来では、こうして
求めたＹ軸反射鏡３３の反射面の真直度Ｙa(x)を、例え
ば、式( １) のＹ(x) の代わりに用いてＹ軸反射鏡３３
の真直度補正を行う。補正後のパターン７０のＹ座標値
Ｙpa(x) は、Ｙpa(x) ＝Ｙr(x)＋Ｙa(x)−Ｃ1 ，Ｃ1 ：オフセット量・・・( ５) と表される。以下、この従来の補正方法を「１８０度反
転法」という。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来の１８０度反転法
では、式( ４) より求められるＹ軸反射鏡３３の真直度
Ｙa(x)は、式( ４) に式( ３) を代入することによって
わかるように、Ｙ軸に対称な位置での真直度Ｙa(-x) と
等しい。すなわち、従来の１８０度反転法では、Ｙ軸反
射鏡３３の反射面の真直度は、Ｙ軸に対称（線対称）で
あると仮定していることになる。

【００１９】ここで、Ｙ軸反射鏡３３の反射面の真直度
が、例えば、図９に示されるＸ軸反射鏡３４のように点
対称なものである、つまり、Ｙ(x) ＝−Ｙ(-x)であると
仮定する。このとき式( ３) はΔＹr(x)＝−Ｃ2 −Ｃ1
となる。すなわち、Ｙ軸反射鏡３３の反射面の真直度Ｙ
a(x)は、式( ４) より、オフセット量Ｃ1 ，Ｃ2 で決ま
る定数値となり、Ｙ軸反射鏡３３の反射面の真直度が点
対称成分を有する場合、従来の１８０度反転法では、何
ら真直度補正を行うことができないことがわかる。

【００２０】図７には、Ｘ軸反射鏡３３とＹ軸反射鏡３
４とが、共に点対称の真直度を持つ場合の座標系を示
す。このようなゆがみを持つ座標系は、１８０度回転し
ても重なってしまうので、従来の１８０度反転法を用い
た補正では、図８に示す理想的な座標系に変換すること
ができない。すなわち、従来の１８０度反転法では、複
雑なたわみ形状をもつ反射鏡の反射面の真直度の線対称
の成分のみを補正し、点対称の成分、すなわち反射鏡の
反射面の全体の真直度から線対称成分を除去した成分に
ついては真直度補正を行っていなかったことになる。

【００２１】従来は、反射面の真直度の点対象成分を含
めて補正するために、外部の平面度測定機などを併用し
て補正量を求めていたが、精度、コスト、製造期間の点
で問題があった。本発明の目的は、反射鏡の真直度の線
対称成分以外の点対称成分についても高精度な真直度補
正を可能にする反射鏡の反射面真直度測定方法を提供す
ることにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、次の段階を有する反射鏡の反射面の真直度測定方
法: 即ち、第一段階に於いてステージ上に載置され、被
測定反射鏡を固定した試料台に複数個のマークから成る
マーク列を有する基準マスクを載置し、第二段階に於い
て複数個のマークの各座標値を測定し、第三段階に於い
て基準マスクをステージ上でずらし、第四段階に於いて
複数個のマークの各座標値を測定し、第五段階に於いて
複数個の各マークに対して、第四段階で測定された各座
標値から第二段階で測定された各座標値を減算した差分
座標値を算出し、第六段階に於いて二つの互いに隣り合
うマークに対応する位置に於ける被測定反射鏡の反射面
の段差を算出し、第七段階に於いて被測定反射鏡の反射
面の真直度を含む値を算出し、第八段階に於いて反射面
の真直度を含む値の線対称成分を算出し、第九段階に於
いて反射面の真直度の点対称成分を算出する反射鏡の反
射面の真直度測定方法を提供する。

