JPH04316312A - 結像方法及び装置並びに物体を正確に変位及び位置決めする装置 - Google Patents
結像方法及び装置並びに物体を正確に変位及び位置決めする装置Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、投影レンズ系を介して
マスクプレートのマスクパターンを基板支持部材上に配
置した基板上の領域の異なるサブ領域上に繰り返し結像
する方法であって、マスクプレートのマスクパターンの
外側に位置する２個のマスク整列マークと基板の前記領
域の外側に位置する少なくとも２個の基板整列マークと
を用いてマスクパターンと基板とを互いに高精度に位置
決めするに際し、前記投影レンズ系を介してマスク整列
マーク及び基板整列マークを相互に結像させ、整列マー
クの像とこの像が形成される整列マークとの間の一致の
程度を観測し、前記マスクパターン及び基板を３軸座標
系の第１（Ｘ）の軸及び第２（Ｙ）の軸に沿って相対的
に変位させると共に、必要に応じて前記座標系の第３（
Ｚ）の軸を中心にして回転させる結像方法に関するもの
である。さらに、本発明はこの方法を実施する装置に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】上述した型式の方法及び装置は米国特許
第４７７８２７５号明細書に記載されている。この公報
には、例えば集積回路（ＩＣ）のパターンのようなマス
クパターンを同一基板上に繰り返し縮小して結像する装
置が記載されており、２個の順次の結像工程間において
例えば基板面及びマスク面に平行な面においてマスクパ
ターン及び基板を互いに直交する２方向に移動させてい
る。 【０００３】集積回路は拡散技術及びマスキング技術を
用いて製造される。第１のマスクパターンを有するマス
クは基板の多数のサブ領域例えば１００ 個のサブ領域
上に結像される。その後、基板は投影装置から取りはず
され、所望の物理的及び／又は化学処理が施される。次
に、基板は同一又は別の投影装置に搬入され、第２のマ
スクパターンを有するマスクを用いて異なるサブ領域が
露光される。マスクパターンを投影する際基板のサブ領
域は高精度に位置決めする必要がある。 【０００４】μｍ オーダの微細寸法の他の構造物を製
造する場合にも拡散技術及びマスキング技術を用いるこ
とができる。このような構造物として、光集積回路や光
集積導波路構造及び磁気ドメインメモリの検出パターン
並びに液晶画像表示パネルがあげられる。これら構造物
の製造に際しても同様にマスクパターン像を基板に対し
て極めて高精度に整列させる必要がある。 【０００５】基板の単位表面積当りできるだけ多数の電
子部品を集積化する必要があること及び電子部品の微細
化に伴い、集積回路製造に対して一層厳格な要件が課せ
られている。従って、基板上に結像されるマスクパター
ンの像を極めて高精度に位置決めする必要がある。 【０００６】極めて優れた位置決め精度を達成するため
、例えば数１０μｍ の範囲で位置決めするため、米国
特許第４７７８２７５号公報に記載されている装置は、
基板をマスクパターンに対して整列させる位置を具えて
いる。この整列装置では、基板に設けた整列マークとマ
スクのマスクパターンの外側に設けた整列マークとを互
いに結像し、これらマーク間の相対位置が決定されてい
る。一方の整列マークの像が他方の整列マークと一致す
ると、マークパターンは基板整列マークの位置で基板に
対して満足し得る程度に整列する。基板マークとマスク
マークとを互いに結像させる主要な装置は、マスクパタ
ーンを基板上に投影する投影レンズ系により構成される
。 【０００７】位置決めの操作に際し、はじめにマスクパ
ターンを用いて繰り返し照明されるべき基板領域の外側
に設けた２個又は数個の別の基板整列マークを整列装置
により２個のマスク整列マークに対して整列させる。こ
の整列作業は基板の全体的な整列として既知である。 【０００８】マスクパターンを種々のサブ領域上に結像
させるため基板をマスクに対してそれ自身の面内で２個
の直交する軸すなわち座標系のＸ軸及びＹ軸に沿って変
位させる。米国特許第４７７８２７５号に記載されてい
る装置は、基板のＸ及びＹ軸方向の変位並びにＺ軸を中
心とする回転を測定できる複合干渉計システムが具えら
れている。この干渉計システムは３軸干渉計システムと
しても称せられる。干渉計システムの情報は整列装置の
情報と共に処理されるので、基板整列マークがマスク整
列マークに対して整列すると、基板整列マークが干渉計
システムによって規定される２次元位置マトリックス中
のどこに位置するかが知らされる。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】上述した基板の全体的
な整列を用いることは精度上十分なものではない。この
理由は、個々の基板サブ領域の位置がそれぞれ十分な精
度で決定されないためである。さらに、投影レンズ系の
焦点深度が浅く且つ基板には凹凸があるため、基板の凹
凸のある領域にディフォーカスした像が形成されてしま
い。製造されたＩＣに欠陥が生じてしまう。従って、各
基板サブ領域を露光する前に、サブ領域における基板表
面が十分に水平であるか或いは結像面に対して十分に平
行に維持されているか否かを測定し、基板をＸ軸及び／
又はＹ軸を中心にして傾けることにより必要な補正を行
うことが好ましい。この方法は、ダイ−バイ−ダイ
レベリング（ｄｉｅ−ｂｙ−ｄｉｅ ｌｅｖｅｌｌｉ
ｎｇ）として既知である。 基板の局部的水平化は基板ホルダを傾けることにより行
われるが、同時に基板ホルダに取り付けた干渉計のミラ
ーも傾くため干渉計信号に誤差が生ずるおそれがある。 基板ホルダのＸ軸及び／又はＹ軸まわりの意図的でなく
制御されない傾きが生ずるおそれがあり、この傾きも同
様に干渉計信号に影響を及ぼしてしまう。基板のサブ領
域の位置決め精度を一層改善すると共に一連の傾きを除
去するため、米国特許第４７７８２７５号に記載されて
いる投影装置が提案されている。この既知の投影装置で
は各サブ領域に対して個別の整列マークが付加されてい
る。そして、基板全体の整列に加えて、局部的水平化の
後サブ領域毎に整列作業が行われている。サブ領域毎の
水平化はフィールド−バイ−フィールド整列として既知
である。しかしながら、フィールド−バイ−フィールド
は相当長時間にわたる作業時間が必要となるため、投影
装置の基板スループットすなわち単位時間当りの処理で
きる基板の数が減少してしまい、指摘した基本的な欠点
が生じてしまう。さらに、サブ領域マークは処理される
べき基板表面の一部をなしているので、マスクパターン
が投影されるサブ領域の数すなわち基板当りのＩＣの数
も減少してしまう。たとえサブ領域整列マークの大きさ
を小さくしても上記欠点を解消することができない。し
かも、マスク整列マーク及び投影されるサブ領域の外部
に位置する整列マークの大きさを小さくすると、整列精
度が低下する不都合が生じてしまう。 【００１０】 【課題を解決するための手段並びに作用】本発明の目的
は上述した欠点を除去することにある。本発明の第１の
観点によれば、本発明による新規な方法は、前記基板の
各サブ領域を、別の整列を用いることなくマスクパター
ンに対して位置決めし、前記基板だけを前記Ｘ軸及びＹ
軸の少なくとも一方の軸に沿って高精度に変位させるこ
とにより、基板のＸ軸及びＹ軸の変位並びにＺ軸を中心
とする回転だけでなくＸ軸及びＹ軸まわりの固定基準軸
に対する傾きも測定し、全ての測定結果を用いて前記サ
ブ領域のＸ−Ｙ面内における最終位置決めを行うことを
特徴とする。 【００１１】この方法によれば、投影装置に係る基板ス
ループットを一層改善することができる。これは整列装
置の作業の一部を基板支持部材の位置決めに分担させる
ことにより相当な時間的改善を図ることができるという
認識に基いている。この作業の役割変更は可能である。 この理由は、本願人が、本発明により基板支持部材の位
置決めの精度を改善することに成功したからであり、基
板の局部的水平化に起因する基板の傾きがＸ−Ｙの位置
決め作業中に考慮されるからである。 【００１２】この新規な方法を実施するため、米国特許
第４６６５５９４号に記載されているような既知の３軸
干渉計システムを用いることができる。この特許公報の
装置では、基板ホルダの制御及び変位についてだけ対処
しており、整列装置と干渉計システムとの間の協働につ
いて何んら対処していない。 【００１３】米国特許第４６６５５９４号に記載されて
いるように、３軸干渉計システムを用いる場合干渉計ビ
ームの主光線を基板面内に位置させる必要があり、すな
わち干渉計システムと協働するミラーを基板面を超えて
突出させる必要がある。しかしながら、この場合、基板
と投影レンズ系との間の有用な空間に関して並びに大き
なミラーを十分に高精度に製造することに関して問題が
生じてしまう。さらに、ミラーが大きくなると変位させ
るべき素子の重量が重くなり、基板支持部材を位置決め
する際の精度及び速度が低下してしまう。別の解決方法
として、ミラーが投影レンズ系と基板との間の空間の外
部に常時位置するようにミラーホルダを拡大することが
考えられるが、良好な解決策とはならない。さらにミラ
ーが投影レンズ系の結像面の中間から遠く離れる場合干
渉計ビームの方向を一層高精度に固定する必要もある。 【００１４】上述した課題を基本的に改善するため、本
発明の好適実施例は、複合５軸干渉計システムを用いて
前記基板の変位、回転及び傾きを測定することを特徴と
する。 【００１５】５軸干渉計システムは５個の測定軸及び５
個の検出器を具え、これら検出器の出力信号を組み合せ
て、Ｘ方向位置信号、Ｙ方向位置信号、Ｘ軸まわりの傾
きを指定する信号φＸ 、Ｙ軸まわりの傾きを指示する
信号φＹ 、及びＺ軸を中心とする回転を指示する信号
φＺ を形成することができる。 【００１６】傾き測定の結果は２個の態様において用い
ることができ、従って２個の実施例があげられる。各基
板サブ領域について局部的水平化を行う第１の好適実施
例は、傾き測定の結果を用いて変位測定の結果を補正す
る。第２の実施例は、傾き測定の結果を用いて基板を水
平化する。 【００１７】上記方法の発明に加えて、本発明はこの方
法を実施する装置、すなわちマスクパターンを基板上に
繰り返し結像する投影装置の一部をなし、いわゆる水平
度検出装置を具え基板を局部的に水平化する装置にも関
するものである。 【００１８】本発明の思想は、水平化装置が結合され５
個の自由度を以て物体を位置決めする同様な装置にも用
いられる。これらの装置の例として、個別の基板及びマ
スクを測定する装置、レーザビーム又は電子ビームによ
って例えばＩＣパターンのようなパターンを書込む装置
のマスクテーブルを位置決めする装置、マスクパターン
をＸ線放射によって基板上に投影する装置の基板テーブ
ルを位置決めする装置、及び産業上種々の場所で用いら
れ真の測定装置があげられる。 【００１９】物体テーブルと、物体用のＸ−Ｙ−φＺ
駆動装置と、３ 軸座標系のＸ軸及びＹ軸に沿う変位並
びにＺ軸を中心とする回転φＺを測定する干渉計システ
ムとを具える物体を高精度に変位させ及び位置決めする
本発明による装置は、前記干渉計システムが、前記物体
のＸ軸及びＹ軸まわりの傾き測定用の５個の測定軸を有
し、干渉計ミラーを物体を固定状態に支持する物体テー
ブルに結合されている物体支持部材の反射性側面で構成
したことを特徴とする。 【００２０】物体が干渉計システムに光学的に結合され
ているので、この装置は、物体自身の移動が測定され測
定信号が物体テーブルの部材の相互移動による影響を受
けない利点が達成される。 【００２１】傾き測定信号の形態をした特別な測定信号
は、本発明の種々の実施例において種々の態様で用いら
れる。 【００２２】マスクパターンを基板上に繰り返し投影す
る投影装置のように局部的な水平化を行う装置に用いら
れるように構成した装置の第１実施例は、前記干渉計の
測定ミラーが最大でも物体が配置されるべき物体支持部
材の表面まで延在し、全ての干渉計信号をＸ−Ｙ−φｚ
駆動用の制御信号に変換する干渉計信号処理ユニット
を設けたことを特徴とする。 【００２３】本例においては、傾き測定信号を用いて基
板の局部的水平化に起因する基板の傾きに対してＸ及び
Ｙ方向の変位測定信号及び回転測定信号を補正する。 【００２４】局部的水平化を行う装置以外に用いるよう
に意図した装置の実施例は、前記干渉計信号をＸ−Ｙ−
φｚ 駆動用の制御信号及び物体の傾きを除去するアク
チュエータ用の制御信号に変換する干渉計信号処理ユニ
ットを設けたことを特徴とする。 【００２５】本装置を用いることによりＸ軸又はＹ軸ま
わりの傾きが生ずる所望位置から次の位置へ変位させず
に所望のＸ及びＹ方向位置に正確に変位させることがで
きる。 【００２６】干渉計ビームの波長として標準波長が用い
られている干渉計システムを用いる場合、干渉計ビーム
が伝播する空間の媒体の光学特性が一定に維持されれば
、前記変位又は傾きを高精度に例えばそれぞれ５ｎｍ及
び１／２ マイクロラジアンの範囲で測定することがで
きる。媒体の圧力，温度，湿度，組成，屈折率が変化す
るおそれがあるため、干渉計ビームの見掛の波長が変化
してしまい測定誤差が生ずるおそれがある。 【００２７】このような不都合を回避するため、本発明
による変位兼位置決めの装置は、前記干渉計システムが
、測定ビームが静止している反射素子と共働する６番目
の基準軸を有することを特徴とする。 【００２８】媒体の屈折率変化は、他の干渉計ビームと
同一の媒体中を伝播する特別の測定ビームにより測定す
ることができる。この特別の測定ビームによって発生す
る測定信号は信号処理装置に供給されるので、Ｘ，Ｙ，
φｘ ， φｙ 及びφｚ の測定結果は屈折率変化に
対して補正することができる。 【００２９】基板テーブルの位置を測定するための干渉
計装置の特別のビームを用いて干渉計媒体の屈折率変化
を測定することは例えば欧州特許出願第２８４３０４号
から既知である。しかしながら、この特別なビームは別
のサブシステム、すなわち光学キャビティを有する波長
測定装置と協働している。この光学キャビティは前面側
及び背面側が反射素子によって閉止され、そのサイド部
分には媒体が流入及び流出する開口部が形成されている
。この特別なビームは２本のサブビームに分割され、一
方のサブビームは前面側で反射し他方のサブビームは背
面側で反射する。これらサブビーム間の位相差は、媒体
中の変化によって生じた屈折率変化に起因するキャビテ
ィ内の光路長変化の目安となる。このキャビティの安定
性に対しては極めて厳格な要件を課す必要がある。さら
に、このキャビティは干渉計システムの測定ビームから
ある距離を以て配置されている。さらに、この干渉計シ
ステムはＸ−Ｙ系すなわち２軸系とされている。 【００３０】１９８９年に発行された刊行物“オプティ
カル マイクロリソグラフィ アンドメトロロジー
フォー マイクロサーキット ファブリケーシ
ョン（ＯｐｔｉｃａｌＭｉｃｒｏｌｉｔｈｇｒａｐｈｙ
ａｎｄ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｃ
ｉｒｃｕｉｔ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）”の第１１３
８巻の第１５１ 頁〜１５７ 頁に記載されている文献
“ウルトラ− プリサイズ マスクメトロロジー
デベロップメントアンド プラクティカル リ
ザルツ オブア ニュー メジャリング マシ
ン（Ｕｌｔｒａ−ｐｒｅｃｉｓｅ ｍａｓｋ ｍｅｔｒ
ｏｌｏｇｙ ｄｅｖｅｌｏｐ−ｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｒ
ａｃｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆａ ｎｅｗ ｍ
ｅａｓｕｒｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）”には、物体テー
ブルの変位を測定する干渉計システムを用い、実際の干
渉計ビームに加えて特別なビームを用いて干渉計媒体中
の屈折率変化を決定する測定機器が記載されている。こ
の特別なビームは、前記欧州特許出願第２８４３０４号
に記載されているキャビティと同様に、極めて安定な基
準距離として機能するいわゆるエタロンと協働している
。この文献に記載されている干渉計システムは２軸系で
あり、５軸系ではない。さらに、基準ビーム用の反射素
子は測定機器の対物レンズ系に配置されているので、対
物レンズ系の測定テーブルに対する移動を正確に補正す
ることができる。 【００３１】測定精度を一層向上させるため、本発明に
よる装置は、前記干渉計ビームが通過する空間の上方に
、一定の屈折率を有する空気流を供給する空気シャワを
設けたことを特徴とすることができる。 【００３２】このように構成することにより、干渉計媒
体の光学性能が一層改善されるだけでなく、媒体が必要
な基準ビームを含む全ての測定ビームの位置において同
一の光学性能を有することができる。この流入される空
気は極めて高純度及び一定の温度の空気とすることが好
ましい。この装置は基板上に繰り返し露光する装置に用
いる場合、この空気を用いて基板を収納する空間を調整
することができる。 【００３３】集積回路の製造において、基板を収納する
空間内の媒体を一定温度の清浄な空気でリンスすること
により高精度に検査することは、例えば１９９０年８月
に発行された雑誌“ソリッド ステート テクノロ
ジー（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
）”に記載されている文献“ウェファコンファインメン
ト フォー コントロールオブ コンタミネーシ
ョン イン マイクロ−エレクトロニクス（ｗａｆ
ｅｒ ｃａｎｆｉ−ｎｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒ
ｏｌ ｏｆ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｍｉ
ｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ） ”から既知である
。しかしながら、この文献には基板テーブル用の干渉計
システムについては記載されておらず、干渉計媒体を検
査することについても全く記載されていない。 【００３４】干渉計システムの５個の測定軸の各々につ
いて、測定ビーム及び基準ビームは物体テーブルのミラ
ー及び基準ミラーでそれぞれ反射した後満足し得る程度
に互いに平行にすると共にビームスプリッタにより再び
結合する必要がある。しかしながら、Ｘ，Ｙ及びＺ軸ま
わりの物体テーブルの傾きにより、測定ビームは関連基
準ビームの方向とは異なる方向を向くおそれがある。物
体テーブルが測定方向に移動すると全体の強度が最大値
から最小値まで変化する放射スポットの代りに、物体テ
ーブルの移動に応じて測定ビームと関連する検出器の位
置のスポットの領域に光の干渉パターン及び暗い細条を
発生させる。これら細条の移動従って物体テーブルの移
動は検出器によって測定することはできず又は不正確に
しか測定できない。 【００３５】従って、本発明の装置の好適実施例は、各
測定軸の測定ビームの光路中にレトロリフレクタを配置
し、前記物体支持部材のミラーにより第１の反射をさせ
た後、前記レトロリフレクタにより前記測定ビームを前
記ミラーに再度入射させ、このミラーで第２の反射をさ
せるように構成したことを特徴とする。 【００３６】関連する基準ビームの方向と平行な測定ビ
ームのオリジナルな方向は、二重反射することにより物
体支持部材の傾きとは無関係に維持される。 【００３７】干渉計システムにおいて測定ビームを２回
偏向反射させるためにレトロリフレクタを用いることは
、１９８９年に発行された雑誌“オプティカル／レーザ
マイクロリソグラフィ ＩＩ（Ｏｐｔｉｃａｌ／
Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＩＩ
）“第１０８８巻、第２６８ 頁〜２７２ 頁に記載
されている文献“リニア／アンギュラ ディスプレイ
スメント インタフェロメータ フォー ウェフ
ァステージ メトロロジィ（Ｌｉｎｅａｒ／ａｎｇｕ
ｌａｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒ
ｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ ｗａｆｅｒｓｔａｇｅ ｍｅｔ
ｒｏｌｏｇｙ ）“から既知である。しかしながら、こ
の文献に記載されている干渉計システムは５軸系ではな
く３軸系にすぎない。 【００３８】さらに、本発明による装置は、上記干渉計
システムが第１及び第２の干渉計ユニットを有し、第１
の干渉計ユニットが３個の測定軸に沿って測定を行う測
定ビームを発生し、第２の干渉計ユニットが２個の測定
軸に沿って測定を行う測定ビームを発生することを特徴
とする。 【００３９】干渉計システムをこのように分割すること
により、空間占有性及び複合化性能を最適にすることが
できる。干渉計ユニットは、複数の偏光感知性又は偏光
不感知性ビームスプリッタと、複数の偏光回転子と、複
数の検出器とを有している。 【００４０】このような装置の好適実施例は、基準軸用
の測定ビームを第２の干渉計ユニットから出射させるこ
とを特徴とする。 【００４１】本例では、必要な測定ビームは干渉計ユニ
ットに対して均一に分布するので、これらのユニットは
同一構造を有することになる。 【００４２】測定精度を一層改善するため、本発明の装
置は、前記基準軸用の基準ミラーを第２の干渉計ユニッ
トに固着したことを特徴とする。 【００４３】原理的に、いかなる干渉計ユニットも自身
用の放射源を有している。一方、本発明による装置は、
２個の干渉計ユニットが共通の放射源を有することを特
徴とする。 【００４４】この結果、構造を一層簡単化することがで
きると共に製造コストを安価にすることができる。 【００４５】本発明による装置は、前記放射源が、互い
に異なる周波数で相互に直交する偏光方向を有する２個
のビーム成分を発生させることを特徴とする。このよう
に構成することにより、高いＳ／Ｎ比を有する高精度な
測定信号を得ることができる。 【００４６】測定精度に相当寄与するいわゆるヘテロダ
イン検出を用いることができる。しかしながら、同一の
測定軸に関連する測定ビームと基準ビームとの間の位相
差を利用した干渉計システムを用いることも可能である
。 【００４７】本発明はマスクパターンを基板上に繰り返
し結像する装置に関するものであり、この装置は既知の
装置よりも一層高速で高精度に作動することができる。 この装置は、マスクホルダと、基板支持部材を有する基
板テーブルと、前記マスクホルダと基板テーブルとの間
に配置した投影レンズ系と、前記基板をマスクパターン
に対して全体的に整列させる整列装置と、前記基板を局
部的に水平にする水平化装置と、基板用の変位兼位置決
め装置とを具え、前記変位兼位置決め装置が第１のモー
ドで順次駆動し得る装置とされ、第１のモードにおいて
、前記整列装置及び干渉計測定信号により基板をマスク
パターンに対して全体的に位置決めし、第２のモードに
おいて前記干渉計測定信号だけによって前記基板のサブ
領域をマスクパターンに対して位置決めすることを特徴
とする。 【００４８】以下図面に基き本発明を詳細に説明する。 【実施例】図１はマスクパターンを基板上に投影する装
置の光学素子の配置構成を示す。この装置の主要な構成
要素は、結像されるべきマスクパターンＣが設けられて
いる投影カラムと、基板をマスクパターンＣに対して位
置決めするための可動基板テーブルＷＴとである。この
装置は、さらに例えばクリプトン−フロライド エキ
シマレーザから成る放射源ＬＡ、レンジ系ＬＳ、ミラー
ＲＥ及びコンデンサレンズＣＤを具える照明光学系を有
している。投影ビームはマスクＭＡ中にあるマスクパタ
ーンを照明し、マスクＭＡはマスクテーブルＭＴ上に配
置する。 【００４９】マスクパターンＣを通過したビームＰＢは
投影カラム内に配置され線図的に図示した投影レンズ系
ＰＬを通過する。投影レンズ系はマスクパターンＣの像
を基板Ｗ上に形成する。この投影レンズ系は倍率Ｍが例
えばＭ＝１／５ であり、ＮＡ＝０．４８ の開口数を
有し、２１．２ｍｍ径の回折限界像フィールドを有して
いる。基板は線図的に図示した基板テーブルＷＴの一部
を構成する基板支持部材ＷＣによって支持する。 【００５０】本装置はさらに複数の測定装置、すなわち
マスクＭＡを基板Ｗに対してＸＹ面内で整列させる装置
、基板ホルダすなわち基板の位置及び向きを決定する干
渉計、及び焦点すなわち投影レンズＰＬの結像面と基板
Ｗの表面との間の偏位を決定する焦点誤差検出装置を具
える。これらの測定装置はサーボ系の一部であり、この
サーボ系は信号処理兼制御回路と、基板の位置及び向き
並びに焦点誤差を測定装置から供給される信号に基いて
補正するドライバすなわちアクチュエータとを具えてい
る。 【００５１】整列装置は図１の上部右側に図示したマス
クＭＡ中の２個の整列マークＭ１及びＭ２を用いる。こ
れらのマークは回折格子で構成するのが好ましいが、周
囲部材とは光学的に異なる四角形又は細条のような別の
マークで構成することもできる。整列マークは２次元マ
ークとするのが好ましい。すなわち、これらマークは互
いに直交する２方向（図１のＸ及びＹ方向）に延在する
。例えば半導体基板のような基板上にマスクパターンＣ
を数回並んで結像させる必要があり、この基板は複数の
整列マーク好ましくは同様に２次元回折格子を有し、こ
れら整列マークのうち２個のマークＰ１及びＰ２を図１
に示す。マークＰ１及びＰ２は基板ＷのパターンＣの像
が形成される領域の外部に位置する。好ましくは、格子
マークＰ１及びＰ２を位相格子とし格子マークＭ１及び
Ｍ２は振幅格子とする。 【００５２】図２は２個の同一の基板位相格子の一方の
実施例を拡大して示す。この基板格子は４個のサブ格子
Ｐ１ａ， Ｐ１ｂ， Ｐ１ｃ 及びＰ１ｄ を有し、こ
れらサブ格子のうち２個の格子 Ｐ１ｂ及びＰ１ｄ は
Ｘ方向整列用に作用し、他の２個の格子Ｐ１ａ，及びＰ
１ｃ はＹ方向整列用に作用する。２個のサブ格子 Ｐ
１ｂ及びＰ１ｃ は例えば１６μｍ の格子周期を有し
、２個のサブ格子Ｐ１ａ 及びＰ１ｄ は例えば１７．
６μｍ の格子周期を有している。各サブ格子は例えば
２００ ×２００ μｍ の寸法とすることができる。 これらサブ格子及び適切な光学系を用いることにより原
理的に０．１ μｍ 以下の整列精度を達成することが
できる。尚、別の格子周期を選択して整列装置の精度を
拡大することもできる。 【００５３】図１は整列装置の第１実施例、すなわち２
個の整列ビームｂ及びｂ′を用いて基板マークＰ２をマ
スクマークＭ２上に整列させ基板マークＰ１をマスクマ
ークＭ１上に整列させる二重整列装置を示す。ビームｂ
を例えばミラーのような反射素子３０によりプリズム２
６の反射面上に反射させる。このビームｂ は反射面２
７により基板マークＰ２に向けて反射し、その一部は基
板マークを通過してビームｂ１として関連するマスクマ
ークＭ２に入射し、このマスクマークに基板マークＰ２
の像が形成される。例えばプリズムのような反射素子１
１をマスクマークＭ２の上方に配置し、このプリズムに
よりマークＭ２を通過した放射光を放射感知検出器１３
に入射させる。 【００５４】第２の整列ビームｂ ′はミラー３１によ
り投影レンズ系ＰＬ内の反射素子２９に向けて反射する
。この反射素子２９によりビームｂ１′はプリズム２６
の第２の反射面２８に向けて反射し、プリズム２６の表
面により基板マークＰ１に入射する。この基板マークに
よりビームｂ１′の一部がマスクマークＭ１に向けて反
射し、このマスクマークＭ１に基板マークＰ１の像が形
成される。マスクマークＭ１を通過したビームｂ１′は
反射素子１１′で反射し放射感知検出器１３′に入射す
る。 【００５５】二重整列装置の作用を図３に基き説明する
。尚、図３は整列ビームｂ及びｂ′を投影レンズ系に結
合させる点において図１の装置とは相異する実施例を示
す。本例では、投影レンズ系ＰＬの光軸ＡＡ′に対して
対称に位置決めされ互いに独立した２個の同一の整列装
置ＡＳ１ 及びＡＳ２ を用いる。整列装置ＡＳ１ は
マスクマークＭ２と関連し、整列装置ＡＳ２ はマスク
マークＭ１と関連する。 これら２個の整列装置の対応する素子には同一の参照番
号を付し、整列装置ＡＳ２ の構成要素にはダッシュを
付して整列装置ＡＳ１ の構成要素と区別する。 【００５６】整列装置ＡＳ１ は例えばヘリウム− ネ
オンレーザのような放射源１を有し、この放射源から整
