JP2002508079A - 干渉測定のために制御されるステージの２つの部材から成るミラー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 干渉法による例えばフォトリソグラフィ装置のステージのＸ座標およびＹ座標の検出に対して３つのミラーが２つの独立した固定ボディのコンフィグレーションで設けられている。２つの細長い主ミラーＭ１、Ｍ２は対象物の軸線に対して垂直に配置されており、第３の較正ミラーＭ３は細長いミラーのうち一方の端部面に対して直角に製造または固定されている。較正ミラーＭ３とこのミラーが所属するミラーとの間の直交エラーは較正され、他のミラーとの平行関係の偏差が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】 干渉測定のために制御されるステージの２つの部材から成るミラー装置 関連する出願へのクロスリファレンス 本出願に対して１９９７年７月８日付の米国国内の特許出願第６０／０５２７ ８９号明細書の優先権を主張する。 発明の背景 本発明の技術分野 本発明は可動ステージおよび他の精密位置決め機構に関する。本発明は特に、 ステージの位置が干渉測定装置によって定められる改善されたミラー装置に関す る。 従来技術の説明 干渉測定装置を使用した可動の機械的ステージのＸＹ軸線における位置の決定 および制御は例えば高分解能のマイクロリソグラフィの適用分野で周知である。 図１には平面図でＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なステージ１０が示されて いる（Ｘ軸およびＹ軸は構造的な素子としてではなく、単に配向を示す目的で図 示されている）。ステージ１０は従来はＹ軸およびＸ軸の両方に沿って駆動され る。典型的にはこれはリニアモータによって行われ、このリニアモータの第１の 設定によりＸ方向の運動が定められ、第２の設定によりＹ方向の運動が定められ る。例えばリニアモータによって給電されるステージはＹ方向で前後に機械的な 案内梁上を運動され、一方ではリニアモータによって給電されてＸ方向で案内レ ールに沿って運動される。これにより所望の独立した２方向での運動が行われる 。 このようなステージ１０は例えば集積回路のウェハを支承しており、このウェ ハをリソグラフィのために精密に位置決めできる。同様の装置は他のフォトリソ グラフィの適用分野においても使用され、例えば積層体上に導電性のパターンが 画定され、この積層体が大きなプリント回路板の基板となる。この場合にはステ ージ１０に配置されて（図示しない）チャックまたは他の保持機構装置が基板（ 作業部材）を保持するために存在している。従来のようにステージ上に存在する 他の要素は基準マークとチャックを回転運動ないし昇降運動させる機構とを含む 。これらの他の要素は図示されていない。 フォトリソグラフィ装置の残りの要素も図示されていないことを理解されたい 。これらの素子には光学系が含まれており、描画のためにステージ１０上に配置 された作業部材に入射する光ビームを発生する。この光学系は典型的には図の平 面の上に配置されている。またステージ１０は典型的には（図示しない）大きな 平坦な表面上を運動し、空気軸受および／または機械的な玉軸受ないしころ軸受 によって支承されている。 本発明が目的としている干渉測定装置は従来技術によれば１つの部材から成る 大きな三角形（または長方形またはＬ字形）のミラー１２を有しており、このミ ラーは２つの反射面Ｍ１、Ｍ２を有している。１つの部材から成る大きな三角形 または長方形のミラー１２は、図示のように反射面Ｍ１と反射面Ｍ２との間に９ ０°の角度が形成されるように注意深く作成されている。典型的には干渉測定用 のレーザービームは可視の波長のスペクトルであり、したがって反射面Ｍ１、Ｍ ２は可視のスペクトルで反射性を有するが、これに限定されないことを理解すべ きである。 この例では、いわゆるＸ方向の面Ｍ１へ入射する２つのレーザービーム１６、 １８が存在する。別の例では唯一のレーザービームが面Ｍ１へ入射する。