JP2008501243A - 高速リソグラフィ装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集積回路（ＩＣ）実装パターンをＩＣチップに分割する前のウエハに焼き付けることなどに利用できる、シリコンウエハや同様の基板に高速で回路パターンを生成するための装置および方法を提供する。
【解決手段】投影カメラが、Ｘ，Ｙ，Θステージ上に保持された基板に画像を同時に投影する。投影カメラは、別個独立の位置合わせシステム、光源、ならびに、焦点、画像位置、画像サイズおよび線量の制御部を有してもよい。一実施形態においては、各カメラが、画像対基板の重ね合わせ誤差を補正すべく、レチクルを移動させる６軸レチクルチャックを有している。ステージ内の測定センサーおよび装置のソフトウェアが、装置の座標系間の正しい関係を確立して維持する。このようにして、たとえ基板がＸ，Ｙ，Θステージ上でわずかに位置ずれしていても、２以上の投影カメラが同時に焼き付けを実行できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウエハや同様の基板に高速で回路パターンを生成するためのリソグラフィ装置および方法に関する。

この出願は、２００４年５月２８日付の米国出願第１０／８５６，７００号の継続である。上記出願の教示の全体は、ここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする。
１９６０年代の初期から、半導体ウエハの製造は、回路パターンを迅速かつ低コストで複製するために、反復焼付け（ステップアンドリピート）の画像化（結像）によっている。反復焼付け式のフォトリソグラフィ装置においては、１つまたは少数の回路パターンを有しているレチクルが、レンズを通して半導体ウエハに投影される。４Ｘ（４倍の原画からの）縮小の光学系が最も一般的であるが、２０Ｘ、１０Ｘ、５Ｘ、２Ｘ、および１Ｘの縮小も、用途に応じて使用されている。小数ではあるが拡大投影装置も、製造されている。通常はシリコンウエハである基板が、Ｘ，Ｙステージによって反復焼付けするように移動される。ステージが停止しているとき、シャッターが開かれ、光がレチクルおよび縮小レンズを通過し、レチクルの画像が基板上の感光膜にすばやく転写される。ほぼ４０年にわたって、この方法が、集積回路（ＩＣ）チップのパターンを複製するために最も生産的である。

近年、この基板上に回路パターンを画像化するための反復焼付けの技法が、高密度ＩＣチップの実装において有用であることが見出されてきている。今日の配線（interconnect）の密度および１つのマイクロプロセッサチップの価値において、高歩留まりの投影方法が、最適な写真複写の方法として密着焼付け法に取って代わりつつある。

本発明の原理による装置および方法は、高い処理能力の反復焼付けリソグラフィを実現する。基板を画像源（例えば、基板に焼き付けるべき画像を有しているレチクル）に位置合わせする代わりに、画像源を、投影カメラの投影領域に配置された基板に位置合わせする。高処理能力の用途においては、２つ以上の投影カメラが設けられ、個々の基板がステージ上に正確に配置されていない場合でも、一度に２つ以上の基板に同時に位置合わせおよび焼き付けが可能であるように制御される。

したがって、一実施形態において、本発明の原理によるリソグラフィ装置または対応する方法は、少なくとも２つの基板に同時にそれぞれの画像源から画像を投影するように配置された少なくとも２つの投影カメラを備えている。これらの投影カメラが、前記それぞれの画像を前記それぞれの基板に位置合わせするそれぞれの別個独立の多軸位置合わせシステムを有している。ステージが基板を保持し、投影カメラに対して移動させる。

さらに、このリソグラフィ装置は、基板をステージに対して移動させることなく画像およびステージの動作を連携させて、それぞれの投影カメラから基板に投影される画像の位置合わせおよび重ね合わせを行なうコントローラを備えてもよい。コントローラは、前記多軸位置合わせシステムに、ステージ上の基板間の、位置合わせの差異の補償を実行させてもよい。さらに、多軸位置合わせシステムは、（i）それぞれの画像を別個独立にそれぞれの基板に対して移動させて、それぞれの画像源とそれぞれの基板との位置合わせ誤差を補正する別個独立の多軸位置合わせ機構を有してもよい。さらに、多軸位置合わせシステムは、投影カメラからの画像を別個独立かつ自動的に焦点合わせするオートフォーカス機構を有してもよい。

一実施形態においては、多軸位置合わせシステムが、画像源を少なくとも２つの軸方向に移動させ、Ｘ、Ｙ、Θ、画像サイズ、およびキーストーン誤差などの誤差を補正する。さらに、多軸位置合わせシステムのそれぞれが、動作の各軸について位置センサーサブシステムを備えてもよい。多軸位置合わせシステムを、画像をそれぞれの基板に投影すべく使用される前に、較正することができ、これによって焼き付け作業の際に、開または閉ループの位置合わせ制御が可能になる。多軸位置合わせシステムのそれぞれは、Ｘ、Ｙ、Θにおけるウエハ配置誤差を補正するために、投影される画像を基板においてＸまたはＹ軸方向に少なくとも約＋／−１．２５ｍｍ移動させるために充分な移動範囲を備えてもよい。

さらに、多軸位置合わせシステムは、ステージ上の基板の位置を割り出すために使用されるそれぞれの位置合わせセンサーを備えてもよい。一実施形態においては、位置合わせセンサーが位置合わせ顕微鏡である。

さらに、多軸位置合わせシステムは、ステージ上に位置する少なくとも１つのステージ測定パッケージを、位置合わせシステムによって観察可能な位置に備えてもよい。この実施形態においては、位置合わせシステムが、それぞれの投影カメラと前記ステージとの位置合わせを、ステージ測定パッケージを観察することによって判断するように構成されている。ステージ測定パッケージは、位置合わせシステムによって観察可能な複数のパターンを含んでもよく、ステージ測定パッケージを、複数の多軸位置合わせシステムで共有してもよい。

画像源は、マスクまたは動的にマスクを生成する機構を含んでもよい。

投影カメラは、線量制御システムによって制御されて、基板を管理された時間長さにわたって画像に露光させるシャッターを備えてもよい。カメラが２つである実施形態の場合には、２つのシャッターのうち遅い方が閉じるまで、ステージが静止したままに保たれる。

一実施形態においては、多軸位置合わせシステムが、（ａ）オートフォーカス検出器、（ｂ）画像源を含んでいるレチクルを保持する多軸レチクルチャック、ならびに（ｃ）画像処理ソフトウェアと組み合わせられた位置合わせ顕微鏡およびカメラ、を備えている。この実施形態においては、多軸位置合わせシステムが、オートフォーカス検出器によって割り出された焦点誤差を補正するために、それぞれの投影カメラをある軸方向に移動させる焦点合わせ制御機構を備えている。位置合わせ機構はさらに、位置合わせ顕微鏡によって取得された現在の位置合わせ画像を、あらかじめ割り出された多軸レチクルチャックに関する較正データと比較することによって、画像処理ソフトウェアによって割り出された位置合わせ誤差を補正するために、多軸レチクルチャックを複数の軸方向に移動させる機構を備えている。

多軸位置合わせシステムは、ボイスコイルおよび湾曲部（flexures）を有してもよい。あるいは、多軸位置合わせ機構が、セラミックアクチュエータ、機械式の増幅器、および湾曲部を有してもよい。さらには、多軸位置合わせ機構が、ボイスコイル、セラミックアクチュエータ、機械式の増幅器、または湾曲部の組み合わせを有してもよい。

多軸位置合わせシステムが、位置センサーを有してもよい。位置センサーを、多軸の案内の精度の改善および高速な位置決めの実現のために使用することができる。場合によっては、これらの位置センサーが、安定であるが較正前は不正確であってよい。それらの精度を、装置内蔵の較正ルーチンおよび案内データベースによって改善してもよい。

ステージは、少なくとも２つの軸方向についての位置合わせの測定に対応した複数の表面を有してもよい。これら複数の表面は、レーザービームなどの光ビームを反射する鏡面であってもよい。軸のうちの１つにおいて、少なくとも２つの光ビームを、少なくとも投影カメラとほぼ同じ間隔で離間させてもよい。ステージを複数のモータによって駆動させ、ステージを回転させるために少なくとも２つのモータの駆動に差をつけてもよい。

本発明の他の実施形態は、レチクルを保持するように構成されたレチクルチャックを有する１つの投影カメラを備えるリソグラフィ装置、または対応する方法を包含する。レチクルは、画像として基板上に投影されるパターンを含んでいる。多軸位置合わせシステムが、画像を複数の方向に移動させる。ステージが、基板を保持して投影カメラに対して移動させるように構成されている。位置合わせセンサーシステムが、基板への画像の投影において使用するために、ステージに対する基板の位置を測定するように構成されている。位置合わせセンサーシステム、ステージ、および多軸位置合わせシステムに組み合わせられた位置合わせコントローラが、ステージに粗い位置合わせのために基板をカメラの投影領域に位置させるとともに、ステージが投影領域内で移動するたびに、精密な位置合わせのために多軸位置合わせシステムに画像を基板に対して位置合わせさせる。

本発明のさらに他の実施形態は、それぞれの画像源からの画像を少なくとも２つの基板に同時に投影するように配置された少なくとも２つの投影カメラを備えているリソグラフィ装置、および対応する方法を包含する。投影カメラは、それぞれの位置合わせシステムを有している。この実施形態のリソグラフィ装置は、それぞれの基板に関連付けられた位置合わせパターンを検出する第１および第２の位置合わせ顕微鏡をさらに備えている。第１および第２の位置合わせ顕微鏡の出力に組み合わせられた少なくとも１つの位置合わせ補償コントローラが、検出されて位置合わせ顕微鏡から受信した位置合わせパターンに基づいて、位置合わせシステムに、画像を基板に対して移動させる。

以下で、本発明の好ましい実施形態を説明する。

反復焼付けリソグラフィ装置は、半導体基板またはウエハの焼き付けにおいて使用されている。集積回路（ＩＣ）チップの実装の分野においては、中程度の分解能の画像が、高速で半導体ウエハに位置合わせされて焼き付けられる。フラットパネルディスプレイに使用される基板など、他の基板も、高速の技法を使用して焼き付けることが可能である。

本発明の原理によるリソグラフィ装置の一実施形態は、ＩＣチップの実装およびフラットパネルディスプレイの製造において使用可能である。このリソグラフィ装置は、後述のとおり、２つの投影カメラ、２つの位置合わせ顕微鏡、２つの基板を保持するように構成された主要（main）Ｘ，Ｙ，Θステージ、コントローラ、位置センサー、およびカメラによって基板に投影される画像を別個独立して位置合わせできる位置合わせ機構を備えてもよい。

ウエハ２枚式の装置の多くの場合においては、装置のさらなる調整なしでは、２枚のウエハは、並行しての焼き付けを可能にする正確な位置に、正確に位置していない。各カメラは、さまざまな厚さおよび平面度のウエハに焦点を合わせるため、各カメラレンズの下方のすき間を調整できるよう、固有のオートフォーカス検出器およびＺ動作（Z-motion）を有している。さらに、投影カメラのそれぞれが、レチクルを保持する６軸チャックを有している。各レチクルは、焼き付けるべき回路パターンを有している。それぞれの６軸チャックは、コンピュータ制御のもとで＋／−２．５ｍｍの範囲にわたってレンズの上方の任意の位置に移動させることができる。制御コンピュータが、先の装置較正データに関連付けられたそれぞれの位置合わせ顕微鏡による最も新しい位置合わせ画像から得られたウエハ位置データを組み合わせ、６軸レチクルチャックの正しい動作を決定する。開または閉ループ制御を、各レチクルをレチクルチャックおよび／または各カメラによって位置合わせするために使用してもよい。このように、各縮小レンズを通して焼き付けられる画像が、位置合わせされたと判断される実際のウエハ位置に適合するための適切な位置に移動される。

６軸レチクルチャックは、良好な面内位置合わせをもたらすべくＸ、Ｙ、およびΘ方向に移動する。また、画像サイズを各ウエハの位置合わせデータに最も良好に適合するよう調整するために、Ｚ動作の３軸方向に（in 3-axes of Z-motion ）移動する。各投影カメラは、固有の６軸レチクルチャックを有しており、各カメラの画像を投影レンズの下方の正しいウエハ位置に投影されるまで移動させることで、平均中心（average center）付近の動作を達成することができる。各レンズは、レチクルおよび画像の動作によって画像を基板上の既存のパターンに位置合わせできるよう、余分な視野を有するように設計されている。また、この余分な視野は、ウエハ位置のばらつきを補正すべく画像を移動させることによって焦点および位置の誤差が付加されることが実質的にないよう、光学的に適切に補正されている。