列ビームｂを放出する。このビームはビームスプリッタ
２により基板Ｗに向けて反射する。ビームスプリッタは
ハーフミラー又はハーフプリズムとすることができる。 好ましくは偏光感知分離プリズムとλ／４板３とで構成
することができる。ここで、λはビームｂの波長である
。投影レンズ系ＰＬによりビームｂを基板Ｗ上に１ｍｍ
程度の径の微小な放射スポットＶに集束させる。この基
板Ｗによりビームｂの一部がビームｂ１としてマスクＭ
に向けて反射する。ビームｂ１は投影レンズ系ＰＬを通
過し、この投影レンズ系によりマスク上に放射スポット
Ｖが結像される。基板を照明装置内に配置する前に、基
板を例えば欧州特許出願第１６４１６５号に記載されて
いるような本装置に結合されている予備整列ステーショ
ンに放射スポットＶが基板マークＰ２上に位置するよう
に予め整列させる。この基板マークＰ２はビームｂ１に
よりマスクマークＭ２上に結像される。投影レンズ系の
倍率を考慮してマスクマークＭ２の寸法を基板マークＰ
２の寸法に適合させる。この結果、これら２個のマーク
が相互に正確に位置決めされるとマークＰ２の像はマス
クマークＭ２と正確に一致する。 【００５７】基板Ｗへの入射光路及び出射光路上での整
列ビームはλ／４板を２回通過し、λ／４板の光学軸は
放射源１から放出された直線偏光したビームｂの偏光方
向に対して４５°の角度を以て延在する。従って、λ／
４板を通過したビームｂ１はビームｂに対して９０°回
転した偏光面を有するので、ビームｂ１は偏光分離プリ
ズム２を透過する。偏光分離プリズムとλ／４板の組み
合せを用いることにより、整列ビームの整列装置の光路
への結合の際の損失が最小になる利点が達成される。 【００５８】マスクマークＭ２を通過したビームｂ１は
プリズム１１により反射し、別の反射プリズム１２を経
て放射感知検出器１３に入射する。この検出器は例えば
図２に示すサブ格子の数に従って例えば４分割された放
射感知区域を有する複合型フォトダイオードとする。こ
れら検出器からの出力信号はマスクマークＭ２と基板マ
ークＰ２の像との一致の程度の目安となる。これら出力
信号を電子的に処理して基板マークＰ２の像がマスクマ
ークＭ２と一致するように駆動系（図示せず）を介して
マスクを基板に対して整列させるために用いることがで
きる。このようにして整列装置が得られる。 【００５９】例えばハーフプリズムの形態をしたビーム
スプリッタ１４をプリズム１１と検出器１３との間に配
置してビームｂ ′の一部をビームｂ２に分割する。分
割されたビームｂ２は例えば２個のレンズ１５及び１６
を経てテレビジョンカメラ１７に入射する。このテレビ
ジョンカメラはモニタ（図示せず）に結合され、このモ
ニタ上にマークＰ２及びＭ２を表示する。従って、操作
者は２個のマークが互いに一致しているか否かを確認し
、マニュプレータにより基板Ｗを移動させてこれらマー
クを互いに整列させることができる。 【００６０】マークＭ２及びＰ２について説明したのと
同様に、マークＭ１とＰ２並びにＭ１とＰ１を互いに整
列させることができる。 【００６１】整列装置における整列作業については米国
特許第４７７８２７５号明細書を参考にすることができ
る。 【００６２】図１及び図３に基く整列装置の実施例は、
例えば２４８ ｎｍのような短波長の照明ビーム及び例
えば６７３ ｎｍのような相当に長い波長の整列ビーム
を用いる装置に特に好適である。 【００６３】投影レンズ系は投影ビームＰＢの波長に適
合するように設計されているから、この投影レンズ系を
用いて整列マークＰ１， Ｐ２及びＭ１， Ｍ２を整列
ビームにより互いに結像させようとするとずれが生じて
しまう。基板マークＰ１及びＰ２はマスクマークが位置
するマスクパターン面に結像せず、マスクパターンの面
からある距離だけずれて結像し、この距離は投影ビーム
の波長と整列ビームの波長との間の差並びにこれら２個
の波長ビームに対する投影レンズ素子の材料の屈折率の
差に依存する。 【００６４】例えば、投影ビームが２４８ ｎｍの波長
を有し整列ビームが６３３ ｎｍの波長を有する場合、
ずれる距離は２ｍにもなってしまう。さらに、基板マー
クは理想倍率からずれた倍率でマスクマーク上に結像さ
れ、この倍率のずれは波長差に応じて増大する。 【００６５】上述したずれを補正するため、特別のレン
ズすなわち補正レンズ２５を投影カラムＰＬ内に挿入す
る。 この補正レンズは投影カラム内の適切な高さ位置に配置
し、基板マークによって形成される整列ビームの異なる
回折次数のサブビームが補正レンズ面において十分に分
離されてこれらサブビームを個別に支配できるようにす
ると共に、この補正レンズが投影ビーム及びこの投影ビ
ームによって形成されるマスク像にほとんど影響を及ぼ
さないようにする。この補正レンズは投影レンズ系のフ
ーリエ面に配置することが好ましい。図１及び図３に示
すように、補正レンズ２５を整列ビームｂ１及びｂ１′
の主光線が互いに交差する面に配置すれば、この補正レ
ンズを用いて２本の整列ビームを補正することができる
。 【００６６】図１及び図３による整列装置は、原理的に
十分な性能を達成できるが、ある状況下においては依然
として微小な整列誤差が生ずるおそれがある。本発明者
が種々の実験及び解析を行った結果、この整列誤差は、
検出器１３又は１３′に入射する選択した整列ビーム部
分で生ずる位相差に帰因することが判明した。この位相
差は、基板マークから出射した整列ビーム部分の対称軸
がマスクプレートと直交せず、この結果マスクプレート
で不所望な反射が生ずる場合に発生する。この課題を解
決するため、本願人は、マスクマーク付近にくさび又は
別の偏向素子を配置することをすでに提案している。 【００６７】図４は、くさび角φＷＥ１ 及びφＷＥ２
をそれぞれ有する２個の光学くさびを有する整列装置
の実施例を示す。これらのくさびにより、整列ビームｂ
１′， ｂ１はマスクプレートに直交入射する。 【００６８】図示のように、基板マークＰ２及びＰ１は
個別の照明系 ＩＳ１及びＩＳ２ により照明すること
ができる。各照明系は放射源１（１′）、２個のレンズ
６０， ６２（６０′，６２′） 及び調整可能な平行
平面板６１（６１ ′） を有し、平行平面板によりビ
ームｂ（ｂ′） の方向の微調整を行う。レンズ６０及
び６２により放射源１（１′）の像の品質を維持する。 投影レンズ系に含まれるレンズのうちフーリエ面に位置
するレンズ群だけを線図的に単一のレンズ素子ｐｌ１
として図４に示す。 【００６９】この投影装置は、さらに、投影レンズ系Ｐ
Ｌの焦点面と基板Ｗとの間のずれを決定する焦点誤差検
出装置を具え、この焦点誤差は例えば投影レンズ系をそ
の光軸方向に移動させることにより補正することができ
る。図１に示すように、この焦点誤差検出装置は、投影
レンズ系に固定したホルダ（図示せず）内に配置した素
子４０， ４１， ４２， ４３， ４４， ４５及び
４６により構成する。符号４０はフォーカシングビーム
ｂ３を放射するダイオードレーザのような放射源を示す
。このビームｂ３は反射プリズム４２を経て微小角を以
て基板Ｗに入射する。基板で反射したビームはプリズム
４３によりレトロリフレクタ４４に向けて反射する。こ
のレトロリフレクタ４４はそれ自身でビームを反射する
ので、このビーム（ｂ３ ′） は反射して再度同一の
光路を通り、プリズム４３， 基板Ｗ及びプリズム４２
を通過する。このビームｂ３′は半反射性素子４１及び
反射素子４５を経て放射感知検出系４６に入射する。こ
の検出系は、例えば位置依存性検出器又は２個の個別の
検出器を具える。この検出系に形成されるビームｂ３′
の放射スポットの位置は、投影レンズ系の焦点面の基板
Ｗに対する一致の程度に応じて変化する。この焦点誤差
検出装置の詳細な説明は米国特許第４３５６３９２号に
記載されている。 【００７０】基板テーブルＷＴのＸ及びＹ方向の位置を
正確に決定するため、既知の投影装置は多重軸干渉計を
具える。米国特許第４２５１１６０号には２軸系の干渉
計が記載され、米国特許第４７３７２８３号には３軸系
の干渉計が記載されている。図１においてこのような干
渉計を素子５０， ５１， ５２及び５３を以て線図的
に示す。図１において１本の測定軸だけを示す。 【００７１】レーザダイオードの形態の放射源５０から
放射されたビームｂ４はビームスプリッタ５１により測
定ビームｂ４ｍ と基準ビームｂ４ｒ に分割する。測
定ビームは基板ホルダＷＨの反射性側面に入射する。反
射した測定ビームは、例えばいわゆる“コーナキューブ
”から成る静止レトロリフレクタ５２で反射した基準ビ
ームとビームスプリッタ５１により合成される。この合
成ビームの強度は検出器５３により測定され、基板支持
部材ＷＣの変位（この場合Ｘ方向の変位）は、検出器５
３からの出力信号から取り出すことができ、この基板支
持部材ＷＣの瞬時位置も設定することができる。 【００７２】図１に示すように、図面を明瞭にするため
干渉計からの信号を１個の信号Ｓ５３ で示し、この信
号Ｓ５３ 及び整列検出装置信号Ｓ１３ 及びＳ ′１
３を例えばマイクロコンピュータのような信号処理ユニ
ットＳＰＵに供給し、この信号処理ユニットにより入力
信号を処理してアクチュエータＡＣ用の制御信号を発生
させ、アクチュエータＡＣにより基板ホルダＷＨを介し
て基板支持部材をＸ−Ｙ面内で移動させる。 【００７３】Ｘ−Ｙ干渉計システムを用いることにより
、整列マークＰ１及びＰ２とＭ１及びＭ２の位置及びこ
れらマーク間の相対距離を、整列作業中に静止干渉計シ
ステムによって規定される座標系に設定することができ
る。 【００７４】マスクパターンを基板上に繰り返し結像さ
せる既知の方法では、欧州特許出願第１６４１６５号に
記載されているように、基板は例えば予備整列ステーシ
ョンにおいてある範囲に亘って予備整列される。予備整
列された基板が投影装置内に挿入された後、基板は、マ
スクマークＭ１， Ｍ２及び基板マークＰ１， Ｐ２に
よりマスクに対して全体的に整列される。その後、マス
クパターンが投影される基板のサブ領域すなわち基板フ
ィールドはマスクパターンの下側に極めて正確に位置決
めされ、その後光源ＬＡからの照明光がマスクパターン
を通過し基板に入射する。次に、基板を変位させ、第２
の基板フィールドをマスクパターンの下側に正確に位置
決めし、その後第２の照明露光を行い、全ての基板フィ
ールドが照明露光されるまでこの作業を行う。 【００７５】マスクパターンの像の細部が極めて微細に
なるように要求されている現状において投影レンズ系の
焦点深度が極めて浅いこと並びに基板が平坦でないこと
があることよりデフォーカス像が形成されるので、結像
操作を行う前に関連する基板のサブ領域を水平にする必
要がある。この目的を達成するため、いわゆる局部的レ
ベルセンサを用いて関連する基板のサブ領域が投影レン
ズ系の像フィールドに対して傾斜しているか否か検出す
る必要がある。このレベルセンサは、例えば１９８８年
に発行された刊行物“オプティカル／レーザ マイク
ロリソグラフィ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃ
ｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ） 、第９２２ 巻， 第
２７０ 頁〜２７６ 頁に記載されている文献“ザ
オプティカル ステッパ ウィズ ア ハイ
ニュメリカル アパーチャ アイ−ライン レ
ンズ アンド ア フィールド−バイ−フィール
ド レベリング システム（Ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａ
ｌ Ｓｔｅｐｐｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｈｉｇｈ ｎｕｍ
ｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｉ−ｌｉｎｅ ｌｅ
ｎｓ ａｎｄ ａ ｆｉｅｌｄ−ｂｙ−ｆｉｅｌｄ ｌ
ｅｖｅｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ） 及び米国特許第４
５０４１４４号に記載されている。局部的に傾斜してい
る位置を見つけ出した後、基板全体をＸ軸及び／又はＹ
軸を中心にして傾けることにより局部的な傾斜を除去す
ることができる。しかしながら、基板を傾けると干渉計
システムの測定ミラーも傾斜するため、干渉計システム
から供給される測定信号が誤差を含んでしまい、いわゆ
るアッベ誤差によりもはや所望の位置決め精度が得られ
なくなってしまう。 【００７６】さらに、非意図的で制御不能な基板ホルダ
のＸ軸及び／又はＹ軸を中心とする傾きが生ずるおそれ
があり、この傾きも干渉計システムの信号に影響を及ぼ
してしまう。 【００７７】これらの課題は以下のように設定すること
により回避することができた。すなわち、米国特許第４
７７８２７５号に記載されているように、各基板フィー
ルドにそれ自身用の整列マークを設けると共に、各基板
フィールドをマスクパターンの下側に位置決めした後上
記整列マークをマスクマークＭ１又はＭ２に対して個別
に整列させることにより各基板フィールドを所望の精度
で位置決めすることができる。しかしながら、このいわ
ゆるフィールド−バイ−フィールド整列は長時間かかる
ので、投影装置に配置し得る単位時間当りの基板の数が
減少してしまう。 【００７８】さらに、付加的に設けるフィールド整列マ
ークの大きさはマスクマークＭ１及びＭ２の大きさ並び
に基板マークＰ１及びＰ２の大きさに適合させる必要が
あり、このフィールト整列マークを収容するため、基板
フィールド間の間隔が比較的広くなければならない。こ
の結果、基板の有用表面積すなわちＩＣを形成すること
ができる基板の全表面積が減少してしまう。この場合、
フィールド整列マークの大きさを小さくすることが考え
られる。 しかしながら、マスクマークＭ１及びＭ２並びに基板マ
ークも同様にその大きさを小さくする必要がある。この
結果、基板フィールドに対する整列精度が低下するばか
りでなく、基板全体に対する整列精度も低下してしまう
。 【００７９】本発明は上述した課題を解決し、繰り返し
結像し位置決める新規な方法を提供するものである。こ
の新規な方法によれば、基板はＸ軸及びＹ軸に沿って全
体としてだけ整列し、基板のＺ軸方向を中心とする回転
は２個の基板マークＰ１及びＰ２並びに数個の他の基板
整列マークにより全体的に除去され、基板フィールドを
水平にした後基板フィールドの微細な位置決めは別の整
列工程を行うことなく達成される。フィールド− バイ
− フィールドの位置決めは、干渉計システムにより基
板自身の好ましくは全ての移動及び位置決めを極めて高
精度に測定することにより行われる。 【００８０】本発明の必須要件及び重要な概念は、基板
支持部材を干渉計システムと協働するミラーブロックと
一体化すること及び基板をこの支持部材に固定すること
にある。従って、基板はミラーブロックに対して移動す
ることができずミラーブロックの移動に追従するだけで
ある。この結果測定される移動量及び位置は基板の移動
量及び位置の絶対値となる。従って、基板ホルダを駆動
しミラーブロックの移動量を測定する際の精度が一層向
上する。 【００８１】ＩＣ製造用の既知の投影装置の説明と関連
する同図において、基板及び基板支持部材はミラーブロ
ックに直接不動状態に連結されているように表示されて
いる。しかしながら、これらの図面は、図面を明瞭にす
るため線図的に記載されているにすぎない。すでに述べ
たように、基板は投影装置内で整列されるだけでなく、
全体的に且つ局部的に合焦されねばならず、しかもすで
に記述したように局部的に水平化される必要もある。こ
こで、フォーカシング（合焦）とは、基板表面を投影レ
ンズ系の結像フィールドに一致させることを意味する。 １９８８年に発行された学術雑誌ＳＰＩＥ第９２２ 巻
のセククション“オプティカル／レーザ マイクロリ
ソグラフィ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃｒｏ
ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ） ”に記載されている文献“
ザ オプティカル ステッパ ウィズ ア
ハイ ニュメリカル アパーチャアイ−レンズアン
ド ア フィールド−バイ−フィールド レベリ
ング システム（Ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｔｅｐ
ｐｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｈｉｇｈ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
ｏｐｅｒｔｕｒｅ Ｉ−ｌｅｎｓ ａｎｄ ａ ｆｉ
ｅｌｄ−ｂｙ−ｆｉｅｌｄ ｌｅｖｅｌｌｉｎｇ ｓｙ
ｓｔｅｍ）”又は１９８７年に発行された同雑誌第８１
１ 巻のセクション“オプティカル マイクロリソグ
ラフィック テクノロジー フォーインテグレーテ
ッド ファブリケーション アンド インスペク
ション（ＯｐｔｉｃａｌＭｉｃｒｏｌｉｔｈｇｒａｐｈ
ｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａ
ｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａ
ｎｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ） ”に記載されている文
献“アン アドバンスト ウェファステッパ フ
ォ− サブミクロン ファブリケーション（Ａｎ
ａｄｖａｎｃｅｄ ｗａｆｅｒｓｔｅｐｐｅｒ ｆｏｒ
ｓｕｂ−ｍｉｃｒｏｎ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）”
、或いは米国特許第４５０４１４４号明細書に記載され
ているように、高さアクチュエータ及び／又は傾きアク
チュエータのような個別のアクチュエータを用いてフォ
ーカシング操作及び水平化操作を行う。これらの文献又
は公報に記載されている高さアクチュエータ又は傾きア
クチュエータは基板が配置されているいわゆる水平化テ
ーブルを駆動している。従って、上記文献に記載されて
いる装置では、基板はミラーブロックに強固に連結され
ていない。本発明を実施するために投影装置では、アク
チュエータはミラーブロックの下側に配置する。 【００８２】原理的に、３軸の干渉計システムを用いて
Ｘ軸及びＹ軸方向の移動量を測定し、基板テーブルの位
置を決定すると共にＺ軸を中心とするテーブルの回転量
を決定することができる。このような干渉計システムは
、学術雑誌ＳＰＩＥ第１０８８巻、セクション“オプテ
ィカル／レーザ マイクロリソグラフィ（Ｏｐｔｉｃ
ａｌ／ＬａｓｅｒＭｉｃｒｏｌｉｔｈｇｒａｐｈ） ”
に記載されている文献“リニア／アンギュラ ディス
プレススメント インタフェロメータ フォー
ウェファステージ メトロロジ（Ｌｉｎｅａｒ／ａｎ
ｇｕｌａｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｎｔｅｒｆ
ｅｒｏｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ ｗａｆｅｒｓｔａｇｅ
ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ） ”の第５図に基板テーブルＷＴ
と共に線図的に記載されている。 【００８３】この複合干渉計システムはヘリウム−ネオ
ンレーザ７０、２個のビームスプリッタ７１及び７２、
及び３個の干渉計ユニット７３，７４及び７５を具えて
いる。レーザからのビームｂ５の一部はビームスプリッ
タ７１により反射しビームｂ６として干渉計ユニット７
３に入射し、この干渉計ユニットは基板テーブルＷＴの
ミラーと協働する。ビームスプリッタ７１を透過したビ
ームｂ７はビームスプリッタ７２によって分割され、一
方のビームｂ８は反射して干渉計ユニット７４に入射し
透過ビームｂ９は干渉計７５に入射する。干渉計ユニッ
ト７４はミラーＲ１と協働し、干渉計ユニット７５はミ
ラーＲ２と協働する。 【００８４】図６は干渉計７３の原理を示す。このユニ
ットは例えばハーフプリズムのようなビームスプリッタ
８０を有し、このビームスプリッタにより入射ビームｂ
６を測定ビームｂ６ｍ と基準ビームｂ６ｒ とに分割
する。測定ビームは透過して基板テーブルミラーＲ１に
入射し、このミラーで反射してビームスプリッタ８０に
入射し、このビームスプリッタで反射して測定ビームｂ
６ｍ の一部は検出器７６に入射する。ビームスプリッ
タ８０で反射した基準ビームｂ６ｒ は固定配置した基
準ミラー８１で反射してビームスプリッタ８０に再び入
射し、その一部はビームスプリッタ８０を透過して検出
器７６に入射する。基板テーブルミラーがＸ方向に移動
すると、検出器７６に入射するビームｂ６ｍ とｂ６ｒ
との間で干渉が生じ、この結果検出器からの出力信号
は、基板テーブルがλ／４の距離に亘って移動する毎に
最大値から最小値まで変位する。ここで、λはビームｂ
６の波長である。検出器信号Ｓ７６ の最大値及び最小
値の数は基板テーブルのＸ方向の変位の測定値となる。 ミラーＲ１及びＲ２の移動量が例えばλ／１２８又はλ
／５１２のようにλ／４よりも小さい場合、これらミラ
ーの移動量は既知の電子補完法により測定することがで
きる。 【００８５】干渉計ユニット７４及び７５は干渉計ユニ
ット７３と同一の構造を有し同一の寸法で作動する。基
板テーブルのＹ方向の移動は干渉計ユニット７５及び関
連する検出器７８により測定する。第２のＸ方向の変位
測定は干渉計ユニット７４及び関連する検出器７７によ
り行う。基板テーブルのＺ軸を中心とする回転は信号Ｓ
７６ 及びＳ７７を計算することにより得られ、この回
転量は以下の式から得られる。 【数１ 】φ２＝（Ｓ７６−Ｓ７７）／ｄｉここで、ｄ
ｉはミラーＲ１に入射するビームｂ６ｍ 及びｂ６ｒ
の主光線間の距離である。 【００８６】図６は干渉計ユニットの原理だけを示すも
のである。実際には、偏光感知ビームスプリッタ８０と
λ／４板（図６において素子８２及び８３として図示す
る） を用いてビーム分離及びビーム合成を行うことが
できる。この場合、放射損失は最小であり、種々の干渉
計ユニット用に１個のレーザ７０だけを用いる場合に特
に有効である。さらに、学術雑誌ＳＰＩＥ、第１０８８
巻のセクション“オプティカル／レーザマイクロリソグ
ラフィ ＩＩ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃ
ｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＩＩ）に記載されている
レトロリフラクタを干渉計ユニットに組み込むことも可
能である。 【００８７】３軸干渉計システムを用いる場合に所望の
精度を達成するためには以下の２個の条件を満たす必要
がある。 １． 干渉計ビームの主光線は基板面に位置する必要
がある。 ２． 基板支持部材は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って変位し
並びにＺ軸を中心にして必要な補正を行なう間において
は他のパラメータφＸ ， φＹについては固定する必
要がある。 【００８８】干渉計ビームが微小の有限の断面を有して
いること及びミラーのエッヂ特に上側エッヂに所望の平
面性 （例えば、λ／２０） が形成されないので、ビ
ームはミラーの上側エッヂから例えば少なくとも２ｍｍ
以上の距離の位置に入射する必要があり、１９８９年に
発行された学術雑誌 ＳＰＩＥ 第１０８８巻のセクシ
ョン“オプティカル／レーザ マイクロリソグラフィ
ＩＩ （Ｏｐｔｉｃａｌ ／ Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃｒｏ
ｌｉｔｈｇｓａｐｈｙ ＩＩ）”に記載されている文献
“ステップ アンド スキャン ：ア システム
ズ オーバビュー オブ ア ニュー リソ
グラフィ ツール （Ｓｔｅｐ ａｎｄ Ｓｃａｎ
： Ａ ｓｙｓｔｅｍｓｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ａ
ｎｅｗ Ｌｉｔｈｏｇｓａｏｈｙ Ｔｏｏｌ ）”に示
されるように、ミラーが基板表面を超えて突出する場合
第１の条件しか満足されない。しかも、ミラーの高さが
一層高くなると変位及び位置決めすべき質量が増大する
。さらに、これらミラーが突出する場合基板表面と投影
レンズ系の下側との間には、特別な空間が必要となる。 しかしながら、実際にはミラー付近を空間と形成するこ
とができない場合がある。この理由は、基板表面と投影
レンズ系との間の空間をできるだけ小さくして基板の表
面領域に最も大きな平面状の像フィールドを形成する必
要があるためである。さらに、この中間の空間内に水平
検出及び画像検出を行なう光学測定装置すなわち照明光
によって形成される画像の偏位を検出する測定装置を収
納する必要もある。 【００８９】干渉計ミラーが一部を構成するブロックの
横方向の寸法を拡大して、ミラーブロックがＸ−Ｙ移動
しても基板表面から突出するミラーが例えば投影レンズ
系のような投影装置の他の部材から十分に離間するよう
に設定することも考えられる。しかしながら、このよう
に構成すると、基板ホルダの重量が許容範囲を超えて増
大してしまい、さらに所望の平面精度の一層大きなミラ
ーを製造することは極めて困難である。 【００９０】基板表面から突出するミラーを有するミラ
ーブロックを用いる代りに、ミラーが基板表面から突出
しないが基板表面に対して９０°以下の角度で延在する
ミラーブロックを用いることができる。この場合、干渉
計ビームはミラー表面に対して常に直交入射させる。こ
のようなミラーブロックを干渉計ビームｂ６ｍと共に図
７に示す。干渉計ビームの主軸の延長線が、基板表面の
投影レンズ系の光軸ＡＰＬが基板表面と交差する位置に
到達するように設定すれば、基板の正確な位置は、干渉
計信号及び図１に示す焦点誤差検出装置（図７において
はビームｂ３ 及びｂ３ ′としてだけ図示した）から
供給される信号から取り出すことができる。しかしなが
ら、基板テーブルを有するミラーブロックが作動距離Ｗ
Ｄに亘って移動したとき干渉計ビームをミラーに常時入
射させるには、このミラーの高さを相当高くすく必要が
あり、この結果ミラーブロックの重量が増大してしまう
。 【００９１】上述した条件すなわち基板支持部材がＸ軸
又はＹ軸を中心にして傾斜せずＺ軸方向に変位しない条
件を満足するためには基板テーブルの構成に極めて厳格
な要件を課す必要がある。一体化されたミラーブロック
を有する基板支持部材は別にして、この基板テーブルは
Ｘ−Ｙ−φＺ 駆動機構を具え、この駆動機構は例えば
、米国特許第４６５５５９４ 号に記載されているＨ形
態に配置されている３個の線形モータと、例えばみかげ
石から成るベースプレートＢＰ （図１参照）と基板ホ
ルダＷＨとの間に配置したいわゆるエアベース部材ＡＢ
（図１参照）とで構成する。基板テーブルが正確に案
内されない場合、基板テーブルが移動すると可変力がエ
アベースＡＢに作用するおそれがある。これらの可変力
は前もって予期できないため、エアベースに可変の傾き
が生じ、この傾きによって基板支持部材にも可変の傾き
が生じてしまう。さらに、製造上の公差や異物によりみ
かけげ石の支持プレートの平面性にずれが生ずるおそれ
もある。支持プレートの平面性が維持されないと、基板
支持部材による位置に依存する傾きが生じてしまう。投
影装置の操作中で上述した不都合を除去するためには点
対点のキャリブレーションを行なう必要がある。しかし
ながら、このようなキャリブレーションは、較正をすべ
きパラメータの数が増大するため装置全体のキャリブレ
ーションを複雑化するばかりでなく装置の精度を低下さ
せてしまう。 【００９２】構成上課せられる厳格な要件を取り除くと
Ｘ軸及びＹ軸まわりに不所望な傾きが増大してしまう。 局部的な水平化に起因する傾きは、例えば機械的センサ
、超音波センサ又は他の非光学センサによって測定する
ことができ、これらの測定結果を用いてずれを除去し又
はＸ−Ｙ−φｚ の測定値を補正することができる。一
方、これらのセンサの精度には極めて厳格な要件を課す
必要がある。 【００９３】本発明による投影装置においては、干渉計
ビームの主光線を基板面に位置させるために課せられる
要件を維持する場合に生ずる問題は、この要件を取り除
くと共にミラーが基板表面から突出しないミラーブロッ
クを有する支持部材を用いることにより解消される。上
