JP2001513204A - ２種類の波長を使う干渉計システム、およびそのようなシステムを備えるリソグラフィー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 干渉計システムに於いて、測定ビーム１２３が横断する媒体の屈折率の変動を、３倍異なる波長を有する２本の測定ビーム１２３，１２５を使うことによって検出できる。この波長比を選択するために、ビームスプリッタ１２７、λ／４板１３０，１３１および反射防止被膜のような、偏光素子の干渉フィルタを比較的容易に製造でき、検出精度が増す。

Description

【発明の詳細な説明】 ２種類の波長を使う干渉計システム、およびそのようなシステムを備えるリソグ ラフィー装置 この発明は、少なくとも１本の測定軸を有する干渉計システムであって： − 第１波長を有する第１レーザビームおよび第２波長を有する第２レーザビー ムを供給するためのレーザ源； − この第１レーザビームを第１測定ビームと第１基準ビームに分け、この第１ 測定ビームを測定経路に沿って測定ミラーへ案内し、およびこの第１基準ビーム を基準経路に沿って基準ミラーへ案内するための手段； − この測定ミラーが反射したこの第１測定ビームとこの基準ミラーが反射した この第１基準ビームが作る干渉縞によってこの測定ミラーの変位を検出するため の第１検出手段； − この第１測定ビームが伝播する媒体の中の外乱をこの測定ミラーが反射した この第１測定ビームの放射線、とこの第２レーザビームによって検出するための 第２検出手段を含むシステムに関する。 この発明は、そのような干渉計システムを含むリソグラフィー装置にも関する 。この装置は、ステッパまたはステップアンドスキャナでもよい。 この干渉計システムの測定軸は、これに沿って物体の与えられた点の与えられ た方向（ＸまたはＹ）での位置または変位を測定する軸を意味すると理解する。 この測定軸が、この測定のために使用する測定ビームの主光線と一致する必要は ない。もし、測定ビームをこのシステムを通して２度送り、この物体のほぼ同じ 点で２度反射するなら、この測定軸は、第１通路での測定ビームの主光線と第２ 通路でのこのビームの主光線の間に位置する。 リソグラフィー装置に使用するためのこの種の干渉計システムは、とりわけ、 ＵＳ−Ａ５，４０４，２０２から知られている。このリソグラフィー装置は、マ スクパターン、例えば集積回路（ＩＣ）のパターンを放射線感応層を備える基板 上に繰返し縮小結像するために使用する。同じ基板上のマスクパターンの二つの 連続する像間で、この基板およびマスクが互いに関して、例えば、ＸＹＺ座標系 のＸまたはＹ方向に平行に動き、一方この基板面およびマスク面は、このマスク パターンをこの基板の全ての基板フィールド、またはＩＣ領域に次々と結像する ように、ＸＹ平面に平行である。 集積回路を製造する際に、このリソグラフィー装置をマスキングおよび拡散技 術と組合わせて使用する。第１マスクパターンを多数、例えば何十という基板フ ィールドに結像する。次に、この基板を所望の物理的および／または化学的処理 工程に掛けるためにこの投影装置から取除く。続いて、異なる基板フィールドに 第２マスクパターンの像を作るために、この基板を同じ、またはもう一つの類似 の装置に配置する、等々。そこで、基板フィールド上のマスクパターンの像に対 して、このフィールドとマスクパターンを互いに関して非常に正確に配置すべき ことを保証すべきである。このため、リソグラフィー装置は、整列システムだけ でなく、干渉計システムも含む。ステッピング装置では、干渉計システムを基板 および別々の基板フィールドの運動および位置を正確に測定するために使用する 。ステップアンドスキャンニング装置では、この基板干渉計システムだけでなく 、マスク干渉計システムも使って、基板フィールドの照明中に、基板およびマス クが、このマスクパターンを基板フィールド上に結像する投影ビームおよび投影 系に関して同期して動いているかどうかをチェックする。 益々多数の電子部品を備えるＩＣを提供することが望ましく、それはこれらの 部品の詳細がより小さくなるべきであることを意味するので、より厳しい要求を 投影系の分解能および結像品質にだけでなく、基板フィールドの位置を測定ある いは検査するための精度にも課さねばならない。これは、干渉計システムがより 正確にもならなければならないことを意味する。そこで、特に、測定ビームが伝 播する媒体の中の乱流およびその他の外乱が重要な役割を演じ始める。これらの 乱流および外乱が媒体の屈折率の変動を生じ、その変動を干渉計システムが変位 として解釈する。 ＵＳ−Ａ５，４０４，２２２は、外乱の影響を測定でき、それによって位置測 定値を補正できる、干渉計システムを記載している。この干渉計システムは、６ ３３ｎｍの波長でビームを供給するヘリウムネオンレーザの形の第１レーザ源を 含む。このビームを測定ビームと基準ビームに分け、それらを、それぞれ、測定 ミラーおよび基準ミラーへ送り、それらで測定ミラーの位置を公知の方法で測定 する。この公知の干渉計システムは、更に、かなり異なった波長で２本のテスト ビームを供給する第２レーザ源を含む。これらのテストビームは、共に測定ミラ ーへの測定経路を辿り、このミラーによる反射後、それらは特別な検出器システ ムに達する。このビームが通過する媒体の屈折率は、このビームの波長に依存す るという事実を利用する。上記外乱が起るとき、２本のテストビームに対する屈 折率変動が異なり、２本のテストビームの間に位相差が生ずる。この位相差を測 定することにより、同じ媒体を横切る測定ビームに対する外乱の影響を測定でき る。媒体の拡散を使用するので、この影響を正確に測定するためには、テストビ ームの波長がかなり違うべきである。ＵＳ−Ａ５，４０４，２２２に記載する干 渉計システムでは、５３２ｎｍと２６６ｎｍの波長が選ばれている。５３２ｎｍ の波長の第１テストビームをレーザが供給し、２６６ｎｍの波長の第２テストビ ームを、非線形材料を含む周波数倍増素子によって、５３２ｎｍの波長の放射線 の一部を、第２テストビームを構成する２６６ｎｍの波長の放射線に変換して、 第１テストビームから得る。実際には、この干渉計システムが本来周波数依存性 の素子を複数含むという問題がある。例えば、従来の干渉計システムは、偏光感 応ビームスプリッタとλ／４板を含み、そのλは使用する波長であり、それらに よってこのレーザビームを測定ビームと基準ビームに分次いでこれらのビームを 再び組合せても、実質的に何も放射線損失が起らないことを保証できる。測定ビ ームの両波長に適し且つテストビームの二つの波長に適するそのような素子を製 造することは、不可能でないにしても、非常に困難である。多層反射構造物およ び干渉計システムの部品に設ける反射防止構造物に同じことが当て嵌まる。 本発明の目的は、容易に製造できる光学素子を使え且つ外乱測定装置が簡単な 構造を有する、冒頭の段落に記載した種類の干渉計システムを提供することであ る。この干渉計システムは、この第２レーザビームの波長が第１レーザビームの それの３倍のオーダであり、並びにこの第２検出手段が、この測定ミラーが反射 した第２レーザビームの放射線、とこの第１測定ビームを使用することを特徴と する。 この発明は、与えられた波長を有するビームに対するλ／４板が３倍小さい波 長を有するビームに対する３λ／４板として機能し、および３λ／４板の光学的 効果はλ／４板のそれと同じであるという認識に基づく。同じことが偏光感応ビ ームスプリッタに当て嵌まる。この干渉計システムの素子は、最大波長に対して 最適化するだけでよく；最小波長に対しては、それで素子が自動的に最適化され る。この波長比で、偏光素子が、この干渉計システムの光学部品上の反射防止多 層構造物同様、容易に製造できる。この新規な干渉計システムは、ヘリウムネオ ンレーザおよび関連するビームを含まないので、ＵＳ−Ａ５，４０４，２２２に 記載されているより簡単である。 