レチクルを所定の位置に位置させて、各投影システムのシャッターが開かれる。個々の較正済みの線量計が、光束を積分し、所望の露光が測定されたときに各シャッターを閉じる。シャッターのタイミングは、ランプの不一致および経年劣化のためにわずかにばらつく。最後のシャッターが閉じると、ステージが、速やかに次の露光位置に移動して停止する。この露光手順が、両方の基板が完全に露光されるまで続けられる。次に、この実施形態においては、基板が載せられている主要Ｘ，Ｙ，Θステージが、基板をレチクル画像への露光のための他の基板に交換するために、装置の前面に移動する。

投影される画像を基板上の正しい位置に位置させる迅速な調整能力は、信頼できる自動的な装置の較正に依存している。ステージ内測定センサーパッケージが、必要とされる測定能力を提供する。装置データベースが、基板処理の際の迅速なアクセスのために、較正結果を保存する。

２種類の較正ルーチンを使用することが可能である。単純な高速ルーチンが、データの更新ならびにＸ、Ｙ、Ｚ（焦点）、およびΘ（回転）における装置上の４つの光学軸（すなわち、２つのカメラ、２つの位置合わせ顕微鏡）の位置の補正のために使用される。同じ較正ハードウェアを使用する、より長くて複雑な較正ルーチンが、装置の製造および装置の設置の際に装置を適切に調整するために使用される。

この実施形態では、ただ１つのステージ上にわずかに位置ずれして載せられた２つの別個の基板に対して並行して動作するただ２つの焼き付けカメラを説明している。本明細書に開示される本発明を使用して、装置を、３つ以上の投影カメラおよび３つ以上の基板を備えて構成することもできる。ただ１つの位置合わせ顕微鏡およびカメラを使用することも可能であるが、さらにいくつかの主要ステージの移動が必要となるため、より低速であろう。６軸レチクルチャックの動作が説明されるが、いくつかの用途においては、本明細書にて説明されるように画像を基板に位置合わせするために、２または３軸のレチクルチャックの動作が適切であると考えられる。

図１は、本発明の原理によるリソグラフィ装置６０の図である。リソグラフィ装置６０は、一般的に絶縁サポー２上に据えられた研磨済み（finished）花崗岩の巨大ブロックである基部１を備えている。基部１の大きな質量と絶縁サポート２の設計との組み合わせによって、床の振動からのリソグラフィ装置６０の絶縁がもたらされている。また、絶縁サポート２は、装置の力が工場の床に伝わって近隣の機械を乱すことがないようにしている。基部１および絶縁サポート２は、一般的な市販の部品で構成できる。

基部１の上には、米国特許第５，８２８，１４２号に開示されているような大きなグリッド・モーター・プラテン（grid motor platen ）３が位置している。大きなグリッド・モーター・プラテン３は、ＸおよびＹ方向に１ｍｍのすき間で隔てられた１ｍｍ四方の軟鋼製の歯からなるマトリクス（行列）を有してもよい。すべての歯の間のすき間は、非磁性材料（通常はエポキシである）で満たされている。この表面は、空気軸受品質の軸受面（座面）をもたらすために、数ミクロンの公差にきわめて平坦に研磨されている。平坦さは、ステージ干渉計システムにおいてアッベ（Abbe）のオフセット誤差の源となりうる主要Ｘ，Ｙ，Θステージ４のチップ（tip ）および傾斜を管理するためにも有用である。

グリッド・モーター・プラテン３によってカバーされる領域は、主要ステージ４が必要とされるすべての位置に移動できるように充分に大きい。この移動領域は、基板交換位置（装置の前面に位置する）、基板位置合わせ位置、すべての較正位置、および露光領域の全域への基板の移動を可能にしている。本明細書に記載の実施形態における移動領域は、約１．３メートル×１．０メートルである。

主要ステージ４は、その本体内に４つのフォーサーモータ（forcer motor）（図示されていない）を有している。これらのモータは、グリッド・モーター・プラテン３を横切ってステージを駆動するように配置されている。２つのモータは、主要ステージ４をＸ軸（「Ｘ」）方向に駆動するように向けられている。さらなる２つのモータは、主要ステージ４をＹ軸（「Ｙ」）方向に駆動するよう９０°に向けられている。モータの組の一方または両方を、小さな回転動作（Θ）をもたらすべく差動駆動（driven differentially ）してもよい。このように、主要ステージ４を、グリッド・モーター・プラテン３の歯のパターンが直線的でなくても、きわめて直線的に移動するように制御することができる。

市販のレーザー干渉計システムが、３つの軸方向における主要ステージ４の正確な位置を測定して、主要ステージモータ制御部にフィードバックをもたらすために使用される。この実施形態においては、３つの干渉計レーザービームが使用される。図１において、Ｘ軸レーザービーム５が、主要ステージ４の右側に示されている。２つのＹ軸レーザービーム６および７は、図２に示すように主要ステージの背後にある。一実施形態においては、２つのＹ軸レーザービーム６および７は、ステージの回転（ヨー、yaw）について最良の制御が可能であるよう、装置のレイアウトが許す限り遠くに引き離されている。小さなステージ回転誤差が、右側の投影軸８および左側の投影軸９（図１）におけるステッピング距離にわずかな差異を引き起こすことに、注意すべきである。図２は、２つのＹ軸レーザービーム６および７がそれらのそれぞれの投影軸８および９に位置合わせしている好ましい実施形態を示している。実際には、焼き付け光軸との正確な一致は必要とされない。

さらに図２を参照すると、Ｙステージ鏡面１０は、好ましくはきわめて平坦である。なぜならば、平坦さの誤差は、Ｙ位置および装置対装置の重ね合わせ誤差に直接加わるだけでなく、小さなヨー誤差をも導入するからである。例えば、Ｙステージ鏡面１０における平坦さの誤差が０．１ミクロンであり、これがＹ軸方向における２つのレーザービームの離間距離を正確に横切って生じる場合、干渉計が、これを主要ステージ４のヨー誤差として見ることになる。ステージ制御システムによって、主要ステージ４を投影システムに対して回転させて、この誤差は補正される。２つのＹ軸レーザービームの離間が２００ｍｍであり、２つの投影軸８および９が４００ｍｍだけ離間している場合には、０．２ミクロンの配置誤差が生じる。したがって、ビームの間隔、焼き付けカメラの間隔、およびＹステージ鏡面１０の平坦さは、好ましくは所望の重ね合わせ結果を達成するためのサブシステムとして設計される。

ステージの位置および回転を判断するため、レーザー干渉計以外の他の測定器具を使用してもよい。例えば、ガラススケールを主要ステージ４上に展開でき、「スルー・ザ・レンズ」（ＴＴＬ）位置合わせを各部位において行なうことができる。リゾルバーまたは光学エンコーダなどといった他の測定器具も、使用可能である。

右側ステージ鏡面１１は、Ｘ軸方向にステッピング位置を制御する。平坦さの欠如が、位置および装置対装置の重ね合わせ誤差に直接寄与する。右側ステージ鏡面１１も、やはりきわめて平坦であり、一般的には０．１ミクロン以上である。実際の公差は、焼き付けの用途およびその装置対装置の重ね合わせ公差に依存する。

この実施形態において、主要ステージ４のフォーサーモータは、それらの底面に形成された平坦な気体軸受面を有している。気体または空気軸受（図示されていない）が加圧されるとき、主要ステージ４は、グリッド・モーター・プラテン３の表面の上方、約１０ミクロンに持ち上げられる。フォーサーモータの磁気力が、きわめて剛な支持を達成するために各空気軸受に予荷重を与える。空気で支えられると、主要ステージ４は、摩擦なしでグリッド・モーター・プラテン３を巡って自由に移動することができる。これは、主要ステージ４のきわめて高速かつ正確な位置決めを可能にする。

この実施形態において、主要ステージ４の上面は、通常は円形のシリコンウエハである２つの基板を保持するようにパターン化されている。主要ステージ４の上面は、光学的に平坦であり、ランダムな塵埃粒子の衝撃を緩和するとともに、各基板の個々の真空クランプ（vacuum clamping ）をもたらすために、レリーフパターンを備えている。このように、各基板が、主要ステージ４上できわめて平坦に安定な位置に保持される。この配置構成により、ロバストな主要ステージ設計が低いコストで可能となる。主要ステージ４上への基板の配置の不可避なばらつきの調整は、後述のとおり装置の別の場所でもたらされる。

さらに図２を参照すると、主要ステージ４が、上面に右側の基板１２および左側の基板１３を載せている。上述のとおり、これらの基板は、好ましくは主要ステージ４の上面に直接取り付けられている。基板の下方に個々のＸ，Ｙ，Θ精密ステージを使用することが一般的である。精密ステージは、基板を所望の位置合わせ位置に移動させるために使用される。しかしながら、そのような精密ステージは、深刻な安定の問題および重ね合わせ誤差を持ち込む。また、それらの柔軟な構造が、ステージのステッピングおよび整定時間を厳しく制限する。基板が大きくなるにつれ、精密ステージによって引き起こされるこれらの問題が顕著に増大する。したがって、精密ステージを本明細書に記載の環境において動作させるべく安定化および剛体化できない限り、上述の問題を回避するために、右側の基板１２および左側の基板１３を主要ステージ４に直接取り付けることが好ましい。

図３Ａを参照すると、基板の交換の際に、主要ステージ４が、装置６０の前面の積み込み（loading ）領域５６に移動する。クランプ用のステージの真空（図示されていない）がオフにされる。ステージ４内の別個の持ち上げ機構が、従来からのロボットハンドリングパドル（robotic handling paddles, 図示されていない）が各基板の下側に到達して各基板を取り去ることができるよう、各基板１２、１３を持ち上げる。同様に、２つの新たな基板がステージ４に載せられる。これらは、１つずつ載せられてもよいが、より高速な並行積み込み（parallel loading）システムを使用してもよい。この装置の設計は、いくつかある市販のロボットシステムのいずれかを使用する基板の並行積み込みを可能にしている。

積み込みに先立って、基板は、ロボットシステムが基板を主要ステージ４に置くときにそれらの位置が＋／−０．５ｍｍを超えてばらつくことがないように、Ｘ，Ｙ，Θ空間におおまかに配置される。この予備的な位置合わせは、一般に広く知られている市販の技術を使用して達成される。２枚の基板が主要ステージ４に載せられると、それらは上述のとおりステージの真空によってクランプされる。次に、ステージ４が、投影カメラ（後述）の下方の最終の位置合わせ位置に戻り、そこで最終の位置合わせデータが集められる。

図３Ｂは、焼き付けのために基板１２、１３が積み込まれた（載置された）主要ステージ４の上面図である。この例では、右側の基板１２が、主要ステージ４のＸおよびＹ軸に対して時計方向の回転角度φを有して積み込まれており、左側の基板１３が、主要ステージ４に対して反時計方向の回転角度ψを有して積み込まれている。これらの角度は、説明のために誇張されている。また、基板１２、１３の下方の平坦な縁の間に小さな変位ｄが存在している。投影カメラ１５、１６の位置合わせシステム（後述）が、主要ステージ４上の基板１２、１３を移動させることがないように、基板１２、１３の回転および変位を補償する。

動作時、主要ステージ４が、右側および左側の基板１２、１３をそれぞれ、右側および左側の投影カメラ１５、１６の投影領域に運ぶ。主要ステージ４が、投影領域において基板を移動させる（すなわち、位置Ａから位置Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇなどに移動させる、以下同様）。あるいは、主要ステージ４が投影領域において静止したままに保たれ、レチクルチャック２３、２４および／または投影カメラ１５、１６が移動して、画像を画像位置Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・、Ｇなどに移動させてもよい。各画像位置への移動の前、最中、または後に、位置合わせコントローラ（図示されていない）が、レチクルチャック２３、２４に、レチクル２５、２６から投影される画像を基板１２、１３に位置合わせさせる。位置合わせコントローラは、投影カメラ１５、１６が投影される画像を基板１２、１３に焦点合わせするようにしてもよい。他の実施形態においては、レチクルチャック２３、２４によってレチクル２５、２６を移動させるのではなく、鏡面、レンズ、または他の光学素子を移動させることによって、画像を基板１２、１３に位置合わせしてもよい。

