JP2003035509A - 干渉計システム - Google Patents

干渉計システム

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JP2003035509A
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Fuyuhiko Inoue
冬彦 井上
David Stumbo
スタンボ デビット
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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    • G03F7/70775—Position control, e.g. interferometers or encoders for determining the stage position

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【解決課題】 可動部材の位置を干渉計測により行う
際、干渉計を構成する光学部材を支持する支持ブロック
が位置ズレを起こすと、干渉計により測定された位置に
誤差が生じる。これにより正確な位置測定が出来なくな
る。 【解決手段】 支持ブロックの位置ズレを測定する干渉
計測システムを取り付けて位置ズレを測定し、可動部材
の位置誤差を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は移動（可動）部材の
位置測定のための干渉計測システムに関するものであ
り、特には干渉計測精度を向上させる干渉計測システム
及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザー干渉計は２つの物体間の相互位
置関係を正確に測定するために用いられており、例えば
半導体素子を製造する投影露光システム等に用いられて
いる。そこでは、レーザー干渉計によりウェハステージ
やマスクステージの座標が高精度に測定され、投影系に
対して高精度にウェハやマスクがアライメントされる。
このレーザー干渉計測システムの従来技術を図１に示
す。投影レンズＰＬには静止参照鏡Ｒが取り付けられて
おり、干渉計測システムはこの参照鏡に対して相対的に
移動するステージＳに取り付けられた測定鏡Ｍｘ、Ｍｙ
の位置の変化を測定するものである。レーザー光源は光
ビームＢを発し、そのうちの一部は参照鏡Ｒにより反射
され、他は測定鏡Ｍｘ（図１）により反射される。２つ
の反射鏡Ｍｘ、Ｒから反射された光は合成されてセンサ
ーＳＲに取り込まれる。もし測定鏡Ｍｘが参照鏡Ｒに対
して移動したとすると、合成されたビーム強度は周期的
に増減を繰り返す。これは２つの光路を通った反射光が
強め合う干渉と弱め合う干渉を交互に繰り返すからであ
る。この強め合ったり弱め合ったりする干渉は２つのビ
ームの位相が合ったり、逆位相を取るからであり、測定
鏡が半波長だけ移動する毎に全光路長は１波長分変化し
て強度変化の１周期となる。周期の変化数により測定鏡
の移動した量を波長のその変化数で求められる。従っ
て、明暗の光強度の変化数を計数することにより反射鏡
の位置の変化を波長の変化数倍として求められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】集積回路の製造者は集
積度をより高く、回路の線幅サイズを小さくしようとし
ているので、干渉計には更に高い測定精度が求められて
いる。干渉計による位置制御精度は技術の進歩によって
改善されてきた。この進歩はレーザーや光センサー等の
色々な光部品の設計の進展によるものである。しかしな
がら、周囲の外乱によって干渉計の光学部品に位置ズレ
が生じ、これによる光路長変化のために干渉計の性能が
制限されている。熱的な影響を受けて、例えばビームス
プリッターＢＳが傾いたり、回転したりすると、参照鏡
Ｒとビームスプリッター間の距離が変化する。（図
１）。ビームスプリッターがこのように動くとステージ
の位置測定の誤差となり、結果としてウェハ上の回路パ
ターンの重ね合わせに不具合が生じる。
【０００４】本発明は上記のような問題点を解決するた
めのもので、干渉計の部品に位置ズレが生じても正確な
計測が出来る干渉計を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第１の手段は、干渉計測システムであって、測定鏡を
有する可動部材、参照鏡を有する静止部材、光ビームを
供給するビーム源、第１、第２のビームスプリッタを有
する光学支持ブロックを有し、第１のビームスプリッタ
が該エネルギービームを第１のビームペアに変換し、第
１のぺアの一方のビームを参照光路に沿って参照鏡に向
かわせ、第１のペアの他の一方を測定光路に沿って測定
鏡に向かわせ、それによって第１、第２のビームの間で
測定干渉パターンを形成して該可動部材の位置を測定
し、第２のビームスプリッタは第２のビームペアを形成
し、該第２ビームのペアを支持ブロック測定光路に沿っ
て参照鏡に向かわせ、第２のビームペア間で補正干渉パ
ターンを形成して、光学支持ブロックのズレによって生
じる可動部材の測定位置誤差を決定することを特徴とす
る干渉計測システムである。光学ブロックのズレが可動
部材の測定位置に誤差を与えるが、その光学ブロックの
ズレを測定することによりズレによる誤差を補正でき、
高精度に位置測定が可能になる。
【０００６】第２の手段は、第１の手段を実施する際
に、前記参照光路に配置された第１の1/4波長板、前記
測定光路に配置された第２の1/4波長板、該参照光路と
該測定光路が通り抜けるアナライザ、を更に儲け、前記
第１のビームスプリッタが偏光ビームスプリッタであ
り、前記第１のビームペアは第１の偏光ビームペアであ
る、ことを特徴とする干渉計測システムである。偏光光
を用いると干渉の検出が容易になる。これを実現するた