【００２３】請求項２に記載の発明は、第一段階に於い
て複数個のマークは所定のピッチで等間隔且つ直線状に
基準マスク上に連設されており、且つ基準マスクをマー
ク列を被測定反射鏡の反射面に略平行に載置し、第三段
階に於いて基準マスクを被測定反射鏡の反射面に略平行
に前記ピッチ分だけずらし、第六段階に於いて隣接段差
を互いに隣り合う二つのマークに対する二つの差分座標
値の加算を全ての互いに隣り合う二つのマークから成る
組に対して行うことにより算出し、第七段階に於いて被
測定反射鏡の反射面の真直度を含む値を二つの最外端マ
ークのどちらか一方に対応する位置に於ける被測定反射
鏡の反射面の高さを基準にして、前記複数個のマークに
対応する位置に於ける被測定反射鏡の反射面の高さ、即
ち反射面の変位を前記段差を積分することによって算出
し、第八段階に於いて、複数個のマークを順番にＰ₁、
Ｐ₂、・・・・・・・・・・、Ｐ_n-1、Ｐ_nとし、基準マスクをず
らす前の各マークの位置に対応する反射面の各変位をａ
₀、ａ₁、・・・・・・・・・・、ａ _n-2、ａ_n-1としたとき、
（ａ₀＋ａ_n-1）／２、（ａ₁＋ａ_n-2）／２、・・・・・・
・・・・なる演算を行い、反射面の形状の線対称成分をａ_e1
＝（ａ₀＋ａ_n-1）／２、ａ_e2＝（ａ₁＋ａ_n-2）／
２、・・・・・・・・、a _en-1＝（ａ₁＋ａ_n-2）／２、a _en＝
（ａ₀＋ａ_n-1）／２_NOように算出し、第九段階に於い
て反射面の形状から線対称成分を減ずることにより反射
面の形状の点対称成分を算出することを特徴とする請求
項１記載の反射鏡の反射面の真直度測定方法を提供す
る。

【００２４】請求項３に記載の発明は、反射鏡の反射面
の真直度の点対称成分を請求項１または請求項２の方法
により測定し、真直度の線対称成分を１８０度反転法に
より測定し、真直度を点対称成分と線対称成分との加算
により算出することを特徴とする反射鏡の反射面の真直
度測定方法を提供する。請求項４に記載の発明は、反射
鏡を有する試料台をステージに載置し、反射鏡に照射さ
れるレーザ光の干渉を利用してステージの位置を測定
し、ステージ位置データを取得するステージ装置におい
て、反射鏡が請求項１〜３の何れか１項記載の反射鏡の
反射面の真直度測定方法により測定され、且つステージ
装置が請求項１〜３の何れか１項記載の反射鏡の反射面
の真直度測定方法により測定された測定値から得られた
補正値を記憶した記憶部を有することを特徴とするステ
ージ装置を提供する。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１〜図４は、本発明の実施形態
で用いる装置を示す。なお、図１は、本実施形態で用い
る反射鏡の反射面の真直度を測定する装置の斜視図であ
る。本装置は基本的に図８の従来のステージ装置を用い
た座標測定装置と同一であるので、説明は省略する。図
２は図１の測定装置に於いてＹ軸反射鏡の反射面の真直
度を測定する様子を示す平面図である。また図３は図１
の測定装置に於いてＹ軸反射鏡の反射面の真直度の線対
称成分を測定する様子を示す平面図である。図４は第一
の実施の形態の方法で測定された反射鏡を搭載した、第
二の実施の形態のステージ装置の斜視図である。（第一の実施の形態）本実施形態は反射鏡の反射面の真
直度測定方法である。図２に於いて、直線上に並んだ複
数のマークを有する基準マスクがそのマーク列の方向を
Ｘ軸方向に略平行にしてステージ装置上に載置されてい
る。

【００２６】基準マスクの各マークのＹ座標を測定し、
各マークの測定値をＭ_oi、ずらした後の各マークの測定
値をＭ_1i、基準マスクの各マークの真のＹ座標をＰ_i、
反射面の真直度を表わす反射面のＹ座標をＢ_iとする
と、これらの値の間には次の関係が成り立つ。ずらす前

【００２７】

【数１】

【００２８】ずらした後

【００２９】

【数２】

【００３０】ただし、Ｋ₀、Ｋ₁は、基準マスクのロー
テーションによる傾き、Ｌ₀、Ｌ₁は基準マスクのシフ
トによるオフセット量である。式（１）から式（２）を
減ずると以下の関係が得られる。

