JP2007116143A - リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定された信号間の（重み付けされた）差を用いて移動可能な物体の位置を計算することによって、屈折率および膨張のグローバルおよび／またはローカルな変化などの変動に起因するセンサの信号誤差を実質的に減らす。
【解決手段】本発明のリソグラフィ装置は、パターンが付与された放射線ビームを基板のターゲット部分に投影するように構成された投影システムＰＳと、移動可能な１つの物体１の位置を少なくとも一方向において求めるように構成された、移動可能な物体１の一方の側から離して配置された少なくとも１つの第１のセンサ３および移動可能な物体１の反対側から離して配置された少なくとも１つの第２のセンサ４を備える位置測定システムと、第１のセンサ３と移動可能な物体１との間の距離および第２のセンサ４と移動可能な物体１との間の距離に基づき、移動可能な物体の前記方向における位置を計算するように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板上に付与する機械であり、通常はパターンを基板のターゲット部分に付与する。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に使用できる。このような場合、マスクまたはレチクルとも称されるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層に形成する回路パターンを生成しうる。このパターンを基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば、１つまたは複数のダイ、またはその一部を含む箇所）に転写することができる。一般に、パターンの転写は、基板上に設けられた放射線感応性材料（レジスト）層への結像によって行われる。通常、１つの基板は、隣接する複数のターゲット部分から成るネットワーク(network)を含み、これらのターゲット部分のパターンが順次形成される。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体を各ターゲット部分に一度に露光することによってターゲット部分を照射する、いわゆるステッパと、放射線ビームによって所定の方向（「スキャン」方向）にパターンをスキャンしながら、この方向に平行または非平行に同期して基板をスキャンすることによって、各ターゲット部分を照射する、いわゆるスキャナとを含む。パターンを基板にインプリントすることによってパターンをパターニングデバイスから基板に転写することも可能である。

公知のリソグラフィ装置においては、基板テーブルおよびパターニングデバイス支持体などの移動可能な物体の位置を求めるために、位置測定システムが使用される。マスクおよび基板テーブルの位置測定は、６自由度(6 DOF)のすべてにおいて、サブナノメータの解像度まで、ナノメータの精度および安定度で行う必要がある。これは、一般には、（単軸または多軸）干渉計を使用して６自由度のすべてにおける移動量を測定することによって実現され、冗長軸(redundant axes)を設けることによってキャリブレーション機能（例えば、基板テーブル上の干渉計ミラーの平坦度のキャリブレーション）を追加することも可能である。

干渉計を使用するこの公知のシステムの欠点は、干渉計の性能がビーム長に依存する点である。この理由は、グローバルおよび／またはローカルな環境変化に起因する屈折率の変化によって光路の長さが左右されるからである。ビーム長が長くなると、干渉計の性能は低下する。これらの変化が干渉計の性能に及ぼす影響は、ここに必要とされる精度レベルにおいて重大になり始める。

例えば、一般に認められる問題は、環境内の定期的な（高頻度の）圧力変化に起因する。これらの圧力変化は、測定用の信号が通過する媒体の屈折率に大きな影響を及ぼす。なお、これらの圧力変化を考慮するために、圧力センサを使用することが知られている。ただし、これらの圧力センサは、一般に変動への対応が遅すぎる。現在のところ、これらの圧力変化を適切に修正することが実証されている解決策は他にはない。また、温度変化、空気の組成（ＣＯ_２量）など、他の環境因子も干渉計の性能に影響する。

さらに、干渉計が配置されるフレーム、および基板テーブル自体の熱膨張の影響(thermal expansion effects)によって、ビーム長が変化する（ビーム光路の物理的変化）。干渉計の光信号が移動する環境および測定ループに関与する機構の両方の調整に関して（極めて）高い仕様を要求することによって、このような熱膨張効果を低減することができる。

移動可能な物体に対する高精度の位置測定システムを有し、位置測定システムの各センサの信号の乱れの影響を受けにくいリソグラフィ装置を提供する。

本発明の一実施形態によると、パターンが付与された放射線ビームを基板のターゲット部分に投影するように構成された投影システムと、移動可能な物体の一方の側から離して配置された少なくとも１つの第１のセンサおよびこの移動可能な物体の反対の側から離して配置された少なくとも１つの第２のセンサを備えた、移動可能な１つの物体の少なくとも一方向における位置を求めるように構成されている位置測定システムと、第１のセンサおよび第２のセンサによって測定された距離に基づき前記移動可能な物体の前記方向における位置を計算するように構成されている計算デバイスとを備えるリソグラフィ装置が提供される。