めに、偏光ビームスプリッタと1/4波長板を設けてい
る。
【０００７】第３の手段は、第１の手段を実施する際
に、前記第１のビームスプリッタは中心軸に沿って前記
測定鏡と光学的にアライメントされて前記ビーム源と該
測定鏡の間に配置されている、ことを特徴とする干渉計
測システムである。計測を高精度に行うためにビームス
プリッタと測定鏡のアライメントがなされている。
【０００８】第４の手段は、第１の手段を実施する際
に、前記参照光路中で、前記第１のビームスプリッタと
前記参照鏡の間に配置された直角反射鏡により第１のビ
ームペアの一方を該参照鏡に向かわせる、ことを特徴と
する干渉計測システムである。ビームスプリッタを通過
したを参照鏡に向けるために直角反射鏡を使用すること
により簡単で、正確な干渉測定が可能になる。
【０００９】第５の手段は、第野手段を実施する際に、
前記光源がレーザである、ことを特徴とする干渉計測シ
ステムである。レーザを光源に用いることにより、干渉
現況の観察が容易に、高精度に行える。
【００１０】第６の手段は、第１の手段を実施する際
に、前記測定干渉パターンを受光する第１のセンサ、前
記補正干渉パアーンを受光する第２のセンサを更に有す
ることを特徴とする干渉計測システムである。測定干渉
パターンの観察と補正干渉パターンの観察を別々のセン
サで行うことにより高精度な検出が可能になる。
【００１１】第７の手段は、第１のい手段を実施する際
に前記測定干渉パターンと補正干渉パターンより前記可
動部材の補正された位置を計算する制御系をさらに有す
ることを特徴とする干渉計測システムである。
【００１２】可動部材の測定位置に誤差が含まれる場合
に位置を補正する制御系は有用である。第８の手段は、
第１の手段を実施する際に、第２の光ビームを提供する
第２の光源、該第２の光ビームを第２のビームペアに変
換する第２のビームスプリッタを更に有することを特徴
とする干渉計測システムである。位置測定用の光源と光
学部材のズレの検出用の光源を別々のものにすることに
よりそれぞれの光強度が高くなり、高感度な検出が可能
になる。
【００１３】第９の手段は、第１の手段を実施する際
に、２つの直角反射鏡を更に有し、その一方の直角反射
鏡は前記第２のビームペアの一方を参照鏡に向かわせ、
他の一方の直角反射鏡は前記第１のビームペアの一方を
参照鏡に向かわせることを特徴とする干渉計測システム
である。参照鏡への光路ズレを観察するために参照鏡に
向かって２本のビームを向かわせるための２つの直角鏡
は有効である。
【００１４】第１０の手段は、第１の手段を実施する際
に、前記光源の下流に配置された第３のビームスプリッ
タを更に有し、前記光ビームを分割して第１のビームス
プリッタと第２のビームビームスプリッタに向けること
を特徴とする干渉計測システムである。この手段によ
り、位置測定用の光源とズレ測定用の光源を同一の光源
にて行うことができる。
【００１５】第１１の手段は、第１０の手段を実施する
際に、前記参照光路中に置かれた第１の直角反射鏡と前
記ブロック測定光路中に置かれた第２の直角反射鏡を更
に有することを特徴とする干渉計測システムである。こ
の手段により、参照鏡、測定鏡にそれぞれビームを向か
わせ、それぞれの反射鏡で反射されたビームをもとの光
路を戻すことが出来る。
【００１６】第１２の手段は、第１０の手段を実施する
際に、前記光源は前記第３のビームスプリッタとアライ
メントされていることを特徴とする干渉計測システムで
ある。この手段により、正確な干渉計測が可能になる。
【００１７】第１３の手段は、第１０の手段を実施する
際に、３つの干渉計を前記参照光路と前記支持ブロック
測定光路内に有し、干渉計の各々は参照鏡とセンサを有
することを特徴とする干渉計測システムである。この手
段により、それぞれの距離を独立に測定が出来、より高
精度な測定が可能になる。
【００１８】第１４の手段は、第１の手段を実施する際
に、前記可動部材がウェハステージであり、前記静止部
材は投影レンズであることを特徴とする干渉計測システ
ムである。ウェハの位置制御は半導体露光装置において
特に重要な点である。
【００１９】第１５の手段は、静止部材に対する可動部
材の位置を干渉測定システムで測定し、システム内で静
止部材に対する光学部材の位置ズレを補正する方法であ
って、該可動部材には測定反射鏡を配し、該静止部材に
は参照鏡を配し、測定鏡が配置された測定光路を通った
測定光ビームと参照鏡が配置された参照光路を通った参
照光ビームとの間の測定干渉パターンを受光して該静止
部材に対する該可動部材の位置を測定し、、参照鏡が配
置された光学部材測定光路を通った２本の補正光ビーム
間の補正干渉パターンを受光して該静止部材に対する該
光学部材の位置を測定し、測定された該光学部材の位置
を基にして該移動部材の測定された位置を補正すること
を特徴とする位置測定及び補正方法である。先の第１の
手段と同じように、可動部材の正確な位置が得られる位
置測定及び補正方法である。
【００２０】第１６の手段は、第１５の手段を実施する
際に、前記可動部材の位置補正方法は前記補正干渉パタ
ーンに基いて前記光学部材の回転角を計算することと特
徴とする位置測定及び補正方法である。
【００２１】第１７の手段は、第１６の手段を実施する
際に、補正干渉パターンを受光する際、光源より出た該
補正光ビームに平行な中心軸に対しての前記光学部材の
回転を測定することを特徴とする位置測定及び補正方法
である。
【００２２】第１８の手段は、第１６の手段を実施する
際に、補正干渉パターンを受光する際、光源より出た該
補正光ビームに平行な中心軸に垂直な軸に対しての前記
光学部材の回転を測定することを特徴とする位置測定及
び補正方法である。こと手段を用いることにより、光学
部材のズレを光軸に対する傾き、光軸に垂直な方向の軸
に対する傾きにより表現出来る。
【００２３】第１９の手段は、第１５の手段を実施する
際に、補正干渉パターンを受光する際、光源より出た光
ビームの射出角を測定することを特徴とする位置測定及
