JP3034115B2 - 結像方法及び装置並びに物体を正確に変位及び位置決めする装置 - Google Patents

結像方法及び装置並びに物体を正確に変位及び位置決めする装置

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JP3034115B2 JP2279092A JP2279092A JP3034115B2 JP 3034115 B2 JP3034115 B2 JP 3034115B2 JP 2279092 A JP2279092 A JP 2279092A JP 2279092 A JP2279092 A JP 2279092A JP 3034115 B2 JP3034115 B2 JP 3034115B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、投影レンズ系を介して
マスクプレートのマスクパターンを基板支持部材上に配
置した基板上の領域の異なるサブ領域上に繰り返し結像
する方法であって、マスクプレートのマスクパターンの
外側に位置する２個のマスク整列マークと基板の前記領
域の外側に位置する少なくとも２個の基板整列マークと
を用いてマスクパターンと基板とを互いに高精度に位置
決めするに際し、前記投影レンズ系を介してマスク整列
マーク及び基板整列マークを相互に結像させ、整列マー
クの像とこの像が形成される整列マークとの間の一致の
程度を観測し、前記マスクパターン及び基板を３軸座標
系の第１（Ｘ）の軸及び第２（Ｙ）の軸に沿って相対的
に変位させると共に、必要に応じて前記座標系の第３
（Ｚ）の軸を中心にして回転させる結像方法に関するも
のである。さらに、本発明はこの方法を実施する装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】上述した型式の方法及び装置は米国特許
第４７７８２７５号明細書に記載されている。この公報
には、例えば集積回路（ＩＣ）のパターンのようなマス
クパターンを同一基板上に繰り返し縮小して結像する装
置が記載されており、２個の順次の結像工程間において
例えば基板面及びマスク面に平行な面においてマスクパ
ターン及び基板を互いに直交する２方向に移動させてい
る。
【０００３】集積回路は拡散技術及びマスキング技術を
用いて製造される。第１のマスクパターンを有するマス
クは基板の多数のサブ領域例えば100 個のサブ領域上に
結像される。その後、基板は投影装置から取りはずさ
れ、所望の物理的及び／又は化学処理が施される。次
に、基板は同一又は別の投影装置に搬入され、第２のマ
スクパターンを有するマスクを用いて異なるサブ領域が
露光される。マスクパターンを投影する際基板のサブ領
域は高精度に位置決めする必要がある。
【０００４】μm オーダの微細寸法の他の構造物を製造
する場合にも拡散技術及びマスキング技術を用いること
ができる。このような構造物として、光集積回路や光集
積導波路構造及び磁気ドメインメモリの検出パターン並
びに液晶画像表示パネルがあげられる。これら構造物の
製造に際しても同様にマスクパターン像を基板に対して
極めて高精度に整列させる必要がある。
【０００５】基板の単位表面積当りできるだけ多数の電
子部品を集積化する必要があること及び電子部品の微細
化に伴い、集積回路製造に対して一層厳格な要件が課せ
られている。従って、基板上に結像されるマスクパター
ンの像を極めて高精度に位置決めする必要がある。
【０００６】極めて優れた位置決め精度を達成するた
め、例えば数10μm の範囲で位置決めするため、米国特
許第４７７８２７５号公報に記載されている装置は、基
板をマスクパターンに対して整列させる装置を具えてい
る。この整列装置では、基板に設けた整列マークとマス
クのマスクパターンの外側に設けた整列マークとを互い
に結像し、これらマーク間の相対位置が決定されてい
る。一方の整列マークの像が他方の整列マークと一致す
ると、マークパターンは基板整列マークの位置で基板に
対して満足し得る程度に整列する。基板マークとマスク
マークとを互いに結像させる主要な装置は、マスクパタ
ーンを基板上に投影する投影レンズ系により構成され
る。
【０００７】位置決めの操作に際し、はじめにマスクパ
ターンを用いて繰り返し照明されるべき基板領域の外側
に設けた２個又は数個の別の基板整列マークを整列装置
により２個のマスク整列マークに対して整列させる。こ
の整列作業は基板の全体的な整列として既知である。
【０００８】マスクパターンを種々のサブ領域上に結像
させるため基板をマスクに対してそれ自身の面内で２個
の直交する軸すなわち座標系のＸ軸及びＹ軸に沿って変
位させる。米国特許第４７７８２７５号に記載されてい
る装置は、基板のＸ及びＹ軸方向の変位並びにＺ軸を中
心とする回転を測定できる複合干渉計システムが具えら
れている。この干渉計システムは３軸干渉計システムと
しても称せられる。干渉計システムの情報は整列装置の
情報と共に処理されるので、基板整列マークがマスク整
列マークに対して整列すると、基板整列マークが干渉計
システムによって規定される２次元位置マトリックス中
のどこに位置するかが知らされる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述した基板の全体的
な整列を用いることは精度上十分なものではない。この
理由は、個々の基板サブ領域の位置がそれぞれ十分な精
度で決定されないためである。さらに、投影レンズ系の
焦点深度が浅く且つ基板には凹凸があるため、基板の凹
凸のある領域にディフォーカスした像が形成されてしま
い。製造されたＩＣに欠陥が生じてしまう。従って、各
基板サブ領域を露光する前に、サブ領域における基板表
面が十分に水平であるか或いは結像面に対して十分に平
行に維持されているか否かを測定し、基板をＸ軸及び／
又はＹ軸を中心にして傾けることにより必要な補正を行
うことが好ましい。この方法は、ダイ−バイ−ダイ レ
ベリング（die-by-die levelling)として既知である。
基板の局部的水平化は基板ホルダを傾けることにより行
われるが、同時に基板ホルダに取り付けた干渉計のミラ
ーも傾くため干渉計信号に誤差が生ずるおそれがある。
基板ホルダのＸ軸及び／又はＹ軸まわりの意図的でなく
制御されない傾きが生ずるおそれがあり、この傾きも同
様に干渉計信号に影響を及ぼしてしまう。基板のサブ領
域の位置決め精度を一層改善すると共に一連の傾きを除
去するため、米国特許第４７７８２７５号に記載されて
いる投影装置が提案されている。この既知の投影装置で
は各サブ領域に対して個別の整列マークが付加されてい
る。そして、基板全体の整列に加えて、局部的水平化の
後サブ領域毎に整列作業が行われている。サブ領域毎の
水平化はフィールド−バイ−フィールド整列として既知
である。しかしながら、フィールド−バイ−フィールド
は相当長時間にわたる作業時間が必要となるため、投影
装置の基板スループットすなわち単位時間当りの処理で
きる基板の数が減少してしまい、指摘した基本的な欠点
が生じてしまう。さらに、サブ領域マークは処理される
べき基板表面の一部をなしているので、マスクパターン
が投影されるサブ領域の数すなわち基板当りのＩＣの数
も減少してしまう。たとえサブ領域整列マークの大きさ
を小さくしても上記欠点を解消することができない。し
かも、マスク整列マーク及び投影されるサブ領域の外部
に位置する整列マークの大きさを小さくすると、整列精
度が低下する不都合が生じてしまう。
【００１０】
【課題を解決するための手段並びに作用】本発明の目的
は上述した欠点を除去することにある。本発明の第１の
観点によれば、本発明による新規な方法は、前記基板の
各サブ領域を、別の整列を用いることなくマスクパター
ンに対して位置決めし、前記基板だけを前記Ｘ軸及びＹ
軸の少なくとも一方の軸に沿って高精度に変位させるこ
とにより、基板のＸ軸及びＹ軸の変位並びにＺ軸を中心
とする回転だけでなくＸ軸及びＹ軸まわりの固定基準軸
に対する傾きも測定し、全ての測定結果を用いて前記サ
ブ領域のＸ−Ｙ面内における最終位置決めを行うことを
特徴とする。
【００１１】この方法によれば、投影装置に係る基板ス
ループットを一層改善することができる。これは整列装
置の作業の一部を基板支持部材の位置決めに分担させる
ことにより相当な時間的改善を図ることができるという
認識に基いている。この作業の役割変更は可能である。
この理由は、本願人が、本発明により基板支持部材の位
置決めの精度を改善することに成功したからであり、基
板の局部的水平化に起因する基板の傾きがＸ−Ｙの位置
決め作業中に考慮されるからである。
【００１２】この新規な方法を実施するため、米国特許
第４６６５５９４号に記載されているような既知の３軸
干渉計システムを用いることができる。この特許公報の
装置では、基板ホルダの制御及び変位についてだけ対処
しており、整列装置と干渉計システムとの間の協働につ
いて何んら対処していない。
【００１３】米国特許第４６６５５９４号に記載されて
いるように、３軸干渉計システムを用いる場合干渉計ビ
ームの主光線を基板面内に位置させる必要があり、すな
わち干渉計システムと協働するミラーを基板面を超えて
突出させる必要がある。しかしながら、この場合、基板
と投影レンズ系との間の有用な空間に関して並びに大き
なミラーを十分に高精度に製造することに関して問題が
生じてしまう。さらに、ミラーが大きくなると変位させ
るべき素子の重量が重くなり、基板支持部材を位置決め
する際の精度及び速度が低下してしまう。別の解決方法
として、ミラーが投影レンズ系と基板との間の空間の外
部に常時位置するようにミラーホルダを拡大することが
考えられるが、良好な解決策とはならない。さらにミラ
ーが投影レンズ系の結像面の中間から遠く離れる場合干
渉計ビームの方向を一層高精度に固定する必要もある。
【００１４】上述した課題を基本的に改善するため、本
発明の好適実施例は、複合５軸干渉計システムを用いて
前記基板の変位、回転及び傾きを測定することを特徴と
する。
【００１５】５軸干渉計システムは５個の測定軸及び５
個の検出器を具え、これら検出器の出力信号を組み合せ
て、Ｘ方向位置信号、Ｙ方向位置信号、Ｘ軸まわりの傾
きを指定する信号φX 、Ｙ軸まわりの傾きを指示する信
号φY 、及びＺ軸を中心とする回転を指示する信号φZ
を形成することができる。
【００１６】傾き測定の結果は２個の態様において用い
ることができ、従って２個の実施例があげられる。各基
板サブ領域について局部的水平化を行う第１の好適実施
例は、傾き測定の結果を用いて変位測定の結果を補正す
る。第２の実施例は、傾き測定の結果を用いて基板を水
平化する。
【００１７】上記方法の発明に加えて、本発明はこの方
法を実施する装置、すなわちマスクパターンを基板上に
繰り返し結像する投影装置の一部をなし、いわゆる水平
度検出装置を具え基板を局部的に水平化する装置にも関
するものである。
【００１８】本発明の思想は、水平化装置が結合され５
個の自由度を以て物体を位置決めする同様な装置にも用
いられる。これらの装置の例として、個別の基板及びマ
スクを測定する装置、レーザビーム又は電子ビームによ
って例えばＩＣパターンのようなパターンを書込む装置
のマスクテーブルを位置決めする装置、マスクパターン
をＸ線放射によって基板上に投影する装置の基板テーブ
ルを位置決めする装置、及び産業上種々の場所で用いら
れ真の測定装置があげられる。
【００１９】物体テーブルと、物体用のＸ−Ｙ−φZ 駆
動装置と、3 軸座標系のＸ軸及びＹ軸に沿う変位並びに
Ｚ軸を中心とする回転φZを測定する干渉計システムと
を具える物体を高精度に変位させ及び位置決めする本発
明による装置は、前記干渉計システムが、前記物体のＸ
軸及びＹ軸まわりの傾き測定用の５個の測定軸を有し、
干渉計ミラーを物体を固定状態に支持する物体テーブル
に結合されている物体支持部材の反射性側面で構成した
ことを特徴とする。
【００２０】物体が干渉計システムに光学的に結合され
ているので、この装置は、物体自身の移動が測定され測
定信号が物体テーブルの部材の相互移動による影響を受
けない利点が達成される。
【００２１】傾き測定信号の形態をした特別な測定信号
は、本発明の種々の実施例において種々の態様で用いら
れる。
【００２２】マスクパターンを基板上に繰り返し投影す
る投影装置のように局部的な水平化を行う装置に用いら
れるように構成した装置の第１実施例は、前記干渉計の
測定ミラーが最大でも物体が配置されるべき物体支持部
材の表面まで延在し、全ての干渉計信号をＸ−Ｙ−φz
駆動用の制御信号に変換する干渉計信号処理ユニットを
設けたことを特徴とする。
【００２３】本例においては、傾き測定信号を用いて基
板の局部的水平化に起因する基板の傾きに対してＸ及び
Ｙ方向の変位測定信号及び回転測定信号を補正する。
【００２４】局部的水平化を行う装置以外に用いるよう
に意図した装置の実施例は、前記干渉計信号をＸ−Ｙ−
φz 駆動用の制御信号及び物体の傾きを除去するアクチ
ュエータ用の制御信号に変換する干渉計信号処理ユニッ
トを設けたことを特徴とする。
【００２５】本装置を用いることによりＸ軸又はＹ軸ま
わりの傾きが生ずる所望位置から次の位置へ変位させず
に所望のＸ及びＹ方向位置に正確に変位させることがで
きる。
【００２６】干渉計ビームの波長として標準波長が用い
られている干渉計システムを用いる場合、干渉計ビーム
が伝播する空間の媒体の光学特性が一定に維持されれ
ば、前記変位又は傾きを高精度に例えばそれぞれ５nm及
び1/2 マイクロラジアンの範囲で測定することができ
る。媒体の圧力，温度，湿度，組成，屈折率が変化する
おそれがあるため、干渉計ビームの見掛の波長が変化し
てしまい測定誤差が生ずるおそれがある。
【００２７】このような不都合を回避するため、本発明
による変位兼位置決めの装置は、前記干渉計システム
が、測定ビームが静止している反射素子と共働する６番
目の基準軸を有することを特徴とする。
【００２８】媒体の屈折率変化は、他の干渉計ビームと
同一の媒体中を伝播する特別の測定ビームにより測定す
ることができる。この特別の測定ビームによって発生す
る測定信号は信号処理装置に供給されるので、Ｘ，Ｙ，
φx , φy 及びφz の測定結果は屈折率変化に対して補
正することができる。
【００２９】基板テーブルの位置を測定するための干渉
計装置の特別のビームを用いて干渉計媒体の屈折率変化
を測定することは例えば欧州特許出願第２８４３０４号
から既知である。しかしながら、この特別なビームは別
のサブシステム、すなわち光学キャビティを有する波長
測定装置と協働している。この光学キャビティは前面側
及び背面側が反射素子によって閉止され、そのサイド部
分には媒体が流入及び流出する開口部が形成されてい