本発明の一実施形態によると、パターニングデバイスから基板にパターンを転写するステップを含むデバイス製造方法であって、移動可能な物体の一方の側から離して配置された少なくとも１つの第１のセンサと、前記移動可能な物体の反対の側から離して配置された少なくとも１つの第２のセンサとを備える位置測定システムを用いて、移動可能な物体のある方向における位置を求め、前記移動可能な物体と前記第１のセンサとの間の第１の測定距離を前記第１のセンサで測定するステップと、前記移動可能な物体と前記第２のセンサとの間の第２の測定距離を前記第２のセンサで測定するステップと、前記第１および第２の測定距離に基づき、前記移動可能な物体の前記方向における計算位置を計算するステップとを含む方法が提供される。

次に、添付の概略図面を参照しながら、本発明の実施形態を単なる例示として説明する。これらの図面において、対応する参照符号は対応する部分を示す。

図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示す。この装置は、放射線ビームＢ（例えば、ＵＶ放射線または他の何れか適切な放射線）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するように構成され、特定のパラメータに応じてパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成されている第１の位置決め装置ＰＭに連結されているマスク支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴとを含む。この装置は、基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成され、特定のパラメータに応じて基板を正確に位置決めするように構成された第２の位置決め装置ＰＷに連結されている基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴまたは「基板支持体」(“substrate support”)をさらに含む。本装置は、パターニングデバイスＭＡによって放射線ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つまたは複数のダイを含む）に投影するように構成された投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳをさらに含む。

照明システムは、放射線の誘導、成形、または制御のために、屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、静電気型などさまざまなタイプの光学コンポーネント、または他のタイプの光学コンポーネント、あるいはこれらの組み合わせを含みうる。

マスク支持構造は、パターニングデバイスを支持する。すなわち、マスク支持構造は、パターニングデバイスの重量を支える。この支持構造は、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置の設計、および他の条件、例えばパターニングデバイスを保持する環境が真空環境か否かなど、に応じた方法でパターニングデバイスを保持する。マスク支持構造は、機械的、真空、静電、または他のクランプ技術によってパターニングデバイスを保持することができる。マスク支持構造は、例えば必要に応じて固定または移動しうるフレームまたはテーブルでもよい。マスク支持構造は、パターニングデバイスを所望の位置、例えば投影システムに対する所望の位置、に確実に位置付けうる。ここで使用する「レチクル」または「マスク」という用語は、より一般的な「パターニングデバイス」という用語と同義であると考えてもよい。

ここで使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンが形成されるように、放射線ビームの横断面にパターンを付与するために使用できる任意のデバイスを指すものと広く解釈されるべきである。なお、例えば位相シフト特徴(phase-shifting features)、またはいわゆるアシスト特徴(assist features)を含むパターンの場合は、放射線ビームに付与されるパターンが基板のターゲット部分における所望のパターンに正確に対応しないこともある。通常、放射線ビームに付与されるパターンは、ターゲット部分に作成される集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応する。

パターニングデバイスは、透過型でも反射型でもよい。パターニングデバイスの例として、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルなどが挙げられる。マスクはリソグラフィィでは周知であり、バイナリ、Alternating位相シフト、減衰型位相シフトなどのマスクタイプのほか、各種のハイブリッドマスクタイプが挙げられる。プログラマブルミラー配列の一例は、複数の小さなミラーから成るマトリックス配列を使用し、入射した放射線ビームがそれぞれ異なる方向に反射されるように個々のミラーを個別に傾けることができる。ミラー配列によって反射された放射線ビームには、傾いたミラーによってパターンが付与されている。

ここで使用される「投影システム」という用語は、使用される露光放射線、あるいは他の因子、例えば液浸液の使用または真空の使用など、に適切な、屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系、磁気光学系、電磁気光学系、および静電光学系、あるいはこれらの組み合わせを含む各種の投影システムを包含するものと広く解釈されるべきである。ここで使用する「投影レンズ」という用語は、より一般的な「投影システム」という用語と同義であると考えてもよい。

ここに示す装置は、透過型（例えば透過型マスクを使用する）である。あるいは、装置を反射型（例えば、上記タイプのプログラマブルミラーアレイを使用するか、または反射型マスクを使用する）にしてもよい。

リソグラフィ装置は、２つ（デュアル）またはそれ以上の基板テーブルまたは「基板支持体」（および／または２つまたはそれ以上のマスクテーブルまたは「マスク支持体」）を有するタイプでもよい。このような「マルチステージ」機械においては、追加した複数のテーブルまたは支持体を並列に使用してもよいし、あるいは１つまたは複数のテーブルまたは支持体を露光に使用している間に、他の１つまたは複数のテーブルまたは支持体で準備工程を実行してもよい。

また、このリソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間が満たされるように、基板の少なくとも一部を屈折率が比較的大きい液体、例えば水、で覆うタイプでもよい。リソグラフィ装置内の他の空間、例えばマスクと投影システムとの間、にも液浸液を使用しうる。液浸技術を使用することによって、投影システムの開口数を大きくすることができる。ここで使用する「液浸」という用語は、基板などの構造を液体に浸漬する必要があることを意味するのではなく、露光中に投影システムと基板との間に液体が存在することを単に意味する。