再び図１を参照すると、この実施形態においては、主要ステージ４がさらに、ステージ測定パッケージ１４を保持している。これは、Ｘ軸（図１）において主要ステージ４の中央付近に位置し、Ｙ軸（図２）において主要ステージ４の後方付近に位置している。この位置は、主要ステージ４に不必要な移動を加えることなく、投影カメラが２つである実施形態において使用される４つの光軸（すなわち、図４〜６に関して後述される投影カメラ１５、１６および位置合わせ顕微鏡３７、３８）のすべてに、ステージ測定パッケージ１４を移動させることができるようにしている。

図１に示すように、剛なブリッジ構造６７が、右側の投影カメラ１５および左側の投影カメラ１６を、主要ステージ４の上方に支持している。２つのカメラ１５、１６は実質的に同じであるため、以下では特に示さない限り、右側の投影カメラ１５についてのみ説明する。

右側の投影カメラ１５は、２Ｘの縮小の右側投影レンズ１７を、右側レンズハウジング１８に有している。右側レンズハウジング１８は、２つのＺ軸（垂直）空気軸受（図示されていない）に取り付けられている。これらの空気軸受は、市場で購入することが可能であり、好ましくはきわめて剛であるボックスジャーナル式である。このＺ軸動作は、右側レンズハウジング１８および右側投影レンズ１７を、焦点合わせに必要とされる短い距離にわたって上下に移動させるために使用される。右側投影レンズ１７は、焦点合わせの小さな変化が画像サイズおよび画像配置の誤差を引き起こすことがないよう、画像側においてテレセントリック（telecentric ）である。

各投影レンズハウジング（１８および２０）は、個々のリアルタイムのオートフォーカスセンサー（図示されていない）を底部に有している。これらのセンサーは、単純な光学系を使用して、レーザーダイオード光源を、基板１２、１３における焦点合わせされた板状の光線（slit of light）に変換する。この光線の一部が基板１２、１３で反射され、リアルタイムオートフォーカスセンサーの受信側によって捕えられる。この反射された板状の光線（反射板状光）が、受信光学系によって直線ＣＣＤアレイ（図示されていない）上で画像となる。ＣＣＤアレイ上での反射板状光の画像の位置を割り出すため、画像処理ソフトウェアが使用される。次に、反射板状光の画像の位置のずれが、ＣＣＤアレイ上の画像の位置が回復されるまで当該投影カメラ１５のＺ軸駆動を制御するために使用される。このように、各投影カメラ１５、１６の「焦点」が、一定のキャップ（gap ）に維持される。装置の製造時、ミクロンオーダーでのＺ軸動作が、ＣＣＤアレイ上での画像の動作を画素単位で割り出すために使用される。この較正が、後の焦点オフセットの、Ｚ軸焦点合わせ制御システムの画素オフセットとしての変換を実現する。

右側レンズハウジング１８の上部には、右側折り曲げミラー（fold mirror ）２１が取り付けられている。このミラー２１は、右側の投影カメラ１５の残りの部分を、右側に移している。この実施形態においては、右側投影レンズ１７が、折り曲げミラー２１の使用を可能にするため、対物側において長い動作距離を有するように設計されている。折り曲げられた光学経路は、左側の投影カメラ１６を狭い間隔で配置できるようにしている。

各投影カメラ１５、１６は、固有の６軸レチクルチャック２３、２４を有しており、これらレチクルチャック２３、２４が、それぞれの基板に画像化されるパターンまたはマスクを含んでいるレチクル２５、２６を保持している。レチクル２５、２６を、画像源と称することもできる。マスクを動的に生み出す多鏡面光バルブまたはＬＣＤ光バルブ）など、他の装置（すなわち、マスクレス画像源）も画像源として使用可能である。右側のレチクルチャック２３は、右側レンズハウジング１８に、その機械的関係が安定であるように堅固に取り付けられている。右側のレチクルチャック２３は、６軸のきわめて精密な摩擦なしの動作が可能である。他の実施形態においては、右側のレチクルチャック２３は、以下の誤差、すなわちＸ、Ｙ、Θ、画像サイズ、またはキーストーン（keystone）誤差のうちの少なくとも１つを補正するために、少なくとも２軸の動作が可能である。

図８Ａを参照すると、右側レチクルチャック２３および／または右側レチクル２５のＸ、Ｙ、およびΘ方向の動作が、２つの垂直ボイスコイル５７および５８ならびに１つの水平ボイスコイル駆動部５９によってもたらされている。他の３つのＺ軸ボイスコイルが、右側投影レンズ１７に向かう動作および右側投影レンズ１７から離れる動作を制御する。図８には、２つのＺ軸ボイスコイル６１および６２が示されている。これら３つのＺ軸ボイスコイルが、画像サイズおよびキーストーン誤差を補正するために使用され、ここでキーストーン誤差は、レチクルと投影光学系との傾き位置合わせ誤差によって引き起こされる。この調整は、設計によって右側投影レンズ１７に取り入れられた特徴によって可能にされる。一実施形態においては、右側投影レンズ１７が、対物側において故意にテレセントリックではなく、光学軸に沿った右側レチクル２５の動作が、右側の基板１２における画像サイズに予測可能な変化を生じさせる。

一実施形態においては、レチクルチャックの動作軸のそれぞれにおいて、湾曲の構成（図示されていない）が、剛な支持および摩擦なしの動作をもたらしている。単一の動作軸のそれぞれは、実際には残りの５つの軸方向にわずかな軸交叉の動作誤差（cross-axis motion errors）を生むが、湾曲設計が、このような軸交叉の項が小さく、単純であり、安定であることを保証している。好ましい実施形態においては、６軸動作較正ルーチン（後述）が、６×６の行列の項においてすべての軸交叉の項を決定するために使用される。指令された動作のそれぞれが、６×６の行列データによって変更され、結果が６軸チャック制御システムによって６個のボイスコイルのそれぞれに供給される。このように、決して完璧ではない動作システムが、ほぼ完璧にされる。

他のまたは追加の動作生成駆動システムも使用できる。例えば、圧電（ＰＺＴ）アクチュエータ、電歪（ＰＭＮ）アクチュエータ、磁歪アクチュエータなどのセラミックアクチュエータを、Ｘ、Ｙ、およびΘ方向にレチクルチャック２３、２４またはレチクル２５、２６を移動させるために、機械的な増幅とともにまたは機械的な増幅なしに使用してもよい。ボイスコイルモータおよび／またはセラミックアクチュエータ（または他の駆動システム）は、粗い動作または精密な動作を生成するために、任意のいくつかを適切に組み合わせて使用することができる。

６軸チャック２３の各軸について、単軸の粗い速度および位置センサーを有してもよい。これらの粗いセンサー（図示されていない）は、例えばマスクを自動的に取り付けまたは取り外しできる位置にチャックを移動させるときに、ボイスコイルの粗い案内のために使用される。マスクが取り付けられると、ボイスコイルの粗い動作が、コラム内（in-column ）測定センサー６３および６４を使用できる位置にマスクを移動させる。ボイスコイルのサーボループを、コラム内測定センサー６３および６４からの速度および位置のフィードバックを使用するように切り替えることができ、粗いセンサーからのデータの使用は一時的に中断される。この精密な位置決めモードは、較正の際にテストマスクを適切に位置させるために使用される（後述）。コラム内測定センサーからのフィードバックを使用するボイスコイルの微細な動作が、６軸動作較正ルーチンおよび分析的計算の一部として較正される。結果として、レチクルを＋／−７５ミクロンの動作範囲で移動させるために必要とされる精度および再現性を備えて、自身の移動範囲内の任意の位置に迅速に制御される６軸の動作システムが実現される。

正確なレチクルチャック動作の大きな範囲（＋／−２．５ｍｍ）が、画像をステージ上でわずかに位置ずれしている基板に位置合わせするために有用である。非接触の位置検出装置（ＰＳＤ）６５および６６が、この目的のために設けられている。ＰＳＤ６５は、発光ダイオードおよび感光シリコンの正方形領域を備えており、感光シリコンの正方形領域が、検出器有効領域上の光のスポットの位置に直接比例するアナログ出力をもたらす。スポットがＸおよび／またはＹ方向に移動するとき、その速度および位置を割り出すことができ、画像を基板に位置合わせするために使用されるレチクルチャックの動作の範囲にわたって、Ｘおよび／またはＹについてボイスコイルの動作の閉ループサーボ制御をもたらすために使用することができる。ＰＳＤ６６は、Ｙ方向の速度および位置についての第２の測定をもたらす。これが、ＰＳＤ６５からのＹデータと組み合わせられ、レチクルチャックの相対動作（Θ）を測定および制御するために使用される。このように、レチクル２５および２６のＸ軸、Ｙ軸、およびΘ位置を、画像をわずかに位置ずれした基板上のパターンに位置合わせするために使用される動作の全範囲にわたって、制御することができる。後述されるさらなる６軸動作較正ルーチンが、レチクルチャックの動作の全範囲にわたって正確な案内を保証する。レチクル（画像）を所望の位置合わせ位置に移動させるべきときに、ボイスコイルのサーボループが、ＰＳＤセンサーからの速度および位置のフィードバックを使用するように切り替えられ、コラム内測定センサーおよび粗いセンサーの両者からのフィードバックは、一時的に停止される。

他の実施形態においては、１つ以上のレチクルチャックの多軸制御が、速度および／または位置のフィードバックのために、レーザー干渉計、ガラススケール、または容量差センサーを使用してもよい。

レチクルチャック２３および２４が上述のとおり制御されるため、これらを、レチクルおよびそれらの画像を、完全には主要ステージ４上の予定の位置にはない基板１２、１３との位置合わせに別個独立に移動させるために、使用することができる。ボイスコイルの動作が、常に「閉ループ」サーボで行なわれるにせよ、基板への画像の位置合わせは、レチクルおよび画像の位置が正しい位置に「一歩一歩（by the numbers）」移動されるため、「開ループ」モードのナビゲーションでなされると考えられる。各基板上の前の層（レイヤー）に対する画像の適切な位置決めに対しては、リアルタイムのフィードバックは存在しない。

一実施形態においては、右側投影レンズ１７が、画像（基板）側で測定して８０ｍｍの円形の視野を有している。縮小率は、２Ｘである。この視野の約＋／−１．２５ｍｍが、６軸レチクルチャック２３によってもたらされる画像の動作のために充当される（reserved）。このように、右側レチクルチャック２３を、右側の基板１２または右側の投影カメラ１５のいずれも移動させる必要なく、右側レチクル２５上の画像を位置合わせに移動させるために使用することができる。

好ましい実施形態においては、右側レチクルチャック２３が、真空クランプによって右側レチクル２５を保持している。あるいは、環境が要求する安定性および剛性をもって動作できるボイスコイル駆動またはセラミックアクチュエータ（または他の駆動部）を、右側レチクル２５と右側レチクルチャック２３との間に配置してもよい。右側レチクル２５は、右側投影レンズ１７に最も近い表面に、焼き付けようとする回路パターンを有している。

一実施形態においては、ランプハウス３１が、３５００ワットのＨｇランプを収容している。これは、商業的に製造されるオーダーメイドのランプハウスである。ランプハウス３１内の光が集められ、焦点合わせされ、フィルタ処理されて、右側シャッター２９の付近でランプハウス３１を出る。右側シャッター２９が開かれているとき、光は右側集光レンズアセンブリ２７を通り、右側レチクル２５を通り、右側投影レンズ１７を通って進み、右側の基板１２を露光する。右側の基板１２は、この目的のために一般に使用されている感光性のレジスト皮膜で覆われている。線量センサー（図示されていない）が、右側シャッター２９の一部となっており、シャッター２９を通り抜ける光の量を測定する。光は、指令された線量がもたらされるまで積分される。その後、右側シャッター２９が閉じられ、１つの画像に対する露光が終了する。通常のＨｇランプの経年劣化およびわずかなランプの個体差によって、シャッターの閉じる時間が、２つの投影カメラ１５および１６の間でわずかに異なる。ここで説明される１つのステージ／２つの基板の実施形態においては、主要ステージ４の制御ソフトウェアが、次の露光部位に移動する前に、両方のシャッター２９、３０が閉じられるのを待つ。