る。この特別なビームは２本のサブビームに分割され、
一方のサブビームは前面側で反射し他方のサブビームは
背面側で反射する。これらサブビーム間の位相差は、媒
体中の変化によって生じた屈折率変化に起因するキャビ
ティ内の光路長変化の目安となる。このキャビティの安
定性に対しては極めて厳格な要件を課す必要がある。さ
らに、このキャビティは干渉計システムの測定ビームか
らある距離を以て配置されている。さらに、この干渉計
システムはＸ−Ｙ系すなわち２軸系とされている。
【００３０】1989年に発行された刊行物“オプティカル
マイクロリソグラフィ アンドメトロロジー フォー
マイクロサーキット ファブリケーション（OpticalM
icrolithgraphy and Metrology for Microcircuit Fabr
ication）”の第1138巻の第151 頁〜157 頁に記載され
ている文献“ウルトラ- プリサイズ マスクメトロロ
ジー デベロップメントアンド プラクティカル リザ
ルツ オブア ニュー メジャリング マシン（Ultra-
precise mask metrology develop-ment and practical
results ofa new measuring machine)”には、物体テー
ブルの変位を測定する干渉計システムを用い、実際の干
渉計ビームに加えて特別なビームを用いて干渉計媒体中
の屈折率変化を決定する測定機器が記載されている。こ
の特別なビームは、前記欧州特許出願第２８４３０４号
に記載されているキャビティと同様に、極めて安定な基
準距離として機能するいわゆるエタロンと協働してい
る。この文献に記載されている干渉計システムは２軸系
であり、５軸系ではない。さらに、基準ビーム用の反射
素子は測定機器の対物レンズ系に配置されているので、
対物レンズ系の測定テーブルに対する移動を正確に補正
することができる。
【００３１】測定精度を一層向上させるため、本発明に
よる装置は、前記干渉計ビームが通過する空間の上方
に、一定の屈折率を有する空気流を供給する空気シャワ
を設けたことを特徴とすることができる。
【００３２】このように構成することにより、干渉計媒
体の光学性能が一層改善されるだけでなく、媒体が必要
な基準ビームを含む全ての測定ビームの位置において同
一の光学性能を有することができる。この流入される空
気は極めて高純度及び一定の温度の空気とすることが好
ましい。この装置は基板上に繰り返し露光する装置に用
いる場合、この空気を用いて基板を収納する空間を調整
することができる。
【００３３】集積回路の製造において、基板を収納する
空間内の媒体を一定温度の清浄な空気でリンスすること
により高精度に検査することは、例えば1990年８月に発
行された雑誌“ソリッド ステート テクノロジー（So
lid State Technology）”に記載されている文献“ウェ
ファコンファインメント フォー コントロールオブ
コンタミネーション イン マイクロ−エレクトロニク
ス（wafer canfi-nement for control of contaminatio
n in micro-electronics) ”から既知である。しかしな
がら、この文献には基板テーブル用の干渉計システムに
ついては記載されておらず、干渉計媒体を検査すること
についても全く記載されていない。
【００３４】干渉計システムの５個の測定軸の各々につ
いて、測定ビーム及び基準ビームは物体テーブルのミラ
ー及び基準ミラーでそれぞれ反射した後満足し得る程度
に互いに平行にすると共にビームスプリッタにより再び
結合する必要がある。しかしながら、Ｘ，Ｙ及びＺ軸ま
わりの物体テーブルの傾きにより、測定ビームは関連基
準ビームの方向とは異なる方向を向くおそれがある。物
体テーブルが測定方向に移動すると全体の強度が最大値
から最小値まで変化する放射スポットの代りに、物体テ
ーブルの移動に応じて測定ビームと関連する検出器の位
置のスポットの領域に光の干渉パターン及び暗い細条を
発生させる。これら細条の移動従って物体テーブルの移
動は検出器によって測定することはできず又は不正確に
しか測定できない。
【００３５】従って、本発明の装置の好適実施例は、各
測定軸の測定ビームの光路中にレトロリフレクタを配置
し、前記物体支持部材のミラーにより第１の反射をさせ
た後、前記レトロリフレクタにより前記測定ビームを前
記ミラーに再度入射させ、このミラーで第２の反射をさ
せるように構成したことを特徴とする。
【００３６】関連する基準ビームの方向と平行な測定ビ
ームのオリジナルな方向は、二重反射することにより物
体支持部材の傾きとは無関係に維持される。
【００３７】干渉計システムにおいて測定ビームを２回
偏向反射させるためにレトロリフレクタを用いること
は、1989年に発行された雑誌“オプティカル／レーザ
マイクロリソグラフィ II（Optical/Laser Microlitho
graphy II ）“第1088巻、第268 頁〜272 頁に記載され
ている文献“リニア／アンギュラ ディスプレイスメン
ト インタフェロメータ フォー ウェファステージ
メトロロジィ（Linear/angular displacement interfer
ometer for waferstage metrology )“から既知であ
る。しかしながら、この文献に記載されている干渉計シ
ステムは５軸系ではなく３軸系にすぎない。
【００３８】さらに、本発明による装置は、上記干渉計
システムが第１及び第２の干渉計ユニットを有し、第１
の干渉計ユニットが３個の測定軸に沿って測定を行う測
定ビームを発生し、第２の干渉計ユニットが２個の測定
軸に沿って測定を行う測定ビームを発生することを特徴
とする。
【００３９】干渉計システムをこのように分割すること
により、空間占有性及び複合化性能を最適にすることが
できる。干渉計ユニットは、複数の偏光感知性又は偏光
不感知性ビームスプリッタと、複数の偏光回転子と、複
数の検出器とを有している。
【００４０】このような装置の好適実施例は、基準軸用
の測定ビームを第２の干渉計ユニットから出射させるこ
とを特徴とする。
【００４１】本例では、必要な測定ビームは干渉計ユニ
ットに対して均一に分布するので、これらのユニットは
同一構造を有することになる。
【００４２】測定精度を一層改善するため、本発明の装
置は、前記基準軸用の基準ミラーを第２の干渉計ユニッ
トに固着したことを特徴とする。
【００４３】原理的に、いかなる干渉計ユニットも自身
用の放射源を有している。一方、本発明による装置は、
２個の干渉計ユニットが共通の放射源を有することを特
徴とする。
【００４４】この結果、構造を一層簡単化することがで
きると共に製造コストを安価にすることができる。
【００４５】本発明による装置は、前記放射源が、互い
に異なる周波数で相互に直交する偏光方向を有する２個
のビーム成分を発生させることを特徴とする。このよう
に構成することにより、高いＳ／Ｎ比を有する高精度な
測定信号を得ることができる。
【００４６】測定精度に相当寄与するいわゆるヘテロダ
イン検出を用いることができる。しかしながら、同一の
測定軸に関連する測定ビームと基準ビームとの間の位相
差を利用した干渉計システムを用いることも可能であ
る。
【００４７】本発明はマスクパターンを基板上に繰り返
し結像する装置に関するものであり、この装置は既知の
装置よりも一層高速で高精度に作動することができる。
この装置は、マスクホルダと、基板支持部材を有する基
板テーブルと、前記マスクホルダと基板テーブルとの間
に配置した投影レンズ系と、前記基板をマスクパターン
に対して全体的に整列させる整列装置と、前記基板を局
部的に水平にする水平化装置と、基板用の変位兼位置決
め装置とを具え、前記変位兼位置決め装置が第１のモー
ドで順次駆動し得る装置とされ、第１のモードにおい
て、前記整列装置及び干渉計測定信号により基板をマス
クパターンに対して全体的に位置決めし、第２のモード
において前記干渉計測定信号だけによって前記基板のサ
ブ領域をマスクパターンに対して位置決めすることを特
徴とする。
【００４８】以下図面に基き本発明を詳細に説明する。
【実施例】図１はマスクパターンを基板上に投影する装
置の光学素子の配置構成を示す。この装置の主要な構成
要素は、結像されるべきマスクパターンＣが設けられて
いる投影カラムと、基板をマスクパターンＣに対して位
置決めするための可動基板テーブルWTとである。この装
置は、さらに例えばクリプトン-フロライド エキシマ
レーザから成る放射源LA、レンジ系LS、ミラーRE及びコ
ンデンサレンズCDを具える照明光学系を有している。投
影ビームはマスクMA中にあるマスクパターンを照明し、
マスクMAはマスクテーブルMT上に配置する。
【００４９】マスクパターンＣを通過したビームPBは投
影カラム内に配置され線図的に図示した投影レンズ系PL
を通過する。投影レンズ系はマスクパターンＣの像を基
板Ｗ上に形成する。この投影レンズ系は倍率Ｍが例えば
Ｍ＝1/5 であり、NA=0.48 の開口数を有し、21.2mm径の
回折限界像フィールドを有している。基板は線図的に図
示した基板テーブルWTの一部を構成する基板支持部材WC
によって支持する。
【００５０】本装置はさらに複数の測定装置、すなわち
マスクMAを基板Ｗに対してＸＹ面内で整列させる装置、
基板ホルダすなわち基板の位置及び向きを決定する干渉
計、及び焦点すなわち投影レンズPLの結像面と基板Ｗの
表面との間の偏位を決定する焦点誤差検出装置を具え
る。これらの測定装置はサーボ系の一部であり、このサ
ーボ系は信号処理兼制御回路と、基板の位置及び向き並
びに焦点誤差を測定装置から供給される信号に基いて補
正するドライバすなわちアクチュエータとを具えてい
る。
【００５１】整列装置は図１の上部右側に図示したマス
クMA中の２個の整列マークM1及びM2を用いる。これらの
マークは回折格子で構成するのが好ましいが、周囲部材
とは光学的に異なる四角形又は細条のような別のマーク
で構成することもできる。整列マークは２次元マークと
するのが好ましい。すなわち、これらマークは互いに直
交する２方向（図１のＸ及びＹ方向）に延在する。例え
ば半導体基板のような基板上にマスクパターンＣを数回
並んで結像させる必要があり、この基板は複数の整列マ
ーク好ましくは同様に２次元回折格子を有し、これら整
列マークのうち２個のマークP1及びP2を図１に示す。マ
ークP1及びP2は基板ＷのパターンＣの像が形成される領
域の外部に位置する。好ましくは、格子マークP1及びP2
を位相格子とし格子マークM1及びM2は振幅格子とする。
【００５２】図２は２個の同一の基板位相格子の一方の
実施例を拡大して示す。この基板格子は４個のサブ格子
P1a, P1b, P1c 及びP1d を有し、これらサブ格子のうち
２個の格子 P1b及びP1d はＸ方向整列用に作用し、他の
２個の格子P1a,及びP1c はＹ方向整列用に作用する。２
個のサブ格子 P1b及びP1c は例えば16μm の格子周期を
有し、２個のサブ格子P1a 及びP1d は例えば17.6μm の
格子周期を有している。各サブ格子は例えば200 ×200
μm の寸法とすることができる。これらサブ格子及び適
切な光学系を用いることにより原理的に0.1 μm 以下の
整列精度を達成することができる。尚、別の格子周期を
選択して整列装置の精度を拡大することもできる。
【００５３】図１は整列装置の第１実施例、すなわち２
個の整列ビームｂ及びｂ′を用いて基板マークP2をマス
クマークM2上に整列させ基板マークP1をマスクマークM1
上に整列させる二重整列装置を示す。ビームｂを例えば
ミラーのような反射素子30によりプリズム26の反射面上
に反射させる。このビームb は反射面27により基板マー
クP2に向けて反射し、その一部は基板マークを通過して
ビームb1として関連するマスクマークM2に入射し、この
マスクマークに基板マークP2の像が形成される。例えば
プリズムのような反射素子11をマスクマークM2の上方に
配置し、このプリズムによりマークM2を通過した放射光
を放射感知検出器13に入射させる。
【００５４】第２の整列ビームb ′はミラー31により投
影レンズ系PL内の反射素子29に向けて反射する。この反
射素子29によりビームb1′はプリズム26の第２の反射面
28に向けて反射し、プリズム26の表面により基板マーク
P1に入射する。この基板マークによりビームb1′の一部
がマスクマークM1に向けて反射し、このマスクマークM1
に基板マークP1の像が形成される。マスクマークM1を通
過したビームb1′は反射素子11′で反射し放射感知検出
器13′に入射する。
【００５５】二重整列装置の作用を図３に基き説明す
る。尚、図３は整列ビームｂ及びｂ′を投影レンズ系に
結合させる点において図１の装置とは相異する実施例を
示す。本例では、投影レンズ系PLの光軸AA′に対して対
称に位置決めされ互いに独立した２個の同一の整列装置
AS1 及びAS2 を用いる。整列装置AS1 はマスクマークM2
と関連し、整列装置AS2 はマスクマークM1と関連する。
これら２個の整列装置の対応する素子には同一の参照番
号を付し、整列装置AS2 の構成要素にはダッシュを付し
て整列装置AS1 の構成要素と区別する。
【００５６】整列装置AS1 は例えばヘリウム- ネオンレ
ーザのような放射源１を有し、この放射源から整列ビー
ムｂを放出する。このビームはビームスプリッタ２によ
り基板Ｗに向けて反射する。ビームスプリッタはハーフ
ミラー又はハーフプリズムとすることができる。好まし
くは偏光感知分離プリズムとλ/4板３とで構成すること
ができる。ここで、λはビームｂの波長である。投影レ
ンズ系PLによりビームｂを基板Ｗ上に１mm程度の径の微
小な放射スポットＶに集束させる。この基板Ｗによりビ
ームｂの一部がビームb1としてマスクＭに向けて反射す
る。ビームb1は投影レンズ系PLを通過し、この投影レン
ズ系によりマスク上に放射スポットＶが結像される。基
板を照明装置内に配置する前に、基板を例えば欧州特許
出願第１６４１６５号に記載されているような本装置に
結合されている予備整列ステーションに放射スポットＶ
が基板マークP2上に位置するように予め整列させる。こ
の基板マークP2はビームb1によりマスクマークM2上に結
像される。投影レンズ系の倍率を考慮してマスクマーク
M2の寸法を基板マークP2の寸法に適合させる。この結
果、これら２個のマークが相互に正確に位置決めされる
とマークP2の像はマスクマークM2と正確に一致する。
【００５７】基板Ｗへの入射光路及び出射光路上での整
列ビームはλ/4板を２回通過し、λ/4板の光学軸は放射
源１から放出された直線偏光したビームｂの偏光方向に
対して45°の角度を以て延在する。従って、λ/4板を通
過したビームb1はビームｂに対して90°回転した偏光面