図１において、イルミネータＩＬは、放射線源ＳＯから放射線ビームを受光する。この放射線源およびリソグラフィ装置は、例えば放射線源がエキシマレーザの場合などは、それぞれ別個の実体としうる。このような場合、放射線源はリソグラフィ装置の一部を形成するとは見なされず、放射線源ＳＯからの放射線ビームは、適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダなどのビームデリバリシステムＢＤによってイルミネータＩＬに送られる。これ以外の場合、例えば放射線源が水銀ランプの場合などは、放射線源をリソグラフィ装置の一体部分としうる。放射線源ＳＯとイルミネータＩＬとをまとめて、必要であればビームデリバリシステムＢＤも含めて、放射線システムと呼んでもよい。

イルミネータＩＬは、放射線ビームの角度強度分布を調整するように構成されたアジャスタＡＤを含んでもよい。通常、イルミネータの瞳面における強度分布の少なくとも外側および／または内側の半径方向範囲（それぞれσ-outerおよびσ-innerと一般に称される）を調整することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなど、さまざまな他の構成部材を含んでもよい。放射線ビームの横断面を所望の均一性および強度分布にするために、イルミネータによって放射線ビームを調整してもよい。

放射線ビームＢは、マスク支持構造（例えばマスクテーブルＭＴ）に保持されているパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスによってパターンが付与される。マスクＭＡを通過した放射線ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは基板Ｗのターゲット部分Ｃにビームの焦点を合わせる。第２の位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉装置、リニアエンコーダ、または容量センサ）によって基板テーブルＷＴを正確に移動できるので、例えばさまざまなターゲット部分Ｃを放射線ビームＢの光路内に位置付けることができる。同様に、例えばマスクライブラリからマスクが機械的に取り出された後、または走査中に、マスクＭＡを放射線ビームＢの光路に対して正確に位置決めするために、第１の位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示せず）を使用することができる。通常、マスクテーブルＭＴの移動は、第１の位置決め装置ＰＭの一部を構成する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）によって実現しうる。同様に、基板テーブルＷＴまたは「基板支持体」の移動は、第２の位置決め装置ＰＷの一部を構成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールによって実現しうる。ステッパの場合は（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴをショートストロークアクチュエータのみに連結しても、固定してもよい。マスクＭＡと基板Ｗとは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用してアライメントされる。図示の基板アライメントマークは専用のターゲット部分を占拠しているが、これらのマークをターゲット部分間のスペースに配置してもよい（これらは、けがき線アライメントマーク(scribe-lane alignment mark)として知られている）。同様に、複数のダイをマスクＭＡに設ける場合は、マスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。

図示の装置は、以下のモードの少なくとも１つで使用できるであろう。
１．ステップモードでは、マスクテーブルＭＴまたは「マスク支持体」と、基板テーブルＷＴまたは「基板支持体」とが基本的に静止状態に保持されている間に、パターン全体が付与された放射線ビームがターゲット部分Ｃに一度に（すなわち単一静止露光）投影される。次に、別のターゲット部分Ｃが露光されるように、基板テーブルＷＴまたは「基板支持体」がＸおよび／またはＹ方向に移動される。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一の静止露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
２．スキャンモードでは、マスクテーブルＭＴまたは「マスク支持体」と、基板テーブルＷＴまたは「基板支持体」とが同期して走査されている間に、パターンが付与された放射線ビームがターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一の動的露光）。マスクテーブルＭＴまたは「マスク支持体」に対する基板テーブルＷＴまたは「基板支持体」の方向および速度は、投影システムＰＳの拡大（縮小）および像反転特性によって決めうる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって単一の動的露光時のターゲット部分の幅（非スキャン方向）が制限される一方で、走査動作の長さによってターゲット部分の高さ（スキャン方向）が決まる。
３．別のモードでは、マスクテーブルＭＴまたは「マスク支持体」が基本的に静止状態でプログラマブルパターニングデバイスを保持し、基板テーブルＷＴまたは「基板支持体」が移動または走査されている間に、パターンが付与された放射線ビームがターゲット部分Ｃに投影される。このモードでは、通常、パルス光源が使用され、基板テーブルＷＴまたは「基板支持体」の各移動後、または走査中の連続する放射光パルスの間に、必要に応じてプログラマブルパターニングデバイスが更新される。この作動モードは、上で言及した形式のプログラマブルミラー配列などのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィにも容易に適用できる。

上記の使用モードの組み合わせおよび／またはバリエーション、あるいは全く異なる使用モードも使用しうる。

図２は、本発明による位置測定システムの第一の実施形態を含むリソグラフィ装置の一部を示す。基板テーブル１がレンズコラム(lens column)２の下に配置されている。干渉計３が基板テーブル１の一方の側に配置されている。干渉計３は、基板テーブル１と干渉計３との間の距離をある方向に、具体的には測定線Ａ−Ａ上で、測定するように構成されている。干渉計３は、ほぼこの測定線Ａ−Ａ上に配置されている。すなわち、干渉計３の光信号６は、ほぼこの測定軸Ａ−Ａに沿って移動する。干渉計３と基板テーブル１との間の距離を測定する方向は、測定線Ａ−Ａの方向に対応することは明白であろう。

