JPH10154659A - リソグラフィーアライナー、製造装置、または検査装置用の焦点及びチルト調節システム - Google Patents

リソグラフィーアライナー、製造装置、または検査装置用の焦点及びチルト調節システム

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JPH10154659A
JPH10154659A JP9274812A JP27481297A JPH10154659A JP H10154659 A JPH10154659 A JP H10154659A JP 9274812 A JP9274812 A JP 9274812A JP 27481297 A JP27481297 A JP 27481297A JP H10154659 A JPH10154659 A JP H10154659A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 通常の投影光学系と比較してワーキングディ
スタンスを減少させる投影光学系が組み入れられても、
高精度に焦点合わせ及びチルト制御を行う。 【解決手段】 焦点合わせ装置は、第１の位置に検出領
域を備えた第１の検出系、第２の位置に検出領域を備え
た第２の検出系、及び第３の位置に検出領域を備えた第
３の検出系を備える。第１の位置、第２の位置、第３の
位置は対物レンズ光学系の視野の外側に設けられ第１、
第２の位置、第３の位置は間隔があけられる。第１の焦
点位置と目標焦点位置との間のずれを計算し第１の検出
系による検出のときに、第２の焦点位置を一時的に記憶
する。第１の検出系の検出領域に対応する被加工物上の
領域が被加工物と対物レンズ光学系との相対移動によっ
て対物レンズ光学系の視野に位置決めされたとき、コン
トローラが、計算されたずれと記憶された第２の焦点位
置と第３の焦点位置とに基づいて焦点合わせを制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、半導体の製造に
関し、特に、回路パターンを、マスクまたはレチクルか
ら感光基板に転写するためのリソグラフィー露光装置
（アライナー）に関する。
【０００２】本願発明は、また、被加工物、すなわちワ
ークピース（ウェハ、基板、またはプレートなど）上の
焦点を検出するための、また、前記被加工物のチルト
（すなわち、傾斜）を検出するためのシステム（系）に
関する。当該システムは、レーザーや電子ビームを使用
して、被加工物を製造しまたは被加工物の表面に所望の
パターンを結像するための装置や被加工物の表面の状態
を光学的に検査するための装置のようなある種類の装置
に適用できる。
【０００３】
【従来の技術】近年、集積密度６４メガビットを有する
ダイナミイック・ランダム・アクセス・メモリの半導体
チップ（ＤＲＡＭｓ）が、半導体製造技術によって大量
生産されている。そのような半導体チップは、半導体ウ
ェハを露光して回路パターンを結像し、これによって、
例えば、１０層あるいはそれ以上の層の回路パターンを
重ね合わせ形成することによって、製造されている。
【０００４】一方、現在、そのようなチップの製造に使
用されるリソグラフィー装置は、投影用のアライナーで
ある。その投影用のアライナーにおいては、レチクル
（または、マスクプレート）上のクロム層に描かれた回
路パターンが、水銀灯のｉ線（波長３６５ｎｍ）やＫｒ
Ｆエキシマーレーザーからの２４８ｎｍの波長を有する
パルス光で、前記レチクルを照射することによって、４
分の１または５分の１に縮小する縮小光学結像系（すな
わち、縮小投影光学系）を通して、ウェハ表面のレジス
ト層に転写される。
【０００５】この目的のために使用される投影露光装置
（投影用のアライナー）は、結像光学系のタイプに応じ
て、ステップアンドリピート方式を利用するもの（すな
わち、いわゆるステッパー）と、最近注目を受けている
ステップアンドスキャン方式を利用したものとに概ねグ
ループ分けされている。
【０００６】ステップアンドリピート方式においては、
工程が繰り返される。すなわち、その工程においては、
ウェハがステッピング方法である程度移動するごとに、
レチクルのパターン像が、縮小投影レンズ系または単一
の倍率の投影レンズ系を使用することによって、ウェハ
の一部に投影される。前記縮小投影レンズ系は、屈折用
の光学材料（レンズ素子）のみから形成されており、円
形の像視野を備えている。単一の倍率の投影レンズ系
は、屈折用の光学材料（レンズ素子）、プリズムミラ
ー、及び凹面鏡から形成されており、非円形の像視野を
備えている。前記像視野によって、ウェハやプレートの
ショット領域がパターン像に露出される。
【０００７】スッテプアンドスキャン方式においては、
ウェハは、（例えば、円弧状のスリットの形状の）レチ
クルの回路パターンの一部の像に露光される。レチクル
の回路パターンの一部の像は、投影光学系を通ってウェ
ハに投影される。同時に、レチクルとウェハは、連続的
に、一定の速度で且つ投影倍率に応じた速度比で移動す
る。したがって、スキャニング方法では、ウェハ上の１
つのショット領域が、レチクル上の全回路パターンの像
に露光される。
【０００８】例えば、「オプティカル／レーザー・マイ
クロリソグラフィー（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｌａｓｅｒ Ｍ
ｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）（１９８８）のＳＰ
ＩＥＶｏｌ．９２２の２５６ページないし２６９ページ
に記述されているように、スッテプアンドスキャン方式
は、ウェハ上の１つのショット領域がスキャンされ露光
された後、ウェハは１ステップ移動し、隣のショット領
域が露光されるように構成され、また、投影光学系の有
効像視野が円弧状のスリットに制限されるように構成さ
れている。また、投影光学系は、（Ｓｈａｆｅｒに付与
された）米国特許第４，７４７，６７８に開示されてい
るもののように、複数の屈折用の光学要素と、複数の反
射用の光学要素との組み合わせと考えることができる。
【０００９】（Ｎｉｓｈｉに付与された）米国特許は、
アライナーの一例を開示している。このアライナーにお
いては、スッテプアンドスキャン方式が、円形の像視野
を有するステッパー用の縮小投影レンズを取り付けるこ
とによって、実行されている。この米国公報は、また、
スキャニング露光のときに投影されるパターン像が、所
定量だけウェハ上の焦点深度（ＤＯＦ）を増加させるこ
とによって、ウェハに転写される方法を開示している。
【００１０】リソグラフィー技術の分野においては、光
りによる露光により、１ギガまたは４ギガ程度の集積密
度及び精度を有する半導体メモリチップを製造できるこ
とが望ましい。光りにより露光する技術は長い技術的歴
史を有しており、大量に蓄積されたノウハウに基づいて
いることから、光りにより露光する技術を継続して使用
することが便利である。また、他の代わりの電子ビーム
による露光技術やＸ線技術の問題点を考慮すると、光り
により露光する技術を使用することが効果的である。
【００１１】１ギガのメモリチップに関しては、最小の
ライン幅（形状幅）を、約０．１８μｍ（マイクロメー
トル）にする必要があると考えられている。一方、４ギ
ガのメモリチップに関しては、最小のライン幅（形状
幅）を、約０．１３μｍ（マイクロメートル）にする必
要があると考えられている。そのようなライン幅を達成
するためには、２００ｎｍあるいはそれより短い波長を
有する遠紫外線、例えば、ＡｒＦエキシマーレーザーに
よって生じる遠紫外線が使用され、これにより、レチク
ルパターンを照射することができる。
【００１２】（４００ｎｍまたはそれより短い波長を有
する）遠紫外線に対して適当な透過度を有するガラス質
の光学材料として、石英（ＳiＯ2）、蛍石（ＣaＦ2）、
リチウムフルオリド（ＬiＦ2）、マグネシウムフルオリ
ド（ＭgＦ2）などが、一般的に知られている。石英と蛍
石は、遠紫外線のレンジにおいて高い解像度を有する投
影光学系を形成するために必要なガラス質の光学材料と
なっている。
【００１３】しかしながら、もし、視野のサイズを増加
させながら、投影光学系の開口数（ＮＡ）を増加させて
高解像度を達成するならば、石英または蛍石で形成され
たレンズ素子の直径が大きくなり、その結果、そのよう
なレンズ素子の製造が困難になるという事実を考慮する
ことが必要である。
【００１４】また、もし、投影光学系の開口数（ＮＡ）
を増加させるならば、焦点深度（ＤＯＦ）ΔＦは、必然
的に減少する。レイリーの結像の理論が適用されるなら
ば、一般的に、焦点深度ΔＦは、下記に示されているよ
うに、波長、開口数ＮＡ、及びプロセス係数Ｋｆ（０＜
Ｋｆ＜１）によって定義される。
【００１５】ΔＦ＝Ｋｆ・（λ／ＮＡ2） したがって、もし、波長が１９３ｎｍならば、すなわ
ち、波長がＡｒＦエキシマーレーザー光の波長に等し
く、開口数ＮＡが約０．７５に設定され、プロセス係数
Ｋｆが０．７であるならば、大気（空気）中の焦点深度
ΔＦは、約０．２４０μｍとなる。この場合、理論上の
解像度（最小ライン幅）ΔＲは、プロセス係数Ｋｒ（０
＜Ｋｒ＜１）を使用する下記等式によって表現される。
【００１６】ΔＲ＝Ｋｒ・（λ／ＮＡ） したがって、上述した状態の下では、プロセス係数Ｋｒ
が０．６ならば、解像度ΔＲは約０．１５４μｍとな
る。
【００１７】上述したように、解像度を改善するため
に、投影光学系の開口数を増加させる必要がある一方
で、もし、開口数が増加するならば、焦点深度が急激に
減少することに注意することが重要である。もし、焦点
深度が小さいならば、精度、再現精度、及び安定性を改
善する必要がある。精度、再現精度、及び安定性に基づ
いて、投影光学系の最良の像面とウェハ上のレジスト層
面との間を合わせるための自動焦点合わせ系が、制御さ
れる。
【００１８】他方、デザインや製造の見地から投影光学
系を考慮すると、視野のサイズを増加させることなし
に、開口数を増加させる構成が可能である。しかしなが
ら、もし、開口数を実質的に大きな値に設定するなら
ば、レンズ素子の直径が大きくなり、その結果、ガラス
質の光学材料（例えば、石英や蛍石）を形成し加工する
ことが困難となる。
【００１９】次いで、投影光学系の開口数を大きく増加
させることなしに解像度を改善するための手段として、
液浸投影方法を使用してもよい。この方法においては、
ウェハと投影光学系との間のスペースに、液体が充填さ
れている。これに関しては、（Ｔａｂａｒｅｌｌｉに付
与された）米国特許第４，３４６，１６４を参照された
い。
【００２０】この液浸投影方法においては、ウェハと、
投影光学系を投影端側（像面側）で構成する光学要素と
の間の空間に、フォトレジスト層の屈折率に近い屈折率
を有する液体が充填されている。これにより、ウェハ側
からみた投影光学系の有効開口数が増加し、すなわち、
解像度を改善することができる。この液浸投影方法は、
使用する液体を選択することによって、良好な結像性能
を獲得できると期待されている。
【００２１】現在公知な投影アライナーには、一般的
に、自動焦点合わせ（ＡＦ）系が設けられている。この
自動焦点合わせ系は、ウェハと投影光学系との相対位置
を正確に制御し、それによって、ウェハの表面を、投影
光学系の最適な像面（レチクルの共役面）に合致させる
ことができる。この自動焦点合わせ系は、ウェハ表面の
高さ方向の位置（Ｚ方向位置）の変化を非接触で検出す
るための表面位置検出センサと、この検出された変化に
基づいて、投影光学系とウェハとの間の間隔を調節する
ためのＺ方向調節機構とを備えている。
【００２２】また、現在使用されている投影アライナー
においては、また、光学タイプのセンサや空気マイクロ
メータータイプのセンサが、表面位置検出センサとして
使用されている。また、ウェハを支持するためのホルダ
ー（及びＺステージ）が、Ｚ方向調節機構として設けら
れている。ウェハを支持するホルダー（及びＺステー
ジ）は、サブミクロン精度で垂直方向に移動する。
【００２３】もし、そのような自動焦点合わせ系が、液
浸投影方法が適用されるアライナーに設けられるなら
ば、ウェハが液体に保持されることから、空気マイクロ
メータータイプのセンサを使用することができず、光学
式のセンサが独占的に使用されるのが自然である。その
ような場合、例えば、（Ｓｕｗａに付与された）米国特
許第４，６５０，９８３に開示されたような焦点合わせ
用の光学式センサが構成される。それによって、測定用
のビーム（スリット像の結像ビーム）が、ウェハ上の投
影視野に斜めに投影され、また、ウェハ表面で反射され
た測定用のビームが、受光用のスリットを通して、光電
式の検出器によって受光される。ウェハ表面の高さの変
化、すなわち、焦点誤差量が、受光用のスリットで起き
る反射されたビーム（反射ビーム）の位置の変化から検
出される。
【００２４】米国特許第４，６５０，９８３に開示され
たような斜入射光（斜めに光りを入射する）タイプの焦
点合わせ用のセンサが、１０ないし２０ｎｍの作動距離
を有する通常の投影光学系が液体に浸されている投影ア
ライナーに直接的に取り付けられているならば、下記に
述べる問題が生じる。そのような場合、下記のような投
影ビームと反射ビームとが通る投影光学系を液体に設定
する必要がある。すなわち、その投影ビームは、焦点合
わせ用のセンサの投影用対物レンズから放射されて、ウ
ェハ上にある投影光学系の投影視野に到達する。その反
射ビームは、ウェハによって反射されて、受光用の対物
レンズに到達する。
【００２５】そのため、焦点合わせ用のセンサのビーム
は、液体中を長い距離にわたって進む。それによって、
液体の温度分布が高精度に安定していないならば、投影
ビームや受光されたビームは、温度が不均等になってい
るので、屈折率の変化によって変動し、その結果、焦点
検出（すなわち、ウェハ表面の高さ方向の位置の検出）
の精度が低下することとなる。
【００２６】さらに、液浸投影方法によって、０．１５
λｍまたはそれ以下の解像度を達成するために、上述し
たように、投影光学系の作動距離を十分に小さい値に設
定する必要がある。そのため、斜入射光（斜めに光りを
入射する）タイプの焦点合わせ用のセンサの投影ビーム
それ自身を、投影光学系とウェハとの間の空間からウェ
ハ上の投影領域に向けて斜めに投影することは、困難と
なる、この理由のため、液浸投影方法に適用可能な自動
焦点合わせ系をどのように構成したらよいかということ
に関して、１つの重要な疑問が生じる。
【００２７】他方、単一の倍率タイプの（以下、”１
Ｘ”と言う）投影光学系を有するアライナー（露光装
置）は、半導体装置を製造する分野と共に、液晶ディス
プレイ装置（平坦なパネルディスプレイ）を製造する分
野で使用されている。最近、この種のアライナーのため
に、１つのシステム（系）が提案されている。そのシス
テムには、あるタイプの複数の１Ｘ投影光学系が配置さ
れ、そして、マスク及び感光性のプレートが互いに対し
て一体的に移動してスキャニングを行うことができるよ
うになっている。使用される１Ｘ投影光学系の作動距離
は、理想的には極端に小さくなっていることが望まし
い。各１Ｘ投影光学系は、（Ｈｅｒｓｈｅｌに付与され
た）米国特許第４，３９１，４９４号に開示されたよう
なシングル・ダイソン（ｓｉｎｇｌｅ Ｄｙｓｏｎ）タ
イプ、または、（Ｓｗａｎｓｏｎなどに付与された）米
国特許第５，２９８，９３９に開示されたようなダブル
・ダイソン（ｄｏｕｂｌｅ Ｄｙｓｏｎ）タイプとなっ
ている。
【００２８】そのようなＤｙｓｏｎ（ダイソン）タイプ
の投影光学系を有するアライナーにおいては、作動距離
（すなわち、プリズムミラーの出口表面と像面との間の
間隔）を十分に減少させることにより、投影された像の
種々の収差やディストーションを小さな値に制限でき、
その結果、収差やディストーションにより生じる問題が
事実上なくなる。そのため、この種のアライナーにおい
て、焦点合わせ用のセンサによって焦点が検出される、
感光性の基板上の検出領域（例えば、光りを斜めに入射
する斜入射光系における投影ビームの照射位置、また
は、空気マイクロメーター系における空気排出位置）
は、通常、投影光学系の有効投影視野領域からそれた位
置に設定される。すなわち、オフアクシス方式で設定さ
れる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】この理由のため、回路
パターンからの投影光に露光される基板の領域が最良の
焦点位置または状態に正確に調節されたかどうかを実際
に検出することは不可能である。
【００３０】また、基板にパターンを描画する装置にお
いては、または、レーザービームや電子ビームのスポッ
トを使用することによって加工（または製造）を行う装
置においては、基板と、レーザービームや電子ビームを
投影するための対物レンズ系（または、電子レンズ系）
と、の間の作動距離が大変小さくなる。その結果、加工
位置の焦点誤差を検出でき、または、対物レンズ光学系
の視野における基板表面上での描画位置の焦点誤差を検
出できるＡＦセンサを取り付けることができなくなる可
能性が生じる。
【００３１】そのような場合、ＡＦセンサの検出位置
は、焦点誤差を検出するために、対物レンズ系の視野の
外側にのみ置かれる。そのため、対物レンズ系の視野に
おける加工位置または描画位置で、焦点誤差が実際に起
きているかどうか検出できなくなる。
【００３２】これと同じことが、フォトリソグラフィー
でレチクルやマスクに描かれたパターンやウェハに形成
された微細のパターンを光学的に検査するための装置に
関しても言うことができる。すなわち、この種の検査装
置にも、検査のための対物レンズ系が設けられているか
らである。また、対物レンズ系の端部は、検査される標