び補正方法である。光学部材のズレと同様に光源のズレ
も重要な誤差要因となる。この手段によりそのような誤
差も補正される。
【００２４】第２０の手段は、露光装置であって、測定
鏡を有する可動部材、参照鏡を有する静止部材、光ビー
ムを供給するビーム源、第１、第２のビームスプリッタ
を有する光学支持ブロック、第１のビームスプリッタで
あって、該エネルギービームを第１のビームペアに変換
し、第１のぺアの一方のビームを参照光路に沿って参照
鏡に向かわせ、第１のペアの他の一方を測定光路に沿っ
て測定鏡に向かわせ、該可動部材の位置を測定するため
に第１、第２のビームの間で測定干渉パターンを形成す
る第１のビームスプリッタ、第２のビームスプリッタで
あって、第２のビームペアを形成し、該第２ビームのペ
アを支持ブロック測定光路に沿って参照鏡に向かわせ、
光学支持ブロックのズレによって生じる可動部材の測定
位置誤差を決定するために第２のビームペア間で補正干
渉パターンを形成する第２のビームスプリッタを有する
ことを特徴とする露光装置である。露光装置においては
より高精度な位置測定精度が求められ、本手段による露
光装置はそのような要求を満足する。
【００２５】
【実施の形態】先ず発明の要点を記す。本発明の干渉計
には移動部材、静止部材、光ビームを発する光源、光学
支持ブロックがある。移動部材には測定用の測定鏡（反
射）鏡が取り付けられており、静止部材には参照鏡が取
り付けられ、光学支持ブロックには第１、第２のビーム
スプリッタが取り付けられている。第１のビームスプリ
ッタは光ビームを偏光した第１のビームペアに変換し、
第１のビームペアの一方を参照光路を通って参照鏡に向
かわせ、第１のビームペアの他方を測定光路を通って測
定鏡に向かわせる。この第１のビームペアを干渉させて
干渉パターンを得て移動部材の位置を決める。第２のビ
ームスプリッターは光ビームを偏光した第２のビームペ
アに変換し、この第２のビームペアを支持ブロック光路
に沿って参照鏡に向かわせる。この第２のビームペアは
そのビームペア間で補正用干渉パターンを形成し、この
干渉パターンが光学支持ブロックの変位（ズレ）に伴う
移動部材の位置測定の誤差を決めるために用いられる。
【００２６】ビームスプリッターは測定鏡と光学的にア
ライメントがなされ、光源と測定鏡の間に配置される。
さらに別のビームスプリッターと直角反射鏡がシステム
に組み込まれてそれぞれの光路に光を導く。
【００２７】本発明の方法は静止部材の対する移動部材
の位置を干渉計測システムを用いて測定し、システム内
で静止部材に対して生じた光学部材の位置ズレを補正す
るためのものである。移動部材には測定鏡が取り付けら
れており、静止部材には参照鏡が取り付けられている。
本発明の方法では測定鏡を含む測定光路を通った測定光
と参照鏡を含む参照光路を通った参照光とにより生じる
干渉パターンを観測して静止部材に対する移動部材の位
置を決定する。さらにその際、光学部品を通った２つの
補正用光ビーム間の補正用干渉パターンを観測して静止
部材に対する光学部品のズレを決定する。これにより光
学部品のズレが補正されて移動部材の位置が正しく得ら
れる。
【００２８】以下において更に詳細に発明を説明する。
干渉計は例えば図１に示されたシステムにおいて従来よ
り使用されており、測定対象物（例えばステージＳ）の
変化を正確に測定している。その際、測定光路ＭＤと参
照光路ＲＰの各々に沿って伝搬した光の干渉を使ってい
る。１チップ一括露光方式やスキャン方式の露光装置中
で高精度なアライメント駆動が求められるウェハステー
ジやマスクステージのアライメント測定システムとして
干渉計が使用されている。干渉計の使用は露光装置に限
られているわけではない。干渉計は色々な高精度装置に
おいて２つの部材の相対的な位置ズレを高精度に測定す
るためにも使用されている。
【００２９】測定鏡（反射体）ＭがステージＳに取り付
けられ、測定光路ＭＰを測定するためにステージと共に
移動する。また、参照鏡（反射体）ＲがレンズＰＬ又は
他の静止部材に取り付けられて参照光路ＲＰを形成して
いる。測定鏡Ｍｘはｙ方向に平行に取り付けられ、測定
鏡Ｍｙはｘ方向に平行に取り付けられている。測定鏡Ｍ
ｘはｘ軸に沿ったステージの変位を測定するものであ
り、測定鏡Ｍｙはｙ軸に沿ったステージの変位を測定す
るものである。
【００３０】図１に示されているように、干渉計測シス
テムのビームスプリッターＢＳは支持ブロックＳＢ上で
他の光学部材と共に取り付けられている。支持ブロック
ＳＢは熱的な外乱、振動、その他の環境要因によって傾
いたり、回転したりすることがある。この結果、ビーム
スプリッタが位置ズレを起こし、ビームスプリッタの反
射面の回転のためにステージ位置の測定に誤差を生じ
る。また、支持ブロックＳＢと光学部品の位置ズレのた
めにステージ位置の測定に誤差が生じることもある。こ
のようなステージ位置の不正確さが半導体ウェハＷ上の
回路の位置合わせのアライメント誤差を引き起こす。以
下に記すように、本発明の干渉計測システムは支持ブロ
ックＳＢの位置ズレを測定し、ステージ位置のこの誤差
を補正することによってウェハ上の回路パターンの位置
の精度を改善するものである。
【００３１】図２を参照する。本発明の干渉計測システ
ム（２０で示されているが）には、ステージＳの位置を
投影レンズＰＬに対して測定する測定干渉計とｘ軸に対
しての光学支持ブロック６０の回転を測定する補正干渉
計がある。測定干渉計には光源２６、ビームスプリッタ
２７、ビームスプリッタ２８、ステージＳに取り付けら
れた測定鏡３０、投影レンズＰＬに取り付けられた参照
鏡３２、第１のセンサ３４、直角反射鏡３６がある。補
正干渉計は差動干渉計であり、第２のセンサ４０、ビー
ムスプリッタ４２、直角反射鏡４４があり、測定干渉計
の光源２６、ビームスプリッタ２７、ビームスプリッタ
２８及び参照鏡３２を使用している。
【００３２】図２は干渉計測システム２０の光源２６