なお、本願で使用する「測定距離」(“measured distance”)という表現は、センサ、具体的には干渉計、によって提供される信号を指す。この信号は、移動可能な物体、この場合は基板テーブル１、と基準点、この場合は干渉計３、との間の距離を表す。この信号は、実際の距離、移動量、またはこれらの倍数、あるいは基準点と移動可能な物体との間の距離、または移動可能な物体自体の移動量を表す他の何れの信号でもよい。これらの信号はすべて、「測定距離」と見なされるので、本発明の範囲に含まれると考えられる。

干渉計３は、熱的に均衡した、好ましくはレンズコラムの中心線Ｂ−Ｂに対してほぼ対称的なフレーム５に取り付けられる。基板テーブル１は、少なくとも測定線Ａ−Ａの方向に移動可能である。図２において、基板テーブル１は、レンズコラム２に対してその中心位置にある。すなわち、基板テーブル１の中心がレンズコラム２の中心線Ｂ−Ｂに位置付けられている。位置測定システムは、さまざまな干渉計の信号を用いて基板テーブル１の位置を求める計算デバイス８をさらに備える。この計算デバイスは、単一のデバイスであっても、リソグラフィ装置の一般制御ユニットの一部であってもよい。

各干渉計は、基板テーブル１の反射面１２で反射される光信号を用いて、それぞれの干渉計に対する基板テーブル１の位置を求める。図２には２つの干渉計３、４のみが図示されているが、干渉計を用いる位置測定システムは、通常、当業者には公知のように、基板テーブルの位置を６自由度において測定するために少なくとも６つの干渉計軸を備える。さらに、本実施形態においては、干渉計３、４は、静止物体、例えばフレーム、に取り付けられ、反射面１２は基板テーブル１に取り付けられている。代替実施形態においては、センサ、具体的には干渉計、を基板テーブル（移動可能な物体）に取り付け、反射面を静止物体に取り付けてもよい。このような実施形態も本発明の範囲に含まれると見なされる。

移動可能な物体、この場合は基板テーブル１、の位置をサブナノメータレベルで、つまり最新のリソグラフィ装置に必要な精度で求めるために、干渉計を使用してもよい。ただし、干渉計の測定値は、さまざまなパラメータによって変動しうる。さまざまなパラメータによるこの変動は、リソグラフィ装置に必要とされる高精度レベルにおいて特に明らかになる。

例えば、フレーム５の熱膨張によって、干渉計３と基板テーブル１との間の距離が増大（または縮小）しうる。結果として、干渉計３には、基板テーブルが遠ざかったように見える。また、基板テーブル１自体の熱膨張は、干渉計３によって測定される位置に影響しうる。基板テーブル１が膨張すると、基板テーブル１が実際に移動していなくても、干渉計３と基板テーブル１との間の距離が縮まる。結果として、干渉計３には、基板テーブル１が干渉計３に向かって移動したように見える。

公知のリソグラフィ装置においては、干渉計３と基板テーブル１とが配置される空間の調整に対して極めて厳しい要件を設けることによって、これらの影響を考慮している。これらの厳しい要件を守ることによって、リソグラフィ処理中にフレーム５および基板テーブル１の両方の膨張がほぼ同じに維持されるので、基板テーブル１の位置の測定時に上記の誤差が回避される。ただし、このような厳しい調整要件は、通常望ましくない。

さらに、干渉計の信号が通過する気体／空気の屈折率の変化が干渉計３の測定に影響することもある。このような屈折率の変化は、例えば、気体／空気の温度、圧力、または組成の変化によって引き起こされる。屈折率の変化の影響は、グローバルである、すなわちすべての干渉計の信号が同じ影響を蒙ることも、ローカルである、すなわち特定の干渉計の信号のみが屈折率の変化を受けることもある。グローバルな影響として、例えば、測定環境の気体／空気の全体的な（大気）圧力の変化が挙げられ、ローカルな影響として、基板テーブル１の移動によるローカルな温度変化が挙げられる。干渉計の測定ビームの長さが増加すると、屈折率の変化による変動の影響も増加することは明らかであろう。

公知のリソグラフィ装置においては、例えば、気体／空気の温度および／または圧力を測定し、この情報を用いて基板テーブル１の実際の位置を計算することによって、屈折率の変化を考慮している。ただし、このようなパラメータの測定は一般に時間がかかりすぎるので、屈折率の変化が補償される可能性は限られている。

