DE69705779T2

DE69705779T2 - Differential-interferometer-system und lithographischer "step and scan" apparat ausgestattet mit diesem system

Info

Publication number: DE69705779T2
Application number: DE69705779T
Authority: DE
Inventors: Peter Dirksen; Evert Van Der Werf
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2017-03-05
Also published as: KR19990008359A; CN1133866C; KR100503877B1; CN1189898A; DE69705779D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Interferometersystem zum Messen der wechselseitigen Position und Bewegung eines ersten und eines zweiten Objekts in zumindest einer Richtung, wobei das System für zumindest eine von allen möglichen wechselseitigen Bewegungsrichtungen aufweist:
- eine mit dem ersten Objekt verbundene erste Interferometereinheit, die mit einem ersten Strahlteiler, einem ersten Meßreflektor und mehreren ersten Reflektoren versehen ist, und
- eine mit dem zweiten Objekt verbundene zweite Interferometereinheit, die mit einem zweiten Strahlteiler, einem zweiten Meßreflektor und mehreren zweiten Reflektoren versehen ist.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Lithographiegerät zum Projizieren eines Maskenmusters auf ein Substrat gemäß dem Step-and-Scan-Prinzip.
Solch ein Gerät, welches als Step-and-Scan-Gerät bekannt ist und unter anderem bei der Herstellung integrierter Schaltungen oder ICs verwendet werden kann, ist aus unter anderem dem US-Patent 5,194,893 bekannt.
Aufgrund des Bedarfs an einer zunehmenden Zahl von elektronischen Komponenten in einer IC müssen zunehmend kleinere Details, auf die auch als Linienbreiten verwiesen wird, mittels des Projektionsgeräts in jeder Fläche des Substrats abgebildet werden, auf welchem eine IC hergestellt werden muß, welche Fläche auch als eine "IC-Fläche" oder "Chip" bezeichnet wird. Außerdem ist es auch wünschenswert, die IC-Flächen zu vergrößern, so daß die Zahl von Komponenten pro IC auch auf diese Weise erhöht werden kann. Für das Projektionslinsensystem bedeutet dies, daß die Auflösungsleistung, daher dessen numerische Apertur erhöht und das Bildfeld vergrößert werden muß.
Bisher ist es möglich gewesen, mit großem Aufwand und unter hohen Kosten ein Optimum zwischen diesen beiden, sich widersprechenden Anforderungen an ein Projektionslinsensystem zu finden. Für ein Schritt- bzw. Stepper-Gerät, das als Wafer-Stepper bekannt ist, wurde z. B. ein Projektionslinsensystem mit einer numerischen Apertur von 0,6 und einem Bildfeld von 22 mm für die Fertigung von ICs des 64-Megabit-Typs hergestellt. Linienbreiten von 0,35 um können auf dem Substrat mittels dieses Projektionslinsensystems abgebildet werden. Die Grenze eines Projektionslinsensystems, das noch hergestellt werden kann und nicht zu unhandlich ist, ist dann praktisch erreicht. Falls noch kleinere Details abgebildet werden sollen, d. h. falls noch kleinere Linienbreiten auf den Substraten erzeugt werden sollen, mit anderen Worten, falls dem Projektionslinsensystem eine noch größere numerische Apertur verliehen werden muß, geschieht dies dann nur auf Kosten der Größe des Bildfeldes.
Ein Ausweg aus diesem Dilemma ist möglich, indem von einem Stepper-Projektionsgerät zu einem Step-and-Scan-Gerät übergegangen wird, wie es in dem US-Patent 5,194,893 beschrieben ist. In einem Stepper-Projektionsgerät wird das ganze Maskenmuster belichtet und in einem Lauf auf einer IC- Fläche auf dem Substrat abgebildet. Anschließend wird ein Schritt bzw. Step vorgenommen, d. h. das Substrat wird bezüglich des Projektionslinsensystems und des Maskenmusters bewegt, bis eine zweite IC-Fläche dem Maskenmuster gegenüber und innerhalb des Bildfeldes des Projektionslinsensystems liegt, und in dieser Fläche wird dann ein zweites Bild des Maskenmusters erzeugt. Anschließend wird ein Step zu einer dritten IC-Fläche vorgenommen und wieder abgebildet und so weiter, bis Bilder der Maskenmuster in allen IC-Flächen erzeugt worden sind. In einem Step-and-Scan-Gerät werden die gleichen Stepper-Bewegungen durchgeführt, aber jedes Mal wird nur ein kleiner Teil des Maskenmusters auf einer entsprechenden Teilfläche des Substrats abgebildet. Durch Abbilden aufeinanderfolgender Teile des Maskenmusters auf aufeinanderfolgenden Teilflächen der IC-Fläche wird ein Bild des gesamten Maskenmusters auf einer IC-Fläche erhalten. Zu diesem Zweck wird das Maskenmuster mit einem Projektionsstrahl belichtet, der einen kleineren Querschnitt, z. B. einen rechtwinkeligen oder bogenförmigen Querschnitt, an der Fläche des Maskenmusters aufweist, und der Maskentisch und der Substrattisch werden entgegengesetzt in einer Richtung, der Scan-Richtung, bezüglich des Projektionslinsensystems und des Projektionsstrahls bewegt, wobei die Geschwindigkeit einer Bewegung des Substrattisches die M-fache derjenigen des Maskentisches ist. M ist die Vergrößerung, mit der das Maskenmuster abgebildet wird. Ein herkömmlicher Wert für M ist gegenwärtig ¹/&sub4;, aber andere Werte, z. B. 1, sind alternativ möglich.
Der Querschnitt des Projektionsstrahls hat seine größte Abmessung in der Richtung quer zur Scan-Richtung. Diese Abmessung kann gleich der Breite des Maskenmusters sein, so daß dieses Muster in einer Scan-Bewegung abgebildet wird. Es ist jedoch alternativ dazu möglich, daß die Abmessung die Hälfte derjenigen des Maskenmusters oder sogar kleiner ist. In diesem Fall wird das gesamte Maskenmuster in einer oder mehr entgegengesetzten Scan-Bewegungen abgebildet. Es sollte dann sichergestellt sein, daß die Bewegungen der Maske und des Substrats sehr genau synchronisiert sind, d. h. die Geschwindigkeit v der Maske sollte immer gleich dem M-fachen der Geschwindigkeit des Substrats sein.
Im Vergleich zu einem Stepper-Projektionsgerät, in welchem das Maskenmuster bezüglich der IC-Flächen auf dem Substrat schon genau justiert ist und in welchem das Projektionslinsensystem auf dem Substrat genau fokussiert sein muß und der Stepper-Substrattisch genau kontrolliert werden muß, muß zusätzlich die Geschwindigkeitsbedingung in einem Step- and-Scan-Projektionsgerät gemessen werden, mit anderen Worten, ob das Substrat und das Maskenmuster in bezug aufeinander stillstehen, wie sie es während einer Scan-Abbildung des Substrats und des Maskenmusters täten. Basierend auf dieser Messung kann die Geschwindigkeit von einem der Tische dann an die des anderen angepaßt werden.
In dem Projektionsgerät, wie es im US-Patent 5,194,893 offenbart ist, werden zwei Interferometersysteme verwendet, um die Geschwindigkeitsbedingung zu prüfen. Der Meßreflektor des ersten Interferometersystems ist an dem Substrattisch befestigt, so daß die Verschiebung des Substrattisches in der Scan-Richtung, im folgenden auch als die X-Richtung bezeichnet, mit diesem System gemessen werden kann. Der Meßreflektor des zweiten Interferometersystems ist am Maskentisch befestigt, so daß die Verschiebung dieses Tisches in der Scan- Richtung mit diesem System gemessen werden kann. Die Ausgangssignale von den beiden Interferometersystemen werden an eine elektronische Verarbeitungseinheit, z. B. einen Mikroprozessor, angelegt, worin die Signale voneinander subtrahiert und zu Steuersignalen für die Stellglieder oder Antriebsvorrichtungen für die Tische verarbeitet werden.
Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten der Tische, die wegen der gewünschten hohen Durchsatzrate der Substrate durch das Gerät erforderlich sind, weisen die Interferometersigale eine hohe Frequenz oder Bitrate auf. Verglichen mit diesen Hochfrequenzsignalen wird die Geschwindigkeit der Verarbeitungselektronik ein beschränkender Faktor. Die Verzögerungszeit, d. h. die Zeit, die zwischen dem Moment, in dem eine Messung durchgeführt wird, und dem Moment verstreicht, in dem das Meßergebnis zur Verfügung steht, wird dann eine große Rolle spielen. In einer geschlossenen Servoschleife mit den Meßsystemen und den Stellgliedern oder Antriebsvorrichtungen für die Tische werden Differenzen der Verzögerungszeiten in der elektronischen Signalverarbeitung zu einem unerwünschten Versatz zwischen dem Maskentisch und dem Substrattisch führen. Außerdem haben dann die Tische eine begrenzte maximale Geschwindigkeit.
US 5,379,115 offenbart ein differentielles Interferometer zum Messen der Position eines einzigen beweglichen Objektes in bezug auf eine stationäre Referenz. Der Referenzstrahl ist so eingerichtet, daß er durch die gleiche Länge Glas wie der Meßstrahl läuft.
Die vorliegende Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, liefert ein neuartiges Meßkonzept für das Step-and-Scan-Gerät, das die oben erwähnten Probleme vermeidet. Dieses neuartige Konzept weist mehrere Aspekte auf, die separat oder in Kombination genutzt werden können.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist das Interferometersystem dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb ein Meßstrahl durch sowohl die erste als auch die zweite Interferometereinheit durchgeht und zumindest einmal durch sowohl den ersten Meßreflektor als auch den zweiten Meßreflektor reflektiert wird, dadurch, daß die ersten und zweiten Interferometereinheiten einen gemeinsamen strahlungsempfindlichen Detektor aufweisen, und dadurch, daß der mit dem Meßstrahl verbundene Referenzstrahl den gleichen Weg wie der Meßstrahl zwischen der ersten und der zweiten Interferometereinheit durchläuft.
Die Positionssignale der beiden Tische werde nun nicht länger elektronisch verglichen oder voneinander subtrahiert, sondern optisch und in dem Interferometersystem selbst verglichen. Für ein geregeltes System, d. h. eine geschlossene Servoschleife, ist die Frequenz des Interferometersignals immer von der Geschwindigkeit der Tische unabhängig, so daß diese Geschwindigkeit nicht länger ein beschränkender Faktor sein kann.
Es ist besonders zu erwähnen, daß ein Interferometersystem mit einem ersten und einem zweiten Meßreflektor und einem ersten und einem zweiten Strahlteiler in der englischsprachigen Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung 3- 199.905 beschrieben ist, worin ein Meßstrahl verwendet wird, der durch den ersten und den zweiten Strahlteiler geht. In dem bekannten System wird jedoch der Meßstrahl von nur einem der Meßspiegel reflektiert, wohingegen der andere Meßspiegel einen Referenzstrahl reflektiert. Außerdem wird das bekannte System nicht zum Messen der wechselseitigen Bewegung, in einer Richtung, von zwei Objekten, sondern zum Messen der relativen Verschiebung eines X-Tisches bezüglich eines Y-Tisches verwendet.
Eine Ausführungsform des differentiellen Interferometersystem, welches besonders zur Verwendung in einem Lithographiegerät geeignet ist, in welchem das Maskenmuster in einer reduzierten Größe abgebildet wird, ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Anzahl von Malen, die der Meßstrahl durch den mit dem ersten Objekt verbundenen Meßreflektor reflektiert wird, und der Anzahl von Malen, die der Meßstrahl durch den mit dem zweiten Objekt verbundenen Meßreflektor reflektiert wird, gleich dem Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit des zweiten Objekts und der Geschwindigkeit des ersten Objekts ist.