（好ましくはレーザ）、ビームスプリッタ２７、２８、
４２、直角反射鏡３６、４４、センサ３４、４０を示し
ている。ビームスプリッタ２８はビームスプリッタ２７
によって分離された測定干渉計ビーム５２を受け取るよ
うに位置付けされている。ビームスプリッタ４２はビー
ムスプリッタ２７によって分離された補正干渉ビーム５
０を受け取るように位置付けされている。直角反射鏡３
６、４４はビームスプリッタ２８、４２上にそれぞれ置
かれている。
【００３３】干渉計測システムのビームスプリッタ２
７、２８、４２と他の光学部品は、図２に示されている
ように、光学支持ブロック６０上に取り付けられてい
る。支持ブロック６０は好ましくは地面に接続された
り、露光装置の剛体部に接続されている。支持ブロック
６０は静止構造体にしっかりと取り付けられているが、
ブロックはボディの変形、熱的な変動、その他の環境要
因によりズレを生じる。以下に更に記されているよう
に、補正干渉計は支持ブロック６０の位置ズレを測定
し、支持ブロックのズレによるステージ位置の測定誤差
を補正する。
【００３４】ビームスプリッタ２７は通常のビームスプ
リッタで、レーザ２６から入射した光を面２７ａにおい
て出力ビーム５２と５０に分離する。別の方法として
は、ビームスプリッタ２７を省略して第２の光源を用
い、光源２６は例えばビーム５０を供給し、第２の光源
が例えばビーム５２を供給するようにしても良い。同様
な変更が以下の実施例でなされている。
【００３５】ビームスプリッタ２８は偏光面を２８ａに
有する偏光直角プリズムで構成され、偏光面２８ａは図
２に示されているようにプリズムの対角線に配置されて
いる。この点は当業者にはよく知られていることであ
る。偏光面２８ａは入射した測定干渉計ビーム５２を分
離して測定光成分５２ａと参照光成分５２ｂ（ビームの
第１のペア）、入射する補正干渉計ビーム５０を反射す
る。（５０ａと５０ｂ）。
【００３６】ビームスプリッタ２８は測定鏡３０と光学
的にアライメントがなされ、レーザ光源２６と測定鏡の
間に置かれる。ビームスプリッタ２８は測定ビーム５２
ａを測定光路に沿って測定鏡３０に送り出し、参照ビー
ム５２ｂを参照光路に沿って参照鏡３２の送り出し、５
２ａと５２ｂとの間の測定干渉パターンを形成する。測
定干渉ビーム５２中の５２ａはレーザ２６を出る時に直
線偏光になっていてビームスプリッタ２８の偏光面２８
ａを通る時に反射しないようになされている。ビーム５
２ａは測定鏡３０で反射してビームスプリッタ２８に戻
る。干渉測定ビーム５２の５２ｂは第１の５２ａとは直
交する方向に直線偏光になされており、偏光面２８ａで
は透過せずに反射する。ビーム５２ｂは直角反射鏡３６
で反射されて参照鏡３２に向かい、そこで反射されて参
照光路を戻ってビームスプリッタ２８に至る。ビームス
プリッタ２８は測定ビームと参照ビームを結合させて第
１のセンサ３４に送る。
【００３７】ビームスプリッタ４２は第２のビームペア
５０ａと５０ｂを支持ブロック測定光路に沿って参照鏡
３２に送り出し、第２のビームペア間の補正干渉パター
ンが形成される。これによって支持ブロック６０の位置
ズレによってもたらされるステージＳの位置誤差が決め
られる。レーザ光源２６を出るときに適切な直線偏光に
なされており、補正ビーム５０の５０ｂはビームスプリ
ッタ４２の偏光面４２ａを反射せずに透過する。ビーム
５０ｂは直角反射鏡４４で反射されて参照鏡に向かう。
ビーム５０ｂは参照鏡で反射されてビームスプリッタ４
２に戻ってくる。補正干渉ビーム５０の他のビーム５０
ａは第１のビーム５０ｂに垂直な面内に偏光しており、
ビームスプリッタ４２の偏光面４２ａで反射され、ビー
ムスプリッタを通らずに参照鏡に到達する。ビーム５０
ａは参照鏡で反射され、ビームスプリッタ４２に戻って
ビーム５０ｃを形成し、５０ｃは第２のセンサ４０によ
って検出される。
【００３８】第１のセンサ３４は第１のレーザビームペ
ア５２ａと５２ｂを比較してステージＳの位置を決め
る。第２のセンサ４０は第２のペア５０ａと５０ｂを比
較して支持ブロック６０とビームスプリッタ２７、２
８、４２の回転を測定する。センサ３４、４０には受光
部、電気信号解析部があり、これらは当業者にとっては
周知のことである。センサ３４、４０はビーム５０ａ、
５０ｂの干渉パターン及び５２ａ、５２ｂ間の干渉パタ
ーンを表す電気出力信号を生成する。出力信号はステー
ジ制御系６８に送られ、制御系はステージ位置を計算す
る。
【００３９】ビームスプリッタ２８、４２は偏光ビーム
スプリッタであるとよい。もし、ビームスプリッタ２８
が偏光ビームスプリッタであると、λ/4板（1/4波長
板）５５がビームスプリッタと直角反射鏡３６の間に置
かれ、アナライザがセンサの前に付け加えられる。これ
らのことは当業者には良く知られたことである。λ/4板
５５とアナライザ５７はビームスプリッタ２８として通
常のビームスプリッタを使用した場合には必要ない。同
様にもし、ビームスプリッタ４２が偏光ビームスプリッ
タであると、λ/4板５９がビームスプリッタ２８と直角
反射鏡４４の間に置かれる。これらのことは当業者には
良く知られたことである。λ/4板５９はビームスプリッ
タ４２として通常のビームスプリッタを使用した場合に
は必要ない。図として簡単にするために、λ/4板５５、
アナライザ５７、λ/4板５９は以下の図には記さない。
【００４０】図３はｘ軸に対して傾いた（即ち、ｙ軸を
中心にして回転した）ビームスプリッタ２８をもった干
渉計測システム２０を示している。図４に示されている
ように、ビームスプリッタ４２は支持ブロック６０に取
り付けられているが、同様にｘ軸に対して傾いている。
ビーム５０ａと５０ｂがビームスプリッタ４２を出る
と、それらは参照鏡３２の方に向かって進み、その時ビ
ームスプリッタ４２が傾いていない場合に向かう位置と
は異なる位置に向かう角度を持つ。図３を参照すると、
ビームスプリッタが回転している場合にビームスプリッ
タ面２８と参照鏡３２’間の測定干渉計の参照光路の変