【００３１】

【数３】

【００３２】このようにして得られたＭ_0i−Ｍ_1iは被測
定反射鏡の反射面の段差Ｂ_i+1−Ｂ _iに傾き、オフセッ
ト成分が加わったものである。次に、式（３）の各式か
ら上から順番に式を１式、２式、・・・、ｎ式取り出
し、それぞれの和を取る。

【００３３】

【数４】

【００３４】このようにして式（９）で算出されたそれ
ぞれの和は反射鏡の反射面の真直度を含む値である。何
故ならばこれらの値の列ａ₀、ａ₁、ａ₂、ａ₃、・・・
・、ａ _nはこれらの値を最小自乗法、等の方法で結んだ
とき、基準マスクをずらす前の最も外側のマークＰ₁の
位置に対応する（即ちマークＰ₁と同一ｘ座標に対応す
る位置に於ける）反射鏡の反射面のＹ座標Ｂ₁≡ａ₀を
基準にした（ここでＢ₁＝ａ₀＝0 と置いても一般性を
失わない) 各マークＰ₂、・・・・・・・・・・、Ｐ_n-1、Ｐ_nの
位置に対応する反射面の各変位Ｂ_i−Ｂ₁、そして基準
マスクをずらした後のマークＰ_nの位置に対応する反射
面の変位Ｂ_n−Ｂ₁の項を含むからである。このように
反射鏡の反射面の真直度そのものの情報を含むが、同時
に二次と一次の項を含む第一のオフセット成分( Ｋ₀−
Ｋ₁)｛(i²−i ）／２｝の項と一次の項を含む第二のオ
フセット成分( Ｌ₀−Ｌ₁)×i の項とを含む。ここでi
は整数である。ここでこれら二つのオフセット成分の和
はｉの値に対して二次と一次の項を含む。このオフセッ
ト成分の和を、反射面の中心を通り、且つＹ軸に平行な
方向の中心線を基準とした線対称成分と点対称成分とに
分解する。するとその線対称成分はＸの二次項と一次項
と定数項を含む曲線であり、点対称成分はＸの一次項の
みを含む曲線である。まとめると、段差の累積ａ₀、
ａ₁、ａ₂、ａ ₃、・・・・、ａ_nには次の四つの成分が含
まれる。反射鏡の反射面の真直度の線対称成分反射鏡の反射面の真直度の点対称成分オフセット成分の線対称成分オフセット成分の一次の点対称成分次に、ａ₀、ａ₁、ａ₂、・・・・・・・・・・、ａ_n-1、ａ_nに
対して次の演算を行う。（ａ₀＋ａ_n）／２、（ａ₁＋ａ_n-1）／２、・・・そうすると、

【００３５】

【数５】

【００３６】で表されるａ_e1、ａ_e2、・・・、ａ_en-1、
ａ_en、ａ_en+1は被測定反射鏡の反射面の真直度の線対称
成分にオフセット成分の線対称成分が加わった形状
を表す。但し、上式に於いてｎがｎ＝２ｐ（ｐは正整
数）で表される偶数の場合、ａ_ep＝ａ_pで表される。次
に、式（４）から式（５）を減算する。

【００３７】

【数６】

【００３８】ここで算出されるａ_o1、ａ_o2、・・・、ａ
_on-1、ａ_on、ａ_on+1は被測定反射鏡の反射面の真直度の
点対称成分とオフセット成分の一次の点対称成分を
含んだ形状を表す。反射面の真直度の点対称成分とし
ては、取り扱い上の便から反射面の両端、即ちマーク列
の両端に対応する反射面位置で零となるよう扱う。その
ためａ_o1、ａ_o2、・・・、ａ_on-1、ａ_on、ａ_on+1から二
つの座標点（ｘ₁、ａ_o1）、（ｘ_n+ ₁，ａ_on+1）を通る
直線（ここでｘ₁は、基準マスクをずらす前のマークＰ
₁最も外側のマークＰ₁のx 座標であり、ｘ_n+1は、基
準マスクをずらした後のマークＰ_nのx 座標である。)
が各マーク位置で取る値を減算する。

【００３９】このようにして得られた点列、0 、ａ'
_o2、・・・、ａ' _on-1、ａ' _on、0 は反射鏡の反射面
の真直度の点対称成分である。これは離散的なx 座標
値に対する反射面の真直度を与えるので、連続的なx 座
標値に対しても補正が出来るようスプライン関数ないし
最小二乗法、等を用いた適当な連続関数への近似を行
う。

