DE69839069T2

DE69839069T2 - Wiederholte projektion eines maskenmusters unter verwendung einer zeitsparenden höhenmessung

Info

Publication number: DE69839069T2
Application number: DE69839069T
Authority: DE
Inventors: Erik Roelof Loopstra
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2018-12-12
Also published as: JP2001513267A; WO1999032940A1; JP2005020030A; EP0961954A1; US6208407B1; TW399145B; JP4332486B2; KR20000075541A; EP0961954B1; JP3631766B2; KR100632427B1; DE69839069D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Projizieren eines Maskenmusters auf eine Vielzahl von Bereichen eines mit einer strahlungsempfindlichen Schicht versehenen Substrats mit Hilfe eines Projektionsstrahls und eines Projektionssystems gemäß dem Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft ebenso eine lithographische Projektionsvorrichtung gemäß Anspruch 6, die zum Ausführen des Verfahrens geeignet ist. Diese Vorrichtung kann ein „Stepper" oder ein „Steg-and-Scanner" sein.
Ein derartiges Verfahren sowie eine derartige Vorrichtung zum Herstellen von ICs sind in der japanischen Patentanmeldung JP-A 61-196532 beschrieben. In dieser Patentanmeldung wird das Problem erwähnt, dass sich bei dem Herstellungsprozess des ICs die Oberfläche des Substrats deformieren kann, da diese Substrate einer thermischen Behandlung zwischen aufeinanderfolgenden Illuminationen unterzogen werden, und zwar jedes Mal mit einem anderen Maskenmuster. Aufgrund der Deformation der Substratoberfläche können sich die IC-Bereiche oder IC-Felder des Substrats über die Tiefenschärfe des Projektionslinsensystems, mit dem das Maskenmuster auf die unterschiedlichen Substratbereiche abgebildet wird, hinaus verschieben, so dass keine fehlerfreien Abbildungen mehr erzielt werden können. Es ist deshalb notwendig, die Höhe eines jeden Substratbereichs, d. h. die Position längs einer Achse, die parallel zur optischen Achse des Projektionslinsensystems verläuft, zu messen. Falls eine Höhenmessung an einem Punkt für jeden Substratbereich durchgeführt wird, kann eine möglicherweise vorhandene Unebenheit des betreffenden Substratsbereichs nicht gemessen werden, und es kann nicht sichergestellt werden, dass sich der gesamte Substratbereich innerhalb der Tiefenschärfe des Projektionslinsensystems befindet.
Die Aufgabe der JP-A 61-196532 besteht darin, ein Verfahren vorzusehen, mit dem sichergestellt werden kann, dass sich die gesamte Substratbereichoberfläche innerhalb der Tiefenschärfe befindet, und mit dem überprüft werden kann, ob diese Oberfläche eine Qualität aufweist, die für die Illumination nicht ausreichend ist oder auf gar keinen Fall verwendet werden sollte. Um diese Aufgabe zu lösen, schlägt die JP-A 61-196532 vor, die Höhe und eine möglicherweise vorhandene Neigung der Bereiche der Substrate zu messen, bevor sie in den Projektionsstrahl und unterhalb des Projektionslinsensystems, das bedeutet in eine Projektionsstation, eingeführt werden. Diese Messung wird in einer separaten Messstation durchgeführt.
Ein bedeutungsvoller Parameter gegenwärtiger lithographischer Vorrichtungen ist der Durchsatz, d. h. die Anzahl von Substraten, die pro Zeiteinheit durch die Vorrichtung illuminiert und daher mit Abbildungen des Maskenmusters versehen werden können. Es ist bekannt, dass es eine sehr rasche Entwicklung auf dem Gebiet der lithographischen Vorrichtungen gibt. Nach der Veröffentlichung der JP-A 61-196532 haben zwischenzeitlich mehrere Generationen dieser Vorrichtungen einander abgelöst. Mit den darauffolgenden Generationen konnten ICs mit einer zunehmenden Anzahl elektronischer Komponenten hergestellt werden. Dies bedeutete jedoch, dass diejenigen Prozeduren, die dem Justieren (in X und Y Richtung senkrecht zur Achse des Projektionssystems) der Substratbereiche in Bezug auf das Maskenmuster sowie dem Halten dieser Bereiche in der Brennebene dienen, zunehmend schwieriger und zeitaufwendiger geworden sind. Bei der Justierung wird nicht nur ein Justiersystem, in dem Justiermarkierungen des Substrats auf die Markierungen der Maske abgebildet werden, wie es zum Beispiel in der US 4,778,275 beschrieben ist, sondern ebenso ein Interferometersystem verwendet, mit dem die Bewegungen des Substrats in X und Y Richtung sowie die Positionen der Substratbereiche in einem Koordinatensystem fixiert werden können.
Ein bedeutender Durchbruch war die Verwendung eines Interferometersystems mit zumindest fünf anstelle von drei Messachsen. Eine lithographische Vorrichtung, die mit einem derartigen Interferometersystem versehen ist, ist in der EP-A 0 498 499 beschrieben. Mit diesem Interferometersystem können nicht nur die Verschiebungen des Substrats entlang der X Achse und der Y Achse und die Drehung um die Z Achse gemessen werden, sondern ebenso die Neigung um die X Achse und die Neigung um die Y Achse können sehr genau gemessen werden. Folglich kann jeder Substratbereich mit hinreichender Genauigkeit in Bezug auf das Maskenmuster angeordnet werden, ohne dass jeder Substratbereich separat ausgerichtet werden muss. Die für die Illumination des Substrats erforderliche Zeit kann auf diese Weise deutlich verkürzt werden.
In der JP-A 61-196532 wird eine separate Messstation zum Messen der Höhe und der Neigung der Substratbereiche verwendet. Ferner wird darauf hingewiesen, dass aufgrund der Verwendung einer Vielzahl von Substrathaltern die Illumination eines ersten Substrats und die Messung an einem zweiten Substrat gleichzeitig durchgeführt werden können, so dass der gleiche Durchsatz wie bei bekannten Vorrichtungen erzielt werden kann. Der Grund hegt darin, dass aufgrund der verschiedenen und zusätzlichen Messschritte, die bei jedem Substratbereich durchgeführt werden, die für die Illumination des gesamten Substrats erforderliche Zeit zu lang werden wür den, wenn die Vorrichtung die Substrate nacheinander behandeln würde, d. h. wenn zunächst ein erstes Substrat gemessen und dann illuminiert und im Anschluss ein zweites Substrat gemessen und dann illuminiert, usw. werden würde. Das mit zumindest fünf Messachsen ausgestattet Interferometersystem und die damit einhergehenden Vereinfachungen haben das in der JP-A 61-196532 erwähnte Problem sowie dessen Lösung dahingehend überbrückt, als dass die anvisierte Genauigkeit ebenso ohne eine separate Messstation und ohne gleichzeitige Messung und Illumination erzielt werden kann.
Hinsichtlich lithographischer Vorrichtungen der neuesten Generation sowie derjenigen lithographischen Vorrichtungen, die gegenwärtig entwickelt werden und mit denen sogar noch kleinere Details abgebildet werden müssen und bei denen eine noch größere Positioniergenauigkeit der Substratbereiche erwünscht ist, muss jeder Substratbereich ausgerichtet und eine Fokus-und-Neigungs-Korrektur trotz des Einsatzes eines Interferometerssystems mit fünf oder mehr Messachsen durchgeführt werden.
Es ist bereits eine lithographische Vorrichtung vorgeschlagen worden, zum Beispiel in der EP-A 0 687 957 und der englischsprachigen Zusammenfassung der JP-A 57-183031 , die mindestens zwei Substrathalter und eine separate Justierstation aufweist. In dieser Station werden die Substrate in Bezug auf den Substrathalter, auf denen sie angeordnet sind, vor der Einführung in die Projektionsstation ausgerichtet. In der Projektionsstation muss lediglich der Substrathalter im Anschluss in Bezug auf das Maskenmuster ausgerichtet werden, was wiederum ein relativ einfacher Prozess ist, der rasch durchgeführt werden kann. Da zwei Substrathalter verwendet werden, die zwischen der Justierstation und der Projektionsstation bewegt werden können, kann ein zweites Substrat in Bezug auf die Substrathalterung in der Justierstation ausgerichtet werden, während ein erstes Substrat in der Projektionsstation illuminiert wird, und auf diese Weise kann die für die Justierung in der Projektionsstation erforderliche Zeit minimiert werden.
In der in der JP-A 61-196532 beschriebenen Höhenmessstation wird der gleiche Mehrfachhöhensensor, der zum Beispiel aus drei Luftsensoren besteht, zum Messen der Höhe von sowohl einem Substratbereich als auch einer Referenzebene des Substrathalters verwendet. Des Weiteren ist ein scherendes („shearing") Interferometersystem für die Messung der Form der Substratbereichoberfläche vorgesehen. Das Ergebnis dieser Auswahl von Messvorrichtungen besteht darin, dass die Messprozedur eine relativ große Anzahl von Schritten aufweist.
Zunächst wird die Höhe des Substratbereichs an drei unterschiedlichen Positionen in diesem Bereich mit Hilfe der drei Luftsensoren gemessen, so dass die Steigung dieses Bereichs berechnet werden kann. Diese Steigung wird als "temporäre Grundebene" bezeichnet. Im Anschluss wird mit Hilfe eines in der Höhenmessstation angeordneten vertikalen Aktuators sichergestellt, dass die temporäre Grundebene parallel zu einer Referenzebene des Interferometers verläuft. Anschließend werden die Luftsensoren der Substratoberfläche zur Referenzebene des Substrathalters bewegt. Danach wird der Substratbereich mit dem Interferometer gemessen, während die Form der Substratbereichoberfläche anhand des Interferenzmusters in dem Interferometersystem berechnet wird. Bei diesem Schritt muss das Substrat in vertikaler Richtung über kleine Abstände durch den vertikalen Aktuator bewegt werden. Im Anschluss wird die Höhe der Referenzebene der Substrathalterung mit Hilfe der drei Luftsensoren gemessen. Schließlich wird eine Korrelation zwischen dieser Höhe und der temporären Grundebene bestimmt. Die auf diese Weise erhaltene Information wird an die Projektionsstation weitergeleitet, in der sie nach dem Eintreffen des betreffenden Substrats zum Einstellen der Höhe der Substratbereiche verwendet wird, und in der lediglich die Höhe der Referenzebene des Substrats mit den drei Luftsensoren, die in der Projektionsstation angeordnet sind, gemessen wird.
EP-A-0 793 073 beschreibt ein lithographisches Projektionsvorrichtungssystem, bei dem ein Höhensensor zur Messung der Position der Oberfläche des Substrats unterhalb der Projektionslinse vorgesehen ist. Das Substrat wird zur Vermessung seiner Oberfläche unterhalb der Linse gescannt, bevor die Belichtungen durchgeführt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein lithographisches Verfahren und eine lithographische Vorrichtung vorzusehen, die auf einem anderen Konzept basieren und einfacher sind als diejenigen, die in der JP-A-61-196532 beschrieben sind.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen bestimmt.
Es wird davon ausgegangen, dass die Achse des Projektionsstrahls der Symmetrieachse der Projektionsstrahlung entspricht. Diese Strahlung kann aus nur einem Strahl mit einem runden Querschnitt oder einem ringförmigen Querschnitt oder einem Querschnitt, der die Form eines kreisförmigen Segments aufweist, bestehen. Die Projektionsstrahlung kann alternativ zum Beispiel aus vier Teilstrahlen bestehen, die in vier Quadranten angeordnet sind und darauf abzielen, das Auflösungsvermögen der Projektionsvorrichtung zu vergrößern. Die Symmetrieachse entspricht dann einer Achse durch die Mitte der vier Quadranten. Ein Projektionsstrahl mit einem Querschnitt, der die Form eines kreisförmigen Segments in dem Bereich der Maskenebene aufweist, wird in einem Step-and-Scanner verwendet. Im letzteren Fall entspricht die Symmetrieachse einer Achse, die durch die Mitte der Kreiskrümmung verläuft.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Höhe sowie das Profil des Substratbereichs auf deutlich einfachere Weise und innerhalb einer sehr viel kürzeren Zeitspanne im Vergleich mit dem in der JP-A 61-196532 beschriebenen Verfahren gemessen werden kann, in dem nur ein einziger Höhensensor zum Messen des Substratbereichs verwendet wird, und in dem dieser Bereich und der Höhensensor relativ zueinander in einer Ebene senkrecht zur Messrichtung bewegt werden, in der der Höhensensor jedes Mal lediglich einen kleinen Abschnitt des Substratbereichs misst. Da des Weiteren ein zweiter Höhensensor zum Messen der Referenzebene der Substrathalterung verwendet wird, muss der erste Höhensensor nicht mehr von dem Substratbereich zur Referenzebene verschoben werden, und umgekehrt, was wiederum die Stabilität der Messvorrichtung erhöht und die Messung verbessert.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist vorzugsweise weiter dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Substratbereich die Höhe dieses Substratbereichs und die Höhe der Referenzebene des Substrathalters gleichzeitig gemessen werden.
