JP3081289B2 - 基板上にマスクパターンを投影する装置 - Google Patents

基板上にマスクパターンを投影する装置

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板上にマスクパター
ンを投影する装置であって、該装置は投影ビームを供給
するための照明システムと、マスク保持器と、投影レン
ズシステム及び基板保持器とを相継いで具え、且つ更に
基板調整印とマスク調整印とによって基板に対してマス
クを調整するための装置を具えており、前記装置は調整
ビームを供給する放射線源と、第1調整印とその上に第
1調整印が映像される第2調整印と相互作用していた選
択された調整ビーム部分の通路内に、投影レンズシステ
ム及び放射線高感度検出システムとを具えており、前記
検出システムの出力信号は調整印の相互位置の尺度であ
る、基板上にマスクパターンを投影する装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】マスク印と基板印とを相互に対して調整
することは、これらの調整印を直接にも又間接にも調整
することを意味すると理解される。直接調整の場合に
は、マスク調整印又は基板調整印が他方の印、即ち基板
調整印又はマスク調整印上に投影され、且つ放射線高感
度検出システムが前記他方の調整印の後方に配設されて
いる。間接調整の場合には、基板調整印とマスク調整印
との両方が別の調整印の異なる部分上に投影され、一方
放射線高感度検出システムがこの別の調整印の後方に配
設される。基板調節印とマスク調節印とが相互に対して
調整される範囲は、基板とマスク調整印が別の調整印に
対してどの範囲に調整されるかを検出することにより決
定される。
【0003】選択された調整ビーム部分は第1調整印を
第2調整印上に投影するために有効に使用される調整ビ
ームの部分である。調整印が回折格子である場合には、
この選択された調整ビーム部分は好適に第1調整印によ
りこの調整ビームから形成された+1次及び−1次サブ
ビームである。その代わりに例えば、+3次及び−3次
又はもっと高い次数のサブビームが用いられてもよい。
その他の調整印が用いられる場合には、選択されるビー
ム部分は異なる種類のものである。一例は、この印から
の放射線の0次サブビームが抑制され、且つ分離された
次数がこのサブビームの両側に置かれたビーム部分内で
識別され得ない、第1調整印のいわゆる暗視野照明であ
る。
【0004】上述の種類の装置は、マスクパターン、例
えば一つの且つ同一基板上への集積回路(IC)のパターン
の、反復し且つ縮小した投影用の装置に関連する、米国
特許第4778275 号公報に記載されており、そのマスクパ
ターン及び基板は、例えば基板平面とマスク平面とに平
行な平面内で二つの相互に垂直な方向に沿った二つの連
続する照明の間を、相互に対して動かされる。
【0005】集積回路は拡散及びマスキング技術によっ
て製造される。異なるマスクパターンを有する多数のマ
スクが半導体基板上の一つの且つ同じ位置に連続的に投
影される。同じ位置への連続的な投影の間にこの基板は
所望の物理的及び化学的変化を受けなくてはならない。
この目的のために、この基板はそれがマスクパターンに
より照明された後にその装置から取り外されねばなら
ず、且つ基板が所望の処理工程を受けた後に第2マスク
パターンにより基板を照明するように基板は再び同じ位
置にその装置内に置かれなくてはならず、以下同様であ
って、一方第2のマスクパターンの投影及び引き続くマ
スクパターンの投影が基板に対して正確に位置決めされ
ることが保証されなくてはならない。
【0006】拡散及びマスキング技術はミクロン単位の
詳細な寸法、例えば統合された光学システムの構造又は
磁気ドメインメモリの案内及び検出パターン及び液晶表
示パネルの構造、を有するその他の構造の製造でも用い
られ得る。これらの構造の製造においてもまた、マスク
パターンの投影は基板に対して非常に正確に調整されね
ばならない。
【0007】基板の単位表面積当たりの多数の電子構成
部品の観点において、且つ結果としてのこれらの構成部
品の小さい寸法の観点において、集積回路が製造される
精度にますます厳しい要求が課せられる。連続するマス
クが基板上に投影される位置は、それ故にもっともっと
正確に確立されねばならない。
【0008】この要求された、基板に対するマスクパタ
ーンの投影の米国特許第4778275 号明細書による装置内
で、1ミクロンの数十分の一以内の非常に正確な位置決
め精度を実現することができるために、この装置は基板
内に設けられた調整マスクがそれによりそのマスク内に
設けられた調整印上に映像されるマスクパターンに対し
て基板を調整するための装置を具えている。基板調整印
の映像がマスク調整印と正確に一致した場合には、その
基板はマスクパターンに対して正しく調整されている。
マスク印上に基板印を映像するための主要素は、投影レ
ンズシステム、すなわちマスクパターンがそれにより基
板上に映像される映像システムにより構成される。
【0009】米国特許第4778275 号明細書による調整装
置は充分な態様で主として動作するが、しかしある環境
の下では今までに不可解な調整誤差が生じることが見出
されていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの調整
誤差の原因の発見に関係し、且つこれらの誤差が除去さ
れる装置を提供することをその目的としてとしている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による装置は、マ
スク板における反射による位相差が検出システムにより
受信される前記選択された調整ビーム部分内に生じるの
を防止する手段が、選択された調整ビーム部分の放射線