この新規な干渉計システムの第１実施例は、更に、この第２レーザビームがテ ストビームを構成し、およびこの測定ミラーが反射したこの第１ビームとこのテ ストビームの間の位相差が上記外乱を示すことを特徴とする。 この実施例は、２本のテストビームの１本を実際の位置測定にも使う点でＵＳ −Ａ５，４０４，２２２による干渉計システムと区別される。この実施例では、 第１測定ビームとテストビームによって媒体の外乱を検出するために、２本のテ ストビームについてＵＳ−Ａ５，４０４，２２２に記載されているのと同じ手順 に従うことが出来る。この実施例に関連するＵＳ−Ａ５，４０４，２２２の主題 を参考までにここに援用する。 この新規な干渉計システムの好適実施例は、この第２レーザビームを、それぞ れ、この第１測定ビームおよび第１基準ビームと同じ測定経路および基準経路を 辿る、それぞれ、第２測定ビームおよび第２基準ビームに分けることを特徴とす る。 このシステムでは、第１測定ビームおよび第１基準ビームおよび第１検出器に よる第１位置測定、並びに第２測定ビームおよび第２基準ビームおよび第２検出 器による第２位置測定を行う。そこで、二つの検出器から来る位置測定信号間の 差が、これらのビームの通り抜ける媒体の中に発生する外乱、特に乱流を示す。 測定ビームとテストビームを供給するためのレーザ源は、二つの波長の一つで 放射線を供給する第１レーザ、および他の波長で放射線を供給する第２レーザか ら成ってもよい。これら二つの波長が互いに正確に整合したまゝであることを保 証すべきである。 しかし、この新規な干渉計システムは、更に、このレーザ源が単一の連続レー ザおよび波長変換器の組合せを含むことを特徴とするのが好ましい。 すると、このレーザが供給するビームは、自動的に所望の波長比を保持する。 この干渉計システムの好適実施例は、更に、この第２レーザビームが１０６４ ｎｍの波長を有しおよび第１レーザビームが３５５ｎｍの波長を有することを特 徴とする。 短い波長の放射線は、例えば、長い波長の放射線の周波数を３倍増することに よって得られるかも知れない。第１レーザビームだけを位置測定に使用する実施 例では、このビームに短い波長を選ぶことによって、干渉計システムの解像力を 最大にすることが出来る。 長い波長用のλ／４板は、短い波長用の３λ／４板として容易に適する。偏光 感応ビームスプリッタの光学干渉フィルタも、長波長と短波長の両方で、所望の 干渉効果を示す。しかし、短波長用にこの干渉フィルタの帯域幅を増すためには 、このフィルタが、この第２波長用四分の−λ素子として適する第１層パケット 、およびこの第１波長用広帯域四分の−λ素子として適する第２層パケットを有 することを特徴とする。 既に記したように、素子の外面は、干渉計システムの光学干渉フィルタの形を した反射防止構造物を備える。この発明に従って選択した長波長と短波長の間の 比で、そのようなフィルタを二つの波長に最適化できる。そのようなフィルタの 好適実施例は、高屈折率と低屈折率の交互する４層を含み、この第３層がこの第 １層と同じ屈折率および第１層の厚さの半分に等しい厚さを有し、並びにこの第 ４層がこの第２層と同じ屈折率および第２層の厚さの半分に等しい厚さを有する ことを特徴とする。 この発明は、１本以上の測定軸を備え、それによって非常に正確な測定を行わ ねばならず、種々の環境パラメータ、特に媒体の乱流、がこの測定に影響するか も知れない、どんな干渉計システムにも使うことができる。３測定軸、即ち、Ｘ 軸およびＹ軸に沿う変位を測定するためのＸ測定軸およびＹ測定軸、並びに他の Ｘ測定軸またはＹ測定軸と組合わせてＺ軸周りの回転を測定できる第２Ｘ測定軸 またはＹ測定軸を備える干渉計システムが、基板の位置および変位を測定するた めにリソグラフィー装置にかなり長い間使われている。特に、媒体に起り得る乱 流は、非常に局部的で、全ての測定軸に同じではないかも知れないので、この発 明を使用する３軸干渉計システムは、３倍異なる波長を有する２本のレーザビー ム並びに別々の第１および第２検出手段を各測定軸に対して利用できることを特 徴とするのが好ましい。 すると、各測定軸に対して別々に乱流およびその他の外乱を測定し、非常に正 確な測定が出来る。 特別な干渉計システムがＥＰ−Ａ０４９８４９９に記載されている。この干渉 計システムは、少なくとも５本の測定軸を有する。このシステムでは、基板また はその他の物体のＸ軸およびＹ軸に沿う変位並びにＺ軸周りの回転だけでなく、 Ｘ軸周りの倒れφ_xおよびＹ軸周りの倒れφ_yも測定できることである。この干渉 計システムを使うとき、基板の各フィールドをマスクパターンに関して、フィー ルド毎個々に整列を必要とすることなく、非常に正確に配置できる。従って、基 板全体を照明するために必要な時間をかなり短縮できる。また、更に厳しい整列 および位置決め要件が課される、新世代の更に洗練されたリソグラフィー装置に 、５本の測定軸を備える干渉計システムはかなりの利点をもたらすかも知れない 。もし、この発明をそのような干渉計システムに使用するならば、それは再び、 ３倍異なる波長を有する２本のレーザビーム並びに別々の第１および第２検出手 段を各測定軸に対して利用できることを特徴とする。 この発明は、マスクパターンを基板上に繰返し結像するためのステッピングリ ソグラフィー投影装置にも関し、その装置は、投影ビームを供給するための照明 ユニット、マスクホルダを備えるマスクテーブル、基板ホルダを備える基板テー ブル、この投影ビームの経路に配置された投影系、並びにこの基板の位置および 方向を測定するための光学測定システムを含む。この装置は、この測定システム が上に述べた干渉計システムであることを特徴とする。 この装置の中にこの干渉計システムを使うことによって、この装置の精度がか なり向上する。 この発明は、ステップアンドスキャンニング・リソグラフィー投影装置にも関 し、その装置ではマスクパターンを走査によって各基板フィールド上に結像し、 マスクの位置を測定するために測定システムが存在する。この装置は、この測定 システムが上に述べた干渉計システムであることを特徴とする。 ステップアンドスキャンニング・リソグラフィー装置では、基板に関するマス クの変位を直接且つ光学的に測定する微分干渉計システムも、ＰＣＴ特許出願Ｗ Ｏ９７／３３２０５に記載されているように、基板とマスクに対する別々の干渉 計システムの代りに使ってもよい。もし、この発明を微分干渉計システムに使う ならば、それは、３倍異なる波長を有する２本のレーザビーム並びに別々の第１ および第２検出手段を各測定軸に対して利用できることを特徴とする。 この発明のこれらおよびその他の側面は、以下に説明する実施例から明白であ り、それらを参照すれば明らかになるだろう。 これらの図で： 図１は、基板上にマスクパターンを繰返し結像するためのフォトリソグラフィ ー投影装置の実施例を図式的に示し； 図２は、この装置に使うための３測定軸を備える干渉計システムを示し； 図３は、１軸干渉計システムの原理を示し； 図４は、この装置に使うための５測定軸を備える干渉計システムを示し； 図５は、高さ測定を干渉計システムを使って行う、リソグラフィー装置の実施 例を示し； 図６は、ステップアンドスキャンニング・リソグラフィー装置用微分干渉計シ ステムの回路図を示し； 図７は、屈折率変動を測定するための新規なシステムを含む干渉計システムの 第１実施例を示し； 図８は、そのようなシステムの第２実施例を示し； 図９は、偏光分離干渉フィルタの実施例の透過率／波長曲線を示し； 図１０は、波長分離フィルタの実施例のそのような曲線を示し；および 図１１は、反射防止干渉フィルタの実施例の反射率／波長曲線を示す。 図１は、基板上にマスクパターンを繰返し結像するためのフォトリソグラフィ ー装置の実施例の光学素子を図式的に示す。この装置の主要部品は、投影レンズ 系ＰＬを収容する投影コラムである。結像すべきマスクパターンＣを含むマスク ＭＡ用のマスクホルダＭＨをこの系の上に配置する。このマスクホルダは、マス クテーブルＭＴ内にある。