記課題と共に、Ｘ軸及びＹ軸のいずれを中心にする傾き
も発生させず又はこれらＸ軸及びＹ軸まわりの傾きをＸ
−Ｙ−φｚ 調整に考慮すべきとする要件に起因する課
題は、所望の又は不所望な移動を高精度に測定できると
共に正確な補正を行なうことができる新規な干渉計シス
テムを用いることにより解消される。 【００９４】上述した別の課題は図８に示すいわゆるア
ッベエラーに関係する。干渉計ビーム例えばｂ６ｍの主
軸がミラーＲ１ に基板表面から距離ａだけ離れて入射
すると、角度φの基板表面の傾きによってビームｂ６ｍ
を用いる干渉計ユニットから発生するＸ方向の位置信号
にクロストーク信号が発生する。このクロストーク信号
Δｘは、Δｘ≒ａｔａｎ φ≒ａφで与えられる。この
クロストーク信号の結果として、Ｘ方向のサーボ系は、
クロストーク信号Δｘに比例するＸ方向の誤差が生ずる
ように制御する。基板表面の傾き（角度φ）は １．３
ｍｒａｄ 程度であり、局部的な非平坦性の角度φは
、約０．１ ｍｒａｄである。局部的な非平坦性におい
ては、アッベアーム（Ａｂｈｅ ａｒｍ）に起因する位
置誤差は４ｎｍ以下であり、この位置誤差は実際には回
避することができず、次式が成立する。 【数２】 ａ＝（Δｘ／ψ）＜（５ｎｍ／０．１ ｍｒａｄ）〜
５０ μｍ【００９５】ビームに幅があるため、例えば
９ｍｍのビーム幅の場合上記要件を満たすことができな
い。従って、キャリブレーションを行なう必要がある。 すなわち、Ｘ方向及びＹ方向の位置信号を基板表面の傾
きに関する情報を用いて補正する必要があることになる
。この傾き情報は、改良された干渉計システムを用いて
例えば機械的センサや非光学センサのような他の手段よ
りも一層簡単に且つ正確に得ることができる。 【００９６】図９は一体化されたミラーブロックを有す
る基板支持部材の５個の因子Ｘ，Ｙ，φＸ ， φＹ
及びφＺ を測定する複合干渉計システムの原理を示す
。この干渉計システムは例えば２個の干渉計ユニット１
００ 及び１５０ を有し、これらユニットに向けてビ
ームｂ２０及びｂ３０を投射する。これらのビームはレ
ーザ例えばヘリウム−ネオンレーザ５０から放射する。 このレーザ光源から放射されたビームｂ１０は、レンズ
１０により線図的に図示したエキスパング光学系を通過
し、次にビームスプリッタ９２により２本のビームｂ２
０及びｂ３０に分割される。素子９１ ， ９３ 及び
９４はミラーであり、これらミラーによりビームｂ２０
及びｂ３０を干渉計ユニット１００ 及び１５０ に正
確な角度で入射させる。干渉計ユニット１００ は、ミ
ラーＲ１ に向けて３本の測定ビームを放出しミラーＲ
１ で反射したビームを受光するように設定する。これ
らのビームを用い、ミラーブロック及び基板支持部材の
Ｘ方向の変位、Ｙ軸まわりの傾きφＹ 及びＺ軸を中心
とすると回動φＺ を測定することができる。第２の干
渉計ユニット１５０ は２本の測定ビームをミラーＲ２
に向けて投射すると共にこのミラーからの反射ビーム
を受光する。これらの測定ビームを用いて、Ｙ軸方向の
変位及びＸ軸まわりの傾きを測定する。これら干渉計ユ
ニットは種々の方法で構成することができる。図１０の
干渉計ユニット１００ の第１実施例を示す。この干渉
計ユニットは、偏光感知ビームスプリッタ１０１ 、２
個のλ／４板１０３， １０４ 、基準ミラー１０５
、２個のレトロリフレクタ１０６ ， １０７ 、複合
プリズム１０８ 、及び２個の検出器１１３ ， １１
５ を具える。これら検出器は図９に示す干渉計ユニッ
ト１００ の面９５に配置する。干渉計ユニットはヘテ
ロダイン型のものとする。ビームｂ２０はゼーマンレー
ザとして設置したヘリウム−ネオンレーザから放出する
。このレーザは、例えば２０ ＭＨｚの光学位相差を有
する２個の相互に直交する方向に偏光した成分を有する
ビームを発生する。これら２個の成分は図１０において
実線及び破線で示す。 【００９７】プリズム１０１ に入射したビームｂ２０
は偏光感知面１０２ により測定ビームｂ２０ｍ と基
準ビームｂ２０ｒ とに分割する。測定ビームｂ２０ｍ
は基板テーブルのミラーＲ１ に入射し、このミラー
により反射する。プリズム１０１とミラーＲ１ との間
にλ／４板１０３ を配置する。従って、ミラーＲ１
からの反射ビームはλ／４板を２回通過するので、その
偏光方向は入射ビームｂ２０ｍ の偏光面に対して９０
°回転する。従って、反射ビームは偏光感知面１０２
で反射し、例えば３次元コーナキューブプリズムの形態
のレトロリフレクタ１０６ に入射する。レトロリフレ
クタ１０６ で反射したビームは、次に偏光感知面１０
２ で反射し、測定ビームｂ′２０ｍ としてＲ１ に
再び入射し、このミラーで反射し再びプリズム系１０８
に入射する。このビームはλ／４板１０３ を再び２
回透過したので、偏光感知面１０２ を透過する。この
透過ビームｂ′２０ｍ はプリズム系１０８ に入射し
、その面１０９ で反射し、検光子１１２ を経て放射
感知検出器１１３ に入射する。 【００９８】基準ビームｂ２０ｒ は偏光感知面１０２
で反射し、λ／４板１０４ を透過し基準ミラー１０
５ で反射し再びλ／４板１０４ を透過する。従って
、プリズム１０１ に入射するビームの偏光方向は９０
°回転するので、偏光感知面１０２ を透過しレトロリ
フレクタ１０６ に入射する。レトロリフレクタで反射
した反射ビームｂ′２０ｒ は基準ビームとして再び基
準ミラーに入射し、このミラーで反射しプリズム１０１
に入射する。この入射ームの偏光面は９０°回転して
いるから、このビームは偏光感知面１０２で反射しプリ
ズム系１０８ に入射し、その反射面１０９ で反射し
て検出器１１３ に入射する。検光子１１２ の偏光面
は、偏光面が相互に直交するビームｂ′２０ｍ とｂ′
２０ｒ の偏光面に対して４５°の角度をなすように設
定する。検光子を透過したビームｂ′２０ｍ 及びｂ′
２０ｒ のビーム成分は同一の偏光方向を有し互いに干
渉する。検出器１１３ からの出力信号Ｓ１１３ は、
ゼーマン周波数差から基板テーブルミラーのＸ方向の変
位に応じた周波数偏位だけプラス又はマイナスした周波
数に等しい周波数で強度変調された信号となる。 【００９９】原理的には、レトロリフレクタ１０６ を
省略して、検出器１１３ に入射する測定ビーム及び基
準ビームが基板テーブルミラー及び基準ミラーとそれぞ
れ１回だけ反射するように構成することも可能である。 【０１００】図１０に示す干渉計ユニットの実施例では
、レトロリフレクタ１０６ を用いて測定ビームをビー
ムｂ２０ｍ 及びｂ′２０ｍ として基板支持ミラーで
２回反射させている。この実施例は、最終的に検出器１
１３ に入射する測定ビームｂ′２０ｍ の方向がＸ軸
と直交する軸を中心とするミラーＲ１ の傾きに依存し
ない大きな利点が達成される。この結果、信号Ｓ１１３
は真のＸ方向の変位に関する情報だけを含むことにな
る。同様な理由により、基準ミラー１０５ の傾きも信
号Ｓ１１３ にいかなる影響も及ぼすことはない。 【０１０１】図１０の紙面と直交するＺ軸を中心とする
基板支持部材の回転も図１０の干渉計ユニットにより測
定することができる。この測定は、第１のＸ方向測定が
行なわれる位置ＰＸ１（ＰＸ２）から最大距離だけ離れ
た位置ＰＸ３（ＰＸ４）における第２のＸ方向測定によ
り行なう。このため、プリズム系１０８ の面１１０
をハーフミラーとし、このハーフミラーにより測定ビー
ムｂ′２０ｍ 及び基準ビームｂ′２０ｒ の一部をそ
れぞれ新しい測定ビームｂ２１ｍ 及び基準ビームｂ２
１ｒ としてビームスプリッタ１０１ に向けて反射す
る。これら２個のビームの偏光方向はλ／２板１１６
により９０°回転しているので、これらビームの偏光状
態は相互に変化する。従って、測定ビームｂ２１ｍ は
偏光感知面１０２ を透過して基板支持ミラーに入射し
、基準ビームｂ２１ｒ は偏光感知面１０２ で反射し
基準ミラー１０５ に入射する。これらビームｂ２１ｍ
及びｂ２１ｒ の光路はビームｂ２１ｍ 及びｂ２１
ｒ の光路と同様である。好ましくは、第２のレトロリ
フレクタ１０７ を設け、このレトロリフレクタにより
測定ビーム及び基準ビームをビームｂ′２０ｍ 及びビ
ームｂ′２０ｒ として基板テーブルミラーＲ１ 及び
基準ミラーに入射させる。反射したビームｂ′２１ｍ
及びｂ′２１ｒ は、ビームスプリッタ１０１ 、プリ
ズム系１０８ 及び第２の検光子１１４ を経て第２の
検出器に入射し、この検出器において相互干渉を行なう
。 【０１０２】検出器１１５ からの出力信号Ｓ１１５
は、ゼーマン差分周波数にミラーＲ１ のＺ軸を中心と
する回転に依存する周波数偏移だけ増加又は減少した周
波数で強度変調されている。ミラーＲ１ がＺ軸を中心
として回転していると、位置ＰＸ１及びＰＸ２で反射す
る第１の光路における測定ビームと基準ビームとの間の
周波数偏移は、位置ＰＸ３及びＰＸ４を通る第２の光路
を通る測定ビームと基準ビームとの間の周波数偏移と相
異する。検出器１１５ によって測定される周波数差は
、上記周波数偏移間の差となる。基板支持ミラーがＺ軸
を中心にして回転していない場合、結果としての周波数
差は零に等しくなる。 【０１０３】信号Ｓ１１３ 及びＳ１１５ を電子的に
処理して周波数偏移から基板テーブルのＸ方向変位及び
Ｚ軸を中心とする回転φＺを取出す方法については、１
９８９年に発行された ＳＰＩＥ の第１０８８巻、第
２６８ 頁〜２７２ 頁に記載されている文献“オプテ
カル／レーザ マイクロリソグラフィ （Ｏｐｔｉｃ
ａｌ／ＬａｓｅｒＭｉｃｒｏｌｉｔｈｇｒａｐｈｙ）”
を一例として参考にすることができる。 【０１０４】２個の周波数成分を有するビームｂ２０の
代りに、１個の周波数成分だけを有するビームを用いる
こともできる。この場合、ミラーＲ１ の変位又は回転
は、測定ビームと基準ビームとの間の位相差を決定する
ことにより測定される。 【０１０５】本発明においては、前述した既知の干渉計
ユニットを適切に拡張して、第３測定例えば、Ｙ軸まわ
りの傾き測定を行なうことができる。この目的を達成す
るため、図１０に示すように、例えばプリズム系１０８
の面１０９ をハーフミラー面とし、ビームｂ′２０
ｍ 及びｂ′２０ｒ の一部を透過させる。これら透過
ビームの光路に反射光学系１２０を配置する。この反射
光学系は入射ビームをビームスプリッタ１０１に向けて
反射すると共に、入射ビームを軸方向に平行に拡大して
図１０の紙面の前後に位置する第２のＸＹ面内で拡大す
る。この第２のＸＹ面を図１１に第３の測定ビームｂ２
２ｍ 及び基準ビームｂ２２ｒ と共に図示する。 【０１０６】ビームｂ２２ｍ 及びｂ２２ｒ のビーム
スプリッタ１０１ の前側の光路中にλ／２板１２５
を配置し、このλ／２板によりこれらビームの偏光方向
を９０°回転させ測定ビーム及び基準ビームの偏光状態
を相互変換させる。 好ましくは、第３のレトロリフレクタ１２８ を配置し
、測定ビームを基板支持ミラーによりその位置ＰＸ５及
びＰＸ６においてそれぞれビームｂ２２ｍ 及びｂ′２
２ｍ として反射させ、基準ビームを基準ミラーにより
ｂ２２ｒ 及びｂ′２２ｒ としてそれぞれ反射させる
。これら測定ビーム及び基準ビームが通る光路は、図１
０に示す測定ビームｂ２０ｍ 及びｂ′２０ｍ と基準
ビームｂ２０ｒ 及びｂ′２０ｒ の光路とほぼ同様で
ある。 【０１０７】ビームｂ′２２ｍ 及びｂ′２２ｒ は最
終的に検光子１２６ に入射し、これらビームの同一の
偏光方向成分が透過し、透過したビーム成分は検出器１
２７ に入射し、この検出器において相互に干渉し合う
。この検出器からの出力信号Ｓ１２７ は、ゼーマン差
分周波数からミラーＲ１ のＹ軸周りの傾きに依存する
周波数偏移だけ増加し又は減少した周波数で強度変調さ
れる。このような傾きが生ずると、測定ビームｂ′２０
ｍ と基準ビームｂ′２０ｒ との間の周波数偏移は測
定ビームｂ′２２ｍ と基準ビームｂ′２２ｒ との間
の周波数偏移と相異する。検出器１２７ によって測定
される周波数差は、これら周波数偏移間の差となる。基
板テーブルがＹ軸まわりで傾斜していない場合、得られ
る周波数差は零に等しくなる。このＹ軸周りの傾きは単
一周波数成分のビームを用い位相差を決定することによ
り測定することもできる。 【０１０８】図１２は反射光学系１２０ の実施例を詳
細に示す。この反射光学系は、Ｘ軸に平行に伝播するビ
ームｂ′２０ｍ 及びｂ′２０ｒ をＺ軸に平行に反射
させる第１の反射体１２１ と、反射したビームをＸ軸
に平行に伝播させるように反射する第２の反射体１２２
とを有する。従って、この反射体対１２１ ， １２
２ には、ビームをＺ軸方向に互いに離間した平行ビー
ムに変位させる。 【０１０９】ビームｂ２２ｍ 及びｂ′２２ｍ とが互
いにＺ軸方向にだけ変位した図１１及び図１２の実施例
において、これら測定ビームの主光線が基板テーブルミ
ラーＲ１ に入射する点ＰＸ５及びＰＸ６は、測定ビー
ムｂ′２０ｍ 及びｂ′２１ｍがこのミラーＲ１ に入
射する点ＰＸ２及びＰＸ３とＸ軸方向の同一点となる。 図面を明瞭にするため、この状態を図１３に示す。図１
３において、測定ビームｂ２０ｍ ， ｂ′２０ｍ，
ｂ２１ｍ ， ｂ ′２１ｍ ， ｂ２２ｍ 及びｂ′
２２ｍ の主光線がミラーＲ１ に入射する点を、Ｐｘ
１ ，Ｐｘ２ ，Ｐｘ３ ，Ｐｘ４及びＰｘ５としてそ
れぞれ図示する。いわゆる測定軸は各測定ビームの対と
関連する。これら測定軸は、図１０及び図１１において
ＭＡＸ１ ， ＭＡＸ２及びＭＡＸ３として示す。こ
れら測定軸がミラーＲ１ と交差する点を図１３におい
てＱ１ ， Ｑ２ 及びＱ３ としてそれぞれ示す。 【０１１０】点Ｑ３ は投影レンズ系の光軸ＡＰＬを含
む面内で図１３の紙面と直交する面内すなわちミラーＲ
１ と直交する面内に位置することが好ましい。点Ｑ２
及びＱ３ はこの面に対して対称的に位置することが
好ましく、従って点Ｑ２ とＱ３ との間の接続ライン
は投影レンズ系の結線面ＩＰに平行となり、この結像面
は基板表面ＷＰが理想的な表面の場合基板表面ＷＰと一
致する。 【０１１１】測定ビーム及び測定軸は互いに平行になる
ように設定して、検出器の位置１１３，１１５ 及び１
２７ に単一の放射スポットではなく干渉パターンが形
成されるのを阻止することが好ましい。このビーム平行
度はビームスプリッタ１０１ 、プリズム系１０８ 及
び反射光学系１２０ の面の平面精度並びにプリズム系
１０８ の面１０９ と１１０ との間の角度及び反射
光学系１２０ の面１２１ と１２２ との間の角度に
よって決定され、この平行度は実際には満足し得るよう
に達成することができる。この理由は、上記光学系の各
表面を３秒の角度範囲で高精度に平滑にすることができ
ると共に、上記各角度を正確に９０°に形成することが
できるためである。反射光学系１２０ はプリズム系１
０８ と一体的に形成し、組立作業中に生ずる整列性に
関する課題を解消し経時変化に対する安定性を確保する
ことが好ましい。 【０１１２】結像面ＩＰと接続ラインｌとの間の距離ｄ
２ はできるだけ短くする必要がある。接続ラインｌと
点Ｑ３ との間の距離ｄ３及び点Ｑ１ とＱ２ との間
の距離ｄ４ はできるだけ長くなるように設定して傾き
φｙ 及び回転φＺ をできるだけ正確に測定できるよ
うする必要がある。一方、これらの距離の制約を課しミ
ラーＲ１ の寸法及び重量を制限する必要もある。本装
置の実際に実現した実施例において、距離ｄ３ 及びｄ
４ は２０ｍｍ程度とし、距離ｄ２ は７ｍｍ程度に設
定した。 【０１１３】図１０及び図１１に示す干渉計ユニットは
、測定軸と関連する測定ビーム及び基準ビームがビーム
スプリッタ１０１ に対して互いに対称的に形成される
と共にビームスプリッタ中において互いに同一の光路長
を占める利点がある。このように構成することにより、
不安定になる危険性をほとんど除去することができる。 図１０及び図１１の装置において、回転φｚ 及び傾き
φＹ を測定するため必要となる測定軸ＭＡＸ１ ，
ＭＡＸ２及び ＭＡＸ３ と関連する信号間の差は光学
的に決定される。これら測定軸について得た情報をＩＭ
ＡＸ１ ，ＩＭＡＸ２及びＩＭＡＸ３とすると、図１０
及び図１１における検出器信号Ｓ１１３ ， Ｓ１１５
及びＳ１２７ は次式で与えられる。 【数３】Ｓ１１３ ＝ＩＭＡＸ１ Ｓ１１５ ＝ＩＭＡＸ１−ＩＭＡＸ２ Ｓ１２７ ＝ＩＭＡＸ１−ＩＭＡＸ３ 検出器信号の関数としての測定軸情報は次式で与えられ
る。 【数４】ＩＭＡＸ１＝Ｓ１１３ ＩＭＡＸ２＝Ｓ１１３ −Ｓ１１５ ＩＭＡＸ３＝Ｓ１１３ −Ｓ１２７ 【０１１４】Ｘ軸方向の変位の大きさ及び方向、Ｚ軸を
中心とする回転及びＹ軸周りの傾きに関する情報を含む
信号Ｓ（Ｘ）， Ｓ（φｚ）及びＳ（φｙ）は次式で
与えられる。 【数５】 或は、アッベアームと関連するキャリブレーション因子
を考慮すると、基板のＸ方向の変位、Ｚ軸を中心とする
回転及びＹ軸まわりの傾きは次式により決定することが
できる。 【数６】 【０１１５】変形例として、異なる測定軸に関連する信
号間の差は光学的にではなく電子的に決定することもで
きる。この場合、図１４に示すように、３本の独立した
ビームをビームスプリッタ１０１ に投射する必要があ
る。 【０１１６】ビーム２０の偏光感知ビームスプリッタ１
０１ の前側の光路中に偏光非感知ビームスプリッタ１
３０ を配置し，このビームスプリッタによりビーム２
０をそれぞれ主軸が第１のＸ−Ｙ平面（図１４の紙面）
内に位置する第１及び第２のビームｂ４１及びｂ４２
並びに主軸が第２のＸ−Ｙ平面（図１４の紙面の上側又
は下側） 内にある第３のビームｂ４３に分割する。ビ
ームスプリッタ１３０ はハーフミラー又は全反射ミラ
ーの反射体の組み合せを有し或は種々の方法で構成する
ことができる。例えば、反射体は平行平面板の面とする
ことができ、この場合ビームｂ４１ ，ｂ４２及びｂ４
３は満足し得る程度に平行になる。これらビームの各々
を偏光感知面１０２ により測定ビームと基準ビームｂ
４３ｍ とｂ４３ｒ ， ｂ４２ｍ とｂ４２ｒ ，ｂ
４１ｍ とｂ４１ｒ にそれぞれ分割する。尚、図面を
明瞭にするため、放射光路の一部だけを図示する。 【０１１７】レトロリフレクタ１０６ ，１０７及び１
０８ をビームｂ４１ ，ｂ４２及びｂ４３の光路中に
それぞれ配置し、ビームスプリッタから出射したビーム
ｂ′４１ｍ ， ｂ′４２ｍ 及びｂ′４３ｍ が基板
支持部ミラーＲ１ によって２回反射するように構成す
るのが好ましい。各測定ビームは関連する基準ビームと
共に検光子１１２ ， １１４ 及び １２６を介して
個別の検出器１１３ ， １１５ 及び１２７ にそれ
ぞれ入射する。 図面を明瞭にするため、図１４においては測定ビームｂ
４３ｎ 及びｂ′４３ｍ がミラーＲ１ に入射する位
置ＰＸ５及びＰＸ６のＹ方向位置を、ビームｂ′４１ｍ
及びｂ４２ｍ がミラーＲ１ に入射する位置ＰＸ２
及びＰＸ３のＹ方向位置と相異させた。しかしながら、
点ＰＸ５及びＰＸ６のＹ方向の位置を点ＰＸ２及びＰＸ
３のＹ方向位置にそれぞれ一致させて図１３の状態を得
ることが好ましい。 【０１１８】図１４の実施例の場合、検出器信号Ｓ１１
３ ， Ｓ１１５ 及びＳ１２７ と測定軸を介して得
た情報との間の関係は以下のようになる。 【数７】Ｓ１１３ ＝ＩＭＡＸ１ Ｓ１１５ ＝ＩＭＡＸ２ Ｓ１２７ ＝ＩＭＡＸ３ 測定信号Ｓ（Ｘ）， Ｓ（φｚ ） 及びＳ（φＹ
） は以下のようになる。 【数８】 検出器信号で表示すると以下のようになる。 【数９】 【０１１９】三個の独立した測定軸を有する装置と３個
の結合された測定軸を有する装置との間の選択は、干渉
計の誤差Δが測定信号Ｓ（Ｘ），Ｓ（φＺ ） 及びＳ
（φＹ ）に及ぼす影響の大きさにより決定する。干渉
計の誤差Δは、検出器信号Ｓ１１３ ， Ｓ１１５ 及
びＳ１２７ における干渉計自身により生ずる誤差であ
る。このような誤差が検出器信号に生じた場合、測定信
号の誤差は、３個の独立した測定軸を有する装置の場合
以下のようになる。 【数１０】 また、３個の結合された測定軸を有する場合は、以下の
ようになる。 【数１１】 【０１２０】基板テーブルのＹ方向変位及びＸ軸まわり
の傾きを決定するため、本発明による複合型干渉計シス
テムは図９の符号１５０ で図示した第２の干渉計ユニ
ットを含んでいる。原理的に、この干渉計は２本の測定
軸 ＭＡＸ４ 及び ＭＡＸ５ を有し、その構造は干
渉計ユニット１００ と同様である。図１５及び図１６
は干渉計ユニット１５０ の構成を詳細に示す。 【０１２１】入射ビームｂ３０は所定の周波数差を有す
る２個の相互に直交する偏光成分を有し、この入射ビー
ムをビームスプリッタ１５１ の偏光感知面１５２ に
より測定ビームｂ３０ｍ とｂ３０ｒ とに分割する。 測定ビームは第２の基板支持ミラーＲ２ で反射し、レ
トロリフレクタ１５６ を介して位置ＰＹ１及びＰＹ２
において反射する。ビームスプリッタ１５１ からの測
定ビームｂ′３０ｍ は、基準ミラー１５５ で２回反
射した基準ビームｂ′３０ｒ と合成される。測定ビー
ム及び基準ビームはそれぞれλ／４板１５３ 及び１５
４ によって偏光方向が９０°回転しビームスプリッタ
１５１ から出射する。ビームｂ′３０ｍ 及びｂ３０
ｒ は反射素子１５８ を経て検光子１５９ を透過し
て検出器１６０ に入射する。 この検光子の偏光方向は、ビームｂ′３０ｍ 及びｌ′
３０ｒ の互いに直交する偏光方向のそれぞれに対して
４５°の角度をなすので、これらビームの同一偏光方向
成分が検光子を通過し、これら２個の成分は互いに干渉
し合う。検出器１６０ からの出力信号Ｓ１６０ は、
ビームｂ３０ｍ とｂ３０ｒ との周波数差に基板支持
部材のＹ方向変位によって決定される周波数偏移だけ増
加し又は減少した周波数に等しい周波数で強度変調され
る。 【０１２２】基板支持部材のＸ軸まわりの傾きを測定す
るため、反射素子１５８ をハーフミラーとして設ける
。この反射素子を透過したビームｂ′３０ｍ 及びｂ′
３０ｒ の一部は反射光学系１６１ によりビームスプ
リッタに向けて反射する。この反射光学系は図１５のＸ
−Ｙ平面に対して４５°の角度をなす２個のミラー１６
２ 及び１６３ を有する。ミラー１６２ はビーム部
分をＺ方向に反射し、ミラー１６３は、ビーム部分が、
図１５の紙面の上側又は下側に位置する第２のＸ−Ｙ面
内でＹ方向に沿って伝播するように反射する。この第２
のＸ−Ｙ平面は図１６の紙面に相当する。図１６は、反
射光学系１６１ で反射したビーム部分が新しい測定ビ
ームｂ３１ｍ 及び新しい基準ビームｂ３１ｒ として
干渉計ユニットを通過し、これらのビームが基板支持ミ
ラーＲ２ 及び基準ミラー１５５ で反射する状態を示
す。 λ／２板１６４ をビームスプリッタ１５１の前側に配
置し、このλ／２板により２個のビームの偏光方向を９
０°回転させ、測定ビーム及び基準ビームの偏光方向を
相互変位させる。レトロリフレクタ１６５の存在におい
て、測定ビームはミラーＲ２ の位置ＰＹ３及びＰＹ４
で反射して測定ビームｂ′３１ｍ となり、基準ビーム
は基準ミラーにより２回反射して基準ビームｂ′３１ｒ
となる。 【０１２３】ビームｂ′３１ｍ 及びｂ′３１ｒ は最
終的に検光子１６６ に入射し、これらビームの同一の
偏光成分が透過して検出器１６７ に入射する。この検
出器からの出力信号Ｓ１６７ は、ビームｂ３０ｍ 及
びｂ３０ｒ との周波数差にミラーＲ２ のＸ軸まわり
の傾きφＸ に依存する周波数偏移だけ増加し又は減少
した周波数に等しい周波数で強度変調された信号となる
。実際に、このような傾きが発生すると、測定ビームｂ
′３０ｍ と基準ビームｂ′３０ｒ との間の周波数偏
移は測定ビームｂ′３０ｍ と基準ビームｂ′３０ｒ
との間の周波数偏移とは相異する。検出器１６７ によ
って測定される周波数差は、これら周波数偏移間の差と
なる。基板支持部材のＸ軸まわりの傾きφＸ を有しな
い場合、周波数差は零に等しくなる。 【０１２４】測定ビームｂ３１ｍ 及びｂ′３１ｍ の
主光線がミラーＲ２ に入射する点ＰＹ３及びＰＹ４は
、測定ビームｂ３０ｍ 及びｂ′３０ｍ がミラーＲ２
に入射する点ＰＹ２及びＰＹ１と同一のＸ軸方向値と
なることが好ましく、測定軸 ＭＡＸ４ 及び ＭＡＸ
５ はＺ軸に対して直交させる。この状態を図１７に示
す。図１７はこれら測定軸及びこれらの軸と基板テーブ
ルＷＴのミラーＲ２ との交点Ｑ４ 及びＱ５ を示す
けでなく、第１干渉計ユニットの測定軸 ＭＡＸ１ ，
ＭＡＸ２及び ＭＡＸ３ 並びにこれらの測定軸と基
板テーブルのミラーＲ１ との交点Ｑ１ ， Ｑ及びＱ
３ も示す。 【０１２５】図１５及び図１６の干渉ユニットにおいて
、傾きφＸを決定するために必要な差である測定軸 Ｍ
ＡＸ４ 及び ＭＡＸ５ と関連する信号間の差は光学
的に決定される。 これら測定軸に基いて得た情報をＩＭＡＸ４及びＩＭＡ
Ｘ５とすると、図１５及び図１６の実施例の検出器信号
Ｓ１６０ 及びＳ１６７は以下の式で与えられる。 【数１２】Ｓ１６０ ＝ＩＭＡＸ４ Ｓ１６７ ＝ＩＭＡＸ４−ＩＭＡＸ５ 検出器信号の関数としての測定軸情報は以下の式となる
。 【数１３】ＩＭＡＸ４＝Ｓ１６０ ＩＭＡＸ５＝Ｓ１６０ −Ｓ１６７ Ｙ軸方向の変位及びＸ軸まわりの傾きの大きさ及び方向
に関する情報を表わす信号Ｓ（Ｙ） 及びＳ （φＸ
） は以下の式で表わされる。 【数１４】 ここで、ｄ５ は図１７における点Ｑ４ とＱ５ との
間の距離である。 【０１２６】結合された測定軸を用いる代りに、図１５
及び図１６に示すように、干渉計ユニット１００ につ
いての説明と同様な干渉計ユニット１５０ を動作させ
る独立の測定軸を用いることも可能である。この場合、
測定軸情報と検出器信号との間に以下の関係を適用する
。 【数１５】Ｓ１６０ ＝ＩＭＡＸ４ Ｓ１６７ ＝ＩＭＡＸ５ 測定信号Ｓ（Ｙ） 及びＳ（φＸ ） は以下の式で表
わされる。 【数１６】 【０１２７】図１６及び図１７の干渉計ユニットも同様
に、測定ビーム及び基準ビームが干渉計ユニットを互い
に対称的に通過すると共に互いに同一の光路長でビーム
スプリッタを通過する利点が達成され、安定性の見地よ
り極めて有益である。すなわち、温度や湿度等に対して
極めて安定になる。 【０１２８】干渉計ユニット１００ 及び１５０ の両
方において、検出器１１３， １１５， １２７， １
６０及び１６７ は検光子１１２， １１４， １２６
， １５９及び１６６ の背後に直接配置する必要はな
い。所望の場合、これら検出器は大きな距離を以下互い
に接近させて配置することもできる。光ファイバを用い
てビームを検出器まで案内することもできる。ビームを
光ファイバの入射面に集束させるレンズを検光子と光フ
ァイバとの間に配置することも可能である。 【０１２９】図１１， 図１２， 図１４， 図１５及
び図１６に示すプリズム型レトロリフレクタや３次元“
コーナキューブ”は、いわゆるキャッツアイ型のレトロ
リフレクタで置換することも可能である。このキャッツ
アイレトロリフレクタはレンズとこのレンズの焦点面に
配置したミラーとで構成され、このキャッツアイレトロ
リフレクタを用いることにより反射ビームの主軸を入射
ビームの主軸に対して平行にできると共にこれらの主軸
を一致させることができる。 【０１３０】複合型干渉計システムに要求される精度の
観点において、温度、湿度、圧力のような外乱因子の変
化は極めて重要である。これらの変化により干渉計ビー
ムが伝播する媒体の屈折率が変化してしまう。この変化
を決定するため、すなわち外乱因子の変化を補正するた
め、本発明による干渉計システムは基準軸として用いら
れる６本の軸を有し、固定配置したミラーと協働するビ
ームを基準軸に沿って延在させる。図９において、この
固定配置したミラーを符号１７０で示し基準軸ビームを
符号ｂ５０で示す。ビームｂ５０は第２の干渉計ユニッ
ト１５０ から発生させ、この干渉計ユニットから出射
したビームをミラー１７１ を介してミラー１７０ に
入射させる。 【０１３１】図１５において、ビーム３０からビーム５
０を取り出す例を示し、本例では２個の反射素子１７６
及び１７７ を有するプリズム系１７５ によりビー
ムｂ５０を取出す。第１のハーフミラー１７６ により
ビームｂ３０の一部を第２のハーフミラー１７７ に向
けて反射し、このビームを第２のハーフミラーによりビ
ームｂ５０としてビームスプリッタ１５１ に入射させ
る。ビームスプリッタの偏光感知面１５２ によりビー
ムｂ５０を測定ビームｂ５０ｍ と基準ビームｂ５０ｒ
とに分割する。基準ビームｂ５０ｒは基準ミラー１５
５ に向けて反射し、測定ビームｂ５０ｍ は透過し例
えば、図１５の紙面に対して４５°の角度で配置したミ
ラー１７１ に入射する。固定配置したミラー１７０
で反射した測定ビームｂ５０ｍ は再びミラー１７１