Das Interferometersystem ist ferner vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Interferometereinheit auf solch eine Weise eingerichtet ist, daß der von der ersten Interferometereinheit kommende Meßstrahl m + 1-mal in der zweiten Interferometereinheit reflektiert wird, bevor er zu der ersten Interferometereinheit zurückkehrt, wobei m eine gerade Zahl ist, welche größer als 2 ist.
Diese Messung verhindert, daß eine Neigung oder Rotation des ersten Objektes das Interferometersignal beeinflußt.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Gerät zum mehrfachen Abbilden eines Maskenmusters auf ein Substrat gemäß dem Step-and-Scan-Prinzip, welches Gerät einen in einem Maskentisch angeordneten Maskenhalter, einen in einem Substrattisch angeordneten Substrathalter und ein zwischen dem Maskentisch und dem Substrattisch angeordnetes Projektionssystem aufweist. Dieses Gerät ist durch ein Interferometersystem, wie oben beschrieben, zum Messen der wechselseitigen Position der Maske und des Substrats gekennzeichnet, die das erste und das zweite Objekt bilden.
Die Verwendung der Erfindung ist nicht auf ein Step-and- Scan-Projektionsgerät begrenzt. Sie kann allgemein unter Umständen und in Geräten verwendet werden, in welchen zwei Körper schnell und sehr präzise in bezug aufeinander bewegt werden müssen.
Falls ein Maskenmuster mit einer Vergrößerung M auf einem Substrat in diesem Projektionsgerät abgebildet wird, kann es ferner dadurch gekennzeichnet sein, daß das Verhältnis zwischen der Anzahl von Malen, die der durch den mit dem Substrat verbundene Meßreflektor reflektiert wird, und der Anzahl von Malen, die der Meßstrahl durch den mit der Maske verbundenen Meßreflektor reflektiert wird, gleich 1/M ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist dieses Gerät ferner dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Substrat verbundener Meßreflektor und ein mit der Maske verbundener Meßreflektor durch eine reflektierende Seitenfläche des Substrathalters bzw. des Maskenhalters gebildet werden.
Eine reflektierende Seitenfläche bedeutet, daß die Seitenfläche selbst reflektierend ist oder daß ein Reflektor an dieser Seitenfläche befestigt ist.
Da die Meßreflektoren mit dem Substrat und der Maske fest verbunden sind, werden die Bewegungen dieser Elemente selbst direkt und daher zuverlässig gemessen, was die Bewegungen einschließt, welche in bekannten Geräten außer Acht gelassen werden und sich aus Bewegungen von Elementen des Substrattisches in bezug aufeinander und Bewegungen von Elementen des Maskentisches in bezug aufeinander ergeben.
Für die Art und Weise, in der ein Interferometersystem zum Messen linearer Verschiebungen, Rotationen und Neigungen eines Substrats aufgebaut werden kann, im folgenden als Substrat-Interferometer bezeichnet, und wie es in ein lithographisches Projektionsgerät eingebaut werden kann, wird auf die US-Patente 4,251,160 und 4,737,283 verwiesen, die ein Zweiachsen-Interferometersystem bzw. ein Dreiachsen-Interferometersystem beschreiben. Weitere Ausführungsformen eines Substrat-Interferometersystems sind in der EP-Patentanmeldung 0 498 499 beschrieben.
Das Gerät gemäß der Erfindung ist ferner vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß das Interferometersystem eine Projektionssystem-Interferometereinheit zum Messen der Position des Projektionssystems an einem Ort aufweist, und dadurch, daß das Projektionssystem an dem Ort mit einem weiteren Meßreflektor versehen ist.
Die Position des Projektionssystems kann dann unabhängig von einer möglichen Neigung dieses Systems gemessen werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Geräts ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionssystem mit zwei weiteren Meßreflektoren an einem an dem Maskenhalter nächstgelegenen bzw. dem Substrathalter nächstgelegenen Ort versehen ist, und dadurch, daß der Referenzstrahl durch beide Meßreflektoren reflektiert wird.
Diese und andere Aspekte der Erfindung sind aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und werden unter Bezugnahme auf diese erläutert.
In den Zeichnungen zeigt/zeigen:
Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsformen des Interferometersystems gemäß der Erfindung für ein Gerät mit einer Vergrößerung M = ¹/&sub4;;
Fig. 3 und 4 zwei Ausführungsformen des Interferometersystems gemäß der Erfindung für ein Gerät mit einer Vergrößerung M = 1;
Fig. 5 die Differenz zwischen den interferometrischen Messungen in einem bekannten Gerät und in einem Gerät gemäß der Erfindung;
Fig. 6 die wechselseitige Position einer Maske und eines Substrats, nachdem sie im Gerät justiert wurden;
Fig. 7 eine Alternative zu der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform;
Fig. 8 und 9 Ausführungsformen spezieller Interferometer zum Messen der Neigung eines Substrathalters;
Fig. 10 die Berechnung des Punktes einer Projektionslinse, um den diese Linse ohne Versetzen des Bildes geneigt werden kann;
Fig. 11 ein Interferometersystem mit einer getrennten Messung der Position der Projektionslinse;
Fig. 12 ein differentielles Interferometersystem, in welchem die Messung, an einem Punkt, der Position der Projektionslinse integriert ist;
Fig. 13 ein differentielles Interferometersystem, in welchem die Messung, an zwei Punkten, der Position der Projektionslinse integriert ist;
Fig. 14 den wechselseitigen Versatz eines Meßstrahls und eines Referenzstrahls bei Rotation des Substrathalters;
Fig. 15 und 16 spezielle Reflektoreinheiten, welche nahe einem Masken-Interferometer angeordnet werden können, um den Effekt dieses Versatzes zu eliminieren;
Fig. 17 eine Ausführungsform eines differentiellen Interferometersystems mit einer Messung der Position der Projektionslinse, worin der Effekt einer Rotation oder Neigung des Substrathalters eliminiert ist;
Fig. 18 ein Teilsystem eines Masken-Interferometers zur Verwendung in dieser Ausführungsform;
Fig. 19 eine Ausführungsform eines differentiellen Interferometersystems, in welchem der Effekt einer Rotation oder Neigung des Substrathalters eliminiert ist;
Fig. 20-22 verschiedene Ausführungsformen von Teilsystemen eines Masken-Interferometers zur Verwendung in der Ausführungsform von Fig. 19;
Fig. 23 und 24 zwei weitere Ausführungsformen eines differentiellen Interferometersystems, in welchem der Effekt einer Rotation oder Neigung des Substrathalters eliminiert ist;
Fig. 25 den Effekt einer Rotation oder Neigung des Substrathalters auf das Interferometersignal, wenn eine Versatzkompensation verwendet oder nicht verwendet wird, und
Fig. 26a, 26b und 26c ein einzelnes Interferometersystem, in welchem ein durch Rotation oder Neigung des Substrathalters hervorgerufener Strahlversatz kompensiert ist.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Interferometersystems gemäß der Erfindung zur Verwendung in einem Projektionsgerät, in welchem das Maskenmuster in einer vierfach reduzierten Größe abgebildet wird, d. h. M = 1/4. Diese Figur und weitere Figuren des Projektionsgerätes zeigen nur diejenigen Elemente, mit denen das differentielle Interferometersystem zusammenarbeitet, nämlich den mit dem Reflektor RM versehenen Maskenhalter MH und den mit dem Reflektor RW versehenen Subtrathalter WH. Der Meßstrahl bm, der von einer (nicht dargestellten) Strahlungsquelle ausgesandt wird, und der Referenzstrahl br sind durch durchgezogene Linien bzw. gestrichelte Linien dargestellt. Diese Strahlen sind z. B. die beiden wechselseitig senkrecht polarisierten Komponenten mit verschiedenen Frequenzen eines Strahls der Strahlung, der von einem Zeeman-Laser ausgesandt wird, so daß die Messung auf einer Phasenmessung basiert. Die Richtung des Meßstrahls und des Referenzstrahls ist durch Pfeile dargestellt.
Am Ort des Substrathalters WH, der mit einem Reflektor RW versehen ist, weist die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform einen polarisationsempfindlichen Strahlteiler 1, eine (λ/4)- Platte 2 für eine Viertelwellenlänge und zwei Retroreflektoren 3 und 4 auf. Ein polarisationsempfindlicher Strahlteiler 5, eine λ/4-Platte 8 und zwei Retroreflektoren 6 und 7 sind am Ort des Maskenhalters MH ebenfalls vorhanden, der mit einem Reflektor RM versehen ist. Außerdem ist ein stationärer Reflektor MI in situ vorhanden. Die Strahlteiler 1 und 5 weisen polarisationsempfindliche Grenzflächen 9 und 10 auf, welche eine erste Komponente mit einer ersten Polarisationsrichtung des Strahls von der Quelle und eine zweite Komponente mit einer zweiten Polarisationsrichtung senkrecht zur ersten Polarisationsrichtung durchlassen und sie reflektieren oder umgekehrt. In der dargestellten Ausführungsform ist die durchgelassene Strahlkomponente der Referenzstrahl br, und die reflektierte Komponente ist der Meßstrahl bm. Die Viertel- Wellenlänge-Platten 2 und 8, welche eine Polarisationsrichtung unter einem Winkel von 45º zu derjenigen der Strahlkomponenten aufweisen, stellen sicher, daß die Polarisationsrichtung einer Strahlkomponente um 90º gedreht wird, falls diese Komponente durch eine solche Platte zweimal durchgeht.
Der durch die Grenzfläche 9 durchgelassene Meßstrahl bm durchquert die λ/4-Platte 2 und trifft an der Position P1 auf den Reflektor RW auf. Der reflektierte Strahl durchquert die λ/4-Platte ein zweites Mal, so daß seine Polarisationsrichtung bezüglich der ursprünglichen Polarisationsrichtung um 90º gedreht wird, und wird dann durch die Grenzfläche 9 in Richtung auf den Retroreflektor 3 durchgelassen. Über Reflexionen auf den schrägen Flächen dieses Reflektors tritt der Meßstrahl wieder in den Strahlteiler 1 ein und wird dann durch diesen Strahlteiler durchgelassen, um bei der Position P2 ein zweites Mal auf den Reflektor RW zu treffen. Der von der Position P2 kommende Meßstrahl wird durch die Grenzfläche 9 zur Grenzfläche 10 des Strahlteilers 5 reflektiert, der dem Maskenhalter nächstgelegen plaziert ist. Anschließend reflektiert die Grenzfläche 10 den Meßstrahl über die λ/4-Platte 8 zum Reflektor RM des Maskenhalters, wo der Meßstrahl bei der Position P3 einfällt. Der durch den Reflektor RM reflektierte Meßstrahl durchquert die λ/4-Platte in zweites Mal, so daß dessen Polarisationsrichtung wieder um 90º gedreht wird, und wird durch die Grenzfläche zum Retroreflektor 6 durchgelassen. Über Reflexionen auf den schrägen Seiten dieses Reflektors und einen Durchgang durch die Grenzfläche 10 und die λ /4-Platte 8 erreicht der Strahl den Reflektor MI an der Position P4. Der durch den Reflektor MI reflektierte Strahl durchquert wieder die λ/4-Platte 8, so daß seine Polarisationsrichtung wieder um 90º gedreht wird, so daß dieser Strahl durch die Grenzfläche 10 zur Grenzfläche 9 reflektiert wird. Der Meßstrahl wird dann wieder zum Substratreflektor RW gesendet, so daß er aufeinanderfolgend an den Positionen PS und P6 einfällt und reflektiert wird, analog wie für die Positionen P2 und P4 beschrieben wurde. Der an der Position P6 reflektierte Strahl wird durch die Grenzfläche 9 von dem Interferometersystem in Richtung auf einen (nicht dargestellten) Detektor reflektiert.