基板テーブルＷＴをこの投影レンズ系ＰＬの下に配置 する。このテーブルは、基板Ｗ用基板ホルダＷＨを収容し、その基板は、感光層 を備え、その上にこのマスクパターンを多数回、各回毎に異なるＩＣ領域Ｗｄに 、結像する。この基板テーブルは、あるＩＣ領域にマスクパターンを結像してか ら、次のＩＣ領域をこのマスクパターンの下に配置できるように、ＸおよびＹ方 向に可動である。 この装置は、更に、弗化クリプトンエキシマレーザまたは水銀灯などの放射線 源ＬＡ、レンズ系ＬＳ、反射器ＲＥおよびコンデンサレンズＣＯを含む照明シス テムを有する。この照明システムが供給する投影ビームＰＢがマスクパターンＣ を照明する。このパターンを投影レンズ系ＰＬによって基板ＷのＩＣ領域に結像 する。この照明システムは、代りにＥＰ−Ａ０６５８８１０に記載されているよ うな構成としてもよい。この投影レンズ系は、倍率が、例えば、Ｍ＝１／４、開 口数ＮＡ＝０．６および直径２２ｍｍの回折限界像界を有する。 この装置は、更に、複数の測定システム、即ち、マスクＭＡをＸＹ平面で基板 Ｗに関して整列するためのシステム、基板ホルダの、従って基板のＸおよびＹ位 置並びに方向を測定するための干渉計システム、並びに投影レンズ系ＰＬの焦点 面または結像面と基板Ｗ上の感光層の表面との間の偏差を測定するための焦点合 せ誤差検出システムを含む。これらの測定システムは、電子信号処理および制御 回路並びにドライバまたはアクチュエータを含むサーボシステムの一部であり、 それによって基板の位置および方向並びに焦点合せをこれらの測定システムが供 給する信号に関して補正できる。 この整列システムは、図１の右上隅に示すマスクＭＡの中の二つの整列マーク Ｍ₁およびＭ₂を使う。これらのマークは、回折格子から成るのが好ましいが、そ の代りに、光学的にそれらの周囲と異なる、正方形またはストリップのような、 その他のマークで作ってもよい。これらの整列マークは、２次元であるのが好ま しく、即ち、それらは、二つの相互に垂直方向、図１でＸおよびＹ方向に拡がる 。基板Ｗは、少なくとも二つの整列マークを有し、それらも２次元回折格子であ る のが好ましく、それらの二つＰ₁およびＰ₂を図１に示す。マークＰ₁およびＰ₂は 、パターンＣの像を作らねばならない基板Ｗの領域の外側にある。格子マークＰ₁ およびＰ₂は、位相格子であるのが好ましく、格子Ｍ₁およびＭ₂マークは、振幅 格子であるのが好ましい。 図１は、整列システムの特別の実施例、即ち、２本の整列ビームｂおよびｂ’ を、それぞれ、基板整列マークＰ₂をマスク整列マークＭ₂上に、および基板整列 マークＰ₁をマスク整列マークＭ₁上に整列するために使用する、複式整列システ ムを示す。ビームｂを反射素子３０、例えば、ミラーによってプリズム２６の反 射面２７へ反射する。面２７は、このビームｂを基板整列マークＰ₂へ反射し、 それが放射線の一部をビームｂ₁として関連するマスク整列マークＭ₂へ送り、そ こにマークＰ₂の像を作る。反射素子１１、例えば、プリズムをマークＭ₂の上に 配置し、そのプリズムは、マークＭ₂が通した放射線を放射線感応検出器１３の 方へ向ける。第２整列ビームｂ’をミラー３１が投影レンズ系ＰＬの中の反射器 ２９へ反射する。反射器２９は、ビームｂ’をプリズム２６の第２反射面２８へ 通し、その面がビームｂ’を基板整列マークＰ₁へ向ける。このマークは、ビー ムｂ’の放射線の一部をｂ₁’としてマスク整列マークＭ₁へ反射し、そこにマー クＰ₁の像を作る。ビームｂ₁のマークＭ₁を通過する放射線は、反射器１１’が 放射線感応検出器１３’の方へ向ける。この複式整列システムの作用は、米国特 許第４，７７８，２７５号に記載されていて、このシステムの更なる詳細はそれ を参照する。 図１による整列システムの実施例は、整列ビームがかなり長い波長、例えば、 ６３３ｎｍであるのに対して、投影ビームＰＢが短い波長、例えば、２４８ｎｍ を有するように投影レンズ系ＰＬを設計した装置に特に適する。実際、このシス テムは、投影コラムの中に特別なレンズ、または補正レンズ、２５を組込んでい る。このレンズは、基板整列マークをマスク整列マークの平面内に、この投影レ ンズ系が整列ビームの波長に最適化されていないという事実にも拘らず、正確な 倍率で結像することを保証する。この補正レンズは、投影コラムの中に、一方で 、基板整列マークによって生ずる、整列ビームの異なる回折次数のサブビームを 、これらのサブビームが別々に影響できるように、補正レンズの平面で十分に分 離 し、および、他方で、この補正レンズが投影ビームおよびそれで作ったマスクパ ターンＣの像に与える影響が無視できるような高さに配置する。補正レンズ２５ は、投影レンズ系のフーリエ平面に配置するのが好ましい。もし、補正レンズを 、図１に示すように、整列ビームｂおよびｂ₁の主光線が互いに交差する平面に 配置すると、この補正レンズは、２本の整列ビームを補正するために使うことが できる。補正レンズ２５の目的および作用についての更なる詳細は、米国特許第 ５，１００，２３７号を参照する。 楔またはその他の偏向素子、例えば、回折素子を整列ビームの経路内に整列マ ークに近接して配置するのが好ましい。そのような偏向素子（図１には示さず） で、検出器１３または１３’が捕えた、選択した整列ビーム部分内の不慮の位相 差から生ずる整列誤差を防ぐかも知れず、その位相差は、もし、基板整列マーク から来る整列ビーム部分の対称軸がこのマスク板と垂直でなく、それで擬似反射 がこの板内で起るかも知れなければ、起るかも知れない。そのような偏向素子を 備える整列システムは、米国特許第５，４８１，３６２号に記載されている。 基板全体をマスクに関して整列するために使用し、全体的整列と称する、図１ に示す全体的整列マークＰ₁およびＰ₂に加えて、基板は更なる整列マーク、例え ばＩＣ領域毎に一つのマークを備え、各ＩＣ領域のマスクパターンに関して関連 する領域を整列してもよい。このマスクは、三つ以上の整列マークを有してもよ く、そしてこれらの更なるマークを、例えば、Ｚ軸周りのマスクの回転を測定し 、それによって補正するために使ってもよい。 この投影装置は、更に、投影レンズ系ＰＬの焦点面と基板Ｗ上の感光層の表面 との間の偏差を測定するための焦点合せ誤差検出システムを含み、この偏差を、 例えば、基板表面の高さを基板テーブルにあるＺアクチュエータで制御すること によって、補正できるようにしてもよい。この焦点合せ誤差検出システムは、投 影レンズ系に固定したホルダ（図示せず）に配置した、または投影レンズ系を設 みた計測フレーム内に配置した、素子４０，４１，４２，４３，４４，４５およ び４６によって構成してもよい。素子４０は、放射線源、例えば焦点合せビーム ｂ₃を出すダイオードレーザである。このビームを反射プリズム４２によって非 常に小さい角度で基板上に向ける。この表面で反射したビームをプリズム４３に よって再帰反射器４４の方へ向ける。この素子４４は、このビーム（ｂ’₃）が プリズム４３、基板表面およびプリズム４２の反射を経てもう一度同じ経路を辿 るようにビームそれ自体を反射する。このビームｂ’₃は、部分反射素子４１お よび反射素子４５を経て放射線感応検出システム４６に達する。このシステムは 、例えば、位置依存検出器または二つの別々の検出器を含む。このシステムのビ ームｂ’₃が作る放射線スポットの位置は、投影レンズ系の焦点面が基板Ｗの表 面と一致する程度に依存する。この焦点合せ誤差検出システムの広範囲の説明に ついては、米国特許第４，３５６，３９２号に開示されている。 基板テーブルＷＴのＸおよびＹ位置を正確に測定するために、公知の投影装置 は、多軸干渉計システムを含む。米国特許第４，２５１，１６０号は、２軸シス テムを記載し、米国特許第４，７３７，２８３号は、３軸システムを記載してい る。図１に、そのような干渉計システムを素子５０，５１，５２および５３によ って図式的に表し、この図は一つの測定軸、Ｘ軸だけを示す。