本（プレート）の表面に向いて、所定の作動距離だけ前
記標本の表面から離れて設けられているからである。
【００３３】したがって、比較的に大きな倍率と高解像
度とを有する対物レンズ系を使用するならば、作動距離
が大変小さくなり、その結果、ＡＦセンサの性質に関す
る同じ問題が生じる。
【００３４】
【課題を解決するための手段】関連技術の上記問題を考
慮して、本願発明は、通常の投影光学系と比較して作動
距離を減少させる投影光学系が組み入れられたとして
も、高精度に焦点合わせの制御ができ、また、高精度に
チルト制御ができる、投影アライナー（露光装置）及び
露光方法を提供するものである。
【００３５】本願発明は、ステップアンドリピート式の
アライナーに関連している。ステップアンドリピート式
のアライナーにおいては、感光性基板の表面が、投影系
またはスキャニング露光装置（スキャニングアライナ
ー）を通して投影されたパターン像に露光される。投影
系またはスキャニング露光装置において、マスク（また
は、レチクル）と感光性基板とは、パターン像が投影さ
れながら結像系に対して相対的に移動し、また、これら
の種類の露光装置（アライナー）における焦点位置やチ
ルトを検出するのに適切な系に対して相対的に移動す
る。
【００３６】本願発明の露光装置及び露光方法において
は、焦点合わせ制御やチルト制御は、感光性基板上の周
辺位置におけるショット領域に関して実行される。
【００３７】本願発明のスキャニング露光装置及びスキ
ャニング露光方法によって、焦点検出領域を投影光学系
の投影視野に設定することなしに、感光性基板の露光領
域に関して、高精度に焦点合わせの制御ができ、また、
高精度にチルト制御ができる。
【００３８】本願発明の焦点合わせ用のセンサ及び焦点
検出方法は、焦点深度を改善するために設計された液浸
タイプの投影アライナーや液浸タイプのスキャニングア
ライナーにおいて、液体に浸された感光性基板の表面の
焦点合わせまたはチルトにおける誤差を安定して検出で
きる。本願発明の焦点合わせ用のセンサ及び焦点検出方
法は、小さな作動距離の対物レンズ光学系を有する、製
造（加工）装置、描画装置、または検査装置に適してい
る。
【００３９】本願発明は、マスク（レチクル）のパター
ン像を結像視野を通して基板（ウェハ）に投影するため
の結像系（投影レンズ系）と、結像系に対してスキャニ
ング方向にマスク及び基板を移動させるためのスキャニ
ング機構（レチクルステージまたはウェハＸＹステー
ジ）と、基板及び結像系を互いに対してＺ方向に駆動し
て投影される像の焦点を合わせるＺー駆動系とを有する
スキャニング露光装置に適用可能である。本願発明は、
また、マスクのパターン像を投影視野を通して基板に投
影するための結像系と、投影されるパターン像に関して
基板を位置決めするために、Ｘ方向及びＹ方向に移動す
る移動可能なステージ機構と、基板及び結像系を互いに
対してＺ方向に駆動して投影される像の焦点を合わせる
Ｚー駆動系とを有する投影アライナー（すなわち、ステ
ッパー）に適用可能である。
【００４０】露光装置すなわちアライナーのスキャニン
グ機構または移動可能なステージは、マスクまたは基板
を水平方向に維持するための機構とすることができる。
あるいは、露光装置すなわちアライナーのスキャニング
機構または移動可能なステージは、マスクまたは基板を
水平面から、ある一定の角度に維持するための機構とし
てもよい。例えば、マスクまたは基板を垂直な姿勢で維
持しながら、マスクまたは基板を水平または垂直方向に
移動させるための垂直（縦置き）ステージ機構としても
よい。この場合、マスクまたは基板が移動する平面は、
Ｘ方向とＹ方向に対向している。Ｘ方向及びＹ方向の各
々に対して直交しているＺ方向も、参照される（例え
ば、Ｚ方向は、横方向に配置された投影光学系の光軸の
方向、または、主光線の方向に一致している）。
【００４１】本願発明によれば、アライナーには、第１
の検出系と、第２の検出系と、第３の検出系とが設けら
れている。第１の検出系は、第１の位置に、検出領域を
備えている。第１の位置は、結像系の結像視野の外側に
設けられ、スキャニング方向（Ｙ方向）において前記結
像系の結像視野から間隔をあけて設けられている。第１
の検出系は、基板の表面（上面）のＺ方向における位置
を検出する。第２の検出系は、第２の位置に、検出領域
を備えている。第２の位置は、結像系の結像視野の外側
に設けられ、スキャニング方向（Ｙ方向）に直交する方
向（Ｘ）において前記第１の位置から間隔をあけて設け
られている。第２の検出系は、基板の表面のＺ方向にお
ける位置を検出する。第３の検出系は、第３の位置に、
検出領域を備えている。第３の位置は、結像系の結像視
野の外側に設けられ、スキャニング方向（Ｙ方向）と直
交する方向（Ｘ方向）において前記結像系の結像視野か
ら間隔をあけて設けられている。第３の位置は、また、
スキャニング方向（Ｙ方向）において前記第２の位置か
らも間隔をあけて設けられている。第３の検出系は、基
板の表面のＺ方向における位置を検出する。
【００４２】本願発明によれば、アライナーには、さら
に、第１の検出系によって検出された第１のＺ位置と目
標Ｚ位置との間のずれを計算し、第１の検出系によって
検出される時に、第２の検出系によって検出された第２
のＺ位置を一時的に記憶するための計算器と；スキャニ
ング機構または移動可能なステージ機構により引き起こ
された移動によって、第１の検出系の検出領域に対応す
る基板上の領域が、結像系の結像視野に位置決めされた
とき、計算されたずれと、記憶された第２のＺ位置と、
第３の検出系によって検出された第３のＺ位置とに基づ
いて、Ｚー駆動系を制御するためのコントローラとが；
設けられている。
【００４３】本願発明は、スキャニング露光方法に適用
可能である。このスキャニング露光方法においては、投
影光学系を通してマスクパターンの一部を感光性基板に
投影することによって、また、投影光学系の投影視野に
対してマスクと感光性基板とを同時に移動させることに
よって、マスク（レチクル）のパターンの全てが、感光
性基板（ウェハ）に転写される。
【００４４】本願発明の方法は、感光性基板の表面高さ
と実質的に等しい高さで感光性基板を囲むように形成さ
れた補助プレート部を有するホルダーに感光性基板を取
り付けるためのステップと、感光性基板上の露光領域の
焦点誤差を事前に読み取るステップとを備えている。マ
スクのパターンの一部が前記感光性基板上の領域に投影
されるようになっている。ホルダーと感光性基板とをス
キャニング移動している間で、露光領域が投影光学系の
投影視野に到達する前に、露光領域の焦点誤差が読み取
られる。前記本願発明の方法は、さらに、感光性基板上
の露光領域が投影視野に到達したときに、スキャニング
移動の方向（Ｙ方向）に対して直交する方向（Ｘ方向）
において投影光学系の投影視野から離れて配置された露
光位置焦点検出系によって、感光性基板または補助プレ
ート部の一部の表面の焦点誤差を検出するステップと、
感光性基板上の露光領域の焦点誤差が、投影光学系の投
影視野において補正されるように、検出された焦点誤差
に基づいて、投影光学系と感光性基板との間の距離を調
節するステップとを備えている。
【００４５】製造（加工）装置、結像装置、及び検査装
置用に適した焦点検出センサまたは焦点検出方法が、上
述した露光装置（アライナー）または露光方法のための
使用される投影光学系の代わりに、製造、描画、結像、
または検査のための対物レンズ光学系を使用することに
よって、同様に達成される。
【００４６】
【発明の実施の形態】図１は、本願発明の第１の実施例
における投影露光装置の全体構造を示している。第１の
実施例の投影露光装置は、レンズ・スキャンタイプの投
影アライナーである。その投影アライナーにおいては、
レチクル上の回路パターンが、縮小投影レンズ系を通し
て、半導体ウェハに投影される。前記縮小投影レンズ系
は、物体側でテレセントリック系に形成された円形の像
視野と、像側でテレセントリック系に形成された円形の
像視野とを有している。一方、レチクルとウェハは、投
影レンズ系に対して移動して、スキャン（走査）される
ようになっている。
【００４７】図１に示された照明系は、１９３ｎｍの波
長を有するパルス光を発するためのＡｒＦエキシマーレ
ーザー光源と、前記光源から発するパルス光の断面を所
定の形状に形成するためのビームエキスパンダーと、所
定の形状に形成された前記パルス光を受けることによっ
て２次光源像（１セットの複数の点光源）を形成するた
めのフライアイレンズのような光学的インテグレータ
と、前記２次光源像からの前記パルス光を、一様な照度
分布を有するパルス照明光に集光するための集光レンズ
系と、スキャニング露光のときのスキャニング方向に対
して直交する方向に細長い長方形にパルス照明光を整形
するためのレチクルブラインド（照明視野絞り）と、図
１に示されたミラー１１と集光レンズ系１２と協働し
て、レチクルブラインドの長方形の開口部をレチクルＲ
に結像するためのリレー光学系とを備えている。
【００４８】レチクルＲは、真空吸引力によって、レチ
クルステージ１４で支持されている。レチクルステージ
１４は、スキャニング露光の間、大きなストロークで１
次元的に、一定速度で移動することができる。レチクル
ステージ１４は、図１で見て横方向に、アライナー本体
の柱状構造体１３上で案内されて移動し、スキャニング
（走査）できるようになっている。レチクルステージ１
４は、また、図１の平面に対して直交する方向に移動で
きるように案内される。
【００４９】ＸＹ平面におけるレチクルステージ１４
の、座標位置と微妙な回転ずれは、レーザー干渉計シス
テム（ＩＦＭ）１７によって、連続的に測定される。レ
ーザー干渉計システム１７は、レチクルステージ１４の
一部に取り付けられた移動鏡（平面鏡またはコーナー
鏡）１６にレーザービームを射出する。レーザー干渉計
システム１７は、移動鏡１６によって反射されたレーザ
ービームを受ける（すなわち、受光する）。レチクルス
テージコントローラー２０は、レーザー干渉計システム
１７によって測定されたＸＹ−座標位置に基づいてレチ
クルステージ１４を駆動する（リニアモーターまたはボ
イスコイルのような）モーター１５を制御する。それに
よって、レチクルステージ１４のスキャニング移動とス
テッピング移動が制御される。
【００５０】レチクルＲの回路パターン領域の一部が、
集光レンズ系１２から発せられた長方形に形成されたパ
ルス光で照らされるとき、その照らされた部分の回路パ
ターンから出る結像光ビームが、１／４（すなわち、４
分の１）縮小投影レンズ系ＰＬを通して、ウェハＷの上
面（すなわち、主要面）に塗布された感光性レジスト層
に投影され、そして、結像する。１／４縮小投影レンズ
系ＰＬの光軸ＡＸは、円形の像視野の中心点を通って伸
長するように、また、照明系１０の光軸と集光レンズ系
１２の光軸とに同軸になるように位置決めされている。
【００５１】１／４縮小投影レンズ系ＰＬは、複数のレ
ンズ素子を備えている。レンズ素子は、例えば、１９３
ｎｍの波長を有する紫外線に対して、高い透過率を有す
る石英や蛍石のような２つの異なった材料から構成され
ている。蛍石は、正力（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｐｏｗｅ
ｒ）を有するレンズ素子を形成するために、主に使用さ
れる。１／４縮小投影レンズ系ＰＬのレンズ素子が固定
された鏡筒の空気は、窒素ガスに置き換えられている。
これによって、酸素による、１９３ｎｍの波長を有する
パルス照明光の吸収を避けることができる。照明系１０
の内側から集光レンズ系１２にかけての光路に関して
も、同様に窒素ガスに置き換えられている。
【００５２】ウェハＷは、ウェハホルダー（チャック）
ＷＨに保持されている。ウェハホルダーＷＨは、真空吸
引によって、ウェハの裏面（後側面）を引き付けてい
る。環状の補助プレート部ＨＲＳが、ウェハＷの周囲を
囲むように、ウェハホルダーＷＨの周辺部に設けられて
いる。環状の補助プレート部ＨＲＳの表面の高さは、ウ
ェハホルダーＷＨの上面に取り付けられたウェハホルダ
ーＷＨの上面と実質的に同一平面となっている。下記で
詳細に説明するように、ウェハＷ上の周辺位置にあるシ
ョット領域を走査露光するときに、もし、焦点合わせ用
のセンサの検出ポイント（すなわち、検出点）が、ウェ
ハＷの輪郭エッジの外側に位置決めされているならば、
環状の補助プレート部ＨＲＳは、代わりの焦点検出面と
して使用される。
【００５３】さらに、環状の補助プレート部ＨＲＳは、
（Ｓｕｗａに付与された）上記米国特許第４，６５０，
９８３に開示されているように、焦点合わせ用のセンサ
の系オフセットを較正するための平坦な基準プレート
（参照プレート）として機能する。言うまでもなく、特
別の基準プレートを別に設けて、焦点合わせ用のセンサ
を較正するようにしてもよい。
【００５４】ウェハホルダーＷＨは、ＺＬステージ３０
に取り付けられている。ＺＬステージ３０は、１／４縮
小投影レンズ系ＰＬの光軸ＡＸに沿ってＺ方向に並進運
動できる。また、ＺＬステージ３０は、ＸＹ平面に対し
てチルト運動している間、光軸ＡＸに対して直交する方
向にも移動できる。ＺＬステージ３０は、３つのＺ−ア
クチュエータ３２Ａ、３２Ｂ、及び３２Ｃを介して、Ｘ
Ｙステージ３４に取り付けられている。ＸＹステージ３
４は、ベース上で、Ｘ方向及びＹ方向に２次元に移動可
能となっている。Ｚ−アクチュエータ３２Ａ、３２Ｂ、
及び３２Ｃの各々は、例えば、ピエゾ伸縮素子、ボイス
コイルモーター、または、ＤＣモーターとリフト・カム
機構の組み合わせとなっている。
【００５５】もし、Ｚ−アクチュエータ３２Ａ、３２
Ｂ、及び３２Ｃ（すなわち、Ｚー駆動モーター）の各々
がＺ方向に同じ量だけ駆動されたならば、ＺＬステージ
３０は、ＸＹステージ３４との間が平行に維持されなが
ら、Ｚ方向（すなわち、焦点合わせを行う方向）に並進
運動する。もし、Ｚ−アクチュエータ３２Ａ、３２Ｂ、
及び３２Ｃの各々が、Ｚ方向に異なる量だけ駆動された
ならば、それによって、ＺＬステージ３０のチルト（傾
斜）量とチルト方向が、調節される。
【００５６】ＸＹステージ３４の２次元移動は、いくつ
かの駆動モーター３６によって引き起こされる。駆動モ
ーター３６は、例えば、送りねじを回転させるＤＣモー
ター（すなわち、直流電動機）や非接触状態で駆動力を
生成することができるリニアモーターなどとなってい
る。駆動モーター３６は、ウェハステージコントローラ
ー３５によって制御されている。ウェハステージコント
ローラー３５には、移動鏡３１の反射面のＸ方向及びＹ
方向における位置の変化を測定できるように、レーザー
干渉計（ＩＦＭ）３３からの測定座標位置が供給され
る。
【００５７】例えば、駆動モーター３６としてリニアモ
ーターを使用するＸＹステージ３４の全体構造は、１９
８６年９月１８日に公開された特開昭第６１−２０９８
３１（立石電気株式会社）に開示されているようなもの
にすることができる。
【００５８】この実施例に関して、１／４縮小投影レン
ズ系ＰＬのワークディスタンス（作動距離）は、非常に
小さくなっており、そのため、斜入射光のタイプの焦点
合わせ用のセンサの投影ビームは、像面に最も近い１／
４縮小投影レンズ系ＰＬの光学素子の表面とウェハＷの
上面との間のスペースを通って、ウェハの表面に導くこ
とができないと考えられる。この実施例においては、そ
のため、オフアクシスタイプ（１／４縮小投影レンズ系
ＰＬの投影視野の外側に焦点検出ポイントを備えてい
る）の３つの焦点検出系ＧＤＬ、ＧＤＣ、及びＧＤＲ
が、１／４縮小投影レンズ系ＰＬのバレル（鏡筒）の下
方端部周辺に配置されている。
【００５９】これらの焦点検出系のうち、焦点検出系Ｇ
ＤＬとＧＤＲは、スキャニング露光のときのウェハＷの
スキャニング移動の方向に対して、投影視野の前側及び
後ろ側に位置決めされた焦点検出ポイント（焦点検出
点）を備えるように設定されている。ウェハＷの１つの
ショット領域がスキャンされ露光されたとき、スキャニ
ング移動の方向（プラス方向またはマイナス方向）にし
たがって選択された焦点検出系ＧＤＬ及びＧＤＲの一方
が作動して、長方形の投影像が、ウェハに露光される前
に、ショット領域の表面の高さ位置における変化を先読
みされる。
【００６０】したがって、焦点検出系ＧＤＬ及びＧＤＲ
は、例えば、（サカキバラなどに付与された）米国特許
第５，４４８，３３２に開示された焦点検出系の先読み
センサと同じように機能する。しかしながら、この実施
例においては、米国特許第５，４４８，３３２の焦点調
節（あるいはチルト調節）のシーケンスとは異なったシ
ーケンスを使用しており、そのため、特別な焦点検出系
が焦点検出系ＧＤＬ及びＧＤＲに加えられている。この
構造は、下記により詳細に説明されている。
【００６１】図１に示された焦点検出系ＧＤＣは、ウェ
ハＷの表面（すなわち、ＸＹ平面）で見たときに、１／
４縮小投影レンズ系ＰＬの投影視野のスキャニング方向
に対して直交する非スキャニング方向にオフアクシス方
式で配置された検出ポイント（検出点）を備えている。
しかしながら、焦点検出系ＧＤＣは、図１で見て、１／
４縮小投影レンズ系ＰＬの前側の検出ポイントに加え
て、１／４縮小投影レンズ系ＰＬの後ろ側に他の検出ポ
イントを備えている。
【００６２】本願発明にしたがった焦点検出方法は、オ
フアクシス焦点検出系ＧＤＣと、先読み焦点検出系ＧＤ
Ｌ及びＧＤＲの一方とが、互いに協働して作動するよう
になっているという点に特徴がある。これらの焦点検出
系の詳細な説明は、後述する。
【００６３】上述した焦点検出系ＧＤＬ、ＧＤＲ、及び
ＧＤＣの各々によって検出されたウェハ表面の一部の高
さ位置に関する情報（例えば、最良の焦点位置からのず
れ量を表す誤差信号など）が、自動焦点合わせ（ＡＦ）
コントロールユニット３８に入力される。ＡＦコントロ