化以下のように計算される。
【００４１】Δ= L/COS 2θ - L ≒ 2Lθ2 ここに： Δ= 光学部品の傾きにより生じたステージ位置の補正係
数 （ビームスプリッタ面２８ａと参照鏡３２間のビームの
光路長の変化；（Rf-Ro)); L = 参照光路に沿った参照鏡３２とビームスプリッタ２
８ａ間の光路長； θ= 支持部材の傾き角である。（図３中で見た場合、ｘ
軸に関して） 例えば、もし、L=500 mm、θ=15 arc secondあれば、Δ
=約5 nmとなる。もし、支持ブロックがｘ軸に対して傾
いていない場合にはΔ=0となり、ステージ位置の補正は
必要無くなる。
【００４２】補正干渉計は支持ブロックがｘ軸に対する
傾き角θを測定するために用いられ,それを基にステー
ジ位置を決定するための補正係数が決められる。傾き角
θは補正干渉計の参照光路５０ａと５０ｂの光路差δ
(Δr)から以下のように計算される； Δr(θ=0)=(OM+MB)-OA=OM=p Δr(θ)=(OM'+M'B')-OA' =OM+MM' =p+MM' δ(Δr)=Δr(θ)-Δr(0)=MM' Mの座標を(0,p)とすると M''の座標は(-p・sinθ, p・c
osθ)。
【００４３】M''を通る直線４４ａの式は y-p・cosθ = tan(θ+(π/4))(x+p・sinθ) M'はｙ軸と直線４４ａの交点であるから、 M'の座標は(0,(p/(cosθ-sinθ))) δ(Δr)=MM'=p/(cosθ-sinθ)-p=p((1/(cosθ-sinθ))-
1) δ(Δr)は補正干渉計により測定される。θはこの式に
より計算される。支持ブロック６０の傾きによるステー
ジの位置測定誤差は制御系６８によってΔrを基に補正
される。制御系６８はΔrを使って上式から計算する。
θが分かると補正係数Δが計算され、測定干渉計により
与えられたステージ位置の補正に用いられる。補正され
たステージの位置の計算は次のようになされる。 Ｓc = Ｓo - ２Ｌθ2 ここに、Ｓc は補正されたステージの位置であり、Ｓo
は測定されたステージの位置であり、θは支持ブロック
の傾き角である。（図３Ｂにあるように、傾きはX軸に
対してである。） 制御システムの概略図が図１３に記されている。センサ
３４、４０からの情報は干渉計電子系に供給され、そこ
でΔrとＳoが計算される。傾き角θはΔrから計算され
補正されたステージ位置Ｓcがステージ制御ユニットに
供給される。
【００４４】干渉計測システムの実施例が図２と５に記
されており、７０（図５）、２０（図２）で示されてい
る。システム７０にはレーザ光源７２、ステージに取り
付けられた測定鏡３０、投影レンズＰＬに取り付けられ
た参照鏡３２、３つのビームスプリッタ７４、７６、７
８（１つは測定干渉計、あとの２つは補正干渉計にあ
る）、２つの直角反射鏡８０、８２、２つのセンサ８
４、８６がある。ビームスプリッタ７４、７６、７８と
直角反射鏡８０、８２は支持ブロック９８に取り付けら
れている。ビームはシステム７０を以下に記すように伝
搬する。レーザビーム９０はレーザ光源７２より出、ビ
ームスプリッタ７６によって測定干渉ビーム９２と補正
干渉ビーム９４に分けられる。測定干渉ビーム９２はビ
ームスプリッタ７４に至り、そこで測定ビーム９２ａと
参照ビーム９２ｂに分けられる。（ビームの第１のペア
である）。測定干渉ビーム９２ａは測定鏡３０で反射し
てビームスプリッタ７４に戻り、戻ってきた参照光９２
ｂと重ね合わされて９２ｃとしてセンサ８４に向かう。
ビームスプリッタ７４で反射された参照ビーム９２ｂは
直角反射鏡８０に向かい、反射されて参照鏡３２に至
り、反射されて参照光路を戻ってビームスプリッタ７４
に達し、前述のように測定ビーム９２ａと重ね合わされ
る。ビームスプリッタ７６で９０度方向を変えて反射さ
れた補正干渉計ビーム９４はビームスプリッタ７８に至
って２つのビームに分けられてそれぞれが支持ブロック
測定ビーム９４ａと９４ｂになる。（第２のペア）。ビ
ーム９４ｂは直線偏光であり、ビームスプリッタ７８の
偏光面７８ａを反射せずに通り抜ける。ビーム９４ｂは
直角反射鏡８２によって反射され参照鏡に至り、そこで
同じ光路に向かって反射される。ビーム９４ａはビーム
スプリッタ７８によって反射され、直接参照鏡に至り、
そこで反射されて同じ光路を戻ってビームスプリッタ７
８で重ね合わされる。重ね合わされたビーム９４ａと９
４ｂはビーム９４ｃとしてセンサ８６に達する。支持ブ
ロック９８の傾きの計算は上記のようになされる。
【００４５】図６に示されているのは、本発明の干渉計
測システム１００の他の実施例である。干渉計測システ
ム１００にはレーザ光源７２と４つの干渉計１０２ａ、
１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄがあり、それぞれの干渉
計１０２ａー１０２ｄには自己参照鏡１０４ａ、１０４
ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、センサ１０６ａ、１０６ｂ、
１０６ｃ、１０６ｄ、ビームスプリッタ１０８ａ、１０
８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄがある。他にはビームスプリ
ッタ１１０と直角反射鏡１１２があってビームをそれそ
れの干渉計１０２ａー１０２ｄに送っている。干渉計１
０２ａー１０２ｄ、ビームスプリッタ１１０、直角反射
鏡１１２は支持ブロック１１６に取り付けられている。
センサ１０６ａと１０６ｃは支持ブロックのズレ補正な
しの、投影レンズＰＬに対するステージ位置測定を与え
る。ステージ位置Ｓｏは２つのセンサ１０６ａと１０６
ｂの出力差として計算される。センサ１０６ｂと１０６
ｄによって支持ブロックの傾きが測定され、それによっ
て補正されたステージ位置Ｓｃが計算される。支持ブロ
ック１１６の傾きはセンサ１０６ｂと１０６ｄの出力差
を参照ビーム１２０と１２２の間隔ｈで割った値として