放射線源５０、例 えばレーザが出すビームｂ₄をビームスプリッタ５１によって測定ビームｂ_4,mと 基準ビームｂ_4,rに分ける。測定ビームは、基板ホルダＷＨの反射側面５４に達 し、この側面によって反射した測定ビームを、固定反射器５２、例えば、“コー ナキューブ”反射器によって反射した基準ビームとビームスプリッタで組合せる 。この組合せたビームの強度を検出器５３で測定でき、基板ホルダＷＨの、この 場合Ｘ方向の、変位をこの検出器の出力信号から得ることができ、このホルダの 瞬間位置も確立できる。 図１に図式的に示すように、簡単のために一つの信号Ｓ₅₃で表す干渉計信号、 並びに整列システムの信号Ｓ₁₃およびＳ_13'を信号処理ユニットＳＰＵ、例えば マイコンに加え、それが上記信号を処理し、基板テーブルＷＴを介して基板ホル ダをＸＹ平面で動かすアクチュエータＡＣのための信号Ｓ_ACを制御する。 図１に示すＸ測定軸だけでなく、Ｙ測定軸もおよび事によると第３の測定軸も 含む干渉計システムで、整列マークＰ₁、Ｐ₂およびＭ₁、Ｍ₂の位置、およびそれ らの間の相互距離を、マスクの基板に関する初期、または全体的整列中に固定干 渉計システムが形成する座標系に定めることができる。この干渉計システムは、 基板テーブルを非常に正確に歩進できるようにするため、即ち、それを所定の距 離および方向に動かすためにも使用する。そのような歩進は、マスクパターンを 最初のＩＣ領域またはフィールドに１回以上のフラッシュで結像してから、次の ＩＣフィールドをこのマスクパターンおよび投影レンズ系の下へ配置して、マス クパターンをこのフィールドにも結像できるようにするために行う。これらの歩 進および結像作業は、全てのＩＣフィールドがマスクパターン像を備えるまで続 ける。この様に作用するリソグラフィー装置をステッパと称する。 一方で、ＩＣフィールドの単位表面当りの電子部品の増加、および他方で、大 きなＩＣフィールドに対する要求のために、益々厳しい要求が投影レンズ系の分 解能および像界に課されている。これらの技術的に矛盾する要求を緩和するため に、既にステップアンドスキャナを使うことが提案されている。そのような装置 では、ステッパと同じ歩進運動を行うが、マスクパターンをＩＣフィールドに結 像するとき、毎回マスクパターンの僅かな部分だけをＩＣフィールドの対応する サブフィールドに結像する。マスクパターンの相次ぐ部分をＩＣ領域の相次ぐサ ブフィールドに結像することによって、マスクパターン全体の像をＩＣフィール ド上に得る。このために、マスクパターンをこのマスクパターンの位置で小さい 、例えば矩形またはアーチ形の、照明スポットを形成する投影ビームで照明し、 基板テーブルを投影レンズ系および投影ビームに関して与えられた方向、即ち走 査方向に動かし、マスクテーブルを同じまたは反対方向動かし、同時に基板テー ブルの速度をＭ掛けるマスクテーブルの速度にする。Ｍは、マスクパターンを結 像する倍率である。このマスクと基板がどの瞬間にも正しい相互位置にあること を保証すべきで、それはマスクと基板の運動の非常に正確な同期によって実現で き、即ち、基板の速度Ｖ_subが常にＭ掛けるマスクの速度Ｖ_MAに等くする。 この条件Ｖ_sub＝Ｍ・Ｖ_MAをチェックするため、ステップアンドスキャナは、 基板干渉計システムだけでなく、マスクの運動および位置を正確に測定できるマ スク干渉計システムも含むべきである。最後に述べたシステムの測定ミラーは、 マスクホルダに固定するのが好ましい。このマスク干渉計システムを図１に、素 子６０，６１，６２，６３および６４によって示し、それらは、基板干渉計シス テムの素子５０，５１，５２，５３および５４と同じ機能を有する。簡単のため に図１に一つの信号Ｓ₆₃によって表す、マスク干渉計システムの信号を信号処 理ユニットＳＰＵに加え、そこでこれらの信号を基板干渉計システムの対応する 信号と比較する。すると、このマスクと基板が相互に正しい位置にあるか、およ び／または同期して動いているかどうかが確認できる。 これらの条件が満足されているかどうかを確認するためには、基板用の干渉計 システムとマスク用のそれの両方が３本の測定軸を有すれば十分である。しかし 、基板干渉計システムは、５本の測定軸を有するのが好ましい。ＥＰ−Ａ０４９ ８４９９に記載されているように、Ｘ、Ｙおよびφ_Z,Wだけでなく、φ_x,Wおよび φ_y,W、即ち、基板のＸ軸およびＹ軸周りの倒れも測定できる。５軸干渉計シス テムから成る干渉計ユニットの異なる実施例については、ＥＰ−Ａ０４９８４９ ９を参照する。マスクについてもＸ軸およびＹ軸周りの倒れを測定できるように するためには、５軸マスク干渉計システムを使ってもよい。しかし、その代りに 、３軸マスク干渉計システムを、Ｘ軸およびＹ軸周りのマスクの倒れを測定する ための他のセンサ、例えば、容量式センサと組合せることも可能である。 基板またはマスクのＸ軸およびＹ軸に沿う運動および位置、並びに基板または マスクのＺ軸周りの回転を測定できる、３測定軸を備える干渉計システムの実施 例は、ＳＰＩＥ、第１０８８巻：光学式／レーザ マイクロリソグラフィ、ｐｐ ．２６８−２７２の論文“ウェーハ段階計測のための直線／角度変位干渉計”に 記載されている。図２は、基板ホルダＷＨと共に、そのような干渉計システムの 線図を示す。この複合干渉計システムは、レーザ７０、例えばヘリウムネオンレ ーザ、二つのビームスプリッタ７１および７２並びに三つの干渉計ユニット７３ ，７４および７５を含む。このレーザからのビームｂ₅の一部をビームスプリッ タ７１によってビームｂ₆として、基板ホルダＷＨのミラーＲ₁と協同する干渉計 ユニット７３へ反射する。ビームスプリッタ７１が通したビームｂ₇をビームス プリッタ７２によって、干渉計ユニット７４へ反射するビームｂ₈と干渉計ユニ ット７５へ通過するビームｂ₉に分ける。干渉計ユニット７４は、測定ミラーＲ₁ と協同し、一方、干渉計ユニット７５は、測定ミラーＲ₂と協同する。 図３は、干渉計ユニット７３の原理を図解する。このユニットは、ビームスプ リッタ８０、例えば、入来ビームｂ₆を測定ビームｂ_6,mと基準ビームｂ_6,rに分 ける半透明ミラーを含む。この測定ビームを基板ホルダミラーＲ₁へ通し、 それがこのビームをビームスプリッタ８０へ反射し、それが今度はビームｂ_6,m の一部を検出器７６へ反射する。ビームスプリッタ８０が反射した基準ビームｂ_6,r を固定配置した基準ミラー８１によってビームスプリッタ８０へ反射し、そ れがこのビームの一部を検出器７６へ通す。基板ホルダミラーをＸ方向に動かす とき、検出器７６に入射するビームｂ_6,mとｂ_6,rの間に建設的干渉と破壊的干渉 が交互に起り、それで基板ホルダをλ／４の距離以上に変位するといつでもこの 検出器の出力信号が最大値から最小値へ、およびその逆に、変化し、但しλはビ ームｂ６の波長である。検出器信号Ｓ７６の最大値と最小値の計測した数は、基 板ホルダのＸ方向の変位の尺度である。λ／４より遙かに小さい、例えば、λ／ １２８またはλ／５１２程度の微小のミラーＲ₁の運動を、干渉計技術で知られ る電子内挿法を使うことによって測定できる。 干渉計ユニット７４および７５は、干渉計ユニット７３と同じ構成を有し、同 様に作用する。Ｙ方向のマスクホルダの運動は、干渉計ユニット７５および関連 する検出器７８によって測定する。Ｘ方向の第２測定は、干渉計ユニット７４お よび関連する検出器７７で行う。このホルダのＺ軸周りの回転は、信号Ｓ₇₆およ びＳ₇₇から計算する。この回転は： によって与えられ、但し、ｄはミラーＲ₁に入射する測定ビームｂ_6,mとｂ_6,rの 主光線がミラーＲ₁に入射する点の間の距離である。 図３は、干渉計ユニットの原理だけを示すことに注意すべきである。実際には 、偏光感応ビームスプリッタ８０並びに図３に要素８２および８３で示した、複 数のλ／４板をビーム分割および組合せのために使う。すると、放射線損失が最 小で、それは、もし異なる干渉計ユニットに一つのレーザ７０しか使わなければ 、特に重要である。