ールユニット３８は、焦点検出系ＧＤＬ、ＧＤＲ、及び
ＧＤＣから供給された検出情報に基づいて、Ｚ−アクチ
ュエータとしてのＺ−駆動モーター３２Ａ、３２Ｂ、及
び３２Ｃの各々を駆動する最適な量を決定し、Ｚ−駆動
モーター３２Ａ、３２Ｂ、及び３２Ｃを駆動して、投影
像が実際に結像するウェハＷの領域に対して、焦点合わ
せを行うと共に、チルト調節を行う。
【００６４】この制御のために、焦点検出系ＧＤＬ及び
ＧＤＲの各々は、マルチポイント（多点）焦点合わせ用
のセンサとなっている。このセンサは、１／４縮小投影
レンズ系ＰＬによって形成されるウェハＷ上の長方形投
影領域における複数位置（例えば、少なくとも２つの位
置）に検出ポイントを有している。ＡＦコントロールユ
ニット３８は、焦点合わせはもちろん、少なくとも非ス
キャニング方向（Ｘ方向）においてウェハＷをチルト調
節できるようになっている。
【００６５】図１に示されたアライナーは、一定速度で
Ｙ方向にＸＹステージ３４を移動することによって、ス
キャニング露光を行うように構成されている。スキャニ
ング露光の間の、レチクルＲ及びウェハＷのスキャニン
グ移動とレチクルＲ及びウェハＷのステッピング移動と
の関係を、図２を参照して説明する。
【００６６】図２を参照すると、前方グループレンズ系
ＬＧａと後方グループレンズ系ＬＧｂが、図１に示され
た１／４縮小投影レンズ系ＰＬを表している。射出瞳Ｅ
ｐが、前方グループレンズ系ＬＧａと後方グループレン
ズ系ＬＧｂとの間に存在している。回路パターン領域Ｐ
ａは、図２に示されたレチクルＲ上で、遮蔽帯ＳＢによ
って画定されたフレーム（枠）に形成されている。回路
パターン領域Ｐａは、１／４縮小投影レンズ系ＰＬの物
体側上に形成される円形の像視野の直径よりも大きい対
角線長さを有している。
【００６７】スキャニング方式で、レチクルＲの回路パ
ターン領域Ｐａの像が、ウェハＷ上の対応するショット
領域ＳＡａに露光される。このスキャニング方式は、例
えば、レチクルＲを一定の速度ＶｒでＹ軸に沿ったマイ
ナス方向に移動する一方、ウェハＷを一定速度ＶｗでＹ
軸に沿ったプラス方向に移動することによって行われ
る。このとき、レチクルＲを照明するためのパルス照明
光ＩＡの形状は、図２に示すように、レチクルＲの回路
パターン領域ＰａにおいてＸ方向に細長い平行ストリッ
プまたは長方形に設定されている。Ｘ方向において互い
に対向している、パルス照明光ＩＡの形状の両端は、遮
蔽帯ＳＢに位置決めされている。
【００６８】パルス照明光ＩＡで照射される、レチクル
Ｒの回路パターン領域Ｐａの長方形領域に含まれている
部分的パターンは、１／４縮小投影レンズ系ＰＬ（前方
グループレンズ系ＬＧａ及び後方グループレンズ系ＬＧ
ｂ）によって、ウェハＷのショット領域ＳＡａでの対応
位置に、像ＳＩとして結像する。レチクルＲ上の回路パ
ターン領域ＰａとウェハＷ上のショット領域ＳＡａとの
間での相対的なスキャニングが完了したとき、例えば、
ウェハＷは、Ｙ方向に一定の距離だけ１ステップ移動す
る。それによって、スキャニングの開始位置は、ショッ
ト領域ＳＡａに隣接するショット領域ＳＡｂに対して設
定される。このステッピング動作の間、パルス照明光Ｉ
Ａによる照明は、停止している。
【００６９】次に、スキャニング方式で、レチクルＲの
回路パターン領域Ｐａの回路パターン像を、ウェハＷ上
のショット領域ＳＡｂに露光するために、レチクルＲ
は、パルス照明光ＩＡに対してＹ軸のプラス方向に一定
速度Ｖｒで移動する。そして、ウェハＷは、同時に、投
影された像ＳＩに対してＹ軸のマイナス方向に一定速度
Ｖｗで移動する。速度比Ｖｗ／Ｖｒは、１／４縮小投影
レンズ系ＰＬの縮小比１／４に設定されている。上記ス
ケジュールにしたがって、レチクルＲの回路パターン領
域Ｐａの像が、ウェハＷ上の複数のショット領域に露光
される。
【００７０】図１及び図２に示された投影アライナー
は、次のような方法で、ステップアンドリピート方式の
アライナーとして使用できる。すなわち、もし、レチク
ルＲ上の回路パターン領域Ｐａの対角線長さが、１／４
縮小投影レンズ系ＰＬの回路像視野の直径よりも小さい
ならば、照明系１０におけるレチクルブラインドの開口
部の形状およびサイズが変化し、それによって、パルス
照明光ＩＡの形状が回路パターン領域Ｐａに一致するよ
うになっている。そのような場合、レチクルステージ１
４とＸＹステージ３４とは、ウェハＷ上のショット領域
の各々を露光する間、相対的に静止した状態に維持され
る。
【００７１】しかしながら、もし、ウェハＷが露光の間
にわずかに移動するならば、ウェハＷのわずかな移動
は、レーザー干渉計システム３３によって測定すること
ができる。また、レチクルステージ１４を制御下でわず
かに移動して、その結果、レチクルＲ側で追従補正する
ことにより、１／４縮小投影レンズ系ＰＬに対するウェ
ハＷの位置の対応する小さな誤差を打ち消すことができ
る。例えば、そのような追従補正のためのシステムは、
特開平６−２０４１１５号と特開平７−２２０９９８号
に開示されている。これらの公開公報に開示された技術
は、必要に応じて使用することができる。
【００７２】もし、レチクルブラインドの開口部の形状
やサイズが変化するならば、ズームレンズ系を設けるこ
とにより、光源からレチクルブラインドに到達するパル
ス照明光ＩＡを、開口部の形状やサイズの変化に応じ
て、調節された開口部に整合する範囲内に集めることが
できる。
【００７３】図２に明瞭に示されているように、投影さ
れた像ＳＩの領域は、Ｘ方向に細長いストリップ形状ま
たは長方形形状に設定されることから、スキャニング露
光の間のチルト調節は、Ｙ軸を中心として回転する方
向、すなわち、この実施例におけるスキャニング露光方
向に対するローリング方向に沿ってのみ行うことができ
る。言うまでもなく、もし、投影された像ＳＩ領域の、
スキャニング方向における幅が、スキャニング方向に対
してウェハ表面の平面度の影響を考慮する必要がある程
度に大きいならば、スキャニング露光の間に、ピッチン
グ方向におけるチルト調節が行われる。この作動は、本
願発明の他の実施例に関してより詳細に説明する。
【００７４】図１に示された焦点検出系ＧＤＬ、ＧＤ
Ｒ、及びＧＤＣは、例えば、図３に図示されたように配
置されている。図３は、１／４縮小投影レンズ系ＰＬの
像側で円形の像視野ＣＰが形成される平面上での焦点検
出系の検出ポイントの配置を示している斜視図である。
図３は、焦点検出系ＧＤＬ及びＧＤＣの配置のみ示して
いる。焦点検出系ＧＤＲは省略されている。というの
は、焦点検出系ＧＤＲは、焦点検出系ＧＤＬと同じ構造
だからである。
【００７５】図３を参照すると、焦点検出系ＧＤＣは、
２つの検出器ＧＤＣ１及びＧＤＣ２を備えている。検出
器ＧＤＣ１及びＧＤＣ２は、検出ポイント（検出領域）
ＦＣ１及びＦＣ２が、ストリップ状で長方形の投影され
た像ＳＩの軸線から伸長する延長線ＬＬｃ上に位置決め
されるように設定されている。ストリップ状で長方形の
投影された像ＳＩは、１／４縮小投影レンズ系ＰＬの円
形の像視野ＣＰで、直径方向（Ｘ方向）に伸長してい
る。これらの検出器ＧＤＣ１及びＧＤＣ２は、ウェハＷ
（または、補助プレート部ＨＲＳ）の上面の高さ位置や
最良の焦点平面位置に対するＺ方向の位置誤差量を検出
する。
【００７６】一方、焦点検出系ＧＤＬは、本実施例にお
いて、５つの検出器ＧＤＡ１、ＧＤＡ２、ＧＤＢ１、Ｇ
ＤＢ２、及びＧＤＢ３を備えている。検出器ＧＤＡ１、
ＧＤＡ２、ＧＤＢ１、ＧＤＢ２、及びＧＤＢ３は、それ
ぞれ、検出ポイント（検出領域）ＦＡ１、ＦＡ２、ＦＢ
１、ＦＢ２、及びＦＢ３を備えている。検出ポイントＦ
Ａ１、ＦＡ２、ＦＢ１、ＦＢ２、及びＦＢ３は、延長線
ＬＬｃに平行な直線ＬＬａに位置決めされている。これ
らの５つの検出器ＧＤＡ１、ＧＤＡ２、ＧＤＢ１、ＧＤ
Ｂ２、及びＧＤＢ３の各々は、独立して、ウェハＷ（ま
たは、補助プレート部ＨＲＳ）の上面におけるポイント
の高さ位置や最良の焦点平面位置に対するＺ方向の位置
誤差量を検出する。
【００７７】延長線ＬＬｃや直線ＬＬａは、スキャニン
グ方向（Ｙ方向）に互いに一定距離をおいて設定されて
いる。また、検出器ＧＤＡ１の検出ポイントＦＡ１と、
検出器ＧＤＣ１の検出ポイントＦＣ１とは、Ｘ方向にお
いて、実質的に同じ座標位置に設定されている。一方、
検出器ＧＤＡ２の検出ポイントＦＡ２と、検出器ＧＤＣ
２の検出ポイントＦＣ２とは、Ｘ方向において、実質的
に同じ座標位置に設定されている。
【００７８】３つの検出器ＧＤＢ１、ＧＤＢ２、及びＧ
ＤＢ３の検出ポイントＦＢ１、ＦＢ２、及びＦＢ３は、
ストリップ状のまたは長方形の投影された像ＳＩの領域
をＸ方向において覆うように配置されている。すなわ
ち、検出ポイントＦＢ２は、投影された像ＳＩの領域の
Ｘ方向における中心（光軸ＡＸが通るポイント）に対応
するＸ座標位置に配置されている。一方、検出ポイント
ＦＢ１及びＦＢ３は、投影された像ＳＩのＸ方向におけ
る両端付近の位置に対応するＸ座標位置に配置されてい
る。そのため、３つの検出ポイントＦＢ１、ＦＢ２、及
びＦＢ３を使用して、投影された像ＳＩ領域に対応する
ウェハＷの表面部での焦点誤差を先読みできるようにな
っている。
【００７９】図３に図示されていない焦点検出系ＧＤＲ
にも、３つの先読み検出器ＧＤＥ１、ＧＤＥ２、及びＧ
ＤＥ３と他の２つの検出器ＧＤＤ１及びＧＤＤ２とを備
えている。検出器ＧＤＤ１及びＧＤＤ２は、先読み検出
器ＧＤＥ１、ＧＤＥ２、及びＧＤＥ３のＸ方向の両側に
配置されている。説明を簡単にするために、この実施例
においては、１２個の検出器ＧＤＡ１、ＧＤＡ２；ＧＤ
Ｂ１、ＧＤＢ２、ＤＢ３；ＧＤＣ１、ＧＤＣ２；ＧＤＤ
１、ＧＤＤ２；ＧＤＥ１、ＧＤＥ２、ＧＤＥ３によって
複数の最良の焦点位置として認められる複数の平面は、
１つのＸＹ平面に調節されるものと仮定する。すなわ
ち、システム上のオフセットが１２個の検出器の間には
ない。また、検出された焦点誤差がゼロになる位置とし
て、１２個の検出ポイントＦＡ１、ＦＡ２；ＦＢ１、Ｆ
Ｂ２、ＦＢ３；ＦＣ１、ＦＣ２；ＦＤ１、ＦＤ２；ＦＥ
１、ＦＥ２、ＦＥ３で検出されたウェハＷの表面高さ位
置は、互いに対してほぼ接近しているものと仮定する。
【００８０】１／４縮小投影レンズ系ＰＬの端が液体に
浸されていないならば、上述した１２個の焦点検出器と
して、光学センサ、空気マイクロメータタイプのセン
サ、静電容量タイプのギャップ（間隙）センサなどを使
用できる。しかしながら、もし、液浸式の投影系が形成
されているならば、もちろん、空気マイクロメータタイ
プのセンサを使用することはできない。
【００８１】図４は、図１及び図３に示された焦点検出
系ＧＤＬ、ＧＤＲ、及びＧＤＣからの検出信号（誤差信
号）を処理するためのＡＦコントロールユニット３８の
一例のブロック線図である。図４に示されているよう
に、先読み焦点検出系ＧＤＬの５つの検出器ＧＤＡ１、
ＧＤＡ２、ＧＤＢ１、ＧＤＢ２、及びＧＤＢ３からの検
出信号のグループと、焦点検出系ＧＤＲの５つの検出器
ＧＤＤ１、ＧＤＤ２、ＧＤＥ１、ＧＤＥ２、及びＧＤＥ
３からの検出信号のグループのうちの一方のグループ
が、切換え回路５０によって選択されて、その後の処理
回路に供給される。
【００８２】切換え回路５０は、位置監視回路（位置モ
ニター回路）５２から供給される（方向の区別の結果を
表す）切換え信号ＳＳ１に応答して、焦点検出系ＧＤＬ
及びＧＤＲのうちの一方からの信号を選択する。位置監
視回路５２は、ウェハステージコントローラー３５から
のステージ制御情報に基づいて、ウェハステージ３４の
スキャニング移動方向の一方の移動方向を他方の移動方
向から区別する。また、位置監視回路５２は、先読み位
置から露光位置まで、ウェハＷの移動した位置の変化を
監視している。図４に示された状態においては、切換え
回路５０は、焦点検出系ＧＤＬからの５つの検出信号を
選択している。
【００８３】露光領域（投影された像ＳＩ）に関する先
読み検出器ＧＤＢ１、ＧＤＢ２、及びＧＤＢ３からの検
出信号は、焦点誤差量とチルト誤差量とを計算するため
の第１の計算器５４に供給される。第１の計算器５４
は、第２の計算及び記憶回路５６に、３つの検出ポイン
トＦＢ１、ＦＢ２、及びＦＢ３で事前に読取られたウェ
ハＷの表面領域の焦点誤差量ΔＺｆとチルト誤差量ΔＴ
ｘ（Ｙ軸を中心とした微妙な傾き）に関する誤差データ
ＤＴ１、ＤＴ２とを供給する。
【００８４】一方、検出器ＧＤＡ１及びＧＤＡ２は、第
２の計算及び記憶回路５６に、情報ＺＡ１と情報ＺＡ２
とを供給する。情報ＺＡ１は、検出ポイントＦＡ１にお
ける表面の高さ位置（すなわち、焦点ずれ）を表してい
る。情報ＺＡ２は、検出ポイントＦＡ２における表面の
高さ位置（すなわち、焦点ずれ）を表している。情報Ｚ
Ａ１及び情報ＺＡの検出は、３つの検出器ＧＤＢ１、Ｇ
ＤＢ２、及びＧＤＢ３によるウェハ表面の検出と同時に
行われている。
【００８５】誤差データＤＴ１及びＤＴ２と、情報ＺＡ
１及びＺＡ２と、検出器の間の相対位置関係とに基づい
て、第２の計算及び記憶回路５６は、Ｙ方向（スキャニ
ング方向）に関して投影露光位置に設定された検出器Ｇ
ＤＣ１及びＧＤＣ２の検出ポイントＦＣ１及びＦＣ２で
検出されるべきウェハＷの高さ位置の目標値ΔＺ１及び
ΔＺ２を計算する。第２の計算及び記憶回路５６は、一
時的に、計算された目標値ΔＺ１及びΔＺ２を記憶す
る。
【００８６】目標値ΔＺ１及びΔＺ２の意味は、次の通
りである。すなわち、先読み検出ポイントＦＡ１及びＦ
Ａ２で事前に読み取られたウェハＷ（または、環状の補
助プレート部ＨＲＳ）の表面部が、対応する露光位置で
の検出ポイントＦＣ１及びＦＣ２に到達するときに、検
出器ＧＤＣ１及びＧＤＣ２によって検出された情報ＺＣ
１と情報ＺＣ２が、目標値ΔＺ１及びΔＺ２にそれぞれ
等しいならば、先読みによって決定される焦点誤差量Δ
Ｚｆとチルト誤差量ΔＴｘは、露光位置でゼロになる。
【００８７】さらに、先読みされたウェハ上のＹ方向に
関する領域が、投影像ＳＩが露光される露光位置に到達
する直前に、第２の計算及び記憶回路５６は、記憶され
た目標値ΔＺ１及びΔＺ２を第３の計算及び駆動回路５
８に出力する。
【００８８】したがって、位置監視回路５２から出力さ
れた信号ＳＳ２に同期して、第２の計算及び記憶回路５
６は、一時的に記憶された目標値ΔＺ１及びΔＺ２を表
す信号を第３の計算及び駆動回路５８に出力する。目標
値ΔＺ１及びΔＺ２を表す前記信号は、Ｙ方向における
直線ＬＬａと延長線ＬＬｃとの間の距離と、ウェハＷの
移動速度と、によって決定される時間だけ遅延させられ
た後に、第３の計算及び駆動回路５８に出力される。
【００８９】スキャニング方向における、投影像ＳＩの
幅に対応する距離だけ、ウェハＷが移動してスキャンさ
れる毎に、信号ＳＳ２が出力されるならば、図３に示さ
れた、直線ＬＬａと延長線ＬＬｃとの間のＹ方向におけ
る距離（例えば、約４０ｍｍ）を、投影像ＳＩの幅（約
８ｍｍ）で除算することによって得られた数に対応する
一定の数の組（例えば、５組）の目標値ΔＺ１及びΔＺ
２が、第２の計算及び記憶回路５６に記憶される。した
がって、第２の計算及び記憶回路５６は、先入れ先出し
（ＦＩＦＯ）方法で目標値ΔＺ１及びΔＺ２を記憶する
メモリとして機能する。
【００９０】第３の計算及び駆動回路５８は、位置監視
回路５２からの信号ＳＳ３に応答して、検出器ＧＤＣ１
及びＧＤＣ２によって検出されたウェハＷ（または、環
状の補助プレート部ＨＲＳ）の表面の高さ位置に関する
検出情報ＺＣ１及びＺＣ２を読み取る。その直後に、先
読み位置で検出されたウェハＷ上の領域が、露光位置
（投影された像ＳＩの位置）に到達する。
【００９１】同時に、第３の計算及び駆動回路５８は、
第２の計算及び記憶回路５６から出力された（露光位置
に対応する）目標値ΔＺ１及びΔＺ２のデータを読み取
る。そして、第３の計算及び駆動回路５８は、検出情報
ＺＣ１及びＺＣ２と目標値ΔＺ１及びΔＺ２とに基づい
て、図１に示されたＺ−駆動モーター３２Ａ、３２Ｂ、
及び３２Ｃに対応する駆動量（位置調節の量や速度調節
の量）を、計算によって決定する。次いで、第３の計算
及び駆動回路５８は、その決定された駆動量のデータを
Ｚ−駆動モーター３２Ａ、３２Ｂ、及び３２Ｃに出力す
る。
【００９２】図４のほとんどの構成要素は、図４の観点
から当業者によって書くことができる適切なプログラム
を実行するプログラムされたマイクロコントローラーや
マイクロプロセッサで具体化される。
【００９３】図５は、図１に示されたようなウェハホル
ダーの周辺部に形成された環状の補助プレート部ＨＲＳ
の機能を説明する平面図である。この実施例において、
焦点検出系の全ての検出ポイントは、上述したような１
／４縮小投影レンズ系ＰＬの投影視野ＣＰの外側に位置
決めされていることから、ウェハＷ上の複数のショット
領域ＳＡｎのうち該ウェハＷの周辺部に配置されたいく
つかのショット領域をスキャニング露光するときに、い
くつかの焦点検出ポイントが、ウェハＷの周辺の外側に
置かれる可能性がある。
【００９４】例えば、図５に示されているように、プリ
アライメントされた（事前にアライメントされた）切欠
きＮＴを使用してウェハホルダーＷＨ上に位置決めされ
たウェハＷの周辺のショット領域ＳＡ１が、走査露光さ
れるとき、先読み焦点検出系ＧＤＬ（またはＧＤＲ）
の、端にある焦点検出ポイントＦＡ１（またはＦＤ１）
と、露光位置の焦点検出系ＧＤＣの検出ポイントＦＣ１
とは、ウェハＷの外側に置かれる。この場合、焦点合わ
せ及びチルト調節を行うことは、通常は困難である。
【００９５】環状の補助プレート部ＨＲＳの主な機能
は、そのような場合に、通常の焦点合わせとチルト運動
を可能にすることである。図５に示されているように、
ウェハＷの外側に置かれた検出ポイントＦＡ１（または
ＦＤ１）と検出ポイントＦＣ１は、環状の補助プレート
部ＨＲＳの表面に位置決めされるように設定されてい
