JPH06188172A - 結像装置 - Google Patents

結像装置

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JPH06188172A
JPH06188172A JP4050066A JP5006692A JPH06188172A JP H06188172 A JPH06188172 A JP H06188172A JP 4050066 A JP4050066 A JP 4050066A JP 5006692 A JP5006692 A JP 5006692A JP H06188172 A JPH06188172 A JP H06188172A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の装置よりも一層正確且つ信頼性を有
し、基板表面の局部的な傾斜を検出し得る焦点検出装置
を提供せんとするものである。 【構成】 結像装置は結像系（ＰＬ）と、結像系の像面
および結像を行う第２面（ＷＳ）とを具える。焦点誤差
検出装置には広い波長帯域を有するビーム（ｂf）を供
給する放射線源（Ｓ）と、対物格子（Ｇ1 ）と、第２面
を経て互いに結像する像格子（Ｇ2 ）とを設ける。焦点
検出装置では結像系の外側面（ＲＰ）により反射される
基準ビーム（ｂr ）を前記広帯域ビームおよび格子と組
合せてまたは組合せないで用いることができる。多数の
かかる焦点検出装置を用いることによって像面に対する
第２面（ＷＳ）の位置を検出する傾斜検出装置を得るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は結像系と、その像面およ
び結像を行うべき第２面間の変位を測定する光電子焦点
検出系とを具え、この焦点検出系には、焦点検出ビーム
を供給する放射線源、前記第２面の前記放射線源と同一
側に配列された放射線感応検出器、焦点検出ビームの傾
斜方向を変化する面および前記第２面により反射された
ビームの傾斜方向を変化する面に対し僅かな角度で第２
面に焦点検出ビームを指向するとともに前記反射ビーム
を前記検出器に指向する光学素子を設けるようにした結
像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の結像装置は例えば米国特許第
４，８６６，２６２号明細書から既知である。この米国
特許明細書に記載された結像装置は通常“ウエファステ
ッパ”と称される装置、即ち、基板、例えばシリコン基
板に光学的放射線によりマスクパターンを繰り返し結像
する主としてＩＣと称される集積回路の製造に用いられ
る機器の１部分とすることができる。この際マスクパタ
ーンは投射レンズ系により基板の第１サブ区域、即ち、
視野に結像し、次いで基板を正確に規定された距離動か
し、その後第２基板視野にマスクパターンを結像し、そ
の後基板を再び動かし、これをマスクパターンが全部の
基板視野に結像されるまで繰返す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】結像すべきディテール
の適合性のため、投射レンズ系はその開口数を大きくす
る必要がある。しかし、かかるレンズ系は焦点深度が小
さいため、投射レンズ系の像面および基板表面間の変位
を正確に測定し、できれば補正する必要がある。また、
他の問題は基板表面を、この基板の全体または厚さ変化
としての基板の傾斜のために、傾斜して配列する必要が
ある点である。さらに基板表面には局部的に凹凸があ
る。従って各基板視野に対し焦点検出を行う必要があ
る。
【０００４】前記米国特許第４，８６６，２６２号明細
書では焦点検出を、基板表面にその第１放射線スポット
を形成する箇所の法線に対し例えば８０°の大きな角度
で入射するレーザビームによって行う。この基板表面に
よって２つの検出セルを具える放射線感応検出器に向け
てビームを反射して検出器の面に第２放射線スポットを
形成し、このスポットを第１放射線スポットの像とす
る。基板表面が投射レンズ系の像面と一致する場合には
第２放射線スポットを検出器セルに対し対称に配置して
検出器セルの出力信号が零値となるようにする。基板表
面が投射レンズ系の像面と一致しない場合には第２放射
線スポットは検出器セルに対し対称に配置されず、上述
した差信号は零値にはならなくなる。基板表面および投
射レンズ系の像面間の変位の大きさおよび方向はこの差
信号の振幅および符号から取出すことができる。
【０００５】本発明の目的は従来の装置よりも一層正確
且つ信頼性を有し、基板表面の局部的な傾斜を検出し得
る焦点検出装置を提供せんとするにある。
【０００６】本発明はそれ自体既に新規であり、焦点検
出を著しく改善し、しかもこれらを組合せる場合に新規
な焦点検出装置および局部傾斜検出装置を提供すること
をその目的とする。
【０００７】種々のクラスで実施される本発明の種々の
観点を解決すべき問題につき説明する。
【０００８】第１の観点は焦点検出ビームに関連する。
米国特許第４，８６６，２６２号明細書に記載されてい
る既知の焦点検出装置ではこのビームを単色レーザビー
ムとし、その波長を適宜定めてビームが露出すべき基板
表面に影響を与えないようにする。しかし、この基板は
焦点検出ビームを浸透して再びほぼ反射し得るような可
変数の層を有する。基板層パケットにより発生する干渉
のため、焦点検出ビームに変動が生じ、この変動は基板
表面および投影レンズ系の像視野間の距離に無関係とな
り、従って誤った焦点検出信号が得られるようになる。
焦点検出ビームを距離表面にかすめて通過させ、即ち、
この表面に僅かな角度で焦点検出ビームを入射させるこ
とにより距離表面の反射が比較的大きく、且つ焦点検出
ビームに及ぼす基板層パケットの影響が比較的小さくな
る場合でも、焦点検出ビームに及ぼす基板層パケットの
残りの影響も今日必要とする焦点検出精度を大きくする
重要な役割を呈する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この影響を減少するため
に、本発明の第１観点に従う結像装置の第１クラスにお
いて、本発明は、結像系と、その像面および結像を行う
べき第２面間の変位を測定する光電子焦点検出系とを具
え、この焦点検出系には、焦点検出ビームを供給する放
射線源、前記第２面の前記放射線源と同一側に配列され
た放射線感応検出器、焦点検出ビームの傾斜方向を変化
する面および前記第２面により反射されたビームの傾斜
方向を変化する面に対し僅かな角度で第２面に焦点検出
ビームを指向するとともに前記反射ビームを前記検出器
に指向する光学素子を設けるようにした結像装置におい
て、前記焦点検出ビームが広い波長帯を有するとともに
第１および第２格子を設け、第１格子を前記放射線源お
よび前記第２面間の放射線経路に配列し、第２格子を前
記第２面および前記検出器間に配列するようにしたこと
を特徴とする。
【００１０】焦点検出ビームの放射線は広いスペクトル
を有し、且つ干渉現象は各波長に対し異なるため、およ
び干渉は全ビームに対して平均化されるため、焦点検出
ビームは基板層パケットによってはもはや影響を受けな
くなる。広いスペクトルを有する放射線を用いて基板上
に形成し得る最小放射線スポットの寸法は、単色放射線
を用いる場合この寸法よりも大きくなるとともに焦点検
出装置の感度または解像度はこの寸法に比例するため、
何らかの他の手段を講じない場合には解像度が減少す
る。本発明によっても、２つの格子を用いてこれを防止
しこれら格子のうちの１つの他の格子に基板の反射を経
て結像する。これがため格子変位系を用い、その感度を
格子の周期に比例させ、これにより極めて精密な測定を
実施することができる。
【００１１】米国特許第４，６５０，９８３号明細書に
は格子像上の格子を用いるＩＣ投影装置の焦点検出装置
の１例が記載されている。しかし、この装置は各々が焦
点情報を個別に供給する２つの独立した作動部分を有す
る。即ち、第１部分は投影レンズ系の外側に延在し基板
表面に傾斜して入射し広い帯域ビームと称されないビー
ムで作動し、任意の格子を具えない。焦点検出装置の第
２部分はテレビジョンカメラおよびテレビジョンモニタ
を経て焦点の状態を種々に観察するために用いるととも
にマスク格子マークを経て投影レンズ装置に入射するビ
ームにより作動する。このマスク格子マークは基板表面
上に結像し次いで基板表面の反射を経てそれ自体に再結
像する。このビームは基板にマスクパターンを投影する
ために用いるビームと同一の波長を有し、従って、基板
表面には何らの変化も生じないため、強度を低くして焦
点誤差検出の質が悪影響を受けるようになる。
【００１２】第１クラスの好適な例では前記検出器に受
光する前記第１格子および第２格子の像を相互に周期的
に移動させる手段を設けるようにする。従って検出器の
信号は新たな周期信号となり、ダイナミック且つ一層信
頼性のある焦点誤差信号を得ることができる。
【００１３】周期的な移動は基板の高さを周期的に動か
すことによって、または格子の１つ或は他の光学素子を
周期的に動かすことによって達成することができる。し
かし、本発明装置の第１クラスの例では、周期的な電気
信号によって制御される光学素子を前記焦点検出ビーム
の経路に配列し、この光学素子の光学特性が前記電気信
号の影響の下で周期的に変化し得るようにするのが好適
である。
【００１４】従ってダイナミック焦点誤差信号を得るた
めに余分の機械的な動きを必要としない。
【００１５】米国特許第４，６１４，８６４号明細書に
は第２の補助パターンにパターンの投影レンズ系を経て
および基板上の反射により形成された像が振動してダイ
ナミック焦点誤差信号を得るようにしたＩＣ投影装置の
焦点検出装置が記載されている。この装置では焦点検出
ビームは投影レンズ系を通過し、基板に垂直に入射す
る。しかし、第１および第２パターンは個別の格子では
なく、マスクパターンおよびこれに相補をなすパターン
である。
【００１６】本発明装置の第１クラスの好適な例では、
焦点検出ビームを、第２格子の面に第１格子の像を形成
する２つのサブビームに分割する偏光感応素子を第２格
子の前方に配列し、前記像を前記第２格子の格子周期の
１／２に等しい距離だけ相互にシフトし、前記第２格子
および前記検出器間に偏光ローテータを配列し、このロ
ーテータを前方にサブビームの偏光方向を周期的に変化
する周期信号によって制御し、前記偏光ローテータおよ
び前記検出器間に検光子を配列し、前記検出器の出力信
号を処理して焦点制御信号を形成する電子回路に前記周
期信号をも供給し得るようにする。
【００１７】この電子光学変調器の代わりに、磁気−光
学または音響−光学変調器のような他の光学変調器を用
いることもできる。
【００１８】本発明装置の第１クラスの特定の例では、
前記第２面により１回反射された焦点検出ビームの経路
に逆反射体を配列し、この逆反射体によってこれに沿う
ビームを反射し、前記ビーム分割素子を前記第２面で２
回反射された焦点検出ビームの経路の前記第２面および
放射線源間に配列し、前記ビーム分割素子によって前記
第２格子およびその背後に配列した前記検出器に向かっ
て前記２回反射されたビームを結合して除去し得るよう
にする。
【００１９】第２面または基板の同一位置における焦点
検出ビームの２重反射のため、基板の反射の局部的な差
は焦点誤差信号に何ら影響は及ぼさず、さらに焦点検出
装置の感度は２倍となる。
【００２０】上記米国特許第４，８６６，２６２号明細
書から特に既知の結像装置では、第２面または基板表面
の高さの位置は、焦点検出装置の放射線源、検出器その
他の部品を固着する装着部分に対して決めるようにす
る。この装着部分を投影レンズ系の支持器に連結する。
この支持器を装着部分に対し移動させることにより、ま
たは光学素子を装着部分に移動させることにより焦点検
出ビームによって形成される放射線スポットが投影レン
ズ系の像視野に対し動き得るようにする。本発明の第２
観点は上記不安定性のために生じる誤りのある焦点誤差
信号を防止し得るようにした方法に関するものである。
【００２１】これに関連する像投影装置の第２クラスで
は、結像系と、その像面および結像を行うべき第２面間
の変位を測定する光電子焦点検出系とを具え、この焦点
検出系には、焦点検出ビームを供給する放射線源、前記
第２面の前記放射線源と同一側に配列された放射線感応
検出器、焦点検出ビームの傾斜方向を変化する面および
前記第２面により反射されたビームの傾斜方向を変化す
る面に対し僅かな角度で第２面に焦点検出ビームを指向
するとともに前記反射ビームを前記検出器に指向する光
学素子を設けるようにした結像装置において、前記第２
面に対向して配置された結像系に指向するとともにこの
面に対して僅かな角度で延在する基準ビームを設け、こ