を経てビームスプリッタ１５１ に入射し、このビーム
スプリッタにおいて基準ミラー１５５ で反射した基準
ビームｂ５０ｒ と合成される。合成ビームは検光子１
７９ を経て検出器１８０ に入射する。この検出器は
、反射素子１７７ がハーフミラーの場合プリズム系の
背後に配置することができる。 【０１３２】測定ビームは一定の幾何学的光路長だけ伝
播する。光学的光路長は幾何学行路長と媒体の屈折率と
の積であり、媒体の屈折率の変化による影響を受ける。 従って、出力信号は測定ビームｂ５０ｍ と基準ビーム
ｂ５０ｒ との間の光路長差によって作用を受けること
になる。光路長差の変化は検出器１８０ によって測定
され、この検出器からの出力信号Ｓ１８０ を用いて外
乱因子の変化による屈折率変化に対する他の測定軸を介
して得た情報を補正することかができる。 【０１３３】図９に示すように、基準軸用の基準ミラー
は、好ましくは“ゼロジュア（Ｚｅｒｏｄｕｒｅ） ”
やインバ （Ｉｎｖａｒ）のような極めて安定な材料の
プレート１９０ を介して干渉計ユニット１５０ に連
結する。この結果、基準軸用の極めて安定な構造が得ら
れる。 【０１３４】６軸干渉計システムの基準軸情報を用いて
焦点誤差検出装置や基板面の局部的水平化検出装置のよ
うな他の光学的測定装置からの測定情報を補正すること
ができる。これらの測定装置も干渉計ビームと同一空間
を伝播するからである。 【０１３５】空気圧、温度、湿度のような外乱因子の変
化により投影レンズ系内の媒体の屈折率が影響を受ける
おそれがあり、この結果投影レンズ系の結像性能が変化
するおそれがある。複合干渉計システムの基準軸を用い
ることによって得た信号を利用して結像性能を補正する
ことができる。この補正は、例えば次に示すパラメータ
の１個又は複数個を調整することにより行なうことがで
きる。 ・投影ビームの波長 ・投影レンズ系内のガス圧 ・投影レンズ系内の温度 ・投影レンズ系内の１個又はそれ以上の区域の媒体の組
成 ・投影レンズ系のレンズ素子間の相互距離・整列装置の
零点設定 ・焦点検出装置の零点設定が前記信号により調整できる
。 【０１３６】この目的に必要な制御信号を得るため、検
出器１８０ の出力信号Ｓ１８０ を電子的信号処理ユ
ニット１８５ に供給する。図１５に線図的に示すよう
に、信号処理ユニット１８５ からの信号ＳＲ１ ……
ＳＲｍ により投影装置の種々のサーボ系を制御するこ
とができる。尚、基準軸信号を用いる零点調整及び結像
性能の補正は、物体すなわち基板の局部的水平化装置を
有しない装置においても行なうことができる。 【０１３７】屈折率の変化を測定する場合、１本の測定
ビームを用いるだけで十分である。一方、所望の場合に
は、他の測定軸について説明したように、基準軸測定用
にダブル測定ビーム及びダブル基準ビームを用いること
もできる。この場合、測定ビームｂ５０ｍ 及び基準ビ
ームｂ５０ｒ をそれぞれλ／４板１５３ 及び１５４
を透過させると共にレトロリフレクタ１５６ の位置
にレトロリフレクタを基準軸用に設ける必要がある。基
準軸用の測定ビーム及び基準ビームは、第４測定軸の測
定ビームｂ３０ｍ 及びｂ′３０ｒ 並びに基準ビーム
ｂ３０ｒ 及びｂ′３０ｒ と同様にして図１５の装置
を伝播する。 【０１３８】干渉計ビームが伝播する全空間に亘って同
一の環境に維持されれば、一層高精度な複合干渉計シス
テムを実現できる。これは、ビームが伝播する全空間に
亘って一定の好ましくは薄層の空気流を送出することに
より達成される。この構成を図１８に示す。図１８は投
影レンズ系ＰＬの一部及びミラーブロックが一体化され
ている基板支持部材ＷＣを線図的に示す。基板支持部材
は基板テーブルＷＴの一部を構成し、この基板テーブル
は駆動装置の制御のもとで例えば米国特許第４６６５５
９４ 号に記載されているＨ形態で空気クッションＡＢ
を介してベースプレートＢＰに沿って移動することがで
きる。尚、図１８においてこれらの構成部材を符号ＭＯ
１ ，及びＭＯ２ で示す。例えば焦点誤差検出装置や
基板表面が局部的に水平に維持されているか否かを検出
する装置のような光学測定装置用のホルダＨＭＳが下側
に配置されている装着プレートＭＰを、投影レンズ系に
連結することが好ましい。図面上ＩＦＳ として線図的
に図示した干渉計システムを装置プレートに固定する。 空気流は矢印ＡＦで図示する。この空気流は空気流導入
プレートＦＧＰ を通過する。このプレートは、照明さ
れる基板の上方の空間が適切にカバーされる寸法とし、
従って基板は良好に調整された空間中に存在することに
なる。 【０１３９】供給される空気の純度及び温度は共に制御
することができる。この空気は例えば、純度１とし、そ
の温度は例えば ０．１℃の範囲で安定化される。温度
域の制御は、干渉計システム及び基板支持部材の近傍に
熱交換器を配置することにより達成される。 【０１４０】図１０， １１， １４， １５及び１６
に示す実施例に加えて、干渉計ユニットについて種々の
変形例が可能である。これら変形例について以下に説明
する。図１９の干渉計ユニットは２個の偏光感知ビーム
スプリッタ２００， ２０１と、２個のレトロリフレク
タ２０２， ２０３と、５個のλ／４板２０４， ２０
５， ２０６， ２０７， ２０８ を具える。この干
渉計ユニットは基準ミラーを有していない。入射ビーム
ｂ２０は相互に直交する偏光方向及び互いに異なる周波
数ω１ 及びω２ を有する２個のビーム成分を有し、
これらの成分は実線及び破線でそれぞれ示す。周波数ω
１ の成分はビームスプリッタ２００ を透過しビーム
ｂ６０として基板支持ミラーＲ１０に入射し、このミラ
ーで反射してビームスプリッタ２００ に入射する。ビ
ームスプリッタに入射したビームｂ６０はλ／４板２０
４ を２回通過しているのでその偏光方向が９０°回転
し、この結果レトロリフレクタ２０２ に向けて反射す
る。このビームはレトロリフレクタにより再びビームス
プリッタに向けて反射する。ビームスプリッタに入射し
たビームの偏光方向は９０°回転しているから、ビーム
スプリッタを透過してλ／４板２０６ に入射する。こ
のλ／４板は直線偏光を円偏光に、例えば円２１０ で
示す右旋性偏光放射に変換する。この円偏光した光は２
個の直線偏光によって構成され、一方の直線偏光成分は
ビームｂ′６０として第２の偏光ビームスプリッタ２０
１ を透過して検光子を経て第１の検出器２１５ に入
射する。 ビームｂ′６０は位置Ｐ１０においてミラーＲ１０で１
回反射している。 【０１４１】ビームｂ６０の第２の直線偏光成分はビー
ムスプリッタ２０１ で反射しビームｂ６２としてミラ
ーＲ１０に入射し、このミラーで反射してビームスプリ
ッタ２０１ に入射する。このビームはλ／４板２０７
を２回通過しているため偏光方向が９０°回転し、ビ
ームスプリッタ２０１ を透過してレトロリフレクタ２
０３ に入射する。ビームｂ６２はレトロリフレクタ２
０３ への入射及び出射光路においてλ／４板２０８
を２回通過するので、ビームスプリッタ２０１ で反射
しビームｂ′６２として検光子２１８ を経て第２の検
出器２１６ に入射する。ビームｂ′６２はミラーＲ１
０で２回反射し、１回目は位置Ｐ１０で２回目は位置Ｐ
１１で反射する。 【０１４２】ビームｂ６０の周波数ω２ の成分はビー
ムスプリッタ２００ で反射しビームｂ６１としてλ／
４板２０６ に入射する。このλ／４板は直線偏光を例
えば円２１１ で図示した左回り円偏光に変換する。こ
の光の一方の成分はビームスプリッタ２０１ で反射し
ビームｂ６３としてミラーＲ１０に入射する。ビームｂ
６３は、ミラーＲ１０で反射した後、ビームスプリッタ
２０１ を透過してレトロリフレクタ２０３ に入射し
、再び反射してビームスプリッタ２０１ 入射する。そ
して、このビームスプリッタで反射しビームｂ′６３と
して検出器２１５ に入射する。この場合、λ／４板２
０７ 及び２０８ により所望の偏光面の回転を行なう
。ビームｂ′６３は位置Ｐ１２においてミラーＲ１０に
より１回反射する。円偏光ビームｂ６１の他方の成分は
ビームスプリッタ２０１ を透過しビームｂ′６１とし
て検出器２１６ に入射する。このビーム成分はミラー
Ｒ１０を通過しない。 【０１４３】ビームｂ′６１は、ミラーＲ１０の位置の
Ｐ１０及びＰ１１で２回反射したビームｂ′６２と干渉
し合う基準ビームとして作用する。検出器信号Ｓ２１６
は図１９の紙面内でミラーＲ１０と直交する軸に沿う
ミラーＲ１０の変位に関する情報を含んでいる。ビーム
ｂ′６０は位置Ｐ１０から到来しビームｂ′６３は位置
Ｐ１２から到来するので、これらのビームを受光する検
出器２１５ の検出器信号Ｓ２１５ は、位置Ｐ１０の
領域と位置Ｐ１２の領域との間におけるミラーＲ１０の
図１９の紙面内でミラーＲ１０と直交する方向の変位の
差に関する情報を含んでいる。この変位の差が生じた場
合、ミラーＲ１０は紙面と直交する軸を中心にして回転
していることになる。 【０１４４】図１９に示す実施例を図９の干渉計ユニッ
トとして用いて基板テーブル及びミラーのＹ軸方向の変
位及びＸ軸まわりの傾きを測定することができる。図１
９の破線で示す座標系は干渉計ユニットに関係付けられ
ており、Ｘ軸は紙面と直交し図１９のミラーは図９のミ
ラーＲ２ と関連する。検出器信号Ｓ２１５ はミラー
Ｒ２ のＸ軸まわりの傾きφＸ に関する情報を含み、
検出器信号Ｓ２１６ はＹ軸方向の変位に関する情報を
含んでいる。 【０１４５】第３の測定軸が延在する場合、図１９の実
施例を図９の干渉計ユニット１００ として用いてＸ軸
方向の変位、Ｚ軸を中心とする回転及びＹ軸まわりの傾
きを決定することができる。この場合、座標系は図１９
の実線で示す座標系、すなわちＺ軸は紙面と直交し、図
１９のミラーＲ１０は図９のミラーＲ１ となる。 【０１４６】検出器信号Ｓ２１５ はミラーＲ１ の回
転φＺ 従って基板支持部材のＺ軸を中心とする回転に
関する情報を含み、検出器信号Ｓ２１６ はＸ軸方向の
変位に関する情報を含む。Ｙ軸まわりの傾きを測定する
場合、周波数ω１ のビーム及びω２ のビームを有す
るビームの一部をＺ軸方向に反射する偏光感知ビームス
プリッタ２２０ とこのビームを偏向する特別の反射素
子とを第２のＸ−Ｙ平面内においてλ／４板２０６ と
ビームスプリッタ２０１ との間に配置することができ
る。 【０１４７】第２のＸ−Ｙ平面を新たに形成したビーム
ｂ６４及びｂ６５並びに特別の反射素子２２１ と共に
図２０に示す。これらのビームは図１９の上側部分に図
示した光学系と同一の光学系を通過する。ビームｂ６４
は位置Ｐ１３においてミラーＲ１ で反射し、最終的に
検光子２２８ を経てビームｂ′６１と共にビームｂ′
６４として検出器２２６ に入射する。ビームｂ′６１
はミラーＲ１ を通過せず、位置Ｐ１０ （図１９）及
び位置Ｐ１３でそれぞれ１回づつミラーＲ１ で反射し
たビームｂ′６４に対する基準ビームとして作用する。 従って、出力信号Ｓ２２６ は位置Ｐ１０及びＰ１３に
おいて平均化されたＸ軸方向の変位に関する情報を含む
。ビームｂ６５は位置Ｐ１４においてミラーＲ１ で反
射し検光子２２７ を経てビームｂ′６５として検出器
２２５ に入射する。 このビームｂ′６５は、位置Ｐ１０においてミラーＲ１
で１回反射したビームｂ′６０と共に検出器に入射す
る。従って、出力信号Ｓ２２５はミラーＲ１ のＹ軸ま
わりの傾きに関する情報を含んでいる。 【０１４８】図２０の素子は図１９の上側部を構成する
素子と同一の参照符号を付したが、ダッシュを付して図
２０の素子が図１９の素子と同一の素子か別の素子かを
示す。第１の場合位置Ｐ１３及びＰ１４は位置Ｐ１１及
びＰ１２とＹ方向の同一位置を有し、第２の場合位置Ｐ
１３及びＰ１４のＹ方向位置は自由に選択することがで
きる。 【０１４９】図１９及び図２０の干渉計ユニットにおい
てｎ個の測定軸について測定を行なうには（ｎ＋１）本
の測定ビームが必要であり（検出器２２６ の情報は余
分な情報である） 、図１０， １１， １４， １５
及び１６による干渉計ユニットにおいては２ｎ本の測定
ビームが必要になる。しかしながら、図１９及び図２０
の干渉計ユニットの場合、放射光路は対称性がないため
、安定性に対してより厳格な要件を課す必要がある。 【０１５０】図２１及び図２２は干渉計ユニットの別の
実施例の原理を示す。この干渉計ユニットでは、いわゆ
るキャァッアイ光学系をレトロリフレクタ素子として用
いる。このキャァッアイ光学系はレンズ２３１ と、こ
のレンズの焦点面に配置した反射素子２３２ とから構
成される。 キャァッアイ光学系２３０ は、反射ビームの主光線が
入射ビームの主光線と一致するようにビームを反射する
。このキャァッアイ光学系を用いることにより構造を一
層小型にすることができる。 【０１５１】入射ビームｂ２０の周波数ω１ の成分は
ビームｂ７０としてビームスプリッタ２３３を透過しミ
ラーＲ１０に入射し、このミラーで反射し再びビームス
プリッタに入射する。このビームはλ／４板２３４ を
２回透過しているので、その偏光方向が９０°回転しキ
ャァッアイ光学系に向けて反射する。キャァッアイ光学
系で反射したビームはλ／４板２７５ を２回透過して
いるので、ビームスプリッタ２３３を透過する。ビーム
スプリッタ２３３ と２３６ との間の光路中にλ／４
板２４２ を配置すると、ビームｂ７０の偏光方向は９
０°回転するので、このビームはビームスプリッタ２３
６ で反射しビームｂ７２としてミラーＲ１０に入射す
る。ミラーＲ１０で反射しビームスプリッタ２３６ に
入射したビームｂ７２の偏光方向は、λ／４板２３７
を２回透過しているので９０°回転し、ビームスプリッ
タを透過して検光子２４０ を経てビームｂ′７２とし
て検出器２４１ に入射する。 【０１５２】ビームｂ２０の周波数ω２ の成分はビー
ムスプリッタ２３３ で反射しビームｂ７１としてビー
ムスプリッタ２３６ に入射し、このビームはλ／４板
２４２ によりその偏光方向が９０°回転しているので
、ビームスプリッタ２３６ で反射しビームｂ７３とし
てミラーＲ１０に入射する。このミラーで反射したビー
ムｂ７３の偏光方向はλ／４板２３８ により再び９０
°回転しているので、ビームスプリッタ２３０ により
反射しビーム ｂ′７３として検出器２４１ に入射
する。 【０１５３】ビームｂ′７３はミラーＲ１０に入射して
いないので、ミラーＲ１０の位置Ｐ１６及びＰ１７で２
回反射したビームｂ′７２の基準ビームとなる。従って
、検出器２４１ からの出力信号Ｓ２４１ は、紙面内
のミラーと直交する方向におけるミラーＲ１０の位置Ｐ
１６及びＰ１７における変位の平均値に関する情報を含
むことになる。 【０１５４】図２２に示すように、λ／２板２４２ を
省略した場合、ビームｂ７０はビームスプリッタ２３６
を透過して反射素子２３９ に入射し、ビームｂ７１
はビームスプリッタで反射しビームｂ７５としてミラー
Ｒ１０に入射する。２本のビームｂ′７４及びｂ′７５
は共にミラーＲ１０によりそれぞれ位置Ｐ１６及びＰ１
７で１回反射して検出器２４１ に入射する。従って、
検出器信号Ｓ′２４１ はミラーＲ１０紙面と直交する
軸まわりの傾きに関する情報を含むことになる。 【０１５５】図２３は図２１及び図２２に示すシステム
を１個の干渉計ユニットに結合した原理構成を示す。図
２３の干渉計ユニットは図２２の構成素子を図面の下側
及び上側に具え、これら構成素子によりミラーＲ１０の
紙面内のこのミラーと直交する軸まわりの傾きを決定す
ることができる。図２３の干渉計ユニットは１点破線で
囲んだ領域に付加的な部材を具え、この領域にはビーム
ｂ７０及びｂ７１の一部を分割する偏光ニュートラルビ
ームスプリッタ２４３ が存在する。ビームスプリッタ
２４３ により分割されたビーム部分はビームｂ７２及
びｂ７３としてこの光学系を通過する。尚、この光学系
の素子 ２４２， ２４４， ２４５， ２４６， ２
４７， ２４８ 及び２４９ は図２１の素子２４２，
２３６，２３７， ２４０， ２４１， ２３８及び
２３９ と同一の機能を有している。検出器２４７ か
らの出力信号は、図２１の検出器信号２４１ と同様に
、位置Ｐ１６及びＰ１８で平均化された紙面内でミラー
Ｒ１０と直交する方向の変位に関する情報を含んでいる
。 【０１５６】図２３の干渉計ユニットは図９の干渉計ユ
ニット１５０ としても用いることができ、或は特別な
測定軸を用いる場合図９の干渉計ユニットとして用いる
ことができる。この特別な測定軸は、図１９及び図２０
に基いて説明したと同様に、ビームｂ７０及びｂ７１の
放射の一部を図２３の紙面と直交する方向に分割すると
共に図２３の１点鎖線で囲んだ領域内のサブシステムと
同様なサブシステムを分割されたビームの光路中に配置
することにより得ることができる。 【０１５７】図２４は、図２１， ２２及び２３の干渉
計ユニットと同一の原理に基く干渉計ユニットの変形例
を示す。本例では、偏光感知分離層２５１ 、偏光ユニ
ット分離層２５２ 及びλ／２板２５３ を有する１個
のビームスプリッタ２５０ を用いる。図２３の干渉計
ユニットと同一の測定を行なうためには３個のλ／４板
２５４， ２５５及び２５８ 並びに１個の基準ミラー
２５９ だけが必要である。 【０１５８】周波数ω１ のビーム成分は第１の測定ビ
ームとして偏光分離層２５１ を透過して測定されるべ
きミラーＲ１０に入射する。このビーム成分は位置Ｐ１
９で反射する。このビームはキャァッアイ光学系２５６
， ２５７を経て分離層２５２ に入射し、ビームの一
部がこの層によって反射し分離層２５１ に入射する。 このビームは分離層２５１ を透過して第２の測定ビー
ムｂ８２としてミラーＲ１０に入射する。ミラーの位置
Ｐ２０で反射したビームは分離層２５１ で反射し第１
の検光子２６０ 及び第１の検出器２６１に入射する。 周波数ω２ のビーム成分は層２５１ によりビームｂ
８１として反射して層２５２ に入射する。この層によ
ってビームｂ８１の一部が反射して分離層２５１ に入
射し、この分離層によってビームｂ８３として基準ミラ
ー２５９ に入射する。基準ミラーで反射したビームは
ビームｂ′８３として第１の検出器２６１ に入射する
。ビームｂ′８３はミラーＲ１０に入射せず、ビームｂ
′８２はミラーＲ１０の位置Ｐ１９及びＰ２０で反射す
る。従って、検出器２６１ の出力信号Ｓ２６１ はミ
ラーＲ１０の紙面内でミラーと直交する方向の位置Ｐ１
９及びＰ２０で平均化された変位に関する情報を含む。 【０１５９】偏光ニュートラル層２５２ を透過したビ
ームｂ８０及びｂ８１のビーム部分の偏光方向はλ／２
板２５３ によって９０°回転しているので、ビームｂ
８１の透過ビーム成分は分離層２５１ を透過して第３
の測定ビームｂ８４としてミラーＲ１０入射し、位置Ｐ
２１で反射し、分離層２５１ で反射してビームｂ′８
４として第２の検光子２６２ 及び検出器２６３ に入
射する。ビームｂ８０の層２５２ を透過したビーム成
分は、λ／２板２５３ で反射した後分離層２５１ で
反射してビームｂ８５として基準ミラー２５９ に入射
し、このミラーで反射してからビームｂ′８５として第
２の検出器２６３ に入射する。ビームｂ′８４及びｂ
′８５は共に位置Ｐ２１及びＰ１９でそれぞれ１回反射
しているので、出力信号Ｓ２６３ はミラーＲ１０の紙
面を直交する軸まわりの傾きに関する情報を含んでいる
。 【０１６０】上述した説明を明瞭に及び完全なものとす
るため、投影装置及びこの投影装置の基板テーブルの実
施例の斜視図を図２５及び図２６にそれぞれ示す。図２
５において、符号ＬＡは放射源を示し、この放射源から
のビームＰＢ（主光線により図示した）によりミラーＲ
Ｅ１ 及びＲＥを経てマスクＭＡを照明する。符号ＢＥ
はビームを拡大すると共に均一化する光学系を示す。マ
スクはマスクマニュプレータすなわちマスクテーブルＭ
Ｔにより支持する。符号ＰＬは投影レンズ系を図示し、
この投影レンズ系によりマスク中のマスクパターンを基
板Ｗのサブ領域に結像する。基板ＷはミラーＲ１ 及び
Ｒ２ により図示したミラーブロックと一体化した基板
支持部材ＷＣによって支持する。基板支持部材は基板テ
ーブルの構成部品であり、Ｚ方向と直交するＸ方向並び
にＺ方向及びＸ方向と直交するＹ方向に平行にステップ
状に変位することができるので、半導体基板は多数の異
なる照明位置で照明されることができる。 【０１６１】投影レンズ系はその下側においてマウント
部材３０１ に固定され、マウント部材は投影装置のマ
シンフレーム３００ の一部をなす。このマウント部材
はＺ軸と直交する方向に延在する三角形のプレートであ
る。このプレートは３個のコーナ部３０２ を有し、各
コーナ部はそれぞれプレートスタンド３０３ 上に位置
する。尚、図２５では、２個のコーナ部及び２個のフレ
ームスタンドだけを示す。フレームスタンドはマシンフ
レーム３００ のベース部材３０４ 上に配置され、ベ
ース部材は平坦な床面上に調整部材３０５ を介して配
置する。 【０１６２】図２６に示すように、一体化された基板支
持部材及びミラーブロックユニットＷＣは、矩形の花コ
ウ岩の形態をした支持部材３０６ の上面３０７ に沿
うガスベアリングが設けられているエアベースＡＢによ
って案内する。基板支持部材は位置決め装置により上面
３０７ に沿って変位することができ、位置決め装置は
上述したように米国特許第４６６５５９４ 号から既知
のＨ形態に配置したリニアモータ３０１， ３１１及び
３１２ を具える。図２６に示すように、リニアモータ
３１１ 及び３１２ はフレーム３１５ に固定され、
このフレームはそのコーナ付近において支持部材３０６
の上面に固定する。基板支持部材ＷＣはリニアモータ
３１０ によりＸ方向に平行に変位でき、リニアモータ
３１１ 及び３１２ によりＹ方向に変位でき、しかも
Ｚ方向に平行な回転軸を中心にして極めて限られた角度
範囲にわたって回転することができる。 【０１６３】図２５及び図２６に示すように、支持部材
３０６ 及び位置決めの装置はユニット３２０を構成し
、このユニットはマシンフレーム３００ の支持部材３
２１ 上に配置する。支持部材３２１ はＺ方向と直交
する方向に延在する三角形のプレートであり、このプレ
ートの主側部３２２ を図２５に図示する。このプレー
トの各主側部は２個のフレームスタンド３０３ 間に延
在する。支持部材３０６ は支持部材３２１ の上側部
３２３ に固定する。この支持部材３２１ はマウント
部材３０１ の下側面３３０ から薄いプレート状のス
チール製の吊り下げ素子により支持され、図２５におい
ては２個の吊り下げ素子３２５ 及び３２７ だけを図
示する。全ての吊り下げ素子はＺ方向と平行な垂直面に
沿って延在するプレートで構成され、これら垂直プレー
トは互いに６０°の角度を以て配置する。 【０１６４】上述した実施例では、基板が局部的に水平
化されると共に傾き測定信号を用いて他の干渉計信号が
補正されるマスクパターンを基板上に繰り返し結像する
投影装置に用いられる新規な方法及び装置について説明
した。同様なことは別の装置、例えばＩＣパターンのよ
うなパターンを製造する装置にも適用され、これらの装
置はレーザビームや電子ビームで作動するので、本発明
による方法及び装置はこれらの装置にも用いることがで
きる。 【０１６５】さらに、上述した装置特に干渉計システム
は、局部的な水平化することなく位置決めを行なうと共
に傾き測定信号を用いてアクチュエータ系により傾きを
除去する装置に用いることができる。このような装置は
レーザビーム又は電子ビームで作動するパターン発生装
置とすることができ、さらにＸ線放射で作動するＩＣ投
影装置或は例えばマスク測定に用いられる高精度なＸ−
Ｙ位置測定装置にも適用することができる。
マスクプレートのマスクパターンを基板支持部材上に配
置した基板上の領域の異なるサブ領域上に繰り返し結像
する方法であって、マスクプレートのマスクパターンの
外側に位置する２個のマスク整列マークと基板の前記領
域の外側に位置する少なくとも２個の基板整列マークと
を用いてマスクパターンと基板とを互いに高精度に位置
決めするに際し、前記投影レンズ系を介してマスク整列
マーク及び基板整列マークを相互に結像させ、整列マー
クの像とこの像が形成される整列マークとの間の一致の
程度を観測し、前記マスクパターン及び基板を３軸座標
系の第１（Ｘ）の軸及び第２（Ｙ）の軸に沿って相対的
に変位させると共に、必要に応じて前記座標系の第３（
Ｚ）の軸を中心にして回転させる結像方法に関するもの
である。さらに、本発明はこの方法を実施する装置に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】上述した型式の方法及び装置は米国特許
第４７７８２７５号明細書に記載されている。この公報
には、例えば集積回路（ＩＣ）のパターンのようなマス
クパターンを同一基板上に繰り返し縮小して結像する装
置が記載されており、２個の順次の結像工程間において
例えば基板面及びマスク面に平行な面においてマスクパ
ターン及び基板を互いに直交する２方向に移動させてい
る。 【０００３】集積回路は拡散技術及びマスキング技術を
用いて製造される。第１のマスクパターンを有するマス
クは基板の多数のサブ領域例えば１００ 個のサブ領域
上に結像される。その後、基板は投影装置から取りはず
され、所望の物理的及び／又は化学処理が施される。次
に、基板は同一又は別の投影装置に搬入され、第２のマ
スクパターンを有するマスクを用いて異なるサブ領域が
露光される。マスクパターンを投影する際基板のサブ領
域は高精度に位置決めする必要がある。 【０００４】μｍ オーダの微細寸法の他の構造物を製
造する場合にも拡散技術及びマスキング技術を用いるこ
とができる。このような構造物として、光集積回路や光
集積導波路構造及び磁気ドメインメモリの検出パターン
並びに液晶画像表示パネルがあげられる。これら構造物
の製造に際しても同様にマスクパターン像を基板に対し
て極めて高精度に整列させる必要がある。 【０００５】基板の単位表面積当りできるだけ多数の電
子部品を集積化する必要があること及び電子部品の微細
化に伴い、集積回路製造に対して一層厳格な要件が課せ
られている。従って、基板上に結像されるマスクパター
ンの像を極めて高精度に位置決めする必要がある。 【０００６】極めて優れた位置決め精度を達成するため
、例えば数１０μｍ の範囲で位置決めするため、米国
特許第４７７８２７５号公報に記載されている装置は、
基板をマスクパターンに対して整列させる位置を具えて
いる。この整列装置では、基板に設けた整列マークとマ
スクのマスクパターンの外側に設けた整列マークとを互
いに結像し、これらマーク間の相対位置が決定されてい
る。一方の整列マークの像が他方の整列マークと一致す
ると、マークパターンは基板整列マークの位置で基板に
対して満足し得る程度に整列する。基板マークとマスク
マークとを互いに結像させる主要な装置は、マスクパタ
ーンを基板上に投影する投影レンズ系により構成される
。 【０００７】位置決めの操作に際し、はじめにマスクパ
ターンを用いて繰り返し照明されるべき基板領域の外側
に設けた２個又は数個の別の基板整列マークを整列装置
により２個のマスク整列マークに対して整列させる。こ
の整列作業は基板の全体的な整列として既知である。 【０００８】マスクパターンを種々のサブ領域上に結像
させるため基板をマスクに対してそれ自身の面内で２個
の直交する軸すなわち座標系のＸ軸及びＹ軸に沿って変
位させる。米国特許第４７７８２７５号に記載されてい
る装置は、基板のＸ及びＹ軸方向の変位並びにＺ軸を中
心とする回転を測定できる複合干渉計システムが具えら
れている。この干渉計システムは３軸干渉計システムと
しても称せられる。干渉計システムの情報は整列装置の
情報と共に処理されるので、基板整列マークがマスク整
列マークに対して整列すると、基板整列マークが干渉計
システムによって規定される２次元位置マトリックス中
のどこに位置するかが知らされる。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】上述した基板の全体的
な整列を用いることは精度上十分なものではない。この
理由は、個々の基板サブ領域の位置がそれぞれ十分な精
度で決定されないためである。さらに、投影レンズ系の
焦点深度が浅く且つ基板には凹凸があるため、基板の凹
凸のある領域にディフォーカスした像が形成されてしま
い。製造されたＩＣに欠陥が生じてしまう。従って、各
基板サブ領域を露光する前に、サブ領域における基板表
面が十分に水平であるか或いは結像面に対して十分に平
行に維持されているか否かを測定し、基板をＸ軸及び／
又はＹ軸を中心にして傾けることにより必要な補正を行
うことが好ましい。この方法は、ダイ−バイ−ダイ