二つの相互に垂直な偏光成分で異なる周波数のビームを出す 、ゼーマンレーザを放射線源として使うのが好ましい。すると、これらのビーム 成分が測定ビームと基準ビームを構成し、それで測定が位相測定に基づく。更に 、前記のＳＰＩＥ、第１０８８巻：光学式／レーザ マイクロリソグラフィII、 ｐｐ．２６８−２７２の論文に記載されているような再帰反射器を干渉計ユニッ トに組込んでもよく、それらの再帰反射器は、測定ビームを測定ミラーによる反 射後、再びこの測定ミラーへ反射し、それで関連する干渉計で行った測定が関連 する測定ミラーの倒れと無関係である。 ３軸干渉計システムによって所望の精度で基板上のＸ、Ｙおよびφ_x測定がで きるためには、次の二つの条件を満足すべきである： １．干渉計ビームの主光線が基板の表面と一致する平面内に位置しなければなら ない。 ２．Ｘ軸およびＹ軸に沿う変位並びにＺ軸周りの有り得る回転中、基板ホルダを 他の自由度φ_x,Wおよびφ_y,Wで固定しなければならない。 ＥＰ−Ａ０４９８４９９に記載されているように、これらの条件は、実際には 満足するのが殆ど不可能または容易でないが、５軸干渉計システムを使用すれば 基板のより多くの運動が測定でき、それがＸおよびＹ運動をより正確に測定する 可能性をもたらす。 図４は、５自由度：Ｘ_W、Ｙ_W、φ_x,W、φ_y,Wおよびφ_Z,Wの測定をするための そのようなシステムの原理を示し、そこでの基板ホルダは、二つのミラーＲ₁お よびＲ₂から成る１体のミラーブロックを備える。このシステムは、例えば、ビ ームｂ₂₀およびｂ₃₀を供給する、二つの干渉計ユニット１００および１５０を含 む。これらのビームは、ゼーマン型であってもなくてもよいが、レーザ５０、例 えばヘリウムネオンレーザにより得られる。このレーザから来るビームｂ₁₀は、 最初にレンズ９０によって図式的に示すビーム拡張光学系を通り、次にビームス プリッタ９２によって二つのビームｂ₂₀およびｂ₃₀に分けられる。素子９１,９ ３および９４は、ビームを干渉計ユニット１００および１５０に正しい角度で入 射するように偏向することを保証する反射器である。干渉計ユニット１００は、 ３本の測定ビームを測定軸ＭＡＸ，１、ＭＡＸ，２およびＭＡＸ，３に沿って測 定ミラーＲ₁の方へ出し且つこのミラーからのこれらのビームを受けるように実 施してもよい。これらのビームで、軸ＭＡＸ，１およびＭＡＸ，２の一つによる 信号が提供する、基板ホルダのＸ方向の変位、測定軸ＭＡＸ，３が提供する信号 と測定軸ＭＡＸ，１およびＭＡＸ，２の一つの信号の差からの、Ｙ軸周りの倒れ 、並びに測定軸ＭＡＸ，１およびＭＡＸ，２の信号の差からの、Ｚ 軸周りの倒れ、並びに測定軸ＭＡＸ，１およびＭＡＸ，２の信号の差からの、Ｚ 軸周りの回転を測定できる。第２干渉計ユニットは、２本の測定ビームをＭＡＸ ，４およびＭＡＸ，５に沿って測定ミラーＲ₂の方へ出し且つそれからのこれら のビームを受ける。これらのビームで、基板ホルダ、従って基板のＹ方向変位を 測定軸ＭＡＸ，４およびＭＡＸ，５の一つの信号から測定でき、Ｘ軸周りの倒れ φ_xをこれらの測定軸の信号の差から測定できる。測定軸ＭＡＸ，５およびＭＡ Ｘ，３は、測定軸ＭＡＸ，４に関して変位し、測定軸ＭＡＸ，１およびＭＡＸ， ２は、Ｚ方向に変位し、一方、測定軸ＭＡＸ，１は、測定軸ＭＡＸ，２に関して Ｙ方向に変位する。更に、測定軸ＭＡＸ，１、ＭＡＸ，２およびＭＡＸ，４は、 アッベの誤差が最小で、測定したＸおよびＹ変位が基板の実際の変位と最高に等 しいように、出来るだけ基板ホルダの表面に近付けて配置する。 干渉計ユニット１００および１５０は、種々の方法で実施できる。詳細につい ては、ＥＰ−Ａ０４８９４９９を参照し、それを参考までにここに援用する。 基板干渉計システムは、基板ホルダにしっかりと固定したＺ測定ミラーと協同 する、少なくとも一つのＺ測定軸も有する。それによって、基板のＺ位置もこの 干渉計システムで測定できる。このＺ測定は、上記の焦点合せ誤差検出システム または焦点合せおよび水平検出システムによるＺ測定を補う、またはそれに置き 換わる役をするかも知れない。 この干渉計システムのＺ測定軸は、別の干渉計ユニットの測定軸でもよい。し かし、このＺ測定軸は、既に存在する干渉計ユニット、例えば図５に正面図で線 図的に示すように干渉計ユニット１００、の特別な測定軸であるのが好ましい。 この実施例では、基板ホルダＷＨの側面の一つ１５９が傾斜した反射部分１６０ を備える。この部分がＺ測定ミラーＲ₃を構成する。この側面の反射性直線部１ ６１は、図４の直線ミラーＲ₁と同じ機能を有する。干渉計ユニット１００は、 測定軸ＭＡＸ，２およびＭＡＸ，３だけでなく、基板ホルダの上面に出来るだけ 近付いて位置する、Ｚ測定軸ＭＡＸ，７も含む。測定ミラーＲ₃は、測定軸ＭＡ Ｘ，７の測定ビームを更なる反射器である、Ｚ反射器１６４へ反射し、それは、 この投影系のホルダＬＨにしっかりと固定され且つ計測フレームの一部を成して もよい板１６３上に配置されている。このＺ反射器は、測定ビームを測定ミラー このユニットは、Ｚ測定ビーム用の別の検出器を収容し、その出力信号を他の信 号と共に処理してＺ測定信号を作る。 図５で、Ｚ測定ミラー１６０（Ｒ₃）を、ＸおよびＹ測定ビームが伝播するＸ Ｙ平面に４５°の角度に配設する。原理上は、Ｚ測定ミラーがこのＸＹ平面に異 なる角度で拡がってもよい。しかし、Ｚ測定ビームがＺ反射器１６４へおよびそ れから同じ経路を辿るので、４５°の角度が好ましく、そうすればＺ測定ミラー の幅が最小でもよい。 Ｚ測定ビームが、基板ホルダの上面に近接する、従って基板に近接する位置で 、Ｚ測定ミラーに当る、この干渉計システムの実施例では、基板の有り得る倒れ が基板の測定したＺ位置に無視できる影響しか与えない。 Ｚ測定ビームに関連するのは、基準ミラーによる反射後に、Ｚ測定ミラー１６ ０およびＺ反射器１６３によって反射された測定ビームとＺ検出器で組合される 基準ビームである。この基準ミラーは、干渉計ユニット１００内の固定ミラーで もよい。そこで、Ｚ検出器が提供する信号は、純粋なＺ位置情報を含まず、Ｚ位 置情報がその信号の中のＸ位置情報と混ざっている。純粋なＺ位置情報を得るた めには、Ｘ位置情報を検出器信号から除去しなければならず、従ってこの信号か ら引かねばならず；換言すれば、電子微分を使わねばならない。 別の固定Ｚ基準ミラーの代りに、図５に示すように、Ｘ測定ミラー１６１をＺ 測定のための基準ミラーとして使うのが好ましい。すると、このミラーで反射し た基準ビームｂ_Z,rは、Ｘ位置情報を含まず、Ｚ検出器でこの基準ビームをＺ測 定ビームと組合せると、この検出器の出力が純粋なＺ位置信号であるという結果 になる。この様に、光学的微分を実行し、それは、電子微分に比べて、電子回路 の処理速度によって制限されないという利点を有する。この光学的微分、従って ＸまたはＹ測定ミラーをＺ測定用基準ミラーとして使うことは、これから説明す る実施例にも使用できる。 Ｚ測定軸を備える干渉計システムの種々の実施例が先に提出したＥＰ特許出願 、出願番号９７２０３７７１．７（ＰＨＱ９７．０１０）に記載されていて、そ の主題を参考までにここに援用する。 ステップアンドスキャンニング・リソグラフィー装置では、照明すべき基板フ ィールドをマスクパターンに関して正確に配置しなければならないだけでなく、 マスクパターンを関連する基板フィールドに結像中、基板とマスクが同期して動 いているかどうかを、投影系の倍率を考慮に入れてチェックすべきである。この チェックは、図１に素子６０，６１，６２および６３によって図式的に示すマス ク干渉計によって実現できる。この干渉計システムは、マスクホルダＭＨの面に 配設した測定ミラー６４と協同する。このマスク干渉計システムの信号Ｓ₆₃は、 マスクの走査方向、即ち、この実施例ではＸ方向の変位を示し、基板干渉計シス テムの信号Ｓ₅₃と共に電子処理ユニット、例えば、プロセッサＳＰＵに加えられ 、そこでこれらの信号を互いから引いて、テーブルのＸアクチュエータのための 制御信号を作る。 