Dies wird dadurch ermöglicht, dass zwei Höhensensoren in der Messstation verwendet werden, so dass die Messzeit verkürzt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass sowohl vor als auch nach dem Einführen des Substrathalters mit dem Substrat in die Projektionsstation und beim Messen der Höhe der Referenzebene des Substrathalters ebenso die Position des Substrats entlang einer X Achse und einer Y Achse gemessen wird, wobei die X Achse und die Y Achse Achsen eines dreiachsigen orthogonalen Koordinatensystems sind, und wobei die Z Achse parallel zur Achse des Projektionsstrahls verläuft.
Aufgrund der X und Y Messung, die mit dem voranstehend erwähnten Interferometersystem durchgeführt werden können, wird gleichzeitig sowohl die Position eines Substratbereichs in einem durch das Interferometersystem festgelegten System von Koordinaten als auch die Höhe dieses Substratbereichs gemessen. Das Ergebnis dieser Messung kann, inter alia, zum Identifizieren des Substratbereichs in der Projektionsstation verwendet werden. Überdies verbessert die Z Messung zusammen mit den X und Y Messungen die Zuverlässigkeit sowie die Genauigkeit dieser Messungen.
Da die X und Y Positionen jedes Substratbereichs sowohl in der Messstation als auch in der Projektionsstation bestimmt werden, kann nun ein Teil der bei lithographischen Verfahren erforderlichen Justierprozedur durchgeführt werden, bevor das Substrat in den Projektionsstrahl eingeführt wird. Eine Ausführungsform des Verfahrens, bei dem dies der Fall ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einführen des Substrathalters mit dem Substrat in die Projektionsstation für jeden Substratbereich eine Beziehung zwischen einer dem Substratbereich zugeordneten Markierung und mindestens einer Referenzmarkierung auf dem Substrathalter festgelegt wird, und dass nach dem Einführen des Substrathalters mit dem Substrat in die Projektionsstation jeder Substratbereich, bevor er illuminiert wird, unter Verwendung der Beziehung justiert wird, in dem die Referenzmarkierung in Bezug auf eine entsprechende Markierung auf der Maske ausgerichtet wird.
Während der Illumination eines ersten Substrats kann auf diese Weise der die meiste Zeit beanspruchende Teil der Justierprozedur an einem zweiten Substrat durchgeführt werden, so dass die für die Justierung erforderliche Zeit ebenso deutlich verkürzt werden kann. Dabei wird der Vorteil genutzt, dass die für die Justierung erforderlichen Messungen der X und Y Position bereits bei den Höhenmessungen der Substratbereiche durchgeführt werden. Das Prinzip des Ausführens eines Teils der Justierprozedur beim Einführen eines Substrats in den Projektionsstrahl und die damit einhergehenden Vorteile sind in der EP-A 0 687 957 und in der englischsprachigen Zusammenfassung der JP-A 57-183031 beschrieben.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Oberflächenprofils einer Vielzahl von Substratbereichen vor dem Einführen des Substrats in die Projektionsstation eine bestimmte Route verfolgt wird, die durch die Reinfolge festgelegt ist, in der nacheinander inspizierte Bereiche relativ zueinander angeordnet sind, und dass, wenn das Substrat im Anschluss in die Projektionsstation und unterhalb des Projektionssystems eingeführt wird, die gleiche Route bei der Illumination der Bereiche verfolgt wird. Dadurch wird die Anpassung der Daten zwischen den Messpositionen (an denen das Oberflächenprofil bestimmt wird) und den Belichtungspositionen (an denen die Illumination stattfindet) der Bereiche auf dem Substrat deutlich vereinfacht. Obwohl bei einer solchen Ausführungsform die gleiche Route sowohl an den Messsta tionen als auch den Belichtungsstationen verfolgt wird, so wird explizit darauf hingewiesen, dass sie nicht auf das Befolgen der gleichen Reihenfolge beschränkt ist, wenngleich dies bestimmt möglich ist.
Durch Verwenden des Verfahrens gemäß der Erfindung werden scharfe Abbildungen des Maskenmusters auf die Substratbereiche erhalten, so dass diejenigen Produkte, zum Beispiel ICs, die mittels des Verfahrens hergestellt werden, sehr genau festgelegte Strukturen aufweisen, so dass die Erfindung ebenso in diesen Produkten in Erscheinung tritt.
Die Erfindung betrifft ebenso eine lithographische Projektionsvorrichtung, die zum Ausführen des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet ist. Diese Vorrichtung, die eine Projektionsstation zum Projizieren eines Maskenmusters auf eine Vielzahl von Bereichen eines auf einem Substrathalter angeordneten Substrats sowie eine Messstation zum Messen der Höhe eines jeden Substratbereichs und der Höhe einer Referenzebene des Substrathalters aufweist, wobei die Bahn des Substrats sich durch die Vorrichtung und über die Messstation zur Projektionsstation erstreckt, ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Messstation ein erster und ein zweiter Höhensensor untergebracht sind zum Messen von jeweils der Höhe der Substratbereiche und der Referenzebene des Substrathalters, und dass in der Projektionsstation ein dritter Höhensensor untergebracht ist zum Messen der Höhe der Referenzebene des Substrathalters.
Diese Vorrichtung unterscheidet sich von der in der JP-A 61-196532 beschriebenen Vorrichtung dahingehend, dass in der Messstation der zuletzt erwähnten Vorrichtung lediglich ein Höhensensor untergebracht ist.
In der neuen Vorrichtung können verschiedene Arten von Höhensensoren verwendet werden, zum Beispiel kapazitive oder pneumatische Messeinrichtungen. Überdies können die Höhensensoren sich voneinander unterscheiden. Vorzugsweise sind die drei Höhensensoren optische Höhensensoren.
Optische Höhensensoren sind hinsichtlich ihrer Verwendung flexibel, benötigen lediglich ein paar zusätzliche Vorkehrungen in der Vorrichtung und sind sehr genau und zuverlässig.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Projektionsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und/oder dritte Höhensensor einen Teil eines separaten zusammengesetzten XYZ Interferometersystems bildet zum Messen der X und Y Verschiebungen sowie der Positionen des Substrats, und dass sie eine Anzahl von X und Y Messachsen aufweist, wobei die Anzahl zumindest gleich der Anzahl der interferometrisch zu bestimmenden Substratverschiebungen ist, und wobei die Messachsen mit auf dem Substrathalter angeordneten X und Y Messspiegeln zusammenwirken, und wobei das Interferometersystem ferner eine Z Messachse aufweist, die mit einem Z Messspiegel zusammenwirkt, der auf dem Substrathalter unter einem spitzen Winkel zur XY Ebene angeordnet ist, und wobei die Z Messachse und der Z Messspiegel zusammen mit einem Z Reflektor und einem Z Detektor den Höhensensor bilden.
Eine Messachse des Interferometersystems entspricht einer Achse, entlang derer die Position oder die Verschiebung des Substrats in einer vorgegeben Richtung (X, Y oder Z) gemessen wird. Diese Messachse muss nicht mit dem Hauptstrahl des Messstrahles übereinstimmen, der für die betreffende Messung verwendet wird. Falls der Messstrahl zweimal durch das System verläuft und zweimal an im Wesentlichen dem gleichen Punkt durch einen Messspiegel reflektiert wird, befindet sich die Messachse zwischen dem Hauptstrahl des Messstrahls beim ersten Durchlauf und dem Hauptstrahl dieses Strahls beim zweiten Durchlauf durch das System.
Hinsichtlich der Stabilität und Genauigkeit ist ein XY Interferometersystem, das zusätzlich mit einer Z Messachse ausgestattet ist, offensichtlich zur Verwendung als Höhensensor in einer lithographischen Vorrichtung geeignet. Die Höhenmessung kann im Anschluss mit relativ wenigen und einfachen Einrichtungen durchgeführt werden: einem zusätzlichen Strahlteiler und einem zusätzlichen Z Detektor in dem Interferometersystem, und einem zusätzlichen Messspiegel auf dem Substrathalter. Überdies ist es nicht notwendig, einen Raum zwischen dem Projektionssystem und dem Substrat zum Vorsehen eines Höhensensors freizuhalten. Die Höhe des Substrats wird nun in Bezug auf einen Z Reflektor bestimmt, der mit dem Projektionssystem verbunden ist.
Wie bereits voranstehend darauf hingewiesen wurde, ist es ebenso von großem Vorteil, wenn ein Teil der Justierprozedur zusätzlich zur Höhenmessung in der Messstation durchgeführt werden kann. Eine Vorrichtung, die dies ermöglicht, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messstation ein optisches Justiersystem umfasst, das Elemente aufweist zum Ausrichten von Justiermarkierungen, die den Substratbereichen zugeordnet sind, und zumindest einer Justiermarkierung des Substrathalters in Bezug auf eine Referenzmarkierung innerhalb des Messsystems.
Ein Justiersystem für eine Messstation, die lediglich zum Ausrichten eines Substrats auf einem Substrattisch verwendet wird, ist in der voranstehenden JP-A-57-183031 beschrieben.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Z Messspiegel für das Interferometersystem auf dem Substrathalter unter einem Winkel von im Wesentlichen 45° zur XY Ebene angeordnet ist.
Falls der Z Reflektor parallel zur XY Ebene ist, kann der Z Messspiegel so eine minimale Breite aufweisen, da der Z Messstrahl die gleiche Bahn zu und von dem Z Reflektor traversiert.
Die Vorrichtung kann des Weiteren dadurch gekennzeichnet sein, dass der Z Messspiegel für das Interferometersystem von einem abgeschrägten Abschnitt eines X oder Y Messspiegels gebildet wird.
Eine Seitenfläche des Substrathalters, die für diesen Zweck geeignet ist, wird dann in einen geraden Abschnitt und einen abgeschrägten Abschnitt, der unter einem Winkel von vorzugsweise 45° zu dem geraden Abschnitt verläuft, unterteilt, wobei beide Abschnitte reflektierend sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Z Messspiegel für das Interferometersystem von einer abgeschrägten Stange gebildet wird, die auf einer Seitenfläche des Substrathalters angeordnet ist, und auf der ebenso ein X oder Y Messspiegel angeordnet ist, wobei die Stange sich in Z Richtung über lediglich einen kleinen Teil der Seitenfläche und in der Richtung senkrecht dazu über die gesamte Seitenfläche erstreckt.
Da der Z Reflektor an dem Halter des Projektionssystems angeordnet ist, gibt es einen vorgegebenen Abstand, zum Beispiel in der Größenordnung von 70 mm, zwischen einem Ende dieses Reflektors und der Achse des Projektionssystems in der lithographischen Vorrichtung. So dass in einer sehr weit außen gelegenen X Position des Substrathalters der von dem Z Messspiegel reflektierte Messstrahl den Z Reflektor erreichen kann, muss der Abstand zwischen der Achse des Projektionssystems und der Mitte des Z Messspiegels minimal gleich dem Abstand in dieser sehr weit außen liegenden Position sein. Dies bedeutet, dass der Substrathalter zum Zwecke der Z Messung vergrößert ausgebildet sein müsste. Da der Halter eine vorgegebene Höhe aufweisen muss, und da der X oder Y Messspiegel ebenso auf derjenigen Seitenfläche vorgesehen sein muss, an der der Z Messspiegel vorgesehen ist, würde eine Vergrößerung des Substrathalters für die Zwecke des Z Messspiegels zu einer deutlichen Zunahme seines Gewichts führen. Indem der Z Messspiegel auf einer dünnen Stange vorgesehen wird, die fest mit dem Substrathalter verbunden ist, kann das Gewicht des Halters auf ein Minimum begrenzt werden.
Entsprechend einem weiteren charakteristischen Merkmal der lithographischen Vorrichtung ist der Z Messspiegel vorzugsweise auf dem von dem Substrat abgelegenen Teil des Substrathalters angeordnet.
Indem der Z Messspiegel an der unteren Seite des Halters und der X oder Y Messspiegel oberhalb davon angeordnet werden, kann das Risiko dynamischer Abbe-Fehler in X und Y Richtung minimiert werden. Überdies kann ein maximaler Abschnitt der betreffenden Seitenfläche des Substrathalters und ein maximaler Raum zwischen dem Z Messspiegel und dem Projektionssystem für andere Messungen verwendet werden.
Ein separater Referenzspiegel für den dem Z Messstrahl zugeordneten Referenzstrahl kann in dem Interferometersystem angeordnet werden. Der Z Detektor, der den Z Messstrahl und den Z Referenzstrahl empfängt, stellt dann ein Signal zur Verfügung, in dem die Information über die Z Position mit der Information über die X Position, wenn der Z Messspiegel auf der gleichen Seitenfläche des Substrathalters wie der X Messspiegel angeordnet ist, oder mit Informationen über die Y Position, falls der Z Messstrahl auf der gleichen Seitenfläche wie der Y Messspiegel angeordnet ist, vermischt ist. Dieses Signal muss dann elektronisch von dem X Positionssignal oder von dem Y Positionssignal unterschieden werden, d. h. dieses Signal muss mit dem X Positionssignal oder mit dem Y Positionssignal kombiniert werden, um die reine Z Position zu erhalten.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung jedoch des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzspiegel für den Referenzstrahl, der dem Z Messstrahl zugeordnet ist, von einem X oder Y Messspiegel gebildet wird, der auf derjenigen Seitenfläche des Substrathalters angeordnet ist, auf der ebenso der Z Messspiegel angeordnet ist.
Eine optische Unterscheidung wird am Anschluss durchgeführt, und das Ausgangssignal des Z Detektors weist lediglich Informationen über die Z Position auf. Es ist nicht notwendig, eine elektronische Unterscheidung ("differentiation") auszuführen.