レベリング（ｄｉｅ−ｂｙ−ｄｉｅ ｌｅｖｅｌｌｉ
ｎｇ）として既知である。 基板の局部的水平化は基板ホルダを傾けることにより行
われるが、同時に基板ホルダに取り付けた干渉計のミラ
ーも傾くため干渉計信号に誤差が生ずるおそれがある。 基板ホルダのＸ軸及び／又はＹ軸まわりの意図的でなく
制御されない傾きが生ずるおそれがあり、この傾きも同
様に干渉計信号に影響を及ぼしてしまう。基板のサブ領
域の位置決め精度を一層改善すると共に一連の傾きを除
去するため、米国特許第４７７８２７５号に記載されて
いる投影装置が提案されている。この既知の投影装置で
は各サブ領域に対して個別の整列マークが付加されてい
る。そして、基板全体の整列に加えて、局部的水平化の
後サブ領域毎に整列作業が行われている。サブ領域毎の
水平化はフィールド−バイ−フィールド整列として既知
である。しかしながら、フィールド−バイ−フィールド
は相当長時間にわたる作業時間が必要となるため、投影
装置の基板スループットすなわち単位時間当りの処理で
きる基板の数が減少してしまい、指摘した基本的な欠点
が生じてしまう。さらに、サブ領域マークは処理される
べき基板表面の一部をなしているので、マスクパターン
が投影されるサブ領域の数すなわち基板当りのＩＣの数
も減少してしまう。たとえサブ領域整列マークの大きさ
を小さくしても上記欠点を解消することができない。し
かも、マスク整列マーク及び投影されるサブ領域の外部
に位置する整列マークの大きさを小さくすると、整列精
度が低下する不都合が生じてしまう。 【００１０】 【課題を解決するための手段並びに作用】本発明の目的
は上述した欠点を除去することにある。本発明の第１の
観点によれば、本発明による新規な方法は、前記基板の
各サブ領域を、別の整列を用いることなくマスクパター
ンに対して位置決めし、前記基板だけを前記Ｘ軸及びＹ
軸の少なくとも一方の軸に沿って高精度に変位させるこ
とにより、基板のＸ軸及びＹ軸の変位並びにＺ軸を中心
とする回転だけでなくＸ軸及びＹ軸まわりの固定基準軸
に対する傾きも測定し、全ての測定結果を用いて前記サ
ブ領域のＸ−Ｙ面内における最終位置決めを行うことを
特徴とする。 【００１１】この方法によれば、投影装置に係る基板ス
ループットを一層改善することができる。これは整列装
置の作業の一部を基板支持部材の位置決めに分担させる
ことにより相当な時間的改善を図ることができるという
認識に基いている。この作業の役割変更は可能である。 この理由は、本願人が、本発明により基板支持部材の位
置決めの精度を改善することに成功したからであり、基
板の局部的水平化に起因する基板の傾きがＸ−Ｙの位置
決め作業中に考慮されるからである。 【００１２】この新規な方法を実施するため、米国特許
第４６６５５９４号に記載されているような既知の３軸
干渉計システムを用いることができる。この特許公報の
装置では、基板ホルダの制御及び変位についてだけ対処
しており、整列装置と干渉計システムとの間の協働につ
いて何んら対処していない。 【００１３】米国特許第４６６５５９４号に記載されて
いるように、３軸干渉計システムを用いる場合干渉計ビ
ームの主光線を基板面内に位置させる必要があり、すな
わち干渉計システムと協働するミラーを基板面を超えて
突出させる必要がある。しかしながら、この場合、基板
と投影レンズ系との間の有用な空間に関して並びに大き
なミラーを十分に高精度に製造することに関して問題が
生じてしまう。さらに、ミラーが大きくなると変位させ
るべき素子の重量が重くなり、基板支持部材を位置決め
する際の精度及び速度が低下してしまう。別の解決方法
として、ミラーが投影レンズ系と基板との間の空間の外
部に常時位置するようにミラーホルダを拡大することが
考えられるが、良好な解決策とはならない。さらにミラ
ーが投影レンズ系の結像面の中間から遠く離れる場合干
渉計ビームの方向を一層高精度に固定する必要もある。 【００１４】上述した課題を基本的に改善するため、本
発明の好適実施例は、複合５軸干渉計システムを用いて
前記基板の変位、回転及び傾きを測定することを特徴と
する。 【００１５】５軸干渉計システムは５個の測定軸及び５
個の検出器を具え、これら検出器の出力信号を組み合せ
て、Ｘ方向位置信号、Ｙ方向位置信号、Ｘ軸まわりの傾
きを指定する信号φＸ 、Ｙ軸まわりの傾きを指示する
信号φＹ 、及びＺ軸を中心とする回転を指示する信号
φＺ を形成することができる。 【００１６】傾き測定の結果は２個の態様において用い
ることができ、従って２個の実施例があげられる。各基
板サブ領域について局部的水平化を行う第１の好適実施
例は、傾き測定の結果を用いて変位測定の結果を補正す
る。第２の実施例は、傾き測定の結果を用いて基板を水
平化する。 【００１７】上記方法の発明に加えて、本発明はこの方
法を実施する装置、すなわちマスクパターンを基板上に
繰り返し結像する投影装置の一部をなし、いわゆる水平
度検出装置を具え基板を局部的に水平化する装置にも関
するものである。 【００１８】本発明の思想は、水平化装置が結合され５
個の自由度を以て物体を位置決めする同様な装置にも用
いられる。これらの装置の例として、個別の基板及びマ
スクを測定する装置、レーザビーム又は電子ビームによ
って例えばＩＣパターンのようなパターンを書込む装置
のマスクテーブルを位置決めする装置、マスクパターン
をＸ線放射によって基板上に投影する装置の基板テーブ
ルを位置決めする装置、及び産業上種々の場所で用いら
れ真の測定装置があげられる。 【００１９】物体テーブルと、物体用のＸ−Ｙ−φＺ
駆動装置と、３ 軸座標系のＸ軸及びＹ軸に沿う変位並
びにＺ軸を中心とする回転φＺを測定する干渉計システ
ムとを具える物体を高精度に変位させ及び位置決めする
本発明による装置は、前記干渉計システムが、前記物体
のＸ軸及びＹ軸まわりの傾き測定用の５個の測定軸を有
し、干渉計ミラーを物体を固定状態に支持する物体テー
ブルに結合されている物体支持部材の反射性側面で構成
したことを特徴とする。 【００２０】物体が干渉計システムに光学的に結合され
ているので、この装置は、物体自身の移動が測定され測
定信号が物体テーブルの部材の相互移動による影響を受
けない利点が達成される。 【００２１】傾き測定信号の形態をした特別な測定信号
は、本発明の種々の実施例において種々の態様で用いら
れる。 【００２２】マスクパターンを基板上に繰り返し投影す
る投影装置のように局部的な水平化を行う装置に用いら
れるように構成した装置の第１実施例は、前記干渉計の
測定ミラーが最大でも物体が配置されるべき物体支持部
材の表面まで延在し、全ての干渉計信号をＸ−Ｙ−φｚ
駆動用の制御信号に変換する干渉計信号処理ユニット
を設けたことを特徴とする。 【００２３】本例においては、傾き測定信号を用いて基
板の局部的水平化に起因する基板の傾きに対してＸ及び
Ｙ方向の変位測定信号及び回転測定信号を補正する。 【００２４】局部的水平化を行う装置以外に用いるよう
に意図した装置の実施例は、前記干渉計信号をＸ−Ｙ−
φｚ 駆動用の制御信号及び物体の傾きを除去するアク
チュエータ用の制御信号に変換する干渉計信号処理ユニ
ットを設けたことを特徴とする。 【００２５】本装置を用いることによりＸ軸又はＹ軸ま
わりの傾きが生ずる所望位置から次の位置へ変位させず
に所望のＸ及びＹ方向位置に正確に変位させることがで
きる。 【００２６】干渉計ビームの波長として標準波長が用い
られている干渉計システムを用いる場合、干渉計ビーム
が伝播する空間の媒体の光学特性が一定に維持されれば
、前記変位又は傾きを高精度に例えばそれぞれ５ｎｍ及
び１／２ マイクロラジアンの範囲で測定することがで
きる。媒体の圧力，温度，湿度，組成，屈折率が変化す
るおそれがあるため、干渉計ビームの見掛の波長が変化
してしまい測定誤差が生ずるおそれがある。 【００２７】このような不都合を回避するため、本発明
による変位兼位置決めの装置は、前記干渉計システムが
、測定ビームが静止している反射素子と共働する６番目
の基準軸を有することを特徴とする。 【００２８】媒体の屈折率変化は、他の干渉計ビームと
同一の媒体中を伝播する特別の測定ビームにより測定す
ることができる。この特別の測定ビームによって発生す
る測定信号は信号処理装置に供給されるので、Ｘ，Ｙ，
φｘ ， φｙ 及びφｚ の測定結果は屈折率変化に
対して補正することができる。 【００２９】基板テーブルの位置を測定するための干渉
計装置の特別のビームを用いて干渉計媒体の屈折率変化
を測定することは例えば欧州特許出願第２８４３０４号
から既知である。しかしながら、この特別なビームは別
のサブシステム、すなわち光学キャビティを有する波長
測定装置と協働している。この光学キャビティは前面側
及び背面側が反射素子によって閉止され、そのサイド部
分には媒体が流入及び流出する開口部が形成されている
。この特別なビームは２本のサブビームに分割され、一
方のサブビームは前面側で反射し他方のサブビームは背
面側で反射する。これらサブビーム間の位相差は、媒体
中の変化によって生じた屈折率変化に起因するキャビテ
ィ内の光路長変化の目安となる。このキャビティの安定
性に対しては極めて厳格な要件を課す必要がある。さら
に、このキャビティは干渉計システムの測定ビームから
ある距離を以て配置されている。さらに、この干渉計シ
ステムはＸ−Ｙ系すなわち２軸系とされている。 【００３０】１９８９年に発行された刊行物“オプティ
カル マイクロリソグラフィ アンドメトロロジー
フォー マイクロサーキット ファブリケーシ
ョン（ＯｐｔｉｃａｌＭｉｃｒｏｌｉｔｈｇｒａｐｈｙ
ａｎｄ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｃ
ｉｒｃｕｉｔ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）”の第１１３
８巻の第１５１ 頁〜１５７ 頁に記載されている文献
“ウルトラ− プリサイズ マスクメトロロジー
デベロップメントアンド プラクティカル リ
ザルツ オブア ニュー メジャリング マシ
ン（Ｕｌｔｒａ−ｐｒｅｃｉｓｅ ｍａｓｋ ｍｅｔｒ
ｏｌｏｇｙ ｄｅｖｅｌｏｐ−ｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｒ
ａｃｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆａ ｎｅｗ ｍ
ｅａｓｕｒｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）”には、物体テー
ブルの変位を測定する干渉計システムを用い、実際の干
渉計ビームに加えて特別なビームを用いて干渉計媒体中
の屈折率変化を決定する測定機器が記載されている。こ
の特別なビームは、前記欧州特許出願第２８４３０４号
に記載されているキャビティと同様に、極めて安定な基
準距離として機能するいわゆるエタロンと協働している
。この文献に記載されている干渉計システムは２軸系で
あり、５軸系ではない。さらに、基準ビーム用の反射素
子は測定機器の対物レンズ系に配置されているので、対
物レンズ系の測定テーブルに対する移動を正確に補正す
ることができる。 【００３１】測定精度を一層向上させるため、本発明に
よる装置は、前記干渉計ビームが通過する空間の上方に
、一定の屈折率を有する空気流を供給する空気シャワを
設けたことを特徴とすることができる。 【００３２】このように構成することにより、干渉計媒
体の光学性能が一層改善されるだけでなく、媒体が必要
な基準ビームを含む全ての測定ビームの位置において同
一の光学性能を有することができる。この流入される空
気は極めて高純度及び一定の温度の空気とすることが好
ましい。この装置は基板上に繰り返し露光する装置に用
いる場合、この空気を用いて基板を収納する空間を調整
することができる。 【００３３】集積回路の製造において、基板を収納する
空間内の媒体を一定温度の清浄な空気でリンスすること
により高精度に検査することは、例えば１９９０年８月
に発行された雑誌“ソリッド ステート テクノロ
ジー（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
）”に記載されている文献“ウェファコンファインメン
ト フォー コントロールオブ コンタミネーシ
ョン イン マイクロ−エレクトロニクス（ｗａｆ
ｅｒ ｃａｎｆｉ−ｎｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒ
ｏｌ ｏｆ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｍｉ
ｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ） ”から既知である
。しかしながら、この文献には基板テーブル用の干渉計
システムについては記載されておらず、干渉計媒体を検
査することについても全く記載されていない。 【００３４】干渉計システムの５個の測定軸の各々につ
いて、測定ビーム及び基準ビームは物体テーブルのミラ
ー及び基準ミラーでそれぞれ反射した後満足し得る程度
に互いに平行にすると共にビームスプリッタにより再び
結合する必要がある。しかしながら、Ｘ，Ｙ及びＺ軸ま
わりの物体テーブルの傾きにより、測定ビームは関連基
準ビームの方向とは異なる方向を向くおそれがある。物
体テーブルが測定方向に移動すると全体の強度が最大値
から最小値まで変化する放射スポットの代りに、物体テ
ーブルの移動に応じて測定ビームと関連する検出器の位
置のスポットの領域に光の干渉パターン及び暗い細条を
発生させる。これら細条の移動従って物体テーブルの移
動は検出器によって測定することはできず又は不正確に
しか測定できない。 【００３５】従って、本発明の装置の好適実施例は、各
測定軸の測定ビームの光路中にレトロリフレクタを配置
し、前記物体支持部材のミラーにより第１の反射をさせ
た後、前記レトロリフレクタにより前記測定ビームを前
記ミラーに再度入射させ、このミラーで第２の反射をさ
せるように構成したことを特徴とする。 【００３６】関連する基準ビームの方向と平行な測定ビ
ームのオリジナルな方向は、二重反射することにより物
体支持部材の傾きとは無関係に維持される。 【００３７】干渉計システムにおいて測定ビームを２回
偏向反射させるためにレトロリフレクタを用いることは
、１９８９年に発行された雑誌“オプティカル／レーザ
マイクロリソグラフィ ＩＩ（Ｏｐｔｉｃａｌ／
Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＩＩ
）“第１０８８巻、第２６８ 頁〜２７２ 頁に記載
されている文献“リニア／アンギュラ ディスプレイ
スメント インタフェロメータ フォー ウェフ
ァステージ メトロロジィ（Ｌｉｎｅａｒ／ａｎｇｕ
ｌａｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒ
ｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ ｗａｆｅｒｓｔａｇｅ ｍｅｔ
ｒｏｌｏｇｙ ）“から既知である。しかしながら、こ
の文献に記載されている干渉計システムは５軸系ではな
く３軸系にすぎない。 【００３８】さらに、本発明による装置は、上記干渉計
システムが第１及び第２の干渉計ユニットを有し、第１
の干渉計ユニットが３個の測定軸に沿って測定を行う測
定ビームを発生し、第２の干渉計ユニットが２個の測定
軸に沿って測定を行う測定ビームを発生することを特徴
とする。 【００３９】干渉計システムをこのように分割すること
により、空間占有性及び複合化性能を最適にすることが
できる。干渉計ユニットは、複数の偏光感知性又は偏光
不感知性ビームスプリッタと、複数の偏光回転子と、複
数の検出器とを有している。 【００４０】このような装置の好適実施例は、基準軸用
の測定ビームを第２の干渉計ユニットから出射させるこ
とを特徴とする。 【００４１】本例では、必要な測定ビームは干渉計ユニ
ットに対して均一に分布するので、これらのユニットは
同一構造を有することになる。 【００４２】測定精度を一層改善するため、本発明の装
置は、前記基準軸用の基準ミラーを第２の干渉計ユニッ
トに固着したことを特徴とする。 【００４３】原理的に、いかなる干渉計ユニットも自身
用の放射源を有している。一方、本発明による装置は、
２個の干渉計ユニットが共通の放射源を有することを特
徴とする。 【００４４】この結果、構造を一層簡単化することがで
きると共に製造コストを安価にすることができる。 【００４５】本発明による装置は、前記放射源が、互い
に異なる周波数で相互に直交する偏光方向を有する２個
のビーム成分を発生させることを特徴とする。このよう
に構成することにより、高いＳ／Ｎ比を有する高精度な
測定信号を得ることができる。 【００４６】測定精度に相当寄与するいわゆるヘテロダ
イン検出を用いることができる。しかしながら、同一の
測定軸に関連する測定ビームと基準ビームとの間の位相
差を利用した干渉計システムを用いることも可能である
。 【００４７】本発明はマスクパターンを基板上に繰り返
し結像する装置に関するものであり、この装置は既知の
装置よりも一層高速で高精度に作動することができる。 この装置は、マスクホルダと、基板支持部材を有する基
板テーブルと、前記マスクホルダと基板テーブルとの間
に配置した投影レンズ系と、前記基板をマスクパターン
に対して全体的に整列させる整列装置と、前記基板を局
部的に水平にする水平化装置と、基板用の変位兼位置決
め装置とを具え、前記変位兼位置決め装置が第１のモー
ドで順次駆動し得る装置とされ、第１のモードにおいて
、前記整列装置及び干渉計測定信号により基板をマスク
パターンに対して全体的に位置決めし、第２のモードに
おいて前記干渉計測定信号だけによって前記基板のサブ
領域をマスクパターンに対して位置決めすることを特徴
とする。 【００４８】以下図面に基き本発明を詳細に説明する。 【実施例】図１はマスクパターンを基板上に投影する装
置の光学素子の配置構成を示す。この装置の主要な構成
要素は、結像されるべきマスクパターンＣが設けられて
いる投影カラムと、基板をマスクパターンＣに対して位
置決めするための可動基板テーブルＷＴとである。この
装置は、さらに例えばクリプトン−フロライド エキ
シマレーザから成る放射源ＬＡ、レンジ系ＬＳ、ミラー
ＲＥ及びコンデンサレンズＣＤを具える照明光学系を有
している。投影ビームはマスクＭＡ中にあるマスクパタ
ーンを照明し、マスクＭＡはマスクテーブルＭＴ上に配
置する。 【００４９】マスクパターンＣを通過したビームＰＢは
投影カラム内に配置され線図的に図示した投影レンズ系
ＰＬを通過する。投影レンズ系はマスクパターンＣの像
を基板Ｗ上に形成する。この投影レンズ系は倍率Ｍが例
えばＭ＝１／５ であり、ＮＡ＝０．４８ の開口数を
有し、２１．２ｍｍ径の回折限界像フィールドを有して
いる。基板は線図的に図示した基板テーブルＷＴの一部
を構成する基板支持部材ＷＣによって支持する。 【００５０】本装置はさらに複数の測定装置、すなわち
マスクＭＡを基板Ｗに対してＸＹ面内で整列させる装置
、基板ホルダすなわち基板の位置及び向きを決定する干
渉計、及び焦点すなわち投影レンズＰＬの結像面と基板
Ｗの表面との間の偏位を決定する焦点誤差検出装置を具
える。これらの測定装置はサーボ系の一部であり、この
サーボ系は信号処理兼制御回路と、基板の位置及び向き
並びに焦点誤差を測定装置から供給される信号に基いて
補正するドライバすなわちアクチュエータとを具えてい
る。 【００５１】整列装置は図１の上部右側に図示したマス
クＭＡ中の２個の整列マークＭ１及びＭ２を用いる。こ
れらのマークは回折格子で構成するのが好ましいが、周
囲部材とは光学的に異なる四角形又は細条のような別の
マークで構成することもできる。整列マークは２次元マ
ークとするのが好ましい。すなわち、これらマークは互
いに直交する２方向（図１のＸ及びＹ方向）に延在する
。例えば半導体基板のような基板上にマスクパターンＣ
を数回並んで結像させる必要があり、この基板は複数の
整列マーク好ましくは同様に２次元回折格子を有し、こ
れら整列マークのうち２個のマークＰ１及びＰ２を図１
に示す。マークＰ１及びＰ２は基板ＷのパターンＣの像
が形成される領域の外部に位置する。好ましくは、格子
マークＰ１及びＰ２を位相格子とし格子マークＭ１及び
Ｍ２は振幅格子とする。 【００５２】図２は２個の同一の基板位相格子の一方の
実施例を拡大して示す。この基板格子は４個のサブ格子
Ｐ１ａ， Ｐ１ｂ， Ｐ１ｃ 及びＰ１ｄ を有し、こ
れらサブ格子のうち２個の格子 Ｐ１ｂ及びＰ１ｄ は
Ｘ方向整列用に作用し、他の２個の格子Ｐ１ａ，及びＰ
１ｃ はＹ方向整列用に作用する。２個のサブ格子 Ｐ
１ｂ及びＰ１ｃ は例えば１６μｍ の格子周期を有し
、２個のサブ格子Ｐ１ａ 及びＰ１ｄ は例えば１７．
６μｍ の格子周期を有している。各サブ格子は例えば
２００ ×２００ μｍ の寸法とすることができる。 これらサブ格子及び適切な光学系を用いることにより原
理的に０．１ μｍ 以下の整列精度を達成することが
できる。尚、別の格子周期を選択して整列装置の精度を
拡大することもできる。 【００５３】図１は整列装置の第１実施例、すなわち２
個の整列ビームｂ及びｂ′を用いて基板マークＰ２をマ
スクマークＭ２上に整列させ基板マークＰ１をマスクマ
ークＭ１上に整列させる二重整列装置を示す。ビームｂ
を例えばミラーのような反射素子３０によりプリズム２
６の反射面上に反射させる。このビームｂ は反射面２
７により基板マークＰ２に向けて反射し、その一部は基
板マークを通過してビームｂ１として関連するマスクマ
ークＭ２に入射し、このマスクマークに基板マークＰ２
の像が形成される。例えばプリズムのような反射素子１
１をマスクマークＭ２の上方に配置し、このプリズムに
よりマークＭ２を通過した放射光を放射感知検出器１３
に入射させる。 【００５４】第２の整列ビームｂ ′はミラー３１によ
り投影レンズ系ＰＬ内の反射素子２９に向けて反射する
。この反射素子２９によりビームｂ１′はプリズム２６
の第２の反射面２８に向けて反射し、プリズム２６の表
面により基板マークＰ１に入射する。この基板マークに
よりビームｂ１′の一部がマスクマークＭ１に向けて反
射し、このマスクマークＭ１に基板マークＰ１の像が形
成される。マスクマークＭ１を通過したビームｂ１′は
反射素子１１′で反射し放射感知検出器１３′に入射す
る。 【００５５】二重整列装置の作用を図３に基き説明する
。尚、図３は整列ビームｂ及びｂ′を投影レンズ系に結
合させる点において図１の装置とは相異する実施例を示
す。本例では、投影レンズ系ＰＬの光軸ＡＡ′に対して
対称に位置決めされ互いに独立した２個の同一の整列装
置ＡＳ１ 及びＡＳ２ を用いる。整列装置ＡＳ１ は
マスクマークＭ２と関連し、整列装置ＡＳ２ はマスク
マークＭ１と関連する。 これら２個の整列装置の対応する素子には同一の参照番
号を付し、整列装置ＡＳ２ の構成要素にはダッシュを
付して整列装置ＡＳ１ の構成要素と区別する。 【００５６】整列装置ＡＳ１ は例えばヘリウム− ネ
オンレーザのような放射源１を有し、この放射源から整
列ビームｂを放出する。このビームはビームスプリッタ
２により基板Ｗに向けて反射する。ビームスプリッタは
ハーフミラー又はハーフプリズムとすることができる。 好ましくは偏光感知分離プリズムとλ／４板３とで構成
することができる。ここで、λはビームｂの波長である
。投影レンズ系ＰＬによりビームｂを基板Ｗ上に１ｍｍ
程度の径の微小な放射スポットＶに集束させる。この基
板Ｗによりビームｂの一部がビームｂ１としてマスクＭ
に向けて反射する。ビームｂ１は投影レンズ系ＰＬを通
過し、この投影レンズ系によりマスク上に放射スポット
Ｖが結像される。基板を照明装置内に配置する前に、基
板を例えば欧州特許出願第１６４１６５号に記載されて
いるような本装置に結合されている予備整列ステーショ
ンに放射スポットＶが基板マークＰ２上に位置するよう
に予め整列させる。この基板マークＰ２はビームｂ１に
よりマスクマークＭ２上に結像される。投影レンズ系の
倍率を考慮してマスクマークＭ２の寸法を基板マークＰ
２の寸法に適合させる。この結果、これら２個のマーク
が相互に正確に位置決めされるとマークＰ２の像はマス
クマークＭ２と正確に一致する。 【００５７】基板Ｗへの入射光路及び出射光路上での整
列ビームはλ／４板を２回通過し、λ／４板の光学軸は
放射源１から放出された直線偏光したビームｂの偏光方
向に対して４５°の角度を以て延在する。従って、λ／
４板を通過したビームｂ１はビームｂに対して９０°回
転した偏光面を有するので、ビームｂ１は偏光分離プリ
ズム２を透過する。偏光分離プリズムとλ／４板の組み
合せを用いることにより、整列ビームの整列装置の光路
への結合の際の損失が最小になる利点が達成される。 【００５８】マスクマークＭ２を通過したビームｂ１は
プリズム１１により反射し、別の反射プリズム１２を経
て放射感知検出器１３に入射する。この検出器は例えば
図２に示すサブ格子の数に従って例えば４分割された放
射感知区域を有する複合型フォトダイオードとする。こ
れら検出器からの出力信号はマスクマークＭ２と基板マ
ークＰ２の像との一致の程度の目安となる。これら出力
信号を電子的に処理して基板マークＰ２の像がマスクマ
ークＭ２と一致するように駆動系（図示せず）を介して
マスクを基板に対して整列させるために用いることがで
きる。このようにして整列装置が得られる。 【００５９】例えばハーフプリズムの形態をしたビーム
スプリッタ１４をプリズム１１と検出器１３との間に配
置してビームｂ ′の一部をビームｂ２に分割する。分
割されたビームｂ２は例えば２個のレンズ１５及び１６
を経てテレビジョンカメラ１７に入射する。このテレビ
ジョンカメラはモニタ（図示せず）に結合され、このモ
ニタ上にマークＰ２及びＭ２を表示する。従って、操作
者は２個のマークが互いに一致しているか否かを確認し
、マニュプレータにより基板Ｗを移動させてこれらマー
クを互いに整列させることができる。 【００６０】マークＭ２及びＰ２について説明したのと
同様に、マークＭ１とＰ２並びにＭ１とＰ１を互いに整
列させることができる。 【００６１】整列装置における整列作業については米国
特許第４７７８２７５号明細書を参考にすることができ
る。 【００６２】図１及び図３に基く整列装置の実施例は、
例えば２４８ ｎｍのような短波長の照明ビーム及び例
えば６７３ ｎｍのような相当に長い波長の整列ビーム
を用いる装置に特に好適である。 【００６３】投影レンズ系は投影ビームＰＢの波長に適
合するように設計されているから、この投影レンズ系を
用いて整列マークＰ１， Ｐ２及びＭ１， Ｍ２を整列
ビームにより互いに結像させようとするとずれが生じて
しまう。基板マークＰ１及びＰ２はマスクマークが位置
するマスクパターン面に結像せず、マスクパターンの面
からある距離だけずれて結像し、この距離は投影ビーム
の波長と整列ビームの波長との間の差並びにこれら２個
の波長ビームに対する投影レンズ素子の材料の屈折率の
差に依存する。 【００６４】例えば、投影ビームが２４８ ｎｍの波長
を有し整列ビームが６３３ ｎｍの波長を有する場合、
ずれる距離は２ｍにもなってしまう。さらに、基板マー
クは理想倍率からずれた倍率でマスクマーク上に結像さ
れ、この倍率のずれは波長差に応じて増大する。 【００６５】上述したずれを補正するため、特別のレン
ズすなわち補正レンズ２５を投影カラムＰＬ内に挿入す
る。 この補正レンズは投影カラム内の適切な高さ位置に配置
し、基板マークによって形成される整列ビームの異なる
回折次数のサブビームが補正レンズ面において十分に分
離されてこれらサブビームを個別に支配できるようにす
ると共に、この補正レンズが投影ビーム及びこの投影ビ
ームによって形成されるマスク像にほとんど影響を及ぼ
さないようにする。この補正レンズは投影レンズ系のフ
ーリエ面に配置することが好ましい。図１及び図３に示
すように、補正レンズ２５を整列ビームｂ１及びｂ１′
の主光線が互いに交差する面に配置すれば、この補正レ
ンズを用いて２本の整列ビームを補正することができる
。 【００６６】図１及び図３による整列装置は、原理的に
十分な性能を達成できるが、ある状況下においては依然
として微小な整列誤差が生ずるおそれがある。本発明者
が種々の実験及び解析を行った結果、この整列誤差は、
検出器１３又は１３′に入射する選択した整列ビーム部
分で生ずる位相差に帰因することが判明した。この位相
差は、基板マークから出射した整列ビーム部分の対称軸
