JPH11504770A - マスクパターンをステップ及びスキャン結像するリソグラフィ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マスクパターン（Ｃ）を基板（Ｗ）上にステップ及びスキャン結像するリソグラフィ投影装置について記載する。スキャン中のマスク（ＭＡ）と基板（Ｗ）の同期移動を非接触測定システム、特に干渉計システム（ＩＳＲ，ＩＳＷ）により制御し、これらのシステムと関連する測定面（Ｒ_1,r，Ｒ_1,w）を基板（Ｗ）及びマスク（ＭＡ）のホルダ（ＷＨ，ＭＨ）の面により構成する。この結果、極めて高い精度の測定が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】 マスクパターンをステップ及びスキャン結像するリソグラフィ装置 本発明は、放射感知層が形成されている基板の異なる区域にマスクに存在する マスクパターンをステップ及びスキャン結像するリソグラフィ投影装置であって 、投影ビームの方向に見て順次、 マスク面における断面がマスクパターンよりも小さい投影ビームを発生する放 射装置と、 少なくともスキャン方向である第１の方向に移動可能で、マスクが固定される マスクホルダが設けられているマスクテーブルと、 前記マスクの照明された部分を倍率Ｍで基板に結像する投影装置と、 前記第１の方向及びこれと直交するする第２の方向に移動可能で、基板が固定 される基板ホルダが設けられている基板テーブルと、 各結像動作中に、前記マスクテーブルを前記投影ビーム及び投影装置に対して 少なくともスキャン方向に移動させるマスクテーブル駆動手段と、 各結像動作中に、前記基板テーブルをマスクが移動する速度のＭ倍の速度で少 なくともスキャン方向に移動させる基板テーブル駆動手段と、 各結像動作中に、マスクと基板との相対位置を測定する第１及び第２の干渉計 システムとを具えるリソグラフィ投影装置に関するものである。 この装置は、投影ビームが深いＵＶ放射のような電磁放射のビームであり投影 装置を光学的投影レンズ系としリソグラフィ装置とすることができる。或いは、 投影放射を電子放射、イオン放射マスクＸ線放射のような電荷粒子放射とし、関 連する投影装置として例えば電子レンズ系が用いられる装置とすることができる 。上述したように構成され集積回路すなわちＩＣの製造に有用なフォリソグラフ ィ装置は米国特許第５１９４８９３号から既知である。 １個のＩＣにより多数の電子素子を形成する要求により、投影装置によりライ ン幅と称する一層小さい細部をＩＣ区域又はダイと称するＩＣを形成すべき基板 の各区域に結像する必要がある。また、これらＩＣ区域を拡大してＩＣ当たりの 素子の数を増大することも望まれている。投影装置の場合、これらの事項は、一 方において解像度つまり開口数を増大することを意味し、他方においては結像フ ィールドを拡大することを意味する。 これまで、多大な努力及び高いコストをかけて、投影レンズ系について技術的 に相反する２個の要件について最適な条件が見出された。ウェハステッパとして 既知のステップ投影装置の場合、６４Ｍビット型のＩＣの製造について約０．６ の開口数及び２２ｍｍ²の画像フィールドを有する投影レンズ系が製造されてい る。この投影レンズ系を用いると、０．３５μｍのライン幅を基板上に結像する ことができる。これは、処理及び製造が容易な投影レンズ系の限界に近づいてい る。結像すべき細部が一層小さくなると、つまり一層小さいライン幅を基板上に 形成しようとすると、換言すれば投影レンズ系に一層大きな開口数を与えようと すると、画像フィールドの大きさが犠牲にされてしまう。 このジレンマは、ステップ投影装置を米国特許第５１９４８９３号に記載され ているステップ及びスキャン装置に変更することにより解消できる。ステップ投 影装置において、マスクパターン全体が照明され基板上のＩＣ区域に全体として 結像される。次に、ステップを行い、すなわち第２のＩＣ区域がマスクパターン と対向する投影レンズ系の画像フィールド内に存在するまで、基板を投影レンズ 系及びマスクパターンに対して移動させ、マスクパターンの第２の画像をその区 域に形成する。その後、装置は第３の区域にステップし、再びマスクパターンを 結像し、マスクパターンの画像が全てのＩＣ区域に形成されるまで続ける。ステ ップ及びスキャン装置において、同一のステップ移動が行われるが、毎回マスク パターンの小さい部分だけがＩＣ区域の対応するサブ区域に結像される。マスク パターンの順次する部分をＩＣ区域の順次のサブ区域に結像することにより、マ スクパターン全体の画像がＩＣ区域に形成される。このため、微小な例えば矩形 又はアーチ形の照明スポットをマスクパターンの位置に形成する投影ビームによ りマスクパターンが照明されると共に、マスクテーブル及び基板テーブルを投影 レンズ系及び投影ビームに対して同一方向又は反対方向のスキャン方向に移動さ せ、基板テーブルの速度をマスクテーブルの速度のＭ倍としている。Ｍは津マス クパターンを結像する際の倍率である。通常用いられるＭの値は、テーブルを同 一方向又は反対方向に移動させる場合それぞれ＋１／４又は−１／４である。代 わりに、別のＭ値を例えば１にすることができる。照明スポットに対するマスク テーブル及び基板テーブルの移動はスキャン移動と称する。照明スポットはスキ ャン方向と直交する方向に最大寸法を有する。この寸法はマスクパターンの幅に 等しくすることができるので、このマスクパターンは１回のスキャン移動で結像 することができる。一方、前記寸法はマスクパターンの幅の半分又はそれ以下と することができる。この場合、２回又は多数回反対方向のスキャン移動すること によりマスクパターン全体が結像される。この場合、マスク及び基板はいかなる 瞬時においても正しい相互位置をとる必要があり、これはマスク及び基板の移動 の極めて正確な同期を行うことにより実現でき、すなわち基板の速度Ｖ_subをマ スクの速度Ｖ_maの４倍に等しくしなければならない。 基板上のＩＣ区域に対するマスクパターンの正確なアラインメント、基板への 投影レンズの正確な合焦及び基板テーブルのステップの正確なチェックが必要な ステップ投影装置に比べて、ステップ及びスキャン投影装置においては条件Ｖ_{su b} ＝Ｖ_maを満たすか否か、つまり基板及びマスクパターンが互いにあたかも静止 しているか否かを測定する必要がある。この測定に関して、一方のテーブルの速 度は他方のテーブルの速度に適合させることができる。 米国特許第５１９４８９３号に記載されている投影装置において、条件Ｖ_sub ＝Ｖ_maをチェックするのに２個の干渉計システムが用いられている。第１の干渉 計システムの測定ミラーが基板テーブルに固定されているので、基板テーブルの スキャン方向（以後、Ｘ方向と称する）の変位及びヨーと称されている投影レン ズ系の軸（以後、Ｚ軸と称する）のまわりの基板の回転がこのシステムにより測 定されている。第２の干渉計システムの測定ミラーがマスクテーブルに固定され ているので、このテーブルのスキャン方向の変位及びこのテーブルのヨーはこの システムにより測定することができる。２個の干渉計システムの出力信号は例え ばマイクロコンプュータのような電子処理ユニットに供給され、これらの信号が 互いに減算され、例えばテーブルのアクチュエータ用の制御信号に処理される。 既知の装置において、２個の干渉計システムの基準ミラー、すなわち静止ミラー は投影レンズホルダに固定されている。このようにして、２個のテーブルの投影 レンズホルダに対する、すなわち相対的なスキャン方向の移動が測定される。 干渉計の測定値が信頼性のある場合、多数の条件が満たされる必要があるが、 実際には不可能であり又は容易に満たすことはできない。最も重要な条件は、測 定ミラーのスキャン方向の移動を基板及びマスクの移動にそれぞれ極めて正確に 等しくしなければならないことである。例えば、基板をＺ方向に調整する複数の アクチュエータを設け、これらのアクチュエータをを付勢することにより、測定 ミラーの位置を同一の方法で変えることなく基板の位置をＸ方向に変えることが できる。米国特許第５１９４８９３号に記載されている装置においては、マスク 及び基板のＸ方向の位置及びＺ軸まわりの回転だけが測定されるので、Ｘ位置の 測定に影響を与えるＹ方向の変位及びＹ軸まわりの傾きが発生しないように、マ スク及び基板の案内に極めて厳格な要件を課す必要がある。微細な細部すなわち ０．３５μｍのライン幅を基板に結像する必要があるステップ及びスキャン装置 において、ジャーナリングの要件を満たすことはほとんど不可能である。さらに 、Ｙ方向の寸法がマスクパターンの幅よりも小さい照明スポットを用いてマスク を照明し、一層小さい画像フィールドを十分にし解像力を一層増大することを可 能にする必要がある。この場合、マスクパターンを基板のＩＣ区域に結像する際 、マスク及び基板のＹ方向の位置／移動を測定する必要がある。 本発明は、上述した要件に適合でき上述した課題を解決できるステップ及びス キャン投影装置の新規な測定概念を提供するものである。 本発明の第１の概念によれば、干渉計システムの測定ミラーをマスクホルダ及 び基板ホルダの反射性側面でそれぞれ構成したことを特徴とする。 反射性側面は、これら側面自体が反射性であり、又はこれらの側面に反射器が 固定されていることを意味するものと理解すべきである。 測定ミラーは基板及びマスクに強固に固定されているので、基板テーブルの素 子の相対変位及びマスクテーブルの素子の相対変位に起因する既知の装置では考 慮されていない移動を含むこれら素子自身の移動が直接信頼性を以て測定される 。この装置において、基準ミラーを投影レンズに配置する必要はない。 本発明の別の概念によれば、本発明の投影装置は、基板干渉計システムを５軸 システムとし、マスク干渉計システムが少なくとも３個の測定軸を有することを 特徴とする。 ５軸干渉計システムは、Ｘ方向と直交する第１のミラー及びＹ方向と直交する する第２のミラーと協働し、例えばこれらミラーの５個の異なる点で終端する５ 個の測定軸及び５個の検出器を具える。これら検出器の出力信号を組合せて以下 の信号を形成する。 ・Ｘ位置信号 ・Ｙ位置信号 ・Ｘ軸まわりの傾きを表す信号ψ_x ・Ｙ軸まわりの傾きを表す信号ψ_y ・Ｚ軸まわりの傾きを表す信号ψ_z ５軸干渉計システム及びこれにより駆動されるサーボ系を用いることにより、干 渉計システムにより制御される素子、本例の場合基板の案内に対して厳格な要件 を課すことが不要となる。この素子を変位させ位置決めする精度は干渉計システ ムの測定精度により決定され、この精度は極めて高いものとして知られている。 ３軸マスク干渉計システムはＸ方向と直交する第１のミラー及びＹ方向と直交す るする第２のミラーと協働し、３個の測定軸及び３個の検出器を具える。マスク のＸ及びＹの位置及びマスクのＺ軸まわりの回転ψ_zはこのシステムを用いて測 定することができる。 投影装置において、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向に延在する２個のミラー と協働する５軸干基板干渉計システムを用いることは、本願人の欧州特許出願第 ０４９８４９９号から既知であることを明記する。しかしながら、この装置は、 基板全体が照明される場合マスクが静止しているステップ投影装置である。