JP2004006823A

JP2004006823A - リソグラフィ装置およびデバイス製造方法

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Publication number: JP2004006823A
Application number: JP2003113458A
Authority: JP
Inventors: Marius Ravensbergen; マリウス　ラヴェンスベルゲン
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-01-08
Also published as: EP1345082A1; KR20030074425A; SG106138A1; TW583514B; US6819400B2; CN1288506C; CN1445612A; TW200305067A; US20030179357A1; KR100535206B1

Abstract

【課題】本発明はリソグラフィ投影装置において使用される改良された変位計測システムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、リソグラフィ投影装置の投影システムにおける光学素子の位置を計測する変位計測システムに関する。変位計測システムは、光学素子に取り付けられた第一回折格子と、基準フレームに取り付けられた第二回折格子の使用を伴う干渉計測原理を利用する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線の投影ビームを供給する放射線システムと、所望するパターンに従い投影ビームをパターン化するパターニング手段を支持する支持構造と、基板を保持する基板テーブルと、パターン化されたビームを基板の目標部分に投影する、少なくとも１個の光学素子から構成される投影システムと、前記の少なくとも１個の光学素子の位置を計測する変位計測システムとにより構成されるリソグラフィ投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここに使用する「パターニング手段」なる用語は、入射する放射線ビームに、基板の目標部分に作り出されるべきパターンと一致するパターン化断面を与えるために使用し得る手段に当たるものとして広義に解釈されるべきである。また、「ライトバルブ」なる用語もこうした状況において使用される。一般的に、上記のパターンは、集積回路や他のデバイス（以下を参照）であるような、デバイスにおいて目標部分に作り出される特別な機能層に相当する。そのようなパターニング手段には以下が含まれる。すなわち、
−　マスク。マスクの概念はリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、様々なハイブリッドマスクタイプのみならず、バイナリマスク、レベンソンマスク、減衰位相シフトマスクといったようなマスクタイプも含まれる。放射線ビームにこのようなマスクを配置することにより、マスクに照射する放射線の、マスクパターンに従う選択的透過（透過性マスクの場合）や選択的反射（反射性マスクの場合）を可能にする。マスクの場合、その支持構造は一般的に、入射する放射線ビームの所望する位置にマスクを保持しておくことが可能であり、かつ、必要な場合、ビームに対して運動させることの可能なマスクテーブルである。
−　プログラマブルミラーアレー。このようなデバイスの一例として、粘弾性制御層および反射面を有するマトリクスアドレス可能面があげられる。こうした装置の基本的原理は、（例えば）反射面のアドレスされた領域は入射光を回折光として反射するが、アドレスされていない領域は入射光を非回折光として反射するといったことである。適切なフィルタを使用することにより、回折光のみを残して上記非回折光を反射ビームからフィルタすることが可能である。この方法において、ビームはマトリクスアドレス可能面のアドレスパターンに従ってパターン形成される。プログラマブルミラーアレーのまた別の実施形態では小さな複数のミラーのマトリクス配列を用いる。そのミラーの各々は、適した局部電界を適用することによって、もしくは圧電作動手段を用いることによって、軸を中心に個々に傾けられている。もう一度言うと、ミラーはマトリクスアドレス可能であり、それによりアドレスされたミラーはアドレスされていないミラーとは異なる方向に入射の放射線ビームを反射する。このようにして、反射されたビームはマトリクスアドレス可能ミラーのアドレスパターンに従いパターン形成される。必要とされるマトリクスアドレッシングは適切な電子手段を用いて実行される。前述の両方の状況において、パターニング手段は１つ以上のプログラマブルミラーアレーから構成可能である。ここに参照を行ったミラーアレーに関するより多くの情報は、参考までに記載を行うと、例えば、米国特許第ＵＳ５，２９６，８９１号および同第ＵＳ５，５２３，１９３号、並びに、ＰＣＴ特許種出願第ＷＯ９８／３８５９７および同ＷＯ９８／３３０９６から得ることが出来る。プログラマブルミラーアレーの場合、上記支持構造は、例えばフレームもしくはテーブルとして具体化され、これは必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となる。