本発明では、第２のセンサ、具体的には干渉計４、を基板テーブル１の反対の側に配置する。干渉計４は、基板テーブル１の位置を干渉計３と同じ方向において測定するように構成されている。干渉計４は、レンズコラム２の中心線Ｂ−Ｂに対してほぼ対称的な位置になるようにフレーム５に取り付けられている。さらに、干渉計４は、測定線Ａ−Ａ上に配置されている。すなわち、干渉計４の光信号７は測定線Ａ−Ａにほぼ沿って移動する。

２つの干渉計３、４の測定結果に基づき、基板テーブル１の位置を測定線Ａ−Ａの方向において求めうるので、上記のように測定信号に及ぼされる変動の影響を、以下に説明するように減少しうる。

各干渉計３、４によって測定される長さは、それぞれ次のように記述しうる。

式中、
ｘは、ｘ＝０に対するステージ（ＭＢ）の移動量である（例えば±０．１５）。
Ｅ＝Ｅ_ＭＦ−Ｅ_ＳＴ
Ｅ_ＭＦは、メトロロジーフレーム（ＭＦ）の膨張量である。
Ｅ_ＳＴは、基板テーブル（ＳＴ）の膨張量である。
Ｐは、ビーム長あたりの屈折率のグローバルな変化の影響である。
Ｌ_０は、ビームの公称距離である（例えば、ステージｘ＝０、すなわち中心位置においては、０．３２）。
εは、ビーム長あたりの屈折率のローカルな変化の影響のｈ乗である。
ｈは、ローカル変動とビーム長との間の関係である。経験的実験は、例えば０．５〜１．０を示し、典型的には〜０．７である。

なお、グローバルな屈折率係数（Ｐ）は、両ビームに共通であり、ローカル部分は異なる（ε１、ε２で表現、これらは原則として同じにできる）。さらに、基板テーブルに対するフレーム５の相対的膨張Ｅ_ＭＦ−Ｅ_ＳＴをＥと表す。また、グローバルおよびローカル「係数」Ｐおよびεの後ろの項では、この膨張が無視されている。

したがって、２つの干渉計３、４を用いると、基板テーブル１の位置を表す２つの測定信号が得られる。計算デバイス８においてこの２つの測定信号を相互に減算し、２で除算すると、測定された長さを次のように記述できる。

したがって、屈折率のグローバルな変化による影響がビームの全長から基板テーブルの移動長Δｘだけに減ることが分かる。この結果、この例においては、例えばビームの全長０．３±０．１５からステージの移動長±０．１５のみになる。つまり、長いビーム長では３分の１になることを意味する。さらに、（メトロロジー）フレーム５および基板テーブル１の熱膨張の影響を全く受けないので、ほぼ対称形のフレーム５の両側が一様に膨張すると想定される。この想定を行えるのは、フレームが例えばアルミニウムなどの高導電性材料で一般に作られ、通常一定の温度に維持されているからである。

屈折率のローカルな変化は両測定間で相関関係がないので、これらを二次方程式に加えうる。さらに、εの大きさが１および２において等しいと想定しうるので、測定位置を次のように記述しうる。

図３には、ｈ＝０．７およびｈ＝１（これらの値を使用する理由は、実際の影響が通常この範囲内に含まれるからである）の場合について、基板テーブルの位置に対する有効ビーム長の測定誤差がプロットされている。２つの干渉計３、４の信号の平均化によって、基板テーブル１の大半の位置における誤差を実質的に減らせることが分かる。基板テーブル１の位置が干渉計３に近い場合にのみ、一組の対向するセンサ３、４の信号を計算デバイス８で組み合わせるより、単一の干渉計３を使用する方が性能がよい。このように、より良い性能が得られる理由は、干渉計３のビームが短いために変動の影響が少ないのに対し、干渉計４のビームは比較的長いために変動の影響がより大きいからである。したがって、このようにビーム長が短い場合は、干渉計３の信号のみを使用することが好ましい場合がある。

位置測定システムのさらに別の実施形態においては、計算デバイス８は、基板テーブル１の位置に応じて、干渉計３、４の信号に重み付けを行う。このような重み付けを行うと、基板テーブル１の位置が中心位置から離れている場合は、比較的短いビームの利点を生かし、基板テーブル１の位置が中心位置に近い場合は２つの干渉計の信号の組み合わせが最適に使用される。

２つの干渉計の測定信号の重み付き減算は、例えば次のように記述できるであろう。

したがって、Δｘの関数であるａに応じて、次のように記述できる。

次に上記のようにｌ_１およびｌ_２を代入すると、計算デバイス８によって計算される測定位置を次のように表しうる。

Δｘの関数としての「ａ」を選択すると、

式中、
ｘ_ｍａｘ＝Ｌ_０
であり、この測定値は、屈折率のグローバルな変化の影響を全く受けなくなる。ただし、測定値には膨張（Ｅ）が含まれている。特に、基板テーブル１が遠い位置（すなわち、中心位置から離れた位置）にあるときに顕著である。ただし、この例では、膨張による誤差も２分の１（０．１５／０．３２）に減っている。さらに、フレーム５および基板テーブル１の膨張は、フレームおよび基板テーブルの調整によって制御することができる。この調整は、干渉計の信号が通過する気体／空気の調整に比べ、比較的簡単である。