この 装置において、マスク干渉計システムは用いられず、基板干渉計システムだけを 用いて基板テーブルを位置決めし移動を制御している。 或いは、本発明の投影装置は、基板干渉計システムを３軸システムとし、この ３軸干渉計システムでは測定されない基板の移動を測定する非接触センサを設け 、前記基板ホルダに前記非接触センサ用の測定面を設け、前記マスク干渉計シス テムが少なくとも３個の測定軸を有することを特徴とする。 マスク及び基板の移動を制御する測定システムの全ての測定面は、基板及びマ スクが強固に固定されている剛固な素子であるので、これらの移動の測定は極め て信頼性の高いものとなる。 この投影装置の第１の実施例は、非接触センサを設けて、３軸干渉計システム により測定されないマスクの移動を測定し、前記マスクホルダに前記センサと関 連する測定面を設けたことを特徴とする。 この実施例は、特にマスクパターンが１方向にだけ移動し、このマスクパター ンが投影されるときこの方向に沿ってだけ比較的長い距離移動する場合に用いら れる。この場合、マスクの別の方向に生ずる移動は小さいので、十分に高い精度 を以て測定できるが干渉計システムよりも安価な微小な移動だけを測定できる別 の非接触センサを用いてこれらの移動を測定することができる。 非接触センサは、ガイド部材、例えばマスクホルダの金属の表面部分材又は測 定面と協働する容量センサで構成することができる。或いは、このセンサは、例 えば既知のＣＤプレイヤで用いられている光走査ヘッドの形態の光測定ヘッドに より構成することができる。 一方、この投影装置の変形例は、又は干渉計システムを５軸システムとしたこ とを特徴とする。 この実施例において、マスクの移動は５軸干渉計システムに結合されている基 板の移動と同一の方法で同一の精度で測定される。この実施例は、マスクパター ンがスキャン方向と直交する第２の方向にも移動し、毎回反対方向にも移動する ２回又はそれ以上の移動でマスクパターンを走査することができる場合に特に用 いられる。 原理的に、本発明による投影装置はマスクパターンの像を基板上に微細な寸法 で、すなわち０．１８μｍ程度のライン幅で形成するのに適当であるので、この 装置は１ＧビットのＩＣを生産するのに好適である。一方、このため、５ｎｍ程 度の測定精度を達成する必要がある。マスク及び基板用の２個の個別の多軸干渉 計システム並びにこれら干渉計システムの電気的出力信号の所望の測定信号への 電子的処理の選択した概念において、測定が行われる瞬時と所望の測定結果を利 用できる瞬時との間の遅延時間は重要な役割を果たす。この遅延時間は干渉計シ ステムの電子回路及び測定兼制御コンプュータの処理速度に依存する。基板のス キャン速度が２５０ｍｍ／秒で要求される処理精度が例えば２ｎｍの場合、最大 許容可変遅延時間は、例えば１２．５ｎ秒である。高速の処理速度及び最新の干 渉計システムの安定性により、この要件を満足することができる。 好ましくは、投影装置は、前記測定ミラーを除いて、前記干渉計システムの素 子及び別のセンサを、前記投影装置が固定されている剛固なフレームに配置し、 このフレームを、本装置の別の素子からダイナミックに分離する態様で支持した ことを特徴とする。 この構成は、所望の測定精度の実現に相当寄与する。 この干渉計は乱れがなく、投影レンズに強固に結合される。この度量衝(metro gy)フレームと称せられるフレームはダイナミックに分離された方法で装置内の 振動を受けずに支持されるので、この装置内に存在する干渉計システムの位置は 基板テーブル及びマスクテーブル用の駆動力のような外力による影響を受けない 。 欧州特許出願第０４９８４９９号に記載されているように、マスクに対する基 板のグローバルアラインメントの後、基板干渉計システムが５軸システムの場合 、各ＩＣ区域を整列させる必要がなく基板の個別のＩＣ区域をマスクパターンに 対して十分な精度で位置することができ、これにより処理時間が相当短縮し精度 も一層高くなる。５軸干渉計システムから供給される傾き測定信号の形態の特別 な測定信号は投影装置の種々の実施例において種々の態様で用いられる。 局部的な高さ調整を行なう投影装置の第１の実施例は、基板干渉計の測定ビー ムの主光線が基板面に位置せず、基板測定信号処理ユニットを設けて全ての基板 測定信号を基板のＸ−Ｙ及びψ_z駆動用の制御信号に変換することを特徴とする 。 この実施例において、傾き測定信号を用いて、Ｘ及びＹ軸測定信号及び基板の 局部的高さ変動に起因する基板の傾きについての回転測定信号を補正する。この 局部的な高さ変動は、各ＩＣ区域の個別の高さ変動を意味するものと理解すべき である。 局部的な高さ変動が生じない装置の実施例は、基板測定信号を、基板駆動のＸ ，Ｙ，ψ_z制御信号及び基板の傾きを除去するアクチュエータ用の制御信号に変 換する基板測定信号処理ユニットを設けたことを特徴とする。 この場合、Ｘ軸又はＹ軸まわりの傾きを生ずる第１の位置から次の位置への変 位が生ずることなく基板を所望のＸ及びＹの位置へ極めて高精度に移動させるこ とができる。 原理的に、マスクを傾斜させ又は局部的に高さ調整する必要はない。一方、こ れを行なうことも可能である。マスク干渉計システムを５軸システムとして設置 する場合、基板干渉計システムについての上述した可能性をマスク干渉計システ ムについても実現することができる。干渉計媒質の屈折率及び干渉計ビームの波 長の変化を生ずる圧力、温度、湿度及び大気組成のような周囲パラメータの変化 に起因して生ずる測定誤差を回避するため、この干渉計システムは、さらに測定 ビームが静止している反射器と共働する基準軸を有することを特徴とする。 欧州特許出願第０４９８４９９号に記載されているように、媒質の屈折率変化 は、他の干渉計ビームと同様に同一媒質中を伝播するこの特別な測定ビームによ り測定することができる。この特別な測定ビームにより発生した測定信号は信号 処理ユニットに供給されるので、Ｘ，Ｙ及びψ_x，ψ_y及びψ_zの測定結果は、屈 折率変化について補正することができる。 測定精度を増強するため、本発明による投影装置は、干渉計ビームが伝播する 空間に一定の屈折率の空気流を流す手段を設けたことを特徴とする。 これらの手段は、例えば基板の領域における第１のエァーシャワー及びマスク 領域における第２のエァーシャワーで構成することができる。欧州特許出願第０ ４８４９９号に記載されているように、干渉計媒質の光学的な品質が増強される だけでなく、基準軸ビームを含む全ての測定ビームの位置において同一の品質を 有することが達成される。吹き付ける空気は、好ましくは極めて高い純度及び一 定の温度の空気とする。 本発明の投影装置の構成上の特徴は請求項１１〜１７に記載する。 以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。 図面において、 図１は基板上にマスクパターンをステップ及びスキャン結像する装置の実施例 を線図的に示す。 図２は既知の２軸干渉計システムを示す。 図３は既知の１軸干渉計システムの原理を示す。 図４は６軸干渉計システムの斜視図である。 図５及び６は異なるＸ−Ｙ面に２個の交差段を有する本発明による３軸干渉計 システムの第１実施例を示す。 図７はこの実施例の反射器を示す。 図８は測定ビームが測定ミラー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。 図９は３軸干渉計ユニットの第２実施例を示す。 図１０及び１１は異なるＸ−Ｙ面の２個の交差段により２軸干渉計ユニットの 実施例を示す。 図１２は干渉計システムの５個の測定軸が基板ホルダの２個の測定ミラーと交 差する位置を示す。 図１３及び１４は決定すべき位置及びこの目的のために用いる測定軸の上面図 である。 図１５はマスク及び基板用の容量性センサを用いる本発明による装置を示す。 図１６は結像投影装置の照明原理を示す。 図１７は６軸干渉計システムによるミラーの平坦性測定の原理を示す。 図１は基板上にマスクパターンをステップ及び繰り返し結像する装置の実施例 の光学素子を線図的に示す。この装置の主要な素子は投影レンズ系ＰＬを収納す るカラム投影カラムである。結像すべきマスクパターンＣが設けられているマス クＭＡ用のマスクホルダＭＨを投影レンズ系の上方に配置する。マスクホルダは マスクテーブルＭＴ内に存在する。基板テーブルＷＴは投影レンズ系ＰＬの下側 に配置する。このテーブルは基板Ｗ用の基板ホルダＷＨを収納し、この基板上に マスクパターンを多数回結像し、毎回異なる基板区域であるＩＣ区域ＷＤに結像 する。基板テーブルはＸ及びＹ方向に移動可能であるので、ＩＣ区域上にマスク パターンを結像した後順次ＩＣ区域をマスクパターンの下側で位置決めすること ができる。 この装置は、さらにクリプトン−フローライドエキシマレーザ又は水銀ランプ のような放射源ＬＡと、レンズ系ＬＳと、ミラーＲＥと、コンデンサレンズＣｏ とを具える照明装置を有する。照明装置から放出された投影ビームＰＢはマスク パターンＣを照明する。このパターンは投影レンズ系ＰＬにより基板Ｗの区域上 に結像される。投影レンズ系は、倍率例えばＭ＝１／４、開口数ＮＡ＝０．６、 及び２２ｍｍの直径の回折限界画像フィールドを有する。 この装置は、さらに複数の測定装置、すなわちＸＹ面の基板に対してマスクＭ Ａを整列させる装置、基板ホルダつまり基板の位置及び方位を決定する干渉計シ ステム、及び焦点又は投影レンズ系ＰＬの結像面と基板Ｗの表面との間の変位を 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電子処理回路及び制御 回路並びにドライバ又はアクチュエータを具えるサーボシステムの一部であり、 これらの装置を用いて基板及び焦点の位置及び方位を測定装置から供給される信 号に基づいて補正することができる。 アラインメント装置は、図１の右上の角部に示すマスクの２個のアラインメン トマークＭ₁及びＭ₂を用いる。これらのマークは、好ましくは回折格子で構成す るが、周囲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により形成す ることができる。アラインメントマークは、好ましくは２次元的に、すなわち図 １の２個の直交する方向Ｘ及びＹ方向に延在する。例えば、パターンＣが並んで 数回結像される半導体基板のような基板Ｗは少なくとも２個のアラインメントマ ーク、好ましくは２次元回折格子を有し、図１において２個のマークＰ₁及びＰ₂ を示す。マークＰ₁及びＰ₂は基板ＷのパターンＣの画像が形成される区域の外部 に位置する。格子マークＰ₁及びＰ₂は、好ましくは位相格子とし、格子Ｍ₁及び Ｍ₂は好ましくは振幅格子とする。 図１はアラインメント装置の特別な実施例、すなわち２本のアラインメントビ ームｂ及びｂ’を用いて基板アラインメントマークＰ₂をマスクアラインメント マークＭ₂上に及び基板アラインメントマークＰ₁をしマスクアラインメントＭ₁ 上にそれぞれ整列させる二重アラインメント装置を示す。ビームｂは例えばミラ ーのような反射素子３０によりプリズム２６の反射面２７に向けて反射する。面 ２７はビームｂを基板アラインメントマークＰ₂に向けて反射し、この基板アラ インメントは放射の一部をビームｂ₁として関連するマスクアラインメントマー クＭ₂に向けて通過させ、ここにマークＰ₂の像を形成する。