の面により反射された基準ビームの経路に配列された第
２検出器並びに第１格子および第２格子を前記基準ビー
ムの経路に配列し、前記傾斜方向を指向し変化する前記
第１格子および第２格子間に配列された光学手段を２つ
のビームに対し共通とするようにしたことを特徴とす
る。
【００２２】２つの検出器の出力信号間の差を規定する
ことにより、レンズ面および第２面間の距離にのみ依存
する信号を得、この信号は検出装置の不安定性には影響
を受けない。その理由は焦点検出ビームおよび基準ビー
ムが検出装置の同一素子を通過するからである。
【００２３】ＳＰＩＥ、第１２６４巻、オプティカル／
レーザ マイクロリソグラフィIII（１９９０年）、第
２４４〜２５１頁の論文“チップ レベリング アンド
フォーカッシング ウイズ レーザ インターフェロ
メータ”には、基板により反射された焦点検出ビームに
基準ビームを加えるようにした局部焦点検出および基板
の傾斜を検出する装置が記載されている。しかし、基準
ビームは投影レンズ系の表面により反射されないため、
これはこのレンズ表面および測定すべき基板間の距離で
はない。
【００２４】本発明装置の第２クラスの例では、関連す
るビームに対し前記検出器が受光する第１格子および第
２格子の像を相互に周期的に移動する手段を焦点検出ビ
ームおよび前記基準ビームに対し設けるようにする。
【００２５】この場合にも第１クラスの例につき説明し
た所と同様の利点を再び得ることができる。かかる手段
は以下に示すようにして構成することができる。
【００２６】周期的電気信号により制御される光学素子
を焦点検出ビームおよび基準ビームの経路に配列し、こ
の光学素子の光学的特性が前記電気信号の影響の下で周
期的に変化し得るようにする。
【００２７】偏光感応素子を前記焦点検出ビームおよび
基準ビームの経路内で前記第２格子の前面に配列して各
焦点検出ビームおよび基準ビームを第２格子の面に第１
格子の像を形成する２つのサブビームに分割し、これら
像は第２格子の格子周期の１／２に等しい距離に亘って
互いに推移し、前記サブビームの偏光方向を周期的に変
化する偏光ローテータを第２格子および検出器間に配列
し、この偏光ローテータおよび前記検出器間に検光子を
配列し、且つ焦点誤り信号に前記検出器の出力信号を処
理する電子回路に周期信号をも供給し得るようにする。
【００２８】本発明装置の第２クラスの第１例では、前
記基準ビームを供給する個別の放射線源を設け、前記結
像系のそれぞれ第２面および前記面に前記ビームを指向
する第１ビーム偏光素子を前記焦点検出ビームおよび基
準ビームの経路の放射線源および第２面間に配列し、前
記焦点検出ビームおよび前記基準ビームの経路の前記第
２面および前記２つの検出器間に前記ビームをそれぞれ
第１および第２検出器に指向する第２ビーム偏光素子を
配列し得るようにする。
【００２９】かかる装置は偏向素子を用いることにより
コンパクトな形状とすることができる。
【００３０】本発明装置の第２クラスの第２例では、前
記基準ビームを供給する個別の放射線源を設け、且つ焦
点検出ビームおよび基準ビームの経路の前記放射線源お
よび第２面間にビーム検出素子を配列し、更に前記第２
面により１回反射された焦点検出ビームの経路および前
記結像系の面により１回反射された前記基準ビームの経
路に逆反射体を配列し、焦点検出ビームを第１検出器に
向かって結合する第１ビーム分離素子を前記第２面によ
り２回反射されたビームの経路に配列し、前記基準ビー
ムを第２検出器に向けて結合する第２ビーム分離素子を
前記結像系の面により２回反射されたビームの経路に配
列し得るようにする。
【００３１】第２面および結像装置の面への２重反射の
ため、焦点検出精度は第２面および結像装置の面の局部
反射差とは無関係に２倍となる。
【００３２】或は又、ただ１つの放射線源のみを設ける
ことができる。
【００３３】本発明装置の第２クラスの第３例では、前
記ビームを第１偏光方向を有する焦点検出ビームおよび
第２偏光方向を有する基準ビームに分割するとともにこ
れらビームを前記第２面および結像系の面にそれぞれ指
向する第１複屈折素子を前記放射線源により供給される
ビームの経路に配列し、これら２つのビームを互いの方
向に偏光するとともにこれらビームを第１検出器および
第２検出器にそれぞれ指向する第２複屈折素子を前記第
２面および前記結像系の面により反射されるビームの経
路に配列し得るようにする。
【００３４】２つの複屈折素子を用いるため、ただ１つ
の放射線源を用いるだけで充分であり、さらに装置をコ
ンパクトな形状とすることができる。
【００３５】本発明装置の第２クラスの第４例では、前
記第２面により反射された焦点検出ビームの経路に合成
反射体を配列し、前記基準ビームは前記反射体により反
射され、且つ前記結像系の面に指向された焦点検出ビー
ムの経路に配列し、前記第１検出器および前記第２検出
器を１つの検出器に組合せるようにする。
【００３６】この検出器に入射するビームは第２面に接
触するとともに外側のレンズ面にも接触するため、この
ビームはこれら面間の相互距離に関する情報を具える。
前述した例に於けるように電子回折の代わりに、光学的
回折を行うことができる。さらに、２重機能ビームが伝
搬する媒体の管状による屈折率の差は測定信号に何らの
影響も与えない。
【００３７】本発明の第４例では、前記第１のビームを
前記第２面に向かって偏向するとともに前記第２のビー
ムを前記検出器に向かって偏向するビーム偏向素子を前
記放射線源により供給されるビームおよび前記結像系の
面により反射されたビームの共通経路に配列し得るよう
にする。
【００３８】かかる装置はビーム偏向素子を用いること
によりコンパクトな形状とすることができる。
【００３９】本発明装置の第２クラスの第５例では、前
記放射線源により供給されるビームの経路に第１複屈折
素子を配列し、この複屈折素子は前記ビームを前記第２
面に向かう焦点検出ビームとして通過させ、且つ前記結
像系の面により反射されたビームの経路に第２複屈折素
子を配列し、この複屈折素子は前記ビームを結像系の面
に向けて基準ビームとして偏向し、前記第１複屈折素子
によって前記結像系の面により反射されたビームを前記
放射線源により供給されるビームの方向に偏向し得るよ
うにする。
【００４０】実施例の第１クラスの特徴を第２クラスの
特徴に組合せることにより極めて興味のある本発明によ
る焦点検出装置を得ることができる。
【００４１】実施例の第２クラスに基づくかかる装置で
は、前記焦点検出ビームの波長帯域を広波長帯域とし、
前記焦点検出ビームおよび基準ビームの放射線ビーム経
路の関連するビームを供給する放射線源およびこのビー
ムを１回反射する面間に第１格子を配列し、前記関連す
るビームの検出器および前記ビームを検出器に向けて反
射する面間に第２格子を配列し得るようにする。
【００４２】余分の素子として複数の格子を種々の箇所
に有する第２クラスの第５例と同様のかかる装置の種々
の例では、前記放射線源によって広波長帯域のビームを
供給し、この放射線源および前記第１偏光素子間に第１
格子を配列し、前記第２偏光素子および前記検出器間に
第２格子を配列し得るようにする。
【００４３】前記焦点検出ビームの波長帯域を広波長帯
域とし、前記放射線源および前記第１偏光素子間に第１
格子を配列し、前記反射焦点検出ビームの放射線ビーム
経路の前記ビーム偏向素子および前記第１検出器間に第
２格子を配列し、前記反射基準ビームの放射線ビーム経
路の前記ビーム偏向素子および第２検出器間に第３格子
を配列し得るようにする。
【００４４】前記放射線源によって広波長帯域のビーム
を供給し、前記放射線源および前記第１複屈折素子間に
第１格子を設け、前記第２複屈折素子および前記検出器
間に第２格子を設けるようにする。
【００４５】前記放射線源によって広波長帯域のビーム
を供給し、前記ビームの放射線ビーム経路の前記放射線
源および前面に第２面間に第１格子を配列し、前記結像
系の面および前記検出器間に第２格子を配列し得るよう
にする。
【００４６】前記放射線源によって広波長帯域のビーム
を供給し、前記ビームの放射線ビーム経路の前記放射線
源および前記第１複屈折素子間に第１格子を設け、前記
第１複屈折素子および前記検出器間に第２格子を設ける
ようにする。
【００４７】本発明結像装置の好適な例では、焦点誤差
とは無関係に前記第２面に形成される放射線スポットを
変位して発生した焦点誤差信号の零値を変化させる可調
整光学素子を前記焦点検出ビームの放射線ビーム経路の
第２面の前方に配列し得るようにする。
【００４８】例えば傾斜可能な面−平行面または可動補
助レンズとし得る可調整素子によって空気圧のような周
囲パラメータの変動から生じる結像装置の像面の変位を
補償することができる。さらに結像装置のオペレータは
実験の結果に対し手動で焦点誤差信号の零点を設定する
ことができる。可調整素子を使用することは特に既知で
あり、前記米国特許第４，８６６，２６２号明細書に詳
細に記載されている。
【００４９】本発明の第３の観点は、結像レンズ装置の
像面に対し第２面の傾斜を検出する傾斜検出装置に関す
るものである。この場合には本発明の第１および第２の
観点を使用する。
【００５０】本発明の第１観点のみを用いる傾斜検出装
置では、２つの相互に直交するＸおよびＹ軸に対する前
方に第２面の傾斜を決める第１および第２検出ユニット
を具え、各検出ユニットは放射線源、第１および第２格
子並びに検出器を具え、第１検出ユニットの光軸をＸＺ
面に位置させ、第２検出ユニットの光軸をＹＺ面に位置
させ、各検出ユニットにおいては、前記格子からのビー
ムを平行ビームに変換する第１レンズ系を前記第１格子
および前記第２面間に配列し、前記平行ビームを集束ビ
ームに変換する第２レンズ系を前記第２面および前記第
２格子間に配列し得るようにする。
【００５１】ビームを第２面の区域で並列ビームとする
ため、Ｚ軸に沿う第２面が変位すると、これに平行な反
射ビームも変位するようになる。これがため、第１格子
の像は第２格子に対して推移し、従って検出信号が変化
する。
【００５２】この傾斜検出装置では、各検出ユニットは
前記第２面に対向して位置する結像系の面に指向され第
２面に対しある角度で延在する基準ビームを形成する手
段と、前記結像系の面によって反射された基準ビームの
経路に配列された第２検出器とを具えるようにするのが
好適である。
【００５３】従って、結像装置の面の傾斜を測定するこ
とができる。基準ビームを形成する手段は実施例の第２
クラスにつき説明した所と同様に個別の放射線源または
ビーム分割器によって構成することができる。
【００５４】第２面に集束されたビームにより作動する
傾斜検出装置の第２の例では、焦点検出ビームと同様の
２つの余分の焦点検出ビームを供給する手段を設けて像
面の互いに直交するＸおよびＹ軸に対する前方に第２面
の傾斜を検出し、各焦点検出ビームは前記第２面の個別
の点に向けて少なくとも２つの点が異なる種々のＸ位置
をとり、少なくとも２つの点が異なる種々のＹ位置をと
るようにする。
【００５５】傾斜検出は第２面の種々の点で測定される
多数の正確な焦点検出装置を用いることにより極めて正
確に行うことができる。
【００５６】米国特許第４，５０４，１４４号明細書に
は、基板上の３点で焦点誤差検出を行い、且つ３つの測
定の結果を比較することにより基板の傾斜を測定するよ
うにして基板上にマスクパターンを繰り返し結像する投
影装置が記載されている。しかし、投影レンズ系を経る
ビームによって検出器に基板を介してマスクを結像する
既知の焦点検出自体は本発明による結像装置とは相違す
る。
【００５７】本発明装置のかかる例では、各々が２つの
焦点検出ビームを有する２つの個別の焦点検出ユニット
を具え、２つの焦点検出ユニットの検出信号は総合して
Ｘ軸およびＹ軸に対する前記第２面の傾斜に関する情報
を具えるようにする。
【００５８】従って、装置の測定点の数と装置の複雑性
とに関して好適な状態を得ることができる。
【００５９】広帯域焦点検出ビームと格子とを組合せて
用いる場合には焦点誤差を検出し得る範囲を格子の周期
によって規定し、この格子周期はできるだけ小さくして
焦点誤差を充分な精度で測定し得るようにするのが好適
である。
【００６０】上記範囲を増大する可能な第１例では、各
格子は異なる格子周期を有する２つのサブ格子に分割す
るのが好適である。
【００６１】サブ格子の格子周期は他のサブ格子の格子
周期の例えば１０％程度大きくする。ＩＥＥＥトランザ
クションズ オン エレクトロン デバイシス、第ＥＤ
−２６巻、第４号、１９７９年、第７２３−７２８頁の
論文“オートマティク アラインメント システム フ
ォー オプティカル プロジェクション プリンティン
グ”に記載されているように、２つの格子によって信号
を得、この信号の１周期を例えば単一格子により得られ