−　プログラマブルＬＣＤアレー。このような構成の例が、参考までに記載を行うと、米国特許第ＵＳ５，２２９，８７２号に開示されている。上記同様、この場合における支持構造も、例えばフレームもしくはテーブルとして具体化され、これも必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となる。簡潔化の目的で、本文の残りを、特定の箇所において、マスクおよびマスクテーブルを必要とする例に限定して導くものとする。しかし、こうした例において論じられる一般的な原理は、既に述べたようなパターニング手段のより広範な状況において理解されるべきである。
【０００３】
リソグラフィ投影装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造において使用可能である。この場合、パターニング手段はＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成する。そして、放射線感光原料（レジスト）の層が塗布された基板（シリコンウェーハ）上の目標部分（例えば１つあるいはそれ以上のダイから成る）にこのパターンを像形成することが出来る。一般的に、シングルウェーハは、投影システムを介して１つずつ順次照射される近接目標部分の全体ネットワークを含んでいる。マスクテーブル上のマスクによるパターニングを用いる現在の装置は、異なる２つのタイプのマシンに区分される。リソグラフィ投影装置の一タイプでは、全体マスクパターンを目標部分に１回の作動にて露光することによって各目標部分が照射される。こうした装置は一般的にウェーハステッパと称されている。ステップアンドスキャン装置と称される別の装置では、所定の基準方向（「スキャニング」方向）にマスクパターンを投影ビーム下で徐々にスキャニングし、これと同時に基板テーブルをこの方向と平行に、あるいは非並行にスキャニングすることにより、各目標部分が照射される。一般的に、投影装置は倍率係数Ｍ（一般的に、＜１）を有することから、基板テーブルが走査される速度Ｖは、マスクテーブルが走査される速度の係数Ｍ倍となる。ここに記載を行ったリソグラフィデバイスに関するさらなる情報は、参考までに記載を行うと、例えば、米国特許第ＵＳ６，０４６，７９２号から得ることが出来る。
【０００４】
リソグラフィ投影装置を使用する製造工程において、パターン（例えばマスクにおける）は少なくとも部分的に放射線感光材（レジスト）の層で覆われた基板上に像形成される。この像形成ステップに先立ち、基板は、プライミング、レジスト塗布、およびソフトベークといったような各種の工程を経る。露光後、基板は、ポストベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベーク、および結像フューチャの測定／検査といったような他の工程を通る。この工程の配列は、例えばＩＣといったような素子の個々の層をパターン化するための基準として使用される。このようなパターン形成された層は、それから、全て個々の層を仕上げる目的である、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械的研磨等といった種々のプロセスを経る。数枚の層が必要とされる場合には、全体工程、もしくはその変形をそれぞれの新しい層に繰り返す必要がある。最終的に、素子のアレーが基板（ウェーハ）上に形成される。次に、これらの素子はダイシングやソーイングといったような技法で相互より分離される。それから個々の素子は、キャリアに装着されたり、ピンに接続されたりし得る。こうした工程に関するさらなる情報は、参考までに例をあげると、１９９７年にマグローヒル出版会社より刊行された、Ｐｅｔｅｒ　ｖａｎ　Ｚａｎｔ著、「マイクロチップ製造：半導体処理に対する実用ガイド」という名称の書籍（“Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ　Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ　Ｐｒａｔｉｃａｌ　Ｇｕｉｄｅ　ｔｏ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”）の第３版、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４より入手可能である。