通路内に配設されたことを特徴とする。
【0012】例えば基板調整印がマスク調整印上に投影
され、且つ調整印が回折格子である場合には、基板調整
印により形成される+1次及び−1次調整ビーム部分が
投影に対して用いられるのに対して、これらの調整ビー
ム部分の対称軸はマスク板に垂直ではなくて、調整に無
関係である特別位相差及びそれ故に特別強度変化が、得
られる調整誤差信号はもはや正しくないと言う結果によ
って、検出システムにより受信される放射線内に作り出
され得ると言う発見に本発明は基づいている。二倍次数
サブビームの部分、だから基板調整印とマスク調整印と
の両方によって回折されるサブビームがマスク板により
マスク調整印に向かってもう一度反射され、且つこの印
により続いて反射され二重次数サブビームの方向に回折
されるので、これらの特別強度変化が作り出される。三
倍次数サブビームとして設計され得るこれらの部分はマ
スク板内の異なる通路長を横切り、検出システムの位置
において相互位相差を具現するので、それらはこの検出
システムの出力信号に影響する。
【0013】マスク板内に反射されたビーム部分がマス
ク調整印上に再び入射しない、あるいは回折格子以外の
印が調整印として用いられている調整装置においても、
上述の位相差及び従って間違った調整信号が作り出され
得る。
【0014】上述の位相差はマスク板の厚さに依存する
ので、基板に対する第1マスク板の調整は、一つの且つ
同じ装置内で異なる厚さのマスク板を用いた場合に、同
じ基板に対して第2マスク板の調整と異なり得る。
【0015】前記位相差が調整誤差に導く程度はマスク
板の反射係数に依存するので、一つの且つ同じ装置にお
ける異なる反射係数を有するマスク板の使用は今度は同
じ基板に対する第1マスク板の調整と第2マスク板の調
整との間の差に導く。
【0016】最後に前記位相差はマスク板上の垂線と調
整ビーム部分の対称軸との間の角に依存し、その角は装
置相互間で異なるであろう。幾つかの装置が一つの且つ
同じ基板の連続した処理過程のために用いられる場合に
は、使用されるマスク板が同じ厚さと反射係数を有して
いる場合さえも、マスクに対する基板の調整は異なり得
る。調整の程度でのこの差はこの時その装置自身内で修
正され得る。しかしながら、使用されるマスク板が異な
る厚さと反射係数との両方又はいずれか一方を有する場
合には、そのような修正は原理的に不可能である。
【0017】調整ビーム部分の対称軸は想像上の軸であ
り物理的軸ではない。第1調整印により+1次と−1次
で回折された調整ビームのサブビームが第2調整印上へ
向けられた場合には、この軸は二つの1次サブビームの
主軸に対して対称に置かれ、且つ例えば投影に関係しな
い架空の0次サブビームの主光線と一致する。
【0018】内部反射による位相差の影響が発見された
後では、本発明で提案されたような全く単純な手段によ
りそれが防止され得る。
【0019】第1の可能性はマスク調整印と対向して置
かれたマスク板表面の一部が調整放射線に対して反射防
止的にされることを特徴とする装置内で実現される。
【0020】これが二倍次数のサブビームの部分が第2
調整印へ反射されるのを防止するので、三倍次数のサブ
ビームは発生され得ない。
【0021】本発明は調整装置内で用いるように企図さ
れ、且つマスク調整印を有する新奇なマスク板内でも具
現される。このマスク板はマスク調節印に対向して置か
れた板表面の少なくとも一部が調整放射線に対して反射
防止的にされることを特徴とする。
【0022】しかしながら、特殊マスク板を必要としな
い、特別位相差を防止する第2の可能性が好適に利用さ
れる。この可能性が実現される装置は、放射線偏向素子
が選択された調整ビーム部分の対称軸をマスク板の平面
にもっぱら垂直に向けるためにマスク調整印の近くに配
設され、前記放射線偏向素子は前記マスク板の平面内の
投影ビームの断面よりも相当小さいことを特徴とする。
【0023】二倍次数サブビームの部分は、第2調整印
に向かってもう一度反射され得るので、反対方向に偏向
される三倍次数サブビームが作り出されることは真であ
る。しかしながら、最後に述べたサブビームが第2調整
印の板内の同じ通路長さを横切るので、特別位相差はこ
れらのサブビームの間には生じないことを、この偏向素
子が保証する。
【0024】対称軸の垂直方向は、このビーム部分自
身、例えば第1調整印により+1次及び−1次で回折さ
れたビーム部分が、架空の0次サブビームの主光線に相
当してこれらの部分の対称軸が第2調整印に垂直である
ように向けられることを意味すると理解される。
【0025】偏向素子がマスク調整印の可能な限り近く
に配設されたので、狭いビーム部分が前記印で充分満足
に互いに重なり且つ従ってこの素子の表面は小さくてよ
い。この素子は投影ビームに影響しない。更にその上偏
向素子は比較的小さい方向修正を実現するだけであるの
で、小さい厚さを有することのみが必要である。それ故
に、この素子の機械的及び熱的安定性での厳しい要求を
課する必要はない。
【0026】本発明の別の特徴によると、偏向素子は調
整ビームには透明な材料の楔形本体により構成されてい
る。
【0027】例えば鏡のようなその他の偏向素子が楔形
素子の代わりに用いられてもよい。しかしながら、その
ような鏡に課せられるべき安定性の要求は楔形素子の安
定性に課せられる要求よりも厳しくならねばならない。
【0028】米国特許第4778275 号明細書に記載されて
いるような基板上にマスクパターンを映像する装置が、
好適に、基板調整印に対して第1マスク調整印を調整す
るための前記装置に加えて第2調整ビームによって基板
調整印に対して第2マスク調整印を調整するための第2
の類似の装置を具えている。マスクパターンと基板との
相対角配向はこの時直接的且つ光学的に確立されて、投
影レンズシステムが基板上にマスクパターンを映像する