た信号の周期の例えば１０倍とする。
【００６２】テストおよび校正をも行い得る広い測定範
囲を呈する装置の第２例では、前記焦点検出ビームは広
帯域とするとともに前記格子を通過し、且つ余分の単色
焦点検出ビームを供給する追加の明るい放射線源を設け
て前記第２面に余分の放射線スポットを形成し得るよう
にする。この余分の放射線スポットは例えば他の放射線
スポット間にこれに対称に位置させるようにする。
【００６３】明るい余分のビームを発生する装置では、
前記結像系の面に余分の放射線スポットを形成する追加
の明るい放射線源を設け得るようにする。
【００６４】従って、結像系および第２面間の距離もこ
の余分のビームによって測定し、且つ単色ビームにより
発生する焦点誤差信号に与える不安定性の影響を最小と
することができる。
【００６５】結像レンズ系および第２面間の光学素子の
数を制限するためには、各検出ユニットにおいて格子間
の放射線ビーム経路の光学素子を焦点検出ビームおよび
基準ビームの全部に対して共通とする。
【００６６】焦点検出ビームおよび基準ビームの波長帯
域が広いため、これら素子は色収差に対し補正を行う必
要がある。これら素子に課する補正要求の回数を制限す
るために、焦点検出装置および傾斜検出装置では単色焦
点検出ビームおよび基準ビームの波長を他の焦点検出ビ
ームおよび基準ビームの波長帯域に位置させるようにす
る。
【００６７】４つの広帯域および１つの単色焦点検出ビ
ームおよび基準ビームを有する焦点および傾斜検出装置
は次に示すような多数の特性を呈する。
【００６８】焦点検出ユニット内に２つの集束ビームを
１つのビームによって形成し、その２部分を２つの異な
る格子部分に入射させるようにする。
【００６９】前記第１格子および第２格子の２つの格子
部分を第１格子板および第２格子板にそれぞれ配列し、
第１格子板には１つの単色ビーム用の第１アパーテュア
を設け、第２格子板には単色ビーム用の２つの第２アパ
ーテュアを設け、これら第２アパーテュアを前記第１ア
パーテュアに対し対称に配置し得るようにする。
【００７０】又、本発明は前述した結像装置を具える基
板にマスクパターンを繰返し結像する投射装置におい
て、結像レンズ系を光学投射レンズ系によって形成し、
このレンズ系により前記基板上にマスクパターンを投射
し、前記第２面は露出すべき基板層の表面によって形成
し、焦点検出系の信号を用いて前記基板と投射レンズ系
および／またはこのレンズ系の像面および前記面間の角
度との間の距離を設定することを特徴とする。
【００７１】
【実施例】図面につき本発明の実施例を説明する。図１
は基板にマスクパターンを繰返し結像する装置の１例の
光学素子を示す。この装置には主構成素子として結像す
べきマスクパターンＣを設けた投影列（台）と、基板を
マスクパターンＣに対し位置決めし得る可動基板テーブ
ルＷＴとを設ける。更にこの装置には例えばクリプトン
−フッ素化物エキシマレーザのような放射線源ＬＡ、レ
ンズ系ＬＳ、ミラーＲＥおよび集光レンズＣＯを具える
照明系を設ける。この投影ビームによってマスクＭＡに
存在するマスクパターンＣを照明し、このマスクをマス
クテーブルＭＴに配列する。
【００７２】マスクパターンＣを通過するビームＰＢは
投影列に配列された投影レンズ系ＰＬを横切りこれを線
図的に示し、この投影レンズ系によって基板Ｗにマスク
パターンＣの像を形成する。この投影レンズ系はその倍
率を例えばＭ＝１／５、開口数をＮＡ＝０．４８，回折
制限像視野の直径を２１．２ｍｍとする。基板は基板支
持体ＷＣにより保持し、この基板支持体によって線図的
にのみ示す基板テーブルＷＴの１部分を形成する。
【００７３】また、装置には複数の測定装置、即ち、Ｘ
Ｙ面で基板Ｗに対しマスクＭＡを整列する装置、基板支
持体、従って基板の位置および配向を決める干渉計系お
よび投影レンズ系ＰＬの焦点または基板Ｗの表面間の変
位を決める焦点誤差検出装置を具える。これら測定装置
はサーボ系の部分とし、このサーボ系は電子信号処理お
よび制御回路とドライバ、即ち、アクチュエータを具
え、これらドライバまたはアクチュエータによって基板
の位置および配向並びに集束を測定装置により供給され
た信号に対し補正し得るようにする。
【００７４】この整列装置は図１の上部右側隅部に示す
マスクＭＡに２つのマークＭ1 およびＭ2 を用いる。こ
れらマークは回折格子とするのが好適であるが、これら
マークを周囲から光学的に相違する正方形または細条の
ような他のマークによって形成することもできる。この
整列マークは２次元とするのが好適であり、即ち、これ
ら整列マークは互いに直交する２つの方向、図１のＸお
よびＹ方向に延在させるようにする。基板Ｗ例えばパタ
ーンＣを併置して数回結像する必要のある半導体基板に
は複数の整列マーク、好適には２次元回折格子を設け、
そのうちの２つの整列マークＰ1 およびＰ2 を図面に示
す。マークＰ1 およびＰ2 はパターンＣの像を形成する
必要のある基板Ｗの区域の外側に配置する。格子マーク
Ｐ1 およびＰ2 は位相格子とするとともに格子マークＭ
1 およびＭ2 は振幅格子とするのが好適である。
【００７５】図１は整列装置、即ち、２つの整列ビーム
ｂおよびｂ′を用いてそれぞれマスク整列マークＭ2 に
基板整列マークＰ2 を整列し、マスク整列マークＭ1 に
基板整列マークＰ1 を整列するようにした２重整列装置
の特定の例を示す。ビームｂは反射素子３０、例えばミ
ラーによってプリズム２６の反射表面２７に反射され
る。この表面２７によってビームｂを基板整列マークＰ
2 に反射し、この基板整列マークＰ2 は放射線の１部分
をビームｂ1 として関連するマスク整列マークＭ 2 に通
過させ、ここでマークＰ2 の像を形成する。反射素子１
１例えばプリズムをマークＭ2 上に配列し、このプリズ
ムによってマークＭ2 を通過した放射線を放射線感知検
出器１３に指向する。
【００７６】第２整列ビームｂ′はミラー３１により投
影レンズ系ＰＬの反射器２９に反射する。この反射器２
９によってビームｂ′をプリズム２６の第２反射表面２
８に通過させ、この表面によりビームｂ′を基板整列マ
ークＰ1 に指向させるようにする。このマークによって
ビームｂ′の放射線の１部分をビームｂ1 ′としてマス
ク整列マークＭ1 に反射し、ここでマークＰ1 の像を形
成する。マークＭ1 を通過するビームｂ1 ′の放射線は
反射器１１′によって放射線感知検出器１３′に指向す
る。
【００７７】検出器１３および１３′はマークＰ1 ，Ｐ
2 ，Ｍ1 およびＭ2 の格子区域の数に従って例えば４つ
の個別の放射線感知区域を有する合成フォトダイオード
とする。これら検出器の出力信号はそれぞれマークＭ1
およびＭ2 と基板マークＰ1およびＰ2 の像との一致の
目安とする。これら信号は電気的に処理するとともにこ
れを用いて駆動系（図示せず）により基板に対しマスク
を移動せしめ、マークＰ2 およびマークＰ1 の像がそれ
ぞれマークＭ2 およびＭ1 と一致し得るようにする。か
くして、自動整列装置を得ることができる。
【００７８】整列システムによる整列手順に関する詳細
は米国特許第４，７７８，２７５号明細書を参照された
い。
【００７９】上記米国特許第４，７７８，２７５号明細
書に記載されていない図１による整列装置の実施例は例
えば２４８ｎｍの短い波長の照明ビームおよび例えば６
３３ｎｍの長い波長の照明ビ用いる装置に特に好適であ
る。その理由は補正レンズ２５のために、整列中、投影
ビームＰＢの波長に対し設計された投影レンズ系によっ
て何らの焦点誤差または倍率誤差なく整列ビームにより
整列マークＰ1 ，Ｐ2およびＭ1 ，Ｍ2 を互いに結像す
るからである。
【００８０】基板テーブルＷＴのＸおよびＹ位置を正確
に決めるために、既知の投影装置は多重軸干渉計システ
ムを具える。米国特許第４，２５１，１６０号明細書に
は２軸システムが記載されており、米国特許第４，７３
７，２８３号明細書には３軸システムが記載されてい
る。図１にはかかる干渉計システムを構成素子５０，５
１，５２および５３により線図的に示し、図にはただ１
つの測定軸を示す。レーザの形状の放射線源５０によっ
て放出されたビームｂ4 はビーム分割器５１により測定
ビームｂ4,m および基準ビームｂ4,r に分割する。この
測定ビームは基板支持体ＷＣの反射側面に到達し、反射
された測定ビームはビーム分割器によって静止逆反射体
５２、例えば“コーナキューブ”により反射された基準
ビームと合成する。合成されたビームの強度は検出器５
３により測定し、基板支持体ＷＣの変位、この場合Ｘ方
向の変位はこの検出器の出力信号から取出すことがで
き、またこの支持体の瞬時位置を確立することもでき
る。
【００８１】図１に線図的に示すように、簡単のために
１つの信号Ｓ53で示される干渉計の信号および整列検出
装置の信号Ｓ13およびＳ13′を信号処理ユニットＳＰ
Ｕ、例えばマイクロコンピュータに供給し、これにより
前記信号を処理して基板支持体をその保持器ＷＨを経て
Ｘ−Ｙ面で移動するアクチュエータＡＣの信号ＳACを制
御し得るようにする。
【００８２】Ｘ−Ｙ干渉計システムを用いることによ
り、整列マークＰ1 およびＰ2 並びにＭ1 およびＭ2 間
の位置および相互距離を整列手順中静止干渉計システム
により規定された座標の系内に確立することができる。
【００８３】この場合にはオランダ国特許願第９１００
２１５号に記載されているような５つの測定軸を有する
干渉計システムを用いるのが好適である。かかるシステ
ムによればＸおよびＹ位置並びに基板のＺ軸を中心とす
る回転を測定することができるだけでなく、ＸおよびＹ
軸を中心とする基板の傾斜をも測定することができる。
この干渉計システムは測定軸に対し拡張して干渉計ビー
ムが伝搬する媒体の屈折率変化を補正し得るようにす
る。
【００８４】また、投影装置は図１に線図的に示す焦点
誤差検出システムＦＤＳを具え、これにより投影レンズ
系ＰＬの像面および基板Ｗの表面間の変位を決めること
ができ、従ってＺ軸に沿い投影レンズ系に対し基板を移
動させてこの変位を補正することができる。焦点誤差検
出システムＦＤＳの出力信号、すなわち焦点誤差信号Ｓ
f も信号処理ユニットＳＰＵに供給して信号ＳACの１つ
を制御信号とし、これにより投影レンズ系ＰＬおよび基
板Ｗ間の距離を高さアクチュエータを経てセットし得る
ようにする。
【００８５】図２は本発明焦点検出システムの第１例を
投影レンズ系ＰＬの下側部分とともに線図的に示す。こ
のシステムはその最後のレンズ素子ＰＬＥのみを図示す
る。焦点検出システムは放射線源Ｓを具え、これにより
焦点検出ビームをｂ2 を供給する。この焦点検出ビーム
はレンズ素子Ｌ１で線図的に示されるレンズ系によって
基板ｗに放射線スポットの形状に集束する。基板へのビ
ームｂ2 の入射角α1は比較的大きく、例えば８０°程
度とする。基板によってこのビームｂ2 を反射し、反射
ビームｂ2 ′を第２レンズ系Ｌ2 によって集束ビームに
変換し、この集束ビームは電気信号Ｓf を供給する放射
線感応検出器ＤＥにより捕捉する。
【００８６】本発明によれば、このビームｂ2 は比較的
広いスペクトルの波長を有するようにする。これがため
基板の種々の層への多重反射により生じ得る干渉を平均
化し、従ってかかる干渉が検出信号Ｓf に影響を与え得
ないようにする。広帯域放射線源Ｓは例えばハロゲンラ
ンプ、他の白熱ランプまたは種々の波長を放出する発光
ダイオードとする。しかし、かかる放射線源はここで使
用するレーザよりもその強度が低い。従って、得られる
焦点誤差信号はその信号対雑音比を低くすることができ
る。さらに、基板上に形成し得る最小放射線スポットの
寸法は広いスペクトルを有する放射線を用いる場合レー
ザビームを用いる場合に比べて大きくすることができ
る。これがため、焦点検出装置の感度、即ち、感度が放
射線スポットの寸法に比例する検出可能な最小焦点誤差
が減少するようになる。新規な装置により所望の感度お
よび所望の信号対雑音比を得るために、本発明によれば
ビーム内にに格子を配列し、この格子を基板表面ＷＳに
結像する。格子ラインが例えばＹ方向に、即ち、図２の
面に垂直に延在するこの格子をＧ1 で示す。また像の側
には格子Ｇ1 の格子周期と同一の格子周期を有する第２
格子Ｇ2 を配列する。このこのＧ1 は基板表面で反射さ
れ、レンズ系Ｌ1 により且つレンズ系Ｌ2 により格子Ｇ
2 に結像する。基板表面が投影レンズ系ＰＬから正しい
距離に位置する場合には格子Ｇ1 の像の明るい細条およ
び暗い細条は格子Ｇ2 の像の明るい細条および暗い細条
と正確に一致する。これがため、検出器ＤＥは放射線の
最大量を受け、この検出器の出力信号は最大となる。投
影レンズ系ＰＬに対し基板表面をＺ方向に移動させる場
合には結像した格子の暗い細条が他の格子の明るい細条