を有するので、ビームb1は偏光分離プリズム２を透過す
る。偏光分離プリズムとλ/4板の組み合せを用いること
により、整列ビームの整列装置の光路への結合の際の損
失が最小になる利点が達成される。
【００５８】マスクマークM2を通過したビームb1はプリ
ズム11により反射し、別の反射プリズム12を経て放射感
知検出器13に入射する。この検出器は例えば図２に示す
サブ格子の数に従って例えば４分割された放射感知区域
を有する複合型フォトダイオードとする。これら検出器
からの出力信号はマスクマークM2と基板マークP2の像と
の一致の程度の目安となる。これら出力信号を電子的に
処理して基板マークP2の像がマスクマークM2と一致する
ように駆動系（図示せず）を介してマスクを基板に対し
て整列させるために用いることができる。このようにし
て整列装置が得られる。
【００５９】例えばハーフプリズムの形態をしたビーム
スプリッタ14をプリズム11と検出器13との間に配置して
ビームb ′の一部をビームb2に分割する。分割されたビ
ームb2は例えば２個のレンズ15及び16を経てテレビジョ
ンカメラ17に入射する。このテレビジョンカメラはモニ
タ（図示せず）に結合され、このモニタ上にマークP2及
びM2を表示する。従って、操作者は２個のマークが互い
に一致しているか否かを確認し、マニュプレータにより
基板Ｗを移動させてこれらマークを互いに整列させるこ
とができる。
【００６０】マークM2及びP2について説明したのと同様
に、マークM1とP2並びにM1とP1を互いに整列させること
ができる。
【００６１】整列装置における整列作業については米国
特許第４７７８２７５号明細書を参考にすることができ
る。
【００６２】図１及び図３に基く整列装置の実施例は、
例えば248 nmのような短波長の照明ビーム及び例えば67
3 nmのような相当に長い波長の整列ビームを用いる装置
に特に好適である。
【００６３】投影レンズ系は投影ビームPBの波長に適合
するように設計されているから、この投影レンズ系を用
いて整列マークP1, P2及びM1, M2を整列ビームにより互
いに結像させようとするとずれが生じてしまう。基板マ
ークP1及びP2はマスクマークが位置するマスクパターン
面に結像せず、マスクパターンの面からある距離だけず
れて結像し、この距離は投影ビームの波長と整列ビーム
の波長との間の差並びにこれら２個の波長ビームに対す
る投影レンズ素子の材料の屈折率の差に依存する。
【００６４】例えば、投影ビームが248 nmの波長を有し
整列ビームが633 nmの波長を有する場合、ずれる距離は
２ｍにもなってしまう。さらに、基板マークは理想倍率
からずれた倍率でマスクマーク上に結像され、この倍率
のずれは波長差に応じて増大する。
【００６５】上述したずれを補正するため、特別のレン
ズすなわち補正レンズ25を投影カラムPL内に挿入する。
この補正レンズは投影カラム内の適切な高さ位置に配置
し、基板マークによって形成される整列ビームの異なる
回折次数のサブビームが補正レンズ面において十分に分
離されてこれらサブビームを個別に支配できるようにす
ると共に、この補正レンズが投影ビーム及びこの投影ビ
ームによって形成されるマスク像にほとんど影響を及ぼ
さないようにする。この補正レンズは投影レンズ系のフ
ーリエ面に配置することが好ましい。図１及び図３に示
すように、補正レンズ25を整列ビームb1及びb1′の主光
線が互いに交差する面に配置すれば、この補正レンズを
用いて２本の整列ビームを補正することができる。
【００６６】図１及び図３による整列装置は、原理的に
十分な性能を達成できるが、ある状況下においては依然
として微小な整列誤差が生ずるおそれがある。本発明者
が種々の実験及び解析を行った結果、この整列誤差は、
検出器13又は13′に入射する選択した整列ビーム部分で
生ずる位相差に帰因することが判明した。この位相差
は、基板マークから出射した整列ビーム部分の対称軸が
マスクプレートと直交せず、この結果マスクプレートで
不所望な反射が生ずる場合に発生する。この課題を解決
するため、本願人は、マスクマーク付近にくさび又は別
の偏向素子を配置することをすでに提案している。
【００６７】図４は、くさび角φWE1 及びφWE2 をそれ
ぞれ有する２個の光学くさびを有する整列装置の実施例
を示す。これらのくさびにより、整列ビームb1′, b1は
マスクプレートに直交入射する。
【００６８】図示のように、基板マークP2及びP1は個別
の照明系 IS1及びIS2 により照明することができる。各
照明系は放射源１（１′）、２個のレンズ60, 62（6
0′,62′) 及び調整可能な平行平面板61(61 ′) を有
し、平行平面板によりビームb(b′) の方向の微調整を
行う。レンズ60及び62により放射源１（１′）の像の品
質を維持する。投影レンズ系に含まれるレンズのうちフ
ーリエ面に位置するレンズ群だけを線図的に単一のレン
ズ素子pl1 として図４に示す。
【００６９】この投影装置は、さらに、投影レンズ系PL
の焦点面と基板Ｗとの間のずれを決定する焦点誤差検出
装置を具え、この焦点誤差は例えば投影レンズ系をその
光軸方向に移動させることにより補正することができ
る。図１に示すように、この焦点誤差検出装置は、投影
レンズ系に固定したホルダ（図示せず）内に配置した素
子40, 41, 42, 43, 44, 45及び46により構成する。符号
40はフォーカシングビームb3を放射するダイオードレー
ザのような放射源を示す。このビームb3は反射プリズム
42を経て微小角を以て基板Ｗに入射する。基板で反射し
たビームはプリズム43によりレトロリフレクタ44に向け
て反射する。このレトロリフレクタ44はそれ自身でビー
ムを反射するので、このビーム(b3 ′) は反射して再度
同一の光路を通り、プリズム43, 基板Ｗ及びプリズム42
を通過する。このビームb3′は半反射性素子41及び反射
素子45を経て放射感知検出系46に入射する。この検出系
は、例えば位置依存性検出器又は２個の個別の検出器を
具える。この検出系に形成されるビームb3′の放射スポ
ットの位置は、投影レンズ系の焦点面の基板Ｗに対する
一致の程度に応じて変化する。この焦点誤差検出装置の
詳細な説明は米国特許第４３５６３９２号に記載されて
いる。
【００７０】基板テーブルWTのＸ及びＹ方向の位置を正
確に決定するため、既知の投影装置は多重軸干渉計を具
える。米国特許第４２５１１６０号には２軸系の干渉計
が記載され、米国特許第４７３７２８３号には３軸系の
干渉計が記載されている。図１においてこのような干渉
計を素子50, 51, 52及び53を以て線図的に示す。図１に
おいて１本の測定軸だけを示す。
【００７１】レーザダイオードの形態の放射源50から放
射されたビームb4はビームスプリッタ51により測定ビー
ムb4m と基準ビームb4r に分割する。測定ビームは基板
ホルダWHの反射性側面に入射する。反射した測定ビーム
は、例えばいわゆる“コーナキューブ”から成る静止レ
トロリフレクタ52で反射した基準ビームとビームスプリ
ッタ51により合成される。この合成ビームの強度は検出
器53により測定され、基板支持部材WCの変位（この場合
Ｘ方向の変位）は、検出器53からの出力信号から取り出
すことができ、この基板支持部材WCの瞬時位置も設定す
ることができる。
【００７２】図１に示すように、図面を明瞭にするため
干渉計からの信号を１個の信号S53 で示し、この信号S
53 及び整列検出装置信号S13 及びS ′13を例えばマイ
クロコンピュータのような信号処理ユニットＳＰＵに供
給し、この信号処理ユニットにより入力信号を処理して
アクチュエータAC用の制御信号を発生させ、アクチュエ
ータACにより基板ホルダWHを介して基板支持部材をＸ−
Ｙ面内で移動させる。
【００７３】Ｘ−Ｙ干渉計システムを用いることによ
り、整列マークP1及びP2とM1及びM2の位置及びこれらマ
ーク間の相対距離を、整列作業中に静止干渉計システム
によって規定される座標系に設定することができる。
【００７４】マスクパターンを基板上に繰り返し結像さ
せる既知の方法では、欧州特許出願第１６４１６５号に
記載されているように、基板は例えば予備整列ステーシ
ョンにおいてある範囲に亘って予備整列される。予備整
列された基板が投影装置内に挿入された後、基板は、マ
スクマークM1, M2及び基板マークP1, P2によりマスクに
対して全体的に整列される。その後、マスクパターンが
投影される基板のサブ領域すなわち基板フィールドはマ
スクパターンの下側に極めて正確に位置決めされ、その
後光源LAからの照明光がマスクパターンを通過し基板に
入射する。次に、基板を変位させ、第２の基板フィール
ドをマスクパターンの下側に正確に位置決めし、その後
第２の照明露光を行い、全ての基板フィールドが照明露
光されるまでこの作業を行う。
【００７５】マスクパターンの像の細部が極めて微細に
なるように要求されている現状において投影レンズ系の
焦点深度が極めて浅いこと並びに基板が平坦でないこと
があることよりデフォーカス像が形成されるので、結像
操作を行う前に関連する基板のサブ領域を水平にする必
要がある。この目的を達成するため、いわゆる局部的レ
ベルセンサを用いて関連する基板のサブ領域が投影レン
ズ系の像フィールドに対して傾斜しているか否か検出す
る必要がある。このレベルセンサは、例えば1988年に発
行された刊行物“オプティカル／レーザ マイクロリソ
グラフィ（Optical/Laser Microlithography) 、第922
巻, 第270 頁〜276 頁に記載されている文献“ザ オプ
ティカル ステッパ ウィズ ア ハイ ニュメリカル
アパーチャ アイ−ライン レンズ アンド ア フ
ィールド−バイ−フィールド レベリング システム
（The Optical Stepper with a high numerical apertu
re i-line lens and a field-by-field levelling syst
em) 及び米国特許第４５０４１４４号に記載されてい
る。局部的に傾斜している位置を見つけ出した後、基板
全体をＸ軸及び／又はＹ軸を中心にして傾けることによ
り局部的な傾斜を除去することができる。しかしなが
ら、基板を傾けると干渉計システムの測定ミラーも傾斜
するため、干渉計システムから供給される測定信号が誤
差を含んでしまい、いわゆるアッベ誤差によりもはや所
望の位置決め精度が得られなくなってしまう。
【００７６】さらに、非意図的で制御不能な基板ホルダ
のＸ軸及び／又はＹ軸を中心とする傾きが生ずるおそれ
があり、この傾きも干渉計システムの信号に影響を及ぼ
してしまう。
【００７７】これらの課題は以下のように設定すること
により回避することができた。すなわち、米国特許第４
７７８２７５号に記載されているように、各基板フィー
ルドにそれ自身用の整列マークを設けると共に、各基板
フィールドをマスクパターンの下側に位置決めした後上
記整列マークをマスクマークM1又はM2に対して個別に整
列させることにより各基板フィールドを所望の精度で位
置決めすることができる。しかしながら、このいわゆる
フィールド−バイ−フィールド整列は長時間かかるの
で、投影装置に配置し得る単位時間当りの基板の数が減
少してしまう。
【００７８】さらに、付加的に設けるフィールド整列マ
ークの大きさはマスクマークM1及びM2の大きさ並びに基
板マークP1及びP2の大きさに適合させる必要があり、こ
のフィールト整列マークを収容するため、基板フィール
ド間の間隔が比較的広くなければならない。この結果、
基板の有用表面積すなわちＩＣを形成することができる
基板の全表面積が減少してしまう。この場合、フィール
ド整列マークの大きさを小さくすることが考えられる。
しかしながら、マスクマークM1及びM2並びに基板マーク
も同様にその大きさを小さくする必要がある。この結
果、基板フィールドに対する整列精度が低下するばかり
でなく、基板全体に対する整列精度も低下してしまう。
【００７９】本発明は上述した課題を解決し、繰り返し
結像し位置決める新規な方法を提供するものである。こ
の新規な方法によれば、基板はＸ軸及びＹ軸に沿って全
体としてだけ整列し、基板のＺ軸方向を中心とする回転
は２個の基板マークP1及びP2並びに数個の他の基板整列
マークにより全体的に除去され、基板フィールドを水平
にした後基板フィールドの微細な位置決めは別の整列工
程を行うことなく達成される。フィールド- バイ- フィ
ールドの位置決めは、干渉計システムにより基板自身の
好ましくは全ての移動及び位置決めを極めて高精度に測
定することにより行われる。
【００８０】本発明の必須要件及び重要な概念は、基板
支持部材を干渉計システムと協働するミラーブロックと
一体化すること及び基板をこの支持部材に固定すること
にある。従って、基板はミラーブロックに対して移動す
ることができずミラーブロックの移動に追従するだけで
ある。この結果測定される移動量及び位置は基板の移動
量及び位置の絶対値となる。従って、基板ホルダを駆動
しミラーブロックの移動量を測定する際の精度が一層向
上する。
【００８１】ＩＣ製造用の既知の投影装置の説明と関連
する同図において、基板及び基板支持部材はミラーブロ
ックに直接不動状態に連結されているように表示されて
いる。しかしながら、これらの図面は、図面を明瞭にす
るため線図的に記載されているにすぎない。すでに述べ
たように、基板は投影装置内で整列されるだけでなく、
全体的に且つ局部的に合焦されねばならず、しかもすで
に記述したように局部的に水平化される必要もある。こ
こで、フォーカシング（合焦）とは、基板表面を投影レ
ンズ系の結像フィールドに一致させることを意味する。
1988年に発行された学術雑誌ＳＰＩＥ第922 巻のセクク
ション“オプティカル／レーザ マイクロリソグラフィ
（Optical/Laser Microlithography) ”に記載されてい
る文献“ザ オプティカル ステッパ ウィズ ア ハ
イ ニュメリカル アパーチャアイ−レンズアンド ア
フィールド−バイ−フィールド レベリング システ
ム（The Optical Stepper with a high numerical oper
ture I-lens and a field-by-field levelling syste
m)”又は1987年に発行された同雑誌第811 巻のセクショ
ン“オプティカル マイクロリソグラフィック テクノ
ロジー フォーインテグレーテッド ファブリケーショ
ン アンド インスペクション(OpticalMicrolithgraph
ic Technology for Integrated Circuit Fabrication a
nd Inspection) ”に記載されている文献“アン アド