倍率が決定され得る。本発明が使用されるそのような装
置は、第2放射線偏向素子が第2調整ビームの通路内で
且つ第2マスク調整印の近くに配設されていることを特
徴とする。
【0029】基板単位表面積当たりのもっと多数の電子
構成要素に対する成長する需要、それ故にこれらの構成
要素のより小さい寸法に対する成長する需要によって、
線幅が1μm より相当小さい、例えば0.2 〜0.3 μm 位
の映像をつくることができる装置に対する大きい要求が
存在する。この時には、波長が遠紫外線領域にある投影
ビームが好適に利用される。そのような投影ビームは、
エキシマーレーザ、例えば248nm の波長を有する弗化ク
リプトンレーザ、193nm の波長を有する弗化アルゴンレ
ーザ、あるいは周波数が4倍され且つ256nm の波長を有
するヤグレーザ(ネオジム−イットリウム−アルミニウ
ム−ガーネットレーザ)により供給され得る。
【0030】米国特許第4778275 号明細書に記載されて
いたように、そのようなビームは基板上に設けられるフ
ォトレジストになんらの変化も生じることができず、且
つそのようなビームはこのフォトレジストにより弱めら
れないので、633nm の波長を有するヘリウム−ネオンレ
ーザビームが調整ビームとして好適に用いられる。この
投影レンズシステムはこの投影ビーム波長に対して最適
に修正されて、基板上にマスクパターンの尖鋭な映像を
形成できる。しかしながら、調整ビームの異なる波長に
よって、基板印とマスク印とがこのビームと投影レンズ
システムとにより相互の上に尖鋭に映像できない。投影
レンズシステムにより形成される基板調整印の尖鋭な映
像は関連するマスク調整印から幾らかの距離に置かれ
る。その結果は放射線高感度検出システムの信号から得
られる調整信号はもはや調整誤差のみにより決定され
ず、例えば基板の傾斜によってあるいは調整ビームの不
安定によっても影響されることになる。調整信号が所望
の値を有するようにマスク調整印に対して基板調整印を
移動した場合には、その時調整誤差が依然として存在し
得る。
【0031】基板調整印が投影レンズシステムに対する
調整ビームの非最適波長にもかかわらず、基板調整印が
それでもマスク調整印上に尖鋭に映像されることを達成
するために、この装置は好適に更に、屈折修正素子が調
整ビームの通路内で且つ投影レンズシステム内に配設さ
れ、該素子は前記素子の平面内で投影レンズシステムの
断面より相当小さく、且つ第1調整印からの選択された
調整ビーム部分のみを第2調整印上に向け且つ合焦する
ことを特徴とする。
【0032】第1調整印により形成される調整ビームの
異なる回折次数のサブビームが、修正素子の平面内で充
分分離されるような高さに、屈折修正素子が投影レンズ
システム内に配設されるので、これらのサブビームは別
々に影響され、且つこの修正素子は投影ビームとそれに
より形成されるマスク映像との上に無視できる影響しか
有しない。そう言う事情ではこの修正素子は投影ビーム
に対して不透明であってもよい。これが投影ビーム内に
おいてこの素子が位相差を生じることを防止する。
【0033】この装置の好適な実施例は、修正素子が投
影レンズシステムのフーリエ面内に配設されていること
を特徴とする。
【0034】この投影レンズは第1レンズ群内と第2レ
ンズ群内とに配設されていると考えてもよい多数のレン
ズ素子を有する複合レンズシステムである。フーリエ面
はこれらの二つのレンズ群の間に存在する。第1レンズ
群は対象、この場合には調整印のいわゆるフーリエ変換
を形成し、一方第2レンズ群はこのフーリエ変換を対象
の映像に変換する。対象により形成される調整ビームの
種々の回折次数がフーリエ面内で合焦され且つ相互から
分離される。
【0035】この修正素子は屈折素子であるから、それ
は通過する光線の方向に影響し、従ってこれらの光線が
組み合わされる点の位置を直接移動し、この修正素子そ
れ自身内ですでに非常に有効である。更にその上、屈折
修正素子が第2調整印から比較的大きい距離に配設され
るので、それの有効性が相当増大される。この素子の光
学力はそれ故に制限されたままで留まり得るので光学力
は機械的及び熱的不安定に対して比較的影響されない。
【0036】屈折修正素子の付加的な利点は、この素子
が選択された次数で回折された第2調整印への調整ビー
ムの部分のみを偏向するので、この素子が選択された回
折次数に対して空間的フィルタとして動作することであ
る。結果として、既知の装置のように放射線通路内に個
別の次数のフィルタを配設する必要なく、既知の利点が
得られる。前記の利点は、それによって第1調整印が第
2調整印上に映像されるコントラストが増大し、第1調
整印内の可能な不規則性が得られる調整信号になんら影
響を有さず、且つそれにより二つの印が互いに対して調
整される精度が映像に対して調整ビームの0次サブビー
ムをも用いる場合の二倍大きくなる。
【0037】屈折修正素子は種々の形状を有してもよ
く、且つ例えば二重光学楔から成ってもよい。
【0038】この装置の好適な実施例は屈折修正素子が
レンズであることを特徴とする。
【0039】そのような修正レンズによって、焦点の位
置を修正することができるばかりでなく、それにより基
板調整印が映像される倍率がより大きい部分に対して修
正され得る。
【0040】本発明による装置の種々の実施例が存在
し、それらの実施例は基板調整印とマスク調整印とが相
互の上及びあるいは基準調整印上に映像される方法にお
いて互いに区別される。
【0041】第1の実施例は、第1調整印が基板調整印
であり第2調整印がマスク調整印であって、且つ放射線
偏向素子が基板調整印から来る調整放射線の通路内に配
設されていることを特徴とする。
【0042】第2の実施例は、第1調整印がマスク調整
印であり第2調整印が基板調整印であって、且つ放射線