ここでも、ローカルな寄与が二次方程式に加えられる。この理由は、これらのローカルな寄与が２つの測定間で相関関係がないからである。この結果、一方の測定位置においては、次のようになる。

図４には、基板テーブル位置（ステージ位置）の測定位置に対する測定位置（有効ビーム長）の誤差がプロットされている。この図にプロットされているのは、単一の干渉計を使用した場合（シナリオ０）、２つの干渉計を使用し、信号を減算した場合（シナリオ１）、および２つの干渉計を使用し、信号を組み合わせて重み付けした５つの異なるシナリオの場合の誤差である。各シナリオにおいて、異なるＸｍａｘが選択されている。ＸｍａｘをＬ０にすると、長いビームの旧位置においてローカル誤差を０．４にまで減らすことができることが分かる。

上記のように重み付けを行って差を計算すると、屈折率のグローバルな変動の影響が取り除かれるので、ローカルな変動および膨張の影響が実質的に減る。基板テーブルの位置の計算に他の計算方法および／または重み付け因子を使用することによっても変動の影響を実質的に減らすことが可能であることは当業者には明らかであろう。

以下に説明するようにレンズコラムの中心線Ｂ−Ｂを求める場合にも、位置測定システムの計算デバイス８を使用できる。位置測定システムは、干渉計とレンズコラムとの間の距離を基準長として求めるための干渉計を備えてもよい。ただし、この信号には、例えば屈折率のグローバルな変化に起因する変動が生じうる。計算デバイス８を使用して２つの干渉計３、４の信号の和の平均を計算する場合は、次のように平均を求めることができる。

屈折率のローカルな変化によって対向する両ビームに及ぼされる影響はノイズと見なしうるので、平均化するとゼロになる。結果として、経時的に平均化される和を次のように記述できる。

この計算によって、このシステムに及ぼされる膨張の影響（フレーム５の膨張から基板テーブルの膨張を引いた値）と屈折率のグローバルな変化の影響との和が得られるので、レンズコラムの基準長の測定値をこの信号によって修正できるため、レンズコラムの中心線の正確な位置を計算できる。

なお、一代替解決策においては、レンズコラムを対応する干渉計に対して移動可能な物体と見なしうる。レンズコラムの両側に干渉計を対称的に配置することによって、屈折率のグローバルおよびローカルな変化の影響および膨張の影響を実質的に減らすことができる。ただし、この代替実施形態は、上記の実施形態に比べ、余分な干渉計を必要とする。

図５には、基板テーブル１および干渉計３、４の上面図が示されている。干渉計は、測定線Ａ−Ａ上にほぼ配置されていることが分かる。ただし、実際には、これらのセンサは測定線上に正確に配置されないこともあり、また位置測定線Ａ−Ａ上の基板テーブル１の位置を求めるために基板テーブルの一方の側に２つまたはそれ以上のセンサが使用されることもある。

以降、上記の状況をどのように考慮できるかについて、基板テーブル１の第２の方向における位置を測定するように構成されている干渉計９、１０、および１１に言及しながら説明する。この例におけるこの第２の方向は、第１の方向に対して直角であり、第１および第２の方向をそれぞれ、例えばｘ方向およびｙ方向として示しうる。

干渉計９は、基板テーブル１の向こう側にあり、他の２つの干渉計１０、１１は基板テーブルの反対の側にある。干渉計９および干渉計１０、１１は、それぞれの干渉計と基板テーブル１との間の距離を表す信号を供給するように構成されている。これらの信号を計算デバイスで用いることによって、図２に関して干渉計３、４について説明したように、屈折率のグローバルおよびローカルな変化の影響、およびフレーム５および／または基板テーブル１の膨張の影響を減らしうる。

ただし、干渉計９のビームは測定線Ｃ−Ｃに正確には整合されていない。結果として、この干渉計によって測定された信号は、測定線Ｃ−Ｃに沿って測定された干渉計９と基板テーブル１との間の実際の距離に対応しないこともある。この干渉計の信号と実際の距離との間の差は、位置測定システムをキャリブレーションすることによって求めうる。この情報を計算デバイスで用いることによって、測定線Ｃ−Ｃ上の距離を干渉計９の信号に基づき計算することができる。この計算においては、干渉計９の信号が測定線Ｃ−Ｃに投影される。