２つの ビームを使用することによりリニアな位置データだけでなく角度による反射面の 回転データも得られる。これらのビーム１６、１８は干渉測定マウント１４から 供給される。典型的には各ビーム１６、１８を発生する個々のレーザが構成され るのではなく、これに代えて１つのレーザにビームスプリッタを接続して複数の ビームが発生されるように構成される。各ビーム１６、１８に対して相応の反射 ビームがミラーＭ１から干渉測定マウント１４へ向かって戻ることを指摘してお く。 また干渉測定マウント１４には光学系および高速光検出器がミラー面Ｍ１から 反射されて戻ってくるビームを受信するのに適するように含まれている。この受 信光学系は従来のように送信された干渉測定用のレーザービームと受信された（ 反射）ビームとの間の干渉測定信号を発生し、これにより運動と反射面Ｍ１のＸ 方向における相対位置とが生じた干渉測定信号の電子的な分析によって求められ 、所属のステージ１０および作業部材の位置が求められる。 同様のプロセスがＹ方向のレーザービーム２６、２８を用いたＹ方向でのステ ージ位置の検出に対しても行われる。この場合のビームは反射面Ｍ２に入射する ビームと、反射されてＹ方向で干渉測定マウント１４の受信光学系へ戻ってくる ビームである。 高い精度を維持するために、２つの反射面Ｍ１、Ｍ３の直交性をほぼ完璧にし なければならない。これは従来は１つの部材から成るソリッドの三角形または長 方形またはＬ字型のミラー構造体１２を使用して行われてきた。 この装置は典型的なウェハサイズが直径20.32cm（８inch）であり、ステージ １０のそれぞれの側辺の長さすなわちミラーの長さが30.48cm（12inch）である 集積回路製造の適用分野に対しては充分に機能する。ただし本発明の発明者は、 ステージ１０がかなり大きい 基板を支承していてステージのサイズがスケールアップされている適用分野では 、１つの部材から成るミラー１２がきわめて大きくなり、重く高価になってしま うことを発見した。このようなミラー面を製造する際のコストは（ごく粗く云え ば）ミラーの長さの３乗で増加する。またもちろんミラーが重くなればなるほど ステージが支承しなければならない重量も増加し、より能力の高いモータがステ ージを駆動するために必要となる。取り除かなければならない余分な熱も発生し 、位置決め装置の精度も材料の熱膨張に起因して低下する。したがって図１のタ イプのミラー１２は大きな基板、例えばプリント配線板またはフラットパネルデ ィスプレイの製造で使用されるタイプの76.2cm（30inch）以上の長さの基板に対 しては実用的ではない。１つの部材から成るミラー１２を作成し、図１に示され ているようにステージに152.4cm（60inch）以上の長さの基板を支承することは 許容不能に高価になる。このサイズは近い将来フラットパネルディスプレイに対 して頻繁に使用されるようになるはずである。したがって低コストおよび軽量で しかも干渉測定に必要な精度が得られる干渉測定用ミラーのコンフィグレーショ ンへの要求が存在する。 概要 本発明の発明者は２つの部材から成るミラーをレーザー干渉測定法のために使 用してステージを位置決め するのが望ましいと判断した。ここで一方の反射面はそれぞれ個々の部材上に配 置されている。このような“スティック”ミラー部材は比較的軽量で製造コスト が低い。本発明の発明者は、問題はいかに正確に２つの別個の分離ミラーの直交 性を検出して適切な較正および補正を行うかということであることに気付いた。 これはダイナミックに行わなければならない。すなわち２つの分離ミラーは時間 が経過するにつれて独立に相対位置および配向の点で異なる熱的状態等の影響を 受けて僅かに“ドリフト”することがある。このため本発明によれば２つのミラ ーの相対角度の検出を更新する手段が設けられている。 本発明の発明者は第３の反射面を使用してこれを行う方法および装置を発明し た。この反射面は２つのスティックミラーの一方の端部に配置されており、較正 （基準）ミラーとなっている。この第３の反射面は他の反射面に対してほぼ平行 であり、スティックミラーの主反射面に対してほぼ直交している。