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
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Info
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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。
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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)
- 【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。
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