基板テーブル１の反対の側では、干渉計１０、１１を用いて測定線Ｃ−Ｃ上の基板テーブル１の位置が求められる。干渉計１０、１１は、基板テーブル１の反射面１２の特定の位置ＤおよびＥをそれぞれ測定する。位置Ｆは測定された位置Ｄ、Ｅに対して既知であるので、Ｆの位置を求めることができる。結果として、計算デバイス８は、２つの干渉計１０、１１の信号に基づき、測定線Ｃ−Ｃ上の基板テーブル１の位置を（例えば補間によって）計算することができる。２つの干渉計１０、１１を移動可能な物体の一方の側に配置したこのような構成は、この２つの干渉計の信号を使用して第１および第２の方向の平面における回転を求めることができるという利点もある。

さらに、干渉計１０、１１のキャリブレーションを使用前または使用中に行えるので、各干渉計およびそれぞれのビームの正確な位置が分かるために、計算デバイス８は、干渉計１０および１１の信号に基づき、測定線Ｃ−Ｃ上の基板テーブルの位置を高精度レベルで計算することができる。

このようなキャリブレーションは、干渉計３、４にも行いうる。本説明においては、干渉計３、４が測定線Ａ−Ａ上に配置されていると想定したので、基板テーブル１の正確な位置を計算するために、このようなキャリブレーションは不要であった。しかし、実際には、干渉計は通常、所望の測定線から多少ずれるので、各干渉計のキャリブレーションが必要になるであろう。このキャリブレーションの結果に基づき計算デバイスで干渉計の信号を計算することによって、干渉計がそれぞれの測定線上に正確に配置されている場合に測定されるはずの値に相当する値が得られるであろう。このような計算においては、１つまたは複数の干渉計の信号がそれぞれの測定線に投影される。すなわち、単一の干渉計によって測定され、その光信号が対応する測定線に沿って移動した場合の信号になるように、実際の測定値が再計算される。

上記の各実施形態においては、位置測定システムは、基板テーブルの位置を求めるために干渉計を使用している。しかし、基板テーブルの位置を求めるには、別の種類の位置センサ、例えば特定の光学センサまたは容量センサなど、を使用することも可能である。また、このようなセンサの信号を計算デバイスで処理することによって、これらの信号の測定値の変動を考慮してもよい。特に、センサの性能がセンサと基板テーブルとの間の距離に依存する場合は、このような処理が役立つことがある。

さらに、上記の各実施形態に記載したような位置測定システムは、主に基板テーブルの位置を測定することを目的としている。リソグラフィ装置で使用される別の移動可能な物体、例えばパターニングデバイス支持体など、の位置を測定する場合にも、同様の位置測定システムを使用しうる。なお、センサに対する位置が膨張によって移動する物体は、本発明の範囲に含まれる移動可能な物体と見なしうる。このような物体の一例として、図２に示す実施形態に関して説明したレンズコラムが挙げられる。

本文においては、ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及したが、ここで説明したリソグラフィ装置は他の用途、例えば集積光学システム、磁気ドメインメモリの案内および検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造にも使用しうることを理解されたい。このような代替の用途のコンテキストにおいては、ここで使用された用語「ウェーハ」または「ダイ」は、より一般的な用語である「基板」または「ターゲット部分」とそれぞれ同義であると見なしうることを当業者は理解されるであろう。ここで言及した基板の処理は、露光の前または後に、例えばトラック（一般に、レジスト層を基板に付与し、露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジーツール、および／またはインスペクションツールにおいて行ってもよい。ここでの開示内容は、このような基板プロセシングツール、および他の基板プロセシングツールに適宜適用しうる。さらに、例えば多層ＩＣを作製するために基板の処理を複数回行いうるので、ここで使用した基板という用語は、処理済みの層を既に複数含んでいる基板を指すこともありうる。

上記の説明では、本発明の各実施形態を光学リソグラフィというコンテキストでの使用に具体的に言及してきたが、本発明は他の用途、例えばインプリントリソグラフィ、にも使用しうる。また、コンテキストによっては光リソグラフィに限定されない。インプリントリソグラフィにおいては、基板上に作成されるパターンは、パターニングデバイスのトポグラフィによって定義される。このパターニングデバイスのトポグラフィを基板上に用意されたレジスト層にプレスした後、直ちに電磁放射線、熱、圧力、またはこれらの組み合わせを印加することによってレジストを硬化する。レジストの硬化後にパターニングデバイスをレジストから離すと、パターンがレジストに残る。

ここで使用した「放射線」および「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）（例えば３６５、２４８、１９３、１５７、または１２６ｎｍ、あるいはこれらの近辺の波長を持つ）および極紫外線（ＥＵＶ）（例えば５〜２０ｎｍの範囲の波長を持つ）、ならびにイオンビームまたは電子ビームなどの粒子線を含むあらゆる種類の電磁放射線を包含している。

「レンズ」という用語は、コンテキストによっては、屈折、反射、磁気、電磁気、および静電型の光学コンポーネントなどのさまざまな種類の光学コンポーネントの何れか１つまたは組み合わせを指しうる。