る。したがって、環状の補助プレート部ＨＲＳの表面の
高さは、ウェハＷの表面の高さに実質的に等しいことが
望ましい。
【００９６】より具体的に説明すると、ウェハＷの表面
と環状の補助プレート部ＨＲＳの表面とは、検出ポイン
トＦＡ１（ＦＡ２）、ＦＣ１（ＦＣ２）、及びＦＤ１
（ＦＤ２）に対応する検出範囲内で、互いに対し同一平
面上にある。その検出範囲において、検出ポイントに対
応する焦点検出器の所望の線形性が、確保されている。
さらに、環状の補助プレート部ＨＲＳの表面がウェハＷ
の表面の代わりとして使用されていることから、その補
助プレート部ＨＲＳの反射率は、標準の（シリコン）ウ
ェハの反射率と同じ程度かあるいは同じ値となってい
る。例えば、環状の補助プレート部ＨＲＳとしては、鏡
面仕上げされた表面が好ましい。
【００９７】（ウェハホルダーＷＨ上の）ウェハＷが、
図５に示された矢印の方向に移動してスキャンされたな
らば、焦点検出系ＧＤＬの検出ポイントＦＡ１、ＦＡ
２；ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３は、ショット領域ＳＡ１に
関する先読みセンサとして選択される。この場合、投影
像ＳＩのＹ方向におけるに中心に対応する延長線ＬＬｃ
と、焦点検出系ＧＤＬの検出ポイントが配置される直線
ＬＬａとの間の距離を、ＤＬａとし、また、延長線ＬＬ
ｃと、他方の焦点検出系ＧＤＲの検出ポイントが配置さ
れる直線ＬＬｂとの間の距離を、ＤＬｂとすれば、この
実施例においては、ＤＬａとＤＬｂは、ＤＬａがＤＬｂ
にほぼ等しくなるように設定される。スキャニング露光
のときのウェハＷの速度Ｖｗから、ウェハＷ上の焦点先
読み位置が露光位置に到達するのにかかる遅延時間Δｔ
は、Δｔ＝ＤＬａ／Ｖｗ（秒）となっている。したがっ
て、図４に示された第２の計算及び記憶回路５６におい
て、目標値ΔＺ１及びΔＺ２を一時的に記憶するための
時間は、タイムラグ（時間遅れ）Δｔと実質的に等しく
なっている。
【００９８】しかしながら、距離ＤＬａと距離ＤＬｂ
は、アライナーの構造に関係する制約に応じて、ＤＬａ
がＤＬｂに等しくならないように選択するようにしても
よい。言うまでもなく、そのような場合において、目標
値ΔＺ１及びΔＺ２の供給の遅延時間は、先読み焦点検
出系ＧＤＬの使用と先読み焦点検出系ＧＤＲの使用とに
関して、異なる長さに設定されている。
【００９９】上述したように構成された第１の実施例の
焦点合わせとチルト運動の作用を、図６Ａないし図６Ｄ
を参照して説明する。図６Ａは、図５に示されたような
ウェハＷの周辺ショット領域ＳＡ１をスキャニング露光
している間のある瞬間に先読み焦点検出系ＧＤＬによっ
て検出された環状の補助プレート部ＨＲＳの上側表面の
状態及びウェハＷの上側表面の状態を図式的に示してい
る。
【０１００】図６Ａないし図６Ｄにおいて、水平ライン
ＢＦＰは、１／４縮小投影レンズ系ＰＬの最適な焦点面
を示している。ショット領域ＳＡ１において検出ポイン
トＦＢ１でウェハ表面のＺ方向における位置を検出する
検出器ＧＤＢ１は、平面ＢＦＰに対するウェハ表面のＺ
位置誤差量（焦点はずれの量、すなわちデフォーカス
量）としてΔＺＢ１を表す検出信号を出力する。同様
に、検出ポイントＦＢ２及びＦＢ３でウェハ表面のＺ方
向における位置の誤差を検出する検出器ＧＤＢ２及びＧ
ＤＢ３は、誤差ΔＺＢ２及びΔＺＢ３を表す検出信号を
出力する。ウェハ表面が最適な焦点面ＢＦＰよりも下に
あるならば、これらＺ位置誤差の各々は、負の値を有し
ている。また、ウェハ表面が最適な焦点面ＢＦＰよりも
上にあるならば、Ｚ位置誤差の各々は、正の値を有して
いる。
【０１０１】これらの誤差ΔＺＢ１、ΔＺＢ２、及びΔ
ＺＢ３の値は、図４に示された第１の計算及び記憶回路
５４に入力される。第１の計算及び記憶回路５４は、こ
れらの誤差値に基づいて最小２乗法などにより、ショッ
ト領域ＳＡ１における先読みされた部分全体の、図６Ｂ
に示された近似面ＡＰＰ（実際は、近似直線）を表す数
式のパラメータを決定する。それによって決定されたパ
ラメータは、図６Ｂに示されたように、近似面ＡＰＰの
焦点誤差量ΔＺｆとチルト誤差量ΔＴｘである。このよ
うにして計算された焦点誤差量ΔＺｆとチルト誤差量Δ
Ｔｘの値は、データＤＴ１及びデータＤＴ２として、第
２の計算及び記憶回路５６に出力される。この実施例に
おいて、焦点誤差量ΔＺｆは、ショット領域ＳＡ１のＸ
方向における（検出ポイントＦＢ２に対応する）中央ポ
イントでの実質的な誤差として計算される。
【０１０２】検出器ＧＤＢ１、ＧＤＢ２、及びＧＤＢ３
が、上述したようにＺ位置誤差を検出したとき、検出器
ＧＤＡ１及びＧＤＡ２は、検出ポイントＦＡ１及びＦＡ
２での最適な焦点面に対する、ウェハ表面または環状の
補助プレート部ＨＲＳの表面のＺ位置誤差ΔＺＡ１及び
ΔＺＡ２を同時に検出する。これらの誤差ΔＺＡ１及び
ΔＺＡ２は、第２の計算及び記憶回路５６に一時的に記
憶される。
【０１０３】この検出及び記憶の直後、図６Ｂに示され
たような近似面ＡＰＰが、図６Ｃに示されたような最適
な焦点面ＢＦＰに一致するように補正されるとすると、
すなわち、ウェハホルダーＷＨが、焦点誤差量ΔＺｆ＝
０となるように、また、チルト誤差量ΔＴｘ＝０となる
ように、Ｚ方向及びチルト運動方向に調節されるとする
と、第２の計算及び記憶回路５６は、データＤＴ１及び
ＤＴ２（誤差量ΔＺｆ及びΔＴｘ）と、検出ポイントＦ
Ａ１及びＦＡ２で実際に測定されたＺ位置誤差ΔＺＡ
１、ΔＺＡ２と、ショット領域の中央ポイントと検出ポ
イントＦＡ１及びＦＡ２の各々との間のＸ方向における
距離ＤＳとに基づいて、検出ポイントＦＡ１で検出され
るべきＺ位置目標値ΔＺ１と、検出ポイントＦＡ２で検
出されるべきＺ位置目標値ΔＺ２とを計算する。ウェハ
Ｗ上の先読みされた領域が、投影像ＳＩ（露光位置）の
領域に到達するまで、計算されたＺ位置目標値ΔＺ１及
びΔＺ２は、一時的に第２の計算及び記憶回路５６に記
憶される。
【０１０４】ウェハＷ上の先読みされた領域が露光位置
に到達したとき、図４に示された第３の計算及び駆動回
路５８が、検出ポイントＦＣ１及びＦＣ２でのＺ位置誤
差を検出するために、検出器ＧＤＣ１及びＧＤＣ２から
の検出信号を読み取る。例えば、ウェハＷ上の先読みさ
れた領域が、露光位置に到達する直前に図６Ｄに示され
たような状態にあるならば、検出器ＧＤＣ１は、検出ポ
イントＦＣ１でのＺ位置誤差を表す検出信号ＺＣ１を出
力する。一方、検出器ＧＤＣ２は、検出ポイントＦＣ２
でのＺ位置誤差を表す検出信号ＺＣ２を出力する。
【０１０５】次いで、第３の計算及び駆動回路５８は、
検出器ＧＤＣ１及びＧＤＣ２から供給される検出信号Ｚ
Ｃ１及びＺＣ２の値が、それぞれ、遅延して第２の計算
及び記憶回路５６から供給されるＺ位置目標値ΔＺ１及
びΔＺ２に等しくなるように、ウェハホルダーＷＨをＺ
方向においてチルト及び／または並進運動させるために
必要な、３つのＺ−アクチュエータ３２Ａ、３２Ｂ、及
び３２Ｃ用の駆動量を計算する。第３の計算及び駆動回
路５８は、前記計算された駆動量に対応する信号を、Ｚ
−アクチュエータ３２Ａ、３２Ｂ、及び３２Ｃに供給す
る。
【０１０６】ウェハＷの上面のショット領域ＳＡ１は、
それによって、露光位置で、最適な焦点面ＢＦＰに一致
するように正確に調節される。その結果、最適の結像状
態に維持されるべきレチクルＲのパターンの投影像ＳＩ
が、ショット領域のスキャニングモードで露光される。
【０１０７】第１の実施例におけるこの作動の間に、先
読み焦点検出系ＧＤＬにおける各検出器と、露光位置焦
点検出系ＧＤＣにおける各検出器とは、ウェハＷの表面
または環状の補助プレート部ＨＲＳの表面が、最適な焦
点面ＢＦＰに一致したとき、焦点誤差がないといことを
示す検出信号出力するように設定（較正）される。しか
しながら、検出器をそのような状態に厳密に設定するこ
とは困難である。特に、先読み焦点検出系ＧＤＬ（ＧＤ
Ｒ）における検出器ＧＤＡ１及びＧＤＡ２（ＧＤＤ１及
びＧＤＤ２）と、露光位置焦点検出器ＧＤＣ１及びＧＤ
Ｃ２との間の検出オフセットが、露光のためにウェハＷ
に形成されたパターン像に一様に焦点はずれをおこさせ
る。
【０１０８】そのため、検出器ＧＤＣ１がゼロの焦点誤
差を検出するＺ方向における高さ位置と、検出器ＧＤＡ
１（ＧＤＤ１）がゼロの焦点誤差を検出するＺ方向にお
ける高さ位置との間のオフセット値を、ウェハホルダー
ＷＨに設けられた反射ガラスプレート（すなわち、基準
プレート）のきわめて平坦度の高い表面上でこれらの検
出器により、焦点検出を同時に行うことによって、測定
し記憶するようにしてもよい。この表面は、構造ＨＲＳ
または構造ＨＲＳとは別体の他の構造とすることができ
る。その結果、Ｚ−アクチュエータ３２Ａ、３２Ｂ、及
び３２Ｃが、露光位置焦点検出器ＧＤＣ１及びＧＤＣ２
によって検出されたＺ位置誤差に基づいて駆動されると
き、記憶されたオフセット値により補正を行うことがで
きる。
【０１０９】本願発明の第２の実施例に係わる焦点及び
チルトセンサの構造を、次に、図７及び図８を参照して
説明する。第２の実施例に関しては、１／４縮小投影レ
ンズ系ＰＬの円形の視野に含まれる投影像ＳＩが、Ｙ方
向（スキャニング方向）において比較的に大きな最大幅
を備えており、それによって、ウェハＷの表面のＹ方向
へのチルトの影響、すなわち、ピッチング（縦揺れ）の
影響を考慮に入れるべき必要があるという状況が想定さ
れている。
【０１１０】露光位置焦点検出器ＧＤＣ１（図示せず）
が設けられており、図７に示されているように、露光位
置焦点検出器ＧＤＣ１は、２つの検出ポイントＦＣ１ａ
及びＦＣ１ｂを備えている。検出ポイントＦＣ１ａ及び
ＦＣ１ｂは、投影像ＳＩより上でＹ方向において延長線
ＬＬｃを中心として対称に配置されている。そして、も
う一つの露光位置焦点検出器ＧＤＣ２（図示せず）が、
設けられている。露光位置焦点検出器ＧＤＣ２は、２つ
の検出ポイントＦＣ２ａ及びＦＣ２ｂを備えている。検
出ポイントＦＣ２ａ及びＦＣ２ｂは、投影像ＳＩより下
でＹ方向において延長線ＬＬｃを中心として対称に配置
されている。さらに、先読み焦点検出器ＧＤＡ１と先読
み焦点検出器ＧＤＡ２（図示せず）とが設けられてい
る。先読み焦点検出器ＧＤＡ１は、２つの検出ポイント
ＦＡ１ａ及びＦＡ１ｂを備えている。検出ポイントＦＡ
１ａ及びＦＡ１ｂは、Ｙ方向において直線ＬＬａを中心
として対称に配置されている。先読み焦点検出器ＧＤＡ
２は、２つの検出ポイントＦＡ２ａ及びＦＡ２ｂを備え
ている。検出ポイントＦＡ２ａ及びＦＡ２ｂは、Ｙ方向
において直線ＬＬａを中心として対称に配置されてい
る。同様に、先読み焦点検出器ＧＤＤ１（図示せず）と
先読み焦点検出器ＧＤＤ２（図示せず）とが設けられて
いる。先読み焦点検出器ＧＤＤ１は、２つの検出ポイン
トＦＤ１ａ及びＦＤ１ｂを備えている。検出ポイントＦ
Ｄ１ａ及びＦＤ１ｂは、Ｙ方向において直線ＬＬｂを中
心として対称に配置されている。先読み焦点検出器ＧＤ
Ｄ２は、２つの検出ポイントＦＤ２ａ及びＦＤ２ｂを備
えている。検出ポイントＦＤ２ａ及びＦＤ２ｂは、Ｙ方
向において直線ＬＬｂを中心として対称に配置されてい
る。
【０１１１】先読み焦点検出器ＧＤＢｎ（ｎ＝１，２，
３）（図示せず）と、先読み焦点検出器ＧＤＥｎ（ｎ＝
１，２，３）（図示せず）とが、また、設けられてい
る。先読み焦点検出器ＧＤＢｎは、複数対の検出ポイン
トＦＢ１ａ、ＦＢ１ｂ；ＦＢ２ａ、ＦＢ２ｂ；ＦＢ３
ａ、ＦＢ３ｂを備えている。先読み焦点検出器ＧＤＥｎ
は、複数対の検出ポイントＦＥ１ａ、ＦＥ１ｂ；ＦＥ２
ａ、ＦＥ２ｂ；ＦＥ３ａ、ＦＥ３ｂを備えている。各対
の検出ポイントは、Ｙ方向において互いから離れて一定
の間隔をあけて設けられている。
【０１１２】図７に示された焦点検出系は、上述した第
１の実施例と同様な方法で、オフアクシス検出器ＧＤＣ
１及びＧＤＣ２の検出ポイントにおいて、先読みされた
各ショット領域の表面形状（すなわち、誤差量ΔＺｆと
ΔＴｘ）を補正するために必要な調節量（すなわち、目
標値ΔＺ１及びΔＺ２）を再生する。それによって、露
光領域の、Ｚ方向における焦点調節とＸ方向（ローリン
グ方向、すなわち横揺れ方向）におけるチルト調節とが
可能となっている。
【０１１３】この実施例において、先読み焦点検出系Ｇ
ＤＬ（ＧＤＲ）と露光位置焦点検出系ＧＤＣとは、Ｙ方
向において一定距離だけ間隔をあけて設けられた複数対
の検出ポイント（ＦＡｎａとＦＡｎｂ；ＦＢｎａとＦＢ
ｎｂ；ＦＣｎａとＦＣｎｂ；ＦＤｎａとＦＤｎｂ；ＦＥ
ｎａとＦＥｎｂ）を備えていることから、ピッチング方
向における先読みされたショット領域のチルト誤差量Δ
Ｔｙは、Ｙ方向において複数対を形成する検出ポイント
（．．．ｎａ、．．．ｎｂ）でのＺ位置誤差の間の差分
から検出でき、また、チルト誤差量ΔＴｙを含むショッ
ト領域の表面形状を補正するのに必要な調節量（すなわ
ち、目標値ΔＺＡ１、ΔＺＡ２）は、オフアクシス検出
器ＧＤＣ１及びＧＤＣ２の検出ポイント（ＦＣｎａ及び
ＦＣｎｂ）で再生できる。
【０１１４】図３に示された検出ポイントＦＢ１、ＦＢ
２、及びＦＢ３で焦点位置を検出するための検出器ＧＤ
Ｂ１、ＧＤＢ２、及びＧＤＢ３は、１／４縮小投影レン
ズ系ＰＬの下方部に固定することによって、互いに独立
した系として配置されている。しかしながら、少なくと
もこれら３つの検出器ＧＤＢ１、ＧＤＢ２、及びＧＤＢ
３は、共通の対物レンズ系を通して、検出ポイントＦＢ
１、ＦＢ２、及びＦＢ３で焦点位置を検出するように構
成することができる。図５に示された検出ポイントＦＢ
１、ＦＢ２、及びＦＢ３で焦点位置を検出するための３
つの検出器ＧＤＥ１、ＧＤＥ２、及びＧＤＥ３のグルー
プに関しても同じことが言える。
【０１１５】さらに、図７に示された６つの検出ポイン
トＦＢｎａ及びＦＢｎｂ（ｎ＝１，２，３）で焦点位置
を検出する６つの検出器のグループに関して、または、
６つの検出ポイントＦＥｎａ及びＦＥｎｂ（ｎ＝１，
２，３）で焦点位置を検出する６つの検出器の他のグル
ープに関して、同じ目的のために共通の対物レンズ系を
使用してもよい。そのために、複数の検出ポイントで焦
点位置を検出する検出器用の共通の対物レンズ系を使用
する構成を、図８を参照して簡単に説明する。
【０１１６】図８は、図７でＹ方向で見た、投影レンズ
と検出器との間の位置的な関係の略側面図である。検出
器は、図７に示された、６つの検出ポイントＦＢｎａ及
びＦＢｎｂ（ｎ＝１，２，３）と、４つの検出ポイント
ＦＡ１ａ、ＦＡ１ｂ、ＦＡ２ａ及びＦＡ２ｂとに対応し
ている。したがって、図８におけるウェハＷのスキャニ
ング方向は、当該図８の平面に対して直交する方向であ
る。図７のいちばん左の位置でＸ方向において一列に配
置された５つの検出ポイントＦＡ１ａ、ＦＢｎａ（ｎ＝
１，２，３）、及びＦＡ２ａが、図８に代表して示され
ている。もう１つの列の検出ポイントＦＡ１ｂ、ＦＢｎ
ｂ（ｎ＝１，２，３）、及びＦＡ２ｂは、（図８の紙面
に対して直交する方向において）５つの検出ポイントＦ
Ａ１ａ、ＦＢｎａ（ｎ＝１，２，３）、及びＦＡ２ａに
隣接している。この実施例において、これら１０個の検
出ポイントでの焦点位置が、対物レンズ系によって検出
される。
【０１１７】図８に示されているように、光源（例え
ば、発光ダイオード、レーザーダイオード、ハロゲンラ
ンプなど）を含む照明光学系８０Ａからの照明光ＩＬＦ
が、マルチスリットプレート８１Ａに形成された１０個
の小スリットの各々を通って発せられる。前記光源は、
ウェハＷ上のレジスト層が感光しない波長領域の光りを
発することができる。１０個の小スリットは、ウェハＷ
に設定された１０個の検出ポイントＦＢｎａ、ＦＢｎｂ
（ｎ＝１，２，３）、ＦＡ１ａ、ＦＡ１ｂ、ＦＡ２ａ、
及びＦＡ２ｂに対応して配置されている。小スリットの
透過光は、レンズ系８２Ａと反射鏡８３Ａとを通って、
投影系の対物レンズ８４Ａに入射する。そして、所望の
角度だけプリズム８５Ａによって偏向させられ、各検出
ポイントにスリット像が形成される。
【０１１８】照明光学系８０Ａ、マルチスリットプレー
ト８１Ａ、レンズ系８２Ａ、反射鏡８３Ａ、対物レンズ
８４Ａ、及びプリズム８５Ａは、斜入射光タイプの焦点
検出ユニットの投影系を構成している。図８に示され
た、マルチスリットプレート８１ＡからウェハＷにわた
る光路の実線は、小スリットから伝達された光りの主光
線を表しており、光路における点線は、検出ポイントＦ
Ｂ２ａ（またはＦＢ２ｂ）で結像される小スリット結像
光の典型的な結像光線ＳＬｆを表している。
【０１１９】ウェハＷ上の各検出ポイントで反射された
小スリット結像光の反射光は、プリズム８５Ｂ、対物レ
ンズ８４Ｂ、反射鏡８３Ｂ、及びレンズ系８２Ｂを通っ
て、受光スリットプレート８１Ｂで再び結像される。プ
リズム８５Ｂ、対物レンズ８４Ｂ、反射鏡８３Ｂ、及び
レンズ系８２Ｂは、前記投影系に対して概ね対称に配置
されている。投影マルチスリットプレート８１Ａに設け
られた前記小スリットに対応して配置された１０個の受
光用の小スリットが、受光スリットプレート８１Ｂに形
成されている。これらの受光用の小スリットを伝達した
光りは、受光装置８０Ｂによって受光される。受光装置
８０Ｂは、複数の光電検出素子となっている。
【０１２０】受光装置８０Ｂの複数の光電検出素子とし
て、１０個の光電検出素子が、ウェハ上の検出ポイント
での焦点位置を個々に検出できるように、受光スリット
プレート８１Ｂの小スリットの位置に対応して設けられ
ている。受光装置８０Ｂ、受光スリットプレート８１
Ｂ、レンズ系８２Ｂ、反射鏡８３Ｂ、対物レンズ８４
Ｂ、及びプリズム８５Ｂは、斜入射光タイプの焦点検出
ユニットの受光系を構成している。図８に示されたウェ
ハＷから受光スリットプレート８１Ｂに向かう光路の実
線は、ウェハＷによって通常的に反射された小スリット
の主光線を表している。光路における点線は、検出ポイ