を一層覆い、検出器の信号は徐々に小さくなる。これが
ため、焦点誤差の量は検出器の出力信号から取出すこと
ができる。
【００８７】原理的には、焦点誤差を決め得る精度は格
子の周期によって決まる。この周期は例えば４０μｍと
し、検出器の信号の処理時に補間技術を用いる場合には
これにより０．１μｍの焦点誤差をも測定することがで
きる。基板表面の大きな区域を焦点検出に用いるため、
この表面の局部差、即ち、凹凸によるも得られた焦点誤
差信号には殆ど影響を与えない。
【００８８】本例ではダイナミック焦点誤差信号、即
ち、焦点誤差が振幅または周期の半部間に比のような焦
点誤差信号パラメータの１つの変化を導入するような周
期的に変化する焦点誤差信号を発生させるのが好適であ
る。かかる信号は電子焦点誤差信号処理装置の可能な変
位とは無関係となり、これによって一層正確な検出を行
うことができる。さらに、焦点誤差の符号を決めること
ができる。
【００８９】ダイナミック焦点誤差信号は焦点検出ビー
ムの放射線経路にこれら素子の１つを周期的に配置する
ことによって発生させることができる。例えば、基板自
体はＺ方向に僅かな距離に亘って周期的に移動させるこ
とができる。しかし、実際的な理由でダイナミック焦点
誤差信号を発生する電子−光学手段を用いるのが好適で
ある。図３はかかる手段を設けた検出装置の例を示す。
この図３でも光学系を詳細に示す。
【００９０】この光学系は物体の側に５個のレンズＬ3
−Ｌ7 を具えるとともに像の側に４個のレンズＬ8 −Ｌ
11を具える。また図３には２つのビームをも示す。放射
線源Ｓをランプのフィラメントによって示す。このラン
プによって実線および単一の矢印で示されるビームｂ5
を供給し、このビームをレンズＬ4 およびＬ5 間に位置
するひとみＳＴ2 に通過させる。このひとみはレンズＬ
6 およびＬ7 間で再結像し、ビームｂ5 は平行ビームと
して基板表面に入射する。反射ビームｂ5 ′によってレ
ンズＬ8 およびＬ9 間にひとみの像を形成するとともに
レンズＬ10およびＬ11間に第２像を形成する。格子Ｇ1
およびＧ2 の区域でビームｂ5 およびｂ5 ′はそれぞれ
平行ビームとなる。
【００９１】破線および２重の矢印で示されるビームｂ
6 は放射線源Ｓを第１格子Ｇ1 に結像する手段およびこ
の格子を基板に結像する手段を示す。また図２には反射
ビームｂ6 ′が第２格子に第１格子の像を形成する手段
並びにこの像および格子Ｇ2を検出器ＤＥに結像する手
段をも示す。
【００９２】ダイナミック焦点検出信号を発生する手段
は偏光子６０、複屈折素子６１、電子−光学変調器６
６、検光子６７によって構成する。これら手段の作動は
図４，５および６につき詳細に説明する。図４はこれら
素子を拡大斜視図で示すとともに格子構体Ｇ1 により変
調され破線で示す到来ビームｂ5 ′のある光線を示す。
複屈折素子６１はサバール板とする。このサバール板は
光軸６４および６５が平面平行板に対し４５°の角度で
延在するとともに相互に交差する２つの等しい厚さの平
面平行石英板６２および６３により構成する。偏光子６
０は到来ビームｂ5 ′の偏光子とするとともにこれによ
りサバール板の光軸に対し４５°の角度の偏光方向を有
する放射線のみをこのサバール板に通過せしめるように
する。サバール板の平面平行板に垂直に入射するビーム
ｂ5 ′を第１石英板６２により常光ビームおよび異常光
ビームに分割し、これらビームを第１および第２石英板
の界面でそれぞれ異常光ビームおよび常光ビームに変換
する。実際上２つの板の光軸は互いに直角である。図４
に線図的に示すように互いに推移する２つの相互に直交
する偏光サブビームはサバール板２６から出力されるよ
うになる。
【００９３】偏光変調器６６および検光子６７は放射線
感応検出器ＤＥの前方に配列する。この変調器は発生器
６８により供給される電圧Ｖb によって制御する。従っ
て変調器を通過する放射線ビームは交互に切換えられる
ようになる。検光子の光通過方向はサバール板からの常
光ビームおよび異常光ビームの偏光方向の１つに平行と
なる。これがため、常光ビームおよび異常光ビームのい
づれも任意瞬時に検出器を通過し得るようになる。この
検出器によって任意瞬時に常光ビームにより形成された
格子Ｇ1 の常光像および異常光ビームにより形成された
異常光像のいづれをも“見る”ことができ、従って常光
像および異常光像は格子Ｇ2 で重畳されるようになる。
サバール異常光ビームの屈折率および合成平面平行板の
厚さを適宜選択して常光像および異常光像が格子の１／
２周期に亘って相互に変位するようにする。格子Ｇ2 を
格子Ｇ1 の常光像および異常光像間に正確に配置する場
合には検出器ＤＥにより捕捉された放射線の強度は時間
に対し一定となる。
【００９４】図５ａはこの状態を示す。常光像Ｇ′1,0
の格子Ｇ2 の細条および格子Ｇ1 の異常光像Ｇ′1,e の
細条は図の面に直角となる。時間間隔ｔ1 中、検出器は
常光像Ｇ′1,0 および格子Ｇ2 を通過する放射線強度を
受け（図５ｂ参照）、且つ次の時間間隔ｔ2 中、検出器
は異常光像Ｇ′1,e および格子Ｇ2 を通過する放射線強
度を受けるようになる。これら強度は等しいため、検出
器の焦点誤差信号Ｓdは時間に対し一定に保持されるよ
うになる。
【００９５】図６ａに示すように、格子Ｇ２が常光像
Ｇ′1,0 および異常光像Ｇ′1,e 間に正しく位置されな
い場合には、検出器の信号はず６b に示すように時間に
対し一定とならなくなる。従って信号Ｓd の差を極めて
正確に検出することができる。これがため焦点誤差によ
って生じる格子Ｇ2 に対する格子Ｇ1 ′の変位を極めて
正確に測定することができる。信号処理に補間技術を用
いる場合には格子周期の１／２００の焦点誤差をも測定
することもできる。
【００９６】格子像Ｇ1 ′を格子Ｇ2 に対し左側に移動
させる図６ａの場合には時間間隔t1における検出器信号
は時間間隔ｔ2 における検出器信号の場合よりも大き
い。格子像Ｇ1 ′を格子Ｇ2 に対し右側に移動させる場
合には時間間隔ｔ1 における検出器信号は時間間隔ｔ2
における検出器信号の場合よりも小さい。
【００９７】図３に示すように、検出器ＤＥの信号は電
子処理回路７０に供給する。また発生器６８の信号もこ
の電子処理回路７０に供給する。検出器信号が最も大き
くなる時間間隔ｔ1 およびｔ2 を比較することにより可
能な焦点誤差の方向を検出することができる。かくして
得た焦点誤差信号を高電圧増幅器を経てアクチュエータ
７３、例えば１つ以上の圧電素子に供給し、これにより
基板表面、従って基板を所望の距離に亘りＺ軸に沿う方
向に変位して焦点誤差がもはや生じないようにする。
【００９８】サバール板の代わりに、図３にに示すウォ
ラストンプリズム６１を用いることもできる。かかるプ
リズムは１つの平面平行板上に形成された単軸複屈折結
晶の２つの集束サブプリズムを具える。このサブプリズ
ムのこじ互いに直交する。プリズム６１の大きな平面平
行面の１つに入射する放射線ビームはこのプリズムで互
いに直交する偏光方向を有する２つのサブビームに分割
する。プリズム６１のパラメータを適宜に選定すること
により格子Ｇ2 の位置において格子Ｇ1 のサブビームに
より形成される像を格子周期の１／２に亘り推移させる
ことができる。
【００９９】図７は基板表面により１回反射された焦点
検出ビームの経路に逆反射器ＲＲを配列した焦点検出装
置の１例を示す。この反射器は中空ミラー、コーナキュ
ーブプリズムまたは図７に示すようにこのレンズの焦点
面に設けられたレンズＬ12および反射器ＲＥの組合せと
することができる。この逆反射器によってそれ自体に沿
って、即ち、反射器に入射するビームの主軸が反射ビー
ムｂ2 ′′′の主軸と一致するようにして、ビームを反
射する。従ってビーム半部が交換されるようにする。米
国特許第４，３５６，３９２号明細書に示すように、こ
の場合には基板の局部反射の差が検出器に最終的に形成
される放射線スポット内の強度分布に影響を及ぼし得な
いようにする。基板表面により２回反射されたビームｂ
2 ′′′は第２格子Ｇ２および検出器ＤＥ並びにその後
段に設けられたビーム分離素子ＢＳに結合する。基板表
面での２重反射のため、焦点検出装置の感度は２倍とな
る。また図７の例においても、ダイナミック焦点誤差信
号は図３につき説明した所と同様に発生させることがで
きる。これも後述する例に適用する。
【０１００】図２，３および７の例において、焦点誤差
は間接に測定する。即ち、基板を移動素子のみとして基
板および投影レンズ系間の距離が既知であるものとする
と、基板のＺ位置のみを測定する。焦点検出装置の所望
の安定性および投影レンズ系に対するこの装置の安定性
をある程度まで達成するためには、焦点検出ビームの放
射線経路における放射線源から検出器までの光学素子
を、米国特許第４，３５６，３９２号明細書に記載され
ている所と同様に支持器に、または装着板に固着するこ
とができる。小さなディテールを結像する場合および結
像を検出して一層正確に調整する必要がある場合には達
成すべき安定性の程度を小さくし過ぎるようにすること
ができる。残存する不安定性は、取付け具の光学素子の
残存するする間隙および支持器または装着板におけるこ
れら取付け具の残存する間隙によって、および投影レン
ズ系の支持器への支持器または装着板の連結における間
隙によって生じる。
【０１０１】本発明の第２観点によれば、上述した問題
は、基板に平行な投影レンズ系の下側のある面、例えば
基準ビームを反射するために投影レンズ系に特に配列さ
れた透明基準面の外側面に指向された基準ビームを用い
ることにより防止することができる。即ち、この面によ
って基準ビームを第２検出器に向けて反射する。従っ
て、基板および投影レンズ系間の実際の距離はこの第２
検出器および焦点検出ビームを受ける第１検出器の焦点
誤差信号の差から測定することができる。基準ビームを
用いることは焦点検出ビームに格子を設けた例に限定さ
れるものではない。また基準ビームを用いることによっ
て格子を有さない従来の焦点検出装置に著しい利点をも
たらすことができる。
【０１０２】図８は基準ビームｂr を有する焦点検出装
置の第１例を示す。投影レンズ系の最後のレンズ素子Ｐ
ＬＥのすぐ下側に基準板ＲＰを配列する。この基準ビー
ムはこの板を通る。即ち、入射角β1 は大きく、例えば
基板Ｗの入射角α1 と同程度に大きくする。この基準ビ
ームは板ＰＲにより反射され、その反射ビームｂr ′は
検出器ＤＥ2 、例えばフォトダイオードによって捕捉す
る。基板によって反射された焦点検出ビームｂf ′を捕
捉する第２フォトダイオードＤＥ1 をこのフォトダイオ
ードに直列に配列する。測定器ＭＥによって線図的に示
すように、フォトダイオードの出力信号の差を測定す
る。この差信号を板ＲＰおよび基板ｗ間の距離の目安と
する。実際にこの差信号を電子信号処理回路で基準信号
と比較しアクチュエータの制御信号を発生し、これによ
って例えば基板をＺ方向に移動させるようにする。放射
線源Ｓは２つの発光素子、例えばＬＥＤＳ1 およびＳ2
を具える。
【０１０３】第１格子は物体側に配列するのが好適であ
り、第２格子は焦点検出ビームおよび基準ビームの双方
の放射線経路の像の側に配列するのが好適であり、これ
ら格子はレンズ系Ｌ1 およびＬ2 によって互いに結像
し、且つ基板および基準面で反射する。像側で格子を通
過した放射線は検出器ＤＥ1 およびＤＥ2 によって捕捉
する。焦点検出ビームおよび基準ビームの双方の格子は
レンズ系Ｌ1 およびＬ2の素子と同様に個別の素子とす
る。しかし、物体側の格子Ｇ1 および像側の格子Ｇ2 並
びにレンズ系は２つのビームに対し共通とするのが好適
である。
【０１０４】図８の例では、好適である。Ｇ2 の前方に
偏光子および複屈折素子を配列するとともに図３，４，
５および６につき説明した所と同様にかかる格子の背後
に偏光変調器を配列することによりダイナミック焦点誤
差信号を発生させることもできる。
【０１０５】図9aは簡単のため、レンズ素子の配列され
た単一楔状素子ＷＯ1 およびＷＯ2により表わされる特
定の光学系を用いるためにコンパクトになる焦点検出装
置の１例を線図的に示す。この光学系ＷＯ1 によって焦
点検出ビームｂf および基準ビームｂr を反射してこれ
らビームが基板および基板表面をそれぞれ通過するよう
になるとともに発散ビームを集束ビームに変換する。ま
た光学系ＷＯ2 によって発散反射ビームｂf およびｂr
を集束ビームに変換するとともにこれらビームを検出器
ＤＥ1 および検出器ＤＥ2 にそれぞれ反射する。図９の
装置は格子G1，Ｇ2 を用いて、またはこれら格子を用い
ないで形成することができる。
【０１０６】図９ｂの例は図９ａの原理に基づくもので
ある。本例では楔およびレンズを有する唯１つの特定の