【００４０】このようにして得られた被測定Ｙ軸反射鏡
の反射面真直度の点対称成分をＹb(x)で表す。ところ
で、反射面真直度の点対称成分として、ここでは反射面
の両端、即ちマーク列の両端に対応する反射面位置で零
となるよう扱かったが、これは必ずしも必要がなく、反
射面の真直度の点対称成分をオフセット量の点対称成分
を含めた形で求めても良いことは言うまでもない。この
場合、補正された反射鏡の反射面の面方向にオフセット
成分の点対称成分が決める角度分だけ差異が生じる。

【００４１】最後に被測定反射鏡の反射面の真直度の線
対称成分を求めるが、求めるために式（５）を用いな
いで、[ 従来の技術の説明] で説明した「180 度反転
法」を用いる。図３に於いて、反射面の点対称成分を求
めるときと同様に基準マスクの各マークの測定値を
Ｍ_oi、各マークの真のＹ座標をＰ_i、被測定反射鏡の反
射面真直度を表す反射面のＹ座標をＢ_iとするが、ここ
では説明を簡明化するため、[ 従来の技術の説明] での
説明と同様に各マークの測定値の点列Ｍ_oiを関数Ｙr
(x)、各マークの真のＹ座標の点列Ｐ_iを関数Ｙp(x)、
被測定反射鏡の反射面真直度を表す反射面のＹ座標の点
列Ｂ_iを関数Ｙ(x) で表す。

【００４２】これらの間には次の関係が成り立つ。Ｙr(x)＝Ｙp(x)−Ｙ(x) ＋Ｃ1 ，Ｃ1 ：オフセット量・・・式( １２ ) 次に、基準マスクをステージ上でマーク列の中央を中心
にして１８０度回転させる。図中破線で示されるパター
ン７１は、基準マスク３１が１８０度姿勢のときのもの
である。このパターン７１の理想的なＹ座標値は、−Ｙ
p(-x) と表される。

【００４３】この１８０度姿勢の基準マスク３１上に形
成されたマスク列７１のＹ座標値を、真直度誤差がＹ
(x) のＹ軸反射鏡３３を用いて測定する場合、得られる
実測値Ｙs(x)は、Ｙs(x)＝−Ｙp(-x) −Ｙ(x) ＋Ｃ2 ，Ｃ2 ：オフセット量・・・式（１３）と表される。

【００４４】こうして得られる２つの実測値（式( １
２) ，式( １３) ）では、基準マスク３１の姿勢が互い
に１８０度回転している。したがって、基準マスク上の
同じ位置に対する実測値どうしを比較する（マーク列７
０とマーク列７１とを重ねる）ために、１８０度姿勢の
実測値Ｙs(x)を−Ｙs(-x) に変換し、この変換値−Ｙs
(-x) と０度姿勢の実測値Ｙs(x)との差分ΔＹr(x)（＝
−Ｙs(-x) −Ｙs(x)）を求める。これによって、マー
ク列７０，７１のＹ座標値の成分が打ち消されて、Ｙ軸
に対称な位置におけるＹ軸反射鏡３３の反射面の真直度
の和が求められる。すなわち、差分ΔＹr(x)は、 ΔＹr(x)＝Ｙ(-x)＋Ｙ(x) −Ｃ2 −Ｃ1 ・・・式( １４）となる。

【００４５】この差分ΔＹr(x)を２で割ることによっ
て、Ｙ軸反射鏡３３の反射面の真直度Ｙa(x)を求める。
すなわち、Ｙ軸反射鏡３３の反射面の真直度Ｙa(x)は、Ｙa(x)＝ΔＹr(x)／２で求められる。このＹa(x)が被測定Ｙ軸反射鏡３３の反
射面の真直度の線対称成分を表す理由は「発明が解決し
ようとする課題」で述べた通りであるので、その説明を
省略する。