偏向素子がマスク調整印から来る調整放射線の通路内に
配設されていることを特徴とする。
【0043】第3の実施例は、第2調整印が基板の外側
で且つマスクの外側に置かれた基準調整印であって、且
つ基板調節印とマスク調節印との両方が前記基準調節印
上に各々映像される第1調整印を構成していることを特
徴とする。
【0044】第4の実施例は、調整装置の放射線源が基
板調整印の平面内、及びマスク調整印の平面内に干渉縞
を形成する二つの放射線ビームを供給し、第1調整印が
前記干渉縞により構成され、且つ基板調整印とマスク調
整印との両方が第2調整印であることを特徴とする。
【0045】この装置の好適な実施例は更に、基板調整
印が位相回折格子により構成され、マスク調整印が振幅
回折格子により構成されていることを特徴とする。
【0046】米国特許第4251160 号明細書に記載されて
いるように、例えば正方形印又は垂直に交差する帯のよ
うなその他の調整印と比較されるような周期的格子が、
位置誤差を測定する場合に格子にわたる平均化が生じる
と言う利点を有する。結果として、格子が格子帯の公称
幅からの偏差、及び断面格子の場合には、格子溝の公称
断面からの偏差の両方又はいずれか一方のような不規則
性を有する場合でさえも、正確に調整することができ
る。基板格子は集積回路の全生産サイクルに対して一回
だけ与えられるべきであり、各々新しく設けられる層に
設けられる必要はない。振幅格子と比較して、基板上の
位相格子はそれらがよく「見える」ままであると言う利
点を有する。更にその上、位相格子は、それに対して基
板が集積回路の製造中に受けねばならない多数の拡散過
程によく耐える。
【0047】格子形状の調整印を組み合わせること及び
選択された次数のサブビームを濾波することにより、調
整信号が格子形状のより高い次数の偏差により影響され
ないことが達成される。
【0048】本発明による装置の好適な実施例は更に、
第2調整印と検出システムにより観察される第1調整印
のこの印上の映像とを相互に対して周期的に置き換える
ために、周期的信号により制御される手段が調整ビーム
の放射線通路内に配設されていることを特徴としてもよ
い。格子印の場合には、この移動はおよそ第2調整印の
半分の周期である。
【0049】前記の手段は、この調整印が周期的に動か
されるように第2調整印に対する駆動部材によって構成
されてもよく、あるいは第1調整印の映像が第2調整印
を横切って有効に振動されることを保証する偏り高感度
素子と組み合わされた分極変調器によって構成されても
よい。第2印に対して検出システムにより観察される第
1印の映像を周期的に移動することにより、ダイナミッ
ク調整信号が得られ且つこの装置の精度と感度とが大幅
に改善される。基板調整印のみが弱く反射される場合に
は後者が重要である。
【0050】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付の図面を参照し
て詳細に説明する。
【0051】図1は基板上にマスクパターンを反復的に
映像するための装置の一実施例を示している。この装置
の主構成要素は投影支柱であり、その中に映像されるべ
きマスクパターンcとそれにより基板がマスクパターン
cに対して位置決めされ得る可動基板台WTとが配設され
ている。
【0052】この投影支柱は、例えばレーザLA、例えば
弗化クリプトンレーザと、レンズシステムLSと、鏡RE
と、及び集光レンズCOとを具えている照明システムを組
み込んでいる。投影ビームPBがマスク台MT上に配置され
たマスクMA内に存在するマスクパターンcを照明する。
【0053】マスクパターンcを通過する投影ビームPB
は投影支柱内に配設されて図式的にのみ示されている投
影レンズシステムPLを横切り、その投影レンズシステム
は基板W上にマスクパターンcの映像を形成する。この
投影レンズシステムは、例えば倍率M=1/5 、開口数N.
A.=0.48及び21.2mmの直径を有する回折制限された映像
視野を有している。
【0054】この基板Wは例えば空気軸受に支持された
可動基板台WT上に配置されている。投影レンズシステム
PLとこの基板台WTとは、例えば下側では花崗岩の基台盤
BPにより、上側ではマスク台MTにより閉じられているハ
ウジングHO内に配設されている。
【0055】図1内の上部右隅に示されているように、
マスクMAは2個の調整印M1 とM2 とを有する。これら
の印は好適に回折格子から構成されているが、それらの
印はそれらの周りから光学的に区別される正方形又は帯
のようなその他の印により代わりに形成されてもよい。
この調整印は好適に二次元的であり、すなわちそれらは
図1内のx及びy方向である二つの互いに垂直な方向に
延在している。基板W例えば上にパターンcが何回も隣
合わせて投影されなくてはならない半導体基板が、複数
の調整印、好適には二次元的回折格子をも具えていて、
それらのうちの2個のP1 及びP2 が図1に示されてい
る。これらの印P1 及びP2 はパターンcの投影が形成
されねばならない基板W上の領域の外側に置かれる。好
適には、格子印P1 及びP2 は位相格子の形態であり且
つ格子印M1 とM2 とは振幅格子の形態である。
【0056】図2は拡大寸法で2個の同じ基板位相格子
のうちの1個の実施例を示す。そのような格子は4個の
副格子P1,a,P1,b,P1,c及びP1,dを具えており、そのう
ちの2個P1,bとP1,dとはx方向の調整のために用いら
れ、他方の2個の副格子P1,aとP1,cとはy方向の調整の
ために用いられる。これらの2個の副格子P1,bとP1,c
は、例えば16μm の格子周期を有し、副格子P1,aとP1,d
とは、例えば17.6μm の格子周期を有する。各副格子は
例えば200×200 μm の寸法を有し得る。原理的には 0.