光学系ＷＯを用いる。基板Ｗおよび基準板ＲＰによりそ
れぞれ反射された焦点検出ビームｂf ′および基準ビー
ムｂr ′の経路に中空ミラーの形状の逆反射器ＲＥを配
列する。このミラーによってこれら自体に沿ってビーム
を反射してこれらビームがそれぞれ基板および基準板に
より２回反射する。焦点検出ビームをビーム分離器７７
に入射し、これによりビームを第１検出格子Ｇ2,1 およ
びその背後に設けられた検出器ＤＥ1 に反射する。また
基準ビームはビーム分離器７８に入射し、これによりこ
のビームを第２検出格子Ｇ2,2 およびその背後に設けら
れた検出器ＤＥ2 に反射する。
【０１０７】図１０および１１は種々の偏光方向のビー
ムを用いる焦点検出装置の例を示す。図１０の例では、
偏光感応界面８１を有する合成プリズムを８０で示す。
この界面によって第１偏光方向、例えば図の面に垂直な
ビーム成分を焦点検出ビームとして基板Ｗに反射する。
偏光方向が図の面に平行な第２ビーム成分は界面８１を
通過し、次いで基準ビームｂr として投影レンズ系ＰＬ
の基準面ＲＰに反射される。この基準ビームｂr は界面
８１に異なる角度で入射するため、このビームは通過す
る。プリズム８０と同様の第２合成プリズム８５を反射
ビームｂf ′およびｂr ′の経路に配列する。プリズム
85の偏光感応面86によってビームｂf ′をビームｂf ″
として検出器ＤＥ1 に反射し、このプリズムの背面８７
によってビームｂr ′をビームｂr ″として検出器ＤＥ
2 に反射する。プリズム85の幾何学的形状はプリズム80
の幾何学的形状よりも僅かに相違するため、ビーム
ｂf ″およびｂr ″は空間的に分離されるようになる。
【０１０８】図１１の例では、ウォラストンプリズムま
たはロッシェンプリズムのような複合複屈折素子９０を
用いてビームｂの相互に直交する偏光成分を空間的に分
離する。これらビーム成分をビームｂf およびｂr とし
てプリズム９２により基板Ｗおよび基準板に反射する。
反射ビームｂf ′およびｂr ′の経路にプリズム９２と
同様のプリズム９３および複屈折素子90と同様の複屈折
素子91を配列する。本例でもこれら素子は素子９１を出
るビームｂf ″およびｂr ″が空間的に分離される程度
に相違する。
【０１０９】図10および11による装置は広帯域放射線源
および格子を具えることもでき、ダイナミック焦点誤差
信号を発生する手段を設けることもできる。
【０１１０】図１２は異なる偏光ビームを焦点誤差検出
ビームおよび基準ビームとして用いる他の変更例を示
す。界面１０１により分離された複屈折材料の２つのサ
ブプリズムを具える複合プリズム１００を放射線源Ｓに
よって放出されたビームの経路に配列する。第１偏光方
向を有するビーム成分は露出界面１０１を通過するとと
もに基板Ｗ上に焦点検出ビームｂf として斜めに入射す
る。第２偏光方向を有するビーム成分は第１サブプリズ
ムおよび第２サブプリズム間の界面１０１で反射される
とともに投影レンズ系の基準板に基準ビームｂr として
斜めに入射する。基板および基準板により反射されたの
ち、ビームｂf ′およびｂr ′は２つの複屈折サブプリ
ズムおよびプリズム１００の界面とは逆に作動する界面
１０３を具える第２複合プリズム１０２により合成す
る。このプリズム１０２はプリズム１００とはその幾何
学的形状が僅かに相違するため、ビームｂf ″およびｂ
r ″は個別の検出器ＤＥ1 およびＤＥ2 に入射するに充
分な程度に空間的に分離されるようになる。この場合に
も広帯域放射線源Ｓおよび格子Ｇ1 およびＧ2 を用いる
ことはダイナミック焦点誤差信号を発生させる場合と同
様に任意である。
【０１１１】焦点検出ビームおよび基準ビームを有する
焦点検出装置は２つの個別のビームの代わりに単一ビー
ムを用い、このビームを基板で反射し、次いで基準面で
反射することによって達成することもできる。この例を
図１３および１４に示す。
【０１１２】図１３の例では、放射線源Ｓからのビーム
ｂf を光学楔およびレンズにより示すされる光学系１１
０によって集束するとともにこれが基板Ｗを通過するよ
うに反射する。反射ビームｂf ′は反射器１１２に到達
するとともに界面１１３および１１４で順次に反射す
る。本例ではこのビームは投影レンズ系ＰＬの基準板を
通過する基準ビームｂr として作用する。反射基準ビー
ムは光学系１１０により検出器ＤＥに反射され、集束さ
れる。基準板および基板間の距離が正しい場合には放射
線源を検出器に結像するビームによりカバーされる光路
はこの像を検出器ＤＥに対し正しく位置決めするように
なる。基準板ＲＰおよび基板間の距離を変化する場合に
は光路長が変化し像が検出器に対し推移するようにな
る。
【０１１３】図１４の例では、異なる複屈折材料の２つ
のサブプリズムを具えるプリズム１２０を用いる。放射
線源Ｓにより放出されたビームｂf は所定の偏光方向を
有するとともにこのビームが基板Ｗを通過するような角
度で界面１２１に入射する。プリズム１２０と同様のプ
リズム１２２を反射ビームｂf ′に経路に配列し、この
プリズムによりその焦点面に例えばレンズ127 およびミ
ラー128 を具える逆反射器１２５にこのビームを通過さ
せるようにする。この場合にはこのビームはそれ自体に
沿って反射するとともに第１のビーム通過時の方向とは
逆の方向に第２プリズムに入射するようになる。従って
このビームは基準板ＲＰに反射され基準ビームｂr とし
て作用する。次いで、基準板ＲＰにより反射されたビー
ムｂr ′はプリズム１２０により反射されてこのビーム
が元のビームｂf に一致するようになる。検出器ＤＥに
ビームｂr ′の１部分を結合するビーム分離素子１２６
をこれら一致ビームの経路に配列する。
【０１１４】これらの例では、格子Ｇ1 およびＧ2 を波
長帯域の広いビームと組合せて使用する。この場合には
図13の素子110 および112 並びに図１４の素子Ｌ1 ，12
0,１２２およびＬ2 は種々の異なる波長に対し満足に補
正する必要がある。従って再びダイナミック焦点誤差が
図３，４および５につき説明した所と同様に発生し得る
ようになる。
【０１１５】マスクパターンを投影する必要がある基板
の各視野に対し前述した装置によりこの視野の１点で焦
点誤差を測定し得るようにする。この場合基板全体を楔
状とするか、または斜めに配列し、或は基板に局部凹凸
を設けるため、焦点誤差を測定する点の外側の視野の点
が焦点外れの儘となり、その結果これらの点の像が不正
確となる。従って、基板にマスクパターンを繰返し結像
する装置では、局部傾斜または視野当たりの傾斜を測定
し得るようにする必要があるとともにこの傾斜を例えば
基板の多数のアクチュエータにより補正する必要があ
る。
【０１１６】この場合には傾斜を達成するために格子の
概念を用いることができ、その原理を図１５に示す。放
射線源Ｓ1 により供給され、格子Ｇ1 を通過する発散ビ
ームｂs はレンズ系Ｌ15によって平行ビームに変換す
る。このビームは基板Ｗで反射され得、次いで第２レン
ズ系Ｌ16により集束される。レンズ系Ｌ15およびＬ16は
相互に相俟って格子Ｇ2 に格子Ｇ1 の像を形成する。水
平基板表面の場合には結像された格子の格子ラインは格
子Ｇ２の格子ラインと一致する。基板Ｗに入射するビー
ムが平行ビームであるため、基板を傾斜させる場合反射
ビームｂs ′は異なる方向をとるようになり、従って異
なるＧ1 の像は異なるＧ2 に対して推移し、検出器は多
かれ少なかれ放射線を受けるようになる。
【０１１７】図１５に示すように、本例では基準ビーム
ｂr を用いるのが好適である。この基準ビームにより基
準板ＲＰの反射を経て格子Ｇ2 に格子Ｇ1 を結像し、そ
の後基準板ＲＰの反射ビームを第２検出器ＤＥ2 に入射
する。格子Ｇ2 への格子Ｇ1の像の位置、従って検出器
ＤＥ2 の出力信号は基準板ＲＰの位置により決まる。こ
れがためこの基準板の傾斜を測定することもできる。
【０１１８】図１５の変形例を得ることができる。例え
ば２つの放射線源の代わりにビーム分割手段と組合せた
１つの放射線源を用いることもできる。
【０１１９】図１６ａに線図的に示すように、視野の３
つの点で焦点誤差測定を行うことにより局部傾斜検出を
達成することができる。本例では焦点検出を行う点を
ａ，ｂおよびｃで示す基板視野Ｗv を有する基板Ｗを図
１６ａに示す。各焦点測定に対し個別の焦点検出装置を
上述した例の１つに用いることができる。これら点ａ，
ｂおよびｃの焦点測定信号ＳfaおよびＳfbを比較するこ
とによりＸ軸に関する傾斜x を測定することができ、且
つ点ｃの焦点測定信号Ｓfcと信号Ｓfa及び／又はＳfbを
比較することによりＹ軸に関する傾斜y を測定すること
ができる。３つの測定点の信号及び可能であれば他の測
定点の信号は他の手段で合成することができ、且つ測定
点も異なる相互位置決めとすることができる。
【０１２０】本発明によれば、上述した原理に従って２
つの焦点検出装置を用いて局部傾斜の測定を行い、これ
ら装置によりそれぞれ２つの焦点検出ビームを供給す
る。これらビームを用いることにより多数の点、即ち、
４つの点での測定を行うことができ、しかも検出装置を
左程複雑とはしない。図１６ｂは基板視野Ｗv における
測定点ａ，ｂ，ｃおよびｄの位置を示す。正方形Ｓp1,
Ｓp2，Ｓp3およびＳp4は４つの焦点検出ビームにより形
成される放射線スポットである。これらスポットはその
表面面積を例えば２×２ｍｍ2 とする。これら放射線ス
ポットは基板視野に縁部に近接して位置させ傾斜をでき
るだけ正確に測定し得るようにする。この場合の角度γ
1 およびγ2 は例えば２０゜および２５゜とする。
【０１２１】焦点検出装置が高広帯域ビームで作動する
場合には放射線スポットＳp1，Ｓp2，Ｓp3およびＳp4は
図１６ａおよび１６ｂに示す場合よりも大きくなる。高
広帯域で左程強くない放射線源を用いる場合にはビーム
断面、従って露出基板表面を大きくして検出器に充分な
放射線エネルギーが得られるようにし、従って装置が充
分な感度を有するようにする。この感度のため、格子を
用いるようにする。反射効果の危険性を低減するため
に、格子の格子ラインを多数とする必要があり、これは
基板上の放射線スポットを大きくする必要があることを
意味する。
【０１２２】図１７は２つの２重焦点検出装置を具える
傾斜検出装置を示す。第１焦点検出装置の主光線ｈ1 お
よびｈ2 を実線で示し、第２焦点検出装置の主光線ｈ3
およびｈ4 を破線で示す。これら主光線が基板Ｗに入射
する点を記号ａ，ｂ，ｃおよびｄで示す。図１７にはこ
の基板の僅かな部分のみを示す。焦点検出ビームを基板
に通過せしめる素子を簡単のためミラーＭ1 およびＭ2
で表わす。各２重焦点検出装置は３つのブロック、即
ち、照明ブロックＢ1 、結像ブロックＢ2 および検出ブ
ロックＢ3 に分割し、これらブロックを以下の例で説明
する。これは図１７では簡単のために示さないが、傾斜
検出装置は格子及び／又は後述するように投影レンズ系
の基準板で反射される基準ビームを具える。
【０１２３】図１７に線図的に示す傾斜検出装置の１例
を図１８，１９および２０に示し、これら図面では前記
ブロックＢ1 ，Ｂ2 およびＢ3 をこの順序で示し、これ
らブロックは実際に順次に配列されている。図中添字ａ
は垂直断面であり、添字ｂは水平断面である。
【０１２４】図１８ａおよび１８ｂにおいて、放射線
源、好適にはハロゲンランプのフィラメントを１３０で
示し、これにより７２５ｎｍ〜１０５０ｎｍの波長範囲
の連続スペクトルを放出する。このフィラメントはその
寸法を３．６×１．８ｍｍ2 とする。ハロゲンランプに
より放出されたビームｂを集光レンズ１３１により捕捉
する。この集光レンズは例えば非球面レンズとするとと
もに平行ビームへの変換を行い得るようにする。次いで
このビームを例えば非球面レンズとし得る第２集光レン
ズ１３３によって集束する。かように組合せたレンズ１
３１および１３３によってフィラメントの像を形成す
る。
【０１２５】これらレンズ１３１および１３３間には青
色フィルタを配列してハロゲンランプにより放出された
青色放射線が基板に到達するのを防止するとともにかか
る放射線が投影装置の他の測定システムに到達するのを
防止する。かかる測定装置はこの短い波長の放射線によ
り作動する。
【０１２６】この際光学ファイバ１３４を用いるのが好
適である。ハロゲンランプは検出装置から充分な距離、
例えば１．５ｍの箇所に配置することができるため、こ
の装置はランプの熱放射線によって加熱されることはな
い。さらに、光学ファイバはフィラメントの幅と高さの
比を格子の寸法に適合させることができる。ファイバ１
３４の入力面はレンズ系１３１，１３３により形成され
たフィラメント像と一致する。システムをさらに小型化