集光レンズアセンブリ２７は、右側レチクル２５において画像フィールドを一杯にする（overfill）ように設計してもよい。これにより、照射特性に変化を生じることなく、右側レチクルチャック２３の＋／−２．５ｍｍの動作の全体にわたるレチクル２５の動作を許容できる。照射特性に変化を生じさせずに、右側レンズハウジング１８を焦点補正のために上下に移動させることができるよう、わずかな量のオーバーフィルを設けることもできる。右側の投影レンズ１７は、好ましくは、小さな焦点合わせ動作の際の照射システムの中心ずれが画像品質に影響しないように設計される。このように、右側投影レンズ１７の焦点合わせのための独立した動作、および画像の右側レチクルチャック２３からの独立した位置合わせが、もたらされる。

右側レチクル２５が最初に右側レチクルチャック２３に取り付けられるとき、右側レチクル２５上のマークが、図８Ａに示すとおりに作り付けられたレチクル位置合わせセンサー６３（上部）および６４（下部）と比較される。上部のレチクル位置合わせセンサー６３は、Ｘ、Ｙ方向の情報をもたらす。下部のレチクル位置合わせセンサー６４は、追加のＹ方向の情報をもたらす。このデータから、取り付けられたレチクル２５、２６のＸ、Ｙ、およびΘ（方向の）位置を割り出すことができる。次に、６軸チャックが、右側レチクル２５を公称の位置合わせ位置に移動させる。この移動の量が、後の案内用として記録され、保存される。

次に図４Ａを参照すると、右側レンズハウジング１８に、右側位置合わせ顕微鏡３７が剛に取り付けられている。一実施形態においては、この顕微鏡３７が、比較的低い倍率を有している。この設計は、ウエハ位置合わせ画像を取り込むための大きな視野をもたらす。高密度配線（High Density Interconnect, ＨＤＩ）用途において、基板１２は、多数の他の装置からこの装置へ来る。精密な装置の一致を保証することが不可能である。したがって、大きな画像取り込み範囲が有用である。高い位置合わせ精度を得るために、高分解能の右側ビジョンカメラ３９が、画素補間（pixel interpolation ）とともに使用される。また、右側ビジョンカメラ３９の高分解能は、カメラ３９内の画像センサーチップ（図示されていない）に形成された固有のグリッド構造を利用することによって、より良好な位置測定精度をもたらす。右側位置合わせ顕微鏡３７とともに使用される右側顕微鏡対物レンズ４１は、この実施形態においては基板側においてテレセントリックであり、したがって焦点の小さな変化は、位置合わせ測定の誤差を生み出さない。一実施形態においては、右側位置合わせ顕微鏡３７のレンズ４１および右側ビジョンカメラ３９の両者が、最新式の市販の相手先商標製造会社（ＯＥＭ）部品である。

各位置合わせ顕微鏡３７、３８の下部には、さらに２つの別個独立したリアルタイムのオートフォーカスセンサー（図示されていない）が、それぞれの位置合わせ顕微鏡３７、３８に１つずつ取り付けられている。これらは、２つの投影カメラ１５、１６についてすでに説明した２つの別個独立のオートフォーカスセンサーと同様に機能する。主要ステージ４が基板１２、１３をそれぞれに対応する位置合わせ顕微鏡３７、３８の下方で移動させるとき、各位置合わせ顕微鏡３７、３８の各オートフォーカスセンサーが、「最良の」焦点からの誤差を測定し、Ｚ軸方向について最良の焦点位置に移動するように、投影カメラ１５、１６に指令する。なお、装置の製造時に、各位置合わせ顕微鏡３７、３８についての最良の焦点位置が割り出され、動作における使用のために装置データベースに保存されている。

ＨＤＩ実装の用途においては、シリコンウエハが、すでに自身の表面にＩＣチップパターンを、チップの製造に使用される位置合わせまたは基準マークとともに有している。基板を積み込む際のウエハの予備的な位置合わせが、１つのウエハ位置合わせマークが各位置合わせ顕微鏡の視野に現れることを保証している。位置合わせマークは、必ずしも中心に置かれる（centered）必要はなく、各カメラ３９、４０について同じ位置にある必要もない。各カメラは、較正された視野を有している（この較正については、後述される）。したがって、各ウエハの位置合わせマークが各位置合わせカメラに対して位置ずれしたとしても、考えられる最少のステージ移動およびビデオフレーム取り込みによって、信頼できる位置データを得ることが可能である。ウエハの位置合わせマークを１つずつ各カメラ３９、４０に対し中心に置く必要はない。

最終の位置合わせの際の正確な動作のシーケンスは、いくつのマークが使用されるかに応じて決まる。最も単純なシーケンスは、２つのマークのうちの第１のマークについて公称の位置に移動し、第１の位置合わせマークの画像および位置を取得し、次に主要ステージ４を第２の位置合わせマークの公称の位置に移動させ、第２の位置合わせマークの画像および位置を取得することである。次に、主要ステージ４が、最後の位置合わせマークから各投影カメラの光軸についての公称の位置までの較正された距離について、コンピュータ制御のもとで移動する。

他の実施形態は、ただ１つの位置合わせ顕微鏡を使用し、各基板の位置合わせマークの位置が１つずつ測定されるように、ステージの動作を加えることにある。

位置合わせが主要（main）投影レンズ１７および／または１９によってなされるシステムを構成することも可能である。この場合、別個の軸外（off-axis）位置合わせ顕微鏡３７および３８を省略することが可能である。スルー・ザ・レンズ（ＴＴＬ）較正においては、画像の基板パターンへの位置合わせを、リアルタイムの閉ループで行なうことができ、上述の「開ループ」で行なうこともできる。

図４Ｂは、リソグラフィ装置６０による他の精密焼き付けの可能性について、さらなる例を示している。この例においては、リソグラフィ装置６０が、ワイヤボンディングプロセスを必要とせずにリード付きキャリアパッケージ（leaded carrier package, 図示されていない）にすぐに実装できる多層チップ７４を生成するため、基板１２上に各層の構築を可能にするようにパターンを重ねている。基板の上には、絶縁体７５が、別の装置で行なわれるプロセスによって堆積されている（deposited ）。リソグラフィ装置が、第１のマスク（すなわち、レチクル２５上のパターンへの露光）によってコンタクトホール７６の位置を焼き付ける。第２のマスクに、どこに金属層を堆積させるべきかを定めるために、レジスト層７８を取り除くべく多層チップ７４が露光される。多層チップ７４が、どこに金、はんだ、または他の材料のバンプ７９を堆積させるべきかを定めるために、第３のマスクに露光される。

好ましくは、リソグラフィ装置６０の全体が、市販のオーダーメイドのＯＥＭのクラス１０の温度制御付きの囲い（図示されていない）に収容される。装置の各部の温度は、約＋／−０．１℃まで安定に保たれる。この管理の量は、この装置の４つの光軸の間の関係を安定させるために使用される。そのような安定によれば、装置の較正があまり頻繁でなくてよく、例えば１日にわずか１回でよい。囲いによる粒子の抑制は、高い歩留まりの生産を保証する。

以上の記載では、右側のカメラ１５のみを説明しているが、いくつかの実施形態において、左側のカメラ１６も別個独立して同様に機能する。

較正を組み込み、上述した独立のサブシステムのすべてをまとめて、自動的に適切に位置合わせされる１台の装置として機能させることが好ましい。図１および２に関して上述したように、主要Ｘ，Ｙ，Θステージ４が、その上面後方にステージ測定パッケージ１４を保持している。

図５が、ステージ測定パッケージ１４の拡大上面図を示している。ステージ測定パッケージ１４の上面は、密なクロム被膜を有する薄いガラスの長方形でよい。ステージ測定パッケージ１４の上面は、基板１２および１３の公称の上部と同じ高さに位置している。一実施形態においては、光の通過を可能にするために、穴、種々のスリットパターン、および十字形状が、密なクロム被膜を貫いてエッチングされている。これらの各開口の下方には、光ダイオードセンサーが位置している。この実施形態においては、さらに、白色の反射領域がより反射の少ない格子図形（グリッドパターン）とともにステージ測定パッケージ１４の上面に設けられている。これらの較正パターンの各使用について、以下でさらに詳しく説明する。

さらに図５を参照すると、線量メーター４３が、一般的に直径が約１．０ｍｍである小さな開口を有しており、その下方に単純な光ダイオードを有している。この線量メーター４３は、２つの目的のために機能する。第１に、各投影カメラ１５および１６の照射の均一性を分布分析（マッピング）するために、主要ステージ４によって移動させることができる。関連のソフトウェアがデータを分析し、不均一性を分布表示する。数値的結果に基づいて、測定された性能を装置の仕様と比較し、公差を外れた状態を強調表示する。第２に、線量メーター４３を、右側シャッター２９の線量センサーなど、各シャッターアセンブリの線量センサー（図示されていない）の較正および調和（match ）に使用することができる。装置の製造時、線量メーター４３そのものが、複数の装置の性能を一致させることができるように、購入した光標準器（light standard）を用いて較正される。このように、各投影カメラ１５および１６の、個々の光源とシャッターの正しい設定および動作が保証される。

画像スリット４４は、右側投影レンズ１７などの各投影レンズの最良の焦点を見つけるために使用される。ステージ測定パッケージ１４は、Ｘ軸に１つ、Ｙ軸に１つ、２つの画像スリット４４を有している。画像スリット４４は、一般的に幅が数ミクロンであって、長さが数ミリメートルである。それらは同様に機能するため、以下ではＸ軸スリット（短軸がＸ）について説明する。各画像スリット４４は、専用の分解能テスト用レチクル（ＲＴＲ）４９（図６）上の協働する回折格子８０（companion grating, 図６Ａ）とともに機能する。各画像スリット４４が、ＲＴＲ４９上の協働する回折格子８０の空間画像（aerial image）を横切るまで、Ｘ軸方向に一定の速度でゆっくりと走査される。画像スリット４４の下方の光検出器が、画像スリット４４を通過して来る光の量を記録する。ＲＴＲ４９上の協働する回折格子の空間画像が画像スリット４４を横切るとき、信号が変調する。変調の大きさが記録され、後の使用のために保存される。投影カメラ１５または１６が、新しい焦点設定に通常は１ミクロンの小さなステップでＺ軸方向に移動され、走査が繰り返されて、さらなる走査が記録される。変調の大きさが、焦点ずれの量を表わしている。最大の変調となるＺ軸設定が、最良の焦点として選択される。各投影レンズが焦点深度を有しているため、最良の焦点において変調の変化は急激でない。二次方程式が、測定されたすべての変調値に当てはめられ、通常の計算法を使用してこの方程式を分析することによって、最大値が割り出される。

他の実施形態においては、回折格子がスリットであってもよく、強度比（すなわち、コントラスト）または他の測定基準を、後の使用のために保存することができる。焦点ずれ、収差などといったスリットの実施形態に関係した種々の光学的効果を、動作時の補償のためにあらかじめ定めることができる。

最良の焦点を、レチクル上のより一般的な線および空白のパターンを使用して、後に確認することができる。これらのパターンが、基板上の感光膜に焼き付けられ、画像が現像されて研究室の顕微鏡で調査される。注意深い観察によって、最良の焦点を割り出すことができる。これは、画像スリット４４を使用して割り出された最良の焦点からわずかに異なるＺ値であるかもしれない。装置のソフトウェアが、最良の焦点についての後のあらゆるシステムチェックを補正するため、観察されたオフセットを保存して使用する。

Ｚ軸における最良の焦点値が、投影レンズ１７および／または１９の画像フィールド内の軸上および複数の軸外の位置において測定される。公知の分析技法を使用し、水平および垂直画像の両者について最良の焦点面を割り出すことができる。このデータから、最良適合の焦点面が割り出され、非点収差、焦点深度、および焦点面の偏差（focal plane deviation ）の分布（マップ）がもたらされる。日々の較正を高速にするため、最良の適合面からの軸上の最良の焦点のオフセットが、後の使用のために装置のデータベースに保存される。このように、各レンズの焦点の最適な設定が最初に決定され、この複雑なデータ収集ルーチンを繰り返す必要がない。