Der durch die Grenzfläche 9 durchgelassene Referenzstrahl br durchquert ebenfalls das gesamte System, umgeht aber die Reflektoren RW, RM und MI. Dieser Strahl wird nur durch die Seitenflächen der Retroreflektoren 4 und 7 reflektiert und wird immer durch die Grenzflächen 9 und 10 der Strahlteiler 1 und 5 durchgelassen. Die wechselseitig senkrecht polarisierten Strahlen bm und br, die aus dem System austreten, passieren auf ihrem Weg zum Detektor einen (nicht dargestellten) Analysator, welcher Analysator eine Polarisationsrichtung aufweist, die unter einem Winkel von 45º zu demjenigen der Strahlen verläuft, und zwei Komponenten dieses Strahls durchläßt, welche Komponenten miteinander interferieren können. Die Phasendifferenz zwischen diesen beiden Strahlkomponenten hängt von der wechselseitigen Position der Spiegel RM und RW und daher von dem Maß ab, in dem sich die Spiegel und somit die Maske und das Substrat synchron bewegen, wobei die Vergrößerung M berücksichtigt wird. In dem Lithographiegerät befindet sich ein in Fig. 1 nicht dargestelltes Projektionslinsensystem zwischen dem Maskenhalter MH und dem Substrathalter WH. Für die Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Interferometersystems, in welchem der Meßstrahl auf dem Substratreflektor viermal und auf dem Maskenreflektor einmal reflektiert wird, weist dieses Projektionslinsensystem eine Vergrößerung M von 1/4 auf.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines differentiellen Interferometersystems zur Verwendung in einem Projektionsgerät mit einer Vergrößerung M = 1/4. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 dadurch, daß zwei zusätzliche Reflektoren 15 und 16 eingebaut sind, dadurch, daß der mit dem ersten Strahlteiler 1 verbundene erste Retroreflektor 3 weggelassen ist und die beiden Retroreflektoren 6 und 7 von Fig. 1 beim zweiten Strahlteiler durch die Retroreflektoren 18 und 19 ersetzt sind. In dieser Ausführungsform wird der von links eintretende Meßstrahl bm zunächst zweimal durch den Substratreflektor RW an den Positionen P1 und P2 über den Strahlteiler 1 und die λ/4-Platte 2 reflektiert. Die Reflektoren 15 und 16 reflektieren den an der Position P2 reflektierten Meßstrahl zum stationären Reflektor MI. Der durch diesen Reflektor an der Position P3 reflektierte Meßstrahl wird durch die Grenzfläche 10 zum Retroreflektor 19 reflektiert. Über Reflexionen auf den schrägen Seiten des Reflektors 10 wird der Meßstrahl zur Grenzfläche 10 zurückgesendet, wo er zur Position P4 auf dem Maskenreflektor RM reflektiert wird. Der Meßstrahl von diesem Reflektor breitet sich über Reflexionen auf den Reflektoren 16 und 15 zur Position PS auf dem Substratreflektor RW aus. Dort wird der Meßstrahl wieder reflektiert, und anschließend wird der Strahl über Reflexionen aufeinanderfolgend auf der Grenzfläche 9, den beiden schrägen Seiten des Retroreflektors 14 und wieder der Grenzfläche 9 zur Position P6 auf dem Substratreflektor RW durchgelassen. Der Meßstrahl b', der reflektiert wird, erreicht dort über die λ/4-Platte 2 und den Strahlteiler 1 einen (nicht dargestellten) Detektor.
Der Referenzstrahl br wird durch das System durch Reflexionen aufeinanderfolgend auf der Grenzfläche 9, den beiden schrägen Seiten des Retroreflektors 4, der Grenzfläche 9, den Reflektoren 15 und 16, der Grenzfläche 10, zwei schrägen Seiten des Reflektors 18, den Reflektoren 16 und 15, der Grenzfläche 9, den beiden schrägen Seiten des Reflektors 4 durchgelassen und schließlich über eine Reflexion auf der Grenzfläche 9 als Strahl b' zum gleichen Detektor wie der Meßstrahl b' gesendet. Der Referenzstrahl b umgeht somit alle Reflektoren RW, RM und MI.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des differentiellen Interferometersystems zur Verwendung in einem Projektionsgerät mit einer Vergrößerung M = 1. In dieser Ausführungsform, in der der stationäre Reflektor MI fehlt, welche aber die gleiche Struktur wie diejenige in Fig. 1 hat, wird der Meßstrahl bm zunächst durch den Substratreflektor RW zweimal aufeinanderfolgend an den Positionen P1 und P2 reflektiert. Der von der Position P2 kommende Meßstrahl wird über Reflexionen auf den Grenzflächen 9 und 10 zur Position P3 auf dem Maskenhalter RM durchgelassen, wo er reflektiert wird. Der reflektierte Meßstrahl wird anschließend über Reflexionen auf den schrägen Seiten des Retroreflektors 6 zur Position P4 auf dem Maskenreflektor RM durchgelassen, wo er wieder zur Grenzfläche 10 reflektiert wird. Diese Grenzfläche reflektiert den Meßstrahl b'm zu einem (nicht dargestellten) Detektor.
Der Referenzstrahl br wird durch die Grenzflächen 9 und 10 der Strahlteiler 1 und 5 durchgelassen und nur durch die schrägen Seiten der Retroreflektoren 4 und 7 reflektiert. Dieser Strahl umgeht einen der Reflektoren RW und RM.
Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform des differentiellen Interferometersystems zur Verwendung in einem Projektionsgerät mit einer Vergrößerung M = 1. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 3 gezeigten dadurch, daß unter dem ersten Strahlteiler 1 eine zusätzliche λ/4-Platte 20 angeordnet ist und der Retroreflektor 3 weggelassen worden ist. Der von links eintretende Meßstrahl bm wird zuerst durch den Substratspiegel RW an der Position P1 reflektiert. Anschließend wird der Meßstrahl über Reflexionen auf den Grenzflächen 9 und 10 zur Position P2 auf dem Maskenreflektor RM durchgelassen. Der an diesem Reflektor reflektierte Meßstrahl wird durch die schrägen Seiten des Retroreflektors 6 zur Position P3 auf dem Maskenreflektor RM reflektiert. Über Reflexionen auf den Grenzflächen 10 und 9 kehrt der Meßstrahl zum Substratreflektor RW zurück, wo er als Strahl b'm an der Position P4 in Richtung auf einen (nicht dargestellten) Detektor reflektiert wird.
Die λ/4-Platte 20 befindet sich nur im Weg des Referenzstrahls br und stellt sicher, daß dieser Strahl, der durch die Grenzfläche 9 zuerst reflektiert wird, durch die Grenzflächen 9 und 10 nach Reflexion auf den schrägen Seiten des Retroreflektors 4 in Richtung auf den Retroreflektor 7 durchgelassen wird. Über Reflexionen auf den beiden schrägen Seiten dieses Reflektors wird der Referenzstrahl zum Retroreflektor 4 zurückgesendet. Die Grenzfläche 9 sendet schließlich den von diesem Reflektor kommenden Referenzstrahl als Strahl b'r vom Detektor, der auch den Meßstrahl b' empfängt.
Das differentielle Interferometersystem gemäß der Erfindung kann nicht nur in einem Step-and-Scan-Projektionsgerät mit einer Vergrößerung M = 1/4 oder M = 1, sondern auch in z. B. solch einem Gerät mit einer Vergrößerung M = 1/2 verwendet werden. Das für diesen Zweck angepaßte differentielle Interferometersystem kann die gleiche Struktur wie das in Fig. 1 und 2 gezeigte aufweisen, während der stationäre Reflektor MI weggelassen wurde. Im allgemeinen kann das differentielle Interferometersystem in einem Projektionsgerät mit einer Vergrößerung M verwendet werden, in welchem das System dann auf solch eine Weise aufgebaut ist, daß die gesamte optische Weglänge für den Meßstrahl sich nicht ändert und daß das Verhältnis zwischen der Anzahl von Malen, die der Meßstrahl durch den Substratreflektor reflektiert wird, und der Anzahl von Malen, die der Meßstrahl durch den Maskenreflektor reflektiert wird, 1/M ist. Auch falls die letztgenannte Bedingung nicht erfüllt ist, kann die Bitrate des Interferometersignals bezüglich bekannter Systeme beträchtlich reduziert werden, wenn die Erfindungsidee, den Meßstrahl sowohl auf dem Substratreflektor als auch auf dem Maskenreflektor zu reflektieren, genutzt wird. Bei dem Interferometersystem gemäß der Erfindung ist es wichtig, daß der Meßstrahl und der Referenzstrahl soweit möglich den gleichen Weg abdecken. Dies ist besonders wichtig in einem lithographischen Projektionsgerät, weil in solch einem Gerät eine große Distanz zwischen dem Substrathalter und dem Maskenhalter vorhanden sein kann.
In Fig. 1-4 sind nur der Substrathalter WH und der Maskenhalter MH des lithographischen Projektionsgerätes schematisch dargestellt. Wie in dem vorher zitierten US-Patent 5,194,893 beschrieben ist, ist ein Projektionslinsensystem zwischen diesen beiden Haltern angeordnet. Außerdem bilden der Substrathalter und der Maskenhalter einen Teil eines Substrattisches (Stage bzw. Tisch) bzw. eines Maskentisches, mit denen das Substrat und die Maske verschoben und in bezug aufeinander positioniert werden können. Diese Bewegungen werden unter der Steuerung von Interferometersystemen durchgeführt. In herkömmlicheren Step-and-Scan-Geräten wird die Position der Maske sowie des Substrats bezüglich einer Gerätreferenz gemessen. Vibrationen und andere Instabilitäten in dem Gerät haben dann jedoch einen störenden Einfluß auf die Bestimmungen der Positionen des Substrats und der Maske. Da die wechselseitige Position der Maske und des Substrats der wichtigste Faktor für eine gut definierte Scan-Bewegung ist, ist es besser, diese wechselseitige Position direkt zu messen, wie schon in dem US-Patent 5,194,893 vorgeschlagen wurde. Wie hierin vorher schon festgestellt wurde, müssen die Vergrößerungen des Projektionslinsensystems, aber auch die Z-Position dieses Systems, d. h. die Position entlang einer Z-Achse eines Koordinatensystems des Gerätes, in Betracht gezogen werden. Die Scan-Richtung, welche durch eine horizontale Linie in Fig. 1-4 dargestellt sein kann, ist dann z. B. die X-Richtung dieses Koordinatensystems.
Es muß sichergestellt sein, daß die Maske und das Substrat in bezug aufeinander in den X- und Y-Richtungen mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von z. B. 10 nm gut justiert sind und bleiben.
Für die anfängliche oder globale X- und Y-Justierung weist das Gerät ein separates Justiersystem auf, z. B. das in dem US-Patent 4,251,160 beschriebene System, welches spezielle Maskenjustierungsmarkierungen bezüglich spezieller Substratjustierungsmarkierungen ausrichtet bzw. justiert. In der Z-Richtung müssen sowohl die Maske als auch das Substrat bezüglich des Projektionslinsensystems genau positioniert sein. Die Z-Position des Substrats bezüglich des Projektionslinsensystems kann mittels eines Fokus- und Nivelliersystems wie z. B. in dem US-Patent 5,191,200 beschrieben genau eingestellt werden. Eine fehlerhafte Z-Position der Maske zu Anfang bewirkt Vergrößerungsfehler. Um diese Fehler zu vermeiden, sollte die Distanz zwischen der Maske und dem Projektionslinsensystem mit einer Genauigkeit von z. B. 1 um justiert sein und bleiben. Dies kann mittels eines angemessenen Luftspaltes zwischen der Maske und dem Projektionslinsensystem realisiert werden.