例えばプリズムのよ うな反射素子１１をマークＭ₂の上方に配置し、このプリズムによりマークＭ₂ を通過した放射を放射感知検出系に入射させる。 第２のアラインメントビームｂ’はミラー３１により投影レンズ系ＰＬの反射 器２９に向けて反射する。この反射器２９はビームｂ’をプリズム２６の第２の 反射面２８に通過させ、この面によりビームｂ’は基板アラインメントマークＰ₁ に入射する。このマークはビームｂ’の放射の一部をビームｂ₁’としてマスク アラインメントマークＭ₁に反射し、ここでマークＰ₁の像を形成する。マークＭ₁ を通過したビームｂ’は放射は反射器１１’により放射感知検出器１３’に入 射する。 この二重アラインメント装置の動作は米国特許第４７７８２７５号に記載され ている。 図１のアラインメント装置の実施例は、例えば２４８ｎｍの短い波長の照明ビ ーム及び例えば６３３ｎｍの相当長い波長のアラインメントビームを用いる装置 に特に適当である。 投影レンズ系は投影ビームＰＢ用に設計されているので、この投影レンズ系Ｐ Ｌを用いてアラインメントビームによりアラインメントマークＰ₁,Ｐ₂及びＭ₁, Ｍ₂を互いに結像する場合に変位が発生する。基板アラインメントマークはマス クアラインメントマークが位置するマスクパターンの面に結像されず、この面か らある距離だけ離れた位置に結像され、この距離は投影ビームの波長とアライン メントビームの波長との間の差及びこの２個の波長に対する投影レンズ素子の材 料の屈折率差に依存する。投影ビームが例えば２４８ｎｍの波長を有しアライン メントビームが６３３ｎｍの波長を有する場合、この距離は２ｍになる。さらに 、この波長差に起因して、基板アラインメントマークは所望の倍率から遍移した 倍率でマスクアラインメントマーク上に結像され、この遍移は波長差が増大する にしたがって増大する。 この遍移を補正するため、特別のレンズすなわち補正レンズ２５を投影カラム ＰＬ内に組み込む。補正レンズは投影カラム内の適切な高さに配置し、一方にお いて基板アラインメントマークにより形成されるアラインメントビームの異なる 回折次数のサブビームが補正レンズ面で十分に分離してこれらサブビームを個別 に制御でき、他方においてこの補正レンズが投影ビーム及びこれにより形成され るマスク像の影響を無視できるようにする。投影レンズは、好ましくは投影レン ズ系のフーリェ面内に配置する。図１に示すように、補正レンズ２５をアライン メントビームｂ₁及びｂ₁’の主光線が互いに交差する面内に配置する場合、この レンズを用いて２本のアラインメントビームを補正することができる。 所望の場合、楔又は回折素子のような別の偏向素子をアラインメントビームの 光路中のアラインメントマーク付近に配置することができる。このような偏向素 子を用いて（図１においては、図示せず）、アラインメント誤差を防止でき、こ れは検出器１３又は１３’に入射する選択されたアラインメントビーム部分内の 意図しない位相差に起因し、この位相差は基板アラインメントマークからのアラ インメントビーム部分の対称軸がマスクプレートに直交していない場合に発生す るので、このプレートにおいて偽の反射が発生するおそれがある。このような偏 向素子が設けられているアラインメント装置は欧州特許出願第０４６７４４５号 に記載されている。 マスクに対して基板を整列させるために用いる図１に示すグーバルアラインメ ントマークＰ１及びＰ２に加えて、基板にはＩＣ区域用の別のアラインメントマ ークを設けて関連する区域を各ＩＣ区域用のマスクパターンに対して整列させる ことができる。マスクは２以上のアラインメントマークを具え、別のアラインメ ントマークを用いて例えばＺ軸回りのマスクの回転を測定して補正することがで きる。 投影装置は、さらに投影レンズ系ＰＬの焦点面と基板Ｗの表面との間の偏移を 決定する焦点誤差検出装置を具え、例えば投影レンズ系をその軸に沿って移動さ せることによりこの偏移を補正することができる。この装置は、投影レンズ系に 固定的に連結したホルダ（図示せず）内に配置した素子４１、４２、４３、４４ 、４５及び４６により構成される。符号４０は、例えば焦点ビームｂ₃を放出す るダイオードレーザのような放射源を示す。このビームは反射プリズム４２によ り極めて小さい角度を以て基板に入射する。基板で反射したビームはプリズム４ ３によりレトロ反射器４４に入射する。素子４４はビーム自身を反射し、このビ ーム（ｂ₃’）はプリズム４３、基板Ｗ及びプリズム４２での反射を介して１回 以上同一の光路を通過する。ビームｂ₃’は部分的反射性の素子４１及び反射素 子 ４５を介して放射感知検出系４６に入射する。この検出系は、例えば位置依存性 検出器マスク２個の分離された検出器を具える。この検出系に形成される放射ス ポットの位置は、投影レンズ系の焦点面が基板Ｗの面と一致する程度に依存する 。焦点誤差検出系の詳細な説明として米国特許第４３５６３９２号を参考にする 。 基板テーブルＷＴのＸ及びＹの位置を正確に決定するため、既知のステップ投 影装置は多軸干渉計システムを具える。米国特許第４２５１１６０号は２軸シス テムについて記載し、米国特許第４７３７２８３号は３軸システムについて記載 する。図１において、この干渉計システムは素子５０、５１、５２及び５３によ り線図的に示され、図１は１個の測定軸だけ、すなわちＸ軸を示すし。レーザの 形態の放射源５０から放出したビームｂ₄は、ビームスプリッタ５１により測定 ビームｂ_4,mビームｂ_4.rとに分割する。測定ビームは基板ホルダＷＨの反射性の 側面に入射し、反射したビームはビームスプリッタにより例えば「コーナキュー ブ」のような静置したレトロ反射器５２で反射した基準ビームと合成する。この 合成ビームの強度は検出器５３を用いて測定され、基板ホルダＷＨの変位、本例 の場合Ｘ方向の変位はこの検出器の出力信号から取り出すことができ、このホル ダの瞬時位置を確立することができる。 図１に線図的に示すように、簡単にするため１個の信号Ｓ₅₃により示される干 渉計信号及びアラインメント検出装置の信号Ｓ₁₃及びＳ₁₃’を例えばマイクロプ ロセッサのような信号処理ユニットＳＰＵに供給し、これらの信号を処理してア クチュエータＡＣ用の制御信号Ｓ_ACを形成し、この制御信号を用いて基板ホルダ ＷＨを基板テーブルＷＴを介してＸ−Ｙ面内で移動させる。図１に示すＸ測定軸 だけでなくＹ測定軸及び取り得る場合には第３の測定軸を有する干渉計システム を用いて、基板に対するマスクの初期アラインメントすなわちグローバルアライ ンメントの期間中に、定置した干渉計システムにより基底される座標系における アラインメントマークＰ₁，Ｐ₂及びＭ₁，Ｍ₂の位置及びこれらマーク間の相対距 離を取り出すことができる。この干渉計システムを用いて基板テーブルを極めて 正確に移動させることができ、この移動は第１のＩＣ区域から第２のＩＣ区域へ 極めて正確にステップ移動できるためにステップ投影装置にとって必要である。 マスクパターンをＩＣ区域へ投影する間にマスク及び基板が同期して移動しな ければならない上述したステップ及びスキャン装置においては、マスクは一方向 すなわちスキャン方向に正確に移動する必要がある。このため、本装置にマスク の移動を正確に測定できる第２の干渉計システムを設ける必要がある。この干渉 計システムは、素子５０、５１、５２、５３及び５４と同一の機能を有する素子 ６０、６１、６２、６３及び６４を具える。図１において簡単にするため１個の 信号Ｓ₆₃として表わすマスク干渉計信号を信号処理ユニットＳＰＵに供給し、こ れらの信号を基板干渉計システムの対応する信号と比較する。これにより、マス クと基板とが正しい相対位置にあるか否か及び／又は同期して移動しているか否 かが確認できる。 マスクのＸ及びＹ方向の位置をＸ_z，Ｙ_zとして表わし基板のこれらの位置をＸ_w 及びＹ_wとして表わし、Ｚ軸まわりの回転をψ_Z,r及びψ_Z,Wとして表わすと、マ スク及び基板が互いに正しく位置している場合以下の条件が満足される。 Ｘ_w−ＭＸ_r＝０ （１） Ｙ_w−ＭＹ_r＝０ （２） ψ_Z,W−ψ_z，_r＝０ （３） ここで、Ｍは投影レンズ系の倍率とする。マスク及び基板は互いに反対方向に移 動するものとした。これらの素子が同一方向に移動する場合、上述した条件にお いてＭの負符号を正の符号で置き換える必要がある。 これらの条件が満足されるか否か確認するため、基板用の干渉計システム及び マスク用の干渉計システムの両方が３個の測定軸を有するだけで十分である。 しかしながら、基板干渉計システムは、好ましは５個の測定軸を有する。この 場合Ｘ_w，Ｙ_w及びψ_z.wに加えて、ψ_x,w及び_r,w、すなわちＸ軸及びＹ軸まわり の傾きを測定する。 マスクの傾きを測定できるようにするため、５軸マスク干渉計システム、すな わちＸ_r，Ｙ_r及びψ_z.r用の３軸干渉計システムとψ_x.r及びψ_Y.r測定用の容量 センサのような他のセンサとの組み合せを用いることができる。 Ｘ_w，Ｙ_w，ψ_x,W，ψ_Y,W及びＸ_r，Ｙ_r，ψ_z,r，ψ_x,r，ψ_y,rが測定されると 共に、焦点検出装置を用いてＺ_w及びＺ_rすなわち基板及びマスクのＺ 軸方向の位置が測定されると、条件（１），（２），（３）だけでなく、以下の 条件を満たすか否か確認できる。 Ｍ²・Ｚ_w−Ｚ_r＝０ （４） Ｍ・ψ_x,w−ψ_x,r＝０ （５） Ｍ・ψ_y,w−ψ_y,r＝０ （６） 前述したように、３軸干渉計システムを用いて、Ｘ及びＹ軸方向の移動量を測定 でき、例えばマスクホルダの最終位置を決定することができ、Ｚ軸まわりのマス クの回転を決定することができる。このようなシステムの実施例は、“ＳＰＩＥ ，Vol.１０８８：Optical／Laser Micro Iithography.第２６８〜２７２頁、Lin er／angular displacenent interferometer for waferstage metro logy ”に記 載されており、このシステムをマスクホルダＭＨと共に図２に記載する。 この複合干渉計システムはヘリュウム−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によりビームｂ₆として干 渉計ユニット７３に向けて反射し、この干渉計ユニットはマスクホルダＭＨのミ ラーＲ₁と協働する。ビームスプリッタ７１を通過したビームｂ₇は、ビームスプ リッタ７２により干渉計ユニット７４に向けて反射するビームｂ₈と干渉計ユニ ット７５に向けて通過するビームｂ₉とに分割される。干渉計ユニット７４はミ ラーＲ₁と共働し、干渉計ユニット７５はミラーＲ₂と共働する。 図３は干渉計ユニット７３の原理を示す。このユニットは、例えば入射ビーム ｂ₆を測定ビームｂ_6,mと基準ビームｂ_b,rとに分割する部分的透過性ミラーのよ うなビームスプリッタ８０を具える。測定ビームはマスクホルダミラーＲ₁に向 けて透過し、このミラーＲ₁はこのビームとビームスプリッタ８０に向けて反射 し、ビームスプリッタはビームｂ_6,mの一部を検出器７６に向けて反射する。ビ ームスプリッタ８０で反射したビームｂ_6,rは固定配置した基準ミラー８１によ りビームスプリッタ８０に向けて反射し、そのビームの一部はビームスプリッタ を透過して検出器７６に入射する。