さらに図５を参照すると、位置センサー４５が、２組のスリットを含んでいる。それぞれの位置センサー４５が、位置テスト用レチクル（ＰＴＲ）５０上の協働するスリットの組とともに機能する。スリットの組は、投影カメラ１５が適切に焦点合わせされていなくても正確に位置を割り出すことができ、かついくつかの一般的なレチクル製造誤差を回避することができるよう、位置を割り出すために使用される。位置センサー４５が主要ステージ４によって、ＰＴＲ５０からのスリット組の空間画像に大まかに位置合わせするように移動される。信号の不均衡（signal imbalance）が、位置センサー４５の各スリットの下方の光ダイオード（図示されていない）によって検出される。信号の不均衡が、ＰＴＲレチクル５０からのスリット組の空間画像に対する位置センサー４５の位置合わせを改善するために必要な、ステージの動作の方向を決定する。ＰＴＲ５０のスリット間隔は、位置センサー４５のスリット間隔とわずかに相違している。間隔の相違は、位置センサー４５の一方のスリットにおいて信号が上昇すると他方のスリットにおいて信号が低下する差分信号をもたらすように設定される。Ｘ−スリット組の下方の光ダイオードからの信号が釣り合う（balanced）Ｘ軸位置が、ＰＴＲ５０からの空間画像の正しいＸ軸位置であると考えられる。同じ動作および均衡化（balancing ）が、Ｙ軸においても行なわれ、ＰＴＲ５０からの空間画像のＹ軸位置が発見される。このように、画像位置がきわめて正確でありながら簡単に決定される。

位置テスト用レチクル５０は、画像フィールドの全体にわたって位置した複数のスリット組を有している。これらのスリット組が、画像の倍率、キーストーン誤差、および径方向歪み（radial distortion ）を測定して割り出すために使用される。較正ソフトウェアが、最適技法を使用し、中間の（すなわち、平均の）誤差および統計的な雑音レベルを割り出す。次に、この情報が、正しいサイズ、回転、および形状の画像が各投影カメラ１５および１６によって生成されるまで、各レチクルチャック２３、２４の６軸を調整するために使用される。

各６軸レチクルチャック２３、２４の動作が、上述の位置テストを使用して較正され、６軸チャック２３または２４の動作のそれぞれが設定の範囲でステップで行われ、ＰＴＲ５０からのスリット組の画像の位置が記録される。得られるデータが、Ｘ軸およびＹ軸における平均位置の誤差、平均の回転シフト、倍率変化、およびキーストーン誤差について分析される。これらの結果を、小さな軸交叉動作誤差に変換できる。６×６の軸交叉動作補正行列が、この複雑なデータ一式から構築される。６×６の軸交叉動作補正行列が求められると、それが装置のデータベースに保存され、将来のレチクルチャック動作指令を補正するために使用される。別個の６軸チャック動作補正行列が、それぞれの投影カメラ１５、１６およびそれぞれの精密動作制御ループ（一方がコラム内測定センサー６３および６４を使用し、他方がＰＳＤ測定センサー６５および６６を使用する）について構築されて保存される。

右側位置合わせ顕微鏡３７など、各位置合わせ顕微鏡は、大きな画像配置ひずみを有するおそれがある。顕微鏡を位置の正確な測定に使用できるようにするためには、あらかじめ較正をしなければならない。レーザーダイオード４７（図５）が、例えば右側ビジョンカメラ３９における画素感度をチェックするため、ステージ測定センサーに設けられる。右側ビジョンカメラ３９は、一般的に、２０００×２００の画素アレイを有している。各画素の感光性および／または階調（利得）応答がばらついて、右側ビジョンカメラ３９の精度を低下させるおそれがある。レーザーダイオード４７は、右側ビジョンカメラ３９内の小さな画素アレイ（一般的に、４０×４０）を一様に照射するように設計される。主要ステージ４が、右側位置合わせ顕微鏡３７の下方でレーザーダイオード４７をゆっくりと走査する。右側ビジョンカメラ３９が、新たな画素ブロックが照射されるたびに、ビデオフレームを取り込む。右側ビジョンカメラ３９のすべての画素が走査されると、データが分析され、右側ビジョンカメラ３９内のすべての画素の階調応答を同じにできるように、「レベリング（leveling）」係数が割り出される。この補正係数が装置のデータベースに保存され、入ってくる画素データを分析に先立って補正するために使用される。このプロセスが、右側ビジョンカメラ３９によって最大の精度を達成するために使用される。同じプロセスが、左側のビジョンカメラ３８にも適用される。ただ１つのレーザーダイオード４７が使用されるこの実施形態においては、２つの位置合わせ顕微鏡も、この方法によって互いに一致するようにされる。

各ビジョンカメラ３９、４０の画素応答が較正されると、カメラ３９、４０を、位置の測定のために使用することができる。次に、主要ステージ４が、位置合わせ十字４６ａ（図５）を右側位置合わせ顕微鏡３７に移動させる。位置合わせ十字４６ａが、位置設定の格子（grid of locations ）が右側ビジョンカメラ３９によって捉えられるまで、右側位置合わせ顕微鏡３７の下方であちらこちらに（from place to place ）移動される。この格子（が設定する位置）は、位置合わせ顕微鏡３７のための位置較正補正関数を正確に決定するために充分な位置を含んでいる。Ｘ、Ｙ、Θ、倍率、Ｘ軸のキーストーン、およびＹ軸のキーストーンのための最良適合６軸補正が計算され、装置のデータベースに保存される。右側顕微鏡レンズ４１が、少なくとも基板側においてテレセントリックであり、したがって焦点の小さな変化が位置測定の精度を変化させないことに、注意すべきである。次に、同じ較正が、左側位置合わせ顕微鏡３８について繰り返される。

最良の焦点および各位置合わせ顕微鏡３７、３８のための位置設定が完了し、各位置合わせ顕微鏡のビデオカメラが較正されると、装置の４つの光軸を正確に位置させることができる。

一実施形態においては、装置の４つの光軸を位置させるため、２つの投影光軸が最初に位置決めされ、ついで２つの位置合わせ顕微鏡が位置決めされ、最後に４つの光軸間の関係が決定される。

２つの投影光軸を位置決めするため、ＰＴＲ５０が各投影カメラに取り付けられる。各レチクルチャックは、その利用可能な動作の中心に合わせされる。主要ステージ４が、各ＰＴＲレチクル上の４つの角パターンおよび中央パターンをＸおよびＹ軸方向に位置決めすることによって各ＰＴＲ５０の画像の迅速な較正を実行するために必要な位置に、ＰＴＲセンサー４５を移動させる。この一式の測定から、各レチクルチャック２３、２４についての６軸補正が決定され、投影カメラ１５および１６のそれぞれのために公称の光軸８、９の位置が決定される。

次に、位置合わせ顕微鏡の光軸を位置決めするため、主要ステージ４が、やはりステージ測定パッケージ１４上の位置合わせ十字の組４６ａおよび４６ｂを、右側位置合わせ顕微鏡３７に移動させ、次に左側位置合わせ顕微鏡３８に移動させる。主要ステージ４を右側位置合わせ顕微鏡３７のところで停止させる一方で、右側ビジョンカメラ３９が、位置合わせ十字４６ａおよび４６ｂの画像を取り込み、画素アレイ内におけるそれらの位置を計算する。これが、左側位置合わせ顕微鏡３８についても繰り返される。較正シーケンスのこの時点で、各位置合わせ顕微鏡３７、３８およびそのカメラ画素アレイの位置は既知である。

最後に、各位置合わせ顕微鏡３７、３８から各投影光軸までの距離が決定される。位置センサー４５から位置合わせ十字の組４６ａおよび４６ｂまでの距離は、ステージ測定パッケージ１４のガラス上クロムパターンの製造データから既知である。さらに、位置合わせ十字の組４６ａおよび４６ｂによって、ステージ測定パッケージ１４の主要ステージ４上への取り付けにおけるステージ鏡面１０に対するあらゆる小さな回転誤差、および／またはパワーアップの際に生じうるあらゆる小さな回転誤差について、測定がなされる。このように、４つの光軸が計算によって一体に結び付けられる。

ステージ内測定パッケージを、ただ１つの位置合わせ十字４６ａまたは４６ｂを有するように構成することが可能である。この場合、位置センサー４５と位置合わせ十字とのＹ方向のオフセットを割り出すために、何らかの他の手段を見つけなければならない。例えば、テストウエハを位置合わせし、露光し、現像し、このオフセットを発見すべく調べることができる。この実施形態においては、これが、パワーアップまたは再較正のたびに行なわれる。上述した好ましい実施形態も、１回のテスト露光を必要とするが、その後は追加のテストウエハを必要とすることなく自動的に動作させることができる。

ステージ測定パッケージ１４のガラス上クロム部分の製造が、１ミクロン程度の小さな残留誤差を含むおそれがある。この残留誤差を発見するため、テスト基板が位置合わせされて焼き付けられる。２つのテスト基板が主要ステージ４に載せられる。位置合わせ顕微鏡３７、３８が、テスト基板１２、１３についての位置合わせデータを集めるために使用される。次に、主要ステージ４によって、基板がそれぞれの投影カメラ１５、１６の光軸８、９に移動され、重ね合わせテスト画像（これは、通常はよく知られているバーニアパターン（vernier pattern ）である）が焼き付けられる。次に、テスト基板が装置から取り去られ、画像が現像される。結果が研究室の顕微鏡で観察され、５０〜１００ｎｍの公差までオフセットが割り出される。このオフセットが、それぞれの位置合わせ顕微鏡に１つずつ、装置のデータベースに手作業で入力されて保存される。その後、これらのオフセットが、光軸８、９、６８、６９間の距離についての後続の自動較正を更新するために使用される。このように、ステージ測定パッケージ１４のガラスのパターン処理におけるあらゆる残留の製造誤差が発見され、装置のデータベースに加えられ、厳しい公差への４つの光軸８、９、６８、６９のそれぞれの正しい関係を見つけるために使用される。

ビデオカメラの画素感度および利得の初期の較正には、比較的長い時間を要する。ステージ測定パッケージ１４は、高速ビデオチェックパターン４８（図５）を有している。これは、ほぼ一様な白色の表面を有し、この白色の表面に細い線からなるより反射の少ない格子が交差している。主要ステージ４が、ビデオチェックパターン４８を各位置合わせ顕微鏡３７、３８の下方に位置させるとき、ビジョンカメラ３９、４０が、このパターンからの戻り信号を記録し、大きな感度応答誤差が存在するならばそれを探し出すことができ、Ｘ、Ｙ、Θ、画像サイズ、およびキーストーン誤差についての位置較正を更新することができる。

上述の較正は、主要としてリソグラフィ装置６０の製造または設置の際に使用される。各テストについて、同じ方法およびハードウェアを使用するがサンプリング点がより少ないより迅速な変形例が、装置の設定および光軸８、９、６８、６９の位置について日々のチェックを実行するために使用される。例えば、各日に最良の焦点が軸上でチェックされる。最良の焦点面に対するオフセットについて記録されたデータが、複雑な焦点面について初期に測定された最良適合点に焦点を設定するよう、新たな軸上の最良の焦点のＺ値を調整するために使用される。これらのテストのため、２つのＰＴＲレチクル５０が、各投影カメラ１５、１６の６軸チャック２３、２４に載せられて位置合わせされる。光軸位置についての高速なチェックが、投影光軸８、９の位置決めに使用される。次に、主要ステージ４が、位置合わせ十字４６ａおよび４６ｂを一度に１つずつ位置合わせ顕微鏡３７、３８に移動させ、各位置合わせ顕微鏡３７、３８のビジョンカメラ３９、４０が、位置合わせ十字４６ａおよび４６ｂの位置を取り込んで割り出す。このように、各位置合わせ顕微鏡３７、３８の光軸６８、６９の位置が更新される。次に、制御ソフトウェアが、位置センサー４５と位置合わせ十字４６ａおよび４６ｂとの間の関係について手動で割り出されたオフセットを参照し、リソグラフィ装置６０上の４つの光軸８、９、６８、６９の間の正確な最新の距離を計算する。次に、この最新のデータが、位置合わせおよび製造時の焼き付けの案内を適切に制御するために使用される。