Die optische Unterscheidung besitzt den Vorteil, dass diese nicht von der Prozessgeschwindigkeit derjenigen elektronischen Schaltkreise abhängig ist, die dem Interferometersystem zugeordnet sind.
Hinsichtlich der Z Messachse muss ein Strahlteiler den Messstrahl mit dem zugeordneten Referenzstrahl kombinieren, nachdem sie von dem Messspiegel bzw. dem Referenzspiegel reflektiert worden sind, so dass die von diesen Strahlen in der Ebene des Z Detektors gebildeten Strahlungspunkte weitestgehend übereinstimmen. Das von diesem Detektor zur Verfügung gestellte Signal besitzt dann eine maximale Amplitude. Diese Strahlungspunkte können jedoch in Bezug auf den Detektor versetzt sein aufgrund einer ungewollten Neigung der Messspiegel, die diesen Strahlen zugeordnet sind, so dass die Richtungen dieser Strahlen variieren. Dieses Phänomen wird als "Strahlabwanderung" ("beam walk-off") bezeichnet. Da der Z Messstrahl von dem Z Messspiegel sowie von dem Z Reflektor reflektiert wird, ist die Strahlabwanderung des Z Messstrahls größer als die des Z Referenzstrahls. Macht man sich das voranstehend erwähnte optische Unterscheidungsverfahren zunutze, d. h. falls der Z Referenzstrahl zu einem X oder Y Messspiegel gesendet wird, kann die Strahlabwanderung verringert werden. Tatsächlich ist dann die Strahlabwanderung der beiden Strahlen in der gleichen Richtung unterschiedlich groß. Das optische Unterscheidungsverfahren sieht auf diese Weise einen zweiten Vorteil vor.
Um die Strahlabwanderung zu verhindern, ist die Vorrichtung vorzugsweise des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn des Z Messstrahls einen Retroreflektor umfasst, durch den der Z Messstrahl, der von dem Z Messspiegel reflektiert und zu dem Z Detektor gerichtet wird, zu dem Messspiegel zur weiteren Reflektion auf dem Spiegel reflektiert wird.
Aufgrund dieser zusätzlichen Reflektion des Z Messstrahls auf dem Messspiegel wird die ursprüngliche Richtung des Messstrahls beibehalten, unabhängig von einer Neigung der Spiegel, die in der Bahn dieses Strahls vorhanden ist.
Die Anzahl von X und Y Messachsen des Interferometersystems kann in Abhängigkeit von dem Vorhandensein anderer Messsysteme in der Vorrichtung unterschiedlich sein. Zusätzlich zu einer Z Messachse weist jedoch das Interferometersystem vorzugsweise mindestens fünf weitere Messachsen auf.
In einem solchen System wird der Vorteil einer maximalen Messgenauigkeit mit dem einer zusätzlichen Messeinrichtung, nämlich der Z Messung, kombiniert.
Um die interferometrischen Messungen unabhängig von Variationen des Brechungsindex desjenigen Mediums zu machen, in dem sich die Messstrahlen ausbreiten, kann das Interferometersystem des Weiteren dadurch gekennzeichnet sein, dass das System eine Messachse aufweist, entlang der sich zwei Messstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen ausbreiten. Da der gleiche Abstand mit Hilfe von zwei Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge gemessen wird, und der Brechungsindex eines Mediums abhängig von der Wellenlänge dieses Messstrahls ist, kann eine möglicherweise vorhandene Variation des Brechungsindex gemessen werden, und die Messergebnisse des Interferometersystems können damit korrigiert werden. Die Messachse kann eine separate Referenzmessachse oder eine der anderen Messachsen sein.
Die lithographische Vorrichtung ist vorzugsweise ferner dadurch gekennzeichnet, dass, mit Ausnahme der Messspiegel, die Komponenten der Projektionsstation/des Interferometersystems sowie der Z Reflektor in einem starren Rahmen angeordnet sind, in dem ebenso ein Projektionssystem starr befestigt ist, wobei der Rahmen aufgehängt und von den anderen Komponenten der Vorrichtung dynamisch isoliert ist.
Diese Maßnahme trägt deutlich zur erwünschten Messgenauigkeit bei. Die Interferometereinheiten sind starr miteinander gekoppelt und frei von Störungen des Projektionssystems. Da der Rahmen, ebenso als metrologischer Rahmen bezeichnet, in der Vorrichtung aufgehängt und dynamisch isoliert oder frei von Vibrationen ist, werden die Positionen der Interferometereinheiten, die in dieser Vorrichtung vorhanden sind, nicht mehr durch äußere Kräfte beeinflusst, beispielsweise durch Antriebskräfte des Substrattisches, ein Teil dessen von dem Substrathalter gebildet wird, und des Maskentisches, ein Teil dessen von dem Maskenhalter gebildet wird.
Die Vorrichtung kann des Weiteren dadurch gekennzeichnet sein, dass die Referenzspiegel für die Referenzstrahlen, die den X und Y Messstrahlen zugeordnet sind, auf dem Halter des Projektionssystems angeordnet sind.
Die X und Y Positionen des Substrats werden dann nicht mehr in Bezug auf die Interferometerelemente gemessen, sondern in Bezug auf das Projektionssystem. Mögliche Deformationen des metrologischen Rahmens haben dann einen vernachlässigbar kleinen Einfluss auf die Positionsmessungen.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden anhand der im Anschluss beschriebenen Ausführungsformen deutlich und unter Bezugnahme auf diese erörtert.
In den Zeichnungen zeigt:
1 eine Ausführungsform einer Projektionsstation einer lithographischen Projektionsvorrichtung;
2 ein Diagramm einer lithographischen Projektionsvorrichtung mit einer separaten Höhenmessstation und zwei Substrathaltern;
3 die Höhensensoren, die in der Projektionsstation und der Messstation verwendet werden;
4 eine Ausführungsform eines Höhensensors für Messungen an einem Substrat;
5, 6 und 7 eine erste, eine zweite und eine dritte Ausführungsform eines Höhensensors für einen Substrathalter zur Verwendung in beiden Stationen, wobei die Messeinrichtungen einen Teil eines zusammengesetzten Interferometersystems bilden;
8 eine Ausführungsform einer Projektionsstation mit einem metrologischen Rahmen;
9 einen Überblick der Interferometermessungen, die in der Messstation und der Projektionsstation durchgeführt werden, und
10 diejenigen Bewegungen, die von den Substrathaltern in der Vorrichtung der 2 ausgeführt werden.
Die 1 zeigt in einem Diagramm die optischen Elemente einer Ausführungsform einer photolithographischen Vorrichtung zum wiederholten Abbilden eines Maskenmusters auf ein Substrat. Die Hauptkomponente dieser Vorrichtung ist eine Projektionssäule, in der ein Projektionslinsensystem PL untergebracht ist. Ein Maskenhalter MH für eine Maske MA, in der das abzubildende Maskenmuster C vorgesehen ist, ist oberhalb dieses Systems angeordnet. Der Maskenhalter liegt in Form eines Maskentisches MT vor. Ein Substrattisch WT ist unterhalb des Projektionslinsensystems PL angeordnet. Dieser Tisch weist einen Substrathalter WH für ein Substrat W auf, das mit einer photoempfindlichen Schicht versehen ist und auf das das Maskenmuster jedes Mal in einen unterschiedlichen IC-Bereich Wd mehrfach abgebildet werden muss. Der Substrattisch ist in X und Y Richtung beweglich, so dass nach dem Abbilden des Maskenmusters auf einen IC-Bereich ein daran anschließender IC-Bereich unterhalb des Maskenmusters angeordnet werden kann.
Die Vorrichtung weist ferner ein Illuminationssystem auf, das eine Strahlungsquelle LA, zum Beispiel einen Krypton-Fluorid Excimer Laser oder eine Quecksilberlampe, ein Linsensystem LS, einen Reflektor RE und eine Kondensorlinse CO umfasst. Der von dem Illuminationssystem bereitgestellte Projektionsstrahl PB illuminiert das Maskenmuster C. Dieses Muster wird durch das Projektionslinsensystem PL auf einen IC-Bereich des Substrats W abgebildet. Das Illuminationssystem kann alternativ wie in der EP-A 0 658 810 beschrieben implementiert sein. Das Projektionslinsensystem besitzt eine Vergrößerung von zum Beispiel M = 1, eine numerische Apertur NA = 0,6 und ein beugungsbegrenztes Bildfeld mit einem Durchmesser von 22 mm.
Die Vorrichtung weist ferner eine Vielzahl von Messsystemen auf, nämlich ein System zum Ausrichten der Maske MA in Bezug auf das Substrat W in der XY Ebene, ein Interferometersystem zum Bestimmen der X und Y Positionen sowie der Ausrichtung des Substrathalters und daher des Substrats, ein Fokusfehlerdetektionssystem zum Bestimmen einer Abweichung der Brenn- oder Bildeben des Projektionslinsensystems PL von der Obefläche der photoempfindlichen Schicht auf dem Substrat W. Diese Messsysteme sind Teile von Servosystemen, die elektronische Signalbearbeitungs- und Steuerschaltkreise sowie Treiber oder Aktuatoren aufweisen, mit denen die Positionsausrichtung des Substrats und die Scharfeinstellung unter Bezugnahme auf die von den Messsystemen bereitgestellten Signale korrigiert werden können.
Das Justiersystem verwendet zwei Justiermarkierungen M1 und M2 in der Maske MA, wie in der oberen rechten Ecke der 1 zu sehen ist. Diese Markierungen bestehen vorzugsweise aus Beugungsgittern, sie können allerdings alternativ durch andere Markierungen gebildet sein, beispielsweise Quadrate oder Streifen, die sich optisch von ihrer Umgebung unterscheiden. Die Justiermarkierungen sind vorzugsweise zweidimensional, d. h. sie verlaufen in zwei gegenseitig senkrechte Richtungen, die X und Y Richtung in 1. Das Substrat W weist zumindest zwei Justiermarkierungen auf, vorzugsweise ebenso zweidimensionale Beugungsgitter, von denen zwei P₁ und P₂ in 1 gezeigt sind. Die Markierungen P1 und P2 befinden sich außerhalb des Bereichs des Substrats W, in dem die Abbildungen des Musters C gebildet werden müssen. Die Gittermarkierungen P₁ und P₂ sind vorzugsweise Phasengitter und die Gittermarkierungen M₁ und M₂ sind vorzugsweise Amplitudengitter.
1 zeigt eine spezielle Ausführungsform eines Justiersystems, nämlich ein doppeltes Justiersystem, bei dem zwei Justierstrahlen b und b' zum Ausrichten der Substratjustiermarkierung P₂ auf die Maskenjustiermarkierung M₂ bzw. der Substratjustiermarkierung P₁ auf die Maskenjustiermarkierung M₁ verwendet werden. Der Strahl b wird von einem reflektierenden Element 30, zum Beispiel einem Spiegel, zu einer reflektierenden Oberfläche 27 eines Prismas 26 reflektiert. Die Oberfläche 27 reflektiert den Strahl b zur Substratjustiermarkierung P₂, die einen Teil der Strahlung in Form eines Strahles P₁ zu der zugeordneten Maskenjustiermarkierung M₂ durchlässt, auf der ein Abbild der Markierung P₂ gebildet wird. Ein reflektierendes Element 11, zum Beispiel ein Prisma, ist oberhalb der Markierung M₂ angeordnet, wobei das Prisma die von der Markierung M₂ durchgelassene Strahlung zu einem strahlungsempfindlichen Detektor 13 richtet. Der zweite Justierstrahl b' wird von einem Spiegel 31 zu einem Reflektor 29 in dem Projektionslinsensystem PL reflektiert. Der Reflektor 29 leitet den Strahl b' zu einer zweiten reflektierenden Oberfläche 28 des Prismas 26, wobei diese Oberfläche den Strahl b' auf die Substratjustiermarkierung P_i richtet. Diese Markierung reflektiert einen Teil der Strahlung des Strahls b' in Form eines Strahls b₁' zu der Maskenjustiermarkierung M₁, an der ein Abbild der Markierung P₁ gebildet wird. Die Strahlung des Strahls b₁, die durch die Markierung M₁ verläuft, wird durch einen Reflektor 11' auf einen strahlungsempfindlichen Detektor 13' gerichtet. Die Funktionsweise des doppelten Justiersystems ist in dem US-Patent 4,778,275 beschrieben, auf das hinsichtlich weiterer Merkmale dieses Systems Bezug genommen wird.