1μm より小さい調整精度がこれらの格子と適当な光学
システムとにより達成され得る。この調整装置の捕捉範
囲を増大するようにこの異なる格子周期が選択された。
【0057】図1は調整装置の第1実施例、すなわち二
重調整装置を示し、その中では2個の調整ビームbと
b' とがマスク調整印M2 上に基板調整印P2 を、且つ
マスク調整印M1 上に基板調整印P1 を調整するために
使用されている。このビームbは反射素子30、例えば鏡
によってプリズム26の反射面27へ反射される。この反射
面27はビームbを基板調整印P2 へ反射し、その基板調
整印はビームb1 として放射線の一部を関連するマスク
調整印M2 へ送り、そこで基板調整印P2 の映像が形成
される。反射素子11、例えばマスク調整印M2 を通過す
る放射線を放射線高感度検出器13へ向けるプリズムが、
マスク調整印M2 の上に配設されている。
【0058】第2調整ビームb' が鏡31により投影レン
ズシステムPL内で反射器29へ反射される。この反射器29
がこのビームb' をプリズム26の第2反射面28へ送り、
この反射面がこのビームb' を基板調整印P1 上へ向け
る。この印がビームb1' としてビームb' の放射線の一
部をマスク調整印M1 へ反射して、そこに基板調整印P
1 の映像が形成される。マスク調整印M1 を通過するビ
ームb1' の放射線が反射器11' により放射線高感度検出
器13' の方へ向けられる。
【0059】この二重調整装置の動作はそのような装置
の別の実施例を示している図3を参照して更に説明され
るであろう。
【0060】この投影装置は更に投影レンズシステムPL
の焦点面と基板Wの表面との間の偏差を決定するための
焦点誤差検出システムを具えているので、この偏差は、
例えば投影レンズシステムの軸に沿ってこの投影レンズ
システムを動かすことにより修正され得る。このシステ
ムはこの投影レンズシステムへ固定的に接続されている
(図示してない)保持器内に配置されている要素40, 4
1, 42, 43, 44, 45及び46によって構成され得る。参照
符号40は放射線源、例えば合焦ビームb3を放射するダイ
オードレーザを表している。このビームは反射プリズム
42により非常に小さい角度で基板上へ向けられる。基板
により反射されたこのビームはプリズム43により逆反射
体44の方へ向けられる。要素44がそれ自身内でこのビー
ムを反射するので、このビーム(b3')はもう一度プリズ
ム43、基板W及びプリズム42での反射を通して同じ通路
を通過する。このビームb3' は部分的反射素子41、反射
素子45を介して放射線高感度検出システム46へ到達す
る。この検出システムは、例えば位置依存検出器又は2
個の分離検出器を具えている。このシステム上にビーム
b3' により形成される放射線スポットの位置は、それに
対してこの投影レンズシステムの焦点面が基板Wの平面
と一致する程度に依存している。この焦点誤差検出シス
テムの広範な説明に対する参考文献は米国特許請第4356
392 号明細書になされている。
【0061】非常に正確に基板台WTのx及びy位置を決
定するために、この投影装置は多軸干渉計を具えてお
り、その多軸干渉計の単一軸サブシステムのみが、レー
ザの形態での放射線源50、ビーム分割器51、固定的に配
置された反射素子52及び検出システム53によって図1に
図式的に示されている。この放射線源50により放射され
るビームb4はビーム分割器により測定ビームb4,mと基準
ビームb4,rとに分割される。測定ビームは基板台の反射
側面に到達し、且つビーム分割器51が反射された測定ビ
ームを反射素子52により反射された基準ビームと検出シ
ステム53の位置で干渉縞を形成するように結合する。合
成干渉計システムは米国特許第4251160 号明細書に記載
されたように実行されてもよく、且つその時そのシステ
ムは二つのビームにより動作する。このいわゆる2軸干
渉計システムの代わりに、米国特許第4737823 号明細書
に記載されたような3軸システムが用いられ得る。
【0062】位置の調整の間に干渉計の形態でのこの基
板台位置検出装置を用いることによって、調整印P1
2 及びM1 とM2 の位置及びそれらの間の相互距離が
前記の干渉計システムにより定義された座標のシステム
に関係付けられ得る。それで投影装置のフレーム、又は
このフレームの構成要素を参照することは必要ないの
で、例えば温度変動、機械的歪み及び同様なものによる
このフレーム内の変動は測定になんらの影響をも有しな
い。
【0063】投影レンズシステム内へ調整ビームbと
b' とを結合する異なる方法により図1の実施例と区別
される実施例を参照して、図3は二重調整装置の原理を
示している。この装置は二つの分離された且つ同一の調
整システムAS1 とAS2 とを具えており、それらの調整シ
ステムはこの投影レンズシステムPLの光学軸A−A' に
対して対称に位置決めされている。調整システムAS1
マスク調整印M2 に関連し、調整システムAS2 はマスク
調整印M1 に関連している。二つの調整システムの相当
する要素は同じ参照符号により表されており、調整シス
テムAS2 の参照符号はダッシュを付けることにより調整
システムAS1 の符号と区別されている。
【0064】マスク印M2 と例えば基板印P2 との相対