次に、すべての較正が実行された後に基板を位置合わせするために使用されるシーケンスの例を、図３Ｃ〜３Ｅを参照して説明する。このシーケンスは、右側および左側の投影カメラ１５または１６についてほぼ同じである。

図３Ｃにおいて、２つのウエハ１２、１３が、わずかな配置および回転誤差をともないつつステージ４に載せられている。ステージ４が、第１の位置合わせ位置に移動される。ウエハ１２上の第１のマーク９６ａが、ビジョンカメラ３９（図１）の視野に現れている。第１のマーク９６ａから光軸６８（図１）までの距離が、ビジョンカメラ３９によって測定され、較正データベース９９（図９を参照して後述する）に保存された前のデータを使用して真の距離に補正される。ステージ４が、第２の位置合わせ位置（図示されていない）に移動し、第２のマーク９６ｂがビジョンカメラ３９の視野に配置され、第２の測定が行なわれて補正される。

次に、投影カメラ１５および１６に対するステージ４の動作量が計算される。この動作は、各基板１２および１３について今回取得した位置、およびそれぞれの位置合わせ顕微鏡３７、３８の光軸６８、６９からそれぞれの投影カメラ１５、１６の光軸８、９までの距離を使用する。先ほどのように、光軸間の距離が較正データベース９９から取得される。図３Ｄに示したように、この動作が、基板１２、１３をそれぞれのレチクル２５、２６の各投影画像の下方にほぼ位置させる。精密な位置合わせは未だ達成されていないが、残っている誤差は先の較正工程および現在の位置合わせ計算から既知である。したがって、較正データベース９９から取り出されたデータによって補正されるとおり、各レチクル２５、２６をレチクルチャック２３、２４の多軸動作を使用して正しい量だけ移動させることによって、残っている誤差が取り除かれる。結果が図３Ｅに示されている。上述の位置合わせプロセスにおいて、各基板１２、１３をステージ４に対して移動させる必要がないことに、注目すべきである。

ウエハ１２、１３がステージ４の主軸との位置合わせに回転されていないため、ステージ４がウエハ１２、１３全体を露光すべくＸおよびＹ方向に移動するとき（図３Ｃ〜３Ｅにおける各部の縮尺は厳密ではなく、実際のレチクル画像はより小さく、したがって各基板１２、１３を完全に露光するためにはステージ４を順次移動させる必要がある）、レチクル２５、２６（またはそれらの画像）が、基板１２および１３に位置合わせしたままであるように別個独立にＸおよびＹ方向に段階的に移動する。

この位置合わせ方法を、「開ループ」または「一歩一歩（by the numbers）」と称することができる。適切に機能すれば、座標系の関係の複雑な組が、上述の通り確立されて維持される。この複雑さの度合いは、複数のレチクルを複数の基板に、実質的に基板１２、１３をステージ４に対して移動させることなく迅速に位置合わせするために必要とされる。

例えば、このカメラが２つの場合において、レチクルチャック２３、２４が、一般的にステージ４によってなされるＸ、Ｙ、Θ方向、および倍率の誤差を補償するため、レチクル２５、２６を段階的に移動させることができる。一実施形態においては、共通の構成要素をステージ４によって補正することができ、残りをレチクル２５、２６の動作によって補正することができる。他の実施形態においては、レチクル２５、２６を移動させる代わりに、鏡面（図示されていない）の動作などによって、投影される画像を基板１２、１３に位置合わせしてもよい。

図３Ｆは、単純なただ１つのマスク／ただ１つのウエハの位置合わせシステムを有する他の実施形態を示している。観察が、レンズ（すなわち投影レンズ）を通して直接行なわれる（ＴＴＬ）。レチクル２５上の２つの十字９７ａおよび９７ｂが、ウエハパターン９８の画像に直接位置合わせされる（図３Ｆ−１）。ウエハ１２およびステージ４が、レチクルの十字９７に対するウエハパターン９８の位置合わせが達成されるまで、反復のステップを使用してＸ、Ｙ、およびΘ方向に移動される。マスクには、測定に関するものが設けられていない。この方法を、「ヌル捜索（null seeking ）」位置合わせシステムと呼ぶことができる。図３Ｃ〜３Ｅに示した軸外位置合わせシステムは、より複雑ではあるものの、光学的な理由から多くの用途において好ましい。

停電（電源異常）または運転停止が、精密な座標の関係の喪失を引き起こすことに注意すべきである。電源の再投入時、主要ステージ４が、大きなグリッド・モーター・プラテン３を位置についての第２の基準として使用し、３つの基点センサー５１、５２、および５３（図２）を発見するまでステッピングモーターで移動する。基点センサー５１が、Ｘ軸方向に主要ステージ４を大まかに位置決めする一方で、基点センサー５２、５３が、Ｙ軸およびΘ方向において主要ステージ４を大まかに位置決めする。次に、主要ステージ４は、大きなグリッド・モーター・プラテン３上のレーザー起点にステッピングモーターで段階的に移動して停止し、レーザー制御の３軸がリセットされる。光軸間のＸ、Ｙ関係が変化していないと考えられる反面、４つの光学システムのすべての回転軸に対するステージ鏡面１０および１１（図２）の回転関係は、わずかに変化していると考えられる。実際の問題として、日々の較正ルーチンを実行し、制御のすべての軸を一度に再同期させることが最良である。このように、停電または運転停止の後に正確な関係が再度確立される。

ＰＴＲレチクル５０は、完璧には一致していなくてもよい。ＰＴＲレチクル５０の組を使用する前に、それぞれが較正済みの１つの投影カメラ、通常は右側投影カメラ１５に配置される。マスターＰＴＲレチクル５０が、右側投影カメラ１５の較正を実行するために使用される。次に、他のＰＴＲレチクル５０が取り付けられ、ステージ測定パッケージ１４および位置センサー４５を使用して測定される。しかしながら、集められたデータは、右側投影カメラ１５の較正を変化させるためには使用されない。代わりに、各ＰＴＲレチクル５０についてＸ、Ｙ、Θ、倍率、キーストーンＸ、およびキーストーンＹのオフセットを決定するために使用される。各ＰＴＲレチクル５０は、機械で読み取りが可能なシリアル番号を有している。オフセットが、各ＰＴＲレチクル５０について個々に保存され、後の較正工程のすべてにおいて当該レチクルのための補正として使用される。このように、較正レチクルからレチクルへの小さなばらつきが測定され、補正される。この方法は、各レチクルを座標測定装置上で測定するよりも優れていることが明らかになっている。

レチクルの製造誤差を割り出して補正するための上述の方法は、装置において使用されるすべてのレチクルについて利用可能である。各製造レチクル２５、２６を、それぞれの６軸チャック２３、２４に位置合わせされた較正済みの投影カメラ１５、１６に１つずつ配置することができ、そのオフセットが上述のように割り出されて保存される。

図９は、本発明の一実施形態においてリソグラフィ装置６０を運転するために使用される一般的な分散制御システム８１のブロック図である。分散制御システム８１は、マスターコントローラ８２を有している。第１の通信バス８３ａが、マスターコントローラ８２を複数のサブシステムコントローラ８４〜９２に接続している。第２の通信バス８３ｂが、マスターコントローラ８２を、ユーザインターフェイス９３、工場ネットワーク９４、および／またはインターネットなどの広域通信網（ＷＡＮ）９５に接続している。さまざまな通信プロトコルを、マスターコントローラ８２によって、サブシステムコントローラ８４〜９２、ユーザインターフェイス９３、およびネットワーク９４、９５との通信において使用することができる。ユーザインターフェイス９３は、グラフィカル・ユーザ・インターフェイス（ＧＵＩ）、テキストベースのユーザインターフェイス、または他の人間−装置のインターフェイスであってよい。ユーザインターフェイス９３を、図示のとおりマスターコントローラ８２に直接接続することができ、またはネットワーク９４または９５の一方または両方を介して接続してもよい。

サブシステムコントローラ８４〜９２としては、ランプコントローラ８４、積み込み／積み下ろしコントローラ８５、ステージコントローラ８６、左側レチクルチャックコントローラ８７ａ、右側レチクルチャックコントローラ８７ｂ、左側焦点（Ｚ軸）コントローラ８８ａ、右側焦点（Ｚ軸）コントローラ８８ｂ、左側線量コントローラ８９ａ、右側線量コントローラ８９ｂ、左側位置合わせ顕微鏡コントローラ９０ａ、右側位置合わせ顕微鏡コントローラ９０ｂ、干渉計コントローラ９１、および位置合わせ較正データベースコントローラ９２が挙げられる。マスターコントローラ８２およびサブシステムコントローラ８４〜９２の間の通信を容易にするため、さまざまなバス通信プロトコルが使用可能である。

この分散制御システム８１において、サブシステムコントローラ８４〜９２が、指令、メッセージ、または他のタイプのデータでマスターコントローラ８２からのデータを受信する。これに応答して、サブシステムコントローラ８４〜９２が、それらのそれぞれのサブシステムを制御する。例えば、ステージコントローラ８６は、通信バス８３を介してマスターコントローラ８２からの指令を受信でき、主要ステージ４を積み込み／積み下ろし領域５６（図３Ａ）から投影カメラ１５、１６の投影領域に移動させることができる。

サブシステムコントローラ８４〜９２は、それらのそれぞれのサブシステムを制御するための電子機器およびハードウェアを有している。そのような電子機器およびハードウェアの例としては、位置センサー、動作補償プロセッサ、通信プロセッサ、モータ（例えば、ボイスコイル）、およびサブシステムの特定の性状を制御するための他の電子機器が挙げられる。例えば、右側レチクルチャックコントローラ８７ｂは、上述のとおり右側レチクルチャック２３および右側レチクル２５に関連付けられた複数の軸を制御するための、ボイスコイル式駆動部、位置センサー、アナログまたはデジタル式の位置補償器、および他のセンサーまたは機構を有してもよい。

サブシステムコントローラ８４〜９２は、通信バス８３上の他の装置との通信のために、入出力ポートおよびプロセッサを備えてもよい。このようにして、任意のサブシステムコントローラ８４〜９２が、他のサブシステムコントローラ８４〜９２と通信できる。例えば、入出力ポートおよびプロセッサの使用を通じて、右側レチクルチャックコントローラ８７ｂが、位置合わせ較正データベースコントローラ９２からの較正情報を要求して受信することができる。同様に、ステージコントローラ８６が、干渉計コントローラ９１からフィードバックを受信して、これにしたがってステージ４を移動させることができる。

他の実施形態においては、分散制御システム８１を他の構成で実現してもよい。例えば、マスターコントローラ８２が、装置６０における唯一の「インテリジェントな」コントローラであって、サブシステムのそれぞれ（例えば、主要ステージ４）を主要ステージ４の動作に矛盾しないように対応できてよい。あるいは、サブシステムコントローラ８４〜９２を複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）に設けることができ、ここで分散制御システム８１を実現するために使用されるＤＳＰの数が、コントローラ８４〜９２よりも少なくてよい。例えば、左側レチクルチャックコントローラ８７ａおよび右側レチクルチャックコントローラ８７ｂを、線形代数非干渉技法（linear algebra decoupling techniques）などによってレチクルチャック２３、２４の動作を一体に結合させることがないように実現するために、ただ１つのＤＳＰを使用してもよい。

この実施形態においては、位置合わせ較正データベースコントローラ９２が、位置合わせデータベース９９と通信している。位置合わせ較正データベース９９は、上述の較正プロセスに従って集められたデータを含んでいる。この実施形態において、データベースコントローラ９２は、読み出しおよび書き込みの操作を実行し、それぞれの実行のための種々の最適化技法を使用することができる。データベース９９は、随意により最適化された保存サイズおよび読み出し走査に対応した種々のフォーマットを使用することができる。データベース９９は、図示のようにデータベースコントローラ９２の付近に位置することができ、または工場ネットワーク９４またはＷＡＮ９５のどこかなど、データベースコントローラ９２から遠方に位置してもよい。遠方の場合には、標準または専用の通信プロトコルを、データベースコントローラ９２とデータベース９９との間の通信を容易にすべく使用してもよい。