【０００５】
簡潔化の目的で、これより投影システムを「レンズ」と称するものとする。しかし、この用語は、例えば屈折光学システム、反射光学システム、および反射屈折光学システムを含むさまざまなタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。放射線システムはまた、放射線の投影ビームの誘導、整形、あるいは制御を行う、こうした設計タイプのいずれかに応じて稼動する構成要素や光学素子も備える。そして、このような構成要素もまた以降において集約的に、あるいは単独的に「レンズ」と称する。さらに、リソグラフィ装置は２つあるいはそれ以上の基板テーブル（および、あるいは２つもしくはそれ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものである。このような「多段」デバイスにおいては、追加のテーブルが並列して使用される。もしくは、１つ以上の他のテーブルが露光に使用されている間に予備工程が１つ以上のテーブルにて実行される。例えば、参考までに記載を行うと、デュアルステージリソグラフィ装置について、米国特許第ＵＳ５，９６９，４４１号および国際特許出願第ＷＯ９８／４０７９１号において記載がなされている。
【０００６】
液晶ディスプレイパネルや他のタイプのデバイスのみならず、集積回路の製造におけるマイクロリソグラフィにおいての最も困難な要求の一つは、投影システムＰＬにおける光学素子の位置決めである。例えば、従来のリソグラフィ装置において使用されるレンズは６自由度（ＤＯＦ）にて１０ｎｍ未満の精度で位置決めされる必要がある。ＥＵＶの回折光学素子を形成するのに好適な材料のないことが分かっていることから、ＥＵＶリソグラフィ装置では投影システムにおいてミラーを使用する必要があり、かつ、汚染物やビームの減衰を回避するために真空状態が維持されなくてはならない。ＥＵＶシステムにおいて使用される波長では０．１ｎｍ以下の位置決め精度が要求されている。
【０００７】
現在のところ、マイクロメータの精度を有するが、全体作動範囲に渡って移動する粗動位置決めアクチュエータを使用してレンズおよびミラーの位置決めがなされており、これに微動位置決めアクチュエータがカスケード接続されている。後者の微動位置決めアクチュエータは、粗動位置決めモジュールの誤差エラーを、これがある場合に、その最後の数ナノメーターまたは端数まで修正する役割を有するが、しかし非常に限られた範囲の移動調整だけを行う必要がある。こうしたナノ精度の位置決めを行うために共通して使用されるアクチュエータには、圧電アクチュエータと、ボイスコイルタイプの電磁アクチュエータが含まれる。通常、微動モジュールにおける位置決めは全６自由度で成されるが、大きな範囲の動作に２自由度以上要求されることはめったにない。よって、粗動モジュールの設計を著しく簡素にしている。
【０００８】
粗調整の位置決めに要求されるマイクロメータの精度は、干渉計等の周知の位置センサーを使用して容易に達成し得る。こうした装置はそれぞれが１自由度で計測される一軸装置であろう。しかし、こうした装置は高価であり、かつ、かさばるうえに繰り返しの計測が行えず、絶対位置よりも変位の変化の計測だけを可能とする。
【０００９】
一方、微動位置決めアクチュエータにて光学素子の位置計測は全６自由度で１０ｎｍまで実行されなくてはならない。この要求から容量性センサーが用いられる。
【００１０】
従来からもより細かい解像度が要求されており、リソグラフィ投影の放射線の波長は（１５７ｎｍから）約５ｎｍから２０ｎｍの波長を有するＥＵＶ範囲まで減じられている。よって、要求される位置決め精度がより厳密なものとなっている。しかし、位置計測に必要な精度が容量性センサー用いては達せられないことが分かっている。これは、容量性センサーの回転と変位の識別が不可能なためである。さらに、容量性センサーは全作動範囲に渡って温度に安定的でない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
よって、ＥＵＶリソグラフィ投影装置において、コンパクトであり、かつ、全６自由度での光学素子の位置の計測に使用可能な、以前より使用されている容量性センサーよりも高い解像度を有する、変位計測システムが求められている。さらにこうしたセンサーは温度変化の影響を受けないことが必要である。
【００１２】
本発明は、リソグラフィ投影装置において使用される改良された変位計測システムを提供することを目的とし、特に、既存のシステムによって悩まされている問題を解決、もしくは改善するシステムを提供することを目的とする。