マスクホルダのミラーがＸ方向に移動すると 、検出器７６に入射するビームｂ_6,mとｂ_6,rとの間で強め合う干渉縞と弱め合う 干渉縞とが交互に発生するので、この検出器の出力信号は、基板テーブルが λ／４の距離変位する毎に最大値から最小へ及び最小値から最大値へ変化する。 尚、λはビームｂ₆の波長とする。検出器信号Ｓ₇₆の最大値と最小値の数はホル メダのＸ方向の変位の目安とする。λ／４よりも短い例えばλ／１２８又はλ／ ５１２のミラーＲ₁及びＲ₂の移動量は、干渉計技術において既知の電子的相関方 法を用いて測定することができる。 干渉計ユニット７４及び７５は、干渉計ユニット７３と同一の構成を有し同一 に動作する。マスクホルダのＹ方向の移動量は干渉計ユニット７５及び関連する 検出器７８により測定される。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を用いて行なう。ホルダのＺ軸まわりの回転は信号Ｓ₇₆ 及びＳ₇₇から計算される。この回転は以下の式により与えられる。 ここで、ｄ_iは、測定ビームｂ_6,mとｂ_8,mの主光線がミラーＲ₁に入射する位置間 の距離である。 図３は干渉計ユニットの原理だけを示していることに注意されたい。実際には 、図３の素子８２及び８３としてそれぞれ表わした偏光感知ビームスプリッタ８ ０及び多数のλ／４板を用いてビーム分離及び合成を行なう。この場合、放射損 失は最小になり、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 特に重要である。さらに、上記文献ＳＰＩＥ、Vol.１０８８，Optical ／Laser Microlithography II，第２６８〜２７２頁に記載されているレトロリフレクタ をこの干渉計ユニットに組み込むことができる。 原理的に、３軸干渉計システムを用いて基板のＸ及びＹ方向の変位を測定する ことができる。このシステムを用いて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内に位置する必要がある。 ２．Ｘ及びＹ軸に沿って変位すると共に取り得る場合Ｚ軸まわりで回転する期 間中に、基板ホルダを別の自由度ψ_x,w，ψ_Y,Wに固定する必要がある。 欧州特許出願第０４９８４９９号に記載されているように、これらの条件は、 実際にはほとんど満たすことができず或いは容易に満たすことはできないか、５ 軸干渉計システムを用いることにより克服することができ、この５軸干渉計シス テムを用いて基板のより大きな移動量を測定することができるので、これにより Ｘ及びＹ方向の移動量の測定を一層正確に行なうことができる。 図４は、一体化されたミラーブロックを有する基板ホルダＷＨの５個の自由度 Ｘ，Ｙ，ψ_x,w，ψ_Y,W及びψ_Z,Wを測定する５軸干渉計システムの原理を示す。 このシステムは、例えばビームｂ₂₀及びｂ₃₀が入射する２個の干渉計システム１ ００及び１５０を具える。これらのビームは、例えばヘリウム−ネオンレーザ５ ０から放出される。このレーザからのビームｂ₁₀は、レンズ９０により線図的に 示すビーム拡大光学系を通過し、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、ビームが干渉計ユニッ ト１００及び１５０に正確な角度で入射するようにビームを偏向するミラーであ 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、 このミラーからのビームを受光するように配置することができる。これらのビー ムを用いて、ミラーブロック及び基板ホルダＷＨのＸ方向の変位、Ｙ軸まわりの 傾きψ_Y,W及びＺ軸まわりの回転ψ_z,Wを測定することができる。第２の干渉計ユ ニット１２０は２本の測定ビームをミラーＲ₂に放出し、このミラーからのビー ムを受光する。これらのビームを用いてＹ軸方向の変位及びＸ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。 干渉計ユニットは種々の方法で設置することができる。図５は干渉計ユニット １００の実施例を示す。この干渉計ユニットは、偏光感知ビームスプリッタ１０ １、２個のλ／４波長板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１１３，１１４を 具える。検出器は図４に示す干渉計ユニット１００の面９５上に配置することが できる。この干渉計ユニットはヘテロダイン型とする。ジーマンレーザとして設 置したヘリウム−ネオンレーザからビームｂ₂₀が入射する。このレーザは例えば 、２０ＭＨｚ ｋ光学的位相差を有する２個の直交する偏光成分を有するビーム を放出する。これらの２個の成分は図５において実線及び破線で示す。 プリズム１０１に入射するビームｂ₂₀は、偏光感知界面により測定ビームｂ_{20 ,m} と基準ビームｂ_20,rとに分割する。ビームｂ_20,mは基板ホルダのミラーＲ₁を通 過しこのミラーで反射する。プリズム１０１とミラーＲ₁との間に反射ビームの 偏光方向を制御するλ／４波長板１０３を配置し、このλ／４波長板を２回通過 する反射ビームの偏光面を入射ビームｂ_20,mの偏光面に対して９０°回転させる 。次に、反射したビームは界面１０２により例えば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に向けて反射する。このプリズムで反射したビーム は界面１０２で反射し、測定ビームｂ’_20,mとして再びミラーＲ₁に向けて反射 する。次に、このビームはλ／４波長板を２回透過するので、界面１０２を透過 する。次に、ビームｂ’_20,mはプリズム系１０８に入射しその面１０９で反射し て検光子１１２を介して放射感知検出器１１３に入射する。 界面１０２で反射した基準ビームｂ_20,rはλ／４波長板１０４を透過し、基準 ミラー１０５で反射し、再びλ／４波長板を透過する。界面１０２に入射するビ ームの偏光方向は９０°回転しているので、このビームはレトロリフレクタ１０ ６に向けて透過する。この素子で反射したビームｂ’_20,rは基準ビームとして基 準ミラー１０５に再び入射しこのミラーで界面１０２に向けて反射し、再び偏光 方向が９０°回転する。次に、ビームは界面１０２でプリズム系１０８に向けて 反射し、このプリズム系の面１０９によりビームｂ’_20,rは検出器１１３に入射 する。検光子１１２の偏光方向は、ビームｂ’_20,m及びｂ’_20,rの相互に直交す るする偏光方向に対して４５°の角度で延在する。ビームｂ’_20,m及びｂ’_20,r の検光子を透過した成分は同一の偏光方向を有し相互に干渉する。検出器１１３ の出力信号Ｓ₁₁₃は、基板ホルダミラーＲ₁のＸ方向の変位に応じた周波数偏移が 加算又は減算されたゼーマン周波数差に等しい周波数の強度変調を有する。 原理的に、レトロリフレクタ１０６を削除して検出器１１３に入射する測定ビ ーム及び基準ビームをそれぞれ基板テーブルミラーＲ1 及び基準ミラー１０５で １回だけ反射させることもできる。 レトロリフレクタ１０６を用いて測定ビームを基板ミラーによりビームｂ_20,m 及びｂ’_20,mとして２回反射させる図５の干渉計の特有の実施例は、最終的に検 出器１１３に入射する測定ビームｂ’_20,mがＸ軸と直交する軸のまわりのミラー Ｒ₁の傾きに依存しない利点がある。この結果、信号Ｓ₁₁₃はＸ方向の変位情報 だけを含むことになる。同様な理由により、基準ミラー１０５の起こりうる傾き も信号Ｓ₁₁₃に対していかなる影響も及ぼさない。 図５の紙面と直交するＺ軸まわりの基板テーブルの回転も図５の干渉計ユニッ トにより測定することができる。これは、第１のＸ測定を行った位置Ｐ_X,1（Ｐ_{X ,2} ）から取りうる最大の距離だけ離間した位置Ｐ_X,3（Ｐ_X,4）における第２のＸ 測定により行われる。このため、プリズム系１０８の面１１０を部分的透過性ミ ラーとし、このミラーにより測定ビームｂ’_20,m及び基準ビームｂ’_20,rの一部 をそれぞれ新たな基準ビームｂ_21,r及び新たな測定ビームｂ_21,mとしてビームス プリッタ１０１に向けて反射する。これら２本のビームの偏光方向はλ／２板１ １６により９０°回転しているので、これらビームの機能は相互変化する。測定 ビームｂ_21,mは偏光感知界面１０２により基板ホルダミラーに向けて透過し、基 準ビームｂ_21,r基準ミラーに向けて反射する。ビームｂ_21,m及びｂ_21,rが通る光 路はビームｂ_20,m及びｂ_20,r光路と同様である。好ましくは、測定ビーム及び基 準ビームをビームｂ’_21,m及びｂ’_21,rとしてそれぞれ基板ホルダミラーＲ₁及 び基準ミラーに２回入射させる第２のレトロリフレクタ１０７を設ける。ビーム スプリッタ１０１、プリズム系１０８及び第２の検光子１１４を介して、反射し たビームｂ’_21,m及びｂ’_21,rは第２の検出器１１５に入射し、ここで互いに干 渉する。 この検出器の出力信号Ｓ₁₁₅は、起り得るミラーＲ₁のＺ軸まわりの回転に依存 する周波数シフトが加算又は減算されたゼーマン差周波数に等しい周波数の強度 変調を有する。実際には、この回転が発生した場合、反射が位置Ｐ_x,1及びＰ_x,2 で生ずるシステムを通過する第１の光路の測定ビームと基準ビーム間の周波数シ フトは、反射が位置Ｐ_x,3及びＰ_x,4で生ずるシステムを通る第2 の光路の周波数 シフトとは相異する。検出器１１５により測定される周波数差は、上記周波数シ フト間の差となる。基板テーブルミラーがＺ軸まわりの回転を有しない場合、生 ずる周波数差は零に等しくなる。 信号Ｓ₁₁₃及びＳ₁₁₅を電子的に処理して周波数シフトからＸ方向の変位及び基 板テーブルのＺ軸まわりの回転ψ₂を取り出すことができる方法については、文 献ＳＰＩＥ、Vol.１０８８“Optical ／Laser Microlighgraphy”II，１９８ ９、ｐｐ２６８〜２７２を一例として参考にすることができる。 ２個の周波数成分を有するビームｂ₂₀の代わりに、１個の周波数成分だけを有 するビームを用いることができる。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。 例えばＹ軸まわりの傾きのような第３の測定は干渉計ユニットを用いて行なう ことができる。このため、例えばプリズム系１０８の面１０９を、図５に示すよ うなビームｂ'_20,n及びｂ'_20,rの一部分を透過する部分的に透明なミラーとして 設けることができる。反射器系１２０を、透過するビーム部分の光路中に配置す る。この系は、ビームをビームスプリッタ１０１に向けて反射させると共にビー ムが図５の紙面の前側及び後側に位置する第２のＸＹ面内で延在するようにこれ らのビームをＺ方向に平行に変位させる必要がある。この面は図６において第３ の測定ビームｂ_22,m及び基準ビームｂ_22,rと共に示す。 ビームｂ_22,m及びｂ_22,rのビームスプリッタ１０１の前側の光路はλ／２板１ ２５を含み、このλ／２板１２５によりこれらビームの偏向方向を９０°回転さ せ、基準ビーム及び測定ビームの作用を相互変換する。