する要求のため、ファイバはその開口数を比較的小さ
く、例えば０．２２とする。
【０１２７】このファイバは２つの端部１３５，１３６
で平衡状態となる。即ち、第１端部によって照明ビーム
ｂi ，m を供給し、第２端部によって照明ビームｂi,r
を供給し、これによって測定格子１５７および基準格子
１５８をそれぞれ照明する。これら格子は透明な支持板
１５０の平坦な背面側に配列する。ファイバ１３５の出
口面を格子１５７に結像するために、例えばテレセント
リックで集光レンズ１３７および平凸レンズ１３９を具
えるレンズ系を用いる。格子１５７の均一な照明を得る
ためには、ファイバの出口面を格子の面の僅かに外側に
形成する。このファイバ136 の出口面はレンズ系137, 1
39と同一のレンズ系１３８，１４０によって格子１５８
に結像する。
【０１２８】得られるスペースに関しては、照明系の光
軸をずらせてこの光軸が格子の面に垂直となるようにす
る。この偏向は線図的に示すミラー１６０によって達成
することができる。
【０１２９】垂直板面では、照明ビームｂi,m は例えば
−６．５°の僅かな角度で光軸まで延在させる必要があ
り、照明ビームｂi,r は例えば＋６．５°の対角で光軸
まで延在させる必要がある。この目的のために、板150
の前側に２つの傾斜端部 152および１５３を設け、これ
により板の端部を楔状とするとともにビームを直角に偏
向する。水平面では、照明ビームｂi,m およびｂi,r を
光軸に平衡とする。
【０１３０】図１９ａおよび１９ｂは格子１５７および
１５８がテレセントリック系１７０によって基板Ｗおよ
び投影レンズ系の基準板に結像される手段を示す。レン
ズ素子１７１，１７２により線図的に表わされるこのレ
ンズ系は焦点検出ビームｂfおよび基準ビームｂr によ
り格子結像を形成するだけでなく、このビームを光軸に
対し、格子板１５０の楔状端部が反射する角度と大きさ
が等しく符号が逆の角度で反射する。基板Ｗおよび基準
板ＲＰにより反射されるビームはテレセントリック系１
７０と同様の第２テレセントリック系１７５と通過す
る。このテレセントリック系１７５によって基板および
基準板にそれぞれ形成された測定格子および基準格子の
像を再結像する。これらの再結像は検出測定格子１８７
および検出基準格子188 に形成される。これら格子を透
明な支持板180 の平坦な前側186 に配列し、１対１の像
の場合にはこれらが格子１５７および１５８と同一の幾
何学的形状を有するようにする。格子板１８０は格子板
１５０と同一の形状を有し、図の面で光軸に直角な軸を
中心として１８０°回転し得るようにし、従って楔が光
軸から離れてビームを偏向し得るようにする。
【０１３１】所望に応じ得られるスペースにより第１お
よび第２ミラー１９０および１９１を基板および基準板
にビームを偏向する焦点検出ビームｂf の経路に配列す
るとともに基板および基準板からビームを再偏向する第
３および第４ミラー１９２および１９３をも配列し得る
ようにする。
【０１３２】格子板１８０の前面には例えば石英より成
る複屈折板２００を配列し、この複屈折板によって、異
常光像が格子１８７および１８８に対し格子周期の１／
２推移する図３および４につき説明した所と同様に、格
子１５７および１５８の“常光像”および“異常光像”
が格子１８７および１８８に形成されるようにする。図
３および４に示すように、複屈折板は偏光子の前面に設
ける必要がある。この偏光子は双方で１つの複屈折板20
5 を形成する２つの平面平行板間に設けた偏光箔によっ
て形成することができる。複屈折板２００および２０５
はビームｂf ′およびｂｒ′に直角に配置して各複屈折
板をそれぞれ２部分２０１および２０２並びに206 およ
び207 に分割し、これら部分を関連するビームに直角と
する。
【０１３３】図２０ａおよび２０ｂは２重焦点検出装置
の検出ブロックを垂直断面および水平断面で示す。この
ブロックはレンズ２１０およびレンズ２１１を具え、こ
れらレンズは双方で検出器２１５の異なる部分に格子１
８７および１８８を結像するテレセントリック系を構成
する。所望に応じ、ミラー２１２を設け、このミラーは
これによってビームを上方（Ｚ方向）に偏向し、従って
モード１６０（図１８）の作用とは逆の作用を有する。
【０１３４】レンズ２１０および２１１間にはビームの
偏光方向を９０°切換える偏光変調器２２０と、所定偏
光方向の放射線のみを検出器２１５に通過せしめる検光
子２２５を配列する。この変調器は石英結晶２２１及び
その両側に設けられたλ／４板２２２，２２３によって
構成する。この変調器はレンズ系２１０，２１１の瞳に
配列するのが好適である。
【０１３５】図１８，１９および２０には焦点検出ビー
ムおよび基準ビームが種々の格子１５７および１５８並
びに１８７および１８８にそれぞれ入射するように構成
して示した。これら格子１５７および１５８並びに１８
７および１８８はそれぞれ第１複合格子および第２複合
格子の２つの個別の部分とするのが好適である。板１５
０に配列されたかかる複合格子２３０を図２１に示す。
格子板１８０の格子は同一の幾何学的形状とする。図２
１に示すように、格子部分１５７および１５８はその順
序で左側部分および右側部分に分割して総数で４つの格
子部分が形成されるようにする。格子部分２３１および
２３２は焦点検出ビームと共働し、格子部分２３３およ
び２３４は基準ビームと共働する。複合格子２３０はそ
の長さｌを適宜構成して基板上のその像の長さが基板視
野の長さよりも僅かに短くなり、従って格子部分がこの
基板視野の縁部にできるだけ多数結像されるようにす
る。
【０１３６】次いで、第１格子（１５７，１５８）の格
子部分および第２格子（１８７，１８８）の格子部分が
結像する検出器２１５を図２２に示すように４つの象限
２４０，２４１，２４２，２４３に分割する。図１のＸ
軸に対する基板の傾斜は検出器部分２４０および２４１
の焦点誤差信号を比較することにより測定することがで
き、Ｘ軸に対する基準板ＲＰの傾斜は検出器部分２４２
および２４３の信号を比較することにより測定すること
ができる。Ｙ軸に対する基板および基準板の傾斜を測定
するためにはず１８，１９および２０に示す装置とする
同様の第２の２重焦点検出装置を用いる必要がある。こ
の第２装置は９０°の角度で第１装置に対し配列するの
が好適である。これがため図１７に示す４つの焦点検出
ビームの代わりに総数で２つの焦点検出ビームおよび２
つの基準ビームを用いるようにする。この図１７には基
準ビームを示さない。
【０１３７】空気圧、温度および湿度のような周囲温度
の変化により、投影レンズ系の素子が存在する媒体の屈
折率が変化するようになる。これがため、像面の結像品
質および位置が変化するようになる。これらの変化を補
償するために、および装置のオペレータが例えば実験に
よりその位置を設定し得るようにするために、焦点検出
装置に可調整補償板２５０（図１９）を設ける。この板
は第１格子板１５０の背後に直接焦点検出ビーム内に配
列する。この可調整補償板２５０は例えばガラス板と
し、その厚さを板２００および２０５の厚さによって測
定する。この板は図１９ａの図面に直角な軸を中心とし
て回転することにより格子１５７の左側部分および右側
部分の像の位置は基板のＺ位置とは無関係に検出器位置
に対し推移させることができる。検出器信号から取出し
た焦点誤差信号の零値を設定することができる。
【０１３８】格子測定システムに対しては焦点誤差を検
出し得る範囲は格子の周期によって測定することができ
る。例えば４０μｍの格子周期に対しその捕捉範囲は例
えば−２０μｍ〜＋２０μｍである。
【０１３９】捕捉範囲を増大するために、焦点検出装置
または傾斜検出装置の各格子、例えば、図２１の格子２
３１〜２３４の各々をその格子周期が例えば１０％相違
する２つのサブ格子に分割することができる。ＩＥＥＥ
トランザクションズ オンエレクトロン デバイス、第
ＥＤ−２６巻、第４号、１９７９年、第７２３−７２８
頁に記載されている論文“オートマティック アライメ
ント システム フォー オプティカル プロジェクシ
ョン プリンティング”の整列システムにつき説明した
所と同様に焦点検出装置および傾斜検出装置の例えば１
０倍の大きな周期を有する信号を得ることができ、この
信号によって１０倍の大きな誤差を検出することができ
る。
【０１４０】本発明によればテストおよび／または校正
を行い得る捕捉範囲を増大する田の例を示す。この目的
のために本発明装置には格子を用いることなく作動し得
るとともに例えばレーザビームのような余分のビームに
より作動し得る第２焦点検出装置を設ける。このビーム
によれば基板に余分の放射線スポットを形成し、このス
ポットは小さく、従ってテスト用に好適である。以下こ
のシステムを補助検出システムと称する。この補助検出
システムは基板により反射される第１ビームおよび投影
レンズ系の基準板により投影される第２ビームを有する
２重構造のものとする。補助検出システムの素子を図１
８，１９および２０に示し、図２０ｂには２つの補助ビ
ームｂ1 ，ｂ1,1 の主光線を明瞭のため１点鎖線で示
す。
【０１４１】補助検出システムの第１部分は放射線源２
６０例えばコリメータレンズと組合せたダイオードレー
ザを具える。この補助ビームｂ1 はテレスコピックレン
ズ系２６１，２６２によって構成するとともに楔２６３
により格子板１５０に偏向される。この格子板にはこの
ビームに対する間隙状開口を設け、この開口を図２１に
２６４で示す。この開口２６４は特にビーム断面よりも
小さくして開口が新たな放射線源として作用し得るよう
にする。この間隙状開口の幅対高さの比を適宜選定して
基板へのこの開口の像が正方形であり、しかも格子１５
７，１５８およびその基板への像を保持し得るようにす
る。
【０１４２】格子板には余分の楔１５４を設けて開口１
６４からのビームが基板Ｗに特定の角度で入射し得るよ
うにする。基板への途中でビームｂ1 は焦点検出ビーム
ｂfとして同一の素子２５０，１７０，１９０，１９１
と交差する。また基板から第２格子板１８０まではビー
ムｂ1 ′が反射焦点検出ビームｂf ′として同一の素子
１９３，１９２，１７５，２０５，２００と交差する。
補助ビームｂ1 ′は格子板から特定の開口構体を経て導
出されるとともにレンズ系２７１，２７２により検出器
２７３に結像される。このレンズ系の前面にはビームを
右側に偏向する光学楔２７０を配列する。格子板１５０
上の楔１５４と比較し得る他の楔１８４を格子板上に配
列することができる。
【０１４３】格子板１８０のビームｂ1 ′の特定の開口
構体は図２３に示すように２つの矩形開口３００および
３０１によって形成する。これに形成される開口２６４
の像を３０２で示す。各開口を通過する放射線は検出器
２７３の個別の検出器部分によって捕捉する。これら検
出器部分２７４および２７５を図２３に破線で示す。こ
れら検出器部分２７４および２７５の信号を比較するこ
とにより焦点誤差信号を得る。一般にｂｉセル検出器と
称される検出器２７３は放射線感応区域２７４および２
７５が比較的大きい特徴を有するが、細条間の距離は比
較的小さい。かかる格子板１８０の開口構体およびｂｉ
セル検出器を有する補助検出システムによれば、素子の
許容公差および安定性に厳しい要求を課す必要のない利
点を有する。
【０１４４】投影レンズ系の基準板により反射されるビ
ームｂ1,r で作動する補助検出システムの第２部分は素
子２８０，２８１，２８２，２８３，１５５，１７０，
１７５，２０７，２０２，１８５，２９０，２９１，２
９２および２９３を具え、これら素子はこのシステムの
第１部分の素子２６０，２６１，２６２，２６３，１５
４，１７０，１７５，２０６，２０１，２７０，２７
１，２７２および２７３とそれぞれ同一で同一の機能を
呈する。
【０１４５】基板および投影レンズ系間の距離は２つの
補助検出システムの出力信号を比較することによって測
定することができる。
【０１４６】距離視野当たりの焦点誤差の平均値は図１
８〜２０の傾斜検出装置において点ａ，ｂ，ｃおよびｄ
で測定した焦点誤差を平均化することによって得ること
ができる。
【０１４７】図１の基板にマスクパターンを繰返し結像
する装置の構成を補充するために、図２４は焦点兼傾斜
検出装置の機械的な構成およびこの装置を投影レンズ系
ＰＬに接続する手段を詳細に示す。このシステムは支持
器Ｈ1 およびＨ2 を照明部分および検出部分に対しそれ
ぞれ右側および左側に配列する板ＰＴに固着する。照明
部分には広帯域ビームの供給のためのファイバ端部１３
５，１３６、これらビームのレンズ１３７，１３８，１
３９および１４０、ダイオードレーザ２６０，２８０、
レンズ２６１，２６２，２８１，２８２およびダイオー
ドレーザビームの楔２６３，２８３を収納する。テレセ