Die Ausführungsform des Justiersystems gemäß der 1 ist insbesondere für eine Vorrichtung geeignet, bei der das Projektionslinsensystem PL für einen Projektionsstrahl PB mit kurzer Wellenlänge, zum Beispiel 248 nm, bestimmt ist, wobei der Justierstrahl eine deutlich längere Wellenlänge besitzt, zum Beispiel 633 nm. Tatsächlich beinhaltet dieses System eine zusätzliche Linse, oder eine Korrekturlinse 25, in der Projektionssäule. Diese Linse stellt sicher, dass die Substratjustiermarkierungen in die Ebene der Maskenjustiermarkierung mit der korrekten Vergrößerung abgebildet werden, obwohl das Projektionslinsensystem hinsichtlich der Wellenlänge des Justierstrahls nicht optimiert ist. Die Korrekturlinse ist an einer Höhe in der Projektionssäule angeordnet, so dass einerseits die Teilstrahlen unterschiedlicher Beugungsordnungen des Justierstrahls, wobei die Teilstrahlen von einer Substratjustiermarkierung erzeugt werden, hinreichend in der Ebene der Korrekturlinse getrennt sind, um so die Teil strahlen separat voneinander zu beeinflussen, und so dass andererseits die Korrekturlinse einen vernachlässigbaren Einfluss auf den Projektionsstrahl und das mit diesem gebildete Abbild des Maskenmusters C besitzt. Die Korrekturlinse 25 ist vorzugsweise in der Fourier-Ebene des Projektionslinsensystems angeordnet. Falls die Korrekturlinse in einer Ebene angeordnet ist, in der die Hauptstrahlen der Justierstrahlen b und b₁ einander schneiden, wie in 1 gezeigt ist, kann diese Linse zum Korrigieren der beiden Justierstrahlen verwendet werden. Hinsichtlich weiterer Details über die Aufgabe und Funktionsweise der Korrekturlinse 25 wird auf das US-Patent 5,100,237 verwiesen.
Ein Keil oder ein anderes Ablenkelement, beispielsweise ein Beugungselement, ist vorzugsweise in der Nähe einer Justiermarkierung weiter unten in der Bahn des Justierstrahls/der Justierstrahlen angeordnet. Mit solch einem Ablenkelement (in 1 nicht gezeigt) können Justierfehler vermieden werden, die von ungewollten Phasendifferenzen innerhalb der ausgewählten Justierstrahlabschnitte herrühren, welche von dem Detektor 13 oder 13' eingefangen werden, wobei die Phasendifferenzen dann auftreten, wenn die Symmetrieachse derjenigen Justierstrahlabschnitte, die von einer Substratjustiermarkierung her kommen, nicht senkrecht zu der Maskenplatte verläuft, so dass falsche Reflektionen innerhalb dieser Platte auftreten können. Ein Justiersystem, dass mit einem derartigen Ablenkelement versehen ist, ist in dem US-Patent 5,481,362 beschrieben.
Zusätzlich zu den globalen Justiermarkierungen P₁ und P₂, die in 1 gezeigt sind und die zum Ausrichten des gesamten Substrats in Bezug auf die Maske verwendet werden, was als globale Ausrichtung bzw. Justierung bezeichnet wird, kann das Substrat mit weiteren Justiermarkierungen versehen sein, zum Beispiel einer Markierung pro IC-Bereich, um so für jeden IC-Bereich den relevanten Bereich in Bezug auf das Maskenmusters auszurichten. Die Maske kann mehr als zwei Justiermarkierungen aufweisen, während die weiteren Justiermarkierungen zum Beispiel dazu verwendet werden können, um die Drehung der Maske um die Z Achse zu messen, um so diese korrigieren zu können.
Zu genauen Bestimmung der X und Y Positionen des Substrattisches WT weisen bekannte Projektionsvorrichtungen ein mehrachsiges Interferometersystem auf. Das US-Patent 4,251,160 beschreibt ein zweiachsiges System, und das US-Patent 4,737,283 beschreibt ein dreiachsiges System. In 1 ist ein derartiges Interferometersystem diagrammatisch durch die Element 50, 51, 52 und 53 dargestellt, wobei die Figur lediglich eine Messachse, die X Achse, zeigt. Der von der Strahlungsquelle 50, zum Beispiel einem Laser, emittierte Strahl b₄ wird in einen Messstrahl b_4,m und einen Referenzstrahl b_4,r durch einen Strahlteiler 51 aufgeteilt. Der Messstrahl erreicht eine reflektierende Seitenfläche 54 des Substrathalters WH und der Messstrahl, der von dieser Seitenfläche reflektiert wurde, wird durch den Strahlteiler mit dem Referenzstrahl, der von einem stationären Reflektor 52, zum Beispiel einem "corner cube"-Reflektor, reflektiert wurde, kombiniert. Die Intensität des kombinierten Strahls kann mit einem Detektor 53 gemessen werden, und die Verschiebung, in diesem Fall in X Richtung, des Substrathalters WH kann von dem Ausgangssignal dieses Detektors abgeleitet werden, und ebenso kann eine instantane Position des Halters festgestellt werden.
Wie diagrammatisch in 1 gezeigt, werden die Interferometersignale, die der Einfachheit halber nur durch ein Signal S₅₃ dargestellt sind, und die Signale S₁₃ und S₁₃ des Justiersystems einer Signalbearbeitungseinheit SPU zugeführt, zum Beispiel einem Mikrocomputer, der diese Signale in Steuersignale S_AC für einen Aktuator AC verarbeitet, mit Hilfe dessen der Substrathalter in der XY Ebene durch den Substrattisch WT bewegt wird.
Mit einem Interferometersystem, das nicht nur lediglich die in 1 gezeigte X Messachse, sondern ebenso eine Y Messachse und möglicherweise eine dritte Messachse aufweist, können die Positionen der und die gegenseitigen Abstände zwischen den Justiermarkierungen P₁, P₂ und M₁, M₂ in einem Koordinatensystem, das durch das stationäre Interferometersystem definiert wird, während der ursprünglichen, oder globalen, Ausrichtung der Maske in Bezug auf das Substrat festgelegt werden. Dieses Interferometersystem wird ebenso dazu verwendet, um den Substrattisch sehr genau stufenweise, das heißt um vorbestimmte Abstände und in vorbestimmte Richtungen bewegen zu können. Nachdem das Maskenmuster mit Hilfe einer (oder mehrerer) Belichtungen in einen ersten IC-Bereich oder Feld abgebildet worden ist, wird ein solcher Schritt durchgeführt, um einen nachfolgenden IC-Bereich unter das Maskenmuster und das Projektionslinsensystem zu positionieren, so dass das Maskenmusters ebenso in diesem Feld abgebildet werden kann. Dieser Schritt sowie der Abbildungsvorgang werden solange fortgeführt, bis sämtliche IC-Bereiche mit einem Maskenmusterabbild versehen worden sind. Eine auf diese Weise betriebene lithographische Vorrichtung wird als Stepper bezeichnet.
Aufgrund des Bedarfs für mehr elektronische Bauteile pro Oberflächeneinheit eines IC-Bereichs einerseits und größerer IC-Bereiche andererseits, werden zunehmend strengere Anforderungen an das Auflösungsvermögen und das Bildfeld des Projekti onslinsensystems gestellt. Um diese technologisch widersprüchlichen Anforderungen einigermaßen erfüllen zu können, ist bereits vorgeschlagen worden, einen „Steg-and-Scanner" zu benutzen. Bei einer solchen Vorrichtung werden die gleichen Schrittbewegungen wie in einem Stepper durchgeführt, es wird allerdings lediglich ein kleiner Abschnitt des Maskenmusters auf einen entsprechenden Teilbereich des IC-Bereichs beim Abbilden des Maskenmusters auf einen IC-Bereich abgebildet. Durch Abbilden aufeinanderfolgender Teile des Maskenmusters auf aufeinanderfolgende Teilbereiche des IC-Bereichs wird eine Abbildung des gesamten Maskenmusters auf einen IC-Bereich erhalten. Zu diesem Zweck wird das Maskenmuster mit einem Projektionsstrahl illuminiert, der einen kleinen, zum Beispiel rechtwinkligen oder bogenförmigen Illuminationspunkt an der Stelle des Maskenmusters bildet, und der Substrattisch wird in eine vorgegebene Richtung, der Scan-Richtung, in Bezug auf das Projektionslinsensystem und den Projektionsstrahl bewegt, und der Maskentisch wird in die gleiche oder in die entgegengesetzte Richtung bewegt, während die Geschwindigkeit des Substrattisches das M-fache der Geschwindigkeit des Maskentisches beträgt. M entspricht der Vergrößerung, mit der das Maskenmuster abgebildet wird. Es sollte sichergestellt werden, dass die Maske und das Substrat zu jedem Zeitpunkt eine korrekte gegenseitige Position zueinander einnehmen, was mit Hilfe einer sehr genauen Synchronisation der Bewegungen der Maske und des Substrats erzielt werden kann, das heißt die Geschwindigkeit V_sub des Substrats ist immer gleich dem M-fachen der Geschwindigkeit V_MA der Maske.
Um die Bedingung V_sub = M·V_MA zu überprüfen, sollte der Step-and-Scanner nicht nur ein Interferometersystem für das Substrat, sondern ebenso ein Interferometersystem für die Maske aufweisen, um die Bewegung und die Position der Maske genauestens messen zu können. Der Messspiegel des zuletzt genannten Systems ist vorzugsweise an den Maskenhalter angebracht. Das Interferometersystem für die Maske ist in 1 durch die Elemente 60, 61, 62, 63 und 64 angedeutet, die die gleiche Funktion wie die Elemente 50, 51, 52, 53 und 54 des Interferometersystems für das Substrat besitzen. Signale des Interferometersystems für die Maske, die durch ein Signal S₆₃ der Einfachheit halber in 1 dargestellt sind, werden einer Signalbearbeitungseinheit SPU zugeführt, in der diese Signale mit entsprechenden Signalen des Interferometersystems für das Substrat verglichen werden. Es kann anschließend überprüft werden, ob die Maske und das Substrat die gegenseitig korrekte Position einnehmen und/oder sich synchron miteinander bewegen.
Um zu überprüfen, ob diese Bedingungen erfüllt sind, ist es hinreichend, dass sowohl das Interferometersystem für das Substrat als auch das für die Maske drei Messach sen aufweist. Das Interterometersystem für das Substrat weist vorzugsweise jedoch fünf Messachsen auf. Wie in der EP-A 0 498 499 beschrieben ist, können nicht nur X, Y und φ_z,w, sondern ebenso φ_x,w und φ_y,w, das heißt die Neigungen des Substrats um die X Achse und die Y Achse, gemessen werden. Hinsichtlich unterschiedlicher Ausführungsformen der Interferometereinheiten, aus denen ein Interferometersystem mit fünf Achsen zusammengesetzt sein kann, wird Bezug auf die EP-A 0 498 499 genommen. Um ebenso die Neigungen der Maske um die X Achse und die Y Achse messen zu können, kann ein fünfachsiges Interterometersystem für die Maske verwendet werden. Es ist jedoch alternativ möglich, ein dreiachsiges Interferometersystem für die Maske mit anderen Sensoren zu kombinieren, wie zum Beispiel kapazitiven Sensoren, um die Neigungen der Maske um die X Achse und die Y Achse zu messen.
Bevor ein Substrat in der Projektionsstation illuminiert werden kann, muss zunächst die Höhe des Substrats in Z Richtung in Bezug auf das Projektionssystem gemessen werden und die Höhe muss derart eingerichtet sein, so dass das Maskenmuster immer scharf auf das Substrat abgebildet werden kann. In bekannten Projektionsvorrichtungen wird eine optische Fokusfehlerdetektionsvorrichtung für diese Höhenmessung verwendet, die in der Projektionsstation vorhanden und an dem Projektionssystem angebracht ist. Diese Detektionsvorrichtung ist in der US-A-4,356,392 beschrieben.
Überdies muss die lokale Neigung des Substrats gemessen werden. Zu diesem Zweck wird eine Fokus- und Nivelliervorrichtung, die in der Projektionsstation vorhanden ist, in bekannten Vorrichtungen verwendet. Solch eine Vorrichtung ist in der US-A 5,191,200 beschrieben. Die Fokus- und Nivelliervorrichtung ist starr mit dem Projektionssystem gekoppelt, da die Elemente dieser Vorrichtung in einer Platte angeordnet sind, die einen Teil eines Messrahmens bildet, in dem ebenso das Projektionssystem starr befestigt ist. Eine Kopplung wird dabei zwischen der Bildebene des Projektionssystems und der Oberfläche des Substrathalters erzielt.
Für die Verwendung der Fokus- und Nivelliervorrichtung ist ein vorgegebener Raum erforderlich, so dass das Projektionssystem ein derartiges Design haben sollte, bei dem ein vorgegebener freier Arbeitsabstand, der Abstand zwischen dem letzten Element dieses Systems und der Substratoberfläche, vorhanden ist. Überdies können Probleme bei den Messungen mit der Fokus- und Nivelliervorrichtung auftreten, wenn sog. Randdies, das heißt die Substratbereiche, die sich an dem Rand des Substrats befinden, gemessen werden. Die Messungen, die an den separaten Substrat bereichen durchgeführt werden, nehmen eine gewisse Zeitdauer in Anspruch, während denen die Projektionsstation für die eigentliche Illumination des Substrats nicht verwendet werden kann.
Diese Probleme können vermieden werden, wenn die Z Positionen und die Neigungen der Substratbereiche auf unterschiedliche Weise gemessen werden, und wenn diese Messungen zum größten Teil außerhalb der Projektionsstation durchgeführt werden. In Analogie zu dem, was bereits hinsichtlich dem Ausrichten der Substratbereiche in Bezug auf das Maskenmuster vorgeschlagen worden ist, kann die Vorrichtung zu diesem Zweck mit einer Z Messstation und mit einem zweiten Substrathalter oder mehreren Substrathaltern ausgestattet werden.