サブシステムコントローラ８４〜９２またはその一部分を、アナログ、デジタル、または混成のマイクロエレクトロニクスに実現でき、それでもなお上述の技法に矛盾しない。

２つの基板のステージ４を説明したが、本発明を使用して３つ以上の基板１２、１３をステージ４に配置することもできる。同様に、２つのカメラ１５、１６を説明したが、本発明の原理に従って１つの装置において３つ以上のカメラを使用してもよい。

本明細書において説明した照明は、各カメラ１５、１６について１つの水銀アークランプである。しかしながら、レーザー光源も使用可能であり、同様にＥＵＶ、Ｘ線源などといった他の露光用放射線の供給源も使用可能である。これらの光源は、別個独立の光源でもよく、または別個の経路に分割される１つの強力な光源であってもよい（各投影カメラ１５、１６について１つの経路が使用される）。

本明細書に記載の６軸チャック２３、２４は、距離情報およびサーボループ制御フィードバックをもたらすために、単純な位置センサーを使用している。今日では、レーザー測定されるレチクルステージが、高性能ステップ−アンド−スキャンシステムにおいて一般に使用されている。Ｘ、Ｙ、および回転についてここで使用された少なくとも３つの軸を、本発明の原理を変更することなく、干渉計システム、ガラススケール、ＬＶＤＴ、容量センサー、リゾルバー、または他の測定装置もしくはシステムで置き換えることができる。

本明細書に記載の主要ステージ４は、３軸の干渉計で制御されている。しかしながら、より厳しい用途においては、米国特許５，７５７，１６０号に記載されているような４、５、または６軸の干渉計の組を使用することができ、本明細書に開示の本発明の原理に矛盾しないと考えられる。

本明細書に記載のグリッド・プラテン３およびステージ４を、本明細書に記載の本発明の原理を変更することなく、より一般的で案内路ならびにＸおよびＹのための個々の駆動部を使用するＸ，Ｙ，Θステージにて置き換えることが可能である。

本明細書に記載のプロセス、データベース、コントローラ、フィードバック処理などを、汎用または用途特定のプロセッサによって実行されるソフトウェアで実現してもよい。ソフトウェアは、端末側で磁気または光ディスク、ＲＡＭ、ＲＯＭに保存することができ、または遠方に保存して通信ネットワークを介してプロセッサにダウンロードしてもよい。動作時、プロセッサがソフトウェアを読み込んで実行する。ソフトウェアまたはその一部を、適切な電子部品にファームウェアとして書き込み、ランタイムに実行してもよい。

本発明を、本発明の好ましい実施形態を参照しつつ詳しく示して説明したが、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の技術的範囲から離れることなく、形態および細部についてさまざまな変更が可能であることを、当業者であれば理解できる。

本発明の原理により組み立てられたリソグラフィ装置の正面図であり、１つの主要ステージ上の２つの基板に焼き付けを行なうための位置にある２つの投影システムを含んでいる。 図１のリソグラフィ装置の上面図であり、大きなグリッド・モーター・プラテン上の主要ステージの配置、干渉計制御部の３つの軸、ならびに各投影レンズおよび各位置合わせ顕微鏡の光学軸を示している。 図１のリソグラフィ装置の別の上面図であり、図２の主要ステージおよびグリッド・モーター・プラテンの上方の２つの投影カメラの配置を示している。 図３Ａの１つの主要ステージ上の２つの基板の上面図である。 図１および２の位置合わせ顕微鏡に関する位置合わせ位置にある２つの基板とそれを運ぶ主要ステージの上面図である。 図３Ｃの位置から図１の投影カメラによる露光位置に運ばれた２つの基板とそれを運んだ主要ステージの上面図である。 図３Ｄの状態から移動して、画像が基板に位置合わせされた状態にある基板と主要ステージの上面図である。 スルー・ザ・レンズ（ＴＴＬ）の実施形態を使用した図１の主要ステージの上面図である。 図３ＦのＴＴＬの実施形態を使用するマスク／ウエハの位置合わせの様子を示す拡大図である。 図１のリソグラフィ装置の右側面図であり、基板の上方に位置する一方の投影カメラおよび関連の位置合わせ顕微鏡の一部を示している。 図４Ａのリソグラフィ装置によって製造された多層基板の断面図である。 図１のリソグラフィ装置において使用される７つのセンサーパターンを有している一般的なステージ測定パッケージの上面図である。 図１のリソグラフィ装置において使用される分解能テスト用レチクル（ＲＴＲ）の画像化側の図である。 図６のＲＴＲ上の回折格子の拡大図である。 図１のリソグラフィ装置において使用される位置テスト用レチクル（ＰＴＲ）の画像化側の図である。 図１の６軸レチクルチャックの正面図である。 図８Ａの６軸レチクルチャックの側面図である。 図１のリソグラフィ装置を動作させる分散制御システムのブロック図である。

符号の説明

４ ステージ
１２，１３ 基板
１５，１６ 投影カメラ
２３，２４ レチクルチャック
２５，２６ 画像源（レチクル）
３７，３８ 位置合わせ顕微鏡
６０ リソグラフィ装置

Claims (88)