Die wechselseitigen X- und Y-Positionen der Maske und des Substrats sollten dann gemessen werden. Überdies kann auch, wie in der EP-Patentanmeldung 0 489 499 beschrieben ist, die Neigung des Substrats um die X-Achse und die Y-Achse, φx und φy gemessen werden, um Abbe-Fehler zu vermeiden, zu welchem Zweck ein Interferometersystem mit fünf Meßachsen für das Substrat verwendet werden kann. Die fünf Parameter: X- Position, Y-Position, die Neigungen φx und φy um die X-Achse und die Y-Achse und die Rotation um die Z-Achse, φz, können aus der Kombination der Signale dieser Meßachsen bestimmt werden.
Diese Meßachsen sind in Fig. 5a dargestellt. In dieser sehr schematischen Figur ist das Substrat mit W bezeichnet, ist die Maske mit MA bezeichnet und ist der Substrathalter mit WH bezeichnet. Die Referenzen RR1 und RR2 bezeichnen stationäre Referenzreflektoren, bezüglich derer die Positionen und Orientierungen der Substratreflektoren RW&sub1; und RW&sub2; gemessen werden. Das Interferometersystem umfaßt zwei Einheiten, von denen eine erste mit dem Reflektor RW&sub1; zusammenarbeitet und zwei Meßachsen aufweist und die zweite mit dem Reflektor RW&sub2; zusammenarbeitet und drei Meßachsen aufweist. Die X- Position des Substrats wird entlang der X-Meßachse mit der ersten Interferometereinheit gemessen. Diese Einheit weist eine durch φy bezeichnete zweite Meßachse auf, welche sich ebenfalls in der X-Richtung erstreckt, aber in der Z-Richtung bezüglich der ersten Meßachse versetzt ist. Die Neigung um die Y-Achse φy, kann aus der Differenz zwischen den von den ersten und zweiten X-Meßachsen kommenden Signalen bestimmt werden. Die zweite Interferometereinheit hat eine durch Y1 bezeichnete erste Y-Meßachse, mit der die Y-Position des Substrats bestimmt werden kann. Die Neigung um die X-Achse, λx, kann aus der Kombination der Signale dieser Meßachse und von der durch φx bezeichneten und bezüglich Y1 in der Z-Richtung versetzten bestimmt werden. Die Rotation des Substrats um die Z-Achse, φz, kann aus der Kombination der Signale von den Meßachsen Y1 und Y2 bestimmt werden, die in bezug aufeinander in der X-Richtung versetzt sind.
Für ein separates Bestimmen der Position und Orientierung der Maske wäre ein Interferometersystem mit drei Meßachsen notwendig, nämlich zum Bestimmen der X-Position, der Y- Position und der Rotation um die Z-Achse. Durch differentielles Messen kann die Zahl der Meßachsen des gesamten Interferometersystems von acht auf fünf reduziert werden, wie in Fig. 5b dargestellt ist. Wie mittels der X-Meßachse dx angegeben ist, wird nun die relative Position der Maske bezüglich des Substrats gemessen. Außerdem werden, wie durch die Meßachsen dy&sub1; und dy&sub2; angegeben ist, die relative Y-Position der Maske bezüglich des Substrats und die relative Rotation φz um die Z-Achse der Maske und des Substrats in bezug aufeinander gemessen. Außerdem müssen die Neigung um die Y-Achse und die um die X-Achse des Substrats gemessen werden, was mittels einer zweiten X-Meßachse φy und einer zweiten Y-Meßachse φx zum Substrat realisiert wird. Für die differentiellen Meßachsen dx, dy&sub1; oder dy&sub2; können die mit Verweis auf Fig. 1-4 beschriebenen und im folgenden weiter zu beschreibenden Interferometersysteme verwendet werden.
Da nur die relative Position der Maske in bezug auf das Substrat gemessen wird, muß eine spezielle Prozedur verwendet werden, wenn die Maske und das Substrat in das lithographische Gerät eingeführt werden. Mit Verweis auf Fig. 6 wird erläutert, wie die Einführungsprozedur durchgeführt werden kann.
Zunächst werden der Maskentisch MT und der Substrat WT zu Null- oder Rückstell-Positionen gebracht, wo sie durch Stoppeinrichtungen, z. B. in Form von Tesa-Fühlern fixiert werden.
Die Interferometer sind auf Null eingestellt.
Anschließend wird der Maskentisch oberhalb des Projektionslinsensystems durch die Scan-Servoschleife angeordnet. Aufgrund der Kopplung über das differentielle Interferometersystem folgt der Substrattisch dieser Bewegung.
Die Maske MA, welche Justiermarkierungen M&sub1; und M&sub2; aufweist, wird dann im Halter des Maskentisches plaziert.
Anschließend wird die Maske zurückgehalten, und der Substrattisch wird in eine Position gebracht, wo ein Substrat im Halter des Maskentisches plaziert wird.
Der Substrattisch wird dann wieder auf solch eine Weise verschoben, daß das Substrat unter die Maske und das Projektionslinsensystem gebracht wird.
Anschließend wird das Substrat bezüglich der Maske durch das im Gerät vorhandene Justiersystem justiert, in welchem die Maskenmarkierungen M&sub1;, M&sub2; und ähnliche Justiermarkierungen im Substrat aufeinander abgebildet werden und in welchen bestimmt wird, ob diese Markierungen in bezug aufeinander korrekt positioniert sind. In diesem Moment ist die in Fig. 6 gezeigte Situation erreicht.
Die X- und Y-Positionen der Substratmarkierungen bezüglich eines zweidimensionalen Koordinatensystems, das durch die X- und Y-Interferometer fixiert ist, sind dann ebenfalls bekannt. Dieses Koordinatensystem wird ferner während der Schritt- bzw. Stepper-Bewegungen des Substrattisches verwendet, d. h. der Bewegung, welche dieser Tisch ausführen muß, um eine vollständige IC-Fläche unter die Maske und das Projektionslinsensystem zu bringen, nachdem das Maskenmuster auf eine IC-Fläche (Chip) des Substrats abgebildet worden ist.
Nachdem das Substrat und die Maske in bezug aufeinander justiert worden sind, führt der Substrattisch eine erste Stepper-Bewegung durch, so daß eine erste IC-Fläche unter die Maske gebracht wird, während der gefundene dy&sub1;-dy&sub2;-Wert, d. h. der φz-Wert, beibehalten wird.
Anschließend führen die Maske und das Substrat eine synchrone Bewegung aus, während der Projektionsstrahl eingeschaltet ist, wobei die Vergrößerung bezüglich des Projektionslinsensystems und des Projektionsstrahls berücksichtigt werden, d. h. die Scan-Bewegung, durch die die Maske auf die erste IC-Fläche abgebildet wird. Wenn diese Abbildungsoperation abgeschlossen ist, wird der Projektionsstrahl ausgeschaltet, und der Substrattisch bewegt sich einen Schritt, so daß eine folgende IC-Fläche des Substrats unter der Maske plaziert wird. Danach folgt wieder eine Scan-Bewegung, so daß das Maskenmuster auf der zweiten IC-Fläche abgebildet wird. Diese Step-and-Scan-Prozedur setzt sich fort, bis ein Bild der Maske in allen IC-Flächen des Substrats erzeugt worden ist.
Die relativen Positionen dx, dy&sub1; und dy&sub2; in Fig. 6 können mit den in Fig. 1-4 gezeigten differentiellen Interferometersystemen gemessen werden. Eine einfachere Ausführungsform solch eines Interferometersystems ist in Fig. 7 gezeigt. Dieses System ähnelt dem von Fig. 2, weist aber den Unterschied auf, daß ein Retroreflektor 22 auf dem Maskenhalter oder auf dem Maskentisch angeordnet ist und daß die λ/4-Platte 8 und der Retroreflektor 19 fehlen.
Ähnlich wie in der Ausführungsform von Fig. 2 trifft der ankommende Meßstrahl bm in der Ausführungsform von Fig. 7 auf den Substratreflektor RW zuerst an der Position P1 und dann an der Position P2 auf und geht anschließend über die Reflektoren 15 und 16 über zur Maske. Dort trifft er aufeinanderfolgend an den Positionen P3 und P4 auf den durch den Retroreflektor 22 gebildeten Maskenreflektor. Der an diesen Positionen reflektierte Meßstrahl wird ähnlich wie in Fig. 2 aufeinanderfolgend zu den Positionen P5 und P6 des Substratreflektors RW durchgelassen und wird schließlich als Meßstrahl b'm vom System reflektiert. Der Referenzstrahl br breitet sich über den gleichen Weg wie in Fig. 2 aus.
Die beschriebenen Interferometersysteme bestehen aus zwei Interferometereinheiten, welche in Reihe angeordnet sind. In den in Fig. 1, 2 und 7 gezeigten Systemen wird die Distanz zum Substratreflektor RW in einer Interferometereinheit achtmal durchquert, und die Distanz zum Maskenreflektor in der anderen Einheit wird zweimal durchquert. Das Ergebnis ist, daß die Messung der Substratposition viermal so empfindlich wie die Messung der Maskenposition ist. Da der Meßstrahl und der Referenzstrahl den gleichen Weg zwischen dem Substrat- Interferometer und dem Masken-Interferometer durchlaufen, ist die Messung gegen z. B. Luftturbulenzen und andere Unregelmäßigkeiten unempfindlich. Im Prinzip kann eine große Anzahl von auf die Vergrößerung des Projektionslinsensystem bezogenen Empfindlichkeiten durch Wählen der korrekten Kombinationen von Interferometereinheiten realisiert werden.
Falls die Maske und das Substrat während eines Scannens in der X-Richtung in einem lithographischen Gerät mit einer Vergrößerung M die gewünschte synchrone Bewegung zeigen, ist dann die Bedingung:
XM + 1/M XW = konstant (1)
erfüllt, in der XM und XW die X-Positionen der Maske bzw. Substrats sind. Die optische Weglänge für den Meßstrahl bm bleibt dann konstant, und der Detektor für den Meßstrahl b'm wird keine Frequenzverschiebung feststellen. Dies bedeutet, daß die Meßfrequenz immer gleich der Frequenz der den Meßstrahl liefernden Strahlungsquelle, z. B. gleich der Zeeman- Frequenz, sein wird, falls von einem Zeeman-Laser Gebrauch gemacht wird, der bei Interferometern eine häufig verwendete Strahlungsquelle ist. Während des Scannes ist die Meßfrequenz dann von den Geschwindigkeiten der Maske und des Substrats unabhängig. Tatsächlich werden nun die X-Positionen der Maske und des Substrats optisch und nicht länger elektronisch addiert, wie es der Fall ist, wenn zwei getrennte Interferometer verwendet werden. Probleme aufgrund von Unterschieden in der Verzögerungszeit in der Elektronik zur Verarbeitung von Detektorsignalen, welche auftreten, wenn getrennte Interferometer verwendet werden, können so verhindert werden.
Das (+)-Zeichen in der Bedingung (1) gilt für die Ausführungsformen der Fig. 1-4 und 7, in welchen der Meßstrahl mit dem Substratreflektor RW sowie dem Maskenreflektor RM in Kontakt kommt. Falls der Meßstrahl nur die Position eines der Reflektoren, des Substratreflektors und des Maskenreflektors, mißt und falls der Referenzstrahl die Position des anderen dieser Reflektoren mißt, sollte dann das (+)-Zeichen in der Bedingung (1) durch das (-)- Zeichen ersetzt werden.
Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform ist mit einem Retroreflektor auf dem Maskenhalter gegen Neigungen dieses Halters unempfindlich. In dieser Ausführungsform kann jedoch der Halter nicht während der Messung in einer zur Meßrichtung senkrechten Richtung bewegt werden. Solch eine senkrechte Richtung ist z. B. notwendig, falls zwei entgegengesetzte Bewegungen in der X-Richtung zum Erzeugen eines Maskenmusterbildes auf einer IC-Fläche ausgeführt werden müssen, zwischen welchen Bewegungen eine Verschiebung der Maske und des Substrats in der Y-Richtung notwendig ist. In den in Fig. 1-4 gezeigten Ausführungsformen, in welchen der Maskenreflektor ein flacher Reflektor ist, kann die Maske senkrecht zur Meßrichtung bewegt werden.
Da Substrate in der Praxis im geringem Maß eine Keilform aufweisen und da die Substrate mit ihrer Rückseite auf den Substrathalter gelegt werden, kann es notwendig sein, den Substrathalter um die X- und/oder Y-Achse zu neigen. Die Interferometermessungen können dann jedoch durch Abbe-Fehler beeinflußt werden. Um diese Fehler zu kompensieren, ist es notwendig, daß diese (diese) Neigung(en) gemessen werden kann (können). Wie in der EP-Patentanmeldung 0 498 499 beschrieben ist, liefert ein Interferometersystem, welches derart erweitert ist, daß es fünf Meßachsen aufweist, die Möglichkeit, diese Neigungen zu messen. Wenn in einem lithographischen Projektionsgerät ein differentielles Interferometer verwendet wird, kann es einfacher sein, für diese Neigungsmessungen getrennte Interferometer zu verwenden. Solch ein Interferometer sollte gegen die Neigung, nicht aber gegen die Position des Substrathalters empfindlich sein.
Fig. 8 zeigt eine erste Ausführungsform eines Interferometers zum Messen der Neigung des Substrats um die Y-Achse. Dieses Interferometer umfaßt einen polarisationsempfindlichen Strahlteiler 23, um welchen drei λ/4-Platten 24, 25 und 26 angeordnet sind. Überdies weist das Interferometer einen Retroreflektor 29 und zwei reflektierende Prismen 28 und 27 auf. Der von links eintretende Meßstrahl bm trifft auf den Substratreflektor RW an der Position A1 und wird anschließend durch die Grenzfläche 23a des Strahlteilers zum Prisma 27 reflektiert. Dieses Prisma sendet den Meßstrahl bm über Reflexionen auf seinen schrägen Seiten zum Retroreflektor 29, der den Strahl wieder zur Grenzfläche 23a reflektiert. Diese Grenzfläche reflektiert nun den Meßstrahl zum Prisma 28. Die schrägen Seiten dieses Prismas reflektieren anschließend den Meßstrahl zur Grenzfläche 23a, die den Meßstrahl wieder zum Retroreflektor 29 reflektiert. Dieser Reflektor sendet den Meßstrahl zurück zum Prisma 27, das den Strahl zur Grenzfläche 23a reflektiert. Diese Grenzfläche reflektiert nun den Meßstrahl zum Substratreflektor RW, wo der Meßstrahl an der Position A2 einfällt. Der Meßstrahl, der an dieser Position reflektiert wird, geht schließlich durch die Grenzfläche 23a durch, so daß er einen (nicht dargestellten) Detektor erreichen kann.
Der Referenzstrahl br wird zuerst durch die Grenzfläche 23a zum Retroreflektor 29, anschließend durch diesen Retroreflektor zum Prisma 27, dann durch dieses Prisma zur Grenzfläche und durch diese Grenzfläche zur Position A3 auf dem Substratreflektor reflektiert. Der an dieser Position reflektierte Referenzstrahl wird wieder durch das Prisma 28 zum Substratreflektor RW gesendet, wo er auf der Position A4 einfällt. Der an dieser Position reflektierte Referenzstrahl wird durch die Grenzfläche 23a zum Prisma 27, anschließend durch dieses Prisma zum Retroreflektor 29 und dann durch diesen Reflektor wieder zu der Grenzfläche reflektiert. Diese Grenzfläche reflektiert schließlich den Referenzstrahl b'r zum Detektor.
In dem Interferometer von Fig. 8 messen sowohl der Meßstrahl bm als auch der Referenzstrahl br die X-Position des Substratreflektors RW. Diese Messung wird jedoch an zwei verschiedenen Positionen durchgeführt: A1, A3 und A2, A4. Folglich ist das Interferometer nur gegen die Differenz in den X- Distanzen dieser beiden Positionen zu den stationären Elementen des Interferometers und nicht gegen die X-Distanz dieses Reflektors empfindlich.
Fig. 9 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Interferometers zum Messen der Neigung φy des Substratreflektors RW um die Y-Achse. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen von Fig. 8 insofern, als das reflektierende Prisma 27 durch einen flachen Reflektor M2 ersetzt ist. Dieser Reflektor reflektiert den senkrecht einfallenden Meßstrahl bm und den Referenzstrahl br in sich selbst. Die Sequenz, in der der Meßstrahl und der Referenzstrahl in Fig. 9 mit dem Substratreflektor RW, dem Reflektor M2, dem Retroreflektor 29 und dem Prisma 28 in Kontakt kommen, ist die gleiche wie die, in der diese Strahlen mit dem Substratreflektor, dem Prisma 27, dem Retroreflektor 29 und dem Prisma 28 in Fig. 8 in Kontakt kommen.
Das differentielle Interferometersystem zur Verwendung in einem lithographischen Projektionsgerät kann ferner verbessert werden, indem Maßnahmen ergriffen werden, um zu verhindern, daß mögliche Instabilitäten in dem Gerät die Messung der wechselseitigen Position der Maske und des Substrats beeinflussen. Zu diesem Zweck muß der Einfluß der Position und der Neigung des Projektionslinsensystems, im folgenden der Kürze halber als Projektionslinse bezeichnet, eliminiert werden.
Für diese Projektionslinse kann ein Punkt angegeben werden, um welchen die Linse geneigt werden kann, ohne die Position des durch die Linse erzeugten Bildes zu ändern. Dies ist der Punkt C in Fig. 10. In dieser Figur sind v und b die Objektlänge bzw. die Bildlänge, und OP und IP sind die Objektebene bzw. die Bildebene. Der Punkt C liegt zwischen den beiden Knoten der Linse. Wenn das Medium an beiden Seiten der Linse das gleiche, z. B. Luft, ist, fallen die Knoten mit den Hauptpunkten A und B der Projektionslinse zusammen. H und H' geben die Hauptflächen dieser Linse an. Die Linse sollte die Bedingung:
BN'/AN' = b/v = M (2)
erfüllen.
Es folgt:
Bc = M/M + 1·AB (3)
weil
v = f/M + f (4)
und
f = f·(M + f) (5)
für die Entfernung zwischen den Hauptmasken:
AB = L - 2·f - M·f - f/M (6)
und
OC = M/M + 1·L (7)
gelten. Dies zeigt, daß die Position des Punktes C von allen Arten von Linsenparametern wie z. B. der Brennweite und den Positionen der Hauptflächen unabhängig ist, sondern nur durch die Vergrößerung und die Distanz zwischen der Objektebene und der Bildebene beeinflußt wird. Dies bedeutet, daß die Position des Punktes C für im wesentlichen alle Projektionslinsen die selbe ist.
Für die gegenwärtig verwendeten Projektionslinsen in einem lithographischen Stepper-Projektionsgerät gelten z. B. eine Vergrößerung M = 0,2 und eine Objekt-Bild-Länge L = 600 mm, OC = 100 mm.
Eine mögliche Projektionslinse für ein Step-and-Scan- Gerät könnte z. B. eine Vergrößerung M = 0,25 und eine Objekt- Bild-Länge L = 120 mm aufweisen. Für solch eine Linse ist OC = 120 mm.
Falls die Position der Projektionslinse gemessen werden soll, um ihren Einfluß auf die Position des durch diese Linse erzeugten Bildes korrigieren zu können, wird bevorzugt, die Messung der Position der Projektionslinse am Ort des Punktes C durchzuführen. Tatsächlich ist die Messung dann gegen eine Neigung der Projektionslinse unempfindlich.
Mit Verweis auf Fig. 11 kann das Ergebnis einer Horizontalverschiebung dC, z. B. in der X-Richtung, der Projektionslinse dargestellt werden. Diese Figur zeigt den Maskenhalter MH, die Projektionslinse PL und den Substrathalter WH. Die X- Positionen dieser Komponenten sind durch XM, XL bzw. XW bezeichnet. INT1, INT2 und INT3 sind Interferometer, welche zum Messen der Positionen des Substrats, der Maske und der Projektionslinse verwendet werden können. Für die Beziehung zwischen der Verschiebung dC der Linse und der imaginären Verschiebung dV des Objektes, d. h. der Maske, gilt:
dV/dC = L/OC = M + 1/M
und für die Verschiebung dB des Bildes des Maskenmusters auf dem Substrat
dB = M·dV = (M + 1)·dC (9)
Falls z. B. die Vergrößerung M = 0,25 ist, folgt aus (8), daß:
dV = 5·dC (10)
gilt. Dies bedeutet, daß die Position der Projektionslinse mit fünffach höherer Empfindlichkeit als die Position der Maske gemessen werden kann. Um den Einfluß der Linsenposition zu eliminieren, wenn die Maske bezüglich des Substrats gut positioniert ist, sollte die folgende Bedingung für das gegebene Beispiel erfüllt sein:
XM + 4·XW - 5·XL = konstant (11)
oder allgemeiner
XM + 1/M(XW - (M + 1)·XL) = konstant (12)
Diese fünfmal höhere Meßempfindlichkeit gegen die Linsenposition kann erhalten werden, indem die Empfindlichkeit der Substratmessung und die der Maskenmessung addiert werden, was bedeutet, daß die Interferometer INT1 und INT2 in Reihe plaziert sein müssen.
Ein Interferometersystem, in welchem dies der Fall ist, ist in Fig. 12 schematisch dargestellt. In dieser Figur ist ähnlich wie in den vorhergehenden und folgenden Figuren der Meßstrahl bm durch eine durchgezogene Linie dargestellt, und der Referenzstrahl br ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Das (-)-Zeichen in den Gleichungen (11) und (12) gilt, falls der Referenzstrahl br zum Messen der Position XL der Projektionslinse verwendet wird. Zu diesem Zweck ist das in Fig. 12 gezeigte System mit einem zusätzlichen Reflektor M&sub5; versehen. Der Meßstrahl bm wird zum Messen der wechselseitigen Position der Maske und des Substrats verwendet. In dem System von Fig. 12 wird die Position der Maske, XM, zweimal gemessen, die des Substrates, XW, wird achtmal gemessen, und die der Projektionslinse, XL, wird zehnmal gemessen. Da die Wege für den Meßstrahl und den Referenzstrahl teilweise verschieden sind, sollte sichergestellt sein, daß in den Strahlungswegen keine Luftturbulenzen und anderen Unregelmäßigkeiten auftreten können.
Ein Interferometersystem, welches gegen Luftturbulenzen und dergleichen unempfindlich ist, ist in Fig. 13 schematisch dargestellt. In diesem System ist die Messung der Position der Projektionslinse in zwei Messungen der Linsenposition bei verschiedenen Höhen aufgeteilt. Eine erste Messung der Linsenposition wird in der unmittelbaren Nähe der Maske durchgeführt, welche Messung die Empfindlichkeit der Maskenpositionsmessung hat. Die zweite Messung der Linsenposition wird in der unmittelbaren Nähe des Substrats durchgeführt, welche Messung die Empfindlichkeit der Substratpositionsmessung aufweist. Die Bedingung ist nun, daß die Distanzen zwischen den jeweiligen Meßpositionen XL,2 und XL,1 und dem Punkt C im gleichen Verhältnis wie die Vergrößerung M der Projektionslinse stehen. Zum synchronen Bewegen der Maske und des Substrats während der Scan-Bewegung bei der Abbildung sollte die folgende Bedingung nun erfüllt sein:
XM + 4·XW - 4·XL,1 - XL,2 = konstant (13)
falls die Vergrößerung M der Projektionslinse 0,25 beträgt. Mit dieser Bedingung sind der Punkt, wo die Maskenposition gemessen wird, und der obere Punkt, wo die Linsenposition gemessen wird, miteinander verbunden. Das gleiche gilt für den Punkt, wo die Substratposition gemessen wird, und den unteren Punkt, wo die Linsenposition gemessen wird.