ントッリクレンズ系１７０（図示せず）、格子板１５
０、フォルディングミラー１６０およびミラー１９０，
１９１は支持器Ｈ3 に設け、この支持器を装着板ＭＰに
固着し、装着板を板ＰＴに接続する。
【０１４８】同様の支持器Ｈ４を左側に配列し、これに
ミラー１９２，１９３、テレセントッリクレンズ系１７
５（図示せず）、格子板１８０およびフォルディングミ
ラー２１２を収納する。板ＰＴに固着された支持器Ｈ4
には変調器２２１、検光子２２５および広帯域ビームの
検出器を収納する。楔２７０，２９０、レンズ２７１，
２７２，２９１および２９２並びに検出器２７３，２９
３をレーザビームに対して設ける。
【０１４９】かかる装置は図２４の図の面の前方および
後方に、好適には図の面に垂直な面に配列された４つの
支持器より成る第２の組を有する第２焦点誤差兼傾斜検
出装置を具える。Ｙ軸に対する基板の傾斜のみは第２装
置で測定する必要がある。第２装置の支持器は広帯域ビ
ームの経路に存在する図２４のこれら光学素子を収納す
る必要がある。
【０１５０】基板にマスクパターンを繰返し結像する装
置では、一定の環境が投影レンズ系および基板間のスペ
ースで有効となるようにする。これはこのスペースに一
定の空気流を通過させることにより達成することができ
る。これを図２５に示す。図２５は投影レンズ系ＰＬお
よび基板支持器ＷＣの１部分を線図的に示す。この基板
支持器は基板テーブルＷＴの１部分を構成する。この基
板テーブルは、例えば米国特許第４，６６５，５９７号
に記載されているＨ構体におけるアクチュエータシステ
ムの制御の下でエアークッションＡＢを経て基部板ＢＰ
を横切って移動することができ、これら素子を図２５に
ＭＯ1 およびＭＯ2 で示す。図２５には装着板ＭＰに固
着された支持器Ｈ1 およびＨ2 を再び示し、この装着板
には図１に示され、図２５にＩＦＳで線図的にのみ示す
干渉計システムを固着するのも好適である。この空気流
を矢印ＡＦで示す。この空気流は空気流誘導板ＦＧＰを
通過する。この誘導板を適宜設計して照明すべき基板上
のスペースが被覆され、焦点誤差および傾斜検出装置並
びに基板のビームが良好に条件付けられたスペース内に
存在し得るようにする。
【０１５１】供給された空気の純度および温度を制御す
ることができる。例えばこの空気は純度クラス１とし、
その温度を例えば０．１°Ｃ以内で安定にする。これは
基板支持器の近くに熱交換器を配置することにより達成
することができる。
【０１５２】本発明は、例えば集積回路（ＩＣ）、集積
光学系またはプレーナ光学系、磁気ドメインメモリのガ
イダンスおよび検出パターン、或は液晶表示パネル構体
を製造するための、基板にマスクパターンを繰返し結像
する装置に使用することについて述べてきた。本発明
は、これらの使用を意図するものであるが、これに限定
されるものではない。即ち、結像レンズ系その他基準の
位置及び／又はこの表面の傾斜を極めて正確に測定する
必要がある光学測定および検査装置に用いることもでき
る。これらの装置とは、レーザビームまたは電子ビーム
で作動するＩＣパターン、ＬＣＤパターン等を製造する
装置、Ｘ線で作動するパターン投影装置、または正確な
測定装置、例えばマスクまたは基板の製造に使用する装
置等である。
【図面の簡単な説明】
【図１】焦点検出装置を有し、基板にマスクパターンを
繰返し結像する装置の１例を示す構成説明図である。
【図２】格子および広帯域ビームを有する本発明結像装
置の焦点検出装置の第１例の構成を示す説明図である。
【図３】ダイナミック焦点誤差信号を発生する手段を有
する図２に示す装置の詳細に示す説明図である。
【図４】ダイナミック焦点誤差信号を発生する手段の例
に用いられる焦点検出系の原理を示す斜視図である。
【図５】（ａ）はダイナミック焦点誤差信号を発生する
手段の例に用いられる焦点検出系の原理を示す説明図で
ある。（ｂ）はダイナミック焦点誤差信号を発生する手
段の例に用いられる焦点検出系の原理を示す説明図であ
る。
【図６】（ａ）はダイナミック焦点誤差信号を発生する
手段の例に用いられる焦点検出系の原理を示す説明図で
ある。（ｂ）はダイナミック焦点誤差信号を発生する手
段の例に用いられる焦点検出系の原理を示す説明図であ
る。
【図７】逆反射体を用いる格子を有する焦点検出装置の
１例を示す構成説明図である。
【図８】基準ビームを有し、格子および反射器を含むか
または含まない焦点検出装置の例を示す説明図である。
【図９】（ａ）は基準ビームを有し、格子および反射器
を含むかまたは含まない焦点検出装置の例を示す説明図
である。（ｂ）は基準ビームを有し、格子および反射器
を含むかまたは含まない焦点検出装置の例を示す説明図
である。
【図１０】基準ビームを有し、格子および反射器を含む
かまたは含まない焦点検出装置の例を示す説明図であ
る。
【図１１】基準ビームを有し、格子および反射器を含む
かまたは含まない焦点検出装置の例を示す説明図であ
る。
【図１２】基準ビームを有し、格子および反射器を含む
かまたは含まない焦点検出装置の例を示す説明図であ
る。
【図１３】基準ビームを有し、格子および反射器を含む
かまたは含まない焦点検出装置の例を示す説明図であ
る。
【図１４】基準ビームを有し、格子および反射器を含む
かまたは含まない焦点検出装置の例を示す説明図であ
る。
【図１５】格子上格子像を用いる傾斜検出装置の原理を
示す説明図である。
【図１６】（ａ）は多重焦点誤差検出に基づく傾斜検出
法の原理を示す説明図である。（ｂ）は多重焦点誤差検
出に基づく傾斜検出法の原理を示す説明図である。
【図１７】上記傾斜検出法を実行する装置の原理を示す
説明図である。
【図１８】（ａ）傾斜検出装置の１例を示す説明図であ
る。 （ｂ）傾斜検出装置の他の例を示す説明図である。
【図１９】（ａ）傾斜検出装置の更に他の例を示す説明
図である。 （ｂ）傾斜検出装置の更に他の例を示す説明図である。
【図２０】（ａ）傾斜検出装置の他の例を示す説明図で
ある。 （ｂ）傾斜検出装置の更に他の例を示す説明図である。
【図２１】かかる装置に用いられる格子板の１例を示す
平面図である。
【図２２】かかる装置に用いられる放射線感応検出器の
１例を示す平面図である。
【図２３】大きな焦点誤差に対するレーザ検出系の互い
に結像された開口および関連する検出器の組合せを示す
説明図である。
【図２４】焦点誤差検出兼傾斜検出装置を含むパターン
投影装置の１部分の機械的構成を示す側面図である。
【図２５】投影レンズ系および基板間のスペースを状態
付ける空気流を有する上記パターン投影装置の１部分の
構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１１ 反射素子 １３ 放射線感応検出器 ２５ 補正レンズ ２６ サバール板 ２６ プリズム ２７，２８ 反射面 ２９ 反射器 ３０，３１ 反射素子 ５０ 放射線源 ５１ ビーム分割器 ５２ 静止逆反射器 ５３ 検出器 ６０ 偏光子 ６１ 複屈折素子 ６２，６３ 平面平行石英板 ６４，６５ 光軸 ６６ 変調器 ６７ 検光子 ６８ 発生器 ７０ 電子処理回路 ７３ アクチュエータ ７７，７８ ビーム分割器 ８０，８５ 複合プリズム ８１，８６ 偏光感応界面 ８２，８７ 背面 Ｃ マスクパターン ＰＬ 投影レンズ系（結像系） ＰＬＥ 最後のレンズ素子 ＰＢ ビーム ＭＡ マスク Ｍ マスク整列マーク Ｐ 基板整列マーク Ｗ 基板 ＷＳ 第２面 ＷＣ 基板支持器 ＷＯ 楔状素子 ＷＴ 可動基板テーブル ＤＥ 検出器（フォトダイオード） ＬＡ 放射線源 ＬＳ レーザ系 Ｌ レンズ系 ＣＯ 集光レンズ ＲＥ ミラー Ｇ 格子（対物、像） ＭＥ メータ ＭＴ マスクテーブル Ｓ 放射線源 Ｓ ＬＥＤ ＲＰ 基準板（外側面） ｂf 広波長帯域ビーム ｂr 基準ビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｆ 7/207 Ｈ 7316−2Ｈ (71)出願人 591086164 アーエスエム リソグラフィー ベスロー デン フェンノートシャップ ＡＳＭ ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ ＢＥＳ ＬＯＴＥＮ ＶＥＮＮＯＯＴＳＨＡＰ オランダ国 5503 ハーエヌ フェルドホ フェンメイエレイウェッハ15 (72)発明者 ヤン エフェルト ファン デル ウエル フ オランダ国 5621 ベーアー アインドー フェンフルーネバウツウェッハ １ (72)発明者 マリナス アート ファン デン ブリン ク オランダ国 アインドーフェン ボルデオ ウクスラーン 54 (72)発明者 ヘンク フレデリック ディルク リンダ ース オランダ国 5551 エムエス ドンメレン ドラペニールウエイ 16 (72)発明者 ヨハネス マルカス マリア ベルトマン オランダ国 5501 カーヘー フェルドホ ーフェン メイフェルド 129

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 結像系と、その像面および結像を行うべ
    き第２面間の変位を測定する光電子焦点検出系とを具
    え、この焦点検出系には、焦点検出ビームを供給する放
    射線源、前記第２面の前記放射線源と同一側に配列され
    た放射線感応検出器、焦点検出ビームの傾斜方向を変化
    する面および前記第２面により反射されたビームの傾斜
    方向を変化する面に対し僅かな角度で第２面に焦点検出
    ビームを指向するとともに前記反射ビームを前記検出器
    に指向する光学素子を設けるようにした結像装置におい
    て、前記焦点検出ビームが広い波長帯を有するとともに
    第１および第２格子を設け、第１格子を前記放射線源お
    よび前記第２面間の放射線経路に配列し、第２格子を前
    記第２面および前記検出器間に配列するようにしたこと
    を特徴とする結像装置。
  2. 【請求項２】 前記検出器に受光する前記第１格子およ
    び第２格子の像を相互に周期的に移動させる手段を設け
    るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の結像装
    置。
  3. 【請求項３】 周期的な電気信号によって制御される光
    学素子を前記焦点検出ビームの経路に配列し、この光学
    素子の光学特性が前記電気信号の影響の下で周期的に変
    化するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の結
    像装置。
  4. 【請求項４】 焦点検出ビームを、第２格子の面に第１
    格子の像を形成する２つのサブビームに分割する偏光感
    応素子を第２格子の前方に配列し、前記像を前記第２格
    子の格子周期の１／２に等しい距離だけ相互にシフト
    し、前記第２格子および前記検出器間に偏光ローテータ
    を配列し、このローテータを前方にサブビームの偏光方
    向を周期的に変化する周期信号によって制御し、前記偏
    光ローテータおよび前記検出器間に検光子を配列し、前
    記検出器の出力信号を処理して焦点制御信号を形成する
    電子回路に前記周期信号をも供給するようにしたことを
    特徴とする請求項３に記載の結像装置。
  5. 【請求項５】 前記第２面により１回反射された焦点検
    出ビームの経路に逆反射体を配列し、この逆反射体によ
    ってこれに沿うビームを反射し、前記ビーム分割素子を
    前記第２面で２回反射された焦点検出ビームの経路の前
    記第２面および放射線源間に配列し、前記ビーム分割素
    子によって前記第２格子およびその背後に配列した前記
    検出器に向かって前記２回反射されたビームを結合して
    除去するようにしたことを特徴とする請求項１、２、３
    または４に記載の結像装置。
  6. 【請求項６】 結像系と、その像面および結像を行うべ
    き第２面間の変位を測定する光電子焦点検出系とを具
    え、この焦点検出系には、焦点検出ビームを供給する放
    射線源、前記第２面の前記放射線源と同一側に配列され
    た放射線感応検出器、焦点検出ビームの傾斜方向を変化
    する面および前記第２面により反射されたビームの傾斜
    方向を変化する面に対し僅かな角度で第２面に焦点検出
    ビームを指向するとともに前記反射ビームを前記検出器
    に指向する光学素子を設けるようにした結像装置におい
    て、前記第２面に対向して配置された結像系に指向する
    とともにこの面に対して僅かな角度で延在する基準ビー
    ムを設け、この面により反射された基準ビームの経路に
    配列された第２検出器並びに第１格子および第２格子を