2 zeigt in einem Diagramm die mechanischen Elemente einer solch weiter ausgebauten photolithographischen Projektionsvorrichtung, die zwei Substrathalter und eine Z Messstation aufweist. Diese Vorrichtung umfasst einen Rahmen 101, der, in vertikaler Z Richtung betrachtet, nacheinander eine Positioniervorrichtung 103, einen Maskenhalter 107 und eine Illuminationseinheit 108, die mit einer Strahlungsquelle 109 versehen ist, aufweist. Die Positioniervorrichtung 103 weist einen ersten Substrathalter 111 und einen zweiten identischen Substrathalter 113 auf. Ein Projektionslinsenhalter 105 ist zwischen dem Maskenhalter und dem Substrathalter vorhanden. Die Substrathalter 111 und 113 weisen eine erste und eine zweite Auflagefläche 117 und 119 auf, die senkrecht zur Z Richtung verlaufen, und auf denen ein erstes Substrat 120 bzw. ein zweites Substrat 121 angeordnet sein können. Die beiden Substrathalter 111 und 113 können in Bezug auf den Rahmen 101 in einer ersten Richtung parallel zu einer X Richtung, die senkrecht zur Z Richtung ist, und in einer zweiten Richtung parallel zur Y Richtung, die senkrecht zur Z Richtung und X Richtung ist, mit Hilfe einer ersten Verschiebeeinheit 123 bzw. einer zweiten Verschiebeeinheit 125 der Positioniervorrichtung 103 bewegt werden. Der Maskenhalter 107 weist eine Auflagefläche 127 auf, die sich senkrecht zur Z Richtung erstreckt und auf der eine Maske 129 angeordnet werden kann.
Die zu illuminierenden Substrate werden in einem Magazin angeordnet, das in die Vorrichtung eingeführt wird. Die Substrate werden aus diesem Magazin nacheinander in die Vorrichtung mit Hilfe eines Transportmechanismus eingeführt. Das Magazin und der Transportmechanismus, die in 2 nicht gezeigt sind, sind an sich bekannt. Die Z Messstation ist in 2 diagrammatikalisch durch eine Messeinheit 133 dargestellt, die ebenso mit dem Rahmen 101 befestigt ist. Im Falle der in 2 gezeigten Vorrichtung ist der erste Substrathalter 111 in der Projektionsstation vorhanden, und das erste Substrat 120 wird über der Maske 129 mit Strahlung illuminiert, die von der Illuminationseinheit 108 emittiert und durch das Projektionssystem, das in dem Halter 105 angeordnet ist, fokussiert wird. Lediglich die optische Achse 131 dieses Projektionssystems ist gezeigt. Der zweite Substrathalter ist in der Messstation angeordnet. Wie im Anschluss beschrieben, werden die Höhe und die Position der Substratbereiche in dieser Station bestimmt und in Beziehung zu der Höhe einer Referenzebene auf dem zweiten Substrathalter 113 gesetzt. Nach Beendigung der Illumination des Substrats 119 wird der erste Substrathalter 111 durch die Positioniervorrichtung von der Projektionsstation zur Messstation verschoben. Von dieser Station wird das erste Substrat 120 durch den Transportmechanismus zu dem Magazin bewegt. Gleichzeitig wird der zweite Substrathalter von der Messstation zur Projektionsstation durch die Positioniervorrichtung 103 bewegt. Da die ideale Höhe und die Position der Substratbereiche in der Messstation bereits in Beziehung zur Höhe der Referenzebene des Substrathalters gesetzt wurden, muss lediglich die Höhe der Referenzebene des Substrathalters gemessen, und falls notwendig, in der Projektionsstation korrigiert werden. Diese Messung und Korrektion ist ein relativ einfacher Prozess, der sehr rasch durchgeführt werden kann. Da die schwierigere und zeitaufwendigere Messung der Höhe und der Position der Substratbereiche in der Messstation zeitgleich mit der Illumination des Substrats, das in der Projektionsstation zu diesem Zeitpunkt vorhanden ist, durchgeführt wird, kann die Projektionsstation für die Illumination selbst für eine maximale Zeitspanne verwendet werden, so dass eine große Anzahl von Substraten pro Zeiteinheit illuminiert werden können.
Das Prinzip sowie die Vorteile einer photolithographischen Vorrichtung, die zwei Substrathalter und Tische aufweist, sind, inter alia, in der EP-A 0 687 957 und in der englischsprachigen Zusammenfassung der JP-A 57-183031 beschrieben, in der ebenso Ausführungsformen einer solchen Vorrichtung gezeigt sind.
Die 3 zeigt in einem Diagramm das Verfahren gemäß der Erfindung, um die Höhe und die Position der Substratbereiche zu messen. In dieser Figur sind diejenigen Elemente, die denen der 2 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der rechte Teil der Figur zeigt die Messstation 133, in der der zweite Substrathalter 113 mit dem zweiten Substrat 121 zu dem in der Figur angedeuteten Zeitpunkt untergebracht sind. Der linke Teil der Figur zeigt einen kleinen Teil der Projektionsstation, in der der erste Substrathalter 111 mit dem ersten Substrat 129 untergebracht ist. Der Pfeil 140 zeigt, wie die Substrate in der Projektionsvorrichtung bewegt werden. Die Messstation 133 weist einen lediglich diagrammatikalisch gezeigten ersten Höhensensor 150 auf, der auf verschiedene bekannte Weise implemen tiert sein kann. Dieser Höhensensor kann, zum Beispiel, ein kapazitiver, pneumatischer oder optischer Höhensensor sein. Ein Beispiel eines optischen Höhensensors ist in 4 gezeigt.
In dieser Figur entspricht das Element 190 einer Strahlungsquelle, zum Beispiel einem Diodenlaser, der einen Messstrahl b₃ bereitstellt. Dieser Strahl durchläuft einen Strahlteiler 191 und wird von einem reflektierenden Prisma 192 zur Oberfläche des Substrats 121 reflektiert, wobei der Strahl auf dem Substrat unter einem sehr kleinen Winkel α einfällt. Der von der Substratoberfläche reflektierte Strahl wird durch ein Prisma 193 zu einem Retroreflektor 194 reflektiert. Der Strahl wird in dem Retroreflektor reflektiert, so dass dieser Strahl noch einmal entlang der gleichen Bahn als Strahl b₃' verläuft, und zwar durch Reflektionen an dem Prisma 193, der Substratoberfläche und dem Prisma 192. Der Strahlteiler 195 und ein reflektierendes Prisma reflektieren den Messstrahl zu einem strahlungsempfindlichen Detektionssystem 196. Dieses System besteht, zum Beispiel, aus einem positionsempfindlichen Detektor oder aus zwei separaten Detektoren. Die Position des von dem Strahl b₃' gebildeten Strahlungspunkts auf diesem System hängt von der Höhe desjenigen Abschnitts der Substratoberfläche ab, auf der der Messstrahl einfällt. Hinsichtlich einer ausführlicheren Beschreibung dieses optischen Höhensensors wird auf die US-A 4,356,392 verwiesen, in der ein solcher Höhensensor als eine Fokusfehlerdetektionsvorrichtung bezeichnet ist.
Ein Höhensensor, der insbesondere für Messungen auf einem Substrat geeignet ist, das mit einer photoempfindlichen Schicht versehen ist, arbeitet ebenso mit einem Messstrahl, der schräg auf die photoempfindliche Schicht einfällt, wobei allerdings dieser Strahl ein breites Wellenlängeband besitzt. Aufgrund des breitbandigen Charakters des Messstrahls löschen sich Interferenzen, die in dem Strahl aufgrund Mehrfachreflektionen an den Schichten der Einheit aus Substrat und photoempfindlicher Schicht auftreten, gegenseitig aus und beeinflussen nicht das Höhenmesssignal. Um ein hinreichend genaues Messsignal zu erhalten, beinhaltet die Bahn des Messstrahls ein erstes Gitter zwischen der Strahlungsquelle und dem Substrat und ein zweites Gitter zwischen diesem Substrat und dem Detektionssystem. Das erste Gitter wird auf das zweite Gitter durch eine Reflektion an der strahlungsempfindlichen Schicht abgebildet und das Ausmaß, mit dem die Abbildung des ersten Gitters mit dem zweiten Gitter übereinstimmt, wird durch die Höhe der strahlungsempfindlichen Schicht bestimmt. Für eine ausführliche Beschreibung dieses Höhensensors wird auf die US-A 5,191,200 verwiesen, in der unterschiedliche Ausführungsformen dieses Höhensen sors, der in diesem Patent als Fokusdetektionssystem bezeichnet ist, beschrieben sind.
Der Höhensensor 150 misst zu jedem Zeitpunkt lediglich einen kleinen Bereich des Substrats 121. Während der Höhenmessung wird der Substrathalter 113 zusammen mit dem Substrat 121 unterhalb des Höhensensors in Z und Y Richtung bewegt, wie durch die Pfeile 152 und 153 dargestellt ist, so dass die lokale Höhe dieses Substrats an einer großen Anzahl von Punkten auf dem Substrat gemessen wird. Die so erhaltenen Messwerte können auf bekannte Weise bearbeitet werden, so dass die ideale Höhe und die ideale Position für jeden Substratbereich berechnet werden kann. Die Messstation weist einen ebenso lediglich diagrammatikalisch gezeigten zweiten Höhensensor 160 auf, der die Höhe einer Referenzebene 170 des Substrathalters misst. Diese Messung wird gleichzeitig mit und genauso oft wie die Höhenmessung des Substrats durchgeführt. Anschließend können die Messwerte der beiden Höhensensoren in Beziehung zueinander gesetzt werden, und die Höhe der Referenzebene 170, die der idealen Höhe und Position des betreffenden Substratbereichs zugeordnet ist, kann für jeden Substratbereich berechnet werden. Verschiedene Ausführungsformen des zweiten Höhensensors sind ebenso möglich. Wie im Anschluss erklärt, wird dieser Höhensensor vorzugsweise als ein Interferometer implementiert, und die Referenzebene ist eine abgeschrägte reflektierende Fläche des Substrathalters, wobei die Fläche als Z Messspiegel für das Interferometer dient. Diese Fläche reflektiert einen Messstrahl des Interferometers 165 zu einem Z Reflektor 175, der auf einer Platte 174 angeordnet ist, die mit dem Höhensensor 150 gekoppelt ist. Der Z Reflektor reflektiert den Messstrahl erneut zu dem Interferometer und bildet diejenige Referenz, in Bezug zu der die Höhe des Substrathalters gemessen wird.
Während der Höhenmessung auf dem Substrat 121 und dem Substrathalter 113 wird das Substrat 120 in der Projektionsstation illuminiert. Nachdem diese Höhenmessung und die Illumination durchgeführt worden sind, wird der Substrathalter 111 aus der Projektionsstation entfernt, und das Substrat 120 wird von diesem Halter abgenommen und der Halter wird mit einem neuen Substrat versehen und anschließend in die Messstation 150 platziert, in der es gemessen wird. Währenddessen sind der Substrathalter 113 und das Substrat aus dieser Station entfernt und in die Projektionsstation platziert worden. In dieser Station wird der Substrathalter in X und Y Richtung unter das Projektionssystem 305 bewegt, wie durch die Pfeile 162 und 163 angedeutet ist, so dass das Maskenmuster nacheinander auf sämtliche Substratbereiche projiziert werden kann. Bevor ein Substratbereich illuminiert wird, sollte zunächst überprüft werden, ob die Referenzebene 172 des Substrathalters sich an der Höhe befindet, die in der Messstation 150 berechnet wurde und die der idealen Höhe des betreffenden Substratbereichs zugeordnet ist. Zu diesem Zweck wird die Projektionsstation mit einem dritten Höhensensor 180 versehen. Das Signal von diesem Höhensensor kann dazu verwendet werden, die Höhe der Auflagefläche des Substrathalters und daher die Höhe und die Position des betreffenden Substratbereichs zu korrigieren. Zu diesem Zweck kann dieses Signal beispielsweise einem Z Aktuator zugeführt werden, der in dem Substrathalter angeordnet ist.
Im Prinzip kann ebenso der Höhensensor 180 auf verschiedene Art und Weise implementiert werden. Dieser Höhensensor ist jedoch vorzugsweise ebenso ein Z Interferometer. Der Messstrahl 185 dieses Interferometers wird von der Referenzebene 172 der Substratauflage, die als Z Messspiegel dient, zu einem Z Reflektor 186 reflektiert, der den Strahl über den Z Messspiegel 172 zurück zu dem Interferometer reflektiert. Der Z Reflektor 186 ist auf einer Platte 184 angeordnet, die mit dem Projektionssystem 305 befestigt ist.
Ein Vorteil, der mit der Verwendung eines Z Interferometers als ein Höhenmessgerät für den Substrathalter einhergeht, besteht darin, dass dieses Messgerät in das X und Y Interferometersystem integriert werden kann, das bereits in der Projektionsstation zum Messen der X und Y Position des Substrats und der Substratbereiche vorhanden ist. Unter Verwendung von lediglich ein paar Extraelementen, zum Beispiel eines Teilerspiegels und eines Z Detektors, kann sichergestellt werden, dass ein bekanntes Interferometersystem, zum Beispiel das in der EP-A 0 498 499 beschriebene System, nicht nur X und Y Messstrahlen, sondern ebenso zumindest einen Z Messstrahl bereitstellen und bearbeiten kann.