位置が決定される方法と同様に、調整システムAS1 の構
造を以下に説明しよう。
【0065】この調整システムAS1 は放射線源1、例え
ば調整ビームbを放射するヘリウム−ネオンレーザを具
えている。このビームはビーム分割器2により基板Wに
向けて反射される。このビーム分割器は部分的透明鏡又
は部分的透明プリズムであってもよいが、そのビーム分
割器はなるべくλがビームbの波長である四分の一波長
板(以下λ/4板と略する)3に継承される偏光高感度
分割プリズムであるとよい。この投影レンズシステムPL
は、ビームbを基板W上に大体1mmの直径を有する小さ
い放射点Vへ合焦する。この基板がマスクMの方向にビ
ームb1としてビームの一部を反射する。このビームb1
投影レンズシステムPLを横切り、そのシステムがマスク
上に放射点Vを映像する。この基板が照明装置内に配置
される前に、この装置へ結合された前調整部署、例えば
欧州特許出願第0164165 号明細書に記載された部署にお
いて前調整されているので、放射点Vは基板印P2 上に
置かれる。それでこの印はマスク印M2 上にビームb1
より映像される。この投影レンズシステムの倍率Mを考
慮して、マスク印M2 の寸法は基板印P2 の寸法が適用
されるので、この二つの印が正しい方法で相互に位置決
めされた場合には、基板印P2 の映像はマスク印M2
正確に一致する。
【0066】基板Wへの及び基板Wからのビームの通路
上で、ビームbとb1とは光学軸が放射線源1から来る線
型に偏光されたビームbの偏光の方向に45°の角度で延
在するλ/4板3を二回横切る。それでこのλ/4板を
通過するビームb1は、ビームbに対して90°回転されて
いる偏光の方向を有するので、ビームb1は偏光分割プリ
ズム2を通過する。λ/4板と組み合わせた偏光分割プ
リズムの使用は、調整ビームを調整システムの放射線通
路内へ結合する場合に、最小放射線損失の利点を与え
る。
【0067】調整印M2 を通過したビームb1はプリズム
11により反射されて、例えば別の反射プリズム12により
放射線高感度検出器13の方へ向けられる。この検出器
は、例えば図2による副格子の数と一致して4個の別々
の放射線高感度範囲を有する、例えば合成フォトダイオ
ードである。これらの検出器の出力信号は基板印P2
映像とのマスク印M2 の一致の尺度である。これらの信
号は電子的に処理され得て、駆動システム(図示せず)
によって基板に対してマスクを動かすために用いられ得
るので、基板印P2 の映像はマスク印M2 と一致する。
かくして、自動調整装置が得られる。
【0068】例えば部分的透明プリズムの形態でのビー
ム分割器14は、プリズム11と検出器13との間に配置され
得て、そのビーム分割器がビームb2としてビームb1の一
部を分割する。分割されたビームb2はその時、例えば調
整印P2 とM2 とが照明装置の操作者に見えるモニタ
(図示せず)へ結合されているテレビジョンカメラ17上
の2個のレンズ15と16とを介して入射する。この操作者
はそれで二つの印が一致しているかどうかを確かめ得
て、もし必要ならば、これらの印が一致するようにマニ
ピュレータによって操作者が基板Wを動かし得る。
【0069】調整印M2 とP2 とに対してこれまで説明
したの類似して、調整印M1 とP2 及び調整印M1 とP
1 がそれぞれ相互に対して調整され得る。調整システム
AS2 がこの二つの最後に述べた調整に対して用いられ
る。
【0070】この調整システムによった調整手順につい
ての詳細に対する参照は米国特許第4778275 号明細書で
なされる。
【0071】格子又はその他の回折素子の形態での調整
印P1 とP2 とは、その上に入射する調整ビームを偏向
されない0次サブビームと複数の(偏向された)1次及
びもっと高い次数のサブビームとに分割する。これらの
サブビームのうちの同じ次数を有するサブビームのみ
が、好適には1次サブビームのみが、マスク調整印上に
基板調整印を映像するように調整装置内で選択される。
マスク調整印上に入射するサブビームがこの印により異
なる回折次数に分割されるので、二倍回折次数の複数の
サブビームが作り出され、それらのサブビームは関連す
る放射線高感度検出器13と13' の方へ向けられて互いに
干渉する。基板に対するマスクの調整誤差が生じた場合
に動く干渉縞がそれでこの検出システムの位置で作り出
される。
【0072】図1及び図3に示したように、基板調整印
2 とP1 とにより形成されるサブビームの対称軸であ
ると考えられるビームb1とb1' との主光線は、マスク板
MAを斜めに横切る。格子の形態での調整印M1 の位置に
おけるこのマスク板の一部が図4に拡大尺度で示してあ
る。この図も、基板調整印(図示せず)により形成され
た主光線b1'(+1) とb1'(-1) とを示している。符号SAは
サブビームb1'(+1) とb1'(-1) との対称軸を表してお
り、この軸の方向は、例えば、阻止されて印M1 へは到
達しない0次サブビームb1'(0)の軸と一致する。サブビ
ームb1'(+1) から格子印M1 により形成されるサブビー
ムb1'(+1,0) とb1'(+1,-1)と、サブビームb1'(-1) から
形成されるサブビームb1'(-1,0) とb1'(-1,+1)とは、検