本発明の具体的実施形態を上で説明したが、本発明は上記以外の実施形態でも実施しうる。例えば、本発明は、上記の方法を記述した機械読取可能命令のシーケンスを１つまたは複数含むコンピュータプログラムの形態、あるいはこのようなコンピュータプログラムが記録されているデータ記録媒体（例えば、半導体メモリ、磁気または光学ディスク）の形態もとりうる。

上記の説明は、例示を目的としたものであり、限定するためのものではない。したがって、請求の範囲から逸脱することなく上記の発明を変更しうることは当業者には明らかであろう。

本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の一実施形態による位置測定システムを示す図である。 従来技術および本発明の第一の実施形態による基板テーブル位置に対する測定誤差の第１のプロットを示す図である。 従来技術および本発明の第一および第二の実施形態による基板テーブル位置に対する測定誤差の第２のプロットを示す図である。 本発明による位置測定システムの第２の実施形態を示す図である。

Claims (14)

1. パターンが付与された放射線ビームを基板のターゲット部分に投影するように構成された投影システムと、
   移動可能な物体の少なくとも一方向における位置を求めるように構成されたており、前記移動可能な物体の一方の側から離して配置された少なくとも第１のセンサと、前記移動可能な物体の反対の側から離して配置された少なくとも第２のセンサとを備える位置測定システムと、
   前記第１のセンサおよび前記第２のセンサによって測定された距離に基づき、前記移動可能な物体の前記方向における位置を計算するように構成されている計算デバイスと
   を備えるリソグラフィ装置。
2. 前記計算デバイスが前記測定されたそれぞれの距離から共通の測定線上の対応距離を計算するように構成されている請求項１記載のリソグラフィ装置。
3. 前記第１および第２のセンサの少なくとも１つが前記測定線上に実質的に配置されている請求項２記載のリソグラフィ装置。
4. 前記位置測定システムが、前記移動可能な物体の少なくとも一方の側から離して配置され、それぞれ測定した距離を提供するように構成された２つまたはそれ以上のセンサを備え、
   前記計算デバイスが、前記２つまたはそれ以上のセンサの測定距離に基づき、前記移動可能な物体の一方の側の前記測定線上における位置を求めるように構成されている
   請求項２記載のリソグラフィ装置。
5. 前記少なくとも２つのセンサが光学センサである請求項１記載のリソグラフィ装置。
6. 前記少なくとも２つのセンサが干渉計である請求項１記載のリソグラフィ装置。
7. 前記移動可能な物体が、基板を支持するように構成されている基板テーブル、パターニングデバイスを支持するように構成されているパターニングデバイス支持体、および前記投影システムのレンズコラムのうちの１つである請求項１記載のリソグラフィ装置。
8. 前記位置測定システムが、前記移動可能な物体の第２の方向における位置を求めるために、前記移動可能な物体の対向する他の２つの側に配置された少なくとも２つの更なるセンサを備え、
   前記計算デバイスが、前記少なくとも２つの更なるセンサによって測定された距離に基づき、前記移動可能な物体の前記第２の方向における位置を計算するように構成されている
   請求項１記載のリソグラフィ装置。
9. パターニングデバイスから基板にパターンを転写するステップを含むデバイス製造方法であって、
   移動可能な物体の一方の側から離して配置された少なくとも第１のセンサと、移動可能な物体の反対の側から離して配置された少なくとも第２のセンサとを備える位置測定システムを用いて、移動可能な物体のある方向における位置を求め、
   前記移動可能な物体と前記第１のセンサとの間の第１の測定距離を前記第１のセンサによって測定するステップと、
   前記移動可能な物体と前記第２のセンサとの間の第２の測定距離を前記第２のセンサによって測定するステップと、
   前記第１および第２の測定距離に基づき、前記移動可能な物体の前記方向における計算位置を計算するステップと、を含む方法。
10. 前記位置測定システムのキャリブレーションに基づき、前記測定距離のそれぞれを、対応する測定線に投影された距離に再計算する請求項９記載の方法。
11. 前記計算位置が、前記少なくとも第１のセンサと前記移動可能な物体との間の測定距離と、前記少なくとも第２のセンサと前記移動可能な物体との間の測定距離の差に基づく請求項９記載の方法。
12. 前記計算位置が、前記少なくとも第１のセンサと前記移動可能な物体との間の測定距離と、前記少なくとも第２のセンサと前記移動可能な物体との間の測定距離の重み付けされた差に基づく請求項９記載の方法。
13. 前記重み付けされた差が、前記移動可能な物体の位置に基づき重み付けされている請求項１２記載の方法。
14. 前記移動可能な物体の中心位置を前記方向において求めるために、前記移動可能な物体の両側で測定された位置を表す信号を用いて、前記少なくとも第１および第２のセンサが取り付けられているフレームおよび／または前記移動可能な物体の膨張を求める請求項９記載の方法。

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