Gleichzeitig mit der Messung der Höhe des Substrats und der separaten Substratbereiche ist es ebenso möglich, die Position des Substrats und die Position der Substratbereiche zu messen, die zum Durchführen der Z Messung gemäß der Erfindung erforderlich ist, wobei die Höhe dieses Bereichs zu jenem Zeitpunkt gemessen wird, zu dem ein zusammengesetztes XYZ Interferometersystem ebenso in der Z Messstation verwendet wird. In der Projektionsstation kann das zusammengesetzte Interferometersystem ebenso dazu verwendet werden, um sicherzustellen, dass ein Substratbereich, vor seiner Illumination, unterhalb des Projektionssystems gebracht und in der korrekten Höhe positioniert wird. Die XY Messung einerseits und die Z Messung andererseits, die von einem zusammengesetzten Interferometersystem durchgeführt werden, besitzt ebenso einen wichtigen synergistischen Effekt. Einerseits muss die Höhe oder die Z Position des Substrat und der Substratbereiche be kannt sein, um so die X und Y Positionen dieses Substrats und der Substratbereiche mit hoher Genauigkeit messen zu können, und andererseits müssen die X und Y Positionen des Substrats und der Substratbereiche bekannt sein, um so die X Position dieses Substrats und der Substratbereiche mit hoher Genauigkeit messen zu können. Da das zusammengesetzte Interferometer Informationen über die X und Y Position als auch die Z Position liefert, ist es auf diese Weise möglich, eine optimale und rasche Messung durchzuführen.
Ein weiterer beachtlicher Vorteil, der mit der Verwendung eines zusammengesetzten Interferometersystems in der Messstation sowie der Projektionsstation einhergeht, besteht darin, dass ein Teil der Prozedur, um das Substrat und die Substratbereiche in X und Y Richtung auszurichten, ebenso in der Messstation stattfinden kann. Um das Substrat in Bezug auf das Maskenmuster auszurichten, wird das Substrat und die Maske gewöhnlich mit Justiermarkierungen versehen, und um die separaten Substratbereiche auszurichten, wird jeder Substratbereich mit einer separaten Justiermarkierung versehen. Der Grad der Ausrichtung wird dadurch bestimmt, dass eine Substratjustiermarkierung und eine Maskenjustiermarkierung aufeinander abgebildet werden, und dass erfasst wird, ob eine Justiermarkierung ordnungsgemäß mit der Abbildung der anderen Justiermarkierung übereinstimmt. Ein Positionsmesssystem, vorzugsweise ein Interferometersystem, muss verwendet werden, um die Verschiebungen des Substrats zu messen und die Positionen der Substratbereiche in einem Koordinatensystem festzulegen. Indem ebenso der Substrathalter mit einer oder mehreren Justiermarkierungen versehen wird, und indem die Substratjustiermarkierungen und die Substrathalterjustiermarkierungen in der Messstation in Bezug auf eine Referenzjustiermarkierung, die in der Messstation vorhanden ist, ausgerichtet werden, kann eine Beziehung zwischen jeder Substratjustiermarkierung und der Substrathalterjustiermarkierung festgelegt werden. Im Anschluss ist es dann notwendig, die Substrathalterjustiermarkierung in Bezug auf die Maskenjustiermarkierung in dem Projektionssystem auszurichten. Dies ist ein relativ einfacher Prozess, der eine kurze Zeitspanne in Anspruch nimmt, während das Ausrichten der Markierungen der Substratbereiche mehr Zeit in Anspruch nimmt. Da der letztere Prozess in der Messstation und zeitgleich mit der Illumination des anderen Substrats stattfindet, kommt es ebenso hinsichtlich der Ausrichtung zu einer deutlichen Zeitersparnis.
Wie bereits darauf hingewiesen wurde, kann das XYZ Interferometersystem, das zum Ausführen des neuartigen Verfahrens verwendet wird, prinzipiell wie in der EP-A 0 498 499 beschrieben aufgebaut sein, vorausgesetzt, dass das dort beschriebene System mit zumindest einer Z Messachse ausgestattet wird, dessen Messstrahl auf den Z Messspiegel gerichtet wird.
Ein Interferometer weist bekannterweise nicht nur einen Messstrahl, der auf den Messspiegel gerichtet und von diesem reflektiert wird, welcher an dem zu messenden Gegenstand angebracht ist, sondern ebenso einen Referenzstrahl auf, der auf einen stationären Referenzspiegel gerichtet und von diesem reflektiert wird. Hinsichtlich des zusammengesetzten XYZ Interferometersystems können die X und Y Referenzspiegel in den Interferometereinheiten, aus denen das Interferometersystem aufgebaut ist, und wie in der EP-A 0 498 499 beschrieben ist, angeordnet sein. Ebenso kann der Referenzspiegel für einen Z Messstrahl in solch einer Einheit angeordnet sein. Der Z Referenzspiegel ist jedoch vorzugsweise aus einem X oder Y Messspiegel gebildet, wie in 5 dargestellt ist.
In dieser Figur, die sich auf das Substratinterferometersystem der Projektionsstation bezieht, ist der Z Referenzstrahl durch b_z,Ir bezeichnet. Dieser Strahl kommt von einer Interferometereinheit 200, die zusätzlich zu zwei X Messachsen, von denen eine nicht gezeigt und die andere mit MAX,2 bezeichnet ist, ebenso eine Z Messachse MAX,7 aufweist, die so nah wie möglich an der oberen Fläche eines Substrathalters WH angeordnet ist. Der Z Messspiegel 260 reflektiert den Z Messstrahl entlang der Messachse MAX,7 zu einem Z Reflektor 264, der auf einer Platte 263 angeordnet ist, die starr mit dem Halter LH des Projektionssystems verbunden ist und einen Teil eines größeren metrologischen Rahmens bilden kann. Der Z Reflektor reflektiert den Z Messstrahl zu dem Z Messspiegel 260, der wiederum den Messstrahl zur Interferometereinheit 200 reflektiert. In dieser Einheit ist ein separater Detektor für den Z Messstrahl untergebracht. Zusammen mit anderen Signalen kann das Ausgangssignal dieses Detektors zu einem Z Messsignal verarbeitet werden.
Der Z Messspiegel 260 in 5 ist unter einem Winkel von 47° zur XY Ebene angeordnet, in der sich die X und Y Messstrahlen ausbreiten. Prinzipiell kann der Z Messspiegel ebenso unter einem anderen spitzen Winkel zur XY Ebene angeordnet sein. Der Winkel von 45° ist jedoch bevorzugt, da der Z Messstrahl entlang der gleichen Bahn zu und von dem Z Reflektor 264 verläuft, wodurch der Z Messspiegel dann eine minimale Breite aufweisen kann.
Bei dieser Ausführungsform des Interferometersystems, bei dem der Z Messstrahl auf den Messspiegel an einer Position auftrifft, die sich in der Nähe der oberen Fläche des Substrathalters und daher in unmittelbarer Nähe des Substrats befindet, haben mögliche Neigungen des Substrats einen vernachlässigbaren Einfluss auf das Z Messsignal.
Der X Messspiegel wird als Referenzspiegel für die Z Messung verwendet, wie in 5 gezeigt ist. Der von diesem Spiegel reflektierte Referenzstrahl b_z,Ir weist nicht nur Informationen über die Z Position, sondern ebenso Informationen über die X Position auf, so dass die Kombination dieses Referenzstrahls mit dem Z Messstrahl auf dem Z Detektor ein Ausgangssignal dieses Detektors ergibt, dass ein reines Z Positionssignal ist. Auf diese Weise wird eine optische Unterscheidung durchgeführt. Anstelle der Verwendung des X Messspiegels 261 als ein Referenzspiegel für die Z Messung ist es ebenso möglich, einen Referenzspiegel für die Z Messung in der Interferometereinheit 200 anzuordnen. Das Signal, das von dem Z Detektor dann bereitgestellt wird, enthält nicht nur Informationen über die reine Z Position, sondern die Informationen über die Z Position sind in diesem Signal mit den Informationen über die X Position vermischt. Um ein reines Z Positionssignal zu erhalten, muss die Information über die X Position aus dem Detektorsignal entfernt und daher von diesem Signal subtrahiert werden. Mit anderen Worten, eine elektronische Unterscheidung muss durchgeführt werden. Insbesondere, falls der Substrathalter mit großen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen bewegt werden muss, was in lithographischen Vorrichtungen erwünscht ist, kann die Rate, mit der die dem Interferometersystem zugeordneten elektronischen Schaltkreise die Messsignale bearbeiten können, einen begrenzenden Faktor darstellen. Wird eine optische Unterscheidung durchgeführt, gibt es keinerlei derartige Begrenzungen. Die optische Unterscheidung, das heißt die Verwendung eines X oder Y Messspiegels als Referenzspiegel für die Z Messung, kann in sämtlichen Ausführungsformen des XYZ Interferometersystems verwendet werden.
Wie in 5 ebenso dargestellt ist, kann das Interferometersystem auf eine Weise implementiert sein, so dass mit ihm zwei Z Messungen durchgeführt werden können.
Zu diesem Zweck ist die Seitenfläche 265 des Substrathalters WH gegenüberliegend dem ersten Z Messspiegel 260 ebenso angeschrägt und mit einem zweiten Z Messspiegel versehen. Dieser Spiegel wirkt mit einem zweiten Z Messspiegel zusammen, der sich entlang der Z Messachse MAX,8 erstreckt. Der zweite Z Messstrahl wird von dem Messspiegel zu einem zweiten Z Reflektor 268 reflektiert, der an der unteren Seite der Platte 263 angeordnet ist. Der zweite Z Messstrahl wird von dem Z Reflektor 268 zu dem Messspiegel reflektiert, der wiederum den Messstrahl zu einem Detektor reflektiert, der der Messachse MAX,8 zugeordnet ist. Indem die Signale, die von den Messachsen MAX,7 und MAX,8 bereitgestellt werden, zusammenaddiert werden, kann die durchschnittliche Z Position des Substrats bestimmt werden. Der Wert der auf diese Weise erhaltenen Z Position ist unabhängig von der X Position des Substrathalters.
Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform kann ebenso ein Signal erhalten werden, das eine Neigung des Substrats um die Y Achse anzeigt. Dieses Signal ist proportional zur Differenz der von den MAX,7 und MAX,8 Messachsen bereitgestellten Signale.
Bei der Ausführungsform der 5 ist eine separate Interferometereinheit 280 erforderlich, die mit einer zusätzlichen Strahlungsquelle versehen ist und in der der zweite Z Detektor untergebracht ist. 6 zeigt eine Ausführungsform des Interferometersystems, bei dem keine zusätzliche Interferometereinheit benötigt wird. Bei dieser Ausführungsform wird der Messstrahl für die MAX,8 Messachse von der Interferometereinheit 200 bereitgestellt, die ebenso den zweiten Z Detektor aufweist. Der Messstrahl für die MAX,8 Messachse verläuft durch den Raum zwischen dem Substrat und der Projektionslinse und wird von einem Dachreflektor 270 mit zwei reflektierenden Flächen 271 und 272 zu dem Z Messspiegel 265 reflektiert. Der Spiegel 265 reflektiert den Messstrahl zum Z Reflektor 268, der wiederum den Messstrahl zu dem Messspiegel 265 reflektiert, und im Anschluss verläuft dieser Strahl in umgekehrter Richtung entlang der Bahn zu der Detektoreinheit 200. In dieser Einheit wird der Messstrahl von dem zuvor genannten zweiten Detektor empfangen.
Die Z Messspiegel 260 und 265 verlaufen in Y Richtung, das heißt der Richtung, die senkrecht zur Zeichenebene der 5 und 6 ist, über die gesamte Länge des Substrathalters. Falls die lithographische Vorrichtung ein Step-and-Scanner ist, entspricht die Y Richtung der Scanrichtung, so dass die Z Messung über die gesamte Scanlänge durchgeführt werden kann.
Prinzipiell entspricht die Breite der Z Messspiegel gleich dem Durchmesser des Querschnitts des Z Messstrahls in dem Bereich dieser Spiegel, oder ist geringfügig größer, falls dieser Strahl längs der Bahn zweimal zu dem Z Reflektor verläuft. Dies bedeutet, dass diese Breite begrenzt und die Oberfläche des Z Messspiegels klein gehalten werden kann. Aufgrund ihrer kleinen Gesamtoberfläche können die Messspiegel in der Praxis mit der erwünschten Oberflächengenauigkeit hergestellt werden.
Wie in 6 gezeigt, gibt es einen vorgegebenen Abstand f zwischen der Hauptachse AA' des Projektionslinsensystems PL und dem Ende des Z Reflektors 268. Dieser Abstand liegt zum Beispiel in der Größenordnung von 70 mm. Um eine Z Messung ebenso in einer extremen X Position des Substrathalters WH durchführen zu können, in der der weit außen liegende rechte Abschnitt des Substrats illuminiert wird, wie in 7 angedeutet ist, sollte der Abstand in 6 zwischen der Achse AA' und dem Messspiegel zumindest gleich dem Abstand f in dieser Position sein. Dies kann wiederum für den Zweck der Z Messung bedeuten, dass die Breite des Substrathalters in X Richtung um einen vorgegebenen Wert vergrößert werden sollte. Falls, zusätzlich zu einer Z Messung über die MAX,8 Messachse, ebenso eine Z Messung über die MAX,7 durchgeführt wird, sollte die Breite des Substrathalters um das doppelte dieses Werts vergrößert werden. Da der Substrathalter ebenso eine vorgegebene Höhe aufweisen sollte, so dass sowohl der/die Z Messspiegel und die X und Y Messspiegel an seinen Seitenflächen angeordnet werden können, wird durch die große Abmessung in X Richtung das Gewicht des Halters deutlich erhöht. Dies ist weniger erwünscht aufgrund der erforderlichen Antriebskräfte für den Halter und aufgrund der Stabilitätsanforderungen. Ein Z Messspiegel wird deshalb vorzugsweise auf einem stangenförmigen Element mit einer angeschrägten Seitenfläche angeordnet, die starr mit dem Substrathalter verbunden ist.