ントＦＢ２ａ（またはＦＢ２ｂ）から受光スリットプレ
ート８１Ｂに向かう典型的な結像光線ＲＳｆを表してい
る。
【０１２１】図８に示された投影系と受光系は、一体的
に形成された金属製の部材に取り付けられている。それ
によって、構成要素の位置は、互いに対して正確に維持
されている。金属製の部材は、１／４縮小投影レンズ系
ＰＬのレンズバレル（鏡筒）に動かないように固定され
ている。同じ方法で構成されたもう一つの焦点検出ユニ
ットは、１／４縮小投影レンズ系ＰＬの反対側に配置さ
れており、図７に示された１０個の検出ポイントＦＥｎ
ａ、ＦＥｎｂ（ｎ＝１，２，３）、ＦＤ１ａ、ＦＤ２
ａ、ＦＤ１ｂ、及びＦＤ２ｂで、焦点位置を個々に検出
できるようになっている。
【０１２２】図７に示された前記一対の検出ポイントＦ
Ｃ１ａ及びＦＣ１ｂと、前記一対の検出ポイントＦＣ２
ａ及びＦＣ２ｂとに関して、図７のＹ方向（図８の紙面
に対して直交する方向）に配置された投影系と受光系の
各々を有する斜入射光タイプの焦点検出ユニットは、１
／４縮小投影レンズ系ＰＬのＸ方向における両側に設け
るようにしてもよい。焦点検出ポイントが図５に示され
たように配置された場合にも、図８に示された斜入射光
タイプの焦点検出ユニットを、同じように適用すること
ができる。
【０１２３】次に、本願発明の自動焦点合わせ／チルト
コントロール系が適用されるスキャニングアライナー
を、図９を参照して本願発明の第３の実施例にしたがっ
て説明する。この実施例は、大きな基板、例えば、直径
３００ｍｍあるいはそれ以上の直径を有する基板用のス
キャニングアライナーに適用可能である。前記スキャニ
ングアライナーは、１Ｘ（すなわち１倍の）投影光学系
を備えている。前記１Ｘの投影光学系は、第１段目のダ
イソン（Ｄｙｓｏｎ）タイプの（カダディオプトリック
（反射屈折））投影結像系と第２段目のダイソン（Ｄｙ
ｓｏｎ）タイプの投影結像系とのタンデム形の（縦に並
んだ）組み合わせで形成されている。第１段目のダイソ
ンタイプ（カダディオプトリック）の投影結像系は、一
対のプリズムミラーＰＭ１及びＰＭ２と、レンズ系ＰＬ
１と、凹面鏡ＭＲ１とを備えている。第２段目のダイソ
ンタイプの投影結像系は、一対のプリズムミラーＰＭ３
及びＰＭ４と、レンズ系ＰＬ２と、凹面鏡ＭＲ２とを備
えている。そのようなアライナーは、例えば、（Ｓｗａ
ｎｓｏｎなどに付与された）米国特許第５、２９８、９
３９号に開示されている。
【０１２４】図９に示されたアライナーにおいて、オリ
ジナルプレートとして設けられたマスクＭと、感光性基
板として設けられたプレートＰとは、キャリッジ１００
に一体的に支持されている。１Ｘ（単一の倍率）の投影
光学系の投影視野に対して図９で見てキャリッジ１００
を左または右に移動させ、また、マスクＭ及びプレート
Ｐをスキャン（走査）するように照明光ＩＬを移動させ
ることによって、マスクＭに設けられたパターンは、１
Ｘ（単一の倍率）の正立像としてプレートＰに転写され
る。
【０１２５】このタイプのアライナー用の投影光学系の
場合、プリズムミラーＰＭ１の入射面とマスクＭの表面
との間隔と、プリズムミラーＰＭ４の出射面とプレート
Ｐの上面との間隔を最小限にすることにより、結像性能
（種々の収差及び像ディストーション（像歪み））の悪
化を減少させることが望ましい。換言すれば、もし、こ
れらの間隔を十分に減少させることができるならば、光
軸ＡＸ１及びＡＸ２上に配置されたレンズ系ＰＬ１及び
ＰＬ２の設計は容易となる。そのため、所望の結像性能
を達成するために、プリズムミラーＰＭ１とマスクＭと
の間の間隔と、プリズムミラーＰＭ４とプレートＰとの
間の間隔と、を減少することが必要である。
【０１２６】この状態を考慮して、この投影によって投
影されたパターン像の焦点合わせをし、そしてパターン
像のチルト調節をするために、第１の実施例（図３）や
第２の実施例（図７、図８）のような露光位置オフアク
シスタイプの焦点検出系ＧＤＣと先読み焦点検出系ＧＤ
Ｌ及びＧＤＲとが、図９に示すようにプリズムミラーＰ
Ｍ４の周囲に設けられており、これによって、プレート
ＰをＺ方向及びチルト方向にわずかに移動させることに
より、プレートＰの表面と最適な焦点面ＢＦＰとをプリ
ズムミラーＰＭ４の真下の露光位置で正確に一致させる
ことができる。
【０１２７】さらに、図９に示されたように、先読み焦
点検出系ＧＤＬ’及びＧＤＲ’と、露光位置オフアクシ
スタイプの焦点検出系ＧＤＣ’とを、マスクＭに面する
ように、マスクＭ側でプリズムミラーＰＭ１の周囲に配
置することができる。これらの焦点検出系によって、プ
リズムミラーＰＭ１に対する照明光ＩＬで照らされるマ
スクＭの領域の焦点誤差とチルト誤差とを検出でき、ま
た、これと同時に、Ｚ方向におけるわずかなずれ（像面
の焦点ずれ）と、プリズムミラーＰＭ４から所定のワー
キングディスタンスだけ離れた箇所に形成される最適な
焦点面（すなわち、レチクルＲの共役面）のチルトずれ
（像面の傾き）と、を測定することができる。
【０１２８】したがって、図９に示されたアライナーに
おいて、マスクＭのパターンが投影光学系によって最適
な状態で投影され結像される像面と、プレートＰの表面
とが、スキャニング露光の間、高精度に互いに対して一
致するように調節することができる。
【０１２９】図９に示されたアライナーは、マスクＭと
プレートＰとを垂直方向に立設するように構成すること
ができる。図１０は、スキャニングアライナーの典型的
な構造の斜視図である。このスキャニングアライナー
は、垂直方向に設けられた、すなわち縦置きのキャリッ
ジを備えている。縦置きのキャリッジは、マスクＭ及び
プレートＰを垂直方向に（すなわち、縦置きに）保持
し、また、投影光学系に対してマスクＭ及びプレートＰ
を一体的に移動させて、スキャニング（すなわち、走
査）できるようにしている。この態様で垂直方向に保持
されたマスクＭ及びプレートＰを有するスキャニングア
ライナーが、例えば、特開平８−１６２４０１に開示さ
れている。
【０１３０】図１０を参照すると、縦置きタイプのスキ
ャニングアライナーの全体が、固定ベース１２０Ａ上に
構成されている。固定ベース１２０Ａは、固定ベース１
２０Ａの４つのコーナー部とフロアとの間に介在された
防振装置を備えたフロアに配置されている。サイドフレ
ーム部１２１Ａ及び１２１Ｂが、垂直方向（Ｘ方向）に
立設するように、固定ベース１２０Ａの両側部に設けら
れている。マスクＭが、サイドフレーム部１２１Ａの内
側に設けられている。一方、プレートＰが、サイドフレ
ーム部１２１Ｂの内側に設けられている。そのため、開
口部がサイドフレーム部１２１Ａに形成されている。サ
イドフレーム部１２１Ａのこの開口部には、照明ユニッ
ト１２２の端部が図示のように挿入されている。照明ユ
ニット１２２は、露光用の照明光でマスクＭを照らしマ
スクとプレートとのアライメントを行う光学系を備えて
いる。
【０１３１】ガイドベース部１２３が、サイドフレーム
部１２１Ａと１２１Ｂとの間でスキャニング方向（Ｙ方
向）に伸長するように、固定ベース１２０Ａに設けられ
ている。２つの真っすぐなガイドレール１２３Ａ及び１
２３Ｂが、互いに平行なＹ方向に伸長するように、ガイ
ドベース部１２３に形成されている。縦置きキャリッジ
１２５が、Ｙ方向に往復移動できるように、ガイドレー
ル１２３Ａ及び１２３Ｂ上で、流体ベアリングや磁気浮
動式ベアリングによって支持されている。縦置きキャリ
ッジ１２５は、平行に配置された２つリニアモーター１
２４Ａ及び１２４Ｂによって非接触式にＹ方向に駆動さ
れる。リニアモーター１２４Ａ及び１２４Ｂは、ガイド
ベース部１２３に固定された固定子を備えている。
【０１３２】縦置きキャリッジ１２５は、マスク側キャ
リッジ部１２５Ａとプレート側キャリッジ部１２５Ｂと
を備えている。マスク側キャリッジ部１２５Ａは、マス
クＭを保持するためにサイドフレーム部１２１Ａの内側
で垂直方向に形成されている。プレート側キャリッジ部
１２５Ｂは、プレートＰを保持するためにサイドフレー
ム部１２１Ｂの内側で垂直方向に形成されている。マス
クテーブル１２６Ａが、マスク側キャリッジ部１２５Ａ
に設けられている。マスクテーブル１２６Ａは、マスク
Ｍを保持しながら、ＸＹ平面でＸ方向またはＹ方向にマ
スクＭをわずかに動かし、あるいは、回転（θ）方向に
マスクＭをわずかに動かすことができる。さらに、マス
クテーブル１２６Ａは、マスクＭを保持しながら、Ｚ方
向にマスクＭをわずかに動かすことができる。他方、プ
レートステージ１２６Ｂが、プレート側キャリッジ部１
２５Ｂに設けられている。プレートステージ１２６Ｂ
は、プレートＰを保持しながら、ＸＹ平面でＸ方向また
はＹ方向にプレートＰをわずかに動かし、あるいは、回
転（θ）方向にプレートＰをわずかに動かすことができ
る。さらに、マスクテーブル１２６Ａは、プレートＰを
保持しながら、Ｚ方向にプレートＰをわずかに動かすこ
とができる。
【０１３３】上述した特開平８−１６２４０１に開示さ
れているような投影光学系ＰＬが、この実施例において
使用されている。投影光学系ＰＬは、複数組の（例え
ば、７組の）「１Ｘ（１倍）」正立像タイプのダブルダ
イソン（Ｄｙｓｏｎ）系を、Ｘ方向に直交する方向に配
置することによって構成されている。複数組のダブルダ
イソン（Ｄｙｓｏｎ）系は、ケーシング内で一体的に組
合わされ且つ収容されている。ケーシングは、ＸＺ平面
で見てほぼＴ字形となっている。このように構成された
投影光学系ＰＬは、対向したサイドフレーム部１２１Ａ
及び１２１Ｂの上側端部から垂下することによって取り
付けられている。それによって、マスクＭ及びプレート
Ｐからの所定の作動距離が維持されている。
【０１３４】図９に示されているように、投影光学系Ｐ
Ｌの全ケーシングにおいて、マスクＭ側の焦点検出系Ｇ
ＤＣ’、ＧＤＬ’、及びＧＤＲ’がマスクＭに面するよ
うにマスクＭ側に設けられており、プレートＰ側の焦点
検出系ＧＤＣ、ＧＤＬ、及びＧＤＲがプレートＰに面す
るようにプレートＰ側に設けられている。先読み焦点検
出系ＧＤＬ、ＧＤＬ’、ＧＤＲ、及びＧＤＲ’によって
画定された検出ポイントは、複数組のダブルダイソン
（Ｄｙｓｏｎ）系の投影視野に一致するように設定する
ことができ、または、投影視野の配置にかかわりなく所
定の間隔で配置することができる。
【０１３５】図１１は、図１０に示された投影光学系Ｐ
Ｌのケーシングに設けられたマスクＭ側の焦点検出系Ｇ
ＤＣ’、ＧＤＬ’、及びＧＤＲ’の検出器のレイアウト
の一例の斜視図である。複数組のダブルダイソン（Ｄｙ
ｓｏｎ）系の有効な投影視野ＤＦ１、ＤＦ２、ＤＦ３、
ＤＦ４、ＤＦ５・・・・・は、スキャニング方向に直交
するＸ方向に細長い台形状の領域として設定されてい
る。台形状の投影視野ＤＦｎ（ｎ＝１、２、３・・・）
は、各隣接する対のダブルダイソン（Ｄｙｓｏｎ）系の
台形状の投影視野が、Ｘ方向で見て傾斜側だけ互いに重
なるように配置されている。
【０１３６】マスクＭ側に設けられた投影視野ＤＦｎの
みが、図１１に図示されているが、プレートＰ側の投影
視野も同じように配置されている。例えば、図１１に示
された投影視野ＤＦ２は、２つの凹面鏡ＭＲ２ａ及びＭ
Ｒ２ｂを含む、図９に示されたようなダブルダイソン
（Ｄｙｓｏｎ）系によって画定されている。投影視野Ｄ
Ｆ４は、２つの凹面鏡ＭＲ４ａ及びＭＲ４ｂを含むダブ
ルダイソン（Ｄｙｓｏｎ）系によって画定されている。
【０１３７】図１１に示されたように、先読み焦点検出
系ＧＤＬ’用の検出器ＧＤＡ１’，ＧＤＢ１’ＧＤＢ
２’・・・、ＧＤＡ２’（ＧＤＡ２’は図１１に示され
ていない）と、先読み焦点検出系ＧＤＲ’用の検出器Ｇ
ＤＤ１’，ＧＤＥ１’ＧＤＥ２’・・・、ＧＤＤ２’
（ＧＤＤ２’は図１１に示されていない）とが、複数の
投影視野ＤＦｎの両側（スキャニング方向に対して前側
及び後ろ側）に配置されている。また、露光位置焦点検
出器ＧＤＣ１’及びＧＤＣ２’（検出器ＧＤＣ２’は、
図１１に図示されていない）が、スキャニング方向に対
して直交するＸ方向における、複数の投影視野ＤＦｎの
全体のアレイ（配列）の両端に配置されている。
【０１３８】上述した焦点検出器の各々は、例えば、空
気マイクロメータタイプの静電気ギャップセンサとなっ
ている。上述した焦点検出器の各々は、代わりに、斜入
射光タイプの焦点検出器とすることもできる。マスクＭ
で検出を行う焦点検出器のみが、図１１に図示されてい
るが、複数の検出器が、プレートＰを検出できるよう
に、同様に、焦点検出系ＧＤＣ、ＧＤＬ、及びＧＤＲに
配置されている。
【０１３９】複数組のダブルダイソン（Ｄｙｓｏｎ）系
の種々の光学的な特性を調節するするための調節部ＫＤ
１及びＫＤ２が、図１１に示された投影光学系ＰＬのケ
ーシングのサイド部に設けられている。そのため、も
し、マスクＭ側またはプレートＰ側における最適な焦点
面の位置が、光学的な特性調節によって図１１のＺ方向
において変化したならば、Ｚ方向位置を調節する機構、
すなわち、各焦点検出器によって最適な焦点面として検
出された機械的な（光学的な）焦点オフセットを設定す
る機構が設けられる。
【０１４０】この機構は、例えば、光路の長さを光学的
に変えるように、Ｚ方向における焦点検出器の位置を機
械的に調節する機構とすることができる。または、この
機構は、例えば、光路の長さを光学的に変えるように、
最適な焦点位置として評価された位置を焦点検出器によ
ってＺ方向に光学的に調節する機構とすることができ
る。代わりに、マスクまたはプレートは、焦点誤差を表
す検出信号に応じてＺ方向に焦点合わせを行うことがで
きるように、自動的に調節される。そして、オフセット
が、Ｚ方向において、その移動された位置に加えられ
る。
【０１４１】次に、本願発明にかかわる第４の実施例
を、図１２を参照して説明する。この実施例は、投影レ
ンズ系ＰＬの投影端部を、上述したように液体に浸しな
がら投影露光を行う装置に適用可能となっている。図１
２は、前記装置のうち投影レンズ系ＰＬの端からウェハ
ホルダーＷＨまでの部分の断面図である。
【０１４２】平坦な下面Ｐｅと凸状の上面とを備えた正
レンズ素子ＬＥ１が、レンズバレル（鏡筒）の内側の、
投影レンズ系ＰＬの端に固定されている。この正レンズ
素子ＬＥ１の下面Ｐｅは、レンズバレルのいちばん端の
端面と同一平面となるように仕上げ加工されている。そ
の結果、液体ＬＱの流れの乱れが、最小限度になってい
る。液体ＬＱに浸された投影レンズ系ＰＬのレンズバレ
ル端部に、図１に示されたものと同様な、先読み焦点検
出系ＧＤＬ及びＧＤＲと露光位置焦点検出系ＧＤＣとか
らなる検出器が取り付けられている。その結果、それら
のいちばん端の端部が、液体ＬＱに浸されている。
【０１４３】真空吸引によってウェハＷの裏面を引きつ
ける複数の吸引面１１３が、ウェハホルダーＷＨの中央
内側底部に形成されている。より具体的に説明すれば、
吸引面１１３は、複数の円形帯状のランド部を備えてい
る。円形帯状のランド部は、高さが約１ｍｍとなってい
る。また、円形帯状のランド部は、ウェハＷの直径方向
に所定のピッチをもって、互いに同心状に形成されてい
る。円形のランド部の中央部分に形成された溝の各々
は、ウェハホルダーＷＨの管１１２に連通している。管
１１２は、真空吸引を行う真空源に接続されている。
【０１４４】この実施例において、投影レンズ系ＰＬの
端にある正レンズ素子ＬＥ１の下面Ｐｅと、最適な焦点
状態におけるウェハＷの上面（または、補助プレート部
ＨＲＳの上面）との間の間隔（実質的な作動距離）、す
なわち、投影光路が形成される液体ＬＱの厚さは、５ｍ
ｍまたはそれ以下に設定されている。したがって、ウェ
ハホルダーＷＨに満たされた液体ＬＱの深さＨｑは、こ
の厚さ（５ｍｍまたはそれ以下）よりも２倍ないし数倍
大きくすることができる。そして、ウェハホルダーＷＨ
の周囲端に垂直に形成された壁部ＬＢの高さは、約１０
ｍｍないし２５ｍｍとなっている。したがって、この実
施例においては、投影レンズ系ＰＬのワーキングディス
タンスに対応する結像光路における液体ＬＱの厚さが減
少され、その結果、ウェハホルダーＷＨに満たされた液
体ＬＱの全容積はより小さくなり、液体［ＬＱ］の温度
制御がより容易となっている。
【０１４５】投影光路が形成される液体ＬＱの領域にお
いて、露光光がその領域を通過するとき、照明エネルギ
ーが吸収される。その結果、放射熱変動がに起こり易く
なっている。もし、液体ＬＱの深さＨｑが小さいなら
ば、そのような放射熱変動による温度上昇が容易に生
じ、温度制御の安定性が減少するという悪影響が生じて
しまう。そのような場合において、大量液体層における
放射熱変動の影響を消失させるために、液体ＬＱの深さ
Ｈｑの値を実質的なワーキングディスタンスの数倍の値
に設定することによって、良好な効果を得ることができ
る。
【０１４６】焦点検出系ＧＤＬ、ＧＤＲ、及びＧＤＣを
光学的なタイプの検出系として図１２に示されたような
液浸式の投影系に設けるために、ウェハＷの表面や補助
プレート部ＨＲＳの表面に斜めに入射する投影ビーム
（光束）と、この表面から反射されたビームとが、液体
ＬＱと空気との間の界面を交差するのを防止している。
そのため、そのような液浸式の投影タイプのアライナー
に適した焦点／チルト検出系の一例を、図１３を参照し
て説明する。
【０１４７】図１３は、投影レンズ系ＰＬの付近に配置
された焦点検出系ＧＤＬの構成を示している。他の焦点
検出系ＧＤＲ及びＧＤＣは、焦点検出系ＧＤＬが構成さ
れているのと同様に構成されている。図１３において、
図１２に示された構成要素と同じ構成要素は、同じ参照
符号や参照数字によって示されている。
【０１４８】図１３を参照すると、ガラスブロックで形
成されたプリズムミラー２００が、投影レンズ系ＰＬの
周辺部付近に固定されている。プリズムミラー２００は
下方部を備えており、その下方部は液体ＬＱに浸されて