出システム131(図示せず) により捕捉される。異なる二
倍回折次数を有するサブビームは、阻止されるか、又は
それらが検出システムへ到達しないような角度で回折さ
れ得る。
【0073】図4に示したサブビームb1'(-1,0) 、b1'
(+1,-1)、b1'(+1,0) 及びb1'(-1,+1)のみが検出システ
ムの位置において互いに干渉するかぎり、対称軸の斜め
の部分は調整誤差にはならない。しかしながら、本出願
人が発見し且つ図5に示したように、二倍次数サブビー
ムb1'(+1,0) の部分はマスク板MAの上側により反射され
るので、その部分はもう一度格子印M1 上に入射する。
三倍次数サブビームb1'(+1,0,-1) がその時この格子に
より形成されて、そのサブビームは二倍次数サブビーム
b1'(-1,0) 及びb1'(+1,-1)と同じ方向を有する。二倍次
数サブビームb1'(-1,0)の部分もマスク板の上側により
反射され得るのでその部分はもう一度格子印M1 上に入
射する。この入射が二倍次数サブビームb1'(+1,0) 及び
b1'(-1,+1)と同じ方向を有する3倍次数サブビームb1'
(-1,0,+1)を作り出す。
【0074】マスク印M1 は3次、5次及びもっと高い
次数のサブビームをも供給し得て、且つもっと高い次数
の反射もマスク板内で起こり得るけれども、二倍と三倍
の1次回折サブビームのみを用いるのが包括の目的に対
して一層良く、且つ充分である。
【0075】このサブビームb1'(+1,0,-1)はマスク板MA
内で通路ABCDを通過し、サブビームb1'(-1,0,+1)は通路
ABCDより短い通路AEFGを通過する。従って、三倍次数サ
ブビームb1'(+1,0,-1)とb1'(-1,0,+1)との間及びこれら
のサブビームと相当する二倍次数サブビームとの間に位
相差がある。マスク板の厚さ、及び対称軸SAとマスク板
上の垂線nとの間の角φとに主として依存するこの位相
差の結果として、干渉縞が検出システムに対して移動さ
れ、その移動は調整誤差には無関係である。この移動の
結果として、いわゆるオフセットが調整信号と基板に対
するマスクの実現された調整とに生じ、このオフセット
の大きさはマスク板の反射係数と厚さとに依存する。異
なるマスクが用いられる一つの投影装置に対して、この
オフセットは異なるマスクに対して異なり得て、一方異
なる投影装置において連続的に用いられる一つのマスク
に対しては、角φが異なり得るので、この異なる装置内
でのオフセットは異なり得る。
【0076】ガスレーザにより供給されるような干渉性
の調整放射線を用いる場合には、前記オフセットは比較
的大きいが、エキシマレーザ、半導体レーザあるいは水
銀灯により供給されるような少ない干渉性又は非干渉性
の調整放射線を用いる場合にも、より小さい程度である
とはいえ生じ得る。
【0077】調整誤差の原因の発見に加えて、本発明は
これらの誤差を除去する二つの可能性をも提供する。一
般的に用いられ得て、即ち調整ビームの回折次数の数に
依存せず、且つ投影装置に対する最も単純な可能性であ
る第1の可能性は、マスク板の上側に反射防止塗装を設
けることである。この時、3倍の回折次数は作り出され
得ず、それが図4に図解した状態となる。
【0078】図6はそのような層ARを有する新奇なマス
ク板MAを示している。この層は投影ビームがそれにより
影響されないような方法で構成され得る。その時この層
はマスク板の全表面を覆い得る。
【0079】しかしながら、図7に示したように、その
代わりにマスク調整印M1 とM2 との位置においてのみ
反射防止塗装AR1 及びAR2 を塗布することも可能であ
る。図1に示したように、投影ビームPBはマスク調整印
1 とM2 及び層AR1 とAR2 を横切らないから、この層
を構成する場合に投影ビームは考慮する必要がない。
【0080】例えば二つの回折次数のみがこのマスク上
に入射する場合である、マスク上に入射する調整放射線
が対称軸を有する場合には、その可能性がマスク板のな
んらの適用をも必要とせず、且つ用いられ得る前記調整
誤差を除去する第2の可能性は、投影レンズシステムPL
とマスク板MAとの間にビーム偏向素子を配置することで
あり、その素子が使用されるサブビームの対称軸がマス
ク板に垂直であることを保証し、即ち等しいがしかし反
対回折次数サブビームを有するこれらの主光線が、等し
いがしかし反対の角度でマスク板上に入射することを保
証する。
【0081】図8は基板調整印P1 から発生する1次サ
ブビームb1'(-1) 及びb1'(+1) がマスク調整印M1 上に
対称的に入射する状態を示している。マスク板の上側に
より反射され且つ格子M1 により3倍次数サブビーム
b1'(-1,0,+1)として反射されるサブビームb1'(-1,0) の
部分は、マスク板を通って通路HIK を横切り、その通路
は三倍次数サブビームb1'(+1,0,-1)により横切られる通
路HI'K' と同じ長さであって、そのサブビームb1'(+1,
0,-1)はマスク板の上側により反射されるサブビームb1'
(+1,0) の部分から形成される。かくして三倍次数サブ
ビームと相当する二倍次数サブビームとの間にはもはや
なんらの位相差も存在せず、それにより前述の調整誤差
の原因は除去される。
【0082】図9は本発明が使用されている二重調整装