バンスト ウェファステッパ フォ− サブミクロン
ファブリケーション（An advanced waferstepper for s
ub-micron fabrication)”、或いは米国特許第４５０４
１４４号明細書に記載されているように、高さアクチュ
エータ及び／又は傾きアクチュエータのような個別のア
クチュエータを用いてフォーカシング操作及び水平化操
作を行う。これらの文献又は公報に記載されている高さ
アクチュエータ又は傾きアクチュエータは基板が配置さ
れているいわゆる水平化テーブルを駆動している。従っ
て、上記文献に記載されている装置では、基板はミラー
ブロックに強固に連結されていない。本発明を実施する
ために投影装置では、アクチュエータはミラーブロック
の下側に配置する。
【００８２】原理的に、３軸の干渉計システムを用いて
Ｘ軸及びＹ軸方向の移動量を測定し、基板テーブルの位
置を決定すると共にＺ軸を中心とするテーブルの回転量
を決定することができる。このような干渉計システム
は、学術雑誌ＳＰＩＥ第1088巻、セクション“オプティ
カル／レーザ マイクロリソグラフィ（Optical/LaserM
icrolithgraph) ”に記載されている文献“リニア／ア
ンギュラ ディスプレススメント インタフェロメータ
フォー ウェファステージ メトロロジ（Linear/ang
ular displacement interferoometer for waferstage m
etrology) ”の第５図に基板テーブルWTと共に線図的に
記載されている。
【００８３】この複合干渉計システムはヘリウム−ネオ
ンレーザ70、２個のビームスプリッタ71及び72、及び３
個の干渉計ユニット73,74及び75を具えている。レーザ
からのビームb5の一部はビームスプリッタ71により反射
しビームb6として干渉計ユニット73に入射し、この干渉
計ユニットは基板テーブルWTのミラーと協働する。ビー
ムスプリッタ71を透過したビームb7はビームスプリッタ
72によって分割され、一方のビームb8は反射して干渉計
ユニット74に入射し透過ビームb9は干渉計75に入射す
る。干渉計ユニット74はミラーR1と協働し、干渉計ユニ
ット75はミラーR2と協働する。
【００８４】図６は干渉計73の原理を示す。このユニッ
トは例えばハーフプリズムのようなビームスプリッタ80
を有し、このビームスプリッタにより入射ビームb6を測
定ビームb6m と基準ビームb6r とに分割する。測定ビー
ムは透過して基板テーブルミラーR1に入射し、このミラ
ーで反射してビームスプリッタ80に入射し、このビーム
スプリッタで反射して測定ビームb6m の一部は検出器76
に入射する。ビームスプリッタ80で反射した基準ビーム
b6r は固定配置した基準ミラー81で反射してビームスプ
リッタ80に再び入射し、その一部はビームスプリッタ80
を透過して検出器76に入射する。基板テーブルミラーが
Ｘ方向に移動すると、検出器76に入射するビームb6m と
b6r との間で干渉が生じ、この結果検出器からの出力信
号は、基板テーブルがλ/4の距離に亘って移動する毎に
最大値から最小値まで変位する。ここで、λはビームb6
の波長である。検出器信号S76 の最大値及び最小値の数
は基板テーブルのＸ方向の変位の測定値となる。ミラー
R1及びR2の移動量が例えばλ/128又はλ/512のようにλ
/4よりも小さい場合、これらミラーの移動量は既知の電
子補完法により測定することができる。
【００８５】干渉計ユニット74及び75は干渉計ユニット
73と同一の構造を有し同一の寸法で作動する。基板テー
ブルのＹ方向の移動は干渉計ユニット75及び関連する検
出器78により測定する。第２のＸ方向の変位測定は干渉
計ユニット74及び関連する検出器77により行う。基板テ
ーブルのＺ軸を中心とする回転は信号S76 及びS77を計
算することにより得られ、この回転量は以下の式から得
られる。
【数1 】φ2=（S76-S77)／di ここで、diはミラーR1に入射するビームb6m 及びb6r の
主光線間の距離である。
【００８６】図６は干渉計ユニットの原理だけを示すも
のである。実際には、偏光感知ビームスプリッタ80とλ
/4板（図６において素子82及び83として図示する) を用
いてビーム分離及びビーム合成を行うことができる。こ
の場合、放射損失は最小であり、種々の干渉計ユニット
用に１個のレーザ70だけを用いる場合に特に有効であ
る。さらに、学術雑誌ＳＰＩＥ、第1088巻のセクション
“オプティカル／レーザマイクロリソグラフィ II（Op
tical/Laser Microlithography II)に記載されているレ
トロリフラクタを干渉計ユニットに組み込むことも可能
である。
【００８７】３軸干渉計システムを用いる場合に所望の
精度を達成するためには以下の２個の条件を満たす必要
がある。 1. 干渉計ビームの主光線は基板面に位置する必要があ
る。 2. 基板支持部材は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って変位し並び
にＺ軸を中心にして必要な補正を行なう間においては他
のパラメータφX , φYについては固定する必要があ
る。
【００８８】干渉計ビームが微小の有限の断面を有して
いること及びミラーのエッヂ特に上側エッヂに所望の平
面性 (例えば、λ／20) が形成されないので、ビームは
ミラーの上側エッヂから例えば少なくとも２mm以上の距
離の位置に入射する必要があり、1989年に発行された学
術雑誌 SPIE 第1088巻のセクション“オプティカル／レ
ーザ マイクロリソグラフィII (Optical ／ Laser Mic
rolithgsaphy II)”に記載されている文献“ステップ
アンド スキャン :ア システムズ オーバビュー オ
ブ ア ニュー リソグラフィ ツール (Step and Sca
n : A systemsoverview of a new Lithogsaohy Tool
)”に示されるように、ミラーが基板表面を超えて突出
する場合第１の条件しか満足されない。しかも、ミラー
の高さが一層高くなると変位及び位置決めすべき質量が
増大する。さらに、これらミラーが突出する場合基板表
面と投影レンズ系の下側との間には、特別な空間が必要
となる。しかしながら、実際にはミラー付近を空間と形
成することができない場合がある。この理由は、基板表
面と投影レンズ系との間の空間をできるだけ小さくして
基板の表面領域に最も大きな平面状の像フィールドを形
成する必要があるためである。さらに、この中間の空間
内に水平検出及び画像検出を行なう光学測定装置すなわ
ち照明光によって形成される画像の偏位を検出する測定
装置を収納する必要もある。
【００８９】干渉計ミラーが一部を構成するブロックの
横方向の寸法を拡大して、ミラーブロックがＸ−Ｙ移動
しても基板表面から突出するミラーが例えば投影レンズ
系のような投影装置の他の部材から十分に離間するよう
に設定することも考えられる。しかしながら、このよう
に構成すると、基板ホルダの重量が許容範囲を超えて増
大してしまい、さらに所望の平面精度の一層大きなミラ
ーを製造することは極めて困難である。
【００９０】基板表面から突出するミラーを有するミラ
ーブロックを用いる代りに、ミラーが基板表面から突出
しないが基板表面に対して90°以下の角度で延在するミ
ラーブロックを用いることができる。この場合、干渉計
ビームはミラー表面に対して常に直交入射させる。この
ようなミラーブロックを干渉計ビームｂ6mと共に図７に
示す。干渉計ビームの主軸の延長線が、基板表面の投影
レンズ系の光軸ＡPLが基板表面と交差する位置に到達す
るように設定すれば、基板の正確な位置は、干渉計信号
及び図１に示す焦点誤差検出装置（図７においてはビー
ムｂ3 及びｂ3 ′としてだけ図示した）から供給される
信号から取り出すことができる。しかしながら、基板テ
ーブルを有するミラーブロックが作動距離ＷＤに亘って
移動したとき干渉計ビームをミラーに常時入射させるに
は、このミラーの高さを相当高くすく必要があり、この
結果ミラーブロックの重量が増大してしまう。
【００９１】上述した条件すなわち基板支持部材がＸ軸
又はＹ軸を中心にして傾斜せずＺ軸方向に変位しない条
件を満足するためには基板テーブルの構成に極めて厳格
な要件を課す必要がある。一体化されたミラーブロック
を有する基板支持部材は別にして、この基板テーブルは
Ｘ−Ｙ−φZ 駆動機構を具え、この駆動機構は例えば、
米国特許第4655594 号に記載されているＨ形態に配置さ
れている３個の線形モータと、例えばみかげ石から成る
ベースプレートＢＰ (図１参照）と基板ホルダＷＨとの
間に配置したいわゆるエアベース部材ＡＢ (図１参照）
とで構成する。基板テーブルが正確に案内されない場
合、基板テーブルが移動すると可変力がエアベースＡＢ
に作用するおそれがある。これらの可変力は前もって予
期できないため、エアベースに可変の傾きが生じ、この
傾きによって基板支持部材にも可変の傾きが生じてしま
う。さらに、製造上の公差や異物によりみかけげ石の支
持プレートの平面性にずれが生ずるおそれもある。支持
プレートの平面性が維持されないと、基板支持部材によ
る位置に依存する傾きが生じてしまう。投影装置の操作
中で上述した不都合を除去するためには点対点のキャリ
ブレーションを行なう必要がある。しかしながら、この
ようなキャリブレーションは、較正をすべきパラメータ
の数が増大するため装置全体のキャリブレーションを複
雑化するばかりでなく装置の精度を低下させてしまう。
【００９２】構成上課せられる厳格な要件を取り除くと
Ｘ軸及びＹ軸まわりに不所望な傾きが増大してしまう。
局部的な水平化に起因する傾きは、例えば機械的セン
サ、超音波センサ又は他の非光学センサによって測定す
ることができ、これらの測定結果を用いてずれを除去し
又はＸ−Ｙ−φz の測定値を補正することができる。一
方、これらのセンサの精度には極めて厳格な要件を課す
必要がある。
【００９３】本発明による投影装置においては、干渉計
ビームの主光線を基板面に位置させるために課せられる
要件を維持する場合に生ずる問題は、この要件を取り除
くと共にミラーが基板表面から突出しないミラーブロッ
クを有する支持部材を用いることにより解消される。上
記課題と共に、Ｘ軸及びＹ軸のいずれを中心にする傾き
も発生させず又はこれらＸ軸及びＹ軸まわりの傾きをＸ
−Ｙ−φz 調整に考慮すべきとする要件に起因する課題
は、所望の又は不所望な移動を高精度に測定できると共
に正確な補正を行なうことができる新規な干渉計システ
ムを用いることにより解消される。
【００９４】上述した別の課題は図８に示すいわゆるア
ッベエラーに関係する。干渉計ビーム例えばｂ6mの主軸
がミラーＲ1 に基板表面から距離ａだけ離れて入射する
と、角度φの基板表面の傾きによってビームｂ6mを用い
る干渉計ユニットから発生するＸ方向の位置信号にクロ
ストーク信号が発生する。このクロストーク信号Δｘ
は、Δｘ≒ａtan φ≒ａφで与えられる。このクロスト
ーク信号の結果として、Ｘ方向のサーボ系は、クロスト
ーク信号Δｘに比例するＸ方向の誤差が生ずるように制
御する。基板表面の傾き（角度φ）は 1.3 mrad 程度で
あり、局部的な非平坦性の角度φは、約0.1 mradであ
る。局部的な非平坦性においては、アッベアーム(Abhe
arm)に起因する位置誤差は４nm以下であり、この位置誤
差は実際には回避することができず、次式が成立する。
【数２】 ａ＝（Δｘ／ψ）＜（５nm／0.1 mrad）〜 50 μm
【００９５】ビームに幅があるため、例えば９mmのビー
ム幅の場合上記要件を満たすことができない。従って、
キャリブレーションを行なう必要がある。すなわち、Ｘ
方向及びＹ方向の位置信号を基板表面の傾きに関する情
報を用いて補正する必要があることになる。この傾き情
報は、改良された干渉計システムを用いて例えば機械的
センサや非光学センサのような他の手段よりも一層簡単
に且つ正確に得ることができる。
【００９６】図９は一体化されたミラーブロックを有す
る基板支持部材の５個の因子Ｘ，Ｙ，φX , φY 及びφ
Z を測定する複合干渉計システムの原理を示す。この干
渉計システムは例えば２個の干渉計ユニット100 及び15
0 を有し、これらユニットに向けてビームｂ20及びｂ30
を投射する。これらのビームはレーザ例えばヘリウム−
ネオンレーザ50から放射する。このレーザ光源から放射
されたビームｂ10は、レンズ10により線図的に図示した
エキスパング光学系を通過し、次にビームスプリッタ92
により２本のビームｂ20及びｂ30に分割される。素子91
, 93 及び94はミラーであり、これらミラーによりビー
ムｂ20及びｂ30を干渉計ユニット100 及び150 に正確な
角度で入射させる。干渉計ユニット100 は、ミラーＲ1
に向けて３本の測定ビームを放出しミラーＲ1 で反射し
たビームを受光するように設定する。これらのビームを
用い、ミラーブロック及び基板支持部材のＸ方向の変
位、Ｙ軸まわりの傾きφY 及びＺ軸を中心とすると回動
φZ を測定することができる。第２の干渉計ユニット15
0 は２本の測定ビームをミラーＲ2 に向けて投射すると
共にこのミラーからの反射ビームを受光する。これらの
測定ビームを用いて、Ｙ軸方向の変位及びＸ軸まわりの
傾きを測定する。これら干渉計ユニットは種々の方法で
構成することができる。図10の干渉計ユニット100 の第
１実施例を示す。この干渉計ユニットは、偏光感知ビー
ムスプリッタ101 、２個のλ／４板103, 104 、基準ミ
ラー105 、２個のレトロリフレクタ106 , 107 、複合プ
リズム108 、及び２個の検出器113 , 115 を具える。こ
れら検出器は図９に示す干渉計ユニット100 の面95に配
置する。干渉計ユニットはヘテロダイン型のものとす
る。ビームｂ20はゼーマンレーザとして設置したヘリウ
ム−ネオンレーザから放出する。このレーザは、例えば
20 MHzの光学位相差を有する２個の相互に直交する方向
に偏光した成分を有するビームを発生する。これら２個
の成分は図10において実線及び破線で示す。
【００９７】プリズム101 に入射したビームｂ20は偏光
感知面102 により測定ビームｂ20m と基準ビームｂ20r
とに分割する。測定ビームｂ20m は基板テーブルのミラ
ーＲ 1 に入射し、このミラーにより反射する。プリズム
101とミラーＲ1 との間にλ／４板103 を配置する。従
って、ミラーＲ1 からの反射ビームはλ／４板を２回通
過するので、その偏光方向は入射ビームｂ20m の偏光面
に対して90°回転する。従って、反射ビームは偏光感知
面102 で反射し、例えば３次元コーナキューブプリズム