【００４６】以上のようにして、被測定Ｙ軸反射鏡３３
の反射面の真直度の線対称成分Ｙa(x)と、その点対称成
分Ｙb(x)が求められるので、反射鏡の形状を完全に知る
ことができ、Ｙa(x)とＹb(x)とを用いてパターンの被測
定ｙ座標を完全に補正することが出来る。Ｘ軸反射鏡３
４についてもＹ軸反射鏡３３の場合と全く同様な測定が
出来るので、Ｘ軸反射鏡３４の反射面の真直度の線対称
成分と点対称成分とを求めることができる。（第二の実施の形態）図４は第一の実施の形態の方法で
測定された反射鏡を搭載したステージ装置の斜視図であ
る。

【００４７】基本的構造は[ 従来の技術の説明] で説明
した、座標測定装置に組み込まれたステージ装置とは以
下の点で異なる。Ｘ軸反射鏡とＹ軸反射鏡の反射面の真
直度の線対称成分と点対称成分とが既知であり、主制御
装置３７にＸ軸用反射鏡とＹ軸用反射鏡の反射面の既知
の真直度から求められる真直度補正量を記憶する補正量
記憶部と、干渉計からの位置信号と補正量記憶部に記憶
された補正量から補正された座標値を演算する座標値演
算部とを有し、さらに反射鏡の反射面の真直度を測定す
るために、試料台３２に基準マスクを所定のピッチだけ
座標軸に平行にずらすためのガイドと着脱可能なストッ
パーとを具備している点である。

【００４８】図４において、ステージ３５は、モータな
どを備えるステージ駆動装置３６に接続され、このステ
ージ駆動装置３６に入力される主制御装置３７からの制
御信号によって２次元移動する。図において、ステージ
３５が２次元移動する平面内には、図中左上から右下に
向かってＹ軸、左下から右上に向かってＸ軸をとるＸＹ
座標系が設定される。

【００４９】このステージ３５上には、基板３１を載置
する試料台３２が載置されている。試料台３２測方上面
には、Ｙ軸反射鏡３３，Ｘ軸反射鏡３４が固設されてい
ると共に反射鏡の反射面の真直度を測定するために、試
料台３２に基準マスクを所定のピッチだけ座標軸に平行
にずらすためのガイドと着脱可能なストッパーとが付帯
している。

【００５０】Ｙ軸反射鏡３３，Ｘ軸反射鏡３４の反射面
は、各Ｙ軸の負の方向、Ｘ軸の負の方向に向けられてい
る。よって、Ｙ軸反射鏡３３、Ｘ軸反射鏡３４の反射面
は、ステージ３５の移動に伴ってその位置を変える。一
方、試料台３２に載置された基板３１の上方には、対物
レンズ３８が基板３１の表面からわずかな間隔をあけて
配置される。さらに、対物レンズ３８の上方には、内部
にレーザ光源などを有する光学装置３９が設けられる。

【００５１】光学装置３９から射出されるレーザ光は、
対物レンズ３８を介して、基板３１上にレーザスポット
を形成する。したがって、ステージ３５が移動すること
によって、レーザスポット光が基板３１上のパターンを
走査することになる。また、対物レンズ３８と基板３１
との間には、対物レンズ３８の光軸に対称な配置で、４
つの受光素子４０〜４３が設けられる。これらの内の受
光素子４０，４１は、Ｘ軸に沿って設けられ、受光素子
４２，４３は、Ｘ軸に沿って設けられる。

【００５２】したがって、例えば、レーザスポット光が
基板３１上のパターンをＹ軸方向に走査するときに、基
板３１上のパターンが有する微小な凹凸のエッジ部をレ
ーザスポット光が横切って散乱または回折されると、そ
の光は受光素子４０、４１で受光される。同様にして、
レーザスポット光が基板３１上のパターンをＸ軸方向に
走査するときには、エッジ部で散乱または回折した光
は、受光素子４２，４３で受光される。各受光素子４０
〜４３は、エッジ部での散乱光または回折光を受光し、
それをエッジ検出信号として主制御装置３７に出力す
る。

【００５３】一方、Ｙ軸反射鏡３３，Ｘ軸反射鏡３４に
対向する位置には、それぞれ測長用レーザ光源などを有
するＹ軸用干渉計４４，Ｘ軸用干渉計４５が設けられ
る。さらに、対物レンズ３８の側部において、Ｙ軸用干
渉計４４，Ｘ軸用干渉計４５に対向する位置には、それ
ぞれＹ軸参照鏡４６，Ｘ軸参照鏡４７が取り付けられ
る。