与えられる。
【００４６】干渉計測システムの他の実施例が図７に記
され、符号１３０で示されている。干渉計測システム１
３０は光学支持ブロック１３２のｚ軸回りの回転を測定
する。即ち、ｘ軸に対する傾き角がαである。干渉計測
システム１３０は干渉計測システム２０、７０、１００
と組み合わされて使用され、ｘｙ面内、ｘｚ面内でのブ
ロックのズレを補正する。干渉計測システム１３０には
レーザ光源１３４、ビームスプリッタ１３６、３つの直
角反射鏡１３８、３つの反射鏡３２、センサ１４８があ
る。ステージ位置の補正（上記のように測定干渉計によ
って測定される）は以下の計算式によって支持ブロック
の回転が補正される： Δ＝２Ｌα2 ここに、Δはステージ位置の補正係数であり、Ｌは参照
鏡３２とビームスプリッタ１３６の間の光路長であり、
αはブロックのｘ軸との傾きである。
【００４７】図８には、ステージと支持ブロックの位置
を測定するためのビームＸ１-Ｘ６の配置が記されてい
る。ステージの回転と傾き、支持ブロックの回転と傾き
を測定するために必要な最低限のビームが揃えられてい
る： ｚ軸に沿ったステージの高さ＝((Ｘ１-Ｘ４)+(Ｘ２-Ｘ
５))/２ ｚ軸回りのステージの回転 ＝(Ｘ１-Ｘ２)/d ｘ軸回りのステージの回転 ＝((Ｘ１+Ｘ２)/２-Ｘ３)/
ｈ ｚ軸回りの支持ブロックの回転 ＝(Ｘ４-Ｘ５)/ｄ ｙ軸回りの支持ブロックの回転 ＝((Ｘ４+Ｘ５)/２-
Ｘ６)/ｈ ここに、Ｘ１〜Ｘ３は図８に示された測定鏡３０上での
ビームの接触点であり、Ｘ４〜Ｘ６は図８に示された参
照鏡３２上でのビームの接触点であり、ｄはＸ１とＸ２
の距離、ｈはＸ１とＸ２を結ぶ線とＸ３との距離であ
る。異なる数のビームを用いたり、異なるビーム配置を
用いても本願発明の権利配意に属することは言うまでも
ない。ビームＸ１〜Ｘ６は干渉計２０、７０、１００、
１３０によって与えられ、またはそれらの組み合わせに
よって与えられる。
【００４８】干渉計測システムの他の実施例が図９に記
され、符号１５０によって示されている。システムは図
５に記された実施例７０と似ているが、レーザ光源１５
２が支持ブロック１７４の下にあり、ビーム１８０をビ
ームスプリッタ７６に振り向けるために更に１つの直角
反射鏡を設けている。図１０にはｘ軸とθだけ傾いた支
持ブロックが示されている。支持ブロック１７４の傾き
による誤差は以下のように計算される： Δ＝２(Ｌ-Ｓｏ)θ2 ここに、Δは光学部品の傾きに伴うステージ位置の誤差
の補正係数であり、Ｓo は測定されたステージの位置で
あり、Ｌは参照鏡３２とビームスプリッタ７４の間の光
路長であり、θは支持ブロック１７４のｘ軸との傾きで
ある。補正されたステージの位置は Ｓｃ＝(Ｓｏー２Ｌθ2)(１ー２θ2) として計算される。ここに、Ｓｃは補正されたステージ
位置であり、Ｓｏは測定されたステージ位置である。
【００４９】第１、第２の実施例２０、７０と比べると
本実施例１５０は補正係数が違っているが、その理由は
第１、第２の実施例では、図４にあるように、支持ブロ
ックの傾きが参照ビーム９２ｂだけに影響し、実施例１
５０では、図９にあるように、支持ブロックの傾きは参
照鏡３２と測定鏡用ビームの両方に影響を与える点にあ
る。干渉計測システム１５０を用いると、図１１にある
ように、レーザ光源１５２より出る際のレーザビーム１
８０の傾きとか不安定さに基づくステージの測定誤差を
補正することにも用いられる。レーザビームがｚ軸（ま
たは、レーザ光源１５２の中心軸）に対して角度Φだけ
傾くと、誤差２(ＬーＳ)Φ2を生じる。 支持ブロック
１５２及びレーザ光源１８０の傾きの両方の補正したス
テージ位置の計算は次式により計算される： Ｓｃ＝(Ｓｏー２Ｌ(θ+Φ)2)(１ー２(θ+Φ)2) 図１２は、本発明の干渉計測システム２０を用いた露光
装置の例を示しており、露光装置は符号２００により示
されている。露光装置２００には、光学システム、ウェ
ハＷを位置決めするウェハステージＳ、レチクルＲを保
持して位置決めするレチクルステージ（不図示）、ウェ
ハステージ及びレチクルステージを駆動するモータがあ
る。光学システムはレチクルに掲載されたマスクパター
ンを通してエネルギービームを投影する。その際、レチ
クルはレチクルステージ上に保持され、走査される。光
学システムには、投影レンズＰＬ、照明系（不図示）が
あり、照明系には、２次光源像を作る光学インテグレー
タ（光を用いた露光系の場合）とレチクルを一様なビー
ム束によって照明するコンデンサレンズがある。投影レ
ンズＰＬはレチクル上のマスクパッターンをウェハ上に
結像する。ウェハは投影レンズの下に位置づけられる。
この際、ウェハはウェハステージＳに支持されたウェハ
ホルダ（不図示）上に真空吸着や静電吸着によって保持
されている。露光動作中は、照明系寄りのビームがレチ
クルＲを通り抜け、ウェハ上のレジストを露光する。こ
の際、ウェハはウェハステージ上に保持されて走査され
る。走査はモータによりなされる。
【００５０】露光装置の光学軸ＡＸに垂直な方向に、ス
テージＳは少なくとも２つの方向ｘとｙ軸に沿って移動
可能になっている。測定鏡３０ｘ、３０ｙはステージＳ
の周辺部の少なくとも２ヶ所に取り付けられている。測
定鏡３０ｙの反射面はｘ軸沿って配置され、ｙ軸方向へ
の移動量を測定する。一方、測定鏡３０ｘの反射面はｙ
軸に沿って配置され、ｘ軸方向への移動量を測定する。
参照鏡３２（１つだけ示されている）は投影レンズＰＬ
の下部に取り付けられ、ステージＳの座標位置を測定す
る参照光路を作っている。
【００５１】露光装置２００の要素部品のより詳細な記
載に関しては、例えばM.Leeの米国特許 US 5,528,118が
参考になる。本発明の利用がここで記載された露光装置
２００に限定されるわけではなく、またウェハを露光す
るシステムに限定されるわけでは無いことは容易に理解
される。ここに記した露光装置２００は本発明を利用に
する実施例を示しただけである。