7 zeigt eine Ausführungsform des Interferometerssystems, bei dem die beiden Z Messspiegel 293 und 294 auf stangenförmigen Elementen 291, 292 angeordnet sind. In diesem Fall ist die erforderliche Breite eines Messspiegels ebenso gleich oder geringfügig größer als der Durchmesser des Querschnitts des Messstrahls in dem Bereich dieses Spiegels, so dass die Abmessung in Z Richtung des stangenförmigen Elements begrenzt werden kann. Das dem Substrathalter zusätzlich hinzugefügte Gewicht wird dadurch begrenzt, dass er in der Lage sein muss, die beschriebene Z Messung durchzuführen. Wie in 7 gezeigt, sind die beiden Z Messspiegel an dem unteren Teil des Substrathalters angeordnet. Folglich können die in der Interferometereinheit 200 zugeordneten X Messachsen in unmittelbarer Nähe der oberen Fläche des Substrathalters angeordnet werden, so dass das Risiko auftretender Abbe-Fehler für diese Messachsen verringert werden kann. Überdies stehen ein maximaler Abschnitt der Seitenflächen des Substrathalters und ein maximaler Raum zwischen dem Projektionssystem und dem Substrathalter anschließend für die Ausführung der Messungen zur Verfügung, mit Ausnahme derjenigen beschriebenen Messungen, die irrelevant für die vorliegende Erfindung sind.
7 zeigt ebenso den Projektionsstrahl PB. Im Falle einer lithographischen Step-and-Scan Vorrichtung hat dieser Strahl einen länglichen, zum Beispiel rechtwinkligen, Querschnitt in dem Bereich des Substrats, dessen Längsrichtung parallel zur X Richtung verläuft. Bei jeder Abbildung des Maskenmusters auf einen Substratbereich wird dieser Strahl in Y Richtung über das Substrat dadurch bewegt, dass die Maske und das Substrat in Y Richtung in Bezug auf den Projektionsstrahl und das Projektionslinsensystem bewegt werden.
Die EP-Patentanmeldung 97203771.7 , deren Priorität in der WO 99/28790 beansprucht wird, beschreibt verschiedene Ausführungsformen eines zusammengesetzten Interferometersystems mit einer Z Messachse, allerdings in Bezug auf eine Applikation, die sich von der Implementierung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet. Diese Ausführungsformen des Interferometersystems, das eine Vielzahl von X und/oder Y Messachsen aufweist, können ebenso zum Ausführen des Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Allerdings wird ein Interferometersystem bevorzugt, bei dem nicht nur zumindest eine Z Messachse, sondern ebenso zumindest fünf andere X und Y Messachsen verwendet werden, da nicht nur die X und Y Positionen und die Drehung um die Z Achse, sondern ebenso die Neigungen des Substrats um die X Achse und die Y Achse mit diesem gemessen werden können. Es ist nicht notwendig, die konstruktiven Details der Ausführungsformen des Interferometersystems weiter im Detail zu beschreiben.
Die Bahn eines Z Messstrahls, der von dem Z Reflektor und dem Z Messspiegel zurückkehrt, kann zwischen diesen Z Messspiegeln und dem Interferometer, mit dem dieser Strahl in Beziehung steht, einen Retroreflektor beinhalten, der diesen Messstrahl wiederum zu dem Z Messspiegel und dem Z Reflektor reflektiert. Folglich treten zusätzliche Reflektionen des Messstrahls an dem Z Messspiegel und dem Z Reflektor auf, so dass die ursprüngliche Richtung des Messstrahls beibehalten werden kann, wenn mögliche Neigungen der Spiegel, die in der Bahn dieses Messstrahls vorhanden sind, auftreten. Auf diese Weise kann der Einfluss einer Strahlabwanderung des Z Messsignals deutlich reduziert werden. Eine Ausführungsform des Interferometersystems mit einem Retroreflektor in der Bahn des Z Messstrahls ist ebenso in der voranstehend erwähnten Patentanmeldung beschrieben.
Hinsichtlich der erforderlichen Genauigkeit des zusammengesetzten Interferometersystems für eine lithographische Vorrichtung können Veränderungen der Umgebungsparameter, beispielsweise der Temperatur, des Luftdrucks, der Feuchtigkeit, eine Rolle spielen. Diese Veränderungen führen zu einer Veränderung des Brechungsindex desjenigen Mediums, in dem sich die Interferometerstrahlen ausbreiten. Solch eine Veränderung kann ebenso durch Turbulenzen im Medium verursacht werden. Um diese Veränderungen bestimmen und korrigieren zu können, kann das Interferometersystem mit einer zusätzlichen Messachse, einer Referenzmessachse, versehen sein, die mit einem stationären Reflektor zusammenwirkt. Der Messstrahl der Referenzachse verläuft entlang einer konstanten geometrischen Bahnlänge. Die optische Bahnlänge, die dem Produkt der geometrischen Bahnlänge und dem Brechungsindex des durchlaufenden Mediums entspricht, wird jedoch von einer Veränderung des Brechungsindex beeinflusst. Dieser Veränderung beeinflusst auf diese Weise ebenso die Unterschiede zwischen den Bahnlängen, die von dem Messstrahl der Referenzachse und dem zugeordneten Referenzstrahl zurückgelegt werden. Dieser Unterschied wird mit Hilfe eines zusätzlichen Referenzdetektors in der Interferometereinheit gemessen, der der Referenzmessachse zugeordnet ist. Das Ausgangssignal dieses Detektors kann zur Korrektur der Informationen verwendet werden, die über andere Messachsen hinsichtlich Veränderungen des Brechungsindex aufgrund von Turbulenzen oder Veränderungen der Umgebungsparameter erhalten werden.
Veränderungen des Brechungsindex können ebenso mit Hilfe von zwei Messstrahlen gemessen werden, die deutlich unterschiedliche Wellenlängen besitzen, zum Beispiel die sich um einen Faktor 2 unterscheiden, und die entlang der gleichen Bahn innerhalb desjenigen Mediums verlaufen, in dem sich die Interferometerstrahlen ausbreiten. Da der Brechungsindex für einen Strahl von der Wellenlänge dieses Strahls abhängt, sind trotz der gleichen geometrischen Weglänge für diese Strahlen die optischen Weglängen für diese Strahlen unterschiedlich, so dass diese Strahlen eine Phasendifferenz beim Eintreffen an einem Detektor aufweisen. Im Falle von Veränderungen des Brechungsindex gibt es ebenso Veränderungen dieser Phasendifferenz, so dass ein Signal erhalten wird, das die Veränderung des Brechungsindex anzeigt.
Um sicherzustellen, dass die Maske und das Substrat relativ zueinander auf extrem genaue Weise in einer lithographischen Vorrichtung mit einer hohen Durchsatzrate für Substrate bei der Illumination der IC-Bereiche angeordnet werden können, so sollte verhindert werden, dass Kräfte der Aktuatoren für die Substrathalter und für die Maskenhalter auf Komponenten des Interferometersystems für den Substrathalter, und im Falle eines Step-and-Scanners auf das Interferometersystem für den Maskenhalter übertragen werden. Zu diesem Zweck können die Komponenten des/der Interferometersystems/Interferometersysteme mit Ausnahme der Messspiegel in einem starren Rahmen angeordnet werden, in dem ebenso das Projektionssystem starr befestigt ist, wobei der Rahmen dynamisch aufgehängt und von den anderen Komponenten der Vorrichtung isoliert ist. Die Interferometerkomponenten sind nun starr miteinander gekoppelt und verursachen keine Störung des Projektionssystems. Da der Rahmen, der ebenso als metrologischer Rahmen bezeichnet wird, dynamisch aufgehängt und isoliert oder frei von Vibrationen in der Vorrichtung ist, werden die Positionen der darin vorhandenen Interferometerkomponenten nicht mehr durch äußere Kräfte, beispielsweise von den Antriebskräften für den Substrattisch und den Maskentisch, beeinflusst.
8 zeigt in einem Diagramm eine optische lithographische Step-and-Scan Vorrichtung, die mit einem metrologischen Rahmen versehen ist. Eine solche Vorrichtung weist nicht nur ein Interferometersystem ISW für das Substrat, sondern ebenso ein Interferometersystem ISM auf, um die X und Y Verschiebungen der Maske messen zu können. Da diese Interferometersysteme und das Projektionssystem PL in einem metrologischen Rahmen MF angeordnet sind, können diese Systeme starr miteinander fixiert sein, und die Abbildung des Maskenmusters, die von dem Projektionssystem gebildet wird, ist mit den Interferometersystemen gekoppelt.
Da die Messspiegel 290 und 293 des Interferometersystems für das Substrat und der Messspiegel 297 für das Interferometersystem der Maske einen Teil des Substrathalters WH bzw. des Maskenhalters MH bilden, auf denen das Substrat und die Maske starr befestigt sind, können die Bewegungen des Substrats und der Maske direkt mit diesen Systemen gemessen werden. Folglich werden diese Bewegungen und die Abbildung des Maskenmusters nicht von den Bewegungen anderer Komponenten der Vorrichtung beeinflusst, beispielsweise von Aktuatoren, welche die gegenseitige Position des Substrats und der Maske entlang der Z Achse einstellen.
Die Aktuatoren, die die Maske und das Substrat in X und Y Richtung verschieben, von denen lediglich die X Aktuatoren XA_W und XA_T anhand von Stäben in 8 dargestellt sind, bilden einen Teil eines Aktuatorrahmens AF.
Der metrologische Rahmen ist in dem Aktuatorrahmen mit Hilfe von diagrammatikalisch gezeigten dynamischen Isolatoren SU₁, SU₂, SU₃ und SU₄ aufgehängt, so dass dieser Rahmen dynamisch vom übrigen Teil der Vorrichtung entkoppelt ist. Der Maskentisch MT und der Substrattisch WT sind in dem Aktuatorrahmen angeordnet. Der Substrattisch weist drei Z Aktuatoren auf, von denen zwei, ZA_W1 und ZA_W2 gezeigt sind, und mit denen die Z Position des Substrats eingestellt werden kann, indem diese drei Aktuatoren gleichmäßig mit Energie beaufschlagt werden, oder mit denen eine Neigung des Substrats erzeugt werden kann, indem diese drei Aktuatoren ungleichmäßig mit Energie beaufschlagt werden. Diese Bewegungen können auf analoge Weise ebenso in Bezug auf die Maske erzielt werden, falls der Maskentisch ebenso mit drei Z Aktuatoren versehen ist, von denen zwei, ZA_r1 und ZA_r2 gezeigt sind.
Die Platte 263, die starr mit dem unteren Teil des Projektionslinsenhalters befestigt ist, ist in dem metrologischen Rahmen angeordnet. Wie bereits beschrieben bildet die reflektierende untere Seite 264 dieser Platte den Z Reflektor für die Z Messachse des Interferometersystems ISW.
Der in 8 gezeigte Aufbau mit einem metrologischen Rahmen und einem Aktuatorrahmen kann ebenso in einer stufenweise betriebenen lithographischen Vorrichtung verwendet werden, in der eine Z Messung entsprechend der Erfindung durchgeführt wird. Eine derartige Vorrichtung weist kein Interferometersystem für die Maske auf.
Der metrologische Rahmen muss stringente Anforderungen in Bezug auf die Starrheit und Stabilität erfüllen, und das Material dieses Rahmens muss einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Diese Anforderungen werden jedoch abgeschwächt, falls die Referenzspiegel für die X und Y Messachsen des Interferometersystems für das Substrat und möglicherweise des Interferometersystems für die Maske an dem Halter des Projektionslinsensystems PL oder der metrologischen Platte 263 befestigt sind. Die Interferometersysteme und das Projektionslinsensystem werden dann optisch miteinander gekoppelt, und gegenseitige Bewegungen beeinflussen nicht mehr die Messungen. Diese Einrichtung mit den beiden Referenzspiegeln 298 und 299 unterhalb der Platte 263 sind diagrammatikalisch in 8 gezeigt. Die Referenzstrahlen können von dem Interferometersystem für das Substrat zu diesen Referenzspiegeln über Reflektoren (nicht gezeigt) geführt werden. Hinsichtlich des Interferometersystems für die Maske können die Referenzspiegel mit dem Halter des Projektionslinsensystems befestigt sein.
Es wird explizit darauf hingewiesen, dass in einer lithographischen Projektionsvorrichtung mit einem metrologischen Rahmen ebenso die X und Y Referenzspiegel des Interferometersystems für das Substrat, und möglicherweise des Interferometersystems für die Maske, mit dem Halter des Projektionslinsenssystems befestigt sein können, um so die gleichen Vorteile zu erzielen. Eine photolithographische Projektionsvorrichtung, die mit mehrachsigen Interferometersystemen, allerdings ohne Z Messachse, versehen ist, und in der Referenzspiegel an dem Halter des Projektionslinsenssystems befestigt sind, ist per se bekannt und in der PCT WO 97/33205 beschrieben.