の形態のレトロリフレクタ106 に入射する。レトロリフ
レクタ106 で反射したビームは、次に偏光感知面102 で
反射し、測定ビームｂ′20m としてＲ1 に再び入射し、
このミラーで反射し再びプリズム系108 に入射する。こ
のビームはλ／４板103 を再び２回透過したので、偏光
感知面102 を透過する。この透過ビームｂ′20m はプリ
ズム系108 に入射し、その面109 で反射し、検光子112
を経て放射感知検出器113 に入射する。
【００９８】基準ビームｂ20r は偏光感知面102 で反射
し、λ／４板104 を透過し基準ミラー105 で反射し再び
λ／４板104 を透過する。従って、プリズム101 に入射
するビームの偏光方向は90°回転するので、偏光感知面
102 を透過しレトロリフレクタ106 に入射する。レトロ
リフレクタで反射した反射ビームｂ′20r は基準ビーム
として再び基準ミラーに入射し、このミラーで反射しプ
リズム101 に入射する。この入射ームの偏光面は90°回
転しているから、このビームは偏光感知面102で反射し
プリズム系108 に入射し、その反射面109 で反射して検
出器113 に入射する。検光子112 の偏光面は、偏光面が
相互に直交するビームｂ′20m とｂ′20 r の偏光面に対
して45°の角度をなすように設定する。検光子を透過し
たビームｂ′20m 及びｂ′20r のビーム成分は同一の偏
光方向を有し互いに干渉する。検出器113 からの出力信
号Ｓ113 は、ゼーマン周波数差から基板テーブルミラー
のＸ方向の変位に応じた周波数偏位だけプラス又はマイ
ナスした周波数に等しい周波数で強度変調された信号と
なる。
【００９９】原理的には、レトロリフレクタ106 を省略
して、検出器113 に入射する測定ビーム及び基準ビーム
が基板テーブルミラー及び基準ミラーとそれぞれ１回だ
け反射するように構成することも可能である。
【０１００】図10に示す干渉計ユニットの実施例では、
レトロリフレクタ106 を用いて測定ビームをビームｂ
20m 及びｂ′20m として基板支持ミラーで２回反射させ
ている。この実施例は、最終的に検出器113 に入射する
測定ビームｂ′20m の方向がＸ軸と直交する軸を中心と
するミラーＲ1 の傾きに依存しない大きな利点が達成さ
れる。この結果、信号Ｓ113 は真のＸ方向の変位に関す
る情報だけを含むことになる。同様な理由により、基準
ミラー105 の傾きも信号Ｓ113 にいかなる影響も及ぼす
ことはない。
【０１０１】図10の紙面と直交するＺ軸を中心とする基
板支持部材の回転も図10の干渉計ユニットにより測定す
ることができる。この測定は、第１のＸ方向測定が行な
われる位置ＰX1（ＰX2）から最大距離だけ離れた位置Ｐ
X3（ＰX4）における第２のＸ方向測定により行なう。こ
のため、プリズム系108 の面110 をハーフミラーとし、
このハーフミラーにより測定ビームｂ′20m 及び基準ビ
ームｂ′20r の一部をそれぞれ新しい測定ビームｂ21m
及び基準ビームｂ21r としてビームスプリッタ101 に向
けて反射する。これら２個のビームの偏光方向はλ／２
板116 により90°回転しているので、これらビームの偏
光状態は相互に変化する。従って、測定ビームｂ21m は
偏光感知面102 を透過して基板支持ミラーに入射し、基
準ビームｂ21r は偏光感知面102 で反射し基準ミラー10
5 に入射する。これらビームｂ 21m 及びｂ21r の光路は
ビームｂ21m 及びｂ21r の光路と同様である。好ましく
は、第２のレトロリフレクタ107 を設け、このレトロリ
フレクタにより測定ビーム及び基準ビームをビームｂ′
20m 及びビームｂ′20r として基板テーブルミラーＲ1
及び基準ミラーに入射させる。反射したビームｂ′21m
及びｂ′21r は、ビームスプリッタ101 、プリズム系10
8 及び第２の検光子114 を経て第２の検出器に入射し、
この検出器において相互干渉を行なう。
【０１０２】検出器115 からの出力信号Ｓ115 は、ゼー
マン差分周波数にミラーＲ1 のＺ軸を中心とする回転に
依存する周波数偏移だけ増加又は減少した周波数で強度
変調されている。ミラーＲ1 がＺ軸を中心として回転し
ていると、位置ＰX1及びＰX2で反射する第１の光路にお
ける測定ビームと基準ビームとの間の周波数偏移は、位
置ＰX3及びＰX4を通る第２の光路を通る測定ビームと基
準ビームとの間の周波数偏移と相異する。検出器115 に
よって測定される周波数差は、上記周波数偏移間の差と
なる。基板支持ミラーがＺ軸を中心にして回転していな
い場合、結果としての周波数差は零に等しくなる。
【０１０３】信号Ｓ113 及びＳ115 を電子的に処理して
周波数偏移から基板テーブルのＸ方向変位及びＺ軸を中
心とする回転φZを取出す方法については、1989年に発
行された SPIE の第1088巻、第268 頁〜272 頁に記載さ
れている文献“オプテカル／レーザ マイクロリソグラ
フィ (Optical/LaserMicrolithgraphy)”を一例として
参考にすることができる。
【０１０４】２個の周波数成分を有するビームｂ20の代
りに、１個の周波数成分だけを有するビームを用いるこ
ともできる。この場合、ミラーＲ1 の変位又は回転は、
測定ビームと基準ビームとの間の位相差を決定すること
により測定される。
【０１０５】本発明においては、前述した既知の干渉計
ユニットを適切に拡張して、第３測定例えば、Ｙ軸まわ
りの傾き測定を行なうことができる。この目的を達成す
るため、図10に示すように、例えばプリズム系108 の面
109 をハーフミラー面とし、ビームｂ′20m 及びｂ′
20r の一部を透過させる。これら透過ビームの光路に反
射光学系120を配置する。この反射光学系は入射ビーム
をビームスプリッタ101に向けて反射すると共に、入射
ビームを軸方向に平行に拡大して図10の紙面の前後に位
置する第２のＸＹ面内で拡大する。この第２のＸＹ面を
図11に第３の測定ビームｂ22m 及び基準ビームｂ22r と
共に図示する。
【０１０６】ビームｂ22m 及びｂ22r のビームスプリッ
タ101 の前側の光路中にλ／２板125 を配置し、このλ
／２板によりこれらビームの偏光方向を90°回転させ測
定ビーム及び基準ビームの偏光状態を相互変換させる。
好ましくは、第３のレトロリフレクタ128 を配置し、測
定ビームを基板支持ミラーによりその位置ＰX5及びＰ X6
においてそれぞれビームｂ22m 及びｂ′22m として反射
させ、基準ビームを基準ミラーによりｂ22r 及びｂ′
22r としてそれぞれ反射させる。これら測定ビーム及び
基準ビームが通る光路は、図10に示す測定ビームｂ20m
及びｂ′20m と基準ビームｂ20r 及びｂ′20r の光路と
ほぼ同様である。
【０１０７】ビームｂ′22m 及びｂ′22r は最終的に検
光子126 に入射し、これらビームの同一の偏光方向成分
が透過し、透過したビーム成分は検出器127 に入射し、
この検出器において相互に干渉し合う。この検出器から
の出力信号Ｓ127 は、ゼーマン差分周波数からミラーＲ
1 のＹ軸周りの傾きに依存する周波数偏移だけ増加し又
は減少した周波数で強度変調される。このような傾きが
生ずると、測定ビームｂ′20m と基準ビームｂ′20r と
の間の周波数偏移は測定ビームｂ′22m と基準ビーム
ｂ′22r との間の周波数偏移と相異する。検出器127 に
よって測定される周波数差は、これら周波数偏移間の差
となる。基板テーブルがＹ軸まわりで傾斜していない場
合、得られる周波数差は零に等しくなる。このＹ軸周り
の傾きは単一周波数成分のビームを用い位相差を決定す
ることにより測定することもできる。
【０１０８】図12は反射光学系120 の実施例を詳細に示
す。この反射光学系は、Ｘ軸に平行に伝播するビーム
ｂ′20m 及びｂ′20r をＺ軸に平行に反射させる第１の
反射体121 と、反射したビームをＸ軸に平行に伝播させ
るように反射する第２の反射体122 とを有する。従っ
て、この反射体対121 , 122 には、ビームをＺ軸方向に
互いに離間した平行ビームに変位させる。
【０１０９】ビームｂ22m 及びｂ′22m とが互いにＺ軸
方向にだけ変位した図11及び図12の実施例において、こ
れら測定ビームの主光線が基板テーブルミラーＲ1 に入
射する点ＰX5及びＰX6は、測定ビームｂ′20m 及びｂ′
21mがこのミラーＲ1 に入射する点ＰX2及びＰX3とＸ軸
方向の同一点となる。図面を明瞭にするため、この状態
を図13に示す。図13において、測定ビームｂ20m , ｂ′
20m, ｂ21m , b ′21 m , ｂ22m 及びｂ′22m の主光線
がミラーＲ1 に入射する点を、Ｐx1 ,Ｐx2 ,Ｐ x3 ,Ｐx4
及びＰx5としてそれぞれ図示する。いわゆる測定軸は各
測定ビームの対と関連する。これら測定軸は、図10及び
図11において MAX1 , MAX2及びMAX3として示す。これら
測定軸がミラーＲ1 と交差する点を図13においてＱ1 ,
Ｑ2 及びＱ3 としてそれぞれ示す。
【０１１０】点Ｑ3 は投影レンズ系の光軸ＡPLを含む面
内で図13の紙面と直交する面内すなわちミラーＲ1 と直
交する面内に位置することが好ましい。点Ｑ2 及びＱ3
はこの面に対して対称的に位置することが好ましく、従
って点Ｑ2 とＱ3 との間の接続ラインは投影レンズ系の
結線面ＩＰに平行となり、この結像面は基板表面ＷＰが
理想的な表面の場合基板表面ＷＰと一致する。
【０１１１】測定ビーム及び測定軸は互いに平行になる
ように設定して、検出器の位置113,115 及び127 に単一
の放射スポットではなく干渉パターンが形成されるのを
阻止することが好ましい。このビーム平行度はビームス
プリッタ101 、プリズム系108 及び反射光学系120 の面
の平面精度並びにプリズム系108 の面109 と110 との間
の角度及び反射光学系120 の面121 と122 との間の角度
によって決定され、この平行度は実際には満足し得るよ
うに達成することができる。この理由は、上記光学系の
各表面を３秒の角度範囲で高精度に平滑にすることがで
きると共に、上記各角度を正確に90°に形成することが
できるためである。反射光学系120 はプリズム系108 と
一体的に形成し、組立作業中に生ずる整列性に関する課
題を解消し経時変化に対する安定性を確保することが好
ましい。
【０１１２】結像面ＩＰと接続ラインｌとの間の距離ｄ
2 はできるだけ短くする必要がある。接続ラインｌと点
Ｑ3 との間の距離ｄ3及び点Ｑ1 とＱ2 との間の距離ｄ
4 はできるだけ長くなるように設定して傾きφy 及び回
転φZ をできるだけ正確に測定できるようする必要があ
る。一方、これらの距離の制約を課しミラーＲ1 の寸法
及び重量を制限する必要もある。本装置の実際に実現し
た実施例において、距離ｄ3 及びｄ4 は20mm程度とし、
距離ｄ2 は７mm程度に設定した。
【０１１３】図10及び図11に示す干渉計ユニットは、測
定軸と関連する測定ビーム及び基準ビームがビームスプ
リッタ101 に対して互いに対称的に形成されると共にビ
ームスプリッタ中において互いに同一の光路長を占める
利点がある。このように構成することにより、不安定に
なる危険性をほとんど除去することができる。図10及び
図11の装置において、回転φz 及び傾きφY を測定する
ため必要となる測定軸MAX1 , MAX2及び MAX3 と関連す
る信号間の差は光学的に決定される。これら測定軸につ
いて得た情報をＩMAX1 ,ＩMAX2及びＩMAX3とすると、図
10及び図11における検出器信号Ｓ113 , Ｓ115 及びＳ
127 は次式で与えられる。
【数３】Ｓ113 ＝ＩMAX1 Ｓ115 ＝ＩMAX1−ＩMAX2 Ｓ127 ＝ＩMAX1−ＩMAX3 検出器信号の関数としての測定軸情報は次式で与えられ
る。
【数４】ＩMAX1＝Ｓ113 ＩMAX2＝Ｓ113 −Ｓ115 ＩMAX3＝Ｓ113 −Ｓ127
【０１１４】Ｘ軸方向の変位の大きさ及び方向、Ｚ軸を
中心とする回転及びＹ軸周りの傾きに関する情報を含む
信号Ｓ(X), Ｓ（φz)及びＳ（φy)は次式で与えられ
る。
【数５】 或は、アッベアームと関連するキャリブレーション因子
を考慮すると、基板のＸ方向の変位、Ｚ軸を中心とする
回転及びＹ軸まわりの傾きは次式により決定することが
できる。
【数６】
【０１１５】変形例として、異なる測定軸に関連する信
号間の差は光学的にではなく電子的に決定することもで
きる。この場合、図14に示すように、３本の独立したビ
ームをビームスプリッタ101 に投射する必要がある。
【０１１６】ビーム20の偏光感知ビームスプリッタ101
の前側の光路中に偏光非感知ビームスプリッタ130 を配
置し，このビームスプリッタによりビーム20をそれぞれ
主軸が第１のＸ−Ｙ平面（図14の紙面) 内に位置する第
１及び第２のビームｂ41及びｂ42並びに主軸が第２のＸ
−Ｙ平面（図14の紙面の上側又は下側) 内にある第３の
ビームｂ43に分割する。ビームスプリッタ130 はハーフ
ミラー又は全反射ミラーの反射体の組み合せを有し或は
種々の方法で構成することができる。例えば、反射体は
平行平面板の面とすることができ、この場合ビームｂ41
,ｂ42及びｂ43は満足し得る程度に平行になる。これら
ビームの各々を偏光感知面102 により測定ビームと基準
ビームｂ43m とｂ43r , ｂ42m とｂ42r ，ｂ41m とｂ
41r にそれぞれ分割する。尚、図面を明瞭にするため、
放射光路の一部だけを図示する。
【０１１７】レトロリフレクタ106 ,107及び108 をビー
ムｂ41 ,ｂ42及びｂ43の光路中にそれぞれ配置し、ビー
ムスプリッタから出射したビームｂ′41m , ｂ′42m 及
びｂ′43m が基板支持部ミラーＲ1 によって２回反射す
るように構成するのが好ましい。各測定ビームは関連す
る基準ビームと共に検光子112 , 114 及び 126を介して
個別の検出器113 , 115 及び127 にそれぞれ入射する。
図面を明瞭にするため、図14においては測定ビームｂ
43n 及びｂ′43m がミラーＲ1 に入射する位置ＰX5及び
ＰX6のＹ方向位置を、ビームｂ′41m 及びｂ42m がミラ
ーＲ1 に入射する位置ＰX2及びＰX3のＹ方向位置と相異
させた。しかしながら、点ＰX5及びＰX6のＹ方向の位置
を点ＰX2及びＰX3のＹ方向位置にそれぞれ一致させて図
13の状態を得ることが好ましい。
【０１１８】図14の実施例の場合、検出器信号Ｓ113 ,
Ｓ115 及びＳ127 と測定軸を介して得た情報との間の関
係は以下のようになる。
【数７】Ｓ113 ＝ＩMAX1 Ｓ115 ＝ＩMAX2 Ｓ127 ＝ＩMAX3 測定信号Ｓ(X), Ｓ（φz ) 及びＳ（φY ) は以下のよ