【００５２】上記の記載より理解されるように、本発明
の干渉計測システム２０、７０、１００、１３０、１５
０は従来技術に対して多くの利点を与える。重要な点
は、干渉計測システム２０、７０、１００、１３０、１
５０は熱的変動、振動といった外的要因により引き起こ
される光学部品の位置ズレを勘案し、ステージ位置をよ
り正確に与える、と点である。
【００５３】以上記したように、本発明の目的が達成さ
れ、さらに他の利点も得られる。上記の構成や方法には
本発明の権利範囲内で色々な変化が可能であり、先に記
した事項は例示であり、発明の限定ではないことを明記
しておく。
【００５４】
【発明の効果】 本発明によれば、可動部材の位置決め
を干渉計測により行う際に生じる、光学部材の支持ブロ
ックのズレによる測定誤差を補正することが可能であ
り、移動部材の正確なアライメントが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による干渉計測システムであって、光
学部品の回転を示している。
【図２】本発明の干渉計測システムの側面図である。
【図３】光学部品の位置ズレによって生じる光路長の変
化を示す図である。
【図４】光学部品の位置ズレによって生じる角度変化と
光路長変化を示す図である。
【図５】光学部品が傾いた状態の干渉計測システムの図
である。
【図６】図２の干渉計測システムの他の他の実施例であ
る。
【図７】図２の干渉計測システムの他の実施例の上面図
である。
【図８】参照鏡及びステージと光学部品の位置を測定す
るための測定鏡に入射する複数のビームを示す図であ
る。
【図９】図２の干渉計測システムの他の実施例を示す図
である。
【図１０】図９で、ビームスプリッタが傾いた状態にあ
る干渉計測システムの側面図を示す。
【図１１】図９で、傾いた光源から出る光線を有する干
渉計測システムを示す。
【図１２】投影露光装置ウェハステージに適用された本
発明の干渉計測システムの透視図である。
【図１３】本発明の干渉計測システムの制御系の模式図
である。
【符号の説明】
２０、７０、１００、１３０、１５０ ・・・ 干渉計
測システム ６０、９８ ・・・ 光学支持ブロック ２６、７２、９０ ・・・ 光源 ２７、２８、４２、７４、７６、７８、１０４ａーｄ
・・・ビームスプリッタ ３０ ・・・ 測定鏡 ３２、３２’ ・・・ 参照鏡 ３４、８４、８６ ・・・ 第１のセンサ ４０ ・・・ 第２のセンサ ３６、４４、８０、８２、 ・・・ 直角反射鏡 ５２、９２ ・・・ 測定干渉ビーム ５０ ・・・ 補正干渉ビーム ５５、５９ ・・・ 1/4波長板（λ/4板） ５７ ・・・ アナライザ ５０ａ、５０ｂ ・・・ 補正干渉計の参照光路 ６８ ・・・ 制御系 １０２ａ−１０２ｄ ・・・ 干渉計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F064 AA01 AA06 AA15 BB01 BB03 DD01 DD08 EE01 FF01 GG12 GG22 GG23 GG38 HH01 HH06 KK01 2F065 AA03 AA06 AA09 AA31 AA39 CC00 DD11 EE00 FF51 GG04 LL12 LL36 LL37 LL46 PP01 QQ17 QQ25 QQ26 QQ27 5F046 CB07 CC13 CC16 DB05

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 干渉計測システムであって、測定鏡を有
    する可動部材、参照鏡を有する静止部材、光ビームを供
    給する光源源、第１、第２のビームスプリッタを有する
    光学支持ブロックを有し、第１のビームスプリッタが該
    光ビームを第１のビームペアに変換し、第１のぺアの一
    方のビームを参照光路に沿って参照鏡に向かわせ、第１
    のペアの他の一方を測定光路に沿って測定鏡に向かわ
    せ、それによって第１、第２のビームの間で測定干渉パ
    ターンを形成して該可動部材の位置を測定し、第２のビ
    ームスプリッタは第２のビームペアを形成し、該第２ビ
    ームのペアを支持ブロック測定光路に沿って参照鏡に向
    かわせ、第２のビームペア間で補正干渉パターンを形成
    して、光学支持ブロックのズレによって生じる可動部材
    の測定位置誤差を決定することを特徴とする干渉計測シ
    ステム。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の干渉計測システムであ
    って、前記参照光路に配置された第１の1/4波長板、前
    記測定光路に配置された第２の1/4波長板、該参照光路
    と該測定光路が通り抜けるアナライザ、を更に有し、前
    記第１のビームスプリッタが偏光ビームスプリッタであ
    り、前記第１のビームペアは第１の偏光ビームペアであ
    る、ことを特徴とする干渉計測システム。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の干渉計測システムであ
    って、前記第１のビームスプリッタは中心軸に沿って前
    記測定鏡と光学的にアライメントされて前記ビーム源と
    該測定鏡の間に配置されている、ことを特徴とする干渉
    計測システム。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の干渉計測システムであ
    って、前記参照光路中で、前記第１のビームスプリッタ
    と前記参照鏡の間に配置された直角反射鏡により第１の
    ビームペアの一方を該参照鏡に向かわせる、ことを特徴
    とする干渉計測システム。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の干渉計測システムであ
    って、前記光源がレーザである、ことを特徴とする干渉