いる。プリズムミラー２００は、反射面２００ａ及び２
００ｂを備えている。反射面２００ａ及び２００ｂの一
部は、液体ＬＱに浸されている。プリズムミラー２００
は、また、平坦面２００ｃ及び２００ｄを備えている。
投影されるビームや反射されるビームは、平坦面２００
ｃ及び２００ｄを通って、プリズムミラー２００のガラ
スから液体ＬＱ内に進み、あるいは、液体ＬＱからガラ
ス内に進む。プリズムミラー２００は、また、平坦な上
面を備えている。
【０１４９】マルチスリットプレート２０５が、コンデ
ンサーレンズまたは円筒形レンズ２０３を通して、発光
ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）の
ような光源２０２からの（ウェハＷ上のレジストに対し
て化学線作用のない波長を有する）光りＬＫで照らされ
ている。これによって、焦点／チルト検出用の投影ビー
ムが形成されている。焦点検出系ＧＤＬの検出ポイント
（領域）ＦＡｎ及びＦＢｎに対応する複数の透過スリッ
トが、マルチスリットプレート２０５に形成されてい
る。各透過スリットからの光りは、ビームスプリッター
２０７によって反射され、そして、対物レンズ２０９に
入射して、ウェハＷの上面にスリット像を形成する結像
ビームとして収束する。
【０１５０】対物レンズ２０９から出た結像ビームは、
プリズムミラー２００の上端面を通ってプリズムミラー
２００に入り、反射面２００ａによって通常のように反
射し、平坦面２００ｃを通って液体ＬＱに入り、ウェハ
Ｗの表面に斜めから入射し、これによって、ウェハＷを
照らしている。ウェハＷによっ反射されたビームは、反
対側の平坦面２００ｄを通ってプリズムミラー２００に
入り、反射面２００ｂによって通常のように反射され、
プリズムミラー２００の上端面を通ってプリズムミラー
２００から出て進む。この反射された光ビームは、対物
レンズ２１１を通過し、対物レンズ２１１の瞳孔位置に
配置された反射ミラー２１３によって反射される。
【０１５１】反射ミラー２１３によって反射されたビー
ムは、対物レンズ２１１を通って反対方向に進み、再
び、プリズムミラー２００の反射面２００ｂと平坦面２
００ｄを経て進み、再びウェハＷを照らす。ウェハＷに
よって再び反射された光ビームは、プリズムミラー２０
０の平坦面２００ｃと反射面２００ａとを経て進み、ビ
ームスプリッター２０７を通過して、光電検出器２１５
に入射する。光電検出器２１５は、マルチスリットプレ
ート２０５に対応する光を受光する複数の素子となって
いる。光電検出器２１５は、それぞれ、検出ポイントＦ
Ａｎ及びＦＢｎに関する検出信号を別々に出力する。
【０１５２】したがって、図１３に示された焦点／チル
ト検出系は、ウェハＷによって反射された投影ビームが
ウェハＷによって再反射される複光路系として配置され
ている。そのため、その焦点／チルト検出系は、単一光
路系と比較して、Ｚ方向におけるウェハＷの表面位置の
誤差検出に関して、より高い感度を備えることができ
る。
【０１５３】この実施例において、ガラスブロック（プ
リズムミラー２００）が、焦点／チルト検出系のいちば
ん端に設けられており、また、そのガラスブロックは、
その一部が液体ＬＱに浸されるように位置決めされてい
る。その結果、投影ビームと反射ビームとは、液体ＬＱ
と空気との間のいかなる界面を通過することはない。し
たがって、これにより、安定したビームの光路が設けら
れている。さらに、投影ビームまたは反射ビームが通過
する液体ＬＱの光路の有効長さは、プリズムミラー２０
０によって減少し、それによって、Ｚ位置を測定すると
き、液体ＬＱの温度変化により精度の低下を避けること
ができる。
【０１５４】図１及び図５に示したウェハホルダーＷＨ
の構造の変更例を、図１４及び図１５を参照して説明す
る。図１４は、液浸式の露光を行う投影露光装置に取り
付けられるウェハホルダーＷＨの断面図である。この例
においては、圧電素子のような微動調節可能なＺ−駆動
ユニット２２０が設けられている。Ｚ−駆動ユニット２
２０は、ウェハＷを支持する吸引面１１３を囲む補助プ
レート部ＨＲＳをわずかに移動させることができる。微
動調節可能なＺ−駆動ユニット２２０は、約数十マイク
ロメートルのストークだけ、Ｚ方向に補助プレート部Ｈ
ＲＳを移動させる。
【０１５５】もし、ウェハホルダーＷＨの吸引面１１３
上に設けられたウェハＷの表面の高さと補助プレート部
ＨＲＳの表面のＺ方向における高さとの間の差が、許容
差よりも大きいならば、このＺ−駆動ユニット２２０を
使用して、補助プレート部ＨＲＳの表面の高さを補正し
て、前記許容差よりも小さい値に前記差を減少させるこ
とができる。
【０１５６】図５を参照して上述したように、補助プレ
ート部ＨＲＳの表面は、ウェハＷの周辺部のショット領
域ＳＡ１が露光されるとき、ウェハＷの外側に設けられ
た焦点検出ポイントＦＡ１（または、ＦＡ２）、ＦＣ１
（またはＦＣ２）、及びＦＤ１（またはＦＤ２）用の代
替的な検出表面として機能している。しかしながら、ウ
ェハＷの内側のショット領域ＳＡ２（図５参照）が露光
されるとき、これらの焦点検出ポイントはウェハＷ上に
位置決めされる。そのため、補助プレート部ＨＲＳの表
面及びウェハＷの表面の一方の上に独占的に位置決めさ
れない検出ポイントを有する焦点検出器ＧＤＡ１、ＧＤ
Ａ２、ＧＤＣ１、ＧＤＣ２、ＧＤＤ１、及びＧＤＤ２
は、これらの表面の各々の上でＺ位置が正確に測定され
なければならない。すなわち、補助プレート部ＨＲＳの
表面及びウェハＷの表面のＺ方向における位置が、各焦
点検出器ＧＤＡｎ、ＧＤＣｎ、及びＧＤＤｎの線形焦点
測定範囲内に位置している必要がある。
【０１５７】例えば、もし、焦点検出器の線形焦点測定
範囲が±１０マイクロメートルならば、補助プレート部
ＨＲＳの表面及びウェハＷの表面のＺ位置ずれは、数マ
イクロメートルの範囲内に制限される。しかしながら、
ウェハの厚さは、ＳＥＭＩ（半導体製造装置材料協会）
標準によって決定された公差で変化する。使用可能な全
てのウェハの厚さを数マイクロメートルの範囲内に制限
することは困難である。
【０１５８】そのため、露光される前に、ウェハＷが図
１４に示されたウェハホルダーＷＨに引きつけられたと
き、ウェハＷ表面の適切な部分のＺ位置（例えば、周辺
ショット領域の中央部分）と補助プレート部ＨＲＳの表
面のＺ位置との間の差が、焦点検出系（ＧＤＬ、ＧＲ
Ｄ、ＧＤＣ）の１つを使用することによって測定され、
その後、露光が行われる。もし、その差が許容範囲（例
えば、数マイクロメートル）を越えているならば、図１
４に示された微動調節可能なＺ−駆動ユニット２２０を
制御することによってその差が許容範囲内に収まるよう
に、補助プレート部ＨＲＳの高さが調節される。図１４
に示されたウェハホルダーＷＨが液体ＬＱで満たされる
ことから、微動調節可能なＺ−駆動ユニット２２０は防
水処理されており、これによって、液体の当該ユニット
への入り込みが防止されている。
【０１５９】次に、図１５に示された構成を説明する。
図１５は、大気中でウェハを露光するのに適した、ウェ
ハホルダーＷＨとＺＬステージ３０とを備えた構造の変
更例の断面図である。図１４に示された構成要素に対応
する構成要素が、同じ参照符号や参照数字によって示さ
れている。図１５を参照すると、ウェハホルダーＷＨ
は、チャックとして構成されている。ウェハＷを支持す
るための吸引面１１３のみがウェハホルダーＷＨに形成
されている。ウェハホルダーＷＨはＺＬステージ３０に
固定されている。
【０１６０】補助プレート部ＨＲＳが、微動調節可能な
Ｚ−駆動ユニット２２０によってＺＬステージ３０に取
り付けられている。Ｚ−駆動ユニット２２０は、補助プ
レート部ＨＲＳとＺＬステージ３０との間に介在されて
いる。Ｚ方向とチルト運動方向にＺＬステージ３０を駆
動する３つのＺ−アクチュエーター３２Ａ、３２Ｃ、及
び３２Ｂ（３２Ｂは図１５に図示せず）の各作用ポイン
トＰＶが、ウェハホルダーＷＨのウェハ取付面（吸引面
１１３）と実質的に同じ高さにあるＺＬステージ３０の
周辺部のポイントに設定されている。
【０１６１】また、図１５に示されているように、補助
プレート部ＨＲＳの高さは、図１４に示されたのと同じ
方法で、微動調節可能なＺ−駆動ユニット２２０を使用
することによって、ウェハＷの上面の高さに調節され
る。作用ポイントＰＶの高さは、ウェハ表面と同じ高さ
に設定される。図１５に示されたＺＬステージ３０の構
造とＺ−アクチュエーター３２Ａ、３２Ｃ、及び３２Ｂ
の構造は、図１に示されたアライナーにも適用可能であ
る。また、図１４のウェハホルダーＷＨを図１５のＺＬ
ステージ３０に取り付けることにより、液浸式の投影露
光装置や液浸式の投影露光方法に適した焦点合わせ及び
チルト運動ステージを形成することができる。
【０１６２】本願発明は、露光装置への適用に関して説
明した。しかしながら、上述した実施例は、本願発明の
範囲を離れることなしに、種々の方法で変更することが
できる。例えば、大気中で投影露光を行うアライナーの
場合に、焦点検出系ＧＤＬ、ＧＤＲ、及びＧＤＣは、静
電容量タイプのギャップセンサや空気マイクロメータタ
イプのギャップセンサを備えることができる。また、本
願発明は、例えば、露光光として、水銀放電ランプから
放出されるｇ線（４６３ｎｍ）またはｉ線（３６５ｎ
ｍ）やＫｒＦエキシマーレーザーから放出されるパルス
光（２４８ｎｍ）を使用する、ステップアンドリピート
タイプ、ステップアンドスキャンタイプ、及び「１Ｘ
（１倍）」スキャニングタイプのどのタイプの投影アラ
イナーにも適用可能である。
【０１６３】本願発明によれば、投影アライナーに取り
付けられた投影光学系のワーキングディスタンスがきわ
めて小さい値に設定されている一方で、露光位置での正
確な焦点合わせやチルト制御を実現することができ、そ
れによって、投影光学系の光学設計における種々の収差
の補正やディストーションの補正が容易となり、像面の
近くに位置決めされた透明な光学素子のサイズを特に小
さくできる。
【０１６４】本願発明の上述した実施例にかかわる焦点
合わせ／チルト制御系の各々は、一定のタイプの投影露
光装置に適用可能である。しかしながら、本願発明は、
また、ビーム加工（製造）装置、描画装置、及び検査装
置などのための焦点／チルト検出系にも適用可能であ
り、半導体製造に限定されるものではない。これらのビ
ーム加工装置、描画装置、及び検査装置には、光学的ま
たは電気光学的な対物レンズ系が設けられている。本願
発明は、基板、被検物、または被加工物上の焦点を検出
するための焦点検出系として、前記光学的または電気光
学的な対物レンズ系に適用できる。
【０１６５】図１６は、レーザービームや電子ビームで
被加工物を加工する装置あるいは被加工物上にパターン
を描画する装置の対物レンズ光学系に適用された焦点検
出系の構成を示している。図１７は、図１６に示された
焦点検出系の検出ポイントの平坦なレイアウトを示して
いる。
【０１６６】図１６を参照すると、加工または描画用の
ビームＬＢＷが、スキャニングミラー３００によって、
一次元的にまたは二次元的に偏向させられ、そして、レ
ンズ系３０１、固定ミラー３０２、及びレンズ系３０３
を通って、ビームスプリッター３０４に入射する。ビー
ムＬＢＷは、ビームスプリッター３０４によって反射さ
れ、わずかなワーキングディスタンスを有する高解像度
の対物レンズ系３０５に入射する。ビームＬＢＷは、対
物レンズ系３０５によって、被加工物ＷＰ上の、所定の
形状（例えば、可変長方形形状）を有する小さなスポッ
トに集光される。
【０１６７】被加工物ＷＰは、図１４または図１５に示
されたようなものと同じウェハホルダーＷＨに引きつけ
られ、固定されている。補助プレート部ＨＲＳは、被加
工物ＷＰの周囲でウェハホルダーＷＨに一体的に取り付
けられている。ウェハホルダーＷＨは、図示されていな
いＸＹＺ−ステージに固定されており、このＸＹＺ−ス
テージは、水平方向や図１６で見て紙面に対して直交す
る方向に二次元的に移動可能となっている。ウェハホル
ダーＷＨは、また、垂直方向（Ｚ−方向）にわずかに移
動して、焦点合わせができるようになっている。
【０１６８】図１６に示された装置には、また、観測、
アライメント、または照準合わせ用の照明光を発するた
めの光ファイバー３１０と、上記ビームスプリッター３
０４に照明光を案内するビームスプリッター３１１及び
レンズ系３１２と、受光装置（例えば、フォトマルチプ
ライヤー、撮像管、ＣＣＤなど）３１４とが設けられて
いる。受光装置３１４は、被加工物ＷＰから、対物レン
ズ系３０５を通して得られた、反射光や散乱し回折した
光などを光電的に検出できるようになっている。
【０１６９】先読み焦点検出系ＧＤＬ及びＧＤＲと、加
工位置焦点検出系ＧＤＣとが、対物レンズ系３０５の周
囲に設けられている。図１７は、対物レンズ系３０５の
視野３０５Ａと、視野３０５Ａの周辺に配置された焦点
検出系の検出ポイントの平坦なレイアウトを示してい
る。便宜上、視野３０５Ａの中心は、ＸＹ座標系の原点
に設定されている。視野３０５Ａの長方形領域は、スキ
ャニングミラー３００によって引き起こされるビームＬ
ＢＷの偏向により、該ビームＬＢＷのスポットがスキャ
ン（すなわち、走査）する範囲を示している。
【０１７０】焦点検出器ＧＤＡ１、ＧＤＢｎ、及びＧＤ
Ａ２が、対物レンズ系の視野３０５Ａの左側サイド上に
配置されており、その結果、検出ポイントＦＡ１、ＦＢ
１、ＦＢ２、ＦＢ３、及びＦＡ２が、Ｙ軸に平行な列と
なるように設定されている。また、焦点検出器ＧＤＤ
１、ＧＤＥｎ、及びＧＤＤ２が、視野３０５Ａの右側サ
イド上に配置されており、その結果、検出ポイントＦＤ
１、ＦＥ１、ＦＥ２、ＦＥ３、及びＦＤ２が、Ｙ軸に平
行な列となるように設定されている。
【０１７１】一方、焦点検出器ＧＤＣ１が視野３０５Ａ
の上方に設けられている。そして、３つの検出ポイント
ＦＤ１ａ、ＦＤ１ｂ、及びＦＤ１ｃが、２つの検出ポイ
ントＦＡ１及びＦＤ１を通りＸ軸に平行なライン上に配
置されるように、焦点検出器ＧＤＣ１は設定されてい
る。他方、焦点検出器ＧＤＣ２が視野３０５Ａの下方に
設けられている。そして、３つの検出ポイントＦＤ２
ａ、ＦＤ２ｂ、及びＦＤ２ｃが、２つの検出ポイントＦ
Ａ２及びＦＤ２を通りＸ軸に平行なライン上に配置され
るように、焦点検出器ＧＤＣ２は設定されている。この
実施例において、被加工物ＷＰがＸ方向に移動する間、
一組の焦点検出器ＧＤＡ１、ＧＤＢｎ、及びＧＤＡ２
と、一組の焦点検出器ＧＤＤ１、ＧＤＥｎ、及びＧＤＤ
２とが、焦点先読み機能として選択される。一方、被加
工物ＷＰがＹ方向に移動する間、焦点先読み機能は、一
組の焦点検出器ＧＤＡ１、ＧＤＣ１、及びＧＤＤ１と、
一組の焦点検出器ＧＤＡ２、ＧＤＣ２、及びＧＤＤ２と
を選択することによって達成される。この実施例は、焦
点検出器ＧＤＢｎ、ＧＤＣ１、ＧＤＣ２、及びＧＤＥｎ
の検出ポイントを変えることにより、加工位置の焦点を
検出できるように構成されている。例えば、被加工物Ｗ
Ｐが、図１６の左側サイドから右側サイドにかけてＸ軸
に沿って移動するとき、検出ポイントＦＡ１、ＦＢ１、
ＦＢ２、ＦＢ３、及びＦＡ２を使用して先読みを行いな
がら、検出ポイントＦＤ１ａ及びＦＤ２ａと、検出ポイ
ントＦＤ１ｂ及びＦＤ２ｂと、検出ポイントＦＤ１ｃ及
びＦＤ２ｃとからなる３対の検出ポイントのうち一対の
検出ポイントを、加工位置の焦点を検出するために選択
することができる。
【０１７２】この構成は、下記の効果を達成できるよう
に意図されている。すなわち、加工用または描画用の光
ビームＬＢＷのスポット位置が、スキャニング範囲３０
５Ｂで変化する。そのため、例えば、光ビームＬＢＷの
スポットが、図１７に示されるようなスキャニング範囲
３０５Ｂの最も左端に位置決めされたとき、２つの検出
ポイントＦＤ１ａ及びＦＤ２ａを選択して、加工位置の
焦点検出を行うことができる。光ビームＬＢＷのスポッ
トが、スキャニング範囲３０５Ｂの最も右端に位置決め
されたとき、２つの検出ポイントＦＤ１ｃ及びＦＤ２ｃ
を選択して、加工位置の焦点検出を行うことができる。
【０１７３】この方法において、焦点制御やチルト制御
の再現性と精度とが改善される。図１６に示されたホル
ダーＷＨは、ＸＹステージ上で、焦点合わせ（Ｚ）方向
とチルト運動方向にわずかに移動する。この移動を行う
ための駆動系と制御系として、実質的な変更を行うこと
なしに図４に示されたものを使用できる。
【０１７４】上述したように、図１６及び図１７に示さ
れた焦点検出系は、被加工物ＷＰの二次元運動方向の各
々において焦点の先読み検出ができるように、また、加
工位置に関する焦点検出ポイントが、視野３０５Ａにお
けるビームスポットの位置に応じて選択できるように構
成されている。その結果、被加工物ＷＰの周辺部でさえ
も、正確に焦点合わせがなされた状態で精密に加工（結
像）され、または、パターン結像が、そのような状態で
被加工物ＷＰ上に行われる。
【０１７５】本願発明の焦点／チルト検出系が適用可能
な検査装置の概要を、図１８を参照して説明する。図１
８は、フォトリソグラフィー用のマスクやレチクルに写
されたパターンの欠陥、あるいは、基板に形成された、
半導体装置や液晶ディスプレー装置の回路パターンの欠
陥を光学的に検査する装置の例を示している。
【０１７６】最近、対物レンズ光学系を通して被検査パ
ターンを拡大することによって、また、ＣＣＤカメラな
どによりその拡大された被検査パターンの拡大像を形成
することによって、さらに、そのような像から得られた
像信号を分析することによって、被検物（基板）に形成
された被検査パターンの品質を検査したり異質の粒子な
どの異物や損傷の存在及び非存在を検査する技術が、こ
の種の検査装置に積極的に導入されている。
【０１７７】そのような場合、被検査パターンの像が正
確に拡大されるように、精度を改善することが重要であ
る。そのため、解像度が高く視野サイズの大きい、しか