好ましくは、第３のレト ロリフレクタ１２８を設け、測定ビームを基板ホルダミラーＲ₁によりそれぞれ 位置Ｐ_x,5及びＰ_x,6においてビームｂ_22,m及びｂ'_22,mとして２回反射させ、基 準ビームを基準ミラーによりビームｂ_22,r及びｂ'_22,rとして２回反射させる。 測定ビーム及び基準ビームが通る光路は、図５の測定ビームｂ_20,m及びｂ'_20,m 並びに基準ビームｂ_20,r及びｂ'_20,rが通る光路と同様である。 ビームｂ'_22,m及びｂ'_22,rは、これらのビームの同一の偏光方向の成分を透過 する検光子１２６に最終的に入射し、これらの成分は検出器１２７において互い に干渉する。この検出器の出力信号Ｓ₁₂₇は、ミラーＲ₁のＹ軸まわりの起り得る 傾きに依存する周波数シフトが加算され又は減算されたゼーマン差周波数に等し い周波数の強度変調を有する。実際には、このような傾きが生じた場合、測定ビ ームｂ'_20,mと基準ビームｂ'_20,rとの間の周波数シフトは測定ビームｂ'_22,mと 基準ビームｂ'_22,mとの間の周波数シフトとは相異する。検出器１２７により測 定された周波数差は、これら周波数シフト間の差となる。基板ホルダがＹ軸まわ りの傾きを有していない場合、生ずる周波数差は零に等しくなる。この傾 きは単一周波数のビームにより及び位相差を決定することにより測定することも できる。 図７は反射器１２０の実施例を詳細に示す。この反射器系は、Ｘ軸に平行にＺ 軸方向に進行するビームｂ'_20,m及びｂ'_20,rを反射する第１の反射器１２１と、 これらのビームを再びＸ軸と平行な方向に反射する第２の反射器１２２とを具え る。この反射器対１２１，１２２はビーム自身をＺ軸に沿って平行に変位させる 。 ビームｂ_22,m及びｂ'_22,mがＺ方向にだけ変位している図６及び図７の実施例 において、これら測定ビームの主光線が基板ホルダミラーＲ₁に入射する点Ｐx_,5 及びＰ_x,6は、測定ビームｂ'_20,m及びｂ'_21,mの主光線がこのミラーに入射する 点Ｐ_x,2及びＰ_x,3とＸ方向の同一の位置を有する。これを、明瞭にするため図８ に示す。この図において、測定ビームｂ_20,mｂ'_20,m，ｂ_21,m,ｂ'_21,m及びｂ'_{22 ,m} の主光線がミラーＲ₁に入射する点を塩Ｐ_x,1，Ｐ_x,2，Ｐ_x,3，Ｐ_x,4，Ｐ_x,5及 びＰ_x,6としてそれぞれ示す。いわゆる測定軸は測定軸の各対と関連する。これ らの測定軸は、図５及び６においてＭＡＸ₁、ＭＡＸ₂及びＭＡＸ₃により示す。 これらの測定軸がミラーＲ₁と交差する点はそれぞれ図８においてＱ₁，Ｑ₂及び Ｑ₃により示す。 点Ｑ₃は、好ましくは投影レンズ系の光軸Ａ_PLを通り図８の紙面すなわちミラ ーＲ₁と直交する面内に位置する。点Ｑ₁及びＱ₂は、好ましくはこの面と対照に 位置し、点Ｑ₁とＱ₂との間の接続線１が投影レンズ系の像面ＩＰと平行になり、 この像面は、この面が理想的な場合基板表面ＷＰと一致する。 測定ビーム及び測定軸は、さらに好ましくは平行にして単一の放射スポットの 代りに干渉パターンが検出器１１３，１１５及び１２７の位置で発生するのを防 止する。この平行度は、ビームスプリッタ１０１、プリズム系１０８及び反射器 系１２０の表面の平坦性及びプリズム系１０８の表面１０９及び１１０と反射器 系の表面１２１及び１２２との間の角度により決定され、実際には満足できるよ うに実現することができる。この理由は、これらの表面は角度３秒の範囲内で正 確に平坦にすることができ、上記角度は正確に９０°に等しくすることができる ためである。反射器系１２０は、好ましくはプリズム系１０８と一体化して組立 中のアライメントの問題を解消すると共に時間的な安定性を確実にする。 像面ＩＰと接続線ｌとの間の距離ｄ₂はできるだけ短くする必要がある。接続 線１と点Ｑ₃との間の距離ｄ₃及び点Ｑ₁とＱ₂との間の距離ｄ₄は、傾きψ_Y及び加 点ψ_Zができるだけ正確に測定できるようにできるだけ長くする。他方において 、これらの距離は、ミラーＲ₁の寸法及び重量が制限されるためある限界内に維 持する必要がある。本装置の実現された実施例において、距離ｄ₂及びｄ₄は２０ mm程度であり、距離ｄ₂は７mm程度である。 図５及び６に示す干渉計ユニットは、測定ビーム及び測定軸と関連する基準ビ ームがビームスプリッタ１０１に対して対称になると共にこのビームスプリッタ を通る同一の光路長を有する利点がある。これにより、不安定になるおそれがほ とんど除去される。 図５及び６の装置において、回転ψ_Z及び傾きψ_Yを測定するために必要な測定 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。 測定軸を介して得られる情報がＩ_MAX,1、Ｉ_MAX,2及びＩ_MAX,3により表される場 合、図５及び６の実施例の検出器信号Ｓ₁₁₃，Ｓ₁₁₅及びＳ₁₂₇は以下の式により 与えられる。 Ｘ軸に沿う変位、Ｚ軸まわりの回転及びＹ軸まわりの傾きの大きさ及び方向に 関する情報を含む信号Ｓ（ｘ），Ｓ（ψ₂）及びＳ（ψ_Y）は以下の通りである。 又は、 基板のＸ方向の位置、Ｘ軸まわりの回転及びＹ軸まわりの傾きは、これらの信 号により決定することができる。 或は、種々の測定軸と関連する信号間の差は、光学的の代わりに電子的に決定 することができる。従って、図９に示すように、３本の個別のビームをビームス プリッタ１０１に投射する必要がある。 ビームｂ₂₀の光路中の偏光感知ビームスプリッタ１０１の前側に偏光感ビーム スプリッタ１３０を配置し、このビームスプリッタ１３０によりビームｂ₂₀を主 軸が図９の紙面となる第１のＸ−Ｙ面内に位置する第１及び第２のビームｂ₄₀及 びｂ₄₂と主軸が図９の紙面の前方側又は後方側に位置する第２のＸ−Ｙ面内に位 置する第３のビームｂ₄₃とに分割する。ビームスプリッタ１３０は部分的に透明 又は部分的に透明でない反射体の組み合せを有し、種々の態様で構成することが できる。例えば、これら反射体は平行平面板と対向してビームｂ₄₁，ｂ₄₂及びｂ₄₃ を満足し得る平行にすることができる。これらビームの各々は界面１２０によ り測定ビームと基準ビームとに、すなわちｂ_43,mとｂ_42,mとｂ_42,r、及びｂ_41,m とｂ_41,rにそれぞれ分割する。図面を明瞭にするため、基準ビームｂ_41,rの放射 光路の一部だけを示す。 好ましくは、レトロリフレクタ１０６，１０７及び１０８をビームｂ_41,ｂ₄₂ 及びｂ₄₃の光路中に配置し、ビームスプリッタから出射する測定ビームｂ'_41.m 、ｂ'_42,m及びｂ'_43,mを基板ホルダミラーＲ₁により２図反射させる。各測定ビ ームは基準ビームと共に、検光子１１２，１１４及び１１６を経て個別の検出器 １１３，１１６又は１２７に入射する。図９において図面を明瞭にするため、測 定ビームｂ_43,m及びｂ'_43,mの主光線がミラーＲ₁に入射する点Ｐ_x,5及びＰ_x,6の Ｙ方向の位置は、ビームｂ'_41,m及びｂ_42,mがミラーに入射する点Ｐ_x,2及びＰ_{x, 3} のＹ方向の位置とは相異するように記載した。一方、Ｐ_x,5及びＰ_x,6のＹ方向 の位置は点Ｐ_x,2及びＰ_x,3とそれぞれ一致するので、図８の状態が得られる。 図９の実施例において、検出器信号Ｓ_113,Ｓ_115,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。 Ｓ₁₁₃＝Ｉ_MAX,1 Ｓ₁₁₅＝Ｉ_MAX,2 Ｓ₁₂₇＝Ｉ_MAX,3 測定信号Ｓ（ｘ）、Ｓ（ψ_Z）及びＳ（ψ_Y）は以下の通りである。 及び検出器信号で表すと、 ３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、測定信号Ｓ（ｘ）、Ｓ（ψ_Z）及びＳ（ψ_Y）に対する干渉計誤差 Δの程度により決定する。この干渉計誤差Δは干渉計自身により検出器信号Ｓ_{11 3} ，Ｓ₁₁₅及びＳ₁₂₇に生ずる誤差である。この誤差が各検出器信号に生ずると、 測定信号中の誤差は、３個の独立した測定軸の場合、 また、３個の結合された測定軸の場合以下のようになる。 基本ホルダのＹ方向の変位及びＸ軸まわりの傾きを決定するため、本発明によ る複合干渉計システムは図４において符号１５０で示す第２の干渉計ユニットを 含む。原理的に、この干渉計は２個の測定軸ＭＡＸ₁₄及びＭＡＸ₁₅を有し、その 構造は干渉計ユニット１００の構造と同様である。図１０及び１１は干渉計ユニ ット１５０を詳細に示す。 所定の周波数差を有し２個の相互に直交する偏光成分を有する入射ビームｂ₃₀ は、ビームスプリッタ１１５の界面（偏光面）１５２により測定ビームｂ_30,mと 基準ビームｂ_30,rとに分割する。測定ビームは第２の基板ホルダのミラーＲ₂に より反射し、レトロリフレクタ１５６の存在により位置Ｐ_y,1及びＰ_Y,2におい て２回反射する。ビームスプリッタ１５１から出射する測定ビームｂ'_30,mは基 準ミラー１５５により２回反射した基準ビームｂ'_30,rと合成する。２個のλ／ ４板１５３及び１５４により、測定ビーム及び基準ビームはこのシステムの第２ の光路に望ましい偏光方向に変換される。ビームｂ'_30,m及びｂ'_30,rは反射器１ ５８により検光子１５９を経て検出器１６０に入射する。この検光子の偏光方向 は、ビームｂ'_30,mとｂ'_30,rの互いに直交する２個の偏光方向に対して４５°と し、この結果この検光子はこれらビームの同一の偏光方向の成分を通過させ、こ れらの偏光成分は互いに干渉する。従って、検出器１６０の出力信号Ｓ₁₆₀は、 基板ホルダーのＹ方向の変位により決定される周波数シフトが加算又は減算され たビームｂ_30,m及びｂ_30,rの差周波数に等しい周波数の強度変調を有することに なる。 基板ホルダのＸ軸まわりの傾きの測定を可能にするため、反射器１５８を部分 的に透明なミラーとして設置することができる。この素子を透過したビームｂ’_30,m 及びｂ'_30,rの一部分は、反射器系１６１によりビームスプリッタ１５１に 向けて反射する。この反射器系は、図１０のＸ−Ｙ面に対して４５°の角度で位 置する２個のミラー１６２及び１６３により構成することができる。ミラー１６ ２はビーム部分をＺ方向に向けて反射し、次にミラー１６３はこのビーム部分が 図１０の紙面の前方側又は後方側に位置する第２のＸ−Ｙ面内のＹ方向に沿って 進行するように反射する。この第２の面は図１１の紙面であり、この図１１は反 射器系１６１で反射したビーム部分が新しい測定ビームｂ_31,m及び新しい基準ビ ームｂ_31,rとして干渉計システムをどのように通過するか、及びこれらのビーム が基板ホルダミラーＲ₂基準ミラー１５５によりどのように反射するかを示す。 ビームスプリッタ１５１の前側にλ／２板１６４を配置する。このλ／２板はビ ームの偏光方向を９０°回転させるので、測定ビームと基準ビームの作用は相互 変換される。レトロリフレクタ１６５の存在により、測定ビームはミラーＲ₂に より位置Ｐ_y,3及びＰ_y,4において測定ビームｂ_31,m及びｂ'_31,mとして反射し、 基準ビームは基準ミラーにより基準ビームｂ_31,r及びｂ'_31,rとして２回反射す る。 ビームｂ'_31,m及びｂ'_31,rは最終的に、これらビームの同一の偏光方向を有 する成分を検出器１６７に向けて通過させる偏光検光子１６６に入射する。