【００１３】
【発明を解決するための手段】
本目的および他の目的は冒頭の段落において特定したようなリソグラフィ装置において本発明に従って達成される。前記の変位計測システムは、前記の少なくとも１個の光学素子に取り付けられた第一回折格子と、基準フレームに取り付けられた、これに連動する第二回折格子とから成り、ここで、前記第一回折格子と第二回折格子のうちの一方は、もう一方の回折格子からの回折光を受光するように配置されていることを特徴とする。
【００１４】
このようにして、第一回折格子が取り付けされた光学素子の位置は、０．１ｎｍまでの精度を可能にする干渉計測原理を用いて、１自由度で容易に計測可能となる。第一回折格子が第二回折格子に対して移動すると、他方の回折格子からの回折光を受光するように配置されている回折格子によって、光波の位相差が生じる。こうして生じた位相差は、一方の回折格子の、他方の回折格子に対する変位に比例する。それによりこれらの計測を１フィールド走査を用いる干渉計測原理により、光学素子の位置の正確な計測に用いることが可能である。
【００１５】
本発明の変位計測システムは、参考までに記載を行うと、１９９７年にＰｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｒａｕｎｓｃｈｗｅｉｇに掲載されたＳＰＩＥＳ，Ａによる“Ｌｉｎｅａｒ　ａｎｄ　Ａｎｇｕｌａｒ　Ｅｎｃｏｒｄｅｒｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ｒａｎｇｅ”に記載の原理にて作動する。例えば、Ｄｒ　Ｊｏｈａｎｎｅｓ　Ｈｅｉｄｅｎｈａｉｎ　ＧｍｂＨ（Ｔｒａｕｎｒｅｎｔ、ドイツ）製の干渉線形エンコーダＬＩＰ３８２といったような、同様のエンコーダもまた市販されている。
【００１６】
本発明の変位計測システムの精度のよさに加えて、さまざまな構成要素の材料を厳密に選択することにより、システムはコンパクトになり得、かつ、容易に真空対応となり得るとともに、温度安定性を有することが可能となる。
【００１７】
望ましい実施形態において、それぞれの回折格子は、可動対象物の基準位置を決定する基準マークを付した関連回折パターンを有する。このようにして、可動対象物の絶対位置を計測することが可能である。
【００１８】
望ましい実施形態において、変位計測システムはさらに光のソースを作り出す光源と、前記光のソースが第一回折格子と第二回折格子のうちの一方の回折格子により回折され、それにより第一回折光信号を生成し、第一回折光信号が第一回折格子と第二回折格子のもう一方の回折格子により回折され、それにより第二回折光信号を生成し、第二回折光信号が第一回折格子と第二回折格子のうちの一方の回折格子により回折され、それにより第３回折光信号を生成するように配置された前記変位計測システムから成る。好ましくは、前記第一回折格子と第二回折格子のうちの一方の回折格子は透明回折格子であり、第一回折格子と第二回折格子のもう一方の回折格子は反射回折格子である。このようにして、変位計測装置を小型にすることが可能であり、光源と全ての光センサーを第一回折格子および第二回折格子のうちの一方の回折格子に隣接させて互いに近づけて配置することが可能である。
【００１９】
好ましくは、変位計測システムは、少なくとも２つの第一回折格子と、少なくとも２つの第二回折格子から構成され、第一、第二回折格子のそれぞれのペアはほぼ直交して取り付けられている。このようにして、２自由度における光学素子の位置が計測可能となる。自由度ごとに第一、第二回折格子のペアを配備することにより、光学素子の位置が全６自由度で計測可能であることは明らかである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明のさらなる態様に基づいて、デバイスの製造方法が提供される。該デバイスの製造方法は、放射線感光材料の層により少なくとも部分的に覆われた基板を提供し、放射線システムを用いて放射線の投影ビームを供給し、パターニング手段を用いて投影ビームのその断面にパターンを与え、少なくとも１個の光学素子を用いて放射線感光材料の層の目標部分に放射線のパターン化されたビームを投影し、そして、前記の少なくとも１個の光学素子の位置を計測するステップとから成り、ここで、前記の少なくとも１個の光学素子に取り付けられた第一回折格子と、基準フレームに取り付けられた第二回折格子とを提供するステップと、前記第一回折格子と第二回折格子のうちの一方により回折された光を、前記第一回折格子と第二回折格子のもう一方の回折格子で回折するステップとを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明による装置の使用法に関して、本文ではＩＣの製造において詳細な参照説明を行うものであるが、こうした装置が他の多くの用途においても使用可能であることは明確に理解されるべきである。