うになる。
【数８】 検出器信号で表示すると以下のようになる。
【数９】
【０１１９】三個の独立した測定軸を有する装置と３個
の結合された測定軸を有する装置との間の選択は、干渉
計の誤差Δが測定信号Ｓ（Ｘ），Ｓ（φZ ) 及びＳ（φ
Y )に及ぼす影響の大きさにより決定する。干渉計の誤
差Δは、検出器信号Ｓ113 , Ｓ115 及びＳ127 における
干渉計自身により生ずる誤差である。このような誤差が
検出器信号に生じた場合、測定信号の誤差は、３個の独
立した測定軸を有する装置の場合以下のようになる。
【数１０】 また、３個の結合された測定軸を有する場合は、以下の
ようになる。
【数１１】
【０１２０】基板テーブルのＹ方向変位及びＸ軸まわり
の傾きを決定するため、本発明による複合型干渉計シス
テムは図９の符号150 で図示した第２の干渉計ユニット
を含んでいる。原理的に、この干渉計は２本の測定軸 M
AX4 及び MAX5 を有し、その構造は干渉計ユニット100
と同様である。図15及び図16は干渉計ユニット150 の構
成を詳細に示す。
【０１２１】入射ビームｂ30は所定の周波数差を有する
２個の相互に直交する偏光成分を有し、この入射ビーム
をビームスプリッタ151 の偏光感知面152 により測定ビ
ームｂ30m とｂ30r とに分割する。測定ビームは第２の
基板支持ミラーＲ2 で反射し、レトロリフレクタ156 を
介して位置ＰY1及びＰY2において反射する。ビームスプ
リッタ151 からの測定ビームｂ′30m は、基準ミラー15
5 で２回反射した基準ビームｂ′30r と合成される。測
定ビーム及び基準ビームはそれぞれλ／４板153 及び15
4 によって偏光方向が90°回転しビームスプリッタ151
から出射する。ビームｂ′30m 及びｂ30r は反射素子15
8 を経て検光子159 を透過して検出器160 に入射する。
この検光子の偏光方向は、ビームｂ′30m 及びｌ′30r
の互いに直交する偏光方向のそれぞれに対して45°の角
度をなすので、これらビームの同一偏光方向成分が検光
子を通過し、これら２個の成分は互いに干渉し合う。検
出器160 からの出力信号Ｓ160 は、ビームｂ30m とｂ
30r との周波数差に基板支持部材のＹ方向変位によって
決定される周波数偏移だけ増加し又は減少した周波数に
等しい周波数で強度変調される。
【０１２２】基板支持部材のＸ軸まわりの傾きを測定す
るため、反射素子158 をハーフミラーとして設ける。こ
の反射素子を透過したビームｂ′30m 及びｂ′30r の一
部は反射光学系161 によりビームスプリッタに向けて反
射する。この反射光学系は図15のＸ−Ｙ平面に対して45
°の角度をなす２個のミラー162 及び163 を有する。ミ
ラー162 はビーム部分をＺ方向に反射し、ミラー163
は、ビーム部分が、図15の紙面の上側又は下側に位置す
る第２のＸ−Ｙ面内でＹ方向に沿って伝播するように反
射する。この第２のＸ−Ｙ平面は図16の紙面に相当す
る。図16は、反射光学系161 で反射したビーム部分が新
しい測定ビームｂ31m 及び新しい基準ビームｂ31r とし
て干渉計ユニットを通過し、これらのビームが基板支持
ミラーＲ2 及び基準ミラー155 で反射する状態を示す。
λ／２板164 をビームスプリッタ151の前側に配置し、
このλ／２板により２個のビームの偏光方向を90°回転
させ、測定ビーム及び基準ビームの偏光方向を相互変位
させる。レトロリフレクタ165の存在において、測定ビ
ームはミラーＲ2 の位置ＰY3及びＰY4で反射して測定ビ
ームｂ′31m となり、基準ビームは基準ミラーにより２
回反射して基準ビームｂ′31r となる。
【０１２３】ビームｂ′31m 及びｂ′31r は最終的に検
光子166 に入射し、これらビームの同一の偏光成分が透
過して検出器167 に入射する。この検出器からの出力信
号Ｓ 167 は、ビームｂ30m 及びｂ30r との周波数差にミ
ラーＲ2 のＸ軸まわりの傾きφX に依存する周波数偏移
だけ増加し又は減少した周波数に等しい周波数で強度変
調された信号となる。実際に、このような傾きが発生す
ると、測定ビームｂ′ 30m と基準ビームｂ′30r との間
の周波数偏移は測定ビームｂ′30m と基準ビームｂ′
30r との間の周波数偏移とは相異する。検出器167 によ
って測定される周波数差は、これら周波数偏移間の差と
なる。基板支持部材のＸ軸まわりの傾きφ X を有しない
場合、周波数差は零に等しくなる。
【０１２４】測定ビームｂ31m 及びｂ′31m の主光線が
ミラーＲ2 に入射する点ＰY3及びＰY4は、測定ビームｂ
30m 及びｂ′30m がミラーＲ2 に入射する点ＰY2及びＰ
Y1と同一のＸ軸方向値となることが好ましく、測定軸 M
AX4 及び MAX5 はＺ軸に対して直交させる。この状態を
図17に示す。図17はこれら測定軸及びこれらの軸と基板
テーブルＷＴのミラーＲ2 との交点Ｑ4 及びＱ5 を示す
けでなく、第１干渉計ユニットの測定軸 MAX1 , MAX2及
び MAX3 並びにこれらの測定軸と基板テーブルのミラー
Ｒ1 との交点Ｑ1 , Ｑ及びＱ3 も示す。
【０１２５】図15及び図16の干渉ユニットにおいて、傾
きφXを決定するために必要な差である測定軸 MAX4 及
び MAX5 と関連する信号間の差は光学的に決定される。
これら測定軸に基いて得た情報をＩMAX4及びＩMAX5とす
ると、図15及び図16の実施例の検出器信号Ｓ160 及びＳ
167は以下の式で与えられる。
【数１２】Ｓ160 ＝ＩMAX4 Ｓ167 ＝ＩMAX4−ＩMAX5 検出器信号の関数としての測定軸情報は以下の式とな
る。
【数１３】ＩMAX4＝Ｓ160 ＩMAX5＝Ｓ160 −Ｓ167 Ｙ軸方向の変位及びＸ軸まわりの傾きの大きさ及び方向
に関する情報を表わす信号Ｓ(Y) 及びＳ (φX ) は以下
の式で表わされる。
【数１４】 ここで、ｄ5 は図17における点Ｑ4 とＱ5 との間の距離
である。
【０１２６】結合された測定軸を用いる代りに、図15及
び図16に示すように、干渉計ユニット100 についての説
明と同様な干渉計ユニット150 を動作させる独立の測定
軸を用いることも可能である。この場合、測定軸情報と
検出器信号との間に以下の関係を適用する。
【数１５】Ｓ160 ＝ＩMAX4 Ｓ167 ＝ＩMAX5 測定信号Ｓ(Y) 及びＳ（φX ) は以下の式で表わされ
る。
【数１６】
【０１２７】図16及び図17の干渉計ユニットも同様に、
測定ビーム及び基準ビームが干渉計ユニットを互いに対
称的に通過すると共に互いに同一の光路長でビームスプ
リッタを通過する利点が達成され、安定性の見地より極
めて有益である。すなわち、温度や湿度等に対して極め
て安定になる。
【０１２８】干渉計ユニット100 及び150 の両方におい
て、検出器113, 115, 127, 160及び167 は検光子112, 1
14, 126, 159及び166 の背後に直接配置する必要はな
い。所望の場合、これら検出器は大きな距離を以下互い
に接近させて配置することもできる。光ファイバを用い
てビームを検出器まで案内することもできる。ビームを
光ファイバの入射面に集束させるレンズを検光子と光フ
ァイバとの間に配置することも可能である。
【０１２９】図11, 図12, 図14, 図15及び図16に示すプ
リズム型レトロリフレクタや３次元“コーナキューブ”
は、いわゆるキャッツアイ型のレトロリフレクタで置換
することも可能である。このキャッツアイレトロリフレ
クタはレンズとこのレンズの焦点面に配置したミラーと
で構成され、このキャッツアイレトロリフレクタを用い
ることにより反射ビームの主軸を入射ビームの主軸に対
して平行にできると共にこれらの主軸を一致させること
ができる。
【０１３０】複合型干渉計システムに要求される精度の
観点において、温度、湿度、圧力のような外乱因子の変
化は極めて重要である。これらの変化により干渉計ビー
ムが伝播する媒体の屈折率が変化してしまう。この変化
を決定するため、すなわち外乱因子の変化を補正するた
め、本発明による干渉計システムは基準軸として用いら
れる６本の軸を有し、固定配置したミラーと協働するビ
ームを基準軸に沿って延在させる。図９において、この
固定配置したミラーを符号170で示し基準軸ビームを符
号ｂ50で示す。ビームｂ50は第２の干渉計ユニット150
から発生させ、この干渉計ユニットから出射したビーム
をミラー171 を介してミラー170 に入射させる。
【０１３１】図15において、ビーム30からビーム50を取
り出す例を示し、本例では２個の反射素子176 及び177
を有するプリズム系175 によりビームｂ50を取出す。第
１のハーフミラー176 によりビームｂ30の一部を第２の
ハーフミラー177 に向けて反射し、このビームを第２の
ハーフミラーによりビームｂ50としてビームスプリッタ
151 に入射させる。ビームスプリッタの偏光感知面152
によりビームｂ50を測定ビームｂ50m と基準ビームｂ
50r とに分割する。基準ビームｂ50rは基準ミラー155
に向けて反射し、測定ビームｂ50m は透過し例えば、図
15の紙面に対して45°の角度で配置したミラー171 に入
射する。固定配置したミラー170 で反射した測定ビーム
ｂ50m は再びミラー171 を経てビームスプリッタ151 に
入射し、このビームスプリッタにおいて基準ミラー155
で反射した基準ビームｂ50r と合成される。合成ビーム
は検光子179 を経て検出器180 に入射する。この検出器
は、反射素子177 がハーフミラーの場合プリズム系の背
後に配置することができる。
【０１３２】測定ビームは一定の幾何学的光路長だけ伝
播する。光学的光路長は幾何学行路長と媒体の屈折率と
の積であり、媒体の屈折率の変化による影響を受ける。
従って、出力信号は測定ビームｂ50m と基準ビームｂ
50r との間の光路長差によって作用を受けることにな
る。光路長差の変化は検出器180 によって測定され、こ
の検出器からの出力信号Ｓ180 を用いて外乱因子の変化
による屈折率変化に対する他の測定軸を介して得た情報
を補正することかができる。
【０１３３】図９に示すように、基準軸用の基準ミラー
は、好ましくは“ゼロジュア（Ｚerodure) ”やインバ
(Invar)のような極めて安定な材料のプレート190 を介
して干渉計ユニット150 に連結する。この結果、基準軸
用の極めて安定な構造が得られる。
【０１３４】６軸干渉計システムの基準軸情報を用いて
焦点誤差検出装置や基板面の局部的水平化検出装置のよ
うな他の光学的測定装置からの測定情報を補正すること
ができる。これらの測定装置も干渉計ビームと同一空間
を伝播するからである。
【０１３５】空気圧、温度、湿度のような外乱因子の変
化により投影レンズ系内の媒体の屈折率が影響を受ける
おそれがあり、この結果投影レンズ系の結像性能が変化
するおそれがある。複合干渉計システムの基準軸を用い
ることによって得た信号を利用して結像性能を補正する
ことができる。この補正は、例えば次に示すパラメータ
の１個又は複数個を調整することにより行なうことがで
きる。 ・投影ビームの波長 ・投影レンズ系内のガス圧 ・投影レンズ系内の温度 ・投影レンズ系内の１個又はそれ以上の区域の媒体の組
成 ・投影レンズ系のレンズ素子間の相互距離 ・整列装置の零点設定 ・焦点検出装置の零点設定が前記信号により調整でき
る。
【０１３６】この目的に必要な制御信号を得るため、検
出器180 の出力信号Ｓ180 を電子的信号処理ユニット18
5 に供給する。図15に線図的に示すように、信号処理ユ
ニット185 からの信号ＳＲ1 ……ＳＲm により投影装置
の種々のサーボ系を制御することができる。尚、基準軸
信号を用いる零点調整及び結像性能の補正は、物体すな
わち基板の局部的水平化装置を有しない装置においても
行なうことができる。
【０１３７】屈折率の変化を測定する場合、１本の測定
ビームを用いるだけで十分である。一方、所望の場合に
は、他の測定軸について説明したように、基準軸測定用
にダブル測定ビーム及びダブル基準ビームを用いること
もできる。この場合、測定ビームｂ50m 及び基準ビーム
ｂ50r をそれぞれλ／４板153 及び154 を透過させると
共にレトロリフレクタ156 の位置にレトロリフレクタを
基準軸用に設ける必要がある。基準軸用の測定ビーム及
び基準ビームは、第４測定軸の測定ビームｂ30 m 及び
ｂ′30r 並びに基準ビームｂ30r 及びｂ′30r と同様に
して図15の装置を伝播する。
【０１３８】干渉計ビームが伝播する全空間に亘って同
一の環境に維持されれば、一層高精度な複合干渉計シス
テムを実現できる。これは、ビームが伝播する全空間に
亘って一定の好ましくは薄層の空気流を送出することに
より達成される。この構成を図18に示す。図18は投影レ
ンズ系ＰＬの一部及びミラーブロックが一体化されてい
る基板支持部材ＷＣを線図的に示す。基板支持部材は基
板テーブルＷＴの一部を構成し、この基板テーブルは駆
動装置の制御のもとで例えば米国特許第4665594 号に記
載されているＨ形態で空気クッションＡＢを介してベー
スプレートＢＰに沿って移動することができる。尚、図
18においてこれらの構成部材を符号ＭＯ 1 ，及びＭＯ2
で示す。例えば焦点誤差検出装置や基板表面が局部的に
水平に維持されているか否かを検出する装置のような光
学測定装置用のホルダＨＭＳが下側に配置されている装
着プレートＭＰを、投影レンズ系に連結することが好ま
しい。図面上IFS として線図的に図示した干渉計システ
ムを装置プレートに固定する。空気流は矢印ＡＦで図示
する。この空気流は空気流導入プレートFGP を通過す
る。このプレートは、照明される基板の上方の空間が適
切にカバーされる寸法とし、従って基板は良好に調整さ
れた空間中に存在することになる。
【０１３９】供給される空気の純度及び温度は共に制御
することができる。この空気は例えば、純度１とし、そ
の温度は例えば 0.1℃の範囲で安定化される。温度域の
制御は、干渉計システム及び基板支持部材の近傍に熱交
換器を配置することにより達成される。
【０１４０】図10, 11, 14, 15及び16に示す実施例に加
えて、干渉計ユニットについて種々の変形例が可能であ
る。これら変形例について以下に説明する。図19の干渉
計ユニットは２個の偏光感知ビームスプリッタ200, 201
と、２個のレトロリフレクタ202, 203と、５個のλ／４
板204, 205, 206, 207, 208 を具える。この干渉計ユニ
ットは基準ミラーを有していない。入射ビームｂ20は相
互に直交する偏光方向及び互いに異なる周波数ω1 及び
ω2 を有する２個のビーム成分を有し、これらの成分は
実線及び破線でそれぞれ示す。周波数ω1 の成分はビー