この 検出器の出力信号Ｓ₁₆₇は、ミラーＲ₂のＸ軸まわりの傾きψ_xに依存する周波数 シフトだけ加算又は減算されたビームｂ_30,m及びｂ_30,rの差周波数に等しい周波 数の強度変調を有する。実際には、この傾きが生ずると、測定ビームｂ'_30,mと 基準ビームｂ'_30,rとの間の周波数シフトは、測定ビームｂ'_31,mと基準ビームｂ '_31,rとの間の周波数シフトとは相異する。検出器１６７により測定された周波 数差は、これら周波数シフト間の差となる。基板テーブルがＸ軸まわりの傾きを 有しない場合、生ずる周波数差は零となる。 測定ビームｂ_31,mとｂ'_31.mの主光線がミラーＲ₂に入射する点Ｐ_y,3とＰ_y,4は 、測定ビームｂ'_30,mとｂ_30,mの主光線がこのミラー入射する点Ｐ_y,2とＰ_y,1と 同一のＸ方向の位置を有し、測定軸ＭＡＸ₄及びＭＡＸ₅はＺ軸と直交する方向に 向く。この状態を図１２に示す。この図１２は、これらの測定軸及びこれらの軸 が基板ホルダＷＴのミラーＲ₂と交差する点Ｑ₄及びＱ₅だけでなく、第１の干渉 計ユニットの測定軸ＭＡＸ₁，ＭＡＸ₂及びＭＡＸ₃並びにこれらの軸と基板ホル ダのミラーＲ₁との交点Ｑ₁，Ｑ₂及びＱ₃をも示す。 図１０及び１１の干渉計ユニットにおいて、傾きψ_xを決定するために必要な 測定軸ＭＡＸ₄及びＭＡＸ₅を関連する信号間の差は光学的に決定する。これらの 測定軸を用いて得られた情報をＩ_MAX,4及びＩ_MAX,5として表わすと、図１０及び １１の実施例の検出器信号Ｓ₁₆₀及びＳ₁₆₇は次式で与えられる。 Ｓ₁₆₀＝Ｉ_MAX,4 Ｓ₁₆₇＝Ｉ_MAX,4−Ｉ_MAX,5 検出器信号の関数としての測定軸情報は、 Ｉ_MAX,4＝Ｓ₁₆₀ Ｉ_MAX,5＝Ｓ₁₆₀−Ｓ₁₆₇ Ｙ軸に沿う変位及び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（Ｙ）及びＳ（ψ_x）は、 ここで、ｄ₅は図１２における点Ｑ₄とＱ₅との間の距離である。 図１０及び１１に示す結合された測定軸を用いる代りに、干渉計ユニット１５ ０を干渉計ユニット１００に基いて説明したものと同様に動作させる独立した測 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 下の関係が適用される。 Ｓ₁₆₇＝Ｉ_MAX,4 Ｓ₁₆₇＝Ｉ_MAX,5 また、測定信号Ｓ（Ｙ）及びＳ（ψ_x）において以下の関係が適用される。 図１０及び１１による干渉計ユニットは、測定ビーム及び基準ビームがこの干 渉計ユニットを対称的に進行し、ビームスプリッタ１５１を通る同一の距離にわ たって進行する利点が達成され、これは安定性の観点より極めて好ましく、すな わち温度や温度等による影響を受けない利点がある。 干渉計ユニット１００及び１５０の両方において、検出器１１３，１１５，１ ２７，１６０及び１６７について検光子１１２，１１４，１２６，１５９及び１ ６６の直接背後に配置する必要はなく、所望の場合にはこれらの検出器を長い距 離だけ離間させて配置することができ、できるだけ近接して配置することもでき る。この場合、光ファイバを用いてビームを検出器に導くこともできる。ビーム をファイバの入射面に集束させるレンズを検光子とファイバとの間に配置するこ とができる。 図５，６，９，１０及び１１に示すプリズムレトロリフレクタすなわち３次元 「コーナキューブ」は、いわゆるキャツアイレトロリフレクタで置き換えること もできる。このキャツアイは、レンズとその焦点面に配置したミラーにより構成 され、反射したビームの主軸を入射ビームの主軸に対して平行にするだけでなく 、これらの主軸を一致させることができる。 複合干渉計システムの必要な精度の観点において、温度、圧力、湿度のような 周囲パラメータの変化は重要な役割を果たす。これらの変化により、干渉計のビ ームが伝播する媒質の屈折率の変化が生ずる。この変化を決定して補正できるよ うにするため、好ましくは干渉計システムは、固定配置したミラーと協働するビ ームが進行する基準軸として用いられる６番目の軸を有する。図４において、こ のミラーを符号１７０で示し、基準軸ビームをｂ₅₀で示す。このビームｂ₅₀は好 ましくは第２の干渉計ユニット１５０から投射し、このユニットからのビームを ミラー１７１によりミラー１７０に入射させる。 図１０は、ビームｂ₃₀から２個の反射器を具えるプリズム系１７５によりいか にしてビームｂ₅₀を取り出すかを示す。第１の部分的に透明な反射器１７６はビ ームｂ₃₀の一部分を第２の反射器１７７に向けて反射し、第２の反射器はこのビ ーム部分をビームｂ₅₀としてビームスプリッタ１５１に入射させる。界面１５２ は、ビームｂ₅₀を測定ビームｂ_50,m及び基準ビームｂ_50,rに分割する。基準ビー ムは基準ミラー１５５に向けて反射し、測定ビームｂ_50,mは透過して、例えば、 図１０の紙面に対して４５°の角度を以て配置したミラー１７１に入射する。固 定配置したミラー１７０により反射した測定ビームｂ_50,mはミラー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１ ５５で反射した基準ビームｂ_50,rと合成される。偏光検光子１７９を介して、合 成ビームは検出器１８０に入射する。検出器１８０は、反射器１７７おが部分的 に透明な反射器の場合、プリズム系の背後に配置する。 測定ビームｂ_50,mは一定の幾何学的な光路を進行する。一方、幾何学的光路長 と媒質の屈折率との積である光学的光路長は、屈折率の変化及び測定ビームｂ_{50 ,m} と基準ビームｂ_50,rとの光路長差による影響を受ける。光路長差の変化は検出 器１８０により測定され、出力信号Ｓ₁₈₀を用いて別の測定軸を介して得た情報 の周囲パラメータの変化に起因する屈折率変化を補正することができる。 図４に示すように、基準軸用の岸ミラー１７０は、好ましくは「ゼロデュ（ｚ ｅｒｏｄｕｒｅ）」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。従って、基準軸用の極 めて安定な構成が得られる。 これら測定系のビームが干渉計ビームと同一の空間を進行する場合、６軸干渉 計システムの基準軸の情報を用いて焦点誤差検出系及び／又は基板表面の局部的 てレベリング検出系のような別の光学測定系の情報を補正することができる。 圧力、温度、湿度等の周囲パラメータの変化に起因して、投影レンズ系内の媒 質の屈折率が影響を受けるおそれがあり、これにより投影レンズ系の結像品質が 変化していまう。複合干渉計システムの基準軸により発生した信号を用いて結像 品質を補正することができる。これは、以下のパラメータの１個又はそれ以上の パラメータを調整することにより行うことができる。 ・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個又はそれ以上の仕切りの媒質の組成 ・投影レンズ系内のレンズ素子間の相互距離 さらに、 ・アラインメント装置のゼロ設定 ・フォーカイング装置の零設定を前記信号により調整する 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 信号処理ユニット１８５に供給する。図１０に線図的に示すように、信号ＳＲ₁ …ＳＲ_nにより、投影装置の種々のサーボ系をユニット１８５により制御するこ とができる。或いは、基準軸信号により零設定及び結像品質の補正は物体すなわ ち基板の局部的てレベリングすることなく装置内で行うことができる。 屈折率の変化を測定する場合、１個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、別の測定軸について前述したように、２本の測定ビーム及び ２本の基準ビームを用いることができる。この場合、測定ビームｂ_50,m及び基準 ビームｂ_50,rはλ／４板１５３及び１５４を装置通過する必要があり、レトロリ フレクタ１５６の位置に基準軸用にレトロリフレクタを配置する必要がある。こ の場合、基準軸の測定ビーム及び基準ビームは、第４の測定軸の測定ビームｂ_{30 ,m,} ｂ’_30,m及び基準ビームｂ_30,r,ｂ’_30,rと同様に図１０に基づくシステムを通 過する。 干渉計ビームが伝播する全空間にわたって同一の環境条件に維持されれば、複 合干渉計システムの高い精度が得られる。これは、欧州特許出願第０４９８４９ ９号に記載されているように、この空間に一定の空気流、好ましくは層流を流す ことにより達成できる。この特許出願において、図５、６、９、１０及び１１に 示される干渉計ユニットとは異なる干渉計ユニットの実施例が記載されている。 図１において素子６０〜６４により線図的に示すように、投影装置はマスクの 移動及び位置を測定する第２の干渉計システムを具える。このシステムを用いて Ｘ及びＹ軸に沿う移動及びＺ軸まわりの回転ψ_Z,rを測定しようとする場合、２ 個のＸ測定軸と１個のＹ測定軸を有する図２に示すシステムのような３軸干渉計 システムを用いるだけで十分である。 Ｘ及びＹ軸まわりの傾きも測定する必要がある場合、特にスキャン方向のよう な１方向にだけ比較長い距離移動させる必要のない場合、比較的安価な容量性素 子のような個別の素子をこの目的のために用いることができる。 マスクパターンを１個のＩＣ区域に投影する期間中にマスクパターン及び基板 が反対方向に多数回スキャン移動する必要がある場合、マスクパターン及び基板 は２個の順次のスキャン移動する間にスキャン方向と直交するする方向に変位す る必要があり、この場合図４に示す回路図及び図５、６、９、１０及び１１に示 す実施例並びに欧州特許出願第０４９８４９９号に記載されている実施例に基づ くシステムと同様な５軸干渉計システムを用いてマスク移動を測定することがで きる。 図１３は、決定すべき位置及びこの目的のために用いられる測定軸の概観を線 図的にＸＺ面の断面として示す。この図は重要な別の概念も示し、すなわち投影 レンズ系ＰＬ、マスク用の干渉計システムＩＳ_r及び基板用の干渉計システムＩ Ｓ_wを度量衡フレームＭＦと称されている１個のフレームに配置し、従ってＩＳ_r 、ＩＳ_w及びＰＬを互いに強固に固定する。これにより、投影レンズ系ＰＬによ り形成されるマスクパターンの像は干渉計システムに結合される。度量衡フレー ムはマスク及び焦点誤差検出系用の後述する容量センサも収容する。マスク干渉 計 システム及び基板干渉計システムの測定ミラーＲ_1,2及びＲ_1,WはマスクＭＡ及び 基板Ｗがそれぞれ強固に固定されているマスクホルダＭＨ及び基板ホルダＷＨの 一部であるので、これらのシステムを用いてマスク及び基板の移動が直接測定さ れる。従って、これらの測定及び形成されるマスクパターンの像は、基板及びマ スクのＺ軸方向調整用のアクチュエータのような装置の別の素子の移動による影 響を受けることはない。 Ｘ及びＹ方向にマスク及び基板を変位させるアクチュエータ（Ｘアクチュエー タＸＡ_r及びＸａ_wだけを図１３のロッドにより図示する）はアクチュエータフレ ームＡＦの一部を構成する。 度量衡フレームは線図的に示すダイナミックなアイソレータＳＵ₁、ＳＵ₂及び ＳＵ₃によりアクチュエータフレームにより吊り下げられるので、このフレーム は装置の残りの部材からダイナミックに結合解除される。