例えば、本発明による装置は、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用ガイダンスおよび検出パターン、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用され得る。こうした代替的な用途においては、本文にて使用した「レチクル」、「ウェーハ」、「ダイ」といった用語は、それぞれ「マスク」、「基板」、「目標部分」といった、より一般的な用語に置き換えて使用され得ることは当該技術分野の専門家にとって明らかである。
【００２２】
本明細書において使用した「放射線」および「ビーム」という用語は、イオンビームあるいは電子ビームといったような粒子ビームのみならず、紫外線（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）、および極紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５ｎｍ−２０ｎｍの範囲の波長、特に１３ｎｍの波長を有する）を含む、あらゆるタイプの電磁放射線を網羅するものである。
【００２３】
本発明の実施の形態についての詳細説明を、添付の図面を参照に、例示の方法においてのみ行うものとする。全図を通して同一部品は同一参照番号を付してある。
【００２４】
図１は、本発明の特別な実施形態に基づいたリソグラフィ投影装置を示したものである。この装置は、特別な本実施形態において放射線源ＬＡも備えた、放射線の投影ビームＰＢ（例えばＥＵＶ放射線）を供給する放射線システムＥｘ、ＩＬと、マスクＭＡ（例えばレクチル）を保持するマスクホルダーｗ備え、かつ、品目ＰＬに対して正確にマスクの位置決めを行う第一位置決め手段ＰＭに連結された第一オブジェクト・テーブル（マスクテーブル）ＭＴと、基板Ｗ（例えば、レジスト塗布シリコンウェーハ）を保持する基板ホルダーを備え、かつ、品目ＰＬに対して正確に基板の位置決めを行う第二位置決め手段ＰＷに連結された第二オブジェクト・テーブル（基板テーブル）ＷＴと、マスクＭＡの照射部分を、基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つあるいはそれ以上のダイから成る）に像形成する投影システム（例えばミラー群）ＰＬとにより構成されている。ここで示しているように、この装置は反射タイプ（すなわち、反射マスクを有する）である。しかし、一般的には、例えば透過マスクを有する透過タイプのものも可能である。あるいは、本装置は、上記に関連するタイプであるプログラマブルミラーアレーといったような、他の種類のパターニング手段も使用可能である。
【００２５】
ソースＬＡ（例えば、レーザ生成プラズマソースあるいは放電プラズマソース）は放射線のビームを作り出す。このビームは、直接的に、あるいは、例えばビームエキスパンダーＥｘといったようなコンディショニング手段を横断した後に、照明システム（照明装置）ＩＬに供給される。照明装置ＩＬは、ビームにおける強度分布の外部かつ／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒに相当する）を設定する調整手段ＡＭから成る。さらに、照明装置ＩＬは一般的に積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯといったような、他のさまざまな構成要素を備える。このようにして、マスクＭＡに照射するビームＰＢは、その断面に亘り所望する均一性と強度分布とを有する。
【００２６】
図１に関して、ソースＬＡはリソグラフィ装置のハウジング内にある（これは例えばソースが水銀ランプである場合に多い）が、しかし、リソグラフィ投影装置から離して配置することも可能であることを注記する。この場合、ソースＬＡが作り出す放射線ビームは（適した誘導ミラーにより）装置内に導かれる。この後者のシナリオでは、ソースＬＡがエキシマレーザである場合が多い。本発明および請求項はこれら両方のシナリオを網羅するものである。
【００２７】
続いてビームＰＢはマスクテーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡに入射する。ビームＰＢはマスクＭＡにより選択的に反射され、基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームＰＢの焦点を合わせるレンズＰＬを通過する。第二位置決め手段（および干渉計測手段ＩＦ）により、基板テーブルＷＴは、例えばビームＰＢの経路における異なる目標部分Ｃに位置を合わせるために正確に運動可能である。同様に、第一位置決め手段は、例えばマスクライブラリからマスクＭＡを機械的に検索した後に、あるいは走査運動の間に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするように使用可能である。一般的に、オブジェクト・テーブルＭＴおよびオブジェクト・テーブルＷＴの運動はロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）にて行われる。これについては図１に明示を行っていない。しかし、ウェーハステッパの場合（ステップアンドスキャン装置とは対照的に）、マスクテーブルＭＴはショートストロークアクチュエータに連結されるだけであるか、あるいは固定される。
【００２８】
ここに表した装置は２つの異なるモードにて使用可能である。
１．　ステップモードにおいて、マスクテーブルＭＴは基本的に静止状態に保たれている。そして、マスクの像全体が１回の作動（すなわち１回の「フラッシュ」）で目標部分Ｃに投影される。次に基板テーブルＷＴがｘ方向および／あるいはｙ方向にシフトされ、異なる目標部分ＣがビームＰＢにより照射され得る。
２．　スキャンモードにおいて、基本的に同一シナリオが適用されるが、但し、ここでは、所定の目標部分Ｃは１回の「フラッシュ」では露光されない。代わって、マスクテーブルＭＴが、速度ｖにて所定方向（いわゆる「走査方向」、例えばｙ方向）に運動可能であり、それによってビームＰＢがマスクの像を走査する。これと同時に、基板テーブルＷＴが速度Ｖ＝Ｍｖで、同一方向あるいは反対方向に運動する。ここで、ＭはレンズＰＬの倍率（一般的にＭ＝１／４あるいは１／５）である。このように、解像度を妥協することなく、比較的大きな目標部分Ｃを露光することが可能となる。
【００２９】
１５７ｎｍ波長の放射線を使用するリソグラフィ装置において、投影システムＰＬは、基準フレーム３０に対して正確に位置決めがなされる必要のある１つ以上の光学素子（レンズ）を配備する。ＥＵＶ技術の出現により、投影システムＰＬにおけるビームＰＢの焦点を合わせる目的において、レンズのかわりにミラーだけを使用する必要がある。よって、使用する放射線の波長が短いことから、投影システムにおけるＥＵＶ光学素子においてはより高精度の位置決めが要求されるばかりでなく、ＥＵＶ光学素子が回折モードよりもむしろ反射モードにおいて使用されることから、２つの高い位置決め精度の要素をも必要とする。解像度が増すことにより、高い精度もまた要求される。よって、本発明は、主にＥＵＶタイプのリソグラフィ装置に対して（ただしこれに限定されるわけではない）提供されるものである。
【００３０】
投影システムＰＬにおける光学素子は多くの場合、６自由度で位置決めされる必要がある。ＥＵＶ装置の投影システムＰＬにおける光学素子の場合では、位置決め精度は０．１ｎｍのオーダのものである。典型的なＥＵＶ装置では投影システムに６個のミラーを配置し、その各々が基準フレームとして作用するフレーム３０に対して６自由度で位置決めされる。
【００３１】
図２は、基準フレーム３０に対する、アクチュエータ４０を介した光学素子２０の連結を示したものである。（このような配列については、参考までに記載を行うと、例えば、欧州特許申請番号第０１３１０７８１．８号において開示されている。）図中にて変位計測システム５０も同様に示している。変位計測システム５０の一部分は基準フレーム３０に、本実施形態においては投影オブジェクトボックス３０に取り付けられている。また、変位計測システム５０の他の部分は光学部材２０に取り付けられている。変位計測システム５０のこの２つの部分間における物理的な接触はない。
【００３２】
図２および図３を参照に、変位計測システム５０についてのより詳細な説明を行う。変位計測システムは光学素子２０に取り付けられた第一回折格子５１を備える。これは、光学素子２０の表面上に回折パターンをエッチングすることによって、あるいはミラー表面上における回折格子の分子結合によって作り出すことが可能である。後者の場合、回折格子はＺｅｒｏｄｕｒ（ＲＴＭ）あるいはＵＬＥ（ＲＴＭ）といったような低熱膨張材料によって製造され、回折パターンはクロムラインであろう。また、５１２ｎｍの回折周期が適し、回折格子は反射回折格子である。
【００３３】
変位計測システム５０の第二の主な構成要素は、投影オブジェクトボックス３０に固定された第二回折格子５２である。図示の例においては、第二回折格子は５１２ｎｍの回折周期の透過回折格子である。すなわち、第一回折格子の周期と同様であるが、この周期はより大きくなってもよい。好ましくは第二回折格子５２もまたＺｅｒｏｄｕｒ（ＲＴＭ）あるいはＵＬＥ（ＲＴＭ）といったような低熱膨張材料から出来ている。