Die Vorteile des Interferometerssystem von Fig. 13 sind:
- es gibt eine Kompensation für sowohl die Verschiebung als auch die Neigung der Projektionslinse;
- die Messung ist gegen Unregelmäßigkeiten im Strahlungsweg zwischen INT1 und INT2 unempfindlich;
- die Positionen von INT1 und INT2 sind unabhängig, so daß die Messung gegen Vibrationen und Instabilitäten im Gerät unempfindlich ist. Nur eine Neigung von INT1 und INT2 könnte einen Einfluß haben. Um diesen Einfluß zu eliminieren, sollte 5·Δ vorzugsweise gleich L sein.
Eine wichtige Bedingung zum genauen Messen der wechselseitigen Positionen des Substrats und der Maske und daher von dX, dY&sub1; und dY&sub2; ist, daß diese Messungen nicht durch Rotationen um die Z-Achse und Neigungen um die X-Achse und die Y- Achse beeinflußt werden. Damit keine extremen Anforderungen an die Lagerung des Substrats und der Maske gestellt werden müssen, wird bevorzugt, die differentiellen Interferometer selbst gegen diese Rotation und Neigungen unempfindlich zu machen. Falls sich der Maskenhalter nur in der X-Richtung bewegt und in den anderen Richtungen mittels Luftlager fixiert ist, ist zu Anfang die Rotation φz des Substrathalters wichtig.
Fig. 14 veranschaulicht den Effekt einer Rotation φz des Substrats um die Z-Achse. Diese Figur zeigt die Elemente des unteren Teils von Fig. 2. Wie mit Verweis auf Fig. 2 beschrieben worden ist, wird zuerst der Meßstrahl bm durch den Substratreflektor RW an den Positionen P1 und P2 zweimal reflektiert, geht anschließend über zum Maskenreflektor RM, wo er reflektiert wird, kehrt dann zum Substratreflektor zurück, um aufeinanderfolgend an den Positionen P3 und P4 reflektiert zu werden, und wird als Strahl b'm zum (nicht dargestellten) Detektor durchgelassen. Dies ist die Situation, wenn der Meßstrahl senkrecht auf den Substratreflektor einfällt, d. h. wenn φz = 0 gilt. Dieser Meßstrahl ist mit bm bezeichnet. Wenn φz ungleich Null ist, durchläuft der Meßstrahl den durch die gestrichelten Linien bezeichneten Weg. Der Meßstrahl wird zuerst an der Position P1 erneut, aber nicht länger senkrecht reflektiert. Dieser Meßstrahl ist mit bm,a bezeichnet. Über Reflexionen an den Punkten 100-103 der Grenzfläche 9 des Strahlteilers 1 und des Retroreflektors 19 wird der Strahl bm,a zur Position P2' des Substratreflektors gesendet. Der dort reflektierte Strahl bm,2 ist dann wieder parallel zum Strahl bm und daher ebenfalls zum (in Fig. 14 nicht gezeigten) Referenzstrahl, aber um eine Distanz δ versetzt. Auf seinem Weg zum und vom Maskenreflektor gibt es keinen weiteren Versatz zwischen dem Meßstrahl bm,a und dem Referenzstrahl. Wie aus Fig. 2 abgeleitet werden kann, ist der Versatz zwischen dem Meßstrahl bm,a vom Maskenreflektor und dem Referenzstrahl bezüglich dieses Versatzes zwischen dem zum Maskenreflektor gehenden Meßstrahl bm,a und dem Referenzstrahl punktgespiegelt. Der vom Maskenreflektor kommende Meßstrahl bm,a trifft zuerst auf den Substratreflektor an der Position P5' auf. Der dort reflektierte Meßstrahl wird dann über Reflexionen auf den Punkten 105-108 zur Position P6' durchgelassen, und an dieser Position wird er als Strahl b'm,a zum Detektor reflektiert. Beim zweiten Durchgang des Meßstrahls bm,a durch das Substrat- Interferometer wird der Versatz zwischen dem Meßstrahl und dem Referenzstrahl verdoppelt. Aufgrund dieser zweifach höheren Empfindlichkeit ist auch das differentielle Interferometer zweimal so empfindlich gegen die Rotation des Substrats.
Aufgrund des Versatzes 2δ zwischen dem Meßstrahl und dem Referenzstrahl wird die Überlappung zwischen dem Meßstrahl und dem Referenzstrahl am Ort des Detektors kleiner, so daß das Signal, welches für die wechselseitige Position des Substratreflektors und des Maskenreflektors repräsentativ ist, kleiner wird. Wenn ein Standardinterferometer verwendet wird, in welchem die Strahlen einen Durchmesser von 5 mm aufweisen, bedeutet dies z. B. für den Substratreflektor, daß er sich höchstens plus oder minus 2 mrad neigen kann. Dieser Spielraum kann vergrößert werden, indem die Durchmesser des Strahls vergrößert werden. Ein zusätzliches strahlaufweitendes optisches System ist jedoch zu diesem Zweck erforderlich. Daß die optischen Komponenten vergrößert werden müssen, ist aber ein sogar größerer Nachteil, insofern als ein Abschatten der Strahlen auf diesen Komponenten nicht auftritt. Da diese Komponenten eine sehr gute optische Qualität haben müssen, werden sie dann sehr teuer werden. Wie nun erläutert wird, kann der abträgliche Effekt einer Rotation oder Neigung des Meßreflektors oder der Winkelempfindlichkeit des differentiellen Interferometers gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung eliminiert werden.
Zu diesem Zweck kann die Spiegelsymmetrie des Masken- Interferometers eingerichtet werden, wie in Fig. 15 und 16 veranschaulicht ist. Fig. 15 zeigt das Masken-Interferometer, daher den Teil des differentiellen Interferometers, der sich in unmittelbarer Nähe des Maskenreflektors RM und des Projektionsreflektors RL befindet, welcher in der Ausführungsform von Fig. 13 verwendet wird. Das Masken-Interferometer umfaßt einen polarisationsempfindlichen Strahlteiler 5 mit einer Grenzfläche 10, zwei reflektierenden Prismen 111 und 112 und zwei λ/4-Platten 113 und 114. Der zum Maskenreflektor laufende Meßstrahl bm und der zum Linsenreflektor RL2 laufende Referenzstrahl br sind durch durchgezogene bzw. gestrichelte Linien bezeichnet. In dieser Figur und in den folgenden Figuren geben Pfeile unter rechten Winkeln zum Meßstrahl und gestrichelte Linien unter rechten Winkeln zum Referenzstrahl an, wie die Strahlen bei ihrem Durchgang durch das Interferometer gespiegelt werden. In Fig. 15 wird der Referenzstrahl bm fünfmal reflektiert, und der Referenzstrahl wird der dreimal reflektiert, was bedeutet, sie wechselseitig die gleiche Orientierung beibehalten und daß ein möglicher Versatz zwischen den ankommenden Strahlen beibehalten und nicht gespiegelt wird.
Wie hierin vorher beschrieben wurde, durchlaufen der Meßstrahl bm und der vom Masken-Interferometer kommende Referenzstrahl br das Substrat-Interferometer ein zweites Mal. Wenn beim ersten Durchgang durch das Substrat-Interferometer ein erster Versatz zwischen dem Meßstrahl und dem Referenzstrahl aufgetreten ist, wird beim zweiten Durchgang durch das Substrat-Interferometer ein zweiter ähnlicher Versatz auftreten. Da sich der erste Versatz beim Durchgang durch das Masken-Interferometer nicht ändert, wird der zweite Versatz den ersten Versatz kompensieren.
Die Lösung für das Problem einer Rotations- und Neigungsempfindlichkeit des differentiellen Interferometers, welche Lösung aus einer ungeraden Anzahl von Reflexionen in dem Masken-Interferometer besteht, kann alternativ dazu realisiert werden, indem zwischen dem Substrat-Interferometer und dem Masken-Interferometer eine spezielle Reflektoreinheit angeordnet wird. Eine Ausführungsform dieser Reflektoreinheit ist in Fig. 16 dargestellt. Diese Einheit, die z. B. an der Position des Reflektors 16 in Fig. 2 angeordnet werden kann, besteht aus einem Prisma 37 und einem Pentaprisma 40. Der ankommende Meßstrahl bm durchquert das Prisma 37 und wird dann aufeinanderfolgend durch die Seiten 28 und 39 des Pentaprismas reflektiert und anschließend durch das Prisma 37 in Richtung auf den Maskenreflektor durchgelassen.
Fig. 17 zeigt eine Ausführungsform des differentiellen Interferometersystems gemäß dem Prinzip von Fig. 13, in welchem diese Reflexionseinheit eingebaut ist. Die Figur zeigt eine erste oder Substrat-Interferometereinheit mit einem polarisationsempfindlichen Strahlteiler 1, einem Retroreflektor 4 und einer λ/4-Platte 2, sowie eine zweite oder Masken- Interferometereinheit, wieder mit einem polarisationsempfindlichen Strahlteiler 5, einem Retroreflektor 19, einer λ/4- Platte 8 und einem Reflektor MI. Außerdem umfaßt das System in Fig. 17 einen Aufspaltungsspiegel 30 und ein Auskopplungsprisma 32. Die Projektionslinse PL des Projektionsgerätes, womit das Maskenmuster auf dem Substrat abgebildet wird, ist zwischen dem Maskenhalter MH und dem Substrathalter WH angeordnet. Die Projektionslinse ist mit zwei zusätzlichen Reflektoren RL1 und RL2 versehen, welche die Referenzreflektoren für die zweite bzw. die erste Interferometereinheit bilden. Ein Reflektor 33, eine λ/4-Platte 34 und ein Reflektor 35 sind in unmittelbarer Nähe zum Linsenreflektor RL1 angeordnet, und ein Reflektor 31 ist in unmittelbarer Nähe zum Linsenreflektor RL2 angeordnet. Ähnlich wie in den vorhergehenden Figuren ist der Meßstrahl in Fig. 17 auch durch durchgezogene Linien bezeichnet, und der Referenzstrahl ist durch gestrichelte Linien bezeichnet. Die Pfeile in diesen Linien zeigen den Weg, der über zwei erste Reflexionen auf dem Substrathalter RW, eine Reflexion auf dem Maskenhalter RM und eine Reflexion auf dem Reflektor MI vom Meßstrahl durch das System verfolgt wird, und den Weg des Interferenzstrahls durch das System über zwei erste Reflexionen auf dem Linsenreflektor RL2, eine Reflexion auf dem Linsenreflektor RL1 und eine Reflexion auf dem Reflektor 35 und über zwei weitere Reflexionen auf dem Linsenreflektor RL2.
Die Reflektoreinheit mit dem Pentaprisma 40 mit einer Grenzfläche 41 und das Prisma 37 sind in unmittelbarer Nähe zum Masken-Interferometer angeordnet. Fig. 18 zeigt, wie der vom Substrat-Interferometer kommende Meßstrahl und der Referenzstrahl durch das aus der Reflektoreinheit und dem zweiten Masken-Interferometer bestehende Teilsystem durchgehen. Dieses Teilsystem umfaßt einen weiteren Reflektor 45 und eine Viertel-Wellenlänge-Platte 46. Die Pfeile im Strahl zeigen den Weg des Meßstrahls durch das Teilsystem über Reflexionen aufeinanderfolgend an den Positionen q&sub1;-q&sub9;.
Auf die Empfindlichkeit des differentiellen Interferometersystems gegen Rotation um die Z-Achse des Substrats wurde soweit verwiesen. Das oben beschriebene Verfahren, um diese Empfindlichkeit zu eliminieren, kann natürlich auch verwendet werden, um eine mögliche Empfindlichkeit des differentiellen Interferometersystems gegen Neigungen um die X- und/oder Y- Achse des Substrats oder der Maske zu eliminieren.