マスクテーブルＭＴ及 び基板テーブルＷＴもアクチュエータフレーム上に配置する。マスクテーブルは ３個のＺアクチュエータを有し、２個のアクチュエータＺＡ_r,6及びＺＡ_r,2を図 示し、これらのアクチュエータを用いてアクチュエータに等しく付勢することに よりマスクのＺ方向の位置を調整することができ、或いはアクチュエータに等し くなく付勢することによりマスクを傾かせることができる。これらの移動は基板 についても同様な方法で行うことができる。この理由は、基板テーブルにも３個 のＺアクチュエータが設けられているからであり、２個のアクチュエータＺＡ_{w, 1} 及びＺＡ_w,2を示す。 Ｚ_wにより線図的に示す投影レンズ系ＰＬに対する基板の縦方向の位置は、図 １の素子４０〜４６で示す焦点誤差検出系を用いて測定することができる。この 焦点誤差検出系の好適実施例は米国特許第５１９１２００号に記載されている。 ＺアクチュエータＺＡ_w,1，ＺＡ_w,2は焦点誤差検出系から供給される焦点誤差信 号により制御できるので、Ｚ_wは一定値に調整することができ、基板干渉計シス テムの測定信号を処理することを考慮する必要はない。 基板表面に対する測定値を発生する焦点誤差検出系は、投影レンズＰＬに固定 したプレート１７０上に配置することができる。このプレートは、例えば投影レ ンズと基板ホルダとの間の距離が異なる位置に配置した複数の容量センサにより 測定される場合、基板ホルダに対する基準プレートとしても作用する。投影レン ズ基準プレート１７０と基板との間の測定パラメータψ_x,w及びψ_y,wは、Ｚ及び Ｙ軸まわりの基板の傾きが測定されることを示す。 図１４は図１３に示すことができない位置及び関連する測定軸を示す。この図 １４はマスクホルダＭＨ及び基板ホルダＷＨの極めて線図的な平面図であり、こ れらのホルダは図面を明瞭にするためＸ及びＹ方向において相互にオフセットし ている。図１３及び１４に示すように、基板のＸ方向の位置Ｘ_w及びマスクのＸ 方向の位置Ｘ_r、並びにマスクのＹ方向の位置Ｙ_r及び基板のＹ方向の位置Ｙ_w（ 図面上図示されていない）、並びに基板のＺ軸まわりの回転ψ_Z,w及びマスクの Ｚ軸まわりの回転ψ_Z,2が決定される。マスク及び基板は共に正確な水平方向に あるか又はＸ及びＹ軸まわりの同一の傾きを有しているから、ψ_x,w，ψ_y,w及び ψ_z,r，ψ_y,rも測定する必要がある。これらの測定を行うことができるようにす るため、基板干渉計システムは以下の測定軸Ｘ_w,1，Ｘ_w,2，ｙ_w,1，Ｙ_w,2，Ｙ_{w, 3} を具える。 本例の３個のＸ測定軸及び３個のＹ測定軸を具える干渉計システムは、図４， ５，６，９及び１０に基いて説明したシステムとは相異している。このシステム は２個のＹ測定軸Ｙ_w,1，Ｙ_w,2及び３個のＸ測定軸Ｘ_w,1，Ｘ_w,2及びＸ_w,3を具 え、図面上これらをＭＡＸ₄，ＭＡＸ₅，ＭＡＸ₁，ＭＡＸ₂，ＭＡＸ₃，としてそ れぞれ示す。 図１４に示すＸ及びＹ測定の代りに、図１３に示すＺ測定を行なうことができ る。 図１３及び１４に示すように、マスク干渉計システムは３個のシステムＸ_r,1 ，Ｙ_r,1及びＹ_r,2を具えることができる。さらに、図１４のＺ_r,1，Ｚ_r,2及びＺ_r,3 で示すように、マスクの局部的な高さ（Ｚ位置）はマスクの３個のの位置で 決定することができる。 測定軸Ｘ_w,1と基板面との間の距離をｄ₁₁で示し、測定軸Ｘ_r,1とマスク面との 間の距離をｄ₁₂で示し、高さ測定点Ｚ_r,1，Ｚ_r,2間の距離及びＺ_r,2，Ｚ_r,3間の 距離をｄ₁₃及びｄ₁₆で示し、測定軸の対Ｘ_w,1，Ｘ_w,2，Ｙ_w,1，Ｙ_w,2、及びＹ_{r, 1} ，Ｙ_r,2間の距離をそれぞれｄ₁₀，ｄ₁₄及びｄ₁₅とする。この実施例 について、所望の測定信号は以下の式により与えられる。 以下の条件を満足する場合、基板及びマスクは正確に位置し及び位置決めされる 。 Ｘ_w−Ｍ．Ｘ_r＝０ （１） Ｙ_w−Ｍ．Ｙ_r＝０ （２） ψ_z,W−ψ_z,r＝０ （３） Ｍ²・Ｚ_W−Ｚ_r ＝０ （４） Ｍψ_x,w−ψ_x,r＝０ （５） Ｍψ_y,W−ψ_y,r＝０ （６） マスクの高さ位置を測定するため、例えば図１５に示す容量性センサＺ_r,1，Ｚ_{r ,2} 及びＺ_r,3を用いることができる。図１５において、この装置で用いた全ての 測定面をドットパターンで示す。マスクホルダは光学測定面として２個の測定ミ ラーＲ₃及びＲ₄を具え、これらミラーは３軸干渉計システムと共働し、このシス テムは例えばＸ_r,1，Ｙ_r,1及びＹ_r,2を測定する。さらに、このホルダの下側に は、容量性センサＺ_r,1，Ｚ_r,2及びＺ_r,3の一部を構成する２個の導電性面１７ ４及び１７５を設ける。容量性センサの作用を図１５の右側中央部に示す。アイ ソレータ１７９上に配置され表面サイズＡを有する第２の導体１７６は、面１７ ５から距離ｄを以て存在する。導体１７５と１７６との間の媒質が誘電定数Ｅを 有する場合、容量Ｃは、Ｃ＝Ｅ・Ａ／ｄにより与えられる。この導体１７５と１ ７６との間の距離ｄに依存する容量を決定することにより、投影レンズとマスク ホルダとの間の距離、すなわちマスクの局部的な高さを直接測定することができ る。３個のセンサを用いてこれらの測定結果を比較することにより、Ｘ及びＹ軸 まわりの傾きを決定することができる。容量性センサの代りに、空気圧センサや 光センサのような別のセンサを用いることができる。光センサの場合、面１７４ 及び１７５を反射性とし、つまりこれらの面を光学測定面とする必要がある。光 センサは、ＣＤとして既知の光学オーディオディスクを再生するために開発され た光読出ヘッドにより構成することができる。このヘッドは、小型で安価な利点 がある。 図１５は基板位置測定の変形例を示す。本例では、５軸干渉計システムの代り に、３軸干渉計システムを用いる。基板ホルダＷＨ上の測定ミラーＲ₁及びＲ₂と 共働するこのシステムを用いれば、基板のＸ方向の位置（Ｘ_w,1）、Ｙ方向の位 置（Ｙ_w,1）及びＺ軸まわりの回転（Ｙ_w,1−Ｙ_w,2）が決定される。Ｘ軸及びＹ 軸まわりの傾き並びに投影レンズと基板との間の距離はマスクについての方法と 同一の方法で、すなわち容量性センサＺ_r,1，Ｚ_r,2及びＺ_r,3を用いて決定する ことができる。このため、投影レンズが固定されている基準プレート１７０の下 側は、このプレートが容量性センサの一方のプレートとして機能するように導電 性とする。基板のための容量性センサは、光センサや空気圧センサのよう な別のセンサで置き換えることができる。 本装置は、例えば米国特許第4356392 号に記載されている焦点誤差検出装置の 形態の光学式高さ計及び図１５に示す容量性高さ測定装置を具えることができる 。さらに、この装置は、基板及び／又はホルダ用に３個以上の容量センサを含む ことができる。さらに、マスクは実際のマラインメントに用いられるマークだけ でなく、例えばレンズ誤差を検出できる特別マークを有することができる。 図１６は、マスクＭＡの縮小像をステップ及びスキャン装置中に存在する基板 ＷＨ上に形成する状態を図示する。投影レンズ系の倍率Ｍは例えば１／４とする 。マスクの区域において、投影レンズ系は例えば矩形断面ＰＢ_Cを有するので、 このマスク矩形部分ＭＡ_Bが照明される。この部分は投影レンズ系ＰＬにより基 板Ｗの同様に矩形部分Ｗ_B上に結像される。図１５の矢印Ｄ_MA及びＤ_Mで示すよう に、マスクを基板に対して反対方向に同期して移動させることにより及び倍率Ｍ を考慮することにより、マスク全体が順次照明され、マスクパターン全体が基板 のＩＣ区域Ｗ_d上に結像される。マスク及び基板は同一のＸ方向に移動すること ができる。この場合、条件(1)及び(2)において−符号を＋符号で置き換える必要 がある。 マスクパターンが第１のＩＣ区域上に結像された後、基板ホルダをマスクに対 してＩＣ区域のＸ方向及びＹ方向の周期に等しい距離だけ移動させ、スキャ放射 ＢＰ_Cによりマスクを第２のＩＣ区域上に結像する。 或は、放射パターンは矩形形状とは異なる形状、例えばアーチ形を有すること ができる。実際には、放射パターンのＸ方向に測定した幅は、Ｙ方向に測定した その長さよりも小さくする。 上述した投影装置において、２個の個別の干渉計システムを用い、それらの信 号を一緒に処理した。信号処理の動作の結果は十分に高速で利用し、Ｘ，Ｙ，ψ_z のサーボ系すなわち制御ループを十分に高速にする必要がある。換言すれば、 測定が行なわれた瞬時と所望の測定結果を利用できる瞬時との間の経過する遅延 時間は十分に短くする必要がある。このため、位置決めサーボ系特に干渉計シス テムの信号処理電子回路は十分に高速にする必要がある。例えば、これらの電子 回路は３０ＭＨｚ程度の周波数で信号を処理できる必要があり、必要な測定精度 が 約２ｎｍの場合必要な距離は３０mm程度であり照明時間は０．５秒程度である。 さらに、干渉計システム及び制御されるアクチュエータの全ての測定面を有する サーボ系全体の回路は、同期させる必要がある。 Ｘ_r,Ｙ_r,ψ_r,ψ_z,r,ψ_x,r及びψ_y,r調整を行なう全てのアクチュエータと共に 、マスク用に５軸干渉計システムを用いる場合或は３軸干渉計システムを容量セ ンサ又は他の非接触センサとの組み合せとして用いる場合、基板ホルダの取り付 けに関して厳格な要件を課す必要はなく、例えば０．４μｍ程度の偏位は許容で きる。互いに同一に高速にする必要のない２個のループを用いる。好ましくは、 マスクホルダ用のサーボループを基板ホルダ用のサーボループよりも高速にする 。基本板ホルダだけについて、それ自身の基板ホルダの位置及び向きを調整する ５軸干渉計システムを用いる。マスクホルダ用の駆動系は基板ホルダ用の駆動系 よりも簡単になるので、マスクホルダのサーボループは基板ホルダのサーボルー プよりも高速にすることができた。マスクホルダのサーボループにより条件(1) 〜(6)が満たされることになる。従って、遅いサーボループの残留誤差は高速の サーボループにより補正される。 マスクホルダの取り付に対して一層厳格な要件が課せられる場合、例えば偏位 は０．４μｍ以下にする必要があり、この場合マスクホルダ用のサーボループは 一層簡単になる。この場合、マスクホルダについて個別の傾きアクチュエータセ ンサ（ψ_x,r及びψ_y,r）は不要になる。Ｙ測定及びＹアクチュエータを基板ホル ダに結合される。マスク干渉計システムはＸ測定及びψ_z測定を行なうためにだ け必要であり、サーボループは２個のＸアクチュエータ又は２個のＹアクチュエ ータの形態のＸアクチュエータ及びψ_zアクチュエータを有することだけが必要 である。 ５軸基板ホルダ干渉計システムから供給される傾き測定信号ψ_x,w及びψ_y,wは ２個の態様において用いることができる。この装置の基板がＩＣ区域毎に高さが 相異する実施例において、この局部的なレベリングに起因して発生する可能性の ある基板の傾きについて、傾き測定信号を用いてＸ，Ｙ及びψ_z測定信号を補正 することができる。 局部的なレベリングが生じない投影装置の実施例において、傾き測定信号を別 の測定信号と共に用いて、ステッピング中に基板がＩＣの区域の周期に等しい距 離だり変位している場合に生ずる可能性のある基板の傾きを補正することができ る。 