も、最小限の収差とディストーションで像を形成できる
対物レンズ系が要求される。そのような対物レンズ系
は、当然に、ワーキングディスタンスが小さくなってお
り、また、焦点検出が対物レンズ系を通して行われるよ
うに、通常、スルーザレンズ（ＴＴＬ）タイプとして設
計される。しかしながら、ＴＴＬ光学焦点検出系は、検
出感度（被検物を焦点合わせする際の誤差に対する検出
信号の変化量）を制限する問題を伴ってしまう。なぜな
ら、対物レンズ系の開口数（ＮＡ）が制限されるからで
ある。
【０１７８】もし、ＴＴＬ焦点検出系が、検査用の照明
光の波長と異なる波長を有する光りを使用するように形
成されているならば、対物レンズ系の光学的設計を行う
場合、検査用の照明光の波長帯域と焦点検出照明光の波
長帯域とを考慮して、収差を補正しなければならない。
そのような場合、レンズは、検査用の照明光に対して最
適に設計できるとは限らない。
【０１７９】そのとき、図１８に示されているように、
複数組の焦点検出系ＧＤＣ、ＧＤＬ、及びＧＤＲが、対
物レンズ３３０の周囲に設けられ、これにより、図１６
及び図１７に示された焦点検出系と同じ方法で検査を行
うことができるようになっている。検査すべき被検物Ｗ
Ｐは、例えば、パターンＰａが下面に形成されたマスク
となっている。被検物ＷＰは、その周辺端で、二次元方
向に移動可能なフレーム状のステージ３３１により、支
持されている。ステージ３３１は開口部を備えている。
対物レンズ３３０は、上側を向いた状態で、ステージ３
３１の移動を案内するベース部材３３２に取り付けられ
ている。パターンＰａの局部領域の拡大像は、ビームス
プリッター３３４とレンズ系３３５とを通って、撮像装
置３３６の像面に結像する。
【０１８０】被検物ＷＰの反対側には、照明光学系のコ
ンデンサーレンズ３３８が、対物レンズ３３０の軸ＡＸ
と同軸に配置されている。光ファイバー３４０からの照
明光は、コンデンサーレンズ３４１と、照明視野絞り３
４２と、レンズ系３４３とを通って進み、コンデンサー
レンズ３３８に入射するようになっている。それによっ
て、被検物ＷＰのうち対物レンズ３３０の視野に対応す
る領域が、一様な照度で照らされる。
【０１８１】上述した構成において、焦点検出系ＧＤ
Ｃ、ＧＤＬ及びＧＤＲは、上側でパターンＰａに面する
ように、対物レンズ３３０と一緒にベース部材３３２に
取り付けられている。複数の焦点検出器（複数の検出ポ
イント）が、先読み可能な焦点検出系ＧＤＬ及びＧＤＲ
に設けられている。一方、少なくとも一対の焦点検出器
が、検査ポイントで検出可能な焦点検出系ＧＤＣに設け
られている。
【０１８２】また、図１８に示した焦点検出系におい
て、ステージ３３１上の被検物ＷＰは、光軸ＡＸに沿っ
て垂直方向に移動できるようにしてもよく、または、図
４に示されたような制御回路を使用することによって焦
点検出器により検出された焦点位置情報に基づいてチル
トできるようにしてもよい。しかしながら、図１８に示
された検査装置においては、撮像装置３３６によって結
像されたパターンＰａの拡大像の品質が高くなるという
効果のみが得られれば十分である。そのため、被検物Ｗ
Ｐを垂直方向に移動させる手段の代わりに、対物レンズ
３３０またはレンズ系３３５を光軸ＡＸに沿ってわずか
に移動させるための焦点調整装置３５２Ａまたは３５２
Ｂを設けることができる。
【０１８３】被検物ＷＰとして設けられたマスクパター
ンＰａを下方に向くように位置決めする検査装置を、図
１８の例を参照して説明する。言うまでもなく、この実
施例は、パターンＰａを上に向け対物レンズを下に向け
た検査装置にも直接的に適用できる。図１８に示された
装置において、パターンＰａの伝達された像は、同軸に
設けられた透過照明系によって検査される。
【０１８４】しかしながら、前記透過照明系は、同軸の
反射照明光がビームスプリッター３３４を通して図１８
の矢印３５０の方向に導入されるように、変更すること
ができる。そのような場合、撮像装置３３６によって受
光された拡大像は、パターンＰａからの反射光を結像す
ることによって形成される。
【０１８５】さらに、他の方法を用いることもできる。
その方法においては、所望の形状を有する透過部を備え
た空間フィルターが、照明光学系の光路またはその結像
光学系に形成されたフーリエ変換平面の位置に取り外し
可能に設けられている。これにより、パターンＰａの明
視野像または暗視野像が、撮像装置３３６に選択的に結
像できるようになっている。
【０１８６】この開示は例示されたものであり、本願発
明が、この開示に限定されるものではない。さらに、こ
の開示の観点から当業者にとって別の変更例は明らかで
あり、かかる変更例は、添付した請求項の範囲に含まれ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願発明の第１の実施例におけるスキ
ャンニング投影露光装置（アライナー）を示す線図であ
る。
【図２】図２は、スキャンニングシーケンスを説明する
ための略斜視図である。
【図３】図３は、図１に示された投影レンズ系の端の付
近に設けられた焦点検出系の配置の略斜視図である。
【図４】図４は、図１に示されたＡＦコントロールユニ
ット回路構造の回路ブロック線図である。
【図５】図５は、図１に示された装置のウェハ上におけ
る、投影視野と焦点合わせ用のセンサとの間の位置関係
の平面図である。
【図６】図６Ａは、図１に示された装置の焦点合わせ作
用とチルト作用との線図である。図６Ｂは、図１に示さ
れた装置の焦点合わせ作用とチルト作用との線図であ
る。図６Ｃは、図１に示された装置の焦点合わせ作用と
チルト作用との線図である。図６Ｄは、図１に示された
装置の焦点合わせ作用とチルト作用との線図である。
【図７】図７は、本願発明の第２実施例における焦点／
チルト検出系の検出領域のレイアウトの平面図である。
【図８】図８は、図７に示された焦点／チルト検出系の
変更例のレイアウトの側面図である。
【図９】図９は、本願発明がスキャニング露光装置（ス
キャニングアライナー）に適用される、本願発明の第３
実施例の略線図である。
【図１０】図１０は、図９に示されたスキャニングアラ
イナーに適用される縦置きキャリッジの斜示図である。
【図１１】図１１は、図９に示された投影アライナーに
設けられた、投影光学系と焦点検出系との斜視図であ
る。
【図１２】図１２は、本願発明の構成が液浸式投影露光
装置に適用された場合における本願発明の第４の実施例
の断面図である。
【図１３】図１３は、液浸式投影露光装置に適した焦点
／チルト検出系の光路レイアウトの例を示す線図であ
る。
【図１４】図１４は、ウェハホルダーの変更例の断面図
である。
【図１５】図１５は、ウェハホルダーの変更例の断面図
である。
【図１６】図１６は、本願発明の焦点検出センサが適用
される、製造装置、結像装置、または描画装置の１例を
示す線図である。
【図１７】図１７は、図１６に示された装置に適用され
る焦点検出系の典型的なレイアウトを示す平面図であ
る。
【図１８】図１８は、本願発明の焦点／チルト検出系が
適用される典型的な検査装置の構造を概略的に示してい
る線図である。
【符号の説明】
１０ 照明系 １１ ミラー １２ 集光レンズ系 １３ 柱状構造体 １４ レチクルステージ １５ モーター １６ 移動鏡 １７ レーザー干
渉計システム ２０ レチクルステージコントローラー ２５ メインコントローラ ３０ ＺＬステー
ジ ３１ 移動鏡 ３２Ａ Ｚ−アク
チュエーター ３２Ｂ Ｚ−アクチュエーター ３２Ｃ Ｚ−アク
チュエーター ３３ レーザー干渉計 ３４ ＸＹステー
ジ ３５ ウェハステージコントローラー ３６ 駆動モーター ５２ 位置監視回
路 ５４ 第１の計算器 ５６ 第２の計算
及び記憶回路 ５８ 第３の計算及び駆動回路 ８０Ａ 照明光学
系 ８０Ｂ 受光装置 ８１Ａ マルチスリ
ットプレート ８１Ｂ 受光スリットプレート ８２Ａ レンズ系 ８２Ｂ レンズ系 ８３Ａ 反射鏡 ８３Ｂ 反射鏡 ８４Ａ 対物レン
ズ ８４Ｂ 対物レンズ ８５Ａ プリズム ８５Ｂ プリズム １００ キャリッ
ジ １１２ 管 １１３ 吸引面 １２０Ａ 固定ベース １２１Ａ サイド
フーム部 １２１Ｂ サイドフーム部 １２２ 照明ユニ
ット １２３ ガイドベース部 １２３Ａ ガイド
レール １２３Ｂ ガイドレール １２５Ａ マスク
側キャリッジ部 １２５Ｂ プレート側キャリッジ部 １２６Ａ マスク
テーブルＡ １２６Ｂ プレートステージ ２００ プリズム
ミラー ２００ａ 反射面 ２００ｂ 反射面 ２００ｃ 平坦面 ２００ｄ 平坦面 ２０２ 光源 ２０５ マルチス
リットプレート ２０７ ビームスプリッター ２０９ 対物レン
ズ ２１１ 対物レンズ ２１３ 反射ミラ
ー ２１５ 光電検出器 ２２０ Ｚ−駆動
ユニット ３００ スキャニングミラー ３０１ レンズ系 ３０２ 固定ミラー ３０３ レンズ系 ３０４ ビームスプリッター ３０５ 対物レン
ズ系 ３１０ 光ファイバー ３１１ ビームス
プリッター ３１２ レンズ系 ３１４ 受光装置 ３３０ 対物レンズ ３３１ ステージ ３３２ ベース部材 ３３５ レンズ系 ３３４ ビームスプリッター ３３６ 撮像装置 ３４１ コンデンサーレンズ ３４２ 照明視野
絞り ３４３ レンズ系 ３３８ コンデン
サーレンズ ３５２Ａ 調整装置 ３５２Ｂ 調整装
置 ＡＸ 光軸 Ｃｐ 像視野 Ｅｐ 射出瞳 ＦＡ１ 検出ポイ
ント ＦＢ１ 検出ポイント ＦＢ２ 検出ポイ
ント ＦＢ３ 検出ポイント ＦＡ２ 検出ポイ
ント ＦＣ１ 検出ポイント ＦＣ２ 検出ポイ
ント ＧＤＬ 焦点検出系 ＧＤＲ 焦点検出
系 ＧＤＡ１ 検出器 ＧＤＡ２ 検出器 ＧＤＢ１ 検出器 ＧＤＢ２ 検出器 ＧＤＢ３ 検出器 ＧＤＤ１ 検出器 ＧＤＤ２ 検出器 ＧＤＥ１ 検出器 ＧＤＥ２ 検出器 ＧＤＥ３ 検出器 ＧＤＣ 焦点検出系 ＧＤＣ１ 検出器 ＧＤＣ２ 検出器 ＨＲＳ 補助プレ
ート部 ＩＡ パルス照明光 ＩＬ 照明光 ＩＬＦ 照明光 ＬＧａ 前方グル
ープレンズ系 ＬＧｂ 後方グループレンズ系 ＬＬａ 直線 ＬＬｂ 直線 ＬＬｃ 延長線 ＬＥ１ 正レンズ素子 ＬＱ 液体 ＬＢ 壁部 ＬＫ 光り ＬＢＷ ビーム Ｍ マスク ＭＲ１ 凹面鏡 ＭＲ２ 凹面鏡 ＭＲ２ａ 凹面鏡 ＭＲ２ｂ 凹面鏡 ＮＴ 切欠き Ｐ プレート Ｐａ 回路パターン領域 Ｐｅ 平坦な下面 ＰＬ 投影レンズ系 ＰＭ１ プリズム
ミラー ＰＭ２ プリズムミラー ＰＭ３ プリズム
ミラー ＰＭ４ プリズムミラー ＰＶ 作用ポイン
ト Ｒ レチクル ＲＳｆ 結像光線 ＳＡａ ショット領域 ＳＡｂ ショット
領域 ＳＢ 遮蔽帯 ＳＩ 投影像 ＳＬｆ 結像光線 Ｗ ウェハ ＷＨ ウェハホルダー

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スキャニング露光装置であって、 （ａ）マスクのパターンの像を結像視野で基板上に投影
    するための結像系と、 （ｂ）前記結像系に対してスキャニング方向に前記マス
    ク及び前記基板を移動させるためのスキャニング機構
    と、 （ｃ）前記基板上に投影される像の焦点を調節するため
    の調節系と、 （ｄ）第１の位置に検出領域を備えた第１の検出系とを
    備えており、前記第１の位置は、前記結像系の前記結像
    視野の外側に設けられ、前記結像視野から前記スキャニ
    ング方向に間隔をあけて設けられており、前記第１の検
    出系は、前記基板の表面のＺ方向の位置を検出し、 前記スキャニング露光装置は、また、 （ｅ）第２の位置に検出領域を備えた第２の検出系を備
    えており、前記第２の位置は、前記結像系の前記結像視
    野の外側に設けられ、前記第１の位置から前記スキャニ
    ング方向と交差する方向に間隔をあけて設けられてお
    り、前記第２の検出系は、前記基板の表面のＺ方向の位
    置を検出し、 前記スキャニング露光装置は、また、 （ｆ）第３の位置に検出領域を備えた第３の検出系を備
    えており、前記第３の位置は、前記結像系の前記結像視
    野の外側に設けられ、前記結像視野から前記スキャニン
    グ方向と交差する方向に間隔をあけて設けられており、
    また、前記第３の位置は、前記第２の位置から前記スキ
    ャニング方向に間隔をあけて設けられており、前記第３
    の検出系は、前記基板の表面のＺ方向の位置を検出し、 前記スキャニング露光装置は、また、 （ｇ）前記第１の検出系と前記第２の検出系とに連結さ
    れ、前記第１の検出系によって検出された前記第１のＺ
    位置と目標Ｚ位置との間のずれを計算し、前記第１の検
    出系による検出のときに、前記第２の検出系によって検
    出された前記第２のＺ位置を記憶する計算器と、 （ｈ）前記調節系と前記計算器と前記第３の検出系とに
    連結されたコントローラとを備えており、前記第１の検
    出系の前記検出領域に対応する前記基板上の前記領域
    が、前記スキャニング機構の移動によって前記結像系の
    結像視野に位置したとき、前記コントローラは、前記計
    算されたずれと、前記記憶された第２のＺ位置と、前記
    第３の検出系によって検出された前記第３のＺ位置と、
    に基づいて前記調節系を制御することを特徴とするスキ
    ャニング露光装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のスキャニング露光装置
    において、 前記スキャニング機構は、前記マスクを保持するための
    マスクステージと、前記基板を保持するための基板ステ
    ージと、前記結像系の投影倍率に対応する速度比で、前
    記マスクステージと前記基板ステージとを移動させるた
    めの同期駆動系とを備えていることを特徴とするスキャ
    ニング露光装置。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のスキャニング露光装置
    において、 前記基板ステージは、前記基板の裏面を引きつけるため
    の吸引部と、前記基板が前記吸引部に支持されたとき、
    前記基板の表面とほぼ等しい高さで前記基板を囲む補助
    プレート部とを備えていることを特徴とするスキャニン
    グ露光装置。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載のスキャニング露光装置
    において、 前記マスクのパターンによって露光される前記基板のシ
    ョット領域が、前記基板の周辺部にあるときに、前記第
    ２の検出系と前記第３の検出系は、前記検出領域のうち
    少なくとも１つの検出領域によって前記補助プレート部
    の表面のＺ方向における位置を検出できるように配置さ
    れていることを特徴とするスキャニング露光装置。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載のスキャニング露光装置
    において、 前記第１の検出系は、該第１の検出系に関する所定の基
    準Ｚ位置に対する前記基板の表面のＺ方向位置誤差値、
    及び、該第１の検出系に関する所定の基準Ｚ位置に対す
    る前記補助プレート部のＺ方向位置誤差値の一方を発生
    し、 前記第２の検出系は、該第２の検出系に関する所定の基
    準Ｚ位置に対する前記基板の表面のＺ方向位置誤差値、
    及び、該第２の検出系に関する所定の基準Ｚ位置に対す
    る前記補助プレート部のＺ方向位置誤差値の一方を発生
    し、 前記第３の検出系は、該第３の検出系に関する所定の基
    準Ｚ位置に対する前記基板の表面のＺ方向位置誤差値、
    及び、該第３の検出系に関する所定の基準Ｚ位置に対す
    る前記補助プレート部のＺ方向位置誤差値の一方を発生
    することを特徴とするスキャニング露光装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載のスキャニング露光装置
    において、 前記第１の検出系に関する前記所定の基準Ｚ位置と、前
    記第２の検出系に関する前記所定の基準Ｚ位置と、前記
    第３の検出系とに関する前記所定の基準Ｚ位置とが、互
    いに異なっている場合に、 前記所定の基準Ｚ位置の間の差異が、較正によって検出
    されることを特徴とするスキャニング露光装置。
  7. 【請求項７】 請求項４に記載のスキャニング露光装置
    において、 前記基板のスキャニング方向がＹ方向である場合で、ま
    た、前記Ｙ方向及び前記Ｚ方向の各々に直交する方向が
    Ｘ方向である場合に、前記第１の検出系は、複数の検出
    領域を有するマルチポイントタイプの第１の焦点検出器
    を備えており、前記複数の検出領域は、前記結像系の結
    像視野の前記Ｘ方向におけるサイズの範囲にわたって、
    前記基板上で、前記Ｘ方向に沿って一列になっているこ
    とを特徴とするスキャニング露光装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載のスキャニング露光装置
    において、 前記第２の検出系は、複数の第２の焦点検出器を備えて
    おり、前記第２焦点検出器は、前記マルチポイントタイ
    プの第１の焦点検出器の、一列となっている前記複数の
    検出領域のうち前記Ｘ方向における両側に検出領域を備
    えており、前記第２の焦点検出器の各々は、前記検出領
    域の各々で、前記基板及び前記補助プレート部の一方の
    前記表面のＺ方向位置を個々に検出することを特徴とす
    るスキャニング露光装置。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載のスキャニング露光装置