Fig. 19 zeigt eine weitere Ausführungsform eines differentiellen Interferometersystems für ein Projektionsgerät mit einer Vergrößerung M = 1/4, worin eine Rotation oder eine Neigung des Substratreflektors kompensiert wird. Die Substrat-Interferometereinheit umfaßt nicht nur den polarisationsempfindlichen Strahlteiler 1 und die λ/4-Platte 2, sondern auch eine weitere λ/4-Platte 50, einen Reflektor 52 für den Referenzstrahl und einen Retroreflektor 51. Die gestrichelten Linien bezeichnen wieder den Weg des Referenzstrahls, insoweit dieser Weg nicht mit dem des Meßstrahls zusammenfällt. Dieser Strahl wird zuerst durch den Substratreflektor RW an den Positionen r&sub1; und r&sub2; zweimal reflektiert, und der Referenzstrahl wird auf dem Referenzreflektor 52 zuerst zweimal reflektiert. Anschließend gehen diese Strahlen zur Masken-Interferometereinheit 60 und dem Maskenreflektor RM. In Fig. 20 ist die Masken-Interferometereinheit 60 auf einer größeren Skala dargestellt. Diese Einheit weist nicht nur den polarisationsempfindlichen Strahlteiler 5 und die λ/4-Platte 8 auf, sondern auch eine weitere λ/4-Platte 53, einen Retroreflektor 57 für den Referenzstrahl und drei Retroreflektoren 54, 55 und 56. Die Pfeile in dem Meßstrahl bm und dem Referenzstrahl br zeigen die Wege dieser Strahlen durch die Einheit. Der Meßstrahl wird aufeinanderfolgend an den Positionen r&sub3;-r&sub9; reflektiert und kehrt dann zu der Substrat- Interferometereinheit und dem Substratreflektor zurück, wo er wieder zweimal an den Positionen r&sub1;&sub0; und r&sub1;&sub1; reflektiert wird, bevor er zum Detektor durchgeht.
Fig. 21 zeigt eine andere Ausführungsform eines Teilsystems mit dem Masken-Interferometer und einer Reflektoreinheit. Diese Einheit umfaßt ein erstes Prisma 60 mit einer reflektierenden Fläche 61 und ein zweites Prisma 65 mit reflektierenden Flächen 66 und 67. Durch Verwenden dieser Reflektoreinheit wird erreicht, daß der Meßstrahl und der Referenzstrahl beim Durchgang durch das Teilsystem nicht umgekehrt werden, d. h. der linke Teil und der rechte Teil dieser Strahlen werden nicht ausgetauscht. Dies ist durch die Pfeile unter rechten Winkeln zu den Strahlen dargestellt. Der durch die durchgezogenen Linien dargestellte Meßstrahl wird aufeinanderfolgend an den Positionen r&sub1;-r&sub7;, unter anderem einmal durch den Maskenreflektor RM und einmal durch den Reflektor MI, reflektiert. Auch der durch die gestrichelten Linien dargestellte Referenzstrahl wird siebenmal, unter anderem zweimal durch den Reflektor 45, reflektiert.
Fig. 22 zeigt eine Ausführungsform, welche der in Fig. 21 gezeigten ähnlich ist, in welcher aber die Prismen 60 und 65 durch ein trapezförmiges Primsa 70 mit reflektierenden Flächen 71, 72 und 73 ersetzt wurden. Auch in dieser Ausführungsform wird der Meßstrahl ebenso wie der Referenzstrahl siebenmal an den Positionen t&sub1;-t&sub7; reflektiert. In dieser Ausführungsform kann der Strahl eine Breite von nur 1/4.a aufweisen, worin a die Höhe des Strahlteilers 5 ist, wohingegen die Strahlbreite in der in Fig. 21 gezeigten Ausführungsform 1/2.a sein kann.
Fig. 23 zeigt eine weitere Ausführungsform des differentiellen Interferometersystems, in welchem die Rotation des Substratreflektors RW kompensiert wird, weil der Meßstrahl bm bei seinem Durchgang durch das Masken-Interferometer-Teilsystem eine ungerade Anzahl von Reflexionen durchläuft. Diese Figur zeigt auch die erforderliche Strahlungsquelle 80, z. B. ein HeNe-Zeeman-Laser, und zwei Linsen 82 und 83, welche ein strahlaufweitendes optisches System bilden. Das Substrat- Interferometer hat den gleichen Aufbau wie das in Fig. 1. Das Masken-Interferometer unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten insofern, als zwischen der λ/4-Platte 8 und dem Substratreflektor RM ein den Reflektor MI in Fig. 1 ersetzender Retroreflektor 87 angeordnet ist. Außerdem enthält der Weg des Referenzstrahls eine λ/4-Platte 46, und über dem Retroreflektor 7 ist ein zusätzlicher Reflektor 88 angeordnet. Der von der Position P2 auf dem Substratreflektor kommende Meßstrahl bm wird durch die Grenzfläche 10 des Strahlteilers 5 zum Retroreflektor 87 reflektiert. Über Reflexionen auf den schrägen Seiten dieses Reflektors wird der Meßstrahl zum Retroreflektor 6 gesendet. Dieser Reflektor läßt anschließend den Meßstrahl zum Maskenreflektor RM durch. Der an der Position P4 dieses Reflektors reflektierte Meßstrahl wird durch die Grenzfläche 10 zum Substrat-Interferometer reflektiert. Nachdem er durch den Substratreflektor aufeinanderfolgend an den Positionen P4 und P6 reflektiert wurde, wird der Meßstrahl b'm über die Reflektoren 86 und 85 zum Detektor 90 gesendet. Der vom Substrat-Interferometer kommende Referenzstrahl br wird durch die Grenzfläche 10 in Richtung auf den Retroreflektor 7 durchgelassen, durch den er wieder zur Grenzfläche 10 reflektiert wird. Diese Grenzfläche reflektiert dann den Referenzstrahl zum Retroreflektor 6, welcher den Referenzstrahl wieder zur Grenzfläche 10 reflektiert. Diese Grenzfläche reflektiert anschließend den Referenzstrahl zum Reflektor 88. Der durch den Reflektor 88 reflektierte Referenzstrahl wird dann durch die Grenzfläche 10 in Richtung auf das Substrat-Interferometer durchgelassen.
Fig. 24 zeigt eine Alternative zu der in Fig. 23 gezeigten Ausführungsform, in welcher die Retroreflektoren 7 und 87 in dem Masken-Interferometer durch eine Pentaprismeneinheit 92 und einen Reflektor MI ersetzt worden sind. Der vom Substrat-Interferometer kommende Meßstrahl bm wird durch die Grenzfläche 10 zum Reflektor MI reflektiert, welcher den Meßstrahl zur Einheit 92 reflektiert. Diese Einheit reflektiert den Meßstrahl zur Position P4 auf dem Maskenreflektor RM. Der von der Position P4 kommende Meßstrahl wird durch die Grenzfläche 10 in Richtung auf das Substrat-Interferometer reflektiert. Der von dem Substrat-Interferometer kommende Referenzstrahl br wird durch die Grenzfläche 10 in Richtung auf den Reflektor 88 durchgelassen, der diesen Strahl wieder zur Grenzfläche reflektiert. Diese Grenzfläche reflektiert dann den Referenzstrahl zur Einheit 92, welche den Referenzstrahl wieder zur Grenzfläche sendet. Diese Grenzfläche reflektiert anschließend den Strahl zum Reflektor 88, welcher den Strahl über die Grenzfläche 10 zur Substrat-Interferometereinheit sendet.
Fig. 25 veranschaulicht den Effekt der beschriebenen Kompensation mittels einer ungeraden Anzahl von Reflexionen im Masken-Interferometer. Diese Figur zeigt den Kontrast (Kon) im Interferometersignal als Funktion der Rotation (Rot in mrad) des Substratreflektors. Die Kurve 95 gilt für den Fall, in dem es keine Kompensation gibt, und die Kurve 96 gilt für den Fall, in dem die Kompensation verwendet wird.
Die beschriebene Kompensation für die Neigung oder Rotation des Substratreflektors kann nicht nur in einem differentiellen Interferometersystem, sondern auch in einem einzelnen System verwendet werden, d. h. einem Interferometersystem mit nur einer Interferometereinheit, welches System z. B. in einem lithographischen Stepper-Projektionsgerät verwendet wird, in welchem Gerät nur die Position und die Bewegung des Substrathalters mit einem Interferometersystem gemessen werden. Fig. 26a, 26b und 26c zeigen eine Ausführungsform solch eines Interferometersystems in verschiedenen Querschnitten.
Wie in Fig. 26b gezeigt ist, wird über eine Reflexion u&sub1; auf der Grenzfläche 9 des Strahlteilers 1 der ankommende Meßstrahl zuerst zum Substratreflektor RW durchgelassen, wo er an der Position u&sub2; reflektiert wird. Anschließend durchquert der Meßstrahl den Strahlteiler 1 über Reflexionen an den Positionen u&sub3; und u&sub4; des Retroreflektors 4, um so anschließend einmal mehr an der Position u&sub5; durch den Substratreflektor reflektiert zu werden, wonach er den Strahlteiler über eine Reflexion auf der Grenzfläche 9 verläßt. Der Referenzstrahl wird aufeinanderfolgend an den Positionen u&sub7;, u&sub3;, u&sub4;, u&sub6; und u&sub8;, unter anderem zweimal auf einem Referenzreflektor 130, über die λ/4-Platte 131 reflektiert. Der Meßstrahl und der Referenzstrahl, die vom Strahlteiler 1 kommen, werden anschließend durch die Flächen 126, 127 und 121 der Prismen 125 bzw. 120 an den Positionen u&sub9;, u&sub1;&sub0; und u&sub1;&sub1; reflektiert, wie in Fig. 26a gezeigt ist, wonach diese Strahlen wieder in den Strahlteiler 1 eintreten. Wie in Fig. 26c gezeigt ist, wird der Meßstrahl anschließend an den Positionen u&sub1;&sub3; und u&sub1;&sub4; des Substratreflektors reflektiert. Der Meßstrahl und der Referenzstrahl, die vom Strahlteiler kommen, durchlaufen somit drei Reflexionen, bevor sie erneut in den Strahlteiler eintreten.
Im vorhergehenden wurde angenommen, daß die Position der Maske und des Substrats in nur einer Richtung, der Scan- Richtung oder der X-Richtung, gemessen werden können. Wie in der EP-Patentanmeldung 0 498 499 beschrieben ist, kann ein Substrat-Interferometersystem mit fünf Meßachsen in einem lithographischen Stepper-Projektionsgerät nicht nur zum Messen der X-Position, sondern auch der Y-Position, der Rotation und des Substrats um die optische Achse oder Z-Achse und der Neigungen des Substrats um die X- und Y-Achsen verwendet werden. Zum Beispiel werden dann zwei Interferometereinheiten verwendet, von welchen eine drei Meßachsen und die andere zwei Meßachsen aufweist. Auch kann das differentielle Interferometersystem auf fünf Meßachsen erweitert werden, wobei das System dann fünf Achsen aufweist, z. B. sowohl am Ort des Substrates als auch am Ort der Maske, und eine differentielle Messung findet z. B. entlang all diesen Achsen statt.
Wenn die oben beschriebenen differentiellen Interferometersysteme in einem lithographischen Step-and-Scan- Projektionsgerät verwendet werden, werden die folgende Vorteile erhalten:
- die Interferometermessungen sind gegen Instabilitäten im Gerät unempfindlich;
- diese Messungen sind gegen Positionsinstabilitäten des Projektionslinsensystems unempfindlich;
- die Messungen sind gegen Störungen wie z. B. Luftturbulenzen zwischen dem Masken-Interferometer und dem Substrat- Interferometer unempfindlich;
es treten keine Probleme mit einer elektronischen Verzögerungszeit während einer Scan-Abbildung des Maskenmusters auf;
- die Messungen sind gegen Rotation oder Neigungen des Substrathalters unempfindlich;
- die Auflösungsleistung der Messungen wird erhöht, und
- die Anzahl der erforderlichen Interferometer wird verringert.
Diese Erfindung wurde mit Verweis auf ihre Verwendung in einem Gerät zur Step-and-Scan-Abbildung eines Maskenmusters auf einem Substrat zum Herstellen integrierter Schaltungen beschrieben. Sie kann jedoch alternativ dazu in solch einem Gerät zum Herstellen integrierter optischer Systeme, planarer optischer Systeme, Führungs- und Detektionsmuster für Magnetdomänenspeicher oder Flüssigkristall-Bildanzeigefelder verwendet werden. Das Projektionsgerät kann nicht nur ein photolithographisches Gerät sein, bei dem der Projektionsstrahl ein Strahl elektromagnetischer Strahlung wie z. B. tiefer UV- Strahlung ist und bei dem das Projektionssystem ein optisches Projektionslinsensystem ist, sondern auch ein Gerät, bei dem die Projektionsstrahlung eine Strahlung geladener Teilchen wie z. B. Elektronenstrahlung, Ionenstrahlung oder Röntgenstrahlung ist und bei dem ein zugeordnetes Projektionssystem z. B. ein Elektronenlinsensystem, verwendet wird.