スティックミ ラー上に第３の反射面が配置されており、これにより２つのスティックミラー間 の角度αが求められ、そこから正確なステージの位置決めのための適切な補正量 が得られる。第３の反射面は例えば適切なスティックミラーの端部の研磨された 表面であるか、または関連のスティックミラーに例えば接着ボンディングまたは 機械的な固定により取り付けられた別個のミラーであ る。したがって第３の（較正）反射面とこの反射面の取り付けられたスティック ミラーとの間の角度関係は固定かつ熱的に安定であり、９０−αの直交エラーを 較正して一度に記録することができる。較正反射面はこれが取り付けられていな い他方のスティックミラーに対する基準部材であり、いずれの時点においても２ つのスティックミラーの反射面の間の正確な関係が定められ、これによりステー ジの位置決めが正確に行われる。 干渉測定法の本発明による使用はレーザー干渉測定に限定されない。さらにこ こで“ステージ”と云う場合全ての可動の対象物の位置を指し、これを干渉測定 法により求めることができ、リソグラフィ装置のステージに限定されない。 図面の簡単な説明 図１には、従来技術によるステージの干渉測定装置が示されている。 図２には２つの固定部材としての３つのミラーを用いた本発明の干渉測定装置 が示されている。 図３のＡ、Ｂには概略的に基準反射面（較正反射面）と、一方のスティックミ ラーから成る関連の反射面との間の角度関係を求めるプロセスが示されている。 詳細な説明 図２には概略的に本発明によるミラー装置が示されている。図１と同一の素子 には同一の参照番号が付さ れている。この実施例では２つのレーザービーム例えばビーム１６、２６だけが 表面Ｍ１、Ｍ２へ入射することが示されているが、図１のように主反射面Ｍ１、 Ｍ２に入射する他のビームがあってもよい。反射面Ｍ１、Ｍ２はそれぞれ細長い ミラー（スティックミラー）４０、４２上に配置されており、これらは個別の光 学素子として独立に製造されるので、比較的低コストで軽量である。図からわか るように、図１の三角形のミラー１２のバルク材料はここでは示されていない。 これにより大幅にミラー装置の重量が低減される。 図２の装置では第３の反射面Ｍ３がミラー４０の端部に配置されている。１つ の実施例では面Ｍ３は唯一のガラス構造体４０の端部上の研磨面である。別の実 施例ではここで示されているように第３の反射面Ｍ３は個別のミラー構造体４８ の研磨面であり、ミラー４０の端部に例えば接着ボンディングまたは固定の機械 的取付台により固定に取り付けられている。重要な点は反射面Ｍ３がどのように ミラー構造体４０に取り付けられているかではなく、ミラー構造体に対して固定 の関係で保持されているということである。このため他の実施例では反射面Ｍ３ は実際にはミラー４０に取り付けられた光学素子ではなく、適切な固定の機械的 取付台によって保持されている。反射面Ｍ３を固定に取り付けるか、またはミラ ー構造体４０の実際の積分面にすると有効である。一方のレーザービーム２６は Ｙ方向のマウント２４からステージ１０のこの位置へ放射され、第３の反射面Ｍ ３に入射する。このビーム２６は表面Ｍ３からマウント２４へ反射されて戻り、 内部の適切な受信光学系によって受信される。他方のレーザービーム２８はミラ ーＭ２から反射される。 したがってこの装置では３つの反射面、すなわち相互に角度α（例えば９０° ）を有する２つの細長い表面Ｍ１、Ｍ２と第３の較正面Ｍ３とが存在している。 較正反射面Ｍ３の角度と長いミラー構造体４０の反射面Ｍ１との間の関係は充 分に規定され不変である。これらの２つのミラーの直交エラー（９０°からの偏 差）は９０°−βであり、これは一度定められると干渉測定装置の制御装置のソ フトウェアに記録される。これにより較正面Ｍ３は実際には第２の細長い反射面 Ｍ２に対する基準ミラーとなる。 １ビームのレーザー干渉測定装置または２ビームのレーザー干渉測定装置が反 射面への入射に使用される。ただし本発明によれば２ビームのレーザー干渉測定 装置が図示のように使用され、この装置は反射面Ｍ３、Ｍ２へ入射する２つのビ ーム２６、２８を有する。