各基板の照明時間を最少にするために望ましい高テーブル速度では、干渉計信 号Ｓ₅₃およびＳ₆₃が高周波または高ビットレートを有する。これらの信号を比較 するとき、電子回路がこれらの信号を処理出来る速度が制限要因かも知れない。 それで、遅延時間、即ち、測定を行う瞬間と測定した結果が利用できるようにな る瞬間の間に経過する時間が重要な役割を演じ始めるだろう。測定システムとテ ーブル用アクチュエータを含む閉サーボループシステムでは、電子信号処理の遅 延時間差がマスクテーブルと基板テーブルの間の望まないオフセットに繋がるか も知れない。その上、そこで最大テーブル速度が制限される。 これらの問題は、マスクと基板の同期運動をチェックするとき、光学微分を行 い、微分干渉計を使うことによって防ぐことができる。図６は、マスクパターン を４倍縮小したサイズで結像するリソグラフィー装置用の微分干渉計の原理を示 す。 この図は、リソグラフィー装置のこの微分干渉計システムと協同する部品、即 ち、測定ミラーＲＭを配置するマスクホルダＭＨ、および測定ミラーＲＷを配置 する基板ホルダＷＨだけを示す。レーザ（図示せず）から来る測定ビームｂ_mお よび基準ビームｂ_rを、それぞれ、実線および破線で示す。これらのビームは、 例えば、この測定が位相測定に基づくように、ゼーマンレーザが供給する放射線 ビームの異なる周波数での二つの互いに垂直に偏光した成分である。測定ビーム および基準ビームの方向を矢印によって示す。 基板ホルダの位置で、図６の実施例は、偏光感応ビームスプリッタ１０１、λ ／４板１０２並びに二つの再帰反射器１０３および１０４を含む。偏光感応ビー ムスプリッタ１０５、λ／４板１０８並びに二つの再帰反射器１０６および１０ ７もマスクの位置に配置されている。その上、固定反射器ＭＩがその位置に配置 されている。ビームスプリッタ１０１および１０５は、レーザから来るビームの 第１偏光方向を有する第１成分を通過させ、この第１偏光方向と垂直な第２偏光 方向を有するこのビームの第２成分を反射する、またはその逆の偏光感応境界面 １０９および１１０を有する。図示の実施例では、通過した成分が基準ビームｂ_r であり、反射した成分が測定ビームｂ_mである。偏光方向がビーム成分のそれと ４５°の角度に伸びるλ／４板１０２および１０８は、もしビーム成分がそのよ うな板を２度通れば、このビーム成分の偏光方向を９０°回転することを保証す る。 境界面１０９を通過した測定ビームｂ_mは、λ／４板１０２を通過し、位置Ｐ １でミラーＲＷに当る。反射したビームがこの板１０２を２度目に通り、偏光方 向を元の偏光方向に関して９０°回転し、次に、境界面１０９によって再帰反射 器１０３へ通される。この反射器の傾斜側面での反射によって、この測定ビーム は、再びビームスプリッタ１０１に入り、次にこのビームスプリッタを通過し、 位置Ｐ２で２回目にミラーＲＷに当る。位置Ｐ２から来る測定ビームは、境界面 １０９によって、マスクホルダ付近にあるビームスプリッタ１０５の境界面１１ ０へ反射される。境界面１１０は、この測定ビームを、λ／４板１０８を経てマ スクホルダミラーＲＷ上の位置Ｐ３へ反射する。このミラーによって反射された 測定ビームは、λ／４板１０８を２度目に通り、そこでその偏光方向を再び９０ °回転され、次に境界面１１０によって再帰反射器１０６へ通される。この反射 器の傾斜側面での反射によって、境界面１１０およびλ／４板１０８を通り、測 定ビームは、位置Ｐ４で固定ミラーＭＩに達する。このミラーによる反射後、測 定ビームは、再びλ／４板１０８を通り抜け、それで再び偏光方向が９０°回転 され、境界面１１０によって境界面１０９へ反射される。続いて、測定ビームは 、再び基板ミラーＲＷへ反射され、位置Ｐ５およびＰ６に連続して当り、位置Ｐ １およびＰ２について説明したのと類似の方法で反射される。測定ビームが位 置Ｐ６で反射されてから、それは境界面１０９によって検出器（図示せず）の方 へ反射される。 境界面１０９を通過した基準ビームｂ_r’も全システムを通り抜けるが、ミラ ーＲＷ、ＲＭおよびＭＩのどれにも達しない。このビームは、再帰反射器の傾斜 側面１０４および１０７によって反射されるだけで、ビームスプリッタ１０１お よび１０５の境界面１０９および１１０を常に通過する。このシステムから来る 相互に垂直に偏光したビームｂ’_mおよびｂ’_r、は、検出器（図示せず）へ行く 途中検光子を通過する。この検光子は、その偏光方向がこれらのビームの偏光方 向に対して４５°の角度で伸び、これら２本のビームに相当する偏光方向を有す る成分を通し、それらの二つの成分を互いに干渉させる。これらのビーム成分間 の位相差は、ミラーＲＭおよびＲＷの相互位置、従ってこれらのミラー、従って マスクと基板が、マスクパターンと基板の間にある投影系（図示せず）によって このマスクパターンを基板上に結像する倍率Ｍを考慮に入れて、同期して動く程 度に依存する。図６に示す実施例では、測定ビームを基板ミラーによって４回、 マスクミラーによって１回反射し、この倍率Ｍは１／４である。 ステップアンドスキャナ用微分干渉計システムの更なる詳細については、種々 の実施例が記載されているＰＣＴ特許出願ＷＯ９７／３３２０５を参照する。 上に述べた干渉計システムの全てに於いて、このシステムの所望の精度、また は解像力で、干渉計ビームが通り抜ける媒体の屈折率の変動が測定値に影響する かも知れないという問題が生ずる。これらの変動は、温度、気圧および湿度のよ うな環境パラメータの変動によって生ずる。媒体の乱流もこの屈折率の変動を生 ずる。もし、これらの変動が比較的ゆっくり進行し且つ全てのビームの媒体に対 して同じであれば、これらの変動は、温度計、気圧計および湿度計のような適当 な測定器具で測定でき、干渉計信号をこれらの得た測定信号で補正できる。これ は、比較的厄介で不正確な方法である。これらの変動を、５軸干渉計システムに ついてＥＰ−Ａ０４９８４９９で提案されているような干渉計システムの特別な 測定軸によって測定するのがより有利である。特別の測定ミラーと協同する測定 ビームがこの特別の測定軸に沿って伸びる。図４に、この特別のミラーを参照番 号１７０で示し、特別の測定ビームをｂ_50,mで示す。この測定ビームは、測定 軸が最少の干渉計ユニット、即ち、説明した実施例のユニット１５０によって供 給し、このユニットから来るビームを反射器１７１によって測定ミラー１７０へ 反射するのが好ましい。そこでこの干渉計ユニットに、ミラー１７０が反射した 測定ビームｂ_50,mおよび関連する基準ビームを受けおよびそれらのビームを電気 信号に変換するために特別な検出器を配置する。 この特別な測定ビームは、一定の幾何学的長さを有する経路を辿る。しかし、 この幾何学的長さと横断する媒体の屈折率の積である、光路長は、屈折率の変動 に影響される。それでこの変動も、測定ビームｂ_50,mと関連する基準ビームの間 の光路長差に影響する。この光路長差の変動を上記特別な検出器によって測定し 、その出力信号を、屈折率変動に対して他の測定軸を介して得た情報を補正する ために使うことができる。 しかし、媒体の乱流から生ずる屈折率変動は、これらの乱流が媒体全体に同じ でなく且つ非常に局部的に起るので、この方法では十分且つ正確に測定すること が出来ない。測定軸に関連し、固定長を有する基準経路については、干渉計のこ の基準経路が占める部分を真空空間に置くことによって、この乱流の問題を避け ることが出来る。関連する測定軸の測定経路は、長さが変るので、真空区間をそ の経路に使うことは可能でない。 本発明によれば、これらの乱流を３倍異なる波長を有する２本の測定ビームを 使うことによって、測定経路に沿って測定することができる。図７は、この新規 な乱流測定システムの原理および実施例を示し、勿論このシステムは、屈折率の 変動の原因となる媒体の他の変化も測定することが出来る。このシステムの重要 要素は、第１波長λ₁で第１ビーム成分１２１を、および第２波長λ₂で第２ビー ム成分１２２を供給し、λ₂＝３λ₁である、レーザ源１２０である。