【００３４】
回折格子はリソグラフィ投影装置のレチクルと同様の方法で製造される。第二回折格子５２の位置が基準フレーム（すなわち投影オブジェクトボックス３０）に対して固定されているとき、第二回折格子５２の長さは第一回折格子５１の長さよりも短い。実際、第一回折格子５１は光学素子２０の所望される移動量に合わせて選択される。ＥＵＶシステムにおいてこの移動量は約１ｍｍであろう。
【００３５】
変位計測システム５０について、光学素子２０に取り付けされた第一回折格子５１と、投影オブジェクトボックス３０に取り付けされた、これに連動する第二回折格子５２に関して詳細に説明を行っているが、必ずしもこれに限定されるわけではなく、第一回折格子５１が投影オブジェクトボックス３０に取り付けされることも可能であり、また、第二回折格子５２が光学素子２０に取り付けされることも可能である。しかし、以下に記載する変位計測システム５０の光学的構成要素の余分な重量が、アクチュエータ４０を通して伝達されることなく、投影オブジェクトボックスで受けられることから、図示のような実施形態となることが望ましい。よって、光学素子２０の慣性が変位計測システム５０の使用によって劇的に増すことはない。
【００３６】
投影オブジェクトボックス３０および第二回折格子５２に対して固定のなされた他の構成要素は、光源５３と、３個の光センサー（ダイオード）５４ａ、５４ｂ、および５４ｃから成る感知システム５４である。光源５３は局所的な加熱を回避する目的で変位計測装置から離されている。その光は光ファイバーを介して変位計測装置に伝達されるようにしても良い。光源５３からの光の焦点を第二回折格子５２に合わせるとともに、第二回折格子５２からの回折光の焦点をセンサー５４ａ、５４ｂ、および５４ｃに合わせるレンズ５５が、第二回折格子５２と光源５３と感知システム５４間に配置されている。このレンズもまた投影オブジェクトボックス３０に相対する位置に固定されている。
【００３７】
干渉線形エンコーダとも称され得る本発明の変位計測装置の機能的な原理については、１９９７年にＰｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｒａｕｎｓｃｈｗｅｉｇに掲載されたＳＰＩＥＳ，Ａによる“Ｌｉｎｅａｒ　ａｎｄ　Ａｎｇｕｌａｒ　Ｅｎｃｏｒｄｅｒｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ
Ｒａｎｇｅ”において詳細なる説明がなされている。
【００３８】
光源５３は、計測方向に垂直である平行光ビームを発し、それが第二回折格子５２に当たり、ここで３つの次数に回折される。ゼロ次は隠れ、＋／−１次のみが第一回折信号として第一回折格子５１に通過する。第一回折格子５１において、第一回折光信号はリトロー配置に回折され、そして反射され第二回折光信号を作り出す。第二回折光信号は第二回折格子５２にて干渉し、第二回折格子５２を通過するときに回折され、第三回折光信号を作り出す。第三回折光信号はレンズ５５によって感知システムの３個のフォトデテクタ５４ａ、５４ｂ、５４ｃに焦点が合わせられる。
【００３９】
フォトデテクタ５４ａ、５４ｂ、５４ｃのそれぞれで受信された信号は、他の２個のフォトデテクタ５４ａ、５４ｂ、５４ｃにて受信された光信号から１２０°位相シフトされる。第二回折格子５２に対する第一回折格子５１の相対的な動きがない場合、センサーの出力は一定である。
【００４０】
感知システムからの電気信号は電気回路により直交信号に変換される。第二回折格子５２に対する第一回折格子の相対的動作があると、センサー５４ａ、５４ｂ、５４ｃの出力は発振する。（透明格子による配置では、シングルパスのみであるため電気信号は格子周期の２倍のみの周期を有するが、ダブルパスであることから）一方の回折格子がもう一方の回折格子に対し動作すると、回路により出力される正弦信号および余弦信号は回折格子周期の４倍の周期を有する。よって、例えば係数２^１４による電子内挿により、容易に０．１ｎｍ未満の計測ステップとなる。
【００４１】
第一回折格子５１は、第一回折格子５１に隣接する１つ以上の基準マークと、第二回折格子５２に隣接する対応マークを有することが出来、それにより光学素子２０の絶対位置が他のフォトデテクタ（図示せず）により感知されることが出来る。また、別々の基準信号を生成するように基準マークを作り出すことが可能である。
【００４２】
理解されるように、回折格子の他のペアに直交して配列した、連動する第一回折格子５１と第二５２回折格子のさらなるペアを使用することにより、１自由度以上での光学素子２０の位置の計測が可能である。回折格子の２つの直交するペアは単一のハウジング内に設けられよう。
【００４３】