通常の干渉測定動作中（図示しない）２つのビーム２ ６、２８は反射面Ｍ２へ入射し、面Ｍ２の角度におけるドリフトが監視される。 干渉測定装置に対する較正プロセス中ビーム２８、２６はそれぞれ反射面Ｍ２、 Ｍ３へ入射する。これは可動ステージ１０によって適 切に図示の較正位置へ行われる。このことは後に説明する。ビーム２６、２８を 含む２つのビームのレーザー干渉測定装置からの出力信号は角度検出回路へ伝送 され、この角度検出回路は従来からの市販で入手可能なものでよく、面Ｍ３と面 Ｍ２との間の角度を正確に測定する。 このことは図３のＡ、Ｂに示されており、ここでは図２の反射面Ｍ２、Ｍ３の 間の角度関係が示され、図２の残りの構造は省略されている。図３のＡ、Ｂでは 正規的に平行な面Ｍ２、Ｍ３の間のずれおよび角度が大幅に強調されている。図 ３のＡに示されているように、ステージ１０の第１の位置ではビーム２６、２８ はそれぞれ面Ｍ３、Ｍ２へ入射する。この位置で２つのビームレーザー干渉測定 装置２４、２６、２８が監視している有効面は点線Ｍ₂₃で示されており、この面 は干渉測定装置に対して角度θ₁で配向されている。角度θ₁はレーザービーム２ ６、２８のフットプリントの間のずれとビーム２６、２８間の分離状態とによっ て定められていることを指摘しておく。面Ｍ２、Ｍ３がほぼ平行でコプレーナで ある場合には、角度θ₁はゼロに近づく。ステージは左方へ（ｘ方向に沿って） 並進運動され、ビーム２６、２８は相応にステージ１０が並進運動された後の同 じビームを表す位置２８’、２６’へ移動すし、同様に面Ｍ３、Ｍ２の異なる部 分へ入射する。これにより角度θ₂での有効面Ｍ ’₂₃が定められる。この場合面Ｍ３は面Ｍ２に対して平行であり、図示のように 角度θ₁は角度θ₂に等しい。このようにレーザービーム２６、２８は反射面Ｍ２ 、Ｍ３の角度回転を検出せず、このことは反射面Ｍ２が反射面Ｍ３に対して平行 であり、角度αが角度βに等しいことを表す。 他の状況、すなわち面Ｍ２がもはや面Ｍ３に平行でない場合が図３のＢに示さ れている。この場合ステージの並進運動前の角度φ₁とステージの並進運動後の 角度φ₂とは面Ｍ２とＭ３との間の非平行関係に起因して異なっている。この角 度差はただちに、ステージ１０の２つの位置におけるビーム２８、２６によって 測定されたＹ方向に沿った伝搬距離の比較によって確認される。この場合面Ｍ１ が面Ｍ２との直交関係からどれだけ外れたかを求めることができる。なぜなら面 Ｍ３とＭ１との間の角度が正確に既知であるからである。これにより図２の角度 αが決定され、ｘ方向およびｙ方向の両方に対してステージ１０の位置の干渉測 定の正確な補正を行うことができる。 実際には反射面Ｍ２およびＭ３はほぼ平行であってきわめて僅かな角度誤差（ １０arcsのオーダ）しか有さず、レーザービーム２６、２８は面Ｍ２、Ｍ３に対 して数分の範囲でほぼ垂直である。ミラー面の間の角度γは γ＝（ｔａｎφ₁−ｔａｎφ₂）Ｓ／Ｘ≒（φ₁−φ₂ ）ｓ／ｘ で計算できる。ここでＳはレーザービーム２６、２８の間の分離状態であり、Ｘ はビームが位置２６、２６’間または２８、２８’間を伝搬する距離であり、（ φ₁−φ₂）はレーザー干渉測定装置によってステージが距離Ｘを移動する間に測 定された角度回転である。干渉測定装置は角度（φ₁−φ₂）のみをφ₁またはφ₂ を測定せずに測定することに注意されたい。 選択的な測定手段はレーザー干渉測定ビーム２６、２８を２つの独立したリニ アな位置センサとしてＹ方向に沿って操作する。角度は単純に （ｄ１−ｄ２）／Ｘ となり、ここでｄ１、ｄ２はレーザービーム２６、２８それぞれによるＹ方向に 沿った伝搬距離の測定値である。 実際の計算は典型的にはコンピュータコードによって行われ、このコードはマ イクロプロセッサまたはマイクロコントローラによって実行されるコンピュータ プログラムの一部である。このマイクロプロセッサはステージ１０の実際の運動 を制御し、従来技術では装置の一部である。この種のマイクロプロセッサまたは マイクロコントローラは干渉測定装置に相互接続されており、ステージの位置が 干渉測定装置によって求められるとステージ１０の運動に対してフィードバック 制御される。