    において、 前記第３の検出系は、複数の第３の焦点検出器を備えて
    おり、前記第３焦点検出器は、前記投影系の前記結像視
    野の前記Ｘ方向における両側に設けられており、前記第
    ３の焦点検出器の各々は、前記検出領域の各々で、前記
    基板及び前記補助プレート部の一方の前記表面のＺ方向
    位置を個々に検出することを特徴とするスキャニング露
    光装置。
  10. 【請求項１０】 投影露光装置であって、 （ａ）マスクパターンの像を投影視野で基板に投影する
    ための結像系と、 （ｂ）Ｘ方向及びＹ方向に交差する方向に移動して、前
    記投影されたマスクパターンの像に関して前記基板を位
    置決めするための可動ステージ機構と、 （ｃ）前記基板上に投影されるマスクパターンの像の焦
    点を調節するための調節機構と、 （ｄ）第１の位置に検出領域を備えた第１の検出系とを
    備えており、前記第１の位置は、前記結像系の前記投影
    視野の外側に設けられ、前記投影視野から前記Ｙ方向に
    間隔をあけて設けられており、前記第１の検出系は、前
    記基板の表面のＺ方向の位置を検出しており、 前記投影露光装置は、また、 （ｅ）第２の位置に検出領域を備えた第２の検出系を備
    えており、前記第２の位置は、前記結像系の前記投影視
    野の外側に設けられ、前記第１の位置から前記Ｘ方向に
    間隔をあけて設けられており、前記第２の検出系は、前
    記基板の表面のＺ方向の位置を検出しており、 前記投影露光装置は、また、 （ｆ）第３の位置に検出領域を備えた第３の検出系を備
    えており、前記第３の位置は、前記結像系の前記投影視
    野の外側に設けられ、前記投影視野から前記Ｘ方向に間
    隔をあけて設けられており、また、前記第３の位置は、
    前記第２の位置から前記Ｙ方向に間隔をあけて設けられ
    ており、前記第３の検出系は、前記基板の表面のＺ方向
    の位置を検出しており、 前記投影露光装置は、また、 （ｇ）前記第１の検出系と前記第２の検出系とに連結さ
    れ、前記第１の検出系によって検出された前記第１のＺ
    位置と目標Ｚ位置との間のずれを計算し、前記第１の検
    出系による検出のときに、前記第２の検出系によって検
    出された前記第２のＺ位置を記憶するための計算器と、 （ｈ）前記調節機構と前記計算器と前記第３の検出系と
    に連結されたコントローラとを備えており、前記第１の
    検出系の前記検出領域に対応する前記基板上の前記領域
    が、前記可動ステージ機構によって前記結像系の前記投
    影視野に位置するときに、前記コントローラは、前記計
    算されたずれと、前記記憶された第２のＺ位置と、前記
    第３の検出系によって検出された前記第３のＺ位置と、
    に基づいて前記調節機構を制御することを特徴とする投
    影露光装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の投影露光装置にお
    いて、 前記第１の検出系は、複数の検出領域を有する複数の第
    １の焦点検出器を備えており、前記複数の検出領域は、
    前記結像系の投影視野の前記Ｘ方向におけるサイズに応
    じた範囲で、前記Ｘ方向に沿って一列になっており、前
    記第１の焦点検出器の各々は、前記検出領域の各々で、
    前記基板の表面のＺ位置を個々に検出することを特徴と
    する投影露光装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の投影露光装置にお
    いて、 前記第２の検出系は、２つの第２の焦点検出器を備えて
    おり、前記２つの第２の焦点検出器は、前記第１の検出
    系の、一列となっている前記複数の検出領域の両側に配
    置された２つの検出領域を備えており、前記第２の焦点
    検出器の各々は、前記２つの検出領域の各々で、前記基
    板の表面のＺ位置を個々に検出することを特徴とする投
    影露光装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の投影露光装置にお
    いて、 前記第３の検出系は、２つの第３の焦点検出器を備えて
    おり、前記２つの第３の焦点検出器は、前記結像系の前
    記投影視野の前記Ｘ方向における両側に配置されてお
    り、前記第３の焦点検出器の各々は、前記２つの検出領
    域の各々で、前記基板の表面のＺ位置を個々に検出する
    ことを特徴とする投影露光装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の投影露光装置にお
    いて、 前記可動ステージ機構は、前記基板の裏面を引きつける
    ための取付部と、前記基板が前記取付部に支持されたと
    き、前記基板の表面と実質的に等しい高さで前記基板を
    囲む補助プレート部とを備えており、前記補助プレート
    部の表面は、前記２つの第２の焦点検出器のうちの１つ
    と、前記２つの第３の焦点検出器のうちの１つとによっ
    て検出されることを特徴とする投影露光装置。
  15. 【請求項１５】 投影系を通してマスクのパターンの一
    部を感光性基板に投影し、前記投影系の投影視野に対し
    て前記マスクと前記感光性基板とを移動させることによ
    って、前記マスクのパターンを前記感光性基板に転写す
    るスキャニング露光方法であって、前記方法は、 （ａ）前記感光性基板の表面の高さと実質的に等しい高
    さで前記感光性基板を囲む補助プレート部を有するホル
    ダーに、前記感光性基板を取り付けるステップと、 （ｂ）前記マスクパターンの一部が投影される前記感光
    性基板の露光領域の焦点誤差を読み取るステップとを備
    えており、前記ホルダーと前記感光性基板とをスキャニ
    ング移動させる間で、前記露光領域が前記投影系の投影
    視野に達する前に、前記露光領域の前記焦点誤差が読み
    取られるようになっており、 前記方法は、また、 （ｃ）前記感光性基板上の露光領域が前記投影視野に達
    するときに、前記スキャニング移動方向に直交する方向
    に前記投影系の投影視野から離れて配置された露光位置
    用の焦点検出系によって、前記感光性基板及び前記補助
    プレート部の一方の一部の表面の焦点誤差を検出するス
    テップと、 （ｄ）前記ステップ（ｂ）及び（ｃ）によって検出され
    た前記焦点誤差に基づいて、前記投影系と前記感光性基
    板との間で焦点を調節するステップとを備えており、そ
    れによって、前記感光性基板上での露光領域の焦点誤差
    が、前記投影系の投影視野で補正されることを特徴とす
    るスキャニング露光方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載のスキャニング露光
    方法において、 前記方法は投影アライナーに適用されており、前記投影
    アライナーは投影系を有しており、前記投影系は、前記
    基板の表面に対して２０ｍｍまたはそれ以下の有効作動
    距離を備えていることを特徴とするスキャニング露光方
    法。
  17. 【請求項１７】 請求項１５に記載のスキャニング露光
    方法において、 前記方法は、液浸式の投影露光装置に適用されており、
    前記液浸式の投影露光装置において、前記感光性基板
    と、前記投影光学系の像面側に配置された透明な光学素
    子との間で、投影光路を含む空間が、液体で満たされて
    いることを特徴とするスキャニング露光方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１７に記載のスキャニング露光
    方法において、 前記投影光学系は、前記感光性基板と前記投影光学系の
    前記透明な光学素子との間の液体の厚さが２ｍｍまたは
    それ以下となるような作動距離を備えていることを特徴
    とするスキャニング露光方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１５に記載のスキャニング露光
    方法において、 前記方法は、スキャニング露光装置に適用されており、
    前記スキャニング露光装置は、反射屈折投影系を有して
    おり、前記反射屈折投影系は、屈折用の光学素子と反射
    用の光学素子とを有しており、前記スキャニング露光装
    置において、透明な光学素子が像面側に配置されている
    ことを特徴とするスキャニング露光方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１９に記載のスキャニング露光
    方法において、 前記像面側に配置された前記透明な光学素子は、プリズ
    ムミラーとなっており、前記プリズムミラーは、前記感
    光性基板の表面に実質的に平行な射出表面を備えている
    ことを特徴とするスキャニング露光方法。
  21. 【請求項２１】 被加工物の表面と対物レンズ光学系と
    の間で焦点合わせを制御できるように、前記対物レンズ
    光学系を有する装置に設けられた焦点合わせ装置であっ
    て、前記焦点合わせ装置は、 （ａ）第１の位置に検出領域を備えた第１の検出系を備
    えており、前記第１の位置は、前記対物レンズ光学系の
    視野の外側に設けられており、前記第１の検出系は、前
    記被加工物の表面の前記焦点合わせ方向の位置を検出し
    ており、 前記焦点合わせ装置は、また、 （ｂ）第２の位置に検出領域を備えた第２の検出系を備
    えており、前記第２の位置は、前記対物レンズ光学系の
    視野の外側に設けられ、前記第１の位置から間隔をあけ
    て設けられており、前記第２の検出系は、前記被加工物
    の表面の前記焦点合わせ方向の位置を検出しており、 前記焦点合わせ装置は、また、 （ｃ）第３の位置に検出領域を備えた第３の検出系を備
    えており、前記第３の位置は、前記対物レンズ光学系の
    視野の外側に設けられ、前記第１の位置及び前記第２の
    位置の各々から間隔をあけて設けられており、前記第３
    の検出系は、前記被加工物の表面の前記焦点合わせ方向
    の位置を検出しており、 前記焦点合わせ装置は、また、 （ｄ）前記第１の検出系と前記第２の検出系とに連結さ
    れ、前記第１の検出系によって検出された前記第１の焦
    点位置と目標焦点位置との間のずれを計算し、前記第１
    の検出系による検出のときに、前記第２の検出系によっ
    て検出された前記第２の焦点位置を記憶するための計算
    器と、 （ｅ）前記計算器と前記第３の検出系とに連結されたコ
    ントローラとを備えており、前記第１の検出系の前記検
    出領域に対応する前記被加工物上の前記領域が、前記被
    加工物と前記対物レンズ光学系との相対移動によって前
    記対物レンズ光学系の視野に位置決めするとき、前記コ
    ントローラは、前記計算されたずれと、前記記憶された
    第２の焦点位置と、前記第３の検出系によって検出され
    た前記第３の焦点位置と、に基づいて、前記被加工物の
    前記表面上での前記対物レンズ光学系の焦点合わせを制
    御することを特徴とする焦点合わせ装置。
  22. 【請求項２２】 被加工物と対物レンズ光学系の視野と
    がＸ方向とＹ方向に互いに対して移動するとき、前記被
    加工物の表面での前記対物レンズ光学系の焦点合わせを
    制御する方法であって、前記方法は、 （ａ）前記被加工物の表面の高さと実質的に等しい高さ
    で前記被加工物を囲む補助プレート部を有するホルダー
    に前記被加工物を取り付けるステップと、 （ｂ）前記ホルダーと前記被加工物とを所定の移動方向
    に移動させる間で、前記被加工物の所定の局部的な部分
    が前記対物レンズ光学系の視野に達する前に、前記被加
    工物の表面の前記局部的な部分の焦点誤差を読み取るス
    テップとを備えており、 前記方法は、また、 （ｃ）前記被加工物の前記局部的な部分が前記視野に達
    するときに、前記移動方向に直交する方向に前記対物レ
    ンズ光学系の視野から離れて配置された第１の焦点検出
    系によって、前記被加工物及び前記補助プレート部の一
    方の一部の表面の焦点誤差を検出するステップと、 （ｄ）前記ステップ（ｂ）及び（ｃ）によって検出され
    た前記焦点誤差に基づいて、前記対物レンズ光学系と前
    記被加工物との間で焦点合わせを制御し、それによっ
    て、前記被加工物の局部的な部分の焦点誤差が、前記対
    物レンズ光学系の視野で補正されることを特徴とする方
    法。
  23. 【請求項２３】 請求項２２に記載の方法において、 前記方法は、斜入射光タイプの焦点検出器の検出ビーム
    が前記対物レンズ光学系の真下で前記被加工物の表面に
    斜めに導かれないようにわずかな有効作動距離を有す
    る、製造用の計測器、リソグラフィー露光装置、描画装
    置、及び検査装置の少なくとも１つに適用されることを
    特徴とする方法。
  24. 【請求項２４】 光学的な結像系と、該光学的な結像系
    と感光性基板との間の空間にある液体とを通して、マス
    クパターン像を感光性基板に投影するための投影露光装
    置であって、前記投影露光装置は、 前記結像系の複数の光学素子を保持するアセンブリを備
    えており、前記アセンブリの少なくとも一端部が前記液
    体に浸されており、 前記投影露光装置は、また、 前記アセンブリの前記端部に取り付けられ、前記基板に
    対向し前記液体に接触する末端表面を有する末端光学素
    子を備えており、 前記末端光学素子の前記末端表面と、前記アセンブリの
    前記端部の表面とが、互いに対して実質的に同一平面と
    なっており、それによって、前記液体の流れの妨害を阻
    止することを特徴とする投影露光装置。
  25. 【請求項２５】 投影系を採用し、半導体ウェハに成型
    部を加工する方法であって、 （ａ）前記半導体ウェハをホルダーに取り付けるステッ
    プを備えており、前記ホルダーは、周辺部に垂直に設け
    られた壁部を備えており、これにより、前記ウェハの表
    面と前記投影系との間が液浸状態となるように前記ウェ
    ハ上に液体層を形成することができ、 前記方法は、また、 （ｂ）前記投影系の像面に沿って前記ホルダーをスキャ
    ニングし、これにより、前記投影系と前記液体層とを通
    して前記ウェハに成型部パターン像を投影することによ
    ってスキャン露光を行うスキャニングステップと、 （ｃ）焦点検出系を使用することによって、前記ウェハ
    の表面と前記投影系の像面との間の焦点誤差及びチルト
    誤差のうちの少なくとも一方を前記スキャニングステッ
    プの間に補正するステップとを備えており、前記焦点検
    出系は、前記投影系の像面の外側に配置された複数の焦
    点検出ポイントを備えていることを特徴とする方法。
  26. 【請求項２６】 請求項２５に記載の方法において、 前記投影系は、０．５マイクロメートルよりも小さい解
    像度を備えていることを特徴とする方法。
  27. 【請求項２７】 マスクのパターンを結像系を通して基
    板に転写するためのスキャニング露光方法であって、前
    記スキャニング露光方法は、 第１の検出領域を備えた第１の検出系を提供するステッ
    プを備えており、前記第１の検出領域は、前記結像系の
    結像視野の外側に設けられていると共に、前記結像視野
    からスキャニング方向に間隔をあけて設けられており、
    前記第１の検出系は、前記基板の表面の、前記結像系の
    光軸方向における位置を検出しており、 前記スキャニング露光方法は、また、 第２の検出領域を備えた第２の検出系を提供するステッ
    プを備えており、前記第２の検出領域は、前記結像系の
    結像視野の外側に設けられていると共に、前記第１の検
    出領域から前記スキャニング方向と交差する方向に間隔
    をあけて設けられており、前記第２の検出系は、前記基
    板の表面の前記光軸方向における位置を検出しており、 前記スキャニング露光方法は、また、 第３の検出領域を備えた第３の検出系を提供するステッ
    プを備えており、前記第３の検出領域は、前記結像系の
    結像視野の外側に設けられていると共に、前記結像視野
    から前記スキャニング方向と交差する方向に間隔をあけ
    て設けられ、さらに、前記第２の検出領域から前記スキ
    ャニング方向に間隔をあけて設けられており、前記第３
    の検出系は、前記基板の表面の位置と目標位置との間
    の、前記光軸方向におけるずれを検出しており、 前記スキャニング露光方法は、また、 前記基板の露光の間に、前記第１の検出系の検出結果と
    前記第２の検出系の検出結果とに基づいて、前記第３の
    検出系の目標位置を決定するステップと、 前記基板の露光の間に、前記第１の検出系の検出結果と
    前記第２の検出系の検出結果と前記第３の検出系の検出
    結果とに基づいて、前記基板の表面と前記結像系の像面
    との間の位置関係を調節するステップとを備えているこ
    とを特徴とするスキャニング露光方法。
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