がマスクプレートと直交せず、この結果マスクプレート
で不所望な反射が生ずる場合に発生する。この課題を解
決するため、本願人は、マスクマーク付近にくさび又は
別の偏向素子を配置することをすでに提案している。 【００６７】図４は、くさび角φＷＥ１ 及びφＷＥ２
をそれぞれ有する２個の光学くさびを有する整列装置
の実施例を示す。これらのくさびにより、整列ビームｂ
１′， ｂ１はマスクプレートに直交入射する。 【００６８】図示のように、基板マークＰ２及びＰ１は
個別の照明系 ＩＳ１及びＩＳ２ により照明すること
ができる。各照明系は放射源１（１′）、２個のレンズ
６０， ６２（６０′，６２′） 及び調整可能な平行
平面板６１（６１ ′） を有し、平行平面板によりビ
ームｂ（ｂ′） の方向の微調整を行う。レンズ６０及
び６２により放射源１（１′）の像の品質を維持する。 投影レンズ系に含まれるレンズのうちフーリエ面に位置
するレンズ群だけを線図的に単一のレンズ素子ｐｌ１
として図４に示す。 【００６９】この投影装置は、さらに、投影レンズ系Ｐ
Ｌの焦点面と基板Ｗとの間のずれを決定する焦点誤差検
出装置を具え、この焦点誤差は例えば投影レンズ系をそ
の光軸方向に移動させることにより補正することができ
る。図１に示すように、この焦点誤差検出装置は、投影
レンズ系に固定したホルダ（図示せず）内に配置した素
子４０， ４１， ４２， ４３， ４４， ４５及び
４６により構成する。符号４０はフォーカシングビーム
ｂ３を放射するダイオードレーザのような放射源を示す
。このビームｂ３は反射プリズム４２を経て微小角を以
て基板Ｗに入射する。基板で反射したビームはプリズム
４３によりレトロリフレクタ４４に向けて反射する。こ
のレトロリフレクタ４４はそれ自身でビームを反射する
ので、このビーム（ｂ３ ′） は反射して再度同一の
光路を通り、プリズム４３， 基板Ｗ及びプリズム４２
を通過する。このビームｂ３′は半反射性素子４１及び
反射素子４５を経て放射感知検出系４６に入射する。こ
の検出系は、例えば位置依存性検出器又は２個の個別の
検出器を具える。この検出系に形成されるビームｂ３′
の放射スポットの位置は、投影レンズ系の焦点面の基板
Ｗに対する一致の程度に応じて変化する。この焦点誤差
検出装置の詳細な説明は米国特許第４３５６３９２号に
記載されている。 【００７０】基板テーブルＷＴのＸ及びＹ方向の位置を
正確に決定するため、既知の投影装置は多重軸干渉計を
具える。米国特許第４２５１１６０号には２軸系の干渉
計が記載され、米国特許第４７３７２８３号には３軸系
の干渉計が記載されている。図１においてこのような干
渉計を素子５０， ５１， ５２及び５３を以て線図的
に示す。図１において１本の測定軸だけを示す。 【００７１】レーザダイオードの形態の放射源５０から
放射されたビームｂ４はビームスプリッタ５１により測
定ビームｂ４ｍ と基準ビームｂ４ｒ に分割する。測
定ビームは基板ホルダＷＨの反射性側面に入射する。反
射した測定ビームは、例えばいわゆる“コーナキューブ
”から成る静止レトロリフレクタ５２で反射した基準ビ
ームとビームスプリッタ５１により合成される。この合
成ビームの強度は検出器５３により測定され、基板支持
部材ＷＣの変位（この場合Ｘ方向の変位）は、検出器５
３からの出力信号から取り出すことができ、この基板支
持部材ＷＣの瞬時位置も設定することができる。 【００７２】図１に示すように、図面を明瞭にするため
干渉計からの信号を１個の信号Ｓ５３ で示し、この信
号Ｓ５３ 及び整列検出装置信号Ｓ１３ 及びＳ ′１
３を例えばマイクロコンピュータのような信号処理ユニ
ットＳＰＵに供給し、この信号処理ユニットにより入力
信号を処理してアクチュエータＡＣ用の制御信号を発生
させ、アクチュエータＡＣにより基板ホルダＷＨを介し
て基板支持部材をＸ−Ｙ面内で移動させる。 【００７３】Ｘ−Ｙ干渉計システムを用いることにより
、整列マークＰ１及びＰ２とＭ１及びＭ２の位置及びこ
れらマーク間の相対距離を、整列作業中に静止干渉計シ
ステムによって規定される座標系に設定することができ
る。 【００７４】マスクパターンを基板上に繰り返し結像さ
せる既知の方法では、欧州特許出願第１６４１６５号に
記載されているように、基板は例えば予備整列ステーシ
ョンにおいてある範囲に亘って予備整列される。予備整
列された基板が投影装置内に挿入された後、基板は、マ
スクマークＭ１， Ｍ２及び基板マークＰ１， Ｐ２に
よりマスクに対して全体的に整列される。その後、マス
クパターンが投影される基板のサブ領域すなわち基板フ
ィールドはマスクパターンの下側に極めて正確に位置決
めされ、その後光源ＬＡからの照明光がマスクパターン
を通過し基板に入射する。次に、基板を変位させ、第２
の基板フィールドをマスクパターンの下側に正確に位置
決めし、その後第２の照明露光を行い、全ての基板フィ
ールドが照明露光されるまでこの作業を行う。 【００７５】マスクパターンの像の細部が極めて微細に
なるように要求されている現状において投影レンズ系の
焦点深度が極めて浅いこと並びに基板が平坦でないこと
があることよりデフォーカス像が形成されるので、結像
操作を行う前に関連する基板のサブ領域を水平にする必
要がある。この目的を達成するため、いわゆる局部的レ
ベルセンサを用いて関連する基板のサブ領域が投影レン
ズ系の像フィールドに対して傾斜しているか否か検出す
る必要がある。このレベルセンサは、例えば１９８８年
に発行された刊行物“オプティカル／レーザ マイク
ロリソグラフィ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃ
ｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ） 、第９２２ 巻， 第
２７０ 頁〜２７６ 頁に記載されている文献“ザ
オプティカル ステッパ ウィズ ア ハイ
ニュメリカル アパーチャ アイ−ライン レ
ンズ アンド ア フィールド−バイ−フィール
ド レベリング システム（Ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａ
ｌ Ｓｔｅｐｐｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｈｉｇｈ ｎｕｍ
ｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｉ−ｌｉｎｅ ｌｅ
ｎｓ ａｎｄ ａ ｆｉｅｌｄ−ｂｙ−ｆｉｅｌｄ ｌ
ｅｖｅｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ） 及び米国特許第４
５０４１４４号に記載されている。局部的に傾斜してい
る位置を見つけ出した後、基板全体をＸ軸及び／又はＹ
軸を中心にして傾けることにより局部的な傾斜を除去す
ることができる。しかしながら、基板を傾けると干渉計
システムの測定ミラーも傾斜するため、干渉計システム
から供給される測定信号が誤差を含んでしまい、いわゆ
るアッベ誤差によりもはや所望の位置決め精度が得られ
なくなってしまう。 【００７６】さらに、非意図的で制御不能な基板ホルダ
のＸ軸及び／又はＹ軸を中心とする傾きが生ずるおそれ
があり、この傾きも干渉計システムの信号に影響を及ぼ
してしまう。 【００７７】これらの課題は以下のように設定すること
により回避することができた。すなわち、米国特許第４
７７８２７５号に記載されているように、各基板フィー
ルドにそれ自身用の整列マークを設けると共に、各基板
フィールドをマスクパターンの下側に位置決めした後上
記整列マークをマスクマークＭ１又はＭ２に対して個別
に整列させることにより各基板フィールドを所望の精度
で位置決めすることができる。しかしながら、このいわ
ゆるフィールド−バイ−フィールド整列は長時間かかる
ので、投影装置に配置し得る単位時間当りの基板の数が
減少してしまう。 【００７８】さらに、付加的に設けるフィールド整列マ
ークの大きさはマスクマークＭ１及びＭ２の大きさ並び
に基板マークＰ１及びＰ２の大きさに適合させる必要が
あり、このフィールト整列マークを収容するため、基板
フィールド間の間隔が比較的広くなければならない。こ
の結果、基板の有用表面積すなわちＩＣを形成すること
ができる基板の全表面積が減少してしまう。この場合、
フィールド整列マークの大きさを小さくすることが考え
られる。 しかしながら、マスクマークＭ１及びＭ２並びに基板マ
ークも同様にその大きさを小さくする必要がある。この
結果、基板フィールドに対する整列精度が低下するばか
りでなく、基板全体に対する整列精度も低下してしまう
。 【００７９】本発明は上述した課題を解決し、繰り返し
結像し位置決める新規な方法を提供するものである。こ
の新規な方法によれば、基板はＸ軸及びＹ軸に沿って全
体としてだけ整列し、基板のＺ軸方向を中心とする回転
は２個の基板マークＰ１及びＰ２並びに数個の他の基板
整列マークにより全体的に除去され、基板フィールドを
水平にした後基板フィールドの微細な位置決めは別の整
列工程を行うことなく達成される。フィールド− バイ
− フィールドの位置決めは、干渉計システムにより基
板自身の好ましくは全ての移動及び位置決めを極めて高
精度に測定することにより行われる。 【００８０】本発明の必須要件及び重要な概念は、基板
支持部材を干渉計システムと協働するミラーブロックと
一体化すること及び基板をこの支持部材に固定すること
にある。従って、基板はミラーブロックに対して移動す
ることができずミラーブロックの移動に追従するだけで
ある。この結果測定される移動量及び位置は基板の移動
量及び位置の絶対値となる。従って、基板ホルダを駆動
しミラーブロックの移動量を測定する際の精度が一層向
上する。 【００８１】ＩＣ製造用の既知の投影装置の説明と関連
する同図において、基板及び基板支持部材はミラーブロ
ックに直接不動状態に連結されているように表示されて
いる。しかしながら、これらの図面は、図面を明瞭にす
るため線図的に記載されているにすぎない。すでに述べ
たように、基板は投影装置内で整列されるだけでなく、
全体的に且つ局部的に合焦されねばならず、しかもすで
に記述したように局部的に水平化される必要もある。こ
こで、フォーカシング（合焦）とは、基板表面を投影レ
ンズ系の結像フィールドに一致させることを意味する。 １９８８年に発行された学術雑誌ＳＰＩＥ第９２２ 巻
のセククション“オプティカル／レーザ マイクロリ
ソグラフィ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃｒｏ
ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ） ”に記載されている文献“
ザ オプティカル ステッパ ウィズ ア
ハイ ニュメリカル アパーチャアイ−レンズアン
ド ア フィールド−バイ−フィールド レベリ
ング システム（Ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｔｅｐ
ｐｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｈｉｇｈ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
ｏｐｅｒｔｕｒｅ Ｉ−ｌｅｎｓ ａｎｄ ａ ｆｉ
ｅｌｄ−ｂｙ−ｆｉｅｌｄ ｌｅｖｅｌｌｉｎｇ ｓｙ
ｓｔｅｍ）”又は１９８７年に発行された同雑誌第８１
１ 巻のセクション“オプティカル マイクロリソグ
ラフィック テクノロジー フォーインテグレーテ
ッド ファブリケーション アンド インスペク
ション（ＯｐｔｉｃａｌＭｉｃｒｏｌｉｔｈｇｒａｐｈ
ｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａ
ｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａ
ｎｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ） ”に記載されている文
献“アン アドバンスト ウェファステッパ フ
ォ− サブミクロン ファブリケーション（Ａｎ
ａｄｖａｎｃｅｄ ｗａｆｅｒｓｔｅｐｐｅｒ ｆｏｒ
ｓｕｂ−ｍｉｃｒｏｎ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）”
、或いは米国特許第４５０４１４４号明細書に記載され
ているように、高さアクチュエータ及び／又は傾きアク
チュエータのような個別のアクチュエータを用いてフォ
ーカシング操作及び水平化操作を行う。これらの文献又
は公報に記載されている高さアクチュエータ又は傾きア
クチュエータは基板が配置されているいわゆる水平化テ
ーブルを駆動している。従って、上記文献に記載されて
いる装置では、基板はミラーブロックに強固に連結され
ていない。本発明を実施するために投影装置では、アク
チュエータはミラーブロックの下側に配置する。 【００８２】原理的に、３軸の干渉計システムを用いて
Ｘ軸及びＹ軸方向の移動量を測定し、基板テーブルの位
置を決定すると共にＺ軸を中心とするテーブルの回転量
を決定することができる。このような干渉計システムは
、学術雑誌ＳＰＩＥ第１０８８巻、セクション“オプテ
ィカル／レーザ マイクロリソグラフィ（Ｏｐｔｉｃ
ａｌ／ＬａｓｅｒＭｉｃｒｏｌｉｔｈｇｒａｐｈ） ”
に記載されている文献“リニア／アンギュラ ディス
プレススメント インタフェロメータ フォー
ウェファステージ メトロロジ（Ｌｉｎｅａｒ／ａｎ
ｇｕｌａｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｎｔｅｒｆ
ｅｒｏｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ ｗａｆｅｒｓｔａｇｅ
ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ） ”の第５図に基板テーブルＷＴ
と共に線図的に記載されている。 【００８３】この複合干渉計システムはヘリウム−ネオ
ンレーザ７０、２個のビームスプリッタ７１及び７２、
及び３個の干渉計ユニット７３，７４及び７５を具えて
いる。レーザからのビームｂ５の一部はビームスプリッ
タ７１により反射しビームｂ６として干渉計ユニット７
３に入射し、この干渉計ユニットは基板テーブルＷＴの
ミラーと協働する。ビームスプリッタ７１を透過したビ
ームｂ７はビームスプリッタ７２によって分割され、一
方のビームｂ８は反射して干渉計ユニット７４に入射し
透過ビームｂ９は干渉計７５に入射する。干渉計ユニッ
ト７４はミラーＲ１と協働し、干渉計ユニット７５はミ
ラーＲ２と協働する。 【００８４】図６は干渉計７３の原理を示す。このユニ
ットは例えばハーフプリズムのようなビームスプリッタ
８０を有し、このビームスプリッタにより入射ビームｂ
６を測定ビームｂ６ｍ と基準ビームｂ６ｒ とに分割
する。測定ビームは透過して基板テーブルミラーＲ１に
入射し、このミラーで反射してビームスプリッタ８０に
入射し、このビームスプリッタで反射して測定ビームｂ
６ｍ の一部は検出器７６に入射する。ビームスプリッ
タ８０で反射した基準ビームｂ６ｒ は固定配置した基
準ミラー８１で反射してビームスプリッタ８０に再び入
射し、その一部はビームスプリッタ８０を透過して検出
器７６に入射する。基板テーブルミラーがＸ方向に移動
すると、検出器７６に入射するビームｂ６ｍ とｂ６ｒ
との間で干渉が生じ、この結果検出器からの出力信号
は、基板テーブルがλ／４の距離に亘って移動する毎に
最大値から最小値まで変位する。ここで、λはビームｂ
６の波長である。検出器信号Ｓ７６ の最大値及び最小
値の数は基板テーブルのＸ方向の変位の測定値となる。 ミラーＲ１及びＲ２の移動量が例えばλ／１２８又はλ
／５１２のようにλ／４よりも小さい場合、これらミラ
ーの移動量は既知の電子補完法により測定することがで
きる。 【００８５】干渉計ユニット７４及び７５は干渉計ユニ
ット７３と同一の構造を有し同一の寸法で作動する。基
板テーブルのＹ方向の移動は干渉計ユニット７５及び関
連する検出器７８により測定する。第２のＸ方向の変位
測定は干渉計ユニット７４及び関連する検出器７７によ
り行う。基板テーブルのＺ軸を中心とする回転は信号Ｓ
７６ 及びＳ７７を計算することにより得られ、この回
転量は以下の式から得られる。 【数１ 】φ２＝（Ｓ７６−Ｓ７７）／ｄｉここで、ｄ
ｉはミラーＲ１に入射するビームｂ６ｍ 及びｂ６ｒ
の主光線間の距離である。 【００８６】図６は干渉計ユニットの原理だけを示すも
のである。実際には、偏光感知ビームスプリッタ８０と
λ／４板（図６において素子８２及び８３として図示す
る） を用いてビーム分離及びビーム合成を行うことが
できる。この場合、放射損失は最小であり、種々の干渉
計ユニット用に１個のレーザ７０だけを用いる場合に特
に有効である。さらに、学術雑誌ＳＰＩＥ、第１０８８
巻のセクション“オプティカル／レーザマイクロリソグ
ラフィ ＩＩ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃ
ｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＩＩ）に記載されている
レトロリフラクタを干渉計ユニットに組み込むことも可
能である。 【００８７】３軸干渉計システムを用いる場合に所望の
精度を達成するためには以下の２個の条件を満たす必要
がある。 １． 干渉計ビームの主光線は基板面に位置する必要
がある。 ２． 基板支持部材は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って変位し
並びにＺ軸を中心にして必要な補正を行なう間において
は他のパラメータφＸ ， φＹについては固定する必
要がある。 【００８８】干渉計ビームが微小の有限の断面を有して
いること及びミラーのエッヂ特に上側エッヂに所望の平
面性 （例えば、λ／２０） が形成されないので、ビ
ームはミラーの上側エッヂから例えば少なくとも２ｍｍ
以上の距離の位置に入射する必要があり、１９８９年に
発行された学術雑誌 ＳＰＩＥ 第１０８８巻のセクシ
ョン“オプティカル／レーザ マイクロリソグラフィ
ＩＩ （Ｏｐｔｉｃａｌ ／ Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃｒｏ
ｌｉｔｈｇｓａｐｈｙ ＩＩ）”に記載されている文献
“ステップ アンド スキャン ：ア システム
ズ オーバビュー オブ ア ニュー リソ
グラフィ ツール （Ｓｔｅｐ ａｎｄ Ｓｃａｎ
： Ａ ｓｙｓｔｅｍｓｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ａ
ｎｅｗ Ｌｉｔｈｏｇｓａｏｈｙ Ｔｏｏｌ ）”に示
されるように、ミラーが基板表面を超えて突出する場合
第１の条件しか満足されない。しかも、ミラーの高さが
一層高くなると変位及び位置決めすべき質量が増大する
。さらに、これらミラーが突出する場合基板表面と投影
レンズ系の下側との間には、特別な空間が必要となる。 しかしながら、実際にはミラー付近を空間と形成するこ
とができない場合がある。この理由は、基板表面と投影
レンズ系との間の空間をできるだけ小さくして基板の表
面領域に最も大きな平面状の像フィールドを形成する必
要があるためである。さらに、この中間の空間内に水平
検出及び画像検出を行なう光学測定装置すなわち照明光
によって形成される画像の偏位を検出する測定装置を収
納する必要もある。 【００８９】干渉計ミラーが一部を構成するブロックの
横方向の寸法を拡大して、ミラーブロックがＸ−Ｙ移動
しても基板表面から突出するミラーが例えば投影レンズ
系のような投影装置の他の部材から十分に離間するよう
に設定することも考えられる。しかしながら、このよう
に構成すると、基板ホルダの重量が許容範囲を超えて増
大してしまい、さらに所望の平面精度の一層大きなミラ
ーを製造することは極めて困難である。 【００９０】基板表面から突出するミラーを有するミラ
ーブロックを用いる代りに、ミラーが基板表面から突出
しないが基板表面に対して９０°以下の角度で延在する
ミラーブロックを用いることができる。この場合、干渉
計ビームはミラー表面に対して常に直交入射させる。こ
のようなミラーブロックを干渉計ビームｂ６ｍと共に図
７に示す。干渉計ビームの主軸の延長線が、基板表面の
投影レンズ系の光軸ＡＰＬが基板表面と交差する位置に
到達するように設定すれば、基板の正確な位置は、干渉
計信号及び図１に示す焦点誤差検出装置（図７において
はビームｂ３ 及びｂ３ ′としてだけ図示した）から
供給される信号から取り出すことができる。しかしなが
ら、基板テーブルを有するミラーブロックが作動距離Ｗ
Ｄに亘って移動したとき干渉計ビームをミラーに常時入
射させるには、このミラーの高さを相当高くすく必要が
あり、この結果ミラーブロックの重量が増大してしまう
。 【００９１】上述した条件すなわち基板支持部材がＸ軸
又はＹ軸を中心にして傾斜せずＺ軸方向に変位しない条
件を満足するためには基板テーブルの構成に極めて厳格
な要件を課す必要がある。一体化されたミラーブロック
を有する基板支持部材は別にして、この基板テーブルは
Ｘ−Ｙ−φＺ 駆動機構を具え、この駆動機構は例えば
、米国特許第４６５５５９４ 号に記載されているＨ形
態に配置されている３個の線形モータと、例えばみかげ
石から成るベースプレートＢＰ （図１参照）と基板ホ
ルダＷＨとの間に配置したいわゆるエアベース部材ＡＢ
（図１参照）とで構成する。基板テーブルが正確に案
内されない場合、基板テーブルが移動すると可変力がエ
アベースＡＢに作用するおそれがある。これらの可変力
は前もって予期できないため、エアベースに可変の傾き
が生じ、この傾きによって基板支持部材にも可変の傾き
が生じてしまう。さらに、製造上の公差や異物によりみ
かけげ石の支持プレートの平面性にずれが生ずるおそれ
もある。支持プレートの平面性が維持されないと、基板
支持部材による位置に依存する傾きが生じてしまう。投
影装置の操作中で上述した不都合を除去するためには点
対点のキャリブレーションを行なう必要がある。しかし
ながら、このようなキャリブレーションは、較正をすべ
きパラメータの数が増大するため装置全体のキャリブレ
ーションを複雑化するばかりでなく装置の精度を低下さ
せてしまう。 【００９２】構成上課せられる厳格な要件を取り除くと
Ｘ軸及びＹ軸まわりに不所望な傾きが増大してしまう。 局部的な水平化に起因する傾きは、例えば機械的センサ
、超音波センサ又は他の非光学センサによって測定する
ことができ、これらの測定結果を用いてずれを除去し又
はＸ−Ｙ−φｚ の測定値を補正することができる。一
方、これらのセンサの精度には極めて厳格な要件を課す
必要がある。 【００９３】本発明による投影装置においては、干渉計
ビームの主光線を基板面に位置させるために課せられる
要件を維持する場合に生ずる問題は、この要件を取り除
くと共にミラーが基板表面から突出しないミラーブロッ
クを有する支持部材を用いることにより解消される。上
記課題と共に、Ｘ軸及びＹ軸のいずれを中心にする傾き
も発生させず又はこれらＸ軸及びＹ軸まわりの傾きをＸ
−Ｙ−φｚ 調整に考慮すべきとする要件に起因する課
題は、所望の又は不所望な移動を高精度に測定できると
共に正確な補正を行なうことができる新規な干渉計シス
テムを用いることにより解消される。 【００９４】上述した別の課題は図８に示すいわゆるア
ッベエラーに関係する。干渉計ビーム例えばｂ６ｍの主
軸がミラーＲ１ に基板表面から距離ａだけ離れて入射
すると、角度φの基板表面の傾きによってビームｂ６ｍ
を用いる干渉計ユニットから発生するＸ方向の位置信号
にクロストーク信号が発生する。このクロストーク信号
Δｘは、Δｘ≒ａｔａｎ φ≒ａφで与えられる。この
クロストーク信号の結果として、Ｘ方向のサーボ系は、
クロストーク信号Δｘに比例するＸ方向の誤差が生ずる
ように制御する。基板表面の傾き（角度φ）は １．３
ｍｒａｄ 程度であり、局部的な非平坦性の角度φは
、約０．１ ｍｒａｄである。局部的な非平坦性におい
ては、アッベアーム（Ａｂｈｅ ａｒｍ）に起因する位
置誤差は４ｎｍ以下であり、この位置誤差は実際には回
避することができず、次式が成立する。 【数２】 ａ＝（Δｘ／ψ）＜（５ｎｍ／０．１ ｍｒａｄ）〜
５０ μｍ【００９５】ビームに幅があるため、例えば
９ｍｍのビーム幅の場合上記要件を満たすことができな
い。従って、キャリブレーションを行なう必要がある。 すなわち、Ｘ方向及びＹ方向の位置信号を基板表面の傾
きに関する情報を用いて補正する必要があることになる
。この傾き情報は、改良された干渉計システムを用いて
例えば機械的センサや非光学センサのような他の手段よ
りも一層簡単に且つ正確に得ることができる。 【００９６】図９は一体化されたミラーブロックを有す
る基板支持部材の５個の因子Ｘ，Ｙ，φＸ ， φＹ
及びφＺ を測定する複合干渉計システムの原理を示す
。この干渉計システムは例えば２個の干渉計ユニット１
００ 及び１５０ を有し、これらユニットに向けてビ
ームｂ２０及びｂ３０を投射する。これらのビームはレ
ーザ例えばヘリウム−ネオンレーザ５０から放射する。 このレーザ光源から放射されたビームｂ１０は、レンズ
１０により線図的に図示したエキスパング光学系を通過
し、次にビームスプリッタ９２により２本のビームｂ２
０及びｂ３０に分割される。素子９１ ， ９３ 及び
９４はミラーであり、これらミラーによりビームｂ２０
及びｂ３０を干渉計ユニット１００ 及び１５０ に正
確な角度で入射させる。干渉計ユニット１００ は、ミ
ラーＲ１ に向けて３本の測定ビームを放出しミラーＲ
１ で反射したビームを受光するように設定する。これ
らのビームを用い、ミラーブロック及び基板支持部材の
Ｘ方向の変位、Ｙ軸まわりの傾きφＹ 及びＺ軸を中心
とすると回動φＺ を測定することができる。第２の干
渉計ユニット１５０ は２本の測定ビームをミラーＲ２
に向けて投射すると共にこのミラーからの反射ビーム
を受光する。これらの測定ビームを用いて、Ｙ軸方向の
変位及びＸ軸まわりの傾きを測定する。これら干渉計ユ
ニットは種々の方法で構成することができる。図１０の
干渉計ユニット１００ の第１実施例を示す。この干渉
計ユニットは、偏光感知ビームスプリッタ１０１ 、２
個のλ／４板１０３， １０４ 、基準ミラー１０５
、２個のレトロリフレクタ１０６ ， １０７ 、複合
プリズム１０８ 、及び２個の検出器１１３ ， １１
５ を具える。これら検出器は図９に示す干渉計ユニッ
ト１００ の面９５に配置する。干渉計ユニットはヘテ
ロダイン型のものとする。ビームｂ２０はゼーマンレー
ザとして設置したヘリウム−ネオンレーザから放出する
。このレーザは、例えば２０ ＭＨｚの光学位相差を有
する２個の相互に直交する方向に偏光した成分を有する
ビームを発生する。これら２個の成分は図１０において
実線及び破線で示す。 【００９７】プリズム１０１ に入射したビームｂ２０
は偏光感知面１０２ により測定ビームｂ２０ｍ と基
準ビームｂ２０ｒ とに分割する。測定ビームｂ２０ｍ
は基板テーブルのミラーＲ１ に入射し、このミラー
により反射する。プリズム１０１とミラーＲ１ との間
にλ／４板１０３ を配置する。従って、ミラーＲ１
からの反射ビームはλ／４板を２回通過するので、その
偏光方向は入射ビームｂ２０ｍ の偏光面に対して９０
°回転する。従って、反射ビームは偏光感知面１０２
で反射し、例えば３次元コーナキューブプリズムの形態
のレトロリフレクタ１０６ に入射する。レトロリフレ
クタ１０６ で反射したビームは、次に偏光感知面１０
２ で反射し、測定ビームｂ′２０ｍ としてＲ１ に
再び入射し、このミラーで反射し再びプリズム系１０８
に入射する。このビームはλ／４板１０３ を再び２
回透過したので、偏光感知面１０２ を透過する。この
透過ビームｂ′２０ｍ はプリズム系１０８ に入射し
、その面１０９ で反射し、検光子１１２ を経て放射
感知検出器１１３ に入射する。 【００９８】基準ビームｂ２０ｒ は偏光感知面１０２
で反射し、λ／４板１０４ を透過し基準ミラー１０
５ で反射し再びλ／４板１０４ を透過する。従って
、プリズム１０１ に入射するビームの偏光方向は９０
°回転するので、偏光感知面１０２ を透過しレトロリ
フレクタ１０６ に入射する。レトロリフレクタで反射
した反射ビームｂ′２０ｒ は基準ビームとして再び基
準ミラーに入射し、このミラーで反射しプリズム１０１