置の一実施例を示している。楔形素子WE1 とWE2 とがマ
スク調整印M1 とM2 との下に配置され、その素子が調
整ビームb1' とb1との主光線がマスク板MAに垂直になる
ような方法で基板調整印P1 とP2 とからのこれらの調
整ビームb1' とb1との主光線を偏向する。この調整ビー
ムは既知の方法でマスク調整印M1 とM2 とを横切り、
続いて反射器11'と11とにより検出システム13' と13の
方へ向けられる。マスクと基板とはこれらのシステムの
出力信号によって、例えば米国特許第4698575 号明細書
に記載された二つの頭部付き矢印70と平行四辺形構造71
によって記号的に示されているように、マスク台MTを移
動することにより、互いに対して調整され得る。
【0083】図9の実施例においては、調整ビームbと
b’とは各々が放射線源1(1')、2個のレンズ60, 62(6
0', 62')及びそれによりビームb(b')の方向の精密調節
が実現され得る調節可能な平らな平行板61, (61') を具
えている二つの別々の照明システムIS1 及びIS2 から来
る。このレンズ60と62とは放射線源1(1')の映像の質が
維持されることを保証する。調整ビームbとb’とは投
影レンズシステム内に存在する反射プリズム26により基
板調整印P1 とP2 との方へ反射される。単純化のため
にフーリエ平面より下のレンズ群のみがこの投影レンズ
システム内の一つのレンズ素子PL1 によって図式的に図
解されている。
【0084】以下に説明するように、ビーム結合プリズ
ム26がこの投影レンズシステムのフーリエ平面の高さに
おいて好適に存在する。楔によって修正されなくてはな
らない角度φは、 tanφ= (M1 −M2)/(2×EP) で定義され、ここで (M1 −M2)はマスク印M1 とM2
との間の距離であり、EPはマスク板MAとマスクの側にお
ける投影レンズシステムの出口瞳UPとの間の距離であ
る。マスク印M1 とM2 との間の距離が96mmであり、距
離EPが 400mmである投影装置の一実施例においては、修
正されるべき角φは120mrad である。これがわずか240m
rad の楔角φWEを有する楔を必要とする。そのような楔
はたった2mmの厚さを有するガラスの小片から成り得
る。そのような楔に機械的及び熱的な安定性の厳しい要
求を課することは不必要である。
【0085】軸方向において、この楔はM×Δa/φ
(nm/mrad)の精度でマスク板に対して安定な方法で位
置決めされねばならない。ここでMは投影レンズシステ
ムの倍率であり、Δaは基板の範囲においてまだ容認で
きる調整誤差である。倍率M=5を有する一実施例で
は、Δa=5nm、φ=120mrad であり、M×Δa/φの
値は120nm である。そのような楔について、もしマスク
印M1 とM2 との間の距離が図9における距離EPよりも
大幅に短ければ、倍率誤差の測定、及び米国特許第4778
275 号明細書に記載されているように基板印P1 とP2
及びマスク印M1 とM2 の援助なしに実行され得る検査
が、まだ充分満足に機能することが見出された。
【0086】楔の代わりに、例えば鏡又はレンズのよう
な異なる素子が選択された次数のサブビームの方向を修
正するために用いられてもよい。
【0087】本発明による投影装置において、修正レン
ズまたはもう一つの屈折的修正素子が、投影ビームと調
整ビームとの波長の間の差に対して修正するように、図
1,3及び9にすでに図解されているように、投影レン
ズシステム内に好適に配設される。
【0088】この投影レンズシステムPLは望ましい大き
さの解像力の観点から可能なかぎり小さくなくてはなら
ぬ投影ビームPBの波長に対して設計されるので、調整ビ
ームによって相互の上に調整印P1 ,P2 及びM1 ,M
2 を映像するためにこのシステムPLを用いる場合には、
偏差が生じる。例えば、基板調整印P1 ,P2 はマスク
調整印が置かれるマスクパターンの平面内に映像されな
いで、そこから所定の距離に映像され得て、その距離
は、投影ビームの波長と調整ビームの波長との間の差、
及びこの二つの波長に対する投影レンズ素子の材料の屈
折率の間の差に依存する。投影ビームが例えば248nm の
波長を有し、調整ビームが633nm の波長を有する場合に
は、この距離は2mと同じ大きさとなり得る。更にその
上、前記波長差によって基板調整印が所望の倍率から離
れた倍率によりマスク調整印上に映像され、一方その偏
差は増大する波長差と共に増大する。
【0089】前記偏差を修正するために、この投影シス
テムPLは特別レンズ即ち修正レンズ25を組み込んでい
る。基板調整印により形成される、調整ビームの異なる
回折次数のサブビームが、これらのサブビームに別々に
影響できるように修正レンズの平面内に充分離間される
ようなこの投影支柱内の高さにこの修正レンズは配置さ
れて、一方この修正レンズは投影ビームとそれにより形
成されるマスク映像とに無視できる影響しか有しない。
この修正レンズは好適にこの投影レンズシステムのフー
リエ面に置かれる。図3及び9に示したように、この修
正レンズ25が調整ビームb1及びb1' の主光線が互いに交
差する平面24内に置かれた場合には、このレンズは同時
にこの二つの調整ビームを修正するために用いられ得
る。
【0