これにより上述の計算は従来の干渉測定 用の制御プログラムの付加的な部分である。このプログラムを実行する実際のコ ンピュータコードはここでは示されていないが、この種のコードの書き込みは当 業技術者にとっては本明細書を参照すれば明らかであろう。 反射面の実際の寸法はここでは重要ではないが、もちろん一般にはステージ１ ０の実際のサイズとＸ方向およびＹ方向での移動（運動）距離の全体量とに依存 している。基準反射面Ｍ３に必要な幅はできる限り長い移動距離Ｘを可能にする 幅であり、これにより所定の精度で（φ₁−φ₂）を求める際に充分な精度が得ら れる。反射面Ｍ３は光学的に平坦であり、例えば主反射面Ｍ１、Ｍ２と同じ平坦 さ基準を有する。本発明によればミラー構造体４０、４２の間の角度αは正確に ９０°である必要はなく、できる限り９０°に近接していればここでの反射面Ｍ ３を用いた正規性の補正は僅かな偏差に対して適切に適合される。これによりミ ラー装置の製造を大幅に簡単化して行うことができる。なぜなら光学的にミラー 構造体４０、４２の配置の点できわめて正確にアラインする必要がないからであ る。 基準面Ｍ３を用いた再較正はステージ１０を部分として有するリソグラフィ装 置の動作中周期的に行われ、反射面Ｍ３、Ｍ２の間の角度が検出される。例えば これは数分または数時間ごとに行われ、ミラー構造体 ４０、４２の相対位置において例えば熱影響により発生するドリフトが補償され る。 本明細書は例示的なものであり、これに限定されない。別の修正形態も当業技 術者が本明細書を参照すれば添付された請求の範囲内で可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＣＮ，Ｉ Ｌ，ＪＰ，ＫＲ，ＭＸ，ＲＵ，ＳＧ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 第１の方向および第２の方向に移動可能なステージと、 該ステージ上の第１の反射面と、 前記ステージ上の第２の反射面と、 第３の反射面とを有しており、 前記第１の反射面は少なくとも１つの入射する干渉測定ビームを反射するよう に配向されており、該ビームは第１の方向に延在する軸線を有しており、 前記第２の反射面は少なくとも１つの入射する干渉測定ビームを反射するよう に配向されており、該ビームは第２の方向に延在する軸線を有しており、 前記第３の反射面は第１の反射面に対して固定の関係を有し、かつ第２の反射 面から間隔を置いて配置されており、また前記第３の反射面は第２の方向に延在 する軸線を有する干渉測定ビームを反射するように配向されている、 ことを特徴とするステージアセンブリ。 ２． 前記第１の反射面は第２の方向に延在する細長いミラーであり、前記第 ３の反射面は細長いミラーの端部の研磨された反射面である、請求項１記載のス テージアセンブリ。 ３． 前記第１の反射面は第２の方向に延在する細長いミラーであり、前記第 ３の反射面は前記細長いミ ラーの端部面に接着的にボンディングされたミラーである、請求項１記載のステ ージアセンブリ。 ４． それぞれ第１の反射面および第２の反射面は相応する第１の細長いミラ ーおよび第２の細長いミラーの表面であり、該第１の細長いミラーおよび第２の 細長いミラーは間隔を置いて配置されている、請求項１記載のステージアセンブ リ。 ５． 前記第３の反射面は第１の反射面に対して９０°をなしている、請求項 １記載のステージアセンブリ。 ６． さらに第１の反射面と第２の反射面との間の角度を第３の反射面へ入射 する干渉測定ビームから求める手段を有する、請求項１記載のステージアセンブ リ。 ７． 相互に所定の角度をなしているステージ上の第１の反射面および第２の 反射面から反射されたそれぞれ第１の干渉測定信号および第２の干渉測定信号を 検出し、 前記第１の反射面に対して固定の関係に保持されているステージ上の第３の反 射面から反射された第３の干渉測定信号を検出し、 該第３の干渉測定信号から第１の反射面と第２の反射面との間の角度を求める 、 ことを特徴とする２つの方向に移動可能なステージの位置を求める方法。