    計測システム。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の干渉計測システムであ
    って、前記測定干渉パターンを受光する第１のセンサ、
    前記補正干渉パアーンを受光する第２のセンサを更に有
    することを特徴とする干渉計測システム。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の干渉計測システムであ
    って、前記測定干渉パターンと補正干渉パターンより前
    記可動部材の補正された位置を計算する制御系をさらに
    有することを特徴とする干渉計測システム。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の干渉計測システムであ
    って、第２の光ビームを提供する第２の光源、該第２の
    光ビームを第２のビームペアに変換する第２のビームス
    プリッタを更に有することを特徴とする干渉計測システ
    ム。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載の干渉計測システムであ
    って、２つの直角反射鏡を更に有し、その一方の直角反
    射鏡は前記第２のビームペアの一方を参照鏡に向かわ
    せ、他の一方の直角反射鏡は前記第１のビームペアの一
    方を参照鏡に向かわせることを特徴とする干渉計測シス
    テム。
  10. 【請求項１０】請求項１に記載の干渉計測システムであ
    って、前記光源の下流に配置された第３のビームスプリ
    ッタを更に有し、前記光ビームを分割して第１のビーム
    スプリッタと第２のビームビームスプリッタに向けるこ
    とを特徴とする干渉計測システム。
  11. 【請求項１１】請求項１０に記載の干渉計測システムで
    あって、前記参照光路中に置かれた第１の直角反射鏡と
    前記ブロック測定光路中に置かれた第２の直角反射鏡を
    更に有することを特徴とする干渉計測システム。
  12. 【請求項１２】請求項１０に記載された干渉計測システ
    ムであって、前記光源は前記第３のビームスプリッタと
    アライメントされていることを特徴とする干渉計測シス
    テム。
  13. 【請求項１３】請求項１０に記載の干渉計測システムで
    あって、３つの干渉計を前記参照光路と前記支持ブロッ
    ク測定光路内に有し、干渉計の各々は参照鏡とセンサを
    有することを特徴とする干渉計測システム。
  14. 【請求項１４】請求項１に記載の干渉計測システムであ
    って、前記可動部材がウェハステージであり、前記静止
    部材は投影レンズであることを特徴とする干渉計測シス
    テム。
  15. 【請求項１５】静止部材に対する可動部材の位置を干渉
    測定システムで測定し、システム内で静止部材に対する
    光学部材の位置ズレを補正する方法であって、該可動部
    材には測定反射鏡を配し、該静止部材には参照鏡を配
    し、測定鏡が配置された測定光路を通った測定光ビーム
    と参照鏡が配置された参照光路を通った参照光ビームと
    の間の測定干渉パターンを受光して該静止部材に対する
    該可動部材の位置を測定し、参照鏡が配置された光学部
    材測定光路を通った２本の補正光ビーム間の補正干渉パ
    ターンを受光して該静止部材に対する該光学部材の位置
    を測定し、測定された該光学部材の位置を基にして該移
    動部材の測定された位置を補正することを特徴とする位
    置測定及び補正方法。
  16. 【請求項１６】請求項１５に記載された位置測定及び補
    正方法であって、前記可動部材の位置補正方法は前記補
    正干渉パターンに基いて前記光学部材の回転角を計算す
    ることと特徴とする位置測定及び補正方法。
  17. 【請求項１７】請求項１６に記載された位置測定及び補
    正方法であって、補正干渉パターンを受光する際、光源
    より出た該補正光ビームに平行な中心軸に対しての前記
    光学部材の回転を測定することを特徴とする位置測定及
    び補正方法。
  18. 【請求項１８】請求項１６に記載された位置測定及び補
    正方法であって、補正干渉パターンを受光する際、光源
    より出た該補正光ビームに平行な中心軸に垂直な軸に対
    しての前記光学部材の回転を測定することを特徴とする
    位置測定及び補正方法。
  19. 【請求項１９】請求項１５に記載された位置測定及び補
    正方法であって、補正干渉パターンを受光する際、光源
    より出た光ビームの射出角を測定することを特徴とする
    位置測定及び補正方法。
  20. 【請求項２０】露光装置であって、測定鏡を有する可動
    部材、参照鏡を有する静止部材、光ビームを供給するビ
    ーム源、第１、第２のビームスプリッタを有する光学支
    持ブロック、第１のビームスプリッタであって、該エネ
    ルギービームを第１のビームペアに変換し、第１のぺア
    の一方のビームを参照光路に沿って参照鏡に向かわせ、
    第１のペアの他の一方を測定光路に沿って測定鏡に向か
    わせ、該可動部材の位置を測定するために第１、第２の
    ビームの間で測定干渉パターンを形成する第１のビーム
    スプリッタ、第２のビームスプリッタであって、第２の
    ビームペアを形成し、該第２ビームのペアを支持ブロッ
    ク測定光路に沿って参照鏡に向かわせ、光学支持ブロッ
    クのズレによって生じる可動部材の測定位置誤差を決定
    するために第２のビームペア間で補正干渉パターンを形
    成する第２のビームスプリッタを有することを特徴とす
    る露光装置。
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