Claims

1. Interferometersystem zum Messen der wechselseitigen Position und Bewegung eines ersten und zweiten Objekts in zumindest einer Richtung unter Verwendung eines Meßstrahls und eines Referenzstrahls, wobei das System für zumindest eine von allen möglichen wechselseitigen Bewegungsrichtungen aufweist:

eine mit dem ersten Objekt (WH) verbundene erste Interferometereinheit, die mit einem ersten Strahlteiler (1), einem ersten Meßreflektor (RW) und mehreren ersten Reflektoren (3, 4) versehen ist;

eine mit dem zweiten Objekt (MH) verbundene zweite Interferometereinheit, die mit einem zweiten Strahlteiler (5), einem zweiten Meßreflektor (RM) und mehreren zweiten Reflektoren (6, 7) versehen ist; dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Interferometer so angeordnet sind, daß im Betrieb der Meßstrahl durch sowohl die erste auch als die zweite Interferometereinheit geht und zumindest einmal durch sowohl den ersten Meßreflektor als auch den zweiten Meßreflektor reflektiert wird und der mit dem Meßstrahl verbundene Referenzstrahl den gleichen Weg wie der Meßstrahl zwischen den ersten und zweiten Interferometereinheiten durchläuft; und

die erste und zweite Interferometereinheit einen gemeinsamen strahlungsempfindlichen Detektor aufweisen.

2. Interferometersystem nach Anspruch 1, zum Messen der wechselseitigen Positionen eines sich mit einer Geschwindigkeit v bewegenden ersten Objekts und eines sich mit einer Geschwindigkeit n.v bewegenden zweiten Objekts, worin n eine ganze Zahl ist, wobei die erste und zweite Interferometereinheit so angeordnet sind, daß im Betrieb das Verhältnis zwischen der Anzahl von Malen, die der Meßstrahl durch den mit dem ersten Objekt verbundenen Meßreflektor (RW) reflektiert wird, und der Anzahl von Malen, die der Meßstrahl durch den mit dem zweiten Objekt verbundenen Meßreflektor (RW) reflektiert wird, gleich n ist.

3. Interferometersystem nach Anspruch 1 oder 2, worin, um den Einfluß einer Drehung oder Neigung des ersten Objekts auf das Interferometersignal zu eliminieren, die zweite Interferometereinheit in der Weise angepaßt ist, daß der von der ersten Interferometereinheit kommende Meßstrahl in der zweiten Interferometereinheit (m + 1)-mal reflektiert wird, bevor er zur ersten Interferometereinheit zurückkehrt, wobei m eine gerade Zahl ist, die größer als 2 ist.

4. Gerät zum Mehrfach-Abbilden eines Maskenmusters auf einem Substrat gemäß dem Step-and-Scan-Prinzip, welches Gerät einen in einem Maskentisch angeordneten Maskenhalter (MH), einen in einem Substrattisch angeordneten Substrathalter (WH) und ein zwischen dem Maskentisch und dem Substrattisch angeordnetes Projektionssystem (PL) aufweist, gekennzeichnet durch ein Interferometersystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, um die wechselseitige Position des Substrats und der Maske zu messen, die das erste bzw. das zweite Objekt bilden.

5. Gerät nach Anspruch 4, in welchem das Maskenmuster auf dem Substrat mit einer Vergrößerung M abgebildet wird, wobei das Verhältnis zwischen der Anzahl von Malen, die der Meßstrahl durch den mit dem Substrat (WH) verbundenen Meßreflektor reflektiert wird, und der Anzahl von Malen, die der Meßstrahl durch den mit der Maske verbundenen Meßreflektor (RM) reflektiert wird, gleich 1/M ist.

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, worin ein mit dem Substrat verbundener Meßreflektor (RW) und ein mit der Maske verbundener Meßreflektor (RM) durch reflektierende Seitenflächen des Substrathalters (WH) bzw. des Maskenhalters (MH) gebildet werden.

7. Gerät nach Anspruch 4, 5 oder 6, worin das Interferometersystem eine Projektionssystem-Interferometereinheit (INT3) zum Messen der Position des Projektionssystems an einem Ort aufweist und das Projektionssystem an dem Ort mit einem zusätzlichen Meßreflektor (M5) versehen ist.

8. Gerät nach Anspruch 7, worin die Projektionssystem- Interferometereinheit (INT3) vom Referenzstrahl durchlaufen wird.

9. Gerät nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionssystem mit zwei weiteren Meßreflektoren (M6, M7) an dem Maskenhalter nächst gelegenen bzw. dem Substrathalter nächst gelegenen Orten versehen ist, und dadurch, daß der Referenzstrahl durch beide Meßreflektoren reflektiert wird.

10. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung durch eine Step-and-Scan-Abbildung eines Maskenmusters auf einem Substrat, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Bereitstellen einer Maske mit einem Maskenmuster an einem Maskenhalter (MH);

Bereitstellen des Substrats an einem Substrathalter (WH); Abbilden des Maskenmusters auf das Substrat unter Verwendung eines Projektionssystems (PL), während sich der Maskenhalter und der Substrathalter relativ zum Projektionssystem bewegen; und

Messen der Positionen des Maskenhalters (MH) und des Substrathalters (WH) unter Verwendung einer ersten und zweiten Interferometereinheit, die mit dem Maskenhalter bzw. dem Substrathalter verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, daß der Meßschritt umfaßt:

Veranlassen, daß der Meßstrahl durch sowohl die erste als auch zweite Interferometereinheit geht und zumindest einmal durch erste und zweite Meßreflektoren reflektiert wird, die im ersten bzw. zweiten Interferometer vorgesehen sind;

Veranlassen, daß ein Referenzstrahl den gleichen Weg zwischen der ersten und zweiten Interferometereinheit wie der Meßstrahl durchläuft; und

Nachweisen, daß der Meßstrahl durch die erste und zweite Interferometereinheit gegangen ist, in einen gemeinsamen strahlungsempfindlichen Detektor.

11. Verfahren nach Anspruch 10, worin: das Projektionssystem (PL) eine Vergrößerung M aufweist; im Abbildungsschritt der Substrathalter mit einer Geschwindigkeit von M mal der Geschwindigkeit bewegt wird, mit der der Maskenhalter bewegt wird; und das Verhältnis zwischen der Anzahl von Malen, die der Meßstrahl durch den mit dem Substrat verbundenen Meßreflektor reflektiert wird, und der Anzahl von Malen, die der Meßstrahl durch den mit dem Maskenhalter verbundenen Meßreflektor reflektiert wird, gleich 1/M ist.