    前記基準ビームの経路に配列し、前記傾斜方向を指向し
    変化する前記第１格子および第２格子間に配列された光
    学手段を２つのビームに対し共通とするようにしたこと
    を特徴とする結像装置。
  7. 【請求項７】 関連するビームに対し前記検出器が受光
    する第１格子および第２格子の像を相互に周期的に移動
    する手段を焦点検出ビームおよび前記基準ビームに対し
    設けるようにしたことを特徴とする請求項６に記載の結
    像装置。
  8. 【請求項８】 周期的電気信号により制御される光学素
    子を焦点検出ビームおよび基準ビームの経路に配列し、
    この光学素子の光学的特性が前記電気信号の影響の下で
    周期的に変化するようにしてことを特徴とする請求項７
    に記載の結像装置。
  9. 【請求項９】 偏光感応素子を前記焦点検出ビームおよ
    び基準ビームの経路内で前記第２格子の前面に配列して
    各焦点検出ビームおよび基準ビームを第２格子の面に第
    １格子の像を形成する２つのサブビームに分割し、これ
    ら像は第２格子の格子周期の１／２に等しい距離に亘っ
    て互いに推移し、前記サブビームの偏光方向を周期的に
    変化する偏光ローテータを第２格子および検出器間に配
    列し、この偏光ローテータおよび前記検出器間に検光子
    を配列し、且つ焦点誤り信号に前記検出器の出力信号を
    処理する電子回路に周期信号をも供給するようにしたこ
    とを特徴とする請求項８に記載の結像装置。
  10. 【請求項１０】 前記基準ビームを供給する個別の放射
    線源を設け、前記結像系のそれぞれ第２面および前記面
    に前記ビームを指向する第１ビーム偏光素子を前記焦点
    検出ビームおよび基準ビームの経路の放射線源および第
    ２面間に配列し、前記焦点検出ビームおよび前記基準ビ
    ームの経路の前記第２面および前記２つの検出器間に前
    記ビームをそれぞれ第１および第２検出器に指向する第
    ２ビーム偏光素子を配列するようにしたことを特徴とす
    る請求項６，７，８または９に記載の結像装置。
  11. 【請求項１１】 前記基準ビームを供給する個別の放射
    線源を設け、且つ焦点検出ビームおよび基準ビームの経
    路の前記放射線源および第２面間にビーム検出素子を配
    列し、更に前記第２面により１回反射された焦点検出ビ
    ームの経路および前記結像系の面により１回反射された
    前記基準ビームの経路に逆反射体を配列し、焦点検出ビ
    ームを第１検出器に向かって結合する第１ビーム分離素
    子を前記第２面により２回反射されたビームの経路に配
    列し、前記基準ビームを第２検出器に向けて結合する第
    ２ビーム分離素子を前記結像系の面により２回反射され
    たビームの経路に配列するようにしたことを特徴とする
    請求項６，７，８または９に記載の結像装置。
  12. 【請求項１２】 前記ビームを第１偏光方向を有する焦
    点検出ビームおよび第２偏光方向を有する基準ビームに
    分割するとともにこれらビームを前記第２面および結像
    系の面にそれぞれ指向する第１複屈折素子を前記放射線
    源により供給されるビームの経路に配列し、これら２つ
    のビームを互いの方向に偏光するとともにこれらビーム
    を第１検出器および第２検出器にそれぞれ指向する第２
    複屈折素子を前記第２面および前記結像系の面により反
    射されるビームの経路に配列するようにしたことを特徴
    とする請求項６，７，８または９に記載の結像装置。
  13. 【請求項１３】 前記第２面により反射された焦点検出
    ビームの経路に合成反射体を配列し、前記基準ビームは
    前記反射体により反射され、且つ前記結像系の面に指向
    された焦点検出ビームの経路に配列し、前記第１検出器
    および前記第２検出器を１つの検出器に組合せるように
    したことを特徴とする請求項６，７，８または９に記載
    の結像装置。
  14. 【請求項１４】 前記第１のビームを前記第２面に向か
    って偏向するとともに前記第２のビームを前記検出器に
    向かって偏向するビーム偏向素子を前記放射線源により
    供給されるビームおよび前記結像系の面により反射され
    たビームの共通経路に配列するようにしたことを特徴と
    する請求項１３に記載の結像装置。
  15. 【請求項１５】 前記放射線源により供給されるビーム
    の経路に第１複屈折素子を配列し、この複屈折素子は前
    記ビームを前記第２面に向かう焦点検出ビームとして通
    過させ、且つ前記結像系の面により反射されたビームの
    経路に第２複屈折素子を配列し、この複屈折素子は前記
    ビームを結像系の面に向けて基準ビームとして偏向し、
    前記第１複屈折素子によって前記結像系の面により反射
    されたビームを前記放射線源により供給されるビームの
    方向に偏向するようにしたことを特徴とする請求項６，
    ７，８または９に記載の結像装置。
  16. 【請求項１６】 前記焦点検出ビームの波長帯域を広波
    長帯域とし、前記焦点検出ビームおよび基準ビームの放
    射線ビーム経路の関連するビームを供給する放射線源お
    よびこのビームを１回反射する面間に第１格子を配列
    し、前記関連するビームの検出器および前記ビームを検
    出器に向けて反射する面間に第２格子を配列するように
    したことを特徴とする請求項６，７，８または９に記載
    の結像装置。
  17. 【請求項１７】 前記放射線源によって広波長帯域のビ
    ームを供給し、この放射線源および前記第１偏光素子間
    に第１格子を配列し、前記第２偏光素子および前記検出
    器間に第２格子を配列するようにしたことを特徴とする
    請求項１０に記載の結像装置。
  18. 【請求項１８】 前記焦点検出ビームの波長帯域を広波
    長帯域とし、前記放射線源および前記第１偏光素子間に
    第１格子を配列し、前記反射焦点検出ビームの放射線ビ
    ーム経路の前記ビーム偏向素子および前記第１検出器間
    に第２格子を配列し、前記反射基準ビームの放射線ビー
    ム経路の前記ビーム偏向素子および第２検出器間に第３
    格子を配列するようにしたことを特徴とする請求項１１
    に記載の結像装置。
  19. 【請求項１９】 前記放射線源によって広波長帯域のビ
    ームを供給し、前記放射線源および前記第１複屈折素子
    間に第１格子を設け、前記第２複屈折素子および前記検
    出器間に第２格子を設けるようにしたことを特徴とする
    請求項１２に記載の結像装置。
  20. 【請求項２０】 前記放射線源によって広波長帯域のビ
    ームを供給し、前記ビームの放射線ビーム経路の前記放
    射線源および前面に第２面間に第１格子を配列し、前記
    結像系の面および前記検出器間に第２格子を配列するよ
    うにしたことを特徴とする請求項１３または１４に記載
    の結像装置。
  21. 【請求項２１】 前記放射線源によって広波長帯域のビ
    ームを供給し、前記ビームの放射線ビーム経路の前記放
    射線源および前記第１複屈折素子間に第１格子を設け、
    前記第１複屈折素子および前記検出器間に第２格子を設
    けるようにしたことを特徴とする請求項１５に記載の結
    像装置。
  22. 【請求項２２】 焦点誤差とは無関係に前記第２面に形
    成される放射線スポットを変位して発生した焦点誤差信
    号の零値を変化させる可調整光学素子を前記焦点検出ビ
    ームの放射線ビーム経路の第２面の前方に配列するよう
    にしたことを特徴とする請求項１または６に記載の結像
    装置。
  23. 【請求項２３】 ２つの相互に直交するＸおよびＹ軸に
    対する前方に第２面の傾斜を決める第１および第２検出
    ユニットを具え、各検出ユニットは放射線源、第１およ
    び第２格子並びに検出器を具え、第１検出ユニットの光
    軸をＸＺ面に位置させ、第２検出ユニットの光軸をＹＺ
    面に位置させ、各検出ユニットにおいては、前記格子か
    らのビームを平行ビームに変換する第１レンズ系を前記
    第１格子および前記第２面間に配列し、前記平行ビーム
    を集束ビームに変換する第２レンズ系を前記第２面およ
    び前記第２格子間に配列するようにしたことを特徴とす
    る請求項１，２または３に記載の結像装置。
  24. 【請求項２４】 各検出ユニットは前記第２面に対向し
    て位置する結像系の面に指向され第２面に対しある角度
    で延在する基準ビームを形成する手段と、前記結像系の
    面によって反射された基準ビームの経路に配列された第
    ２検出器とを具えることを特徴とする請求項２３に記載
    の結像装置。
  25. 【請求項２５】 焦点検出ビームと同様の２つの余分の
    焦点検出ビームを供給する手段を設けて像面の互いに直
    交するＸおよびＹ軸に対する前方に第２面の傾斜を検出
    し、各焦点検出ビームは前記第２面の個別の点に向けて
    少なくとも２つの点が異なる種々のＸ位置をとり、少な
    くとも２つの点が異なる種々のＹ位置をとるようにした
    ことを特徴とする請求項１または６に記載の結像装置。
  26. 【請求項２６】 各々が２つの焦点検出ビームを有する
    ２つの個別の焦点検出ユニットを具え、２つの焦点検出
    ユニットの検出信号は総合してＸ軸およびＹ軸に対する
    前記第２面の傾斜に関する情報を具えることを特徴とす
    る請求項２５に記載の結像装置。
  27. 【請求項２７】 各格子は異なる格子周期を有する２つ
    のサブ格子に分割するようにしたことを特徴とする請求
    項１，６，２３，２４，２５または２６に記載の結像装
    置。
  28. 【請求項２８】 前記焦点検出ビームは広帯域とすると
    ともに前記格子を通過し、且つ余分の単色焦点検出ビー
    ムを供給する追加の明るい放射線源を設けて前記第２面
    に余分の放射線スポットを形成するようにしたことを特
    徴とする請求項１，６，２３，２４，２５または２６に
    記載の結像装置。
  29. 【請求項２９】 前記結像系の面に余分の放射線スポッ
    トを形成する追加の明るい放射線源を設けてようにした
    ことを特徴とする請求項２８に記載の結像装置。
  30. 【請求項３０】 各検出ユニットにおいて格子間の放射
    線ビーム経路の光学素子を焦点検出ビームおよび基準ビ
    ームの全部に対して共通とするようにしたことを特徴と
    する請求項２３，２４，２５，２６，２７，２８または
    ２９に記載の結像装置。
  31. 【請求項３１】 単色焦点検出ビームおよび基準ビーム
    の波長を他の焦点検出ビームおよび基準ビームの波長帯
    域に位置させるようにしたことを特徴とする請求項２
    ８，２９または３０に記載の結像装置。
  32. 【請求項３２】 焦点検出ユニット内に２つの集束ビー
    ムを１つのビームによって形成し、その２部分を２つの
    異なる格子部分に入射させるようにしたことを特徴とす
    る請求項２５，２６，２７，２８，２９または３０に記
    載の結像装置。
  33. 【請求項３３】 前記第１格子および第２格子の２つの
    格子部分を第１格子板および第２格子板にそれぞれ配列
    し、第１格子板には１つの単色ビーム用の第１アパーテ
    ュアを設け、第２格子板には単色ビーム用の２つの第２
    アパーテュアを設け、これら第２アパーテュアを前記第
    １アパーテュアに対し対称に配置するようにしたことを
    特徴とする請求項２８〜３２の何れかの項に記載の結像
    装置。
  34. 【請求項３４】 請求項１，６，２３，２５，２７また
    は２８に記載の結像装置を具える基板にマスクパターン
    を繰返し結像する投射装置において、結像レンズ系を光
    学投射レンズ系によって形成し、このレンズ系により前
    記基板上にマスクパターンを投射し、前記第２面は露出
    すべき基板層の表面によって形成し、焦点検出系の信号
    を用いて前記基板と投射レンズ系および／またはこのレ
    ンズ系の像面および前記面間の角度との間の距離を設定
    することを特徴とする投射装置。
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