9 stellt einen Überblick über die interferometrischen Messungen dar, die bei einer gegebenen Ausführungsform einer lithographischen Vorrichtung, die zum Ausführen des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet ist, in der Projektionsstation und der Messstation durchgeführt werden. Diese Figur zeigt die beiden Substrathalter 111 und 113 mit den X Messspiegeln R₁, R_1' und den Y Messspiegeln R₂ und R_2' sowie den Z Messspiegeln R_3,1, R_3,2, R_'3,1, R_'3,2. 9 ist ein Querschnitt in der XY Ebene, der obere Teil ist ein Querschnitt in der XZ Ebene und der linke Teil ist ein Querschnitt in der YZ Ebene. Die Bezugszeichen 300 und 301 bezeichnen den Messbereich der Illuminationsstation und den der Justierstation. Jede Messachse wird durch zwei Buchstaben und eine Zahl angedeutet. Der erste Buchstabe deutet auf die Richtung (X, Y oder Z) hin, entlang der die Messung mit der betreffenden Messachse durchgeführt wird, die Zahl zeigt die Nummer der Messachse in dieser Richtung and und der zweite Buchstabe deutet daraufhin, ob die Messung in der Justierstation (M) oder der Illuminationsstation (E) stattfindet. Bei der Ausführungsform der 9 werden die Messungen entlang drei Messachsen durchgeführt, sowohl in der X Richtung als auch in der Y Richtung, und zwei Z Messungen werden durchgeführt. Die Interferometereinheit 330 wird für die Y Messungen in der Projektionsstation verwendet. Die entsprechenden Interferometereinheiten für die Projektionsstation und die Messstation werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, allerdings sind die Bezugszeichen für die Interferometereinheiten in der Messstation mit einem Apostroph versehen.
Um die beiden Substrattische und die zugeordneten Halter in einer lithographischen Vorrichtung von der Messstation zur Projektionsstation, und umgekehrt, bewegen zu können, können die beiden Substrattische während dieser Bewegung an einem gemeinsamen Dreharm befestigt sein, so dass die Substrate über eine gemeinsame Drehung in die Messstation oder die Projektionsstation gebracht werden können. Um diese Bewegungen von und zu den Stationen auszuführen, werden jedoch die Substrattische vorzugsweise separat auf eine Weise angetrieben, dass sie in der XY Ebene geradlinig bewegt werden. Die 10 zeigt, wie sich die Substrathalter 111 und 113 und die zugeordneten Tische (nicht gezeigt) in Bezug auf die Projektionsstation 300 und die Messstation 310 in diesem Fall bewegen. In dieser Figur werden vier unterschiedliche Situationen durch SITZ, SIT2, SIT3 und SIT4 von links nach rechts angedeutet. In SITZ ist der Substrathalter 111 in der Projektionsstation 300 angeordnet, und das auf diesem Halter vorhandene Substrat wird illuminiert, während der Substrathalter 113 in der Messstation 310 angeordnet ist und das Substrat in diesem Halter gemessen wird. In SIT2 ist der Illuminationsprozess und der Messprozess beendet worden, und die beiden Substrathalter haben die betreffende Station verlas sen. In SIT3 haben die beiden Substrathalter einander passiert und der Substrathalter 111 befindet sich auf seinem Weg zur Messstation 310 und der Substrathalter 113 befindet sich auf seinem Weg zur Projektionsstation 300. In SIT4 ist der Substrathalter 113 in der Projektionsstation 300 angeordnet, so dass das auf diesem Halter vorhandene Substrat illuminiert werden kann, während der Substrathalter 111, nachdem das erste Substrat von diesem entfernt und er mit einem neuen Substrat bestückt worden ist, in der Messstation 310 angeordnet ist, so dass eine Messung an diesem Substrat durchgeführt werden kann.
Das Verfahren zum Messen der Höhe und der Position der Substratbereiche gemäß der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf eine photolithographische Vorrichtung zur Herstellung von IC-Strukturen beschrieben worden. Dieses Verfahren kann jedoch ebenso in einer photolithographischen Vorrichtung zur Herstellung anderer Strukturen verwendet werden, wie zum Beispiel Strukturen für integrierte oder planare optische Systeme, für Führungs- und Detektionsmuster für magnetische Domainspeicher oder für Strukturen für Flüssigkristallanzeigefelder. Das Verfahren kann ebenso in einer anderen lithographischen Vorrichtung eingesetzt werden, in der im Unterschied zu einer optischen Strahlung eine andere Strahlung, wie zum Beispiel eine Ionenstrahlung, eine Elektronenstrahlung oder eine Röntgenstrahlung verwendet wird zum Abbilden eines Maskenmusters, mit oder ohne Reduktion, auf ein Substrat. Die Abbildung kann nicht nur eine durch ein Projektionssystem gebildete Abbildung, sondern ebenso eine Proximitätsabbildung sein.

Claims

Verfahren zum Projizieren eines Maskenmusters auf eine Vielzahl von Bereichen eines mit einer strahlungsempfindlichen Schicht versehenen Substrats (W) mit Hilfe eines Projektionsstrahls (PB) sowie eines Projektionssystems (PL), wobei das Oberflächenprofil des Substrats, vor dem Einführen eines Substrathalters (WH, 113) mit dem Substrat in eine Projektionsstation unterhalb des Projektionssystems, für jeden Substratbereich bestimmt wird durch: Messen der Höhe des Substratbereichs in einer Richtung parallel zur Achse des Projektionsstrahls dadurch, dass der Bereich und ein erster Höhensensor (150) relativ zueinander in einer Ebene senkrecht zur Achse des Projektionsstrahls bewegt werden; Messen der Höhe einer Referenzebene (170) des Substrathalters (113) unter Verwendung eines zweiten Höhensensors (160); Festlegen einer Beziehung zwischen der Höhe des Substratbereichs und der Höhe der Referenzebene (170) des Substrathalters; und Speichern dieser Beziehung in einem Speicher; wobei im Anschluss die Höhe der Referenzebene des Substratshalters, die der idealen Höhe des relevanten Substratbereichs zugeordnet ist, relativ zu der Abbildungsebene des Projektionssystems berechnet und abgespeichert wird; und wobei nach dem Einführen des Substrathalters mit einem Substrat in die Projektionsstation zum Beleuchten jedes Substratbereichs die Höhe dieses Bereichs dadurch justiert wird, dass die Höhe der Referenzebene des Substrathalters mit Hilfe eines dritten Höhensensors (180) überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für jeden Substratbereich die Höhe dieses Substratbereichs und die Höhe der Referenzebene (170) des Substrathalters gleichzeitig gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem sowohl vor als auch nach dem Einführen des Substrathalters (113) mit dem Substrat in die Projektionsstation sowie bei der Messung der Höhe der Referenzebene (170) des Substrathalters ebenso die Position des Substrats entlang einer X-Achse und einer Y-Achse gemessen werden, wobei die X-Achse und die Y-Achse Achsen eines dreiachsigen orthogonalen Koordinatensystems sind, und wobei die Z-Achse parallel zu der Achse des Projektionsstrahls ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem vor dem Einführen des Substrathalters (113) mit dem Substrat in die Projektionsstation eine Beziehung für jeden Substratbereich zwischen einer dem Substratbereich zugeordneten Justiermarkierung und mindestens einer Referenzmarkierung auf dem Substrathalter festgelegt wird, und bei dem nach dem Einführen des Substrathalters mit dem Substrat in die Projektionsstation jeder Substratbereich, bevor er beleuchtet wird, unter Verwendung der Beziehung justiert wird, indem die Referenzmarkierung in Bezug auf eine entsprechende Markierung auf der Maske ausgerichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem bei der Bestimmung des Oberflächenprofils einer Vielzahl von Substratbereichen vor dem Einführen des Substrats in die Projektionsstation eine bestimmte Route verfolgt wird, die durch die Reihenfolge definiert ist, in der nacheinander inspizierte Bereiche relativ zueinander angeordnet sind, und bei dem, wenn das Substrat im Anschluss in das Projektionssystem und unterhalb des Projektionssystems eingeführt ist, die gleiche Route bei der Beleuchtung der Bereiche verfolgt wird.
Lithographische Projektionsvorrichtung, die zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 geeignet ist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Projektionsstation, die ein Projektionssystem (PL) zum Projizieren eines Maskenmusters auf eine Vielzahl von Bereichen eines auf einem Substrathalter (113) angeordneten Substrats sowie einen dritten Höhensensor (180) zum Messen der Höhe der Referenzebene des Substrathalters aufweist; und eine Messstation (113), die einen ersten Höhensensor (150) zum Messen der Höhe eines jeden Substratbereichs, während der Bereich und der ersten Höhensensor (150) relativ zueinander in einer Ebene senkrecht zu der Achse des Projektionsstrahls bewegt werden, und einen zweiten Höhensensor (160) zum Messen der Höhe einer Referenzebene (170) des Substrathalters aufweist; und eine Einrichtung zum Festlegen und Speichern einer Beziehung zwischen der Höhe eines jeden Substratbereichs und der Höhe der Referenzebene des Substrathalters; und eine Einrichtung zum Überprüfen der Höhe der Referenzebene des Substrathalters, die der idealen Höhe eines jeden Substratbereichs zugeordnet ist, relativ zu der Abbildungsebene des Projektionssystems mit Hilfe des dritten Sensors; wobei die Bahn des Substrats durch die Vorrichtung sich über die Messstation zur Projektionsstation erstreckt.
Lithographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Messstation (133) ein optisches Justiersystem umfasst, das Elemente aufweist zum Ausrichten von Justiermarkierungen, die den Substratbereichen zugeordnet sind, und von zumindest einer Substrathalter-Justiermarkierung in Bezug auf eine Referenzmarkierung in der Messstation (113).
Lithographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die drei Höhensensoren (150, 160, 180) optische Höhensensoren sind.
Lithographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der der zweite und/oder dritte Höhensensor (160, 180) einen Teil eines separaten zusammengesetzten XYZ-Interferometersystems (200, 180) bildet zum Messen der X- und Y-Verschiebungen sowie Positionen des Substrats und eine Anzahl von X- und Y-Messachsen aufweist, wobei die Anzahl zumindest gleich der Anzahl der interferometrisch zu bestimmenden Substratverschiebungen ist, und wobei die Messachsen mit auf dem Substrathalter angeordneten X- und Y-Messspiegeln (261, 267) zusammenwirken, und wobei das Interferometersystem ferner eine Z-Messachse aufweist, die mit einem Z-Messspiegel (160, 165) zusammenwirkt, welcher auf dem Substrathalter unter einem spitzen Winkel zur XY-Ebene angeordnet ist, und wobei die Z-Messachse und der Z-Messspiegel zusammen mit einem Z-Reflektor und einem Z-Detektor den Höhensensor bilden.
Lithographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der der Z-Messspiegel (260, 265) für das Interferometersystem auf dem Substrathalter unter einem Winkel von im wesentlichen 45° zur XY-Ebene angeordnet ist.
Lithographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der der Z-Messspiegel (160, 265) für das Interferometersystem von einem abgeschrägten Abschnitt eines X- oder Y-Messspiegels gebildet wird.
Lithographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der der Z-Messspiegel für das Interferometersystem von einer abgeschrägten Stange (291, 292) gebildet wird, die auf einer Seitenfläche des Substrathalters angeordnet ist und auf der ebenso ein X- oder Y-Messspiegel angeordnet ist, wobei die Stange sich in Z-Richtung durch lediglich einen kleinen Teil der Seitenfläche und in der Richtung senkrecht dazu über die gesamte Seitenfläche erstreckt.
Lithographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Z-Messspiegel für das Interferometersystem auf dem von dem Substrat abgelegenen Teil des Substrathalters angeordnet ist.
Lithographische Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei der ein Referenzspiegel für einen Referenzstrahl, der dem Z-Messstrahl zugeordnet ist, von einem X- oder Y-Messspiegel (261, 267) gebildet wird, der auf derjenigen Seitenfläche des Substrathalters angeordnet ist, auf der ebenso der Z-Messspiegel angeordnet ist.
Lithographische Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei der die Bahn des Z-Messstrahls einen Retroreflektor (270) umfasst, durch den der Z-Messstrahl, der von dem Z-Messspiegel reflektiert und zu dem Z-Detektor gerichtet wird, zu dem Messspiegel zur weiteren Reflektion auf dem Spiegel reflektiert wird.
Lithographische Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, bei der zusätzlich zu einer Z-Messachse das Interferometersystem mindestens fünf weitere Messachsen aufweist.
Lithographische Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, bei der das Interferometersystem eine Messachse aufweist, entlang der sich zwei Messstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen ausbreiten.
Lithographische Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, bei der, mit Ausnahme der Messspiegel, die Komponenten der Projektionsstation/des Interferometersystems sowie der Z-Reflektor in einem starren Rahmen (MF) angeordnet sind, in dem ebenso ein Projektionssystem (PL) starr befestigt ist, wobei der Rahmen aufgehängt und von den anderen Komponenten der Vorrichtung dynamisch isoliert ist.
Lithographische Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, bei der die Referenzspiegel für die Referenzstrahlen, die den X- und Y-Messstrahlen zugeordnet sind, auf dem Halter des Projektionssystems angeordnet sind.