1. それぞれの画像源から第１および第２の基板に同時に画像を投影するように配置され、各画像を対応する基板に位置合わせする別個独立の多軸位置合わせシステムをそれぞれが有している少なくとも２つの投影カメラと、
   前記第１および第２の基板を保持して、前記投影カメラに対して移動するステージとを備えているリソグラフィ装置。
2. 請求項１において、
   前記第１または第２の基板を前記ステージに対して移動させずに、前記画像およびステージの動作を調整し、各投影カメラから前記第１および第２の基板に投影される画像の位置合わせおよび重ね合わせを行なうコントローラをさらに備えているリソグラフィ装置。
3. 請求項２において、
   前記コントローラが、前記多軸位置合わせシステムに、前記ステージ上の前記第１の基板と第２の基板との位置合わせの差異を補償させるリソグラフィ装置。
4. 請求項１において、
   前記多軸位置合わせシステムが、各画像を別個独立に対応する基板に対して移動させて、各画像源と対応する基板との位置合わせ誤差を補正する別個独立の多軸位置合わせ機構を有しているリソグラフィ装置。
5. 請求項１において、
   各多軸位置合わせシステムが、対応する投影カメラによって投影される画像を焦点合わせする別個独立の焦点合わせ機構を有しているリソグラフィ装置。
6. 請求項１において、
   前記多軸位置合わせシステムが、前記画像源を６つの軸方向に移動させるリソグラフィ装置。
7. 請求項１において、
   前記多軸位置合わせシステムが、前記画像源を少なくとも２つの軸方向に移動させて、Ｘ方向誤差、Ｙ方向誤差、Θ方向誤差、画像サイズ誤差およびキーストーン誤差のうちの少なくとも１つを補正するリソグラフィ装置。
8. 請求項７において、
   各多軸位置合わせ機構が、動作の各軸方向について位置センサーサブシステムを有しているリソグラフィ装置。
9. 請求項７において、
   各多軸位置合わせシステムが、画像を対応する基板に投影すべく使用される前に較正されるリソグラフィ装置。
10. 請求項７において、
    各多軸位置合わせシステムが、前記投影される画像を対応する基板上でＸ軸方向またはＹ軸方向に少なくとも約＋／−１．２５ｍｍ移動させるのに充分な移動範囲をもつリソグラフィ装置。
11. 請求項１において、
    前記多軸位置合わせシステムが、前記ステージ上の基板の位置を割り出すために使用される位置合わせセンサーを有しているリソグラフィ装置。
12. 請求項１１において、
    前記位置合わせセンサーが、位置合わせ顕微鏡であるリソグラフィ装置。
13. 請求項１において、
    前記多軸位置合わせシステムが、前記ステージ上に位置する少なくとも１つのステージ測定パッケージを、前記多軸位置合わせシステムによって観察可能な位置に有しているリソグラフィ装置。
14. 請求項１３において、
    前記多軸位置合わせシステムが、各投影カメラと前記ステージとの位置合わせを、前記少なくとも１つのステージ測定パッケージを観察することによって決定するリソグラフィ装置。
15. 請求項１３において、
    前記少なくとも１つのステージ測定パッケージが、前記多軸位置合わせシステムによって観察可能な複数のパターンを有しているリソグラフィ装置。
16. 請求項１３において、
    前記少なくとも１つのステージ測定パッケージが、前記多軸位置合わせシステムによって共有されているリソグラフィ装置。
17. 請求項１において、
    前記画像源が、マスクを有しているリソグラフィ装置。
18. 請求項１において、
    前記画像源が、マスクを動的に生成する機構を有しているリソグラフィ装置。
19. 請求項１において、
    各投影カメラが、線量制御システムによって制御されて各基板を制御された時間にわたって前記投影される画像に露光させるシャッターをさらに有しているリソグラフィ装置。
20. 請求項１９において、
    前記ステージが、前記シャッターが閉じるまで静止したままであるリソグラフィ装置。
21. 請求項１において、
    前記多軸位置合わせシステムが、オートフォーカス検出器と、前記画像源を有しているレチクルを保持する多軸レチクルチャックと、画像処理ソフトウェアに組み合わせられた位置合わせ顕微鏡およびカメラとを有し、
    前記多軸位置合わせシステムが、前記オートフォーカス検出器によって割り出された焦点誤差を補正するために各投影カメラを軸方向に移動させる焦点合わせ制御機構を有し、
    前記多軸位置合わせシステムが、前記位置合わせ顕微鏡によって取得された現在の位置合わせ画像をあらかじめ割り出された前記多軸レチクルチャックに関する較正データと比較して、前記画像処理ソフトウェアによって割り出された位置合わせ誤差を補正するために、前記多軸レチクルチャックを複数の軸方向に移動させる機構を有しているリソグラフィ装置。
22. 請求項１において、
    前記多軸位置合わせシステムが、ボイスコイルおよび湾曲部を有しているリソグラフィ装置。
23. 請求項１において、
    前記多軸位置合わせシステムが、セラミックアクチュエータを有しているリソグラフィ装置。
24. 請求項１において、
    前記ステージが、ステージ位置測定に対応した複数の表面を有しているリソグラフィ装置。
25. 請求項２４において、
    前記複数の表面が、光ビームを反射する鏡面であるリソグラフィ装置。
26. 請求項２５において、
    前記光ビームが、第１の軸に沿う少なくとも１つの第１の光ビームと、第２の軸に沿う少なくとも２つの第２の光ビームとを有しているリソグラフィ装置。
27. 請求項２６において、
    前記２つの第２の光ビームが、少なくとも前記投影カメラとほぼ同じ間隔で離間しているリソグラフィ装置。
28. 請求項１において、
    前記ステージが、複数のモータによって駆動され、少なくとも２つのモータが異なるように駆動されるリソグラフィ装置。
29. 基板に焼き付けを行なうための方法であって、
    第１および第２の基板を、画像源からの各画像を対応する基板に投影する少なくとも２つの投影カメラの投影領域に配置することと、
    前記画像を別個独立に対応する基板に対して移動させて、前記画像源と対応する基板との位置合わせ誤差を補正することと、
    前記第１および第２の基板をステージ上に保持することと、
    前記ステージを前記投影カメラに対して移動させることとを備えている方法。
30. 請求項２９において、
    前記第１または第２の基板を前記ステージに対して移動させずに、前記画像およびステージを移動させて、各投影カメラから前記基板に投影される画像の位置合わせおよび重ね合わせを行なうことをさらに備えている方法。
31. 請求項３０において、
    前記画像を別個独立に移動させることが、前記ステージ上の前記第１の基板と第２の基板との位置合わせの差異を補償することを含んでいる方法。
32. 請求項２９において、
    前記画像を対応する基板に位置合わせすることが、前記画像を別個独立に対応する基板に対して移動させて、前記画像源と対応する基板との位置合わせ誤差を補正することを含んでいる方法。
33. 請求項２９において、
    前記画像を位置合わせすることが、前記投影カメラを別個独立に焦点合わせすることを含んでいる方法。
34. 請求項２９において、
    前記画像を位置合わせすることが、前記画像源を６つの軸方向に調整することを含んでいる方法。
35. 請求項２９において、
    前記画像を位置合わせすることが、前記画像源を少なくとも２つの軸方向に調整して、Ｘ方向誤差、Ｙ方向誤差、Θ方向誤差、画像サイズ誤差およびキーストーン誤差のうちの少なくとも１つを補正することを含んでいる方法。
36. 請求項３５において、
    前記画像を位置合わせすることが、動作の各軸方向について位置を検出することを含んでいる方法。
37. 請求項３５において、
    前記画像を前記第１および第２の基板に投影する前に、各投影カメラを複数の軸方向について較正することをさらに備えている方法。
38. 請求項３５において、
    前記投影される画像を対応する第１および第２の基板上でＸ軸方向またはＹ軸方向に少なくとも約＋／−１．２５ｍｍの範囲で移動させることをさらに備えている方法。
39. 請求項２９において、
    前記画像を位置合わせすることが、前記ステージ上の前記基板の位置を検出することを含んでいる方法。
40. 請求項３９において、
    前記ステージ上の前記基板の位置を検出することが、別個独立の位置合わせ顕微鏡で前記基板を視認することを含んでいる方法。
41. 請求項２９において、
    前記画像を位置合わせすることが、前記ステージ上に位置する少なくとも１つのステージ測定パッケージを観察することを含んでいる方法。
42. 請求項４１において、
    前記画像を位置合わせすることが、各投影カメラと前記ステージとの位置合わせを、前記ステージ測定パッケージ上の複数のパターンを観察することによって決定することを含んでいる方法。
43. 請求項２９において、
    前記画像源をマスクすることをさらに備えている方法。
44. 請求項２９において、
    前記画像源に組み合わせられるマスクを動的に生成することをさらに備えている方法。
45. 請求項２９において、
    前記第１および第２の基板が対応する画像に露光される時間を制御することをさらに備えている方法。
46. 請求項４５において、
    前記第１および第２の基板を前記少なくとも２つの投影カメラの下方に位置させることが、対応する画像への露光が完了するまで前記第１および第２の基板の位置を維持することを含んでいる方法。
47. 請求項２９において、
    前記画像を移動させることが、前記投影カメラのそれぞれにおける焦点誤差を別個独立に補正することと、現在の位置合わせ画像をあらかじめ割り出された較正データと比較して位置合わせ誤差を補正することとを含んでいる方法。
48. 請求項２９において、
    前記画像を移動させることが、前記画像源の位置を摩擦なしで制御することを含んでいる方法。
49. 請求項２９において、
    前記基板を保持している前記ステージの位置を測定することと、
    その測定の関数として前記画像を前記基板に位置合わせすることとをさらに備えている方法。
50. 請求項４９において、
    前記測定が、前記ステージの複数の表面の位置を光学的に測定することを含んでいる方法。
51. 請求項５０において、
    前記ステージの複数の表面の位置を光学的に測定することが、第１の軸に沿う少なくとも１つの第１の光ビームの位相特性と、第２の軸に沿う少なくとも２つの第２の光ビームの位相特性とを測定することを含んでいる方法。
52. 請求項５１において、
    前記２つの第２の光ビームが、少なくとも前記基板とほぼ同じ間隔で離間している方法。
53. 請求項２９において、
    前記ステージ内の複数のモータを異なるように駆動することをさらに含んでいる方法。
54. 少なくとも２つの基板に同時に画像を投影する手段と、
    各投影手段と前記少なくとも２つの基板のうちの対応する１つとの位置合わせ誤差を、前記少なくとも２つの基板を実質的に移動させずに補正する手段と、
    前記少なくとも２つの基板を保持する手段と、
    前記少なくとも２つの基板を前記投影手段に対して移動させる手段とを備えているリソグラフィ装置。
55. 画像として基板上に投影されるパターンをもつレチクルを保持するレチクルチャックを有している投影カメラと、
    前記画像を複数の方向に移動させる多軸位置合わせシステムと、
    前記基板を保持して前記投影カメラに対して移動させるステージと、
    前記基板への前記画像の投影において使用するために、前記ステージに対する前記基板の位置を測定する位置合わせセンサーシステムと、
    前記ステージ、前記位置合わせセンサーシステム、および前記多軸位置合わせシステムに組み合わされて、粗い位置合わせのために前記ステージによって前記基板を前記投影カメラの投影領域に位置させるとともに、前記ステージが前記投影領域内で移動するたびに、精密な位置合わせのために前記多軸位置合わせシステムによって前記画像を前記基板に対して位置合わせする位置合わせコントローラとを備えているリソグラフィ装置。
56. 請求項５５において、
    前記位置合わせセンサーシステムが、前記投影カメラに対する前記ステージの位置を測定するリソグラフィ装置。
57. 請求項５５において、
    前記位置合わせセンサーシステムが、前記投影カメラの投影領域内の前記基板の位置を測定するリソグラフィ装置。
58. 請求項５５において、
    前記位置合わせコントローラが、前記多軸位置合わせシステムによって開ループで前記画像を前記基板に対して位置合わせするリソグラフィ装置。
59. 請求項５５において、
    前記位置合わせコントローラが、前記多軸位置合わせシステムによって閉ループで前記画像を前記基板に対して位置合わせするリソグラフィ装置。
60. 請求項５５において、
    前記位置合わせセンサーシステムが、前記位置合わせコントローラによる処理のために前記基板上のパターンの画像を取得するリソグラフィ装置。
61. 請求項５５において、
    前記多軸位置合わせシステムが、前記レチクルチャックによって前記レチクルを少なくとも２つの動作軸方向に移動させるリソグラフィ装置。
62. 請求項５５において、
    前記投影カメラが、前記投影画像が前記基板上に焦点合わせされるように前記投影カメラを移動させる焦点合わせ制御システムに組み合わされているリソグラフィ装置。
63. 請求項５５において、
    前記投影カメラが、前記投影画像への前記基板の露光時間を制御する線量制御システムに組み合わせられたシャッターを有しているリソグラフィ装置。
64. 請求項５５において、
    前記投影カメラとは別個の投影カメラであって、対応するレチクルチャックを有して対応するレチクルを保持し、前記投影カメラが対応する基板に対応する画像を投影するのと同時に、別個の基板に画像を投影する別個の投影カメラと、
    前記別個の基板の位置を検出する別個の位置合わせセンサーシステムと、
    前記対応するレチクルを前記別個の基板に別個独立に位置合わせする別個の位置合わせコントローラとをさらに備えているリソグラフィ装置。
65. 基板に焼き付けを行なうための方法であって、
    画像として基板に投影されるパターンをもつレチクルを投影カメラに光学的に露光されるように設けることと、
    前記基板を前記投影カメラの投影領域で画像化される前記レチクルに対して粗く位置合わせするために移動させることと、
    前記基板への前記画像の投影において使用するために、前記ステージに対する前記基板の位置を割り出すことと、
    前記基板が前記投影領域内で移動されるたびに、前記画像を前記基板に精密に位置合わせするために、前記画像を複数の軸方向に移動させることと、
    前記パターンを前記基板に投影することとを備えている方法。
66. 請求項６５において、
    前記レチクルと前記基板との位置合わせ誤差を割り出すことが、前記基板を保持しているステージの前記投影カメラに対する位置を測定することを含んでいる方法。
67. 請求項６５において、
    前記レチクルと前記基板との位置合わせ誤差を割り出すことが、前記投影カメラの投影領域における前期基板の位置を測定することを含んでいる方法。
68. 請求項６５において、
    前記画像を移動させることが、開ループで行なわれる方法。
69. 請求項６５において、
    前記画像を移動させることが、閉ループで行なわれる方法。
70. 請求項６５において、
    前記基板を移動させているステージ上のパターンの画像を取得することと、その画像を処理して前記レチクルと前期基板との位置合わせ誤差を割り出すこととをさらに備えている方法。
71. 請求項６５において、
    前記画像を前記基板に位置合わせすることが、前記レチクルを少なくとも２つの動作軸方向に移動させることを含んでいる方法。
72. 請求項６５において、
    前記投影される画像を焦点合わせすることをさらに備えている方法。
73. 請求項６５において、
    前記基板の前記投影される画像に対する露光時間を制御することをさらに備えている方法。
74. 請求項６５において、
    複数の基板を対応する画像に同時に露光させるために、複数のレチクルによって生成される複数の画像を複数の基板に対して別個独立にかつ同時に位置合わせすることをさらに備えている方法。
75. 画像として基板に投影されるパターンを含んでいるレチクルについて、前記基板を投影カメラの投影領域で画像化されるレチクルに対して粗く位置合わせするために移動させる手段と、
    前記基板への前記画像の投影において使用するために、ステージに対する前記基板の位置を検出する手段と、
    前記基板が前記投影領域内で移動されるたびに、前記画像を前記基板に精密に位置合わせする手段と、
    前記パターンを前記基板に投影する手段とを備えているリソグラフィ装置。
76. それぞれの位置合わせシステムを有し、それぞれ第１および第２の基板に画像を投影する第１および第２の投影カメラと、
    前記それぞれの基板に関連付けられた位置合わせパターンを検出する第１および第２の位置合わせ顕微鏡と、
    前記第１および第２の位置合わせ顕微鏡の出力に組み合わせられ、検出されて前記位置合わせ顕微鏡から受けた位置合わせパターンに基づいて、前記位置合わせシステムによって前記画像を前記基板に対して移動させる少なくとも１つの位置合わせ補償コントローラとを備えているリソグラフィ装置。
77. 請求項７６において、
    前記位置合わせシステムが、前記基板を保持しているステージの前記投影カメラに対する位置を、それぞれの投影カメラのレンズを通して割り出すリソグラフィ装置。
78. 請求項７６において、
    前記位置合わせシステムが、前記投影カメラから軸外で前記基板を保持しているステージの位置を割り出し、前記ステージに関連付けられた測定パッケージを観察して、前記ステージの前記投影カメラに対する位置を割り出すリソグラフィ装置。
79. 請求項７６において、
    前記第１および第２の位置合わせ顕微鏡が別個独立に動作するリソグラフィ装置。
80. 請求項７６において、
    対応する位置合わせ顕微鏡に機械的に接続された第１および第２のオートフォーカスセンサーであって、各位置合わせ顕微鏡に前記位置合わせパターンについての焦点誤差を除去させるために、前記少なくとも１つの位置合わせ補償コントローラに信号を供給する第１および第２のオートフォーカスセンサーをさらに備えているリソグラフィ装置。
81. 請求項７６において、
    前記第１および第２の位置合わせ顕微鏡が、前記少なくとも１つの位置合わせ補償コントローラに画像を供給し、各投影カメラに前記基板上の前記画像についての対応する焦点誤差を除去させるリソグラフィ装置。
82. 基板に焼き付けを行なうための方法であって、
    第１および第２の画像をそれぞれ第１および第２の基板に投影することと、
    前記第１および第２の基板のそれぞれについての第１および第２の位置合わせパターンを検出することと、
    前記検出された位置合わせパターンに基づいて、前記第１および第２の画像を前記第１および第２の基板に対して移動させることとを備えている方法。
83. 請求項８２において、
    前記第１および第２の画像を前記第１および第２の基板に投影することが、前記基板を保持しているステージの位置を、前記画像を投影する投影カメラのレンズを通して割り出すことを含んでいる方法。
84. 請求項８２において、
    前記第１および第２の画像を前記第１および第２の基板に投影することが、前記画像を投影する投影カメラから軸外で前記基板を保持しているステージの位置を割り出し、前記ステージに関連付けられた測定パッケージを観察して、前記投影カメラに対する前記ステージの位置を割り出すことを含んでいる方法。
85. 請求項８２において、
    前記第１および第２の位置合わせパターンの検出が別個独立に行われる方法。
86. 請求項８２において、
    前記検出された位置合わせパターンに基づいて、前記第１および第２の位置合わせパターンの検出についての焦点誤差を別個独立に除去することをさらに備えている方法。
87. 請求項８２において、
    前記検出された第１および第２の位置合わせパターンに基づいて、前記第１および第２の基板上の前記第１および第２の画像についてのそれぞれの焦点誤差を除去することをさらに備えている方法。
88. 少なくとも２つの基板に同時に画像を位置合わせおよび投影する手段と、
    前記少なくとも２つの基板のそれぞれについての位置合わせパターンを検出する手段と、
    前記検出した位置合わせパターンに基づいて、前記投影される画像を前記基板に対して移動させる手段とを備えているリソグラフィ装置。

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