に入射する。この入射ームの偏光面は９０°回転して
いるから、このビームは偏光感知面１０２で反射しプリ
ズム系１０８ に入射し、その反射面１０９ で反射し
て検出器１１３ に入射する。検光子１１２ の偏光面
は、偏光面が相互に直交するビームｂ′２０ｍ とｂ′
２０ｒ の偏光面に対して４５°の角度をなすように設
定する。検光子を透過したビームｂ′２０ｍ 及びｂ′
２０ｒ のビーム成分は同一の偏光方向を有し互いに干
渉する。検出器１１３ からの出力信号Ｓ１１３ は、
ゼーマン周波数差から基板テーブルミラーのＸ方向の変
位に応じた周波数偏位だけプラス又はマイナスした周波
数に等しい周波数で強度変調された信号となる。 【００９９】原理的には、レトロリフレクタ１０６ を
省略して、検出器１１３ に入射する測定ビーム及び基
準ビームが基板テーブルミラー及び基準ミラーとそれぞ
れ１回だけ反射するように構成することも可能である。 【０１００】図１０に示す干渉計ユニットの実施例では
、レトロリフレクタ１０６ を用いて測定ビームをビー
ムｂ２０ｍ 及びｂ′２０ｍ として基板支持ミラーで
２回反射させている。この実施例は、最終的に検出器１
１３ に入射する測定ビームｂ′２０ｍ の方向がＸ軸
と直交する軸を中心とするミラーＲ１ の傾きに依存し
ない大きな利点が達成される。この結果、信号Ｓ１１３
は真のＸ方向の変位に関する情報だけを含むことにな
る。同様な理由により、基準ミラー１０５ の傾きも信
号Ｓ１１３ にいかなる影響も及ぼすことはない。 【０１０１】図１０の紙面と直交するＺ軸を中心とする
基板支持部材の回転も図１０の干渉計ユニットにより測
定することができる。この測定は、第１のＸ方向測定が
行なわれる位置ＰＸ１（ＰＸ２）から最大距離だけ離れ
た位置ＰＸ３（ＰＸ４）における第２のＸ方向測定によ
り行なう。このため、プリズム系１０８ の面１１０
をハーフミラーとし、このハーフミラーにより測定ビー
ムｂ′２０ｍ 及び基準ビームｂ′２０ｒ の一部をそ
れぞれ新しい測定ビームｂ２１ｍ 及び基準ビームｂ２
１ｒ としてビームスプリッタ１０１ に向けて反射す
る。これら２個のビームの偏光方向はλ／２板１１６
により９０°回転しているので、これらビームの偏光状
態は相互に変化する。従って、測定ビームｂ２１ｍ は
偏光感知面１０２ を透過して基板支持ミラーに入射し
、基準ビームｂ２１ｒ は偏光感知面１０２ で反射し
基準ミラー１０５ に入射する。これらビームｂ２１ｍ
及びｂ２１ｒ の光路はビームｂ２１ｍ 及びｂ２１
ｒ の光路と同様である。好ましくは、第２のレトロリ
フレクタ１０７ を設け、このレトロリフレクタにより
測定ビーム及び基準ビームをビームｂ′２０ｍ 及びビ
ームｂ′２０ｒ として基板テーブルミラーＲ１ 及び
基準ミラーに入射させる。反射したビームｂ′２１ｍ
及びｂ′２１ｒ は、ビームスプリッタ１０１ 、プリ
ズム系１０８ 及び第２の検光子１１４ を経て第２の
検出器に入射し、この検出器において相互干渉を行なう
。 【０１０２】検出器１１５ からの出力信号Ｓ１１５
は、ゼーマン差分周波数にミラーＲ１ のＺ軸を中心と
する回転に依存する周波数偏移だけ増加又は減少した周
波数で強度変調されている。ミラーＲ１ がＺ軸を中心
として回転していると、位置ＰＸ１及びＰＸ２で反射す
る第１の光路における測定ビームと基準ビームとの間の
周波数偏移は、位置ＰＸ３及びＰＸ４を通る第２の光路
を通る測定ビームと基準ビームとの間の周波数偏移と相
異する。検出器１１５ によって測定される周波数差は
、上記周波数偏移間の差となる。基板支持ミラーがＺ軸
を中心にして回転していない場合、結果としての周波数
差は零に等しくなる。 【０１０３】信号Ｓ１１３ 及びＳ１１５ を電子的に
処理して周波数偏移から基板テーブルのＸ方向変位及び
Ｚ軸を中心とする回転φＺを取出す方法については、１
９８９年に発行された ＳＰＩＥ の第１０８８巻、第
２６８ 頁〜２７２ 頁に記載されている文献“オプテ
カル／レーザ マイクロリソグラフィ （Ｏｐｔｉｃ
ａｌ／ＬａｓｅｒＭｉｃｒｏｌｉｔｈｇｒａｐｈｙ）”
を一例として参考にすることができる。 【０１０４】２個の周波数成分を有するビームｂ２０の
代りに、１個の周波数成分だけを有するビームを用いる
こともできる。この場合、ミラーＲ１ の変位又は回転
は、測定ビームと基準ビームとの間の位相差を決定する
ことにより測定される。 【０１０５】本発明においては、前述した既知の干渉計
ユニットを適切に拡張して、第３測定例えば、Ｙ軸まわ
りの傾き測定を行なうことができる。この目的を達成す
るため、図１０に示すように、例えばプリズム系１０８
の面１０９ をハーフミラー面とし、ビームｂ′２０
ｍ 及びｂ′２０ｒ の一部を透過させる。これら透過
ビームの光路に反射光学系１２０を配置する。この反射
光学系は入射ビームをビームスプリッタ１０１に向けて
反射すると共に、入射ビームを軸方向に平行に拡大して
図１０の紙面の前後に位置する第２のＸＹ面内で拡大す
る。この第２のＸＹ面を図１１に第３の測定ビームｂ２
２ｍ 及び基準ビームｂ２２ｒ と共に図示する。 【０１０６】ビームｂ２２ｍ 及びｂ２２ｒ のビーム
スプリッタ１０１ の前側の光路中にλ／２板１２５
を配置し、このλ／２板によりこれらビームの偏光方向
を９０°回転させ測定ビーム及び基準ビームの偏光状態
を相互変換させる。 好ましくは、第３のレトロリフレクタ１２８ を配置し
、測定ビームを基板支持ミラーによりその位置ＰＸ５及
びＰＸ６においてそれぞれビームｂ２２ｍ 及びｂ′２
２ｍ として反射させ、基準ビームを基準ミラーにより
ｂ２２ｒ 及びｂ′２２ｒ としてそれぞれ反射させる
。これら測定ビーム及び基準ビームが通る光路は、図１
０に示す測定ビームｂ２０ｍ 及びｂ′２０ｍ と基準
ビームｂ２０ｒ 及びｂ′２０ｒ の光路とほぼ同様で
ある。 【０１０７】ビームｂ′２２ｍ 及びｂ′２２ｒ は最
終的に検光子１２６ に入射し、これらビームの同一の
偏光方向成分が透過し、透過したビーム成分は検出器１
２７ に入射し、この検出器において相互に干渉し合う
。この検出器からの出力信号Ｓ１２７ は、ゼーマン差
分周波数からミラーＲ１ のＹ軸周りの傾きに依存する
周波数偏移だけ増加し又は減少した周波数で強度変調さ
れる。このような傾きが生ずると、測定ビームｂ′２０
ｍ と基準ビームｂ′２０ｒ との間の周波数偏移は測
定ビームｂ′２２ｍ と基準ビームｂ′２２ｒ との間
の周波数偏移と相異する。検出器１２７ によって測定
される周波数差は、これら周波数偏移間の差となる。基
板テーブルがＹ軸まわりで傾斜していない場合、得られ
る周波数差は零に等しくなる。このＹ軸周りの傾きは単
一周波数成分のビームを用い位相差を決定することによ
り測定することもできる。 【０１０８】図１２は反射光学系１２０ の実施例を詳
細に示す。この反射光学系は、Ｘ軸に平行に伝播するビ
ームｂ′２０ｍ 及びｂ′２０ｒ をＺ軸に平行に反射
させる第１の反射体１２１ と、反射したビームをＸ軸
に平行に伝播させるように反射する第２の反射体１２２
とを有する。従って、この反射体対１２１ ， １２
２ には、ビームをＺ軸方向に互いに離間した平行ビー
ムに変位させる。 【０１０９】ビームｂ２２ｍ 及びｂ′２２ｍ とが互
いにＺ軸方向にだけ変位した図１１及び図１２の実施例
において、これら測定ビームの主光線が基板テーブルミ
ラーＲ１ に入射する点ＰＸ５及びＰＸ６は、測定ビー
ムｂ′２０ｍ 及びｂ′２１ｍがこのミラーＲ１ に入
射する点ＰＸ２及びＰＸ３とＸ軸方向の同一点となる。 図面を明瞭にするため、この状態を図１３に示す。図１
３において、測定ビームｂ２０ｍ ， ｂ′２０ｍ，
ｂ２１ｍ ， ｂ ′２１ｍ ， ｂ２２ｍ 及びｂ′
２２ｍ の主光線がミラーＲ１ に入射する点を、Ｐｘ
１ ，Ｐｘ２ ，Ｐｘ３ ，Ｐｘ４及びＰｘ５としてそ
れぞれ図示する。いわゆる測定軸は各測定ビームの対と
関連する。これら測定軸は、図１０及び図１１において
ＭＡＸ１ ， ＭＡＸ２及びＭＡＸ３として示す。こ
れら測定軸がミラーＲ１ と交差する点を図１３におい
てＱ１ ， Ｑ２ 及びＱ３ としてそれぞれ示す。 【０１１０】点Ｑ３ は投影レンズ系の光軸ＡＰＬを含
む面内で図１３の紙面と直交する面内すなわちミラーＲ
１ と直交する面内に位置することが好ましい。点Ｑ２
及びＱ３ はこの面に対して対称的に位置することが
好ましく、従って点Ｑ２ とＱ３ との間の接続ライン
は投影レンズ系の結線面ＩＰに平行となり、この結像面
は基板表面ＷＰが理想的な表面の場合基板表面ＷＰと一
致する。 【０１１１】測定ビーム及び測定軸は互いに平行になる
ように設定して、検出器の位置１１３，１１５ 及び１
２７ に単一の放射スポットではなく干渉パターンが形
成されるのを阻止することが好ましい。このビーム平行
度はビームスプリッタ１０１ 、プリズム系１０８ 及
び反射光学系１２０ の面の平面精度並びにプリズム系
１０８ の面１０９ と１１０ との間の角度及び反射
光学系１２０ の面１２１ と１２２ との間の角度に
よって決定され、この平行度は実際には満足し得るよう
に達成することができる。この理由は、上記光学系の各
表面を３秒の角度範囲で高精度に平滑にすることができ
ると共に、上記各角度を正確に９０°に形成することが
できるためである。反射光学系１２０ はプリズム系１
０８ と一体的に形成し、組立作業中に生ずる整列性に
関する課題を解消し経時変化に対する安定性を確保する
ことが好ましい。 【０１１２】結像面ＩＰと接続ラインｌとの間の距離ｄ
２ はできるだけ短くする必要がある。接続ラインｌと
点Ｑ３ との間の距離ｄ３及び点Ｑ１ とＱ２ との間
の距離ｄ４ はできるだけ長くなるように設定して傾き
φｙ 及び回転φＺ をできるだけ正確に測定できるよ
うする必要がある。一方、これらの距離の制約を課しミ
ラーＲ１ の寸法及び重量を制限する必要もある。本装
置の実際に実現した実施例において、距離ｄ３ 及びｄ
４ は２０ｍｍ程度とし、距離ｄ２ は７ｍｍ程度に設
定した。 【０１１３】図１０及び図１１に示す干渉計ユニットは
、測定軸と関連する測定ビーム及び基準ビームがビーム
スプリッタ１０１ に対して互いに対称的に形成される
と共にビームスプリッタ中において互いに同一の光路長
を占める利点がある。このように構成することにより、
不安定になる危険性をほとんど除去することができる。 図１０及び図１１の装置において、回転φｚ 及び傾き
φＹ を測定するため必要となる測定軸ＭＡＸ１ ，
ＭＡＸ２及び ＭＡＸ３ と関連する信号間の差は光学
的に決定される。これら測定軸について得た情報をＩＭ
ＡＸ１ ，ＩＭＡＸ２及びＩＭＡＸ３とすると、図１０
及び図１１における検出器信号Ｓ１１３ ， Ｓ１１５
及びＳ１２７ は次式で与えられる。 【数３】Ｓ１１３ ＝ＩＭＡＸ１ Ｓ１１５ ＝ＩＭＡＸ１−ＩＭＡＸ２ Ｓ１２７ ＝ＩＭＡＸ１−ＩＭＡＸ３ 検出器信号の関数としての測定軸情報は次式で与えられ
る。 【数４】ＩＭＡＸ１＝Ｓ１１３ ＩＭＡＸ２＝Ｓ１１３ −Ｓ１１５ ＩＭＡＸ３＝Ｓ１１３ −Ｓ１２７ 【０１１４】Ｘ軸方向の変位の大きさ及び方向、Ｚ軸を
中心とする回転及びＹ軸周りの傾きに関する情報を含む
信号Ｓ（Ｘ）， Ｓ（φｚ）及びＳ（φｙ）は次式で
与えられる。 【数５】 或は、アッベアームと関連するキャリブレーション因子
を考慮すると、基板のＸ方向の変位、Ｚ軸を中心とする
回転及びＹ軸まわりの傾きは次式により決定することが
できる。 【数６】 【０１１５】変形例として、異なる測定軸に関連する信
号間の差は光学的にではなく電子的に決定することもで
きる。この場合、図１４に示すように、３本の独立した
ビームをビームスプリッタ１０１ に投射する必要があ
る。 【０１１６】ビーム２０の偏光感知ビームスプリッタ１
０１ の前側の光路中に偏光非感知ビームスプリッタ１
３０ を配置し，このビームスプリッタによりビーム２
０をそれぞれ主軸が第１のＸ−Ｙ平面（図１４の紙面）
内に位置する第１及び第２のビームｂ４１及びｂ４２
並びに主軸が第２のＸ−Ｙ平面（図１４の紙面の上側又
は下側） 内にある第３のビームｂ４３に分割する。ビ
ームスプリッタ１３０ はハーフミラー又は全反射ミラ
ーの反射体の組み合せを有し或は種々の方法で構成する
ことができる。例えば、反射体は平行平面板の面とする
ことができ、この場合ビームｂ４１ ，ｂ４２及びｂ４
３は満足し得る程度に平行になる。これらビームの各々
を偏光感知面１０２ により測定ビームと基準ビームｂ
４３ｍ とｂ４３ｒ ， ｂ４２ｍ とｂ４２ｒ ，ｂ
４１ｍ とｂ４１ｒ にそれぞれ分割する。尚、図面を
明瞭にするため、放射光路の一部だけを図示する。 【０１１７】レトロリフレクタ１０６ ，１０７及び１
０８ をビームｂ４１ ，ｂ４２及びｂ４３の光路中に
それぞれ配置し、ビームスプリッタから出射したビーム
ｂ′４１ｍ ， ｂ′４２ｍ 及びｂ′４３ｍ が基板
支持部ミラーＲ１ によって２回反射するように構成す
るのが好ましい。各測定ビームは関連する基準ビームと
共に検光子１１２ ， １１４ 及び １２６を介して
個別の検出器１１３ ， １１５ 及び１２７ にそれ
ぞれ入射する。 図面を明瞭にするため、図１４においては測定ビームｂ
４３ｎ 及びｂ′４３ｍ がミラーＲ１ に入射する位
置ＰＸ５及びＰＸ６のＹ方向位置を、ビームｂ′４１ｍ
及びｂ４２ｍ がミラーＲ１ に入射する位置ＰＸ２
及びＰＸ３のＹ方向位置と相異させた。しかしながら、
点ＰＸ５及びＰＸ６のＹ方向の位置を点ＰＸ２及びＰＸ
３のＹ方向位置にそれぞれ一致させて図１３の状態を得
ることが好ましい。 【０１１８】図１４の実施例の場合、検出器信号Ｓ１１
３ ， Ｓ１１５ 及びＳ１２７ と測定軸を介して得
た情報との間の関係は以下のようになる。 【数７】Ｓ１１３ ＝ＩＭＡＸ１ Ｓ１１５ ＝ＩＭＡＸ２ Ｓ１２７ ＝ＩＭＡＸ３ 測定信号Ｓ（Ｘ）， Ｓ（φｚ ） 及びＳ（φＹ
） は以下のようになる。 【数８】 検出器信号で表示すると以下のようになる。 【数９】 【０１１９】三個の独立した測定軸を有する装置と３個
の結合された測定軸を有する装置との間の選択は、干渉
計の誤差Δが測定信号Ｓ（Ｘ），Ｓ（φＺ ） 及びＳ
（φＹ ）に及ぼす影響の大きさにより決定する。干渉
計の誤差Δは、検出器信号Ｓ１１３ ， Ｓ１１５ 及
びＳ１２７ における干渉計自身により生ずる誤差であ
る。このような誤差が検出器信号に生じた場合、測定信
号の誤差は、３個の独立した測定軸を有する装置の場合
以下のようになる。 【数１０】 また、３個の結合された測定軸を有する場合は、以下の
ようになる。 【数１１】 【０１２０】基板テーブルのＹ方向変位及びＸ軸まわり
の傾きを決定するため、本発明による複合型干渉計シス
テムは図９の符号１５０ で図示した第２の干渉計ユニ
ットを含んでいる。原理的に、この干渉計は２本の測定
軸 ＭＡＸ４ 及び ＭＡＸ５ を有し、その構造は干
渉計ユニット１００ と同様である。図１５及び図１６
は干渉計ユニット１５０ の構成を詳細に示す。 【０１２１】入射ビームｂ３０は所定の周波数差を有す
る２個の相互に直交する偏光成分を有し、この入射ビー
ムをビームスプリッタ１５１ の偏光感知面１５２ に
より測定ビームｂ３０ｍ とｂ３０ｒ とに分割する。 測定ビームは第２の基板支持ミラーＲ２ で反射し、レ
トロリフレクタ１５６ を介して位置ＰＹ１及びＰＹ２
において反射する。ビームスプリッタ１５１ からの測
定ビームｂ′３０ｍ は、基準ミラー１５５ で２回反
射した基準ビームｂ′３０ｒ と合成される。測定ビー
ム及び基準ビームはそれぞれλ／４板１５３ 及び１５
４ によって偏光方向が９０°回転しビームスプリッタ
１５１ から出射する。ビームｂ′３０ｍ 及びｂ３０
ｒ は反射素子１５８ を経て検光子１５９ を透過し
て検出器１６０ に入射する。 この検光子の偏光方向は、ビームｂ′３０ｍ 及びｌ′
３０ｒ の互いに直交する偏光方向のそれぞれに対して
４５°の角度をなすので、これらビームの同一偏光方向
成分が検光子を通過し、これら２個の成分は互いに干渉
し合う。検出器１６０ からの出力信号Ｓ１６０ は、
ビームｂ３０ｍ とｂ３０ｒ との周波数差に基板支持
部材のＹ方向変位によって決定される周波数偏移だけ増
加し又は減少した周波数に等しい周波数で強度変調され
る。 【０１２２】基板支持部材のＸ軸まわりの傾きを測定す
るため、反射素子１５８ をハーフミラーとして設ける
。この反射素子を透過したビームｂ′３０ｍ 及びｂ′
３０ｒ の一部は反射光学系１６１ によりビームスプ
リッタに向けて反射する。この反射光学系は図１５のＸ
−Ｙ平面に対して４５°の角度をなす２個のミラー１６
２ 及び１６３ を有する。ミラー１６２ はビーム部
分をＺ方向に反射し、ミラー１６３は、ビーム部分が、
図１５の紙面の上側又は下側に位置する第２のＸ−Ｙ面
内でＹ方向に沿って伝播するように反射する。この第２
のＸ−Ｙ平面は図１６の紙面に相当する。図１６は、反
射光学系１６１ で反射したビーム部分が新しい測定ビ
ームｂ３１ｍ 及び新しい基準ビームｂ３１ｒ として
干渉計ユニットを通過し、これらのビームが基板支持ミ
ラーＲ２ 及び基準ミラー１５５ で反射する状態を示
す。 λ／２板１６４ をビームスプリッタ１５１の前側に配
置し、このλ／２板により２個のビームの偏光方向を９
０°回転させ、測定ビーム及び基準ビームの偏光方向を
相互変位させる。レトロリフレクタ１６５の存在におい
て、測定ビームはミラーＲ２ の位置ＰＹ３及びＰＹ４
で反射して測定ビームｂ′３１ｍ となり、基準ビーム
は基準ミラーにより２回反射して基準ビームｂ′３１ｒ
となる。 【０１２３】ビームｂ′３１ｍ 及びｂ′３１ｒ は最
終的に検光子１６６ に入射し、これらビームの同一の
偏光成分が透過して検出器１６７ に入射する。この検
出器からの出力信号Ｓ１６７ は、ビームｂ３０ｍ 及
びｂ３０ｒ との周波数差にミラーＲ２ のＸ軸まわり
の傾きφＸ に依存する周波数偏移だけ増加し又は減少
した周波数に等しい周波数で強度変調された信号となる
。実際に、このような傾きが発生すると、測定ビームｂ
′３０ｍ と基準ビームｂ′３０ｒ との間の周波数偏
移は測定ビームｂ′３０ｍ と基準ビームｂ′３０ｒ
との間の周波数偏移とは相異する。検出器１６７ によ
って測定される周波数差は、これら周波数偏移間の差と
なる。基板支持部材のＸ軸まわりの傾きφＸ を有しな
い場合、周波数差は零に等しくなる。 【０１２４】測定ビームｂ３１ｍ 及びｂ′３１ｍ の
主光線がミラーＲ２ に入射する点ＰＹ３及びＰＹ４は
、測定ビームｂ３０ｍ 及びｂ′３０ｍ がミラーＲ２
に入射する点ＰＹ２及びＰＹ１と同一のＸ軸方向値と
なることが好ましく、測定軸 ＭＡＸ４ 及び ＭＡＸ
５ はＺ軸に対して直交させる。この状態を図１７に示
す。図１７はこれら測定軸及びこれらの軸と基板テーブ
ルＷＴのミラーＲ２ との交点Ｑ４ 及びＱ５ を示す
けでなく、第１干渉計ユニットの測定軸 ＭＡＸ１ ，
ＭＡＸ２及び ＭＡＸ３ 並びにこれらの測定軸と基
板テーブルのミラーＲ１ との交点Ｑ１ ， Ｑ及びＱ
３ も示す。 【０１２５】図１５及び図１６の干渉ユニットにおいて
、傾きφＸを決定するために必要な差である測定軸 Ｍ
ＡＸ４ 及び ＭＡＸ５ と関連する信号間の差は光学
的に決定される。 これら測定軸に基いて得た情報をＩＭＡＸ４及びＩＭＡ
Ｘ５とすると、図１５及び図１６の実施例の検出器信号
Ｓ１６０ 及びＳ１６７は以下の式で与えられる。 【数１２】Ｓ１６０ ＝ＩＭＡＸ４ Ｓ１６７ ＝ＩＭＡＸ４−ＩＭＡＸ５ 検出器信号の関数としての測定軸情報は以下の式となる
。 【数１３】ＩＭＡＸ４＝Ｓ１６０ ＩＭＡＸ５＝Ｓ１６０ −Ｓ１６７ Ｙ軸方向の変位及びＸ軸まわりの傾きの大きさ及び方向
に関する情報を表わす信号Ｓ（Ｙ） 及びＳ （φＸ
） は以下の式で表わされる。 【数１４】 ここで、ｄ５ は図１７における点Ｑ４ とＱ５ との
間の距離である。 【０１２６】結合された測定軸を用いる代りに、図１５
及び図１６に示すように、干渉計ユニット１００ につ
いての説明と同様な干渉計ユニット１５０ を動作させ
る独立の測定軸を用いることも可能である。この場合、
測定軸情報と検出器信号との間に以下の関係を適用する
。 【数１５】Ｓ１６０ ＝ＩＭＡＸ４ Ｓ１６７ ＝ＩＭＡＸ５ 測定信号Ｓ（Ｙ） 及びＳ（φＸ ） は以下の式で表
わされる。 【数１６】 【０１２７】図１６及び図１７の干渉計ユニットも同様
に、測定ビーム及び基準ビームが干渉計ユニットを互い
に対称的に通過すると共に互いに同一の光路長でビーム
スプリッタを通過する利点が達成され、安定性の見地よ
り極めて有益である。すなわち、温度や湿度等に対して
極めて安定になる。 【０１２８】干渉計ユニット１００ 及び１５０ の両
方において、検出器１１３， １１５， １２７， １
６０及び１６７ は検光子１１２， １１４， １２６
， １５９及び１６６ の背後に直接配置する必要はな
い。所望の場合、これら検出器は大きな距離を以下互い
に接近させて配置することもできる。光ファイバを用い
てビームを検出器まで案内することもできる。ビームを
光ファイバの入射面に集束させるレンズを検光子と光フ
ァイバとの間に配置することも可能である。 【０１２９】図１１， 図１２， 図１４， 図１５及
び図１６に示すプリズム型レトロリフレクタや３次元“
コーナキューブ”は、いわゆるキャッツアイ型のレトロ
リフレクタで置換することも可能である。このキャッツ
アイレトロリフレクタはレンズとこのレンズの焦点面に
配置したミラーとで構成され、このキャッツアイレトロ
リフレクタを用いることにより反射ビームの主軸を入射
ビームの主軸に対して平行にできると共にこれらの主軸
を一致させることができる。 【０１３０】複合型干渉計システムに要求される精度の
観点において、温度、湿度、圧力のような外乱因子の変
化は極めて重要である。これらの変化により干渉計ビー
ムが伝播する媒体の屈折率が変化してしまう。この変化
を決定するため、すなわち外乱因子の変化を補正するた
め、本発明による干渉計システムは基準軸として用いら
れる６本の軸を有し、固定配置したミラーと協働するビ
ームを基準軸に沿って延在させる。図９において、この
固定配置したミラーを符号１７０で示し基準軸ビームを
符号ｂ５０で示す。ビームｂ５０は第２の干渉計ユニッ
ト１５０ から発生させ、この干渉計ユニットから出射
したビームをミラー１７１ を介してミラー１７０ に
入射させる。 【０１３１】図１５において、ビーム３０からビーム５
０を取り出す例を示し、本例では２個の反射素子１７６
及び１７７ を有するプリズム系１７５ によりビー
ムｂ５０を取出す。第１のハーフミラー１７６ により
ビームｂ３０の一部を第２のハーフミラー１７７ に向
けて反射し、このビームを第２のハーフミラーによりビ
ームｂ５０としてビームスプリッタ１５１ に入射させ
る。ビームスプリッタの偏光感知面１５２ によりビー
ムｂ５０を測定ビームｂ５０ｍ と基準ビームｂ５０ｒ
とに分割する。基準ビームｂ５０ｒは基準ミラー１５
５ に向けて反射し、測定ビームｂ５０ｍ は透過し例
えば、図１５の紙面に対して４５°の角度で配置したミ
ラー１７１ に入射する。固定配置したミラー１７０
で反射した測定ビームｂ５０ｍ は再びミラー１７１
を経てビームスプリッタ１５１ に入射し、このビーム
スプリッタにおいて基準ミラー１５５ で反射した基準
ビームｂ５０ｒ と合成される。合成ビームは検光子１
７９ を経て検出器１８０ に入射する。この検出器は
、反射素子１７７ がハーフミラーの場合プリズム系の
背後に配置することができる。 【０１３２】測定ビームは一定の幾何学的光路長だけ伝
播する。光学的光路長は幾何学行路長と媒体の屈折率と
の積であり、媒体の屈折率の変化による影響を受ける。 従って、出力信号は測定ビームｂ５０ｍ と基準ビーム
ｂ５０ｒ との間の光路長差によって作用を受けること
になる。光路長差の変化は検出器１８０ によって測定
され、この検出器からの出力信号Ｓ１８０ を用いて外
乱因子の変化による屈折率変化に対する他の測定軸を介
して得た情報を補正することかができる。 【０１３３】図９に示すように、基準軸用の基準ミラー
は、好ましくは“ゼロジュア（Ｚｅｒｏｄｕｒｅ） ”
やインバ （Ｉｎｖａｒ）のような極めて安定な材料の
プレート１９０ を介して干渉計ユニット１５０ に連
結する。この結果、基準軸用の極めて安定な構造が得ら
れる。 【０１３４】６軸干渉計システムの基準軸情報を用いて
焦点誤差検出装置や基板面の局部的水平化検出装置のよ
うな他の光学的測定装置からの測定情報を補正すること
ができる。これらの測定装置も干渉計ビームと同一空間
を伝播するからである。 【０１３５】空気圧、温度、湿度のような外乱因子の変
化により投影レンズ系内の媒体の屈折率が影響を受ける
おそれがあり、この結果投影レンズ系の結像性能が変化
するおそれがある。複合干渉計システムの基準軸を用い
ることによって得た信号を利用して結像性能を補正する
ことができる。この補正は、例えば次に示すパラメータ
の１個又は複数個を調整することにより行なうことがで
きる。 ・投影ビームの波長 ・投影レンズ系内のガス圧 ・投影レンズ系内の温度 ・投影レンズ系内の１個又はそれ以上の区域の媒体の組
成 ・投影レンズ系のレンズ素子間の相互距離・整列装置の
零点設定 ・焦点検出装置の零点設定が前記信号により調整できる
。 【０１３６】この目的に必要な制御信号を得るため、検
出器１８０ の出力信号Ｓ１８０ を電子的信号処理ユ
ニット１８５ に供給する。図１５に線図的に示すよう
に、信号処理ユニット１８５ からの信号ＳＲ１ ……
ＳＲｍ により投影装置の種々のサーボ系を制御するこ
とができる。尚、基準軸信号を用いる零点調整及び結像
性能の補正は、物体すなわち基板の局部的水平化装置を
有しない装置においても行なうことができる。 【０１３７】屈折率の変化を測定する場合、１本の測定
ビームを用いるだけで十分である。一方、所望の場合に
は、他の測定軸について説明したように、基準軸測定用
にダブル測定ビーム及びダブル基準ビームを用いること
もできる。この場合、測定ビームｂ５０ｍ 及び基準ビ
ームｂ５０ｒ をそれぞれλ／４板１５３ 及び１５４
を透過させると共にレトロリフレクタ１５６ の位置
にレトロリフレクタを基準軸用に設ける必要がある。基
準軸用の測定ビーム及び基準ビームは、第４測定軸の測
定ビームｂ３０ｍ 及びｂ′３０ｒ 並びに基準ビーム
ｂ３０ｒ 及びｂ′３０ｒ と同様にして図１５の装置
を伝播する。 【０１３８】干渉計ビームが伝播する全空間に亘って同
一の環境に維持されれば、一層高精度な複合干渉計シス
テムを実現できる。これは、ビームが伝播する全空間に
亘って一定の好ましくは薄層の空気流を送出することに
より達成される。この構成を図１８に示す。図１８は投
影レンズ系ＰＬの一部及びミラーブロックが一体化され
ている基板支持部材ＷＣを線図的に示す。基板支持部材
は基板テーブルＷＴの一部を構成し、この基板テーブル
は駆動装置の制御のもとで例えば米国特許第４６６５５
９４ 号に記載されているＨ形態で空気クッションＡＢ
を介してベースプレートＢＰに沿って移動することがで
きる。尚、図１８においてこれらの構成部材を符号ＭＯ
１ ，及びＭＯ２ で示す。例えば焦点誤差検出装置や
基板表面が局部的に水平に維持されているか否かを検出
する装置のような光学測定装置用のホルダＨＭＳが下側
に配置されている装着プレートＭＰを、投影レンズ系に
連結することが好ましい。図面上ＩＦＳ として線図的
に図示した干渉計システムを装置プレートに固定する。 空気流は矢印ＡＦで図示する。この空気流は空気流導入
プレートＦＧＰ を通過する。このプレートは、照明さ
れる基板の上方の空間が適切にカバーされる寸法とし、
従って基板は良好に調整された空間中に存在することに
なる。 【０１３９】供給される空気の純度及び温度は共に制御
することができる。この空気は例えば、純度１とし、そ
の温度は例えば ０．１℃の範囲で安定化される。温度
域の制御は、干渉計システム及び基板支持部材の近傍に
熱交換器を配置することにより達成される。 【０１４０】図１０， １１， １４， １５及び１６
に示す実施例に加えて、干渉計ユニットについて種々の
変形例が可能である。これら変形例について以下に説明
する。図１９の干渉計ユニットは２個の偏光感知ビーム
スプリッタ２００， ２０１と、２個のレトロリフレク
タ２０２， ２０３と、５個のλ／４板２０４， ２０
５， ２０６， ２０７， ２０８ を具える。この干
渉計ユニットは基準ミラーを有していない。入射ビーム
ｂ２０は相互に直交する偏光方向及び互いに異なる周波
数ω１ 及びω２ を有する２個のビーム成分を有し、