このレーザ 源は、単一レーザだけを含み、その放射線の一部を非線形光学素子によって公知 の方法で元の波長の１／３の波長を有する放射線に変換するのが好ましい。この レーザ源は、例えば、３倍の周波数増加が起るＹＡＧレーザによって構成しても よく、そうすればそのレーザが１０６４ｎｍと３５５ｎｍの波長を供給する。こ のシステムは、更に、境界面１２８のある偏光感応ビームスプリッタ１２７、基 準ミラー１２９、２枚のλ／４板１３０および１３１並びに再帰反射器１３５ のような、干渉計システムに知られる素子を含む。 最小の波長のレーザビーム１２１を境界面１２８によって測定ビーム１２３と 基準ビーム１２４に分ける。測定ビーム１２３を境界面１２８が通し、位置１４ ５で測定ミラーに達する。このミラーは、例えば、基板ホルダＷＨに配置した測 定ミラーＲ₁である。このミラーは、ビーム１２３を境界面１２８へ反射する。 この境界面に達すると、ビーム１２３がλ／４板１３０を２度通過するので、そ の偏光方向が９０°回転され、この測定ビームが今度は境界面によって再帰反射 器１３５へ反射される。この反射器の傾斜側面による反射によって、ビーム１２ ３が再び境界面１２８へ送られる。この境界面は、ビーム１２３を再び測定ミラ ーＲ₁へ反射する。このミラーによる位置１４６での反射後、ビーム１２３’が 再び境界面１２８に達する。この測定ビームがその測定ミラーへおよびそれから の２回目の経路で再びλ／４板を２度通過するので、その偏光方向が再び９０° 回転され、それでビーム１２３’は、この境界面を通過する。次にこのビームを 波長感応ビームスプリッタ、または光学高域フィルタ、１３８によって第１検出 器１４０へ反射する。 測定ビーム１２３に関連する基準ビーム１２４は、境界面１２８が基準ミラー １２９へ反射する。このミラーは、このビームを境界面１２８へ反射する。この 境界面に達すると、このビームの偏光方向は、それがその間にλ／４板１３１を ２度通過しているので、９０°回転される。次に、ビーム１２４は、この境界面 によって再帰反射器１３５へ通され、その反射器は、ビーム１２４をその側面の 反射で境界面１２８へ送り返す。この境界面は、ビームを基準ミラー１２９へ通 し、そのミラーが基準ビームをビーム１２４’として境界面へ反射する。次に、 基準ビームは、再びλ／４板１３１を２度通り抜け、その偏光方向が再び９０° 回転される。その結果、基準ビーム１２４’が境界面によって反射され、測定ビ ーム１２３’と共にビームスプリッタ１３８によって検出器１４０へ送られる。 この検出器の出力信号は、測定ミラーＲ₁の位置または変位についての情報を含 む。 最大波長を有する第２レーザビーム１２２も境界面１２８によって測定ビーム １２５と基準ビーム１２６に分け、それらのビームは、測定ビーム１２３および 基準ビーム１２４と同様にこのシステムを通り抜ける。このシステムを通過後、 測定ビーム１２５’および基準ビーム１２６’を波長感応ビームスプリッタ１３ ８が反射器１３９へ通し、その反射器がこれらのビームを第２検出器１４１へ反 射する。この検出器の出力信号も、測定ミラーＲ₁の位置または変位についての 情報を含む。 検出器１４０および１４１の出力信号を比較回路２００の入力に加える。測定 ビーム１２３と１２５が、基準ビーム１２４および１２６と同様に、同じ経路を 辿るので、検出器１４０および１４１の出力信号は、互いに同じであるべきであ る。もし、そうでない場合は、屈折率変動が媒体に起っている。もし、これが急 速な変動であれば、それは媒体の中の乱流の結果である。媒体の拡散および２本 の測定ビームが広く発散する波長を有するという事実のために、屈折率変動は、 ２本の測定ビームに異なる影響を有する。それで、検出器１４０の信号は、関連 する測定ビーム１２３に対して、検出器１４１が示す関連測定ビーム１２５に対 する横断光路長と異なる横断光路長を示す。回路２００で、そのような光路長差 が起るかどうかを確認できる。この光路長差についての情報を含む、この回路の 出力信号２０１を信号処理回路の更なる構成部分２０５に加える。この構成部分 のメモリに、どの屈折率変動が与えられた光路長差に関係するかを示すテーブル を記憶する。この様に構成部分２０５の出力２０６で決る屈折率変動を、図７に 示す測定軸の実際の測定信号を補正するために使うことができる。 測定ビーム１２３および１２５並びに基準ビーム１２４および１２６を、それ ぞれ、測定ミラーおよび基準ミラーへ２度送る、図７の実施例に加えて、この発 明は、測定ビームおよび基準ビームをそれらそれぞれのミラーへ１度しか送らな い実施例にも使うことができる。そのような実施例は、図７のと、再帰反射器１ ３５を除去し、その位置にビームスプリッタ１３８を置く点で異なる。そこで検 出器１４０および１４１をこのビームスプリッタによって分けられるビームの経 路に置く。測定ビームを測定ミラーに２回送る利点は、測定ミラーに望まない倒 れがあっても、このシステムから出る測定ビームの方向が関連する基準ビームの それと正確に等しく、それで各測定ビームが、関連する検出器の位置で、関連す る基準ビームと正確に一致することである。 図８は、レーザビーム１２１だけを実際の距離測定のために使い、一方、レー ザビーム１２２を測定ビーム１２３と共に屈折率変動を測定するために使う。こ の図で、図７と同じ構成素子は同じ参照番号で示す。図８の実施例は、図７のと 、検出部分、即ち、素子１３８および１３９の後の部分が異なる構成を有する点 で異なる。測定ミラーＲ₁によって２度反射された測定ビーム１２３’および関 連する基準ビーム１２４’は、図７と同じ方法でそれらの検出器１４０に達し、 その検出器は、再び測定ミラーの位置または変位を示す信号を供給する。測定ミ ラーによって２度反射された測定ビーム１２５’の経路は、反射器１２９の後に 、偏光方向が測定ビーム１２５’のそれと一致する偏光検光子２１０を組込む。 この測定ビームに関連する基準ビーム１２６’は、それによって阻止され、測定 ビーム１２５’だけが検出器１４１へ通される。この測定ビームの経路は、この ビームが測定ビーム１２３’と同じ波長を獲得するように、このビームの波長を ３倍縮小する周波数変換素子２１４を組込む。ビーム１２３’の経路は、波長選 択ビームスプリッタ１３８の後に、このビームの放射線の一部を波長選択ビーム スプリッタ２１２へ反射する、中性ビームスプリッタ２１６を組込む。偏光方向 が測定ビーム１２３’のそれと一致する偏光検光子２１７を反射器２１６と２１ ２の間に配置し、この測定ビームからの放射線だけをビームスプリッタ２１２へ 通し、基準ビーム２１４’からの放射線を通さないようにする。このビームスプ リッタは、測定ビーム１２５’を通し、測定ビーム１２３’の分割放射線を反射 し、それによってこれらのビームが一緒に検出器１４１に入射することを保証す る。そこでこれらのビームの間の経路差は、測定ビームが通り抜けた媒体の中の もしかしたら起る屈折率変動についての情報を含む。検出器１４１からの信号は 、２本の別のテストビームについてＵＳ−Ａ５，４０４，２２２に記載している のと類似の方法で更に処理してもよい。 図８の実施例の検出部分も異なる構成を有してもよい。唯一の要件は、検出器 １４１に達する２本の測定ビームが同じ波長および偏光方向を有することである 。 一つのレーザしか含まないレーザ源の代りに、図７および図８の実施例、また はそれらの修正形は、二つのレーザを有し、これらのレーザの一つの波長が他の レーザのそれの３倍程長いレーザ源を含んでもよい。そこで、波長差を正確に維 持することを保証すべきである。 この波長差の選択は、屈折率変動を波長が２倍しか違わない場合より更に正確 に測定できるという利点をもたらすだけでなく、このシステムに存在し且つ二つ の波長に適さねばならない光学干渉フィルタを比較的容易な方法で製造できると いう実際的に重要な利点ももたらす。 