【００５４】Ｙ軸用干渉計４４から射出される測長用レ
ーザ光は、Ｙ軸反射鏡３３の反射面で反射され、Ｘ軸参
照鏡４６で反射した光と干渉する。よって、Ｘ軸用干渉
計４４では、ステージ３５のＸ軸方向の移動に伴うレー
ザ光の強度変調信号を得ることができ、ステージ３５の
Ｘ軸方向の位置が測定される。同様にして、Ｙ軸用干渉
計４５では、Ｙ軸反射鏡３４での反射光とＹ軸参照鏡４
７での反射光との干渉から、ステージ３５のＹ軸方向の
移動に伴うレーザ光の強度変調信号を得ることができ、
ステージ３５のＹ軸方向の位置が測定される。

【００５５】このようにして測定したステージ３５のＸ
軸方向，Ｙ軸方向の位置を示す位置信号は、Ｘ軸用干渉
計４４，Ｙ軸用干渉計４５から主制御装置３７に出力さ
れる。主制御装置は干渉計からの位置信号と、補正量記
憶部から呼び出されたＸ軸用反射鏡とＹ軸用反射鏡の各
反射面の真直度補正量とから、補正された座標値を演算
して求め、その結果を表示装置４８に表示すべく出力す
る。

【００５６】本ステージ装置は、主制御装置３７の働き
により、受光素子４０〜４３によってエッジが検出され
たときの、ステージ３５の位置を知ることにより、パタ
ーンの補正されたＸ座標値，Ｙ座標値を測定することが
できる。以上のような測定が繰り返され、複数のパター
ンの補正された座標値が測定される。

【００５７】説明が前後するが、パターンの測定に先立
ってステージの調整段階でＸ軸用反射鏡とＹ軸用反射鏡
の各反射面の真直度を測定するためには、試料台３２に
基準マスクを載置し、ずらす前の測定を行う。測定後基
準マスクをガイドに沿ってずらし、ストッパーにより位
置決めし、ずらした後の測定を行う。このあと（第一の
実施の形態）で説明された方法で反射面真直度の点対称
成分と線対称成分とを測定・算出し、これから真直度の
補正量を求め、これを補正量記憶部に記憶させる。この
記憶された補正量を適宜呼び出してパターン位置を補正
する。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１、請求項
２に記載した発明では、外部の平面度測定装置を用いな
いで、反射鏡が座標測定装置、等の対象装置に組み込ま
れた状態で反射鏡の反射面の線対称成分と点対称成分と
を測定できる。従って、外部の平面度測定装置での測定
時と対象装置に組み込まれた状態とで被測定反射鏡の取
付方法と姿勢の違いによる反射面の歪み状態の差を皆無
にできるので、座標測定精度を大幅に向上させることが
出来る。また、外部の平面度測定装置が要らないので、
投資金額の低減によるステージ装置のコストダウンが図
ることは出来、さらには外部の平面度測定工程が不要な
ため製造期間の短縮を図ることが出来る。

【００５９】また、請求項３の発明では反射鏡がステー
ジ装置に組み込まれた状態で測定された反射鏡の反射面
の線対称成分と点対称成分とを補正量記憶部に記憶して
いるので、座標測定を高精度に行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施の形態で用いる反射鏡の反射面の真
直度を測定する装置の斜視図である。