干渉計システムを用いて所望の測定精度を達成できるようにするため、比較的 長い測定ミラーの平坦性について厳格な要件を課す必要がある。コストの理由よ りこれらの要件が緩和される場合、又はコストがより高くしかも実際にこれらの 要件を満たすことができない場合、実際の測定を行なう前にミラーの非平坦性を 検出し得られた情報を用いて実際の測定を補正することができる。この目的のた め、６軸干渉計システムを用い、６番目の軸を基準軸とせず特別な測定軸とする 。５軸干渉計システムを示す図１２と同様に、図１７はこのような６軸干渉計シ ステムを示す。Ｘ方向及びＹ方向測定を行なう干渉計ユニットを図５，６及び９ に基いて説明したように設置する。 Ｘ干渉計ユニットは測定面ＭＡＸ，１，ＭＡＸ，２及びＭＡＸ，３を具え、こ れらの測定面を用いてＸ方向の位置、Ｙ方向まわりの傾きψ_y、及びＺ軸まわり の回転ψ_zを測定する。上述した表記を用いる場合、すなわちＩ_MAX,1が測定面Ｍ ＡＸ，１から供給される情報を素子し、Ｓ_xを測定すべき物体（本例の場合、基 本ホルダ）のＸ方向の位置を表わす信号とし、Ｓ（ψ_z）をＺ軸まわりの回転を 表わす信号とし、Ｓ（ψ_y）をＹ軸まわりの傾きを表わす信号とすると、Ｘ干渉 計ユニットから供給される信号は、 ここで、ｄ₃及びｄ₄はそれぞれ測定面ＭＡＸ，２とＭＡＸ，３との間及びＭＡＸ ，１とＭＡＸ，２との間の距離であり、添字ｘはＸ干渉計ユニットと関連する ことを示す。 また、Ｙ干渉計ユニットは３個の測定面ＭＡＸ，４，ＭＡＸ，５及びＭＡＸ， ６を具える。これらの軸を用いて、Ｙ方向位置、Ｘ軸まわりの傾きψ_x、及びＺ 軸まわりの回転ψ_zを測定する。関連する信号は以下の通りである。 測定システム及びアクチュエータを含むサーボループがクローズすると、Ｘ及 びＹ方向の移動の精度はミラーＲ₁及びＲ₂の平坦度の程度に依存する。これらの ミラーの非平坦性はＸ及びＹ干渉計ユニットのＳ（ψ_z）により検出することが できる。このため、基板ホルダは、Ｓ_x（ψ_z）が一定に維持されている状態でＸ 方向に移動する。Ｙ測定ミラーＲ₂が平坦でない場合、Ｓ_y（ψ_z）はＸの関数と して変化する。補正テーブルはＸの関数としての測定されたＳ_y（ψ_z）の値から 計算することができ、Ｙ干渉計ユニットを用いる実際の測定中にこの補正テーブ ルを用いてミラーＲ₂の非平坦度を補正することができる。Ｘ測定ミラーＲの非 平坦度を決定するため、Ｓ_y（ψ_z）を一定に維持した状態で基板ホルダを同様に Ｙ方向に移動させる。Ｘ測定ミラーが平坦でない場合、Ｓ_x（ψ_z）はＹの関数と して変化する。この変化から補正テーブルを計算することができ、Ｘ干渉計ユニ ットを用いる実際の測定において同様にこの補正テーブルを用いてミラーＲ₁の 非平坦度を補正することができる。 既に述べたように、基板を高速で供給する必要のあるフォリソグラフィ装置に 干渉計ユニットを用いる場合、測定が行われる瞬時と測定結果を利用する瞬時と の間の経過した遅延時間に厳格な要件を課す必要がある。この遅延時間は各測定 軸毎に最小にする必要があり、異なる測定軸の遅延時間間の差異を最小にする必 要がある。測定系とアクチュエータから成るサーボループがクローズした場合、 Ｘ及びＹ方向の移動の精度は基板ホルダの速度及び時間遅延差に依存する。時間 遅延差に課せられる要件が緩和される場合又は所望のより厳格な要件を実際に満 たすことができない場合、代わりに図１７に示す６軸干渉計システムを用いて異 なる測定軸の時間遅延間の差異による誤差を検出することができ、これらの差異 を補正することもできる。 誤差を検出するため、Ｓ_x（ψ_z）を一定に維持しながら基板ホルダをＸ方向に 移動させ、起こり得るＳ_Y（ψ_z）の変化をＸ方向の速度の関数として測定する。 補正テーブルは測定した変化から計算することができ、このテーブルを実際の測 定用に用いる。同様に、Ｓ_Y（ψ_z）を一定に維持しながら基板ホルダをＹ方向に 移動させ、Ｓ_x（ψ_z）の起こり得る変化をＹ方向の速度Ｖ_Yの関数として測定し 、実際の測定の補正テーブルを構成するために用いる。Ｘ方向にスキャンするリ ソグラフィ装置の場合、特にＶ_xの関数としての変化Ｓ_Y（ψ_z）が重要である。 測定された変化を用いて用いた速度についての回転ψ_zを補正することができる 。 ６番目の測定軸ＭＡＸ，６を有する干渉計システムを用いる場合、これにより 供給される情報を用いてこの干渉計システムと関連するホルダの位置をホルダの 各瞬時位置及び各速度で補正することができる。このホルダは基板ホルダだけと することができるが、６軸干渉計システムを用いてマスクホルダの位置を制御ス ル場合マスクホルダとすることができる。 本発明は、集積回路を製造するために基板上にマスクパターンをステップ及び スキャン結像する装置を用いて説明したが、集積化された光学装置、又は光学系 全体、磁気ドメインや液晶表示パネル用のガイダンス及び検出パターンを製造す るための装置にも用いることができる。この装置は、投影ビームが深いＵＶ放射 のような電磁放射のビームのフォリソグラフィ装置や投影系システムが光投射レ ンズ系のフォリソグラフィ装置だけでなく、投影放射が電子放射、イオン放射又 はＸ線放射のような家電粒子放射の装置及び関連する投影システムが例えば電子 レンズを用いる装置にも用いることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．放射感知層が形成されている基板の異なる区域にマスクに存在するマスクパ ターンをステップ及びスキャン結像するリソグラフィ投影装置であって、投影ビ ームの方向に見て順次、 マスク面における断面がマスクパターンよりも小さい投影ビームを発生する 放射装置と、 少なくともスキャン方向である第１の方向に移動可能で、マスクが固定され るマスクホルダが設けられているマスクテーブルと、 前記マスクの照明された部分を倍率Ｍで基板に結像する投影装置と、 前記第１の方向及びこれと直交するする第２の方向に移動可能で、基板が固 定される基板ホルダが設けられている基板テーブルと、 各結像動作中に、前記マスクテーブルを前記投影ビーム及び投影装置に対し て少なくともスキャン方向に移動させるマスクテーブル駆動手段と、 各結像動作中に、前記基板テーブルをマスクが移動する速度のＭ倍の速度で 少なくともスキャン方向に移動させる基板テーブル駆動手段と、 各結像動作中に、マスクと基板との相対位置を測定する第１及び第２の干渉 計システムとを具えるリソグラフィ投影装置において、 前記干渉計システムの測定ミラーを、マスクホルダ及び基板ホルダの反射性 側面デそれぞれ構成したことを特徴とするリソグラフィ投影装置。 ２．請求項１に記載のリソグラフィ投影装置において、前記基板干渉計システム を５軸干渉計システムとし、マスク干渉計システムが少なくとも３個の測定軸を 有することを特徴とするリソグラフィ投影装置。 ３．請求項１に記載のリソグラフィ投影装置において、前記基板干渉計システム を３軸システムとし、この３軸干渉計システムでは測定されない基板の移動を測 定する非接触センサを設け、前記基板ホルダに前記非接触センサ用の測定面を設 け、前記マスク干渉計システムが少なくとも３個の測定軸を有することを特徴と するリソグラフィ投影装置。 ４．請求項２又は３に記載のリソグラフィ投影装置において、非接触センサを設 けて、前記３軸干渉計システムにより測定されないマスクの移動を測定し、前記 マスクホルダに前記センサと関連する測定面を設けたことを特徴とするリソグラ フィ投影装置。 ５．請求項１、２又は３に記載のリソグラフィ装置投影において、前記マスク干 渉計システムを５軸システムとしたことを特徴とするリソグラフィ投影装置。 ６．請求項１、２、３、又は４に記載のリソグラフィ投影装置において、前記測 定ミラーを除いて、前記干渉計システムの素子及び別のセンサを、前記投影装置 が固定されている剛固なフレームに配置し、このフレームを、本装置の別の素子 からダイナミックに分離する態様で支持したことを特徴とするリソグラフィ投影 装置。 ７．請求項１、２、３、４、５又は６に記載のリソグラフィ投影装置において、 基板干渉計の測定ビームの主光線が基板面に位置せず、基板測定信号処理ユニッ トを設けて全ての基板測定信号を基板のＸ−Ｙ及びψ_z駆動用の制御信号に変換 することを特徴とするリソグラフィ投影装置。 ８．請求項１、２、３、４、５又は６に記載のリソグラフィ投影装置において、 基板測定信号を、基板駆動のＸ−Ｙ及びψ_z制御信号及び基板の傾きを除去する アクチュエータ用の制御信号に変換する基板測定信号処理ユニットを設けたこと を特徴とするリソグラフィ投影装置。 ９．請求項１から８までのいずれか１項に記載のリソグラフィ投影装置において 、前記干渉計システムが、測定ビームが静止している反射器と協働する基準軸を 有することを特徴とするリソグラフィ投影装置。 10．請求項１から９までのいずれか１項に記載のリソグラフィ投影装置において 、一定の屈折率を有する空気流を、前記干渉計ビームが伝播する空間に供給する 手段を設けたことを特徴とするリソグラフィ投影装置。 11．請求項１から９までのいずれか１項に記載のリソグラフィ投影装置において 、前記基板干渉計システム及び／又はマスク干渉計システムの各測定軸の測定ビ ームの光路中にレトロリフレクタを配置し、このレトロリフレクタが、測定ビー ムを関連するミラーで反射した後このミラーに戻し、このミラーで第２の反射を 行うように構成したことを特徴とするリソグラフィ投影装置。 12．請求項１、２、４〜１１に記載のリソグラフィ投影装置において、３個以上 の測定軸を有する少なくとも１個の干渉計システムを、測定を行う第１のモード 及びこの干渉計システムと関連する測定ミラーの平坦度を制御する第２のモード で駆動する６軸干渉計システムとしたことを特徴とするリソグラフィ投影装置。 13．請求項１から１１までのいずれか１項に記載のリソグラフィ投影装置におい て、３個以上の測定軸を有する各干渉計システムが、第１及び第２の干渉計ユニ ットを具え、第１の干渉計ユニットが３個の測定軸に沿って測定する測定ビーム を発生し、第２の干渉計ユニットが別の測定軸に沿って測定する測定ビームを発 生することを特徴とするリソグラフィ投影装置。 14．請求項１３に記載のリソグラフィ投影装置において、前記基準軸のための測 定ビームが、この基準軸を有する干渉計システムの第２の干渉計ユニットから発 生することを特徴とするリソグラフィ投影装置。 15．請求項１４に記載のリソグラフィ投影装置において、前記基準軸のための基 準ミラーを第２の干渉計ユニットに固定的に取り付けたことを特徴とするリソグ ラフィ投影装置。 16．請求項１２、１３、１４又は１５に記載のリソグラフィ投影装置において、 前記２個の干渉計ユニットが、３個以上の測定軸を各干渉計システムの共通の放 射源を有することを特徴とするリソグラフィ投影装置。 17．請求項１から１６までのいずれか１項に記載のリソグラフィ投影装置におい て、各干渉計システムの放射源を、異なる周波数及び相互に直交するする偏光方 向を有する２個のビーム成分をを発生するレーザ光源としたことを特徴とするリ ソグラフィ投影装置。