ムスプリッタ200 を透過しビームｂ60として基板支持ミ
ラーＲ10に入射し、このミラーで反射してビームスプリ
ッタ200 に入射する。ビームスプリッタに入射したビー
ムｂ60はλ／４板204 を２回通過しているのでその偏光
方向が90°回転し、この結果レトロリフレクタ202 に向
けて反射する。このビームはレトロリフレクタにより再
びビームスプリッタに向けて反射する。ビームスプリッ
タに入射したビームの偏光方向は90°回転しているか
ら、ビームスプリッタを透過してλ／４板206 に入射す
る。このλ／４板は直線偏光を円偏光に、例えば円210
で示す右旋性偏光放射に変換する。この円偏光した光は
２個の直線偏光によって構成され、一方の直線偏光成分
はビームｂ′60として第２の偏光ビームスプリッタ201
を透過して検光子を経て第１の検出器215 に入射する。
ビームｂ′60は位置Ｐ 10においてミラーＲ10で１回反射
している。
【０１４１】ビームｂ60の第２の直線偏光成分はビーム
スプリッタ201 で反射しビームｂ62としてミラーＲ10に
入射し、このミラーで反射してビームスプリッタ201 に
入射する。このビームはλ／４板207 を２回通過してい
るため偏光方向が90°回転し、ビームスプリッタ201 を
透過してレトロリフレクタ203 に入射する。ビームｂ 62
はレトロリフレクタ203 への入射及び出射光路において
λ／４板208 を２回通過するので、ビームスプリッタ20
1 で反射しビームｂ′62として検光子218 を経て第２の
検出器216 に入射する。ビームｂ′62はミラーＲ10で２
回反射し、１回目は位置Ｐ10で２回目は位置Ｐ11で反射
する。
【０１４２】ビームｂ60の周波数ω2 の成分はビームス
プリッタ200 で反射しビームｂ61としてλ／４板206 に
入射する。このλ／４板は直線偏光を例えば円211 で図
示した左回り円偏光に変換する。この光の一方の成分は
ビームスプリッタ201 で反射しビームｂ63としてミラー
Ｒ10に入射する。ビームｂ63は、ミラーＲ10で反射した
後、ビームスプリッタ201 を透過してレトロリフレクタ
203 に入射し、再び反射してビームスプリッタ201 入射
する。そして、このビームスプリッタで反射しビーム
ｂ′63として検出器215 に入射する。この場合、λ／４
板207 及び208 により所望の偏光面の回転を行なう。ビ
ームｂ′63は位置Ｐ12においてミラーＲ10により１回反
射する。円偏光ビームｂ61の他方の成分はビームスプリ
ッタ201 を透過しビームｂ′61として検出器216 に入射
する。このビーム成分はミラーＲ10を通過しない。
【０１４３】ビームｂ′61は、ミラーＲ10の位置のＰ10
及びＰ11で２回反射したビームｂ′ 62と干渉し合う基準
ビームとして作用する。検出器信号Ｓ216 は図19の紙面
内でミラーＲ10と直交する軸に沿うミラーＲ10の変位に
関する情報を含んでいる。ビームｂ′60は位置Ｐ10から
到来しビームｂ′63は位置Ｐ12から到来するので、これ
らのビームを受光する検出器215 の検出器信号Ｓ
215 は、位置Ｐ10の領域と位置Ｐ12の領域との間におけ
るミラーＲ10の図19の紙面内でミラーＲ10と直交する方
向の変位の差に関する情報を含んでいる。この変位の差
が生じた場合、ミラーＲ10は紙面と直交する軸を中心に
して回転していることになる。
【０１４４】図19に示す実施例を図９の干渉計ユニット
として用いて基板テーブル及びミラーのＹ軸方向の変位
及びＸ軸まわりの傾きを測定することができる。図19の
破線で示す座標系は干渉計ユニットに関係付けられてお
り、Ｘ軸は紙面と直交し図19のミラーは図９のミラーＲ
2 と関連する。検出器信号Ｓ215 はミラーＲ2 のＸ軸ま
わりの傾きφX に関する情報を含み、検出器信号Ｓ216
はＹ軸方向の変位に関する情報を含んでいる。
【０１４５】第３の測定軸が延在する場合、図19の実施
例を図９の干渉計ユニット100 として用いてＸ軸方向の
変位、Ｚ軸を中心とする回転及びＹ軸まわりの傾きを決
定することができる。この場合、座標系は図19の実線で
示す座標系、すなわちＺ軸は紙面と直交し、図19のミラ
ーＲ10は図９のミラーＲ1 となる。
【０１４６】検出器信号Ｓ215 はミラーＲ1 の回転φZ
従って基板支持部材のＺ軸を中心とする回転に関する情
報を含み、検出器信号Ｓ216 はＸ軸方向の変位に関する
情報を含む。Ｙ軸まわりの傾きを測定する場合、周波数
ω1 のビーム及びω2 のビームを有するビームの一部を
Ｚ軸方向に反射する偏光感知ビームスプリッタ220 とこ
のビームを偏向する特別の反射素子とを第２のＸ−Ｙ平
面内においてλ／４板206 とビームスプリッタ201 との
間に配置することができる。
【０１４７】第２のＸ−Ｙ平面を新たに形成したビーム
ｂ64及びｂ65並びに特別の反射素子221 と共に図20に示
す。これらのビームは図19の上側部分に図示した光学系
と同一の光学系を通過する。ビームｂ64は位置Ｐ13にお
いてミラーＲ1 で反射し、最終的に検光子228 を経てビ
ームｂ′61と共にビームｂ′64として検出器226 に入射
する。ビームｂ′61はミラーＲ1 を通過せず、位置Ｐ10
(図19)及び位置Ｐ13でそれぞれ１回づつミラーＲ1 で
反射したビームｂ′64に対する基準ビームとして作用す
る。従って、出力信号Ｓ226 は位置Ｐ10及びＰ13におい
て平均化されたＸ軸方向の変位に関する情報を含む。ビ
ームｂ65は位置Ｐ14においてミラーＲ1 で反射し検光子
227 を経てビームｂ′65として検出器225 に入射する。
このビームｂ′65は、位置Ｐ10においてミラーＲ1 で１
回反射したビームｂ′60と共に検出器に入射する。従っ
て、出力信号Ｓ225はミラーＲ1 のＹ軸まわりの傾きに
関する情報を含んでいる。
【０１４８】図20の素子は図19の上側部を構成する素子
と同一の参照符号を付したが、ダッシュを付して図20の
素子が図19の素子と同一の素子か別の素子かを示す。第
１の場合位置Ｐ13及びＰ14は位置Ｐ11及びＰ12とＹ方向
の同一位置を有し、第２の場合位置Ｐ13及びＰ14のＹ方
向位置は自由に選択することができる。
【０１４９】図19及び図20の干渉計ユニットにおいてｎ
個の測定軸について測定を行なうには（ｎ＋１）本の測
定ビームが必要であり（検出器226 の情報は余分な情報
である) 、図10, 11, 14, 15及び16による干渉計ユニッ
トにおいては２ｎ本の測定ビームが必要になる。しかし
ながら、図19及び図20の干渉計ユニットの場合、放射光
路は対称性がないため、安定性に対してより厳格な要件
を課す必要がある。
【０１５０】図21及び図22は干渉計ユニットの別の実施
例の原理を示す。この干渉計ユニットでは、いわゆるキ
ャァッアイ光学系をレトロリフレクタ素子として用い
る。このキャァッアイ光学系はレンズ231 と、このレン
ズの焦点面に配置した反射素子232 とから構成される。
キャァッアイ光学系230 は、反射ビームの主光線が入射
ビームの主光線と一致するようにビームを反射する。こ
のキャァッアイ光学系を用いることにより構造を一層小
型にすることができる。
【０１５１】入射ビームｂ20の周波数ω1 の成分はビー
ムｂ70としてビームスプリッタ233を透過しミラーＲ10
に入射し、このミラーで反射し再びビームスプリッタに
入射する。このビームはλ／４板234 を２回透過してい
るので、その偏光方向が90°回転しキャァッアイ光学系
に向けて反射する。キャァッアイ光学系で反射したビー
ムはλ／４板275 を２回透過しているので、ビームスプ
リッタ233を透過する。ビームスプリッタ233 と236 と
の間の光路中にλ／４板242 を配置すると、ビームｂ70
の偏光方向は90°回転するので、このビームはビームス
プリッタ236 で反射しビームｂ72としてミラーＲ10に入
射する。ミラーＲ10で反射しビームスプリッタ236 に入
射したビームｂ72の偏光方向は、λ／４板237 を２回透
過しているので90°回転し、ビームスプリッタを透過し
て検光子240 を経てビームｂ′72として検出器241 に入
射する。
【０１５２】ビームｂ20の周波数ω2 の成分はビームス
プリッタ233 で反射しビームｂ71としてビームスプリッ
タ236 に入射し、このビームはλ／４板242 によりその
偏光方向が90°回転しているので、ビームスプリッタ23
6 で反射しビームｂ73としてミラーＲ10に入射する。こ
のミラーで反射したビームｂ73の偏光方向はλ／４板23
8 により再び90°回転しているので、ビームスプリッタ
230 により反射しビーム ｂ′73として検出器241 に入
射する。
【０１５３】ビームｂ′73はミラーＲ10に入射していな
いので、ミラーＲ10の位置Ｐ16及びＰ17で２回反射した
ビームｂ′72の基準ビームとなる。従って、検出器241
からの出力信号Ｓ241 は、紙面内のミラーと直交する方
向におけるミラーＲ10の位置Ｐ16及びＰ17における変位
の平均値に関する情報を含むことになる。
【０１５４】図22に示すように、λ／２板242 を省略し
た場合、ビームｂ70はビームスプリッタ236 を透過して
反射素子239 に入射し、ビームｂ71はビームスプリッタ
で反射しビームｂ75としてミラーＲ10に入射する。２本
のビームｂ′74及びｂ′75は共にミラーＲ10によりそれ
ぞれ位置Ｐ16及びＰ17で１回反射して検出器241 に入射
する。従って、検出器信号Ｓ′241 はミラーＲ10紙面と
直交する軸まわりの傾きに関する情報を含むことにな
る。
【０１５５】図23は図21及び図22に示すシステムを１個
の干渉計ユニットに結合した原理構成を示す。図23の干
渉計ユニットは図22の構成素子を図面の下側及び上側に
具え、これら構成素子によりミラーＲ10の紙面内のこの
ミラーと直交する軸まわりの傾きを決定することができ
る。図23の干渉計ユニットは１点破線で囲んだ領域に付
加的な部材を具え、この領域にはビームｂ70及びｂ71の
一部を分割する偏光ニュートラルビームスプリッタ243
が存在する。ビームスプリッタ243 により分割されたビ
ーム部分はビームｂ72及びｂ73としてこの光学系を通過
する。尚、この光学系の素子 242, 244, 245, 246, 24
7, 248 及び249 は図21の素子242, 236,237, 240, 241,
238及び239 と同一の機能を有している。検出器247 か
らの出力信号は、図21の検出器信号241 と同様に、位置
Ｐ16及びＰ18で平均化された紙面内でミラーＲ10と直交
する方向の変位に関する情報を含んでいる。
【０１５６】図23の干渉計ユニットは図９の干渉計ユニ
ット150 としても用いることができ、或は特別な測定軸
を用いる場合図９の干渉計ユニットとして用いることが
できる。この特別な測定軸は、図19及び図20に基いて説
明したと同様に、ビームｂ70及びｂ71の放射の一部を図
23の紙面と直交する方向に分割すると共に図23の１点鎖
線で囲んだ領域内のサブシステムと同様なサブシステム
を分割されたビームの光路中に配置することにより得る
ことができる。
【０１５７】図24は、図21, 22及び23の干渉計ユニット
と同一の原理に基く干渉計ユニットの変形例を示す。本
例では、偏光感知分離層251 、偏光ユニット分離層252
及びλ／２板253 を有する１個のビームスプリッタ250
を用いる。図23の干渉計ユニットと同一の測定を行なう
ためには３個のλ／４板254, 255及び258 並びに１個の
基準ミラー259 だけが必要である。
【０１５８】周波数ω1 のビーム成分は第１の測定ビー
ムとして偏光分離層251 を透過して測定されるべきミラ
ーＲ10に入射する。このビーム成分は位置Ｐ19で反射す
る。このビームはキャァッアイ光学系256, 257を経て分
離層252 に入射し、ビームの一部がこの層によって反射
し分離層251 に入射する。このビームは分離層251 を透
過して第２の測定ビームｂ82としてミラーＲ10に入射す
る。ミラーの位置Ｐ20で反射したビームは分離層251 で
反射し第１の検光子260 及び第１の検出器261に入射す
る。周波数ω2 のビーム成分は層251 によりビームｂ81
として反射して層252 に入射する。この層によってビー
ムｂ81の一部が反射して分離層251 に入射し、この分離
層によってビームｂ83として基準ミラー259 に入射す
る。基準ミラーで反射したビームはビームｂ′83として
第１の検出器261 に入射する。ビームｂ′83はミラーＲ
10に入射せず、ビームｂ′82はミラーＲ10の位置Ｐ19及
びＰ 20で反射する。従って、検出器261 の出力信号Ｓ
261 はミラーＲ10の紙面内でミラーと直交する方向の位
置Ｐ19及びＰ20で平均化された変位に関する情報を含
む。
【０１５９】偏光ニュートラル層252 を透過したビーム
ｂ80及びｂ81のビーム部分の偏光方向はλ／２板253 に
よって90°回転しているので、ビームｂ81の透過ビーム
成分は分離層251 を透過して第３の測定ビームｂ84とし
てミラーＲ10入射し、位置Ｐ 21で反射し、分離層251 で
反射してビームｂ′84として第２の検光子262 及び検出
器263 に入射する。ビームｂ80の層252 を透過したビー
ム成分は、λ／２板253 で反射した後分離層251 で反射
してビームｂ85として基準ミラー259 に入射し、このミ
ラーで反射してからビームｂ′85として第２の検出器26
3 に入射する。ビームｂ′84及びｂ′85は共に位置Ｐ21
及びＰ19でそれぞれ１回反射しているので、出力信号Ｓ
263 はミラーＲ10の紙面を直交する軸まわりの傾きに関
する情報を含んでいる。
【０１６０】上述した説明を明瞭に及び完全なものとす
るため、投影装置及びこの投影装置の基板テーブルの実
施例の斜視図を図25及び図26にそれぞれ示す。図25にお
いて、符号ＬＡは放射源を示し、この放射源からのビー
ムＰＢ（主光線により図示した）によりミラーＲＥ1 及
びＲＥを経てマスクＭＡを照明する。符号ＢＥはビーム
を拡大すると共に均一化する光学系を示す。マスクはマ
スクマニュプレータすなわちマスクテーブルＭＴにより
支持する。符号ＰＬは投影レンズ系を図示し、この投影
レンズ系によりマスク中のマスクパターンを基板Ｗのサ
ブ領域に結像する。基板ＷはミラーＲ1 及びＲ2 により
図示したミラーブロックと一体化した基板支持部材ＷＣ
によって支持する。基板支持部材は基板テーブルの構成
部品であり、Ｚ方向と直交するＸ方向並びにＺ方向及び
Ｘ方向と直交するＹ方向に平行にステップ状に変位する
ことができるので、半導体基板は多数の異なる照明位置
で照明されることができる。
【０１６１】投影レンズ系はその下側においてマウント
部材301 に固定され、マウント部材は投影装置のマシン