光学における他の幾何学が変位計測システムに使用可能であることもまた理解されよう。例えば、光源５３からの平行光ビームが斜角にて第二回折格子５２に当たることも可能であり、第一回折格子５１と第二回折格子５２間のプリズムを使用して、第一回折光信号および第二回折光信号をそれぞれ第一回折格子と第二回折格子に反射させることも可能である。さらに、第二回折格子５２は反射回折格子にもなり得る。前述したような原理と同様の原理で作動する他の多くの異なる幾何学もまた利用可能である。
【００４４】
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、ここに記載を行った以外の他の方法でも本発明を具体化できることは当業者にとって明らかである。ここに行った詳細説明は本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に基づくリソグラフィ投影装置を示したものである。
【図２】光学素子、基準フレーム、および本発明の変位計測システムの配置図である。
【図３】本発明の変位計測システムを示したものである。

Claims

放射線の投影ビームを供給する放射線システムと、所望するパターンに従って投影ビームをパターン化するパターニング手段を支持する支持構造と、基板を保持する基板テーブルと、パターン化されたビームを基板の目標部分に投影する、少なくとも１個の光学素子から構成される投影システムと、前記の少なくとも１個の光学素子の位置を計測する変位計測システムとにより構成されるリソグラフィ投影装置において、前記の変位計測システムは、前記の少なくとも１個の光学素子に取り付けられた第一回折格子と、基準フレームに取り付けられた、これに連動する第二回折格子により構成され、ここで、前記第一回折格子と第二回折格子のうちの一方は、もう一方の回折格子からの回折光を受光するように配置されていることを特徴とするリソグラフィ投影装置。
それぞれの回折格子は、可動対象物の基準位置を明確にする１つ以上の関連基準マークを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
変位計測システムは、光源からの光が前記の第一回折格子と第二回折格子のうちの一方の回折格子により回折され、それにより第一回折光信号を生成し、第一回折光信号が前記の第一回折格子と第二回折格子のもう一方の回折格子により回折され、それにより第二回折光信号を生成し、第二回折光信号が前記の第一回折格子と第二回折格子のうちの一方の回折格子により回折され、それにより第３回折光信号を生成するように配置されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の装置。
前記の第一回折格子と第二回折格子のうちの一方の回折格子は透過回折格子であり、第一回折格子と第二回折格子のもう一方の回折格子は反射回折格子であることを特徴とする請求項３に記載の装置。
前記の反射回折格子は前記の光学素子に取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
前記の変位計測システムはさらに、前記の第三回折光信号の光を受光する感知システムを備えていることを特徴とする請求項３、４、あるいは５に記載の装置。
前記の感知システムは３個のフォトセンサーから成り、その各々が、他の前記フォトセンサーにより受信された信号と１２０度位相のずれた光信号を受信することを特徴とする請求項６に記載の装置。
前記の変位計測システムは、感知システムからの信号を、内挿により前記の基準フレームに基準をもった前記の光学素子の位置情報に変換するプロセッサーを備えていることを特徴とする請求項６あるいは７に記載の装置。
前記の変位計測システムは少なくとも２つの第一回折格子と少なくとも２つの第二回折格子を備えており、連動する第一回折格子および第二回折格子のペアはほぼ直交して取り付けられていることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
放射線感光材料の層により少なくとも部分的に覆われた基板を提供し、放射線システムを用いて放射線の投影ビームを供給し、パターニング手段を用いて、投影ビームのその断面にパターンを与え、少なくとも１個の光学素子を用いて、放射線感光材料の層の目標部分に放射線のパターン化されたビームを投影し、前記の少なくとも１個の光学部材の位置を計測するステップとから成るデバイスの製造方法において、前記の少なくとも１個の光学素子に取り付けられた第一回折格子と、基準フレームに取り付けられた第二回折格子を提供し、前記の第一回折格子と第二回折格子のうちの一方の回折格子により回折された光を、前記の第一回折格子と第二回折格子のもう一方の回折格子で回折するステップを有することを特徴とするデバイスの製造方法。