これらの成分は実線及び破線でそれぞれ示す。周波数ω
１ の成分はビームスプリッタ２００ を透過しビーム
ｂ６０として基板支持ミラーＲ１０に入射し、このミラ
ーで反射してビームスプリッタ２００ に入射する。ビ
ームスプリッタに入射したビームｂ６０はλ／４板２０
４ を２回通過しているのでその偏光方向が９０°回転
し、この結果レトロリフレクタ２０２ に向けて反射す
る。このビームはレトロリフレクタにより再びビームス
プリッタに向けて反射する。ビームスプリッタに入射し
たビームの偏光方向は９０°回転しているから、ビーム
スプリッタを透過してλ／４板２０６ に入射する。こ
のλ／４板は直線偏光を円偏光に、例えば円２１０ で
示す右旋性偏光放射に変換する。この円偏光した光は２
個の直線偏光によって構成され、一方の直線偏光成分は
ビームｂ′６０として第２の偏光ビームスプリッタ２０
１ を透過して検光子を経て第１の検出器２１５ に入
射する。 ビームｂ′６０は位置Ｐ１０においてミラーＲ１０で１
回反射している。 【０１４１】ビームｂ６０の第２の直線偏光成分はビー
ムスプリッタ２０１ で反射しビームｂ６２としてミラ
ーＲ１０に入射し、このミラーで反射してビームスプリ
ッタ２０１ に入射する。このビームはλ／４板２０７
を２回通過しているため偏光方向が９０°回転し、ビ
ームスプリッタ２０１ を透過してレトロリフレクタ２
０３ に入射する。ビームｂ６２はレトロリフレクタ２
０３ への入射及び出射光路においてλ／４板２０８
を２回通過するので、ビームスプリッタ２０１ で反射
しビームｂ′６２として検光子２１８ を経て第２の検
出器２１６ に入射する。ビームｂ′６２はミラーＲ１
０で２回反射し、１回目は位置Ｐ１０で２回目は位置Ｐ
１１で反射する。 【０１４２】ビームｂ６０の周波数ω２ の成分はビー
ムスプリッタ２００ で反射しビームｂ６１としてλ／
４板２０６ に入射する。このλ／４板は直線偏光を例
えば円２１１ で図示した左回り円偏光に変換する。こ
の光の一方の成分はビームスプリッタ２０１ で反射し
ビームｂ６３としてミラーＲ１０に入射する。ビームｂ
６３は、ミラーＲ１０で反射した後、ビームスプリッタ
２０１ を透過してレトロリフレクタ２０３ に入射し
、再び反射してビームスプリッタ２０１ 入射する。そ
して、このビームスプリッタで反射しビームｂ′６３と
して検出器２１５ に入射する。この場合、λ／４板２
０７ 及び２０８ により所望の偏光面の回転を行なう
。ビームｂ′６３は位置Ｐ１２においてミラーＲ１０に
より１回反射する。円偏光ビームｂ６１の他方の成分は
ビームスプリッタ２０１ を透過しビームｂ′６１とし
て検出器２１６ に入射する。このビーム成分はミラー
Ｒ１０を通過しない。 【０１４３】ビームｂ′６１は、ミラーＲ１０の位置の
Ｐ１０及びＰ１１で２回反射したビームｂ′６２と干渉
し合う基準ビームとして作用する。検出器信号Ｓ２１６
は図１９の紙面内でミラーＲ１０と直交する軸に沿う
ミラーＲ１０の変位に関する情報を含んでいる。ビーム
ｂ′６０は位置Ｐ１０から到来しビームｂ′６３は位置
Ｐ１２から到来するので、これらのビームを受光する検
出器２１５ の検出器信号Ｓ２１５ は、位置Ｐ１０の
領域と位置Ｐ１２の領域との間におけるミラーＲ１０の
図１９の紙面内でミラーＲ１０と直交する方向の変位の
差に関する情報を含んでいる。この変位の差が生じた場
合、ミラーＲ１０は紙面と直交する軸を中心にして回転
していることになる。 【０１４４】図１９に示す実施例を図９の干渉計ユニッ
トとして用いて基板テーブル及びミラーのＹ軸方向の変
位及びＸ軸まわりの傾きを測定することができる。図１
９の破線で示す座標系は干渉計ユニットに関係付けられ
ており、Ｘ軸は紙面と直交し図１９のミラーは図９のミ
ラーＲ２ と関連する。検出器信号Ｓ２１５ はミラー
Ｒ２ のＸ軸まわりの傾きφＸ に関する情報を含み、
検出器信号Ｓ２１６ はＹ軸方向の変位に関する情報を
含んでいる。 【０１４５】第３の測定軸が延在する場合、図１９の実
施例を図９の干渉計ユニット１００ として用いてＸ軸
方向の変位、Ｚ軸を中心とする回転及びＹ軸まわりの傾
きを決定することができる。この場合、座標系は図１９
の実線で示す座標系、すなわちＺ軸は紙面と直交し、図
１９のミラーＲ１０は図９のミラーＲ１ となる。 【０１４６】検出器信号Ｓ２１５ はミラーＲ１ の回
転φＺ 従って基板支持部材のＺ軸を中心とする回転に
関する情報を含み、検出器信号Ｓ２１６ はＸ軸方向の
変位に関する情報を含む。Ｙ軸まわりの傾きを測定する
場合、周波数ω１ のビーム及びω２ のビームを有す
るビームの一部をＺ軸方向に反射する偏光感知ビームス
プリッタ２２０ とこのビームを偏向する特別の反射素
子とを第２のＸ−Ｙ平面内においてλ／４板２０６ と
ビームスプリッタ２０１ との間に配置することができ
る。 【０１４７】第２のＸ−Ｙ平面を新たに形成したビーム
ｂ６４及びｂ６５並びに特別の反射素子２２１ と共に
図２０に示す。これらのビームは図１９の上側部分に図
示した光学系と同一の光学系を通過する。ビームｂ６４
は位置Ｐ１３においてミラーＲ１ で反射し、最終的に
検光子２２８ を経てビームｂ′６１と共にビームｂ′
６４として検出器２２６ に入射する。ビームｂ′６１
はミラーＲ１ を通過せず、位置Ｐ１０ （図１９）及
び位置Ｐ１３でそれぞれ１回づつミラーＲ１ で反射し
たビームｂ′６４に対する基準ビームとして作用する。 従って、出力信号Ｓ２２６ は位置Ｐ１０及びＰ１３に
おいて平均化されたＸ軸方向の変位に関する情報を含む
。ビームｂ６５は位置Ｐ１４においてミラーＲ１ で反
射し検光子２２７ を経てビームｂ′６５として検出器
２２５ に入射する。 このビームｂ′６５は、位置Ｐ１０においてミラーＲ１
で１回反射したビームｂ′６０と共に検出器に入射す
る。従って、出力信号Ｓ２２５はミラーＲ１ のＹ軸ま
わりの傾きに関する情報を含んでいる。 【０１４８】図２０の素子は図１９の上側部を構成する
素子と同一の参照符号を付したが、ダッシュを付して図
２０の素子が図１９の素子と同一の素子か別の素子かを
示す。第１の場合位置Ｐ１３及びＰ１４は位置Ｐ１１及
びＰ１２とＹ方向の同一位置を有し、第２の場合位置Ｐ
１３及びＰ１４のＹ方向位置は自由に選択することがで
きる。 【０１４９】図１９及び図２０の干渉計ユニットにおい
てｎ個の測定軸について測定を行なうには（ｎ＋１）本
の測定ビームが必要であり（検出器２２６ の情報は余
分な情報である） 、図１０， １１， １４， １５
及び１６による干渉計ユニットにおいては２ｎ本の測定
ビームが必要になる。しかしながら、図１９及び図２０
の干渉計ユニットの場合、放射光路は対称性がないため
、安定性に対してより厳格な要件を課す必要がある。 【０１５０】図２１及び図２２は干渉計ユニットの別の
実施例の原理を示す。この干渉計ユニットでは、いわゆ
るキャァッアイ光学系をレトロリフレクタ素子として用
いる。このキャァッアイ光学系はレンズ２３１ と、こ
のレンズの焦点面に配置した反射素子２３２ とから構
成される。 キャァッアイ光学系２３０ は、反射ビームの主光線が
入射ビームの主光線と一致するようにビームを反射する
。このキャァッアイ光学系を用いることにより構造を一
層小型にすることができる。 【０１５１】入射ビームｂ２０の周波数ω１ の成分は
ビームｂ７０としてビームスプリッタ２３３を透過しミ
ラーＲ１０に入射し、このミラーで反射し再びビームス
プリッタに入射する。このビームはλ／４板２３４ を
２回透過しているので、その偏光方向が９０°回転しキ
ャァッアイ光学系に向けて反射する。キャァッアイ光学
系で反射したビームはλ／４板２７５ を２回透過して
いるので、ビームスプリッタ２３３を透過する。ビーム
スプリッタ２３３ と２３６ との間の光路中にλ／４
板２４２ を配置すると、ビームｂ７０の偏光方向は９
０°回転するので、このビームはビームスプリッタ２３
６ で反射しビームｂ７２としてミラーＲ１０に入射す
る。ミラーＲ１０で反射しビームスプリッタ２３６ に
入射したビームｂ７２の偏光方向は、λ／４板２３７
を２回透過しているので９０°回転し、ビームスプリッ
タを透過して検光子２４０ を経てビームｂ′７２とし
て検出器２４１ に入射する。 【０１５２】ビームｂ２０の周波数ω２ の成分はビー
ムスプリッタ２３３ で反射しビームｂ７１としてビー
ムスプリッタ２３６ に入射し、このビームはλ／４板
２４２ によりその偏光方向が９０°回転しているので
、ビームスプリッタ２３６ で反射しビームｂ７３とし
てミラーＲ１０に入射する。このミラーで反射したビー
ムｂ７３の偏光方向はλ／４板２３８ により再び９０
°回転しているので、ビームスプリッタ２３０ により
反射しビーム ｂ′７３として検出器２４１ に入射
する。 【０１５３】ビームｂ′７３はミラーＲ１０に入射して
いないので、ミラーＲ１０の位置Ｐ１６及びＰ１７で２
回反射したビームｂ′７２の基準ビームとなる。従って
、検出器２４１ からの出力信号Ｓ２４１ は、紙面内
のミラーと直交する方向におけるミラーＲ１０の位置Ｐ
１６及びＰ１７における変位の平均値に関する情報を含
むことになる。 【０１５４】図２２に示すように、λ／２板２４２ を
省略した場合、ビームｂ７０はビームスプリッタ２３６
を透過して反射素子２３９ に入射し、ビームｂ７１
はビームスプリッタで反射しビームｂ７５としてミラー
Ｒ１０に入射する。２本のビームｂ′７４及びｂ′７５
は共にミラーＲ１０によりそれぞれ位置Ｐ１６及びＰ１
７で１回反射して検出器２４１ に入射する。従って、
検出器信号Ｓ′２４１ はミラーＲ１０紙面と直交する
軸まわりの傾きに関する情報を含むことになる。 【０１５５】図２３は図２１及び図２２に示すシステム
を１個の干渉計ユニットに結合した原理構成を示す。図
２３の干渉計ユニットは図２２の構成素子を図面の下側
及び上側に具え、これら構成素子によりミラーＲ１０の
紙面内のこのミラーと直交する軸まわりの傾きを決定す
ることができる。図２３の干渉計ユニットは１点破線で
囲んだ領域に付加的な部材を具え、この領域にはビーム
ｂ７０及びｂ７１の一部を分割する偏光ニュートラルビ
ームスプリッタ２４３ が存在する。ビームスプリッタ
２４３ により分割されたビーム部分はビームｂ７２及
びｂ７３としてこの光学系を通過する。尚、この光学系
の素子 ２４２， ２４４， ２４５， ２４６， ２
４７， ２４８ 及び２４９ は図２１の素子２４２，
２３６，２３７， ２４０， ２４１， ２３８及び
２３９ と同一の機能を有している。検出器２４７ か
らの出力信号は、図２１の検出器信号２４１ と同様に
、位置Ｐ１６及びＰ１８で平均化された紙面内でミラー
Ｒ１０と直交する方向の変位に関する情報を含んでいる
。 【０１５６】図２３の干渉計ユニットは図９の干渉計ユ
ニット１５０ としても用いることができ、或は特別な
測定軸を用いる場合図９の干渉計ユニットとして用いる
ことができる。この特別な測定軸は、図１９及び図２０
に基いて説明したと同様に、ビームｂ７０及びｂ７１の
放射の一部を図２３の紙面と直交する方向に分割すると
共に図２３の１点鎖線で囲んだ領域内のサブシステムと
同様なサブシステムを分割されたビームの光路中に配置
することにより得ることができる。 【０１５７】図２４は、図２１， ２２及び２３の干渉
計ユニットと同一の原理に基く干渉計ユニットの変形例
を示す。本例では、偏光感知分離層２５１ 、偏光ユニ
ット分離層２５２ 及びλ／２板２５３ を有する１個
のビームスプリッタ２５０ を用いる。図２３の干渉計
ユニットと同一の測定を行なうためには３個のλ／４板
２５４， ２５５及び２５８ 並びに１個の基準ミラー
２５９ だけが必要である。 【０１５８】周波数ω１ のビーム成分は第１の測定ビ
ームとして偏光分離層２５１ を透過して測定されるべ
きミラーＲ１０に入射する。このビーム成分は位置Ｐ１
９で反射する。このビームはキャァッアイ光学系２５６
， ２５７を経て分離層２５２ に入射し、ビームの一
部がこの層によって反射し分離層２５１ に入射する。 このビームは分離層２５１ を透過して第２の測定ビー
ムｂ８２としてミラーＲ１０に入射する。ミラーの位置
Ｐ２０で反射したビームは分離層２５１ で反射し第１
の検光子２６０ 及び第１の検出器２６１に入射する。 周波数ω２ のビーム成分は層２５１ によりビームｂ
８１として反射して層２５２ に入射する。この層によ
ってビームｂ８１の一部が反射して分離層２５１ に入
射し、この分離層によってビームｂ８３として基準ミラ
ー２５９ に入射する。基準ミラーで反射したビームは
ビームｂ′８３として第１の検出器２６１ に入射する
。ビームｂ′８３はミラーＲ１０に入射せず、ビームｂ
′８２はミラーＲ１０の位置Ｐ１９及びＰ２０で反射す
る。従って、検出器２６１ の出力信号Ｓ２６１ はミ
ラーＲ１０の紙面内でミラーと直交する方向の位置Ｐ１
９及びＰ２０で平均化された変位に関する情報を含む。 【０１５９】偏光ニュートラル層２５２ を透過したビ
ームｂ８０及びｂ８１のビーム部分の偏光方向はλ／２
板２５３ によって９０°回転しているので、ビームｂ
８１の透過ビーム成分は分離層２５１ を透過して第３
の測定ビームｂ８４としてミラーＲ１０入射し、位置Ｐ
２１で反射し、分離層２５１ で反射してビームｂ′８
４として第２の検光子２６２ 及び検出器２６３ に入
射する。ビームｂ８０の層２５２ を透過したビーム成
分は、λ／２板２５３ で反射した後分離層２５１ で
反射してビームｂ８５として基準ミラー２５９ に入射
し、このミラーで反射してからビームｂ′８５として第
２の検出器２６３ に入射する。ビームｂ′８４及びｂ
′８５は共に位置Ｐ２１及びＰ１９でそれぞれ１回反射
しているので、出力信号Ｓ２６３ はミラーＲ１０の紙
面を直交する軸まわりの傾きに関する情報を含んでいる
。 【０１６０】上述した説明を明瞭に及び完全なものとす
るため、投影装置及びこの投影装置の基板テーブルの実
施例の斜視図を図２５及び図２６にそれぞれ示す。図２
５において、符号ＬＡは放射源を示し、この放射源から
のビームＰＢ（主光線により図示した）によりミラーＲ
Ｅ１ 及びＲＥを経てマスクＭＡを照明する。符号ＢＥ
はビームを拡大すると共に均一化する光学系を示す。マ
スクはマスクマニュプレータすなわちマスクテーブルＭ
Ｔにより支持する。符号ＰＬは投影レンズ系を図示し、
この投影レンズ系によりマスク中のマスクパターンを基
板Ｗのサブ領域に結像する。基板ＷはミラーＲ１ 及び
Ｒ２ により図示したミラーブロックと一体化した基板
支持部材ＷＣによって支持する。基板支持部材は基板テ
ーブルの構成部品であり、Ｚ方向と直交するＸ方向並び
にＺ方向及びＸ方向と直交するＹ方向に平行にステップ
状に変位することができるので、半導体基板は多数の異
なる照明位置で照明されることができる。 【０１６１】投影レンズ系はその下側においてマウント
部材３０１ に固定され、マウント部材は投影装置のマ
シンフレーム３００ の一部をなす。このマウント部材
はＺ軸と直交する方向に延在する三角形のプレートであ
る。このプレートは３個のコーナ部３０２ を有し、各
コーナ部はそれぞれプレートスタンド３０３ 上に位置
する。尚、図２５では、２個のコーナ部及び２個のフレ
ームスタンドだけを示す。フレームスタンドはマシンフ
レーム３００ のベース部材３０４ 上に配置され、ベ
ース部材は平坦な床面上に調整部材３０５ を介して配
置する。 【０１６２】図２６に示すように、一体化された基板支
持部材及びミラーブロックユニットＷＣは、矩形の花コ
ウ岩の形態をした支持部材３０６ の上面３０７ に沿
うガスベアリングが設けられているエアベースＡＢによ
って案内する。基板支持部材は位置決め装置により上面
３０７ に沿って変位することができ、位置決め装置は
上述したように米国特許第４６６５５９４ 号から既知
のＨ形態に配置したリニアモータ３０１， ３１１及び
３１２ を具える。図２６に示すように、リニアモータ
３１１ 及び３１２ はフレーム３１５ に固定され、
このフレームはそのコーナ付近において支持部材３０６
の上面に固定する。基板支持部材ＷＣはリニアモータ
３１０ によりＸ方向に平行に変位でき、リニアモータ
３１１ 及び３１２ によりＹ方向に変位でき、しかも
Ｚ方向に平行な回転軸を中心にして極めて限られた角度
範囲にわたって回転することができる。 【０１６３】図２５及び図２６に示すように、支持部材
３０６ 及び位置決めの装置はユニット３２０を構成し
、このユニットはマシンフレーム３００ の支持部材３
２１ 上に配置する。支持部材３２１ はＺ方向と直交
する方向に延在する三角形のプレートであり、このプレ
ートの主側部３２２ を図２５に図示する。このプレー
トの各主側部は２個のフレームスタンド３０３ 間に延
在する。支持部材３０６ は支持部材３２１ の上側部
３２３ に固定する。この支持部材３２１ はマウント
部材３０１ の下側面３３０ から薄いプレート状のス
チール製の吊り下げ素子により支持され、図２５におい
ては２個の吊り下げ素子３２５ 及び３２７ だけを図
示する。全ての吊り下げ素子はＺ方向と平行な垂直面に
沿って延在するプレートで構成され、これら垂直プレー
トは互いに６０°の角度を以て配置する。 【０１６４】上述した実施例では、基板が局部的に水平
化されると共に傾き測定信号を用いて他の干渉計信号が
補正されるマスクパターンを基板上に繰り返し結像する
投影装置に用いられる新規な方法及び装置について説明
した。同様なことは別の装置、例えばＩＣパターンのよ
うなパターンを製造する装置にも適用され、これらの装
置はレーザビームや電子ビームで作動するので、本発明
による方法及び装置はこれらの装置にも用いることがで
きる。 【０１６５】さらに、上述した装置特に干渉計システム
は、局部的な水平化することなく位置決めを行なうと共
に傾き測定信号を用いてアクチュエータ系により傾きを
除去する装置に用いることができる。このような装置は
レーザビーム又は電子ビームで作動するパターン発生装
置とすることができ、さらにＸ線放射で作動するＩＣ投
影装置或は例えばマスク測定に用いられる高精度なＸ−
Ｙ位置測定装置にも適用することができる。
【図１】図１はマスクパターンを基板上に繰り返し結像
する装置の実施例を示す線図である。
する装置の実施例を示す線図である。
【図２】図２は２次元格子の形態をした整列マークの既
知の実施例を示す線図である。
知の実施例を示す線図である。
【図３】図３は２個の整列装置を用いた装置の構成を示
す線図的斜視図である。
す線図的斜視図である。
【図４】図４は整列装置の実施例を示す線図である。
【図５】図５は既知の３軸干渉計システムの構成を示す
線図である。
線図である。
【図６】図６は１軸干渉計システムの原理を示す線図で
ある。
ある。
【図７】図７は基板支持部材と斜めに配置したミラーを
有するミラーブロックとを一体化した構造を示す線図で
ある。
有するミラーブロックとを一体化した構造を示す線図で
ある。
【図８】図８は既知の装置で生ずるアッベ誤差を示す線
図である。
図である。
【図９】図９は本発明による６軸干渉計システムの構成
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図１０】図１０はＸ−Ｙ面で切った本発明による３軸
干渉計ユニットの第１実施例の一部を示す線図である。
干渉計ユニットの第１実施例の一部を示す線図である。
【図１１】図１１は同じく第１実施例の他の部分を示す
線図である。
線図である。
【図１２】図１２は第１実施例の反射光学系を示す斜視
図である。
図である。
【図１３】図１３は測定ビームが基板支持部材に入射す
る位置及び測定軸がミラーと交差する位置を示す線図で
ある。
る位置及び測定軸がミラーと交差する位置を示す線図で
ある。
【図１４】図１４は３軸干渉計ユニットの第２実施例を
示す線図である。
示す線図である。
【図１５】図１５はＸ−Ｙ面で切って示す本発明による
２軸干渉計ユニットの実施例の一部を示す線図である。
２軸干渉計ユニットの実施例の一部を示す線図である。
【図１６】図１６は同じく２軸干渉計ユニットの実施例
の他の部分を示す線図である。
の他の部分を示す線図である。
【図１７】図１７は干渉計シスムの５個の測定軸が基板
支持ミラーブロックの２個のミラーと交差する位置を示
す斜視図である。
支持ミラーブロックの２個のミラーと交差する位置を示
す斜視図である。
【図１８】図１８は干渉計ビームが伝播する空間を調整
する空気流を有する投影装置の一部を示す線図である。
する空気流を有する投影装置の一部を示す線図である。
【図１９】図１９はＸ−Ｙ面で切って示す本発明による
３軸干渉計ユニットの第２実施例の一部分を示す線図で
ある。
３軸干渉計ユニットの第２実施例の一部分を示す線図で
ある。
【図２０】図２０は同じく第２実施例の他の部分を示す
線図である。
線図である。
【図２１】図２１は２軸干渉計ユニットの第３実施例の
一部を示す線図である。
一部を示す線図である。
【図２２】図２２は同じく第３実施例の一部を示す線図
である。
である。
【図２３】図２３は同じく第３実施例の一部を示す線図
である。
である。
【図２４】図２４は２軸干渉計ユニットの第４実施例を
示す線図である。
示す線図である。
【図２５】図２５は本発明による投影装置の実施例を示
す線図である。
す線図である。
【図２６】図２６は図２５に示す投影装置用の基板テー
ブルを示す斜視図である。
ブルを示す斜視図である。
ＬＡ 放射源
ＬＳ レンズ系
ＲＥ ミラー
ＷＴ 基板テーブル
ＰＬ 投影レンズ系
ＭＡ マスク
Ｍ マスクマーク
Ｐ 基板マーク
ＡＳ 整列装置
Ｗ 基板
１ 放射源
２，１４ ビームスプリッタ
３ λ／４板
１１ プリズム
１２ 反射プリズム
１３ 検出器
Claims (17)
- 【請求項１】 投影レンズ系を介してマスクプレート
のマスクパターンを基板支持部材上に配置した基板上の
領域の異なるサブ領域上に繰り返し結像する方法であっ
て、マスクプレートのマスクパターンの外側に位置する
２個のマスク整列マークと基板の前記領域の外側に位置
する少なくとも２個の基板整列マークとを用いてマスク
パターンと基板とを互いに高精度に位置決めするに際し
、前記投影レンズ系を介してマスク整列マーク及び基板
整列マークを相互に結像させ、整列マークの像とこの像
が形成される整列マークとの間の一致の程度を観測し、
前記マスクパターン及び基板を３軸座標系の第１（Ｘ）
の軸及び第２（Ｙ）の軸に沿って相対的に変位させると
共に、必要に応じて前記座標系の第３（Ｚ）の軸を中心
にして回転させる結像方法において、前記基板の各サブ
領域を、別の整列を用いることなくマスクパターンに対
して位置決めし、前記基板だけを前記Ｘ軸及びＹ軸の少
なくとも一方の軸に沿って高精度に変位させることによ
り、基板のＸ軸及びＹ軸の変位並びにＺ軸を中心とする
回転だけでなくＸ軸及びＹ軸まわりの固定基準軸に対す
る傾きも測定し、全ての測定結果を用いて前記サブ領域
のＸ−Ｙ面内における最終位置決めを行うことを特徴と
する結像方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、複合
５軸干渉計システムを用いて前記基板の変位、回転及び
傾きを測定することを特徴とする方法。 - 【請求項３】 各基板サブ領域について局部的水平化
を行う請求項１又は２に記載の方法において、前記傾き
測定の結果を用いて変位測定の結果を補正することを特
徴とする方法。 - 【請求項４】 請求項１又は２に記載の方法において
、前記傾き測定の結果を用いて基板を水平にすることを
特徴とする方法。 - 【請求項５】 物体テーブルと、物体用のＸ−Ｙ−φ
Ｚ 駆動装置と、３ 軸座標系のＸ軸及びＹ軸に沿う変
位並びにＺ軸を中心とする回転φＺ を測定する干渉計
システムとを具える物体を高精度に変位させ及び位置決
めする装置において、前記干渉計システムが、前記物体
のＸ軸及びＹ軸まわりの傾き測定用の５個の測定軸を有
し、干渉計ミラーを物体を、固定状態に支持する物体テ
ーブルに結合されている物体支持部材の反射性側面で構
成したことを特徴とする物体を高精度に変位させ及び位
置決めする装置。 - 【請求項６】 物体を局部的に水平化する機能を有す
る装置に用いられる請求項５に記載の装置おいて、前記
干渉計の測定ミラーが最大でも物体が配置されるべき物
体支持部材の表面まで延在し、全ての干渉計信号をＸ−
Ｙ−φｚ 駆動用の制御信号に変換する干渉計信号処理
ユニットを設けたことを特徴とする装置。 - 【請求項７】 請求項５に記載の装置において、前記
干渉計信号をＸ−Ｙ−φｚ 駆動用の制御信号及び物体
の傾きを除去するアクチュエータ用の制御信号に変換す
る干渉計信号処理ユニットを設けたことを特徴とする装
置。 - 【請求項８】 請求項５，６又は７に記載の装置にお
いて、前記干渉計システムが、測定ビームが静止してい
る反射素子と共働する６番目の基準軸を有することを特
徴とする装置。 - 【請求項９】 請求項５，６，７又は８に記載の装置
において、前記干渉計ビームが通過する空間の上方に、
一定の屈折率を有する空気流を供給する空気シャワを設
けたことを特徴とする装置。 - 【請求項１０】 請求項５，６，７，８又は９に記載
の装置において、各測定軸の測定ビームの光路中にレト
ロリフレクタを配置し、前記物体支持部材のミラーによ
り第１の反射をさせた後、前記レトロリフレクタにより
前記測定ビームを前記ミラーに再度入射させ、このミラ
ーで第２の反射をさせるように構成したことを特徴とす
る装置。 - 【請求項１１】 請求項５，６，７，８，９又は１０
に記載の装置において、前記干渉計システムが第１及び
第２の干渉計ユニットを有し、第１の干渉計ユニットが
３個の測定軸に沿って測定を行う測定ビームを発生し、
第２の干渉計ユニットが２個の測定軸に沿って測定を行
う測定ビームを発生することを特徴とする装置。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載の装置において、
基準軸用の測定ビームが前記第２の干渉計ユニットから
出射することを特徴とする装置。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載の装置において、
前記基準軸用の基準ミラーを第２の干渉計ユニットに固
着したことを特徴とする装置。 - 【請求項１４】 請求項１１， １２又は１３に記載
の装置において、前記２個の干渉計ユニットが共通の放
射源を有することを特徴とする装置。 - 【請求項１５】 請求項５から１４までのいずれか１
項に記載の装置において、前記放射源が、互いに異なる
周波数で相互に直交する偏光方向を有する２個のビーム
成分を発生させることを特徴とする装置。 - 【請求項１６】 マスクホルダと、基板支持部材を有
する基板テーブルと、前記マスクホルダと基板テーブル
との間に配置した投影レンズ系と、前記基板をマスクパ
ターンに対して全体的に整列させる整列装置と、前記基
板を局部的に水平にする水平化装置と、基板用の変位兼
位置決め装置とを具えるマスクパターンを基板上に繰り
返し結像させる装置において、前記変位兼位置決め装置
が、第１のモードで順次駆動され得る請求項５，６，８
，９，１０， １１， １２， １３， １４又は１５
のいずれか１項に記載の装置とし、第１のモードにおい
て、前記整列装置及び干渉計測定信号により基板をマス
クパターンに対して全体的に位置決めし、第２のモード
において前記干渉計測定信号だけによって前記基板のサ
ブ領域をマスクパターンに対して位置決めすることを特
徴とするマスクパターンを基板上に結像させる方法。 - 【請求項１７】 マスクホルダと、基板支持部材と、
これらマスクホルダと基板支持部材との間に配置した投
影レンズ系と、基板をマスクパターンに対して全体的に
整列させる整列装置と、焦点装置と、基板用の変位兼位
置決め装置とを具えるマスクパターンを基板上に繰り返
し結像させる装置において、前記変位兼位置決め装置を
、請求項８から１５までのいずれか１項に記載の装置と
し、基準軸と関連する検出器からの出力信号を電子的信
号処理装置に供給し、この信号処理装置から、投影ビー
ムの波長 投影レンズホルダ内の圧力 投影レンズ系のレンズ間の相互距離 投影レンズホルダの１又はそれ以上の区画室内の媒体の
組成 投影レンズホルダ内の温度 整列装置の零調整 焦点装置の零調整 投影レンズ系の倍率 の１個又はそれ以上のパラメータを補正する制御信号を
発生させることを特徴とするマスクパターンを基板上に
繰り返し結像させる装置。
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