フレーム300 の一部をなす。このマウント部材はＺ軸と
直交する方向に延在する三角形のプレートである。この
プレートは３個のコーナ部302 を有し、各コーナ部はそ
れぞれプレートスタンド303 上に位置する。尚、図25で
は、２個のコーナ部及び２個のフレームスタンドだけを
示す。フレームスタンドはマシンフレーム300 のベース
部材304 上に配置され、ベース部材は平坦な床面上に調
整部材305 を介して配置する。
【０１６２】図26に示すように、一体化された基板支持
部材及びミラーブロックユニットWCは、矩形の花コウ岩
の形態をした支持部材306 の上面307 に沿うガスベアリ
ングが設けられているエアベースＡＢによって案内す
る。基板支持部材は位置決め装置により上面307 に沿っ
て変位することができ、位置決め装置は上述したように
米国特許第4665594 号から既知のＨ形態に配置したリニ
アモータ301, 311及び312 を具える。図26に示すよう
に、リニアモータ311 及び312 はフレーム315 に固定さ
れ、このフレームはそのコーナ付近において支持部材30
6 の上面に固定する。基板支持部材ＷＣはリニアモータ
310 によりＸ方向に平行に変位でき、リニアモータ311
及び312 によりＹ方向に変位でき、しかもＺ方向に平行
な回転軸を中心にして極めて限られた角度範囲にわたっ
て回転することができる。
【０１６３】図25及び図26に示すように、支持部材306
及び位置決めの装置はユニット320を構成し、このユニ
ットはマシンフレーム300 の支持部材321 上に配置す
る。支持部材321 はＺ方向と直交する方向に延在する三
角形のプレートであり、このプレートの主側部322 を図
25に図示する。このプレートの各主側部は２個のフレー
ムスタンド303 間に延在する。支持部材306 は支持部材
321 の上側部323 に固定する。この支持部材321 はマウ
ント部材301 の下側面330 から薄いプレート状のスチー
ル製の吊り下げ素子により支持され、図25においては２
個の吊り下げ素子325 及び327 だけを図示する。全ての
吊り下げ素子はＺ方向と平行な垂直面に沿って延在する
プレートで構成され、これら垂直プレートは互いに60°
の角度を以て配置する。
【０１６４】上述した実施例では、基板が局部的に水平
化されると共に傾き測定信号を用いて他の干渉計信号が
補正されるマスクパターンを基板上に繰り返し結像する
投影装置に用いられる新規な方法及び装置について説明
した。同様なことは別の装置、例えばＩＣパターンのよ
うなパターンを製造する装置にも適用され、これらの装
置はレーザビームや電子ビームで作動するので、本発明
による方法及び装置はこれらの装置にも用いることがで
きる。
【０１６５】さらに、上述した装置特に干渉計システム
は、局部的な水平化することなく位置決めを行なうと共
に傾き測定信号を用いてアクチュエータ系により傾きを
除去する装置に用いることができる。このような装置は
レーザビーム又は電子ビームで作動するパターン発生装
置とすることができ、さらにＸ線放射で作動するＩＣ投
影装置或は例えばマスク測定に用いられる高精度なＸ−
Ｙ位置測定装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はマスクパターンを基板上に繰り返し結像
する装置の実施例を示す線図である。
【図２】図２は２次元格子の形態をした整列マークの既
知の実施例を示す線図である。
【図３】図３は２個の整列装置を用いた装置の構成を示
す線図的斜視図である。
【図４】図４は整列装置の実施例を示す線図である。
【図５】図５は既知の３軸干渉計システムの構成を示す
線図である。
【図６】図６は１軸干渉計システムの原理を示す線図で
ある。
【図７】図７は基板支持部材と斜めに配置したミラーを
有するミラーブロックとを一体化した構造を示す線図で
ある。
【図８】図８は既知の装置で生ずるアッベ誤差を示す線
図である。
【図９】図９は本発明による６軸干渉計システムの構成
を示す斜視図である。
【図１０】図10はＸ−Ｙ面で切った本発明による３軸干
渉計ユニットの第１実施例の一部を示す線図である。
【図１１】図11は同じく第１実施例の他の部分を示す線
図である。
【図１２】図12は第１実施例の反射光学系を示す斜視図
である。
【図１３】図13は測定ビームが基板支持部材に入射する
位置及び測定軸がミラーと交差する位置を示す線図であ
る。
【図１４】図14は３軸干渉計ユニットの第２実施例を示
す線図である。
【図１５】図15はＸ−Ｙ面で切って示す本発明による２
軸干渉計ユニットの実施例の一部を示す線図である。
【図１６】図16は同じく２軸干渉計ユニットの実施例の
他の部分を示す線図である。
【図１７】図17は干渉計シスムの５個の測定軸が基板支
持ミラーブロックの２個のミラーと交差する位置を示す
斜視図である。
【図１８】図18は干渉計ビームが伝播する空間を調整す
る空気流を有する投影装置の一部を示す線図である。
【図１９】図19はＸ−Ｙ面で切って示す本発明による３
軸干渉計ユニットの第２実施例の一部分を示す線図であ
る。
【図２０】図20は同じく第２実施例の他の部分を示す線
図である。
【図２１】図21は２軸干渉計ユニットの第３実施例の一
部を示す線図である。
【図２２】図22は同じく第３実施例の一部を示す線図で
ある。
【図２３】図23は同じく第３実施例の一部を示す線図で
ある。
【図２４】図24は２軸干渉計ユニットの第４実施例を示
す線図である。
【図２５】図25は本発明による投影装置の実施例を示す
線図である。
【図２６】図26は図25に示す投影装置用の基板テーブル
を示す斜視図である。
【符号の説明】
ＬＡ 放射源 ＬＳ レンズ系 ＲＥ ミラー ＷＴ 基板テーブル ＰＬ 投影レンズ系 ＭＡ マスク Ｍ マスクマーク Ｐ 基板マーク ＡＳ 整列装置 Ｗ 基板 １ 放射源 ２，14 ビームスプリッタ ３ λ／４板 11 プリズム 12 反射プリズム 13 検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−232324（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−112725（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−274201（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 9/00

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 投影レンズ系を介してマスクプレートの
    マスクパターンを基板支持部材に配置した基板の領域の
    異なるサブ区域に繰り返し結像する方法であって、マス
    クパターンを基板の個別のサブ区域に結像する前に、サ
    ブ区域をマスクパターンに対して位置決めし、この位置
    決めが、マスクプレートのマスクパターンの外側に位置
    する２個のマスク整列マークと基板のサブ区域の外側に
    位置する少なくとも２個の基板整列マークとによるマス
    クパターンに対する基板全体のアライメントを含み、こ
    の基板全体についてのアライメントが、 前記投影レンズ系を介してマスク整列マークと基板整列
    マークとを相互に結像させること、 整列マークの像とこの像が形成される整列マークとの間
    の一致の程度を観測すること、 及び、前記マスクパターン及び基板を３軸座標系の第１
    のＸ軸及び第２のＹ軸に沿って相対的に変位させると共
    に前記座標系の第３のＺ軸を中心にして相対的に回転さ
    せてこれらの間に十分な一致が得られるようにすること
    によって行われ、 前記マスクパターンに対する各個別のサブ領域の位置決
    めを、 前記基板全体のアライメントにより整列した位置から、
    基板及びマスクパターンを互いに相対的に変位させると
    共に、複合５軸干渉システムを用いて、この基板のＸ軸
    及びＹ軸に沿う変位、Ｚ軸回りの回転、及びＸ軸及びＹ
    軸回りの傾きを測定し、 これら全ての測定結果を用いてマスクパターンに対する
    前記サブ領域のＸ−Ｙ面内における最終位置決めを行う
    ことにより行う結像方法。
  2. 【請求項２】 各基板サブ領域について局部的水平化を
    行う請求項１に記載の方法において、前記傾き測定の結
    果を用いて変位測定の結果を補正することを特徴とする
    方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法において、前記傾
    き測定の結果を用いて基板を水平にすることを特徴とす
    る方法。
  4. 【請求項４】 物体テーブルと、物体用のＸ−Ｙ−φZ
    駆動装置と、３軸座標系のＸ軸及びＹ軸に沿う変位並び
    にＺ軸を中心とする回転φZ を測定する干渉計システム
    とを具える物体を高精度に変位させ及び位置決めする装
    置において、前記干渉計システムが、前記物体のＸ軸及
    びＹ軸まわりの傾き測定用の５個の測定軸を有し、干渉
    計ミラーを、物体を固定状態に支持する物体テーブルに
    結合されている物体支持部材の反射性側面で構成したこ
    とを特徴とする物体を高精度に変位させ及び位置決めす
    る装置。
  5. 【請求項５】 物体を局部的に水平化する機能を有する
    装置に用いられる請求項４に記載の装置おいて、前記干
    渉計の測定ミラーが最大でも物体が配置されるべき物体
    支持部材の表面まで延在し、全ての干渉計信号をＸ−Ｙ
    −φz 駆動用の制御信号に変換する干渉計信号処理ユニ
    ットを設けたことを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 請求項４に記載の装置において、前記干
    渉計信号をＸ−Ｙ−φz 駆動用の制御信号及び物体の傾
    きを除去するアクチュエータ用の制御信号に変換する干
    渉計信号処理ユニットを設けたことを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】 請求項４，５又は６に記載の装置におい
    て、前記干渉計システムが、測定ビームが静止している
    反射素子と共働する６番目の基準軸を有することを特徴
    とする装置。
  8. 【請求項８】 請求項４，５，６又は７に記載の装置に
    おいて、前記干渉計ビームが通過する空間の上方に、一
    定の屈折率を有する空気流を供給する空気シャワを設け
    たことを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】 請求項４，５，６，７又は８に記載の装
    置において、各測定軸の測定ビームの光路中にレトロリ
    フレクタを配置し、前記物体支持部材のミラーにより第
    １の反射をさせた後、前記レトロリフレクタにより前記
    測定ビームを前記ミラーに再度入射させ、このミラーで
    第２の反射をさせるように構成したことを特徴とする装
    置。
  10. 【請求項１０】 請求項４，５，６，７，８又は９に記
    載の装置において、前記干渉計システムが第１及び第２
    の干渉計ユニットを有し、第１の干渉計ユニットが３個
    の測定軸に沿って測定を行う測定ビームを発生し、第２
    の干渉計ユニットが２個の測定軸に沿って測定を行う測
    定ビームを発生することを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の装置において、基
    準軸用の測定ビームが前記第２の干渉計ユニットから出
    射することを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の装置において、前
    記基準軸用の基準ミラーを第２の干渉計ユニットに固着
    したことを特徴とする装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１０，１１又は１２に記載の装
    置において、前記２個の干渉計ユニットが共通の放射源
    を有することを特徴とする装置。
  14. 【請求項１４】 請求項４から１３までのいずれか１項
    に記載の装置において、前記放射源が、互いに異なる周
    波数で相互に直交する偏光方向を有する２個のビーム成
    分を発生させることを特徴とする装置。
  15. 【請求項１５】 マスクホルダと、基板支持部材を有す
    る基板テーブルと、前記マスクホルダと基板テーブルと
    の間に配置した投影レンズ系と、前記基板をマスクパタ
    ーンに対して全体的に整列させる整列装置と、前記基板
    を局部的に水平にする水平化装置と、基板用の変位兼位
    置決め装置とを具えるマスクパターンを基板上に繰り返
    し結像させる装置において、前記変位兼位置決め装置
    が、第１のモードで順次駆動され得る請求項４，５，
    ７，８，９，１０，１１，１２，１３及び１４のいずれ
    か１項に記載の装置とし、第１のモードにおいて、前記
    整列装置及び干渉計測定信号により基板をマスクパター
    ンに対して全体的に位置決めし、第２のモードにおいて
    前記干渉計測定信号だけによって前記基板のサブ領域を
    マスクパターンに対して位置決めすることを特徴とする
    マスクパターンを基板上に結像させる方法。
  16. 【請求項１６】 マスクホルダと、基板支持部材と、こ
    れらマスクホルダと基板支持部材との間に配置した投影
    レンズ系と、基板をマスクパターンに対して全体的に整
    列させる整列装置と、焦点装置と、基板用の変位兼位置
    決め装置とを具えるマスクパターンを基板上に繰り返し
    結像させる装置において、前記変位兼位置決め装置を、
    請求項７から１４までのいずれか１項に記載の装置と
    し、基準軸と関連する検出器からの出力信号を電子的信
    号処理装置に供給し、この信号処理装置から、 投影ビームの波長 投影レンズホルダ内の圧力 投影レンズ系のレンズ間の相互距離 投影レンズホルダの１又はそれ以上の区画室内の媒体の
    組成 投影レンズホルダ内の温度 整列装置の零調整 焦点装置の零調整 投影レンズ系の倍率 の１個又はそれ以上のパラメータを補正する制御信号を
    発生させることを特徴とするマスクパターンを基板上に
    繰り返し結像させる装置。
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