【図２】図１の測定装置に於いてＹ軸反射鏡の反射面の
真直度を測定する様子を示す平面図である。

【図３】図１の測定装置に於いてＹ軸反射鏡の反射面の
真直度の線対称成分を測定する様子を示す平面図であ
る。

【図４】第一の実施の形態の方法で測定された反射鏡を
搭載した、第二の実施の形態のステージ装置の斜視図で
ある。

【図５】従来のステージ装置を用いた座標測定装置の斜
視図である。

【図６】Ｙ軸反射鏡３３の反射面と基板３１上のパター
ンとの座標関係を示す図である。

【図７】ゆがんだ座標系を示す図である。

【図８】理想的な座標系を示す図である。

【符号の説明】

１ＸＹステージ２Ｘ移動鏡２Ｙ移動鏡３検出器５被測定物１３干渉計１４干渉計２１干渉計２２干渉計３０平行平板３１平行平板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】次の段階を有することを特徴とする反射
鏡の反射面の真直度測定方法：第一段階；ステージ上に載置され、被測定反射鏡を固定
した試料台に複数個のマークから成るマーク列を有する
基準マスクを載置する。第二段階；前記複数個のマークの各座標値を測定する。第三段階；前記基準マスクをステージ上でずらす。第四段階；前記複数個のマークの各座標値を測定する。第五段階；前記複数個の各マークに対して、第四段階で
測定された各座標値から第二段階で測定された各座標値
を減算した差分座標値を算出する。第六段階；二つの互いに隣り合うマークに対応する位置
に於ける被測定反射鏡の反射面の隣接段差を算出する。第七段階；被測定反射鏡の反射面の真直度を含む値を算
出する。第八段階；前記反射面の真直度を含む値の線対称成分を
算出する。第九段階；前記反射面の真直度の点対称成分を算出す
る。
【請求項２】第一段階に於いて前記複数個のマークは
所定のピッチで等間隔且つ直線状に前記基準マスク上に
連設されており、且つ前記基準マスクを前記マーク列を
前記被測定反射鏡の反射面に略平行に載置し、第三段階
に於いて前記基準マスクを前記被測定反射鏡の反射面に
略平行に前記ピッチ分だけずらし、第六段階に於いて前
記隣接段差を前記互いに隣り合う二つのマークに対する
二つの前記差分座標値の加算を全ての、互いに隣り合う
二つのマークから成る組に対して行うことにより算出
し、第七段階に於いて前記被測定反射鏡の反射面の真直
度を含む値を二つの最外端マークのどちらか一方に対応
する位置に於ける被測定反射鏡の反射面の高さを基準に
して、前記複数個のマークに対応する位置に於ける被測
定反射鏡の反射面の高さ、即ち反射面の変位を前記段差
を積分することによって算出し、第八段階に於いて前記
複数個のマークを順番にＰ₁、Ｐ₂、・・・・・・・・・・、Ｐ
_n-1、Ｐ_nとし、基準マスクをずらす前の各マークの位
置に対応する前記反射面の各変位をａ₀（基準）、
ａ₁、・・・・・・・・・・、ａ_n-1、そして基準マスクをずらし
た後のマークＰ_nの位置に対応する前記反射面の変位を
ａ_nとしたとき、（ａ₀＋ａ_n）／２、（ａ₁＋ａ_n-1）／２、・・・・・・・・
・・なる演算を行い、前記第一の線対称成分をａ_e1＝（ａ₀＋ａ_n）／２、ａ_e2＝（ａ₁＋ａ_n-1）／
２、・・・・・・・・、 a _en-1＝（ａ₁＋ａ_n-1）／２、a _en＝（ａ₀＋ａ_n）
／２、のように算出し、第九段階に於いて前記反射面の形状か
ら前記第一の線対称成分を減ずることにより前記反射面
の形状の点対称成分を算出することを特徴とする請求項
１記載の反射鏡の反射面の真直度測定方法。
【請求項３】反射鏡の反射面の真直度の点対称成分を請
求項１または請求項２の方法により測定し、前記真直度
の線対称成分を１８０度反転法により測定し、前記真直
度を前記点対称成分と前記線対称成分との加算により算
出することを特徴とする反射鏡の反射面の真直度測定方
法。
【請求項４】反射鏡を有する試料台をステージに載置
し、前記反射鏡に照射されるレーザ光の干渉を利用して
前記ステージの位置を測定し、ステージ位置データを取
得するステージ装置において、前記反射鏡が請求項１〜３の何れか１項記載の反射鏡の
反射面の真直度測定方法により測定され、且つ前記ステ
ージ装置が請求項１〜３の何れか１項記載の反射鏡の反
射面の真直度測定方法により測定された測定値から得ら
れる補正値を記憶した補正値記憶部と、補正された座標
値を演算する座標値演算部と、基準マスクを所定のピッ
チだけ座標軸に平行にずらすためのガイドと着脱可能な
ストッパーとを試料台に具備することを特徴とするステ
ージ装置。