この種の第１フィルタは、偏光感応ビームスプリッタ１２７の境界面１２８で ある。このフィルタは、高屈折率と低屈折率を交互に有し、３５５ｎｍの波長に 対する最適λ／４構造を構成する第１層パケット、およびやはり高屈折率と低屈 折率を交互に有し、この波長に対する最適３λ／４構造、従って１０６４ｎｍの 波長に対する最適λ／４構造を構成する第２層パケットから成ってもよい。高屈 折率を有する層は、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）から成ってもよく、低屈折率 を有する層は、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）から成ってもよい。 表１は、３５５ｎｍの基準波長に対する偏光分離フィルタの組成を示す。この 表の参照文字ＱＷＯＴは、四分の一波長光学的厚さ、即ちｎ・ｄ／λを示し、但 し、ｎはこの層の材料の屈折率、およびｄはこの層の幾何学的厚さである。 図９は、表１の偏光フィルタの作用を、Ｐ偏光放射線（先の図の測定ビーム１ ２３および１２５）に対する、並びにＳ偏光放射線（基準ビーム１２４および１ ２６）に対する、透過率（Ｔ）対波長（λ）曲線の形で示す。この図から、Ｓ偏 光用フィルタが３５５ｎｍおよび１０６４ｎｍの選択した波長に対して所望の高 反射率（低透過率）を有することが明白である。 波長選択ビームスプリッタ、図７および図８の１３８並びに図８の２１２も比 較的容易且つ所望の精度で実現できる。表２は、この波長選択フィルタの実施例 の組成を示す。 図１０は、表２の波長選択フィルタの作用を透過率／波長曲線の形で示す。こ のフィルタは、実際１０６４ｎｍの波長に対して所望の高透過率を、および３５ ５ｎｍの波長に対して所望の高反射率を有する。 光学素子の外面上に反射防止被膜として設けなければならない、干渉フィルタ も所望の品質で容易に製造できる。表３は、反射防止フィルタの実施例の組成を 示す。 図１１は、表３の反射防止フィルタの作用を反射率（Ｒ）対波長曲線の形で示 す。この反射率は、実際３５５ｎｍおよび１０６４ｎｍの波長に対してほぼゼロ である。 屈折率変動を検出するための新規なシステムを含む干渉計システムを上に、Ｉ Ｃ構造物製造用フォトリソグラフィー縮小装置でのその使用方法を参照して、説 明した。しかし、この発明は、集積平面光学構造物、磁区メモリの案内および検 出パターン、磁気ヘッド、または液晶ディスプレーパネルの構造物のような、そ の他の構造物を製造するために使用するフォトリソグラフィー装置にも適用可能 である。この新規な検出システムを含む干渉計システムは、縮小のあるなしに拘 らず、マスクパターンを結像するために、イオン放射、電子放射またはＸ線放射 のような光放射以外の放射線を使うリソグラフィー装置にも適用可能である。像 は、投影像でも近接像でもよい。この発明は、リソグラフィー以外の分野および 一般的に屈折率変動が起るかも知れない媒体を通して非常に正確な測定を行わな ければならない場合にも使うことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リュペルス，ヨハネス，コルネリス，ノル ベルトウス オランダ国，エインドホーフェン，プロ フ．ホルストラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 少なくとも１本の測定軸を有する干渉計システムであって： − 第１波長を有する第１レーザビームおよび第２波長を有する第２レーザビー ムを供給するためのレーザ源； − この第１レーザビームを第１測定ビームと第１基準ビームに分け、この第１ 測定ビームを測定経路に沿って測定ミラーへ案内し、およびこの第１基準ビーム を基準経路に沿って基準ミラーへ案内するための手段； − この測定ミラーが反射したこの第１測定ビームとこの基準ミラーが反射した この第１基準ビームが作る干渉縞によってこの測定ミラーの変位を検出するため の第１検出手段； − この第１測定ビームが伝播する媒体の中の外乱をこの測定ミラーが反射した この第１測定ビームの放射線とこの第２レーザビームによって検出するための第 ２検出手段を含み、 この第２レーザビームの波長が第１レーザビームのそれの３倍のオーダであり、 並びにこの第２検出手段が、この測定ミラーが反射した第２レーザビームの放射 線とこの第１測定ビームを使用することを特徴とするシステム。 2. 請求項１で請求する干渉計システムに於いて、この第２レーザビームがテ ストビームを構成し、およびこの測定ミラーが反射したこの第１ビームとこのテ ストビームの間の位相差が上記外乱を示すことを特徴とするシステム。 3. 請求項１で請求する干渉計システムに於いて、この第２レーザビームを、 それぞれ、この第１測定ビームおよび第１基準ビームと同じ測定経路および基準 経路を辿る、それぞれ、第２測定ビームおよび第２基準ビームに分けることを特 徴とするシステム。 4. 請求項１、請求項２または請求項３で請求する干渉計システムに於いて、 このレーザ源が単一の連続レーザおよび波長変換器を含むことを特徴とするシス テム。 5. 請求項４で請求する干渉計システムに於いて、この第２レーザビームが１ ０６４ｎｍの波長を有しおよび第１レーザビームが３５５ｎｍの波長を有するこ とを特徴とするシステム。 6. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５で請求し、レー ザビームを測定ビームと基準ビームに分けるための偏光感応ビームスプリッタで 、連続する層が交互に高屈折率と低屈折率を有する、多層構造の形の光学干渉フ ィルタを含むビームスプリッタを含む干渉計システムに於いて、この干渉フィル タが、この第２波長用四分の一λ素子として適する第１層パケット、およびこの 第１波長用広帯域四分の一λ素子として適する第２層パケットを有することを特 徴とするシステム。 7. 請求項１ないし請求項６の何れか一つで請求し、光学素子の外面に光学干 渉フィルタの形の反射防止構造物を備える干渉計システムに於いて、この干渉フ ィルタが高屈折率と低屈折率の交互する４層を含み、この第３層がこの第１層と 同じ屈折率および第１層の厚さの半分に等しい厚さを有し、並びにこの第４層が この第２層と同じ屈折率および第２層の厚さの半分に等しい厚さを有することを 特徴とするシステム。 8. 請求項１ないし請求項７の何れか一つで請求し、３本の測定軸を有する干 渉計システムに於いて、３倍異なる波長を有する２本のレーザビーム並びに別々 の第１および第２検出手段を各測定軸に対して利用できることを特徴とするシス テム。 9. 請求項１ないし請求項７の何れか一つで請求し、少なくとも５本の測定軸 を有する干渉計システムに於いて、３倍異なる波長を有する２本のレーザビーム 並びに別々の第１および第２検出手段を各測定軸に対して利用できることを特徴 とするシステム。 10．基板上にマスクパターンを繰返し結像するためのリソグラフィー投影装置 で、投影ビームを供給するための照明ユニット、マスクホルダを備えるマスクテ ーブル、基板ホルダを備える基板テーブル、この投影ビームの経路に配置された 投影系、並びにこの基板の位置および方向を測定するための光学測定システムを 含む装置に於いて、この測定システムが請求項１ないし請求項９の何れか一つで 請求する干渉計システムであることを特徴とする装置。 11．請求項１０で請求し、このマスクパターンを各基板フィールド上に走査に よって結像し、このマスクの位置を測定するために測定システムが存在するリソ グラフィー投影装置に於いて、上記測定システムが請求項１ないし請求項９の何 れか一つで請求する干渉計システムであることを特徴とする装置。 12．請求項１０で請求し、この基板用測定システムとマスク用のそれを微分干渉 計システムに統合したリソグラフィー投影装置に於いて、３倍異なる波長を有す る２本のレーザビーム並びに別々の第１および第２検出手段をこの微分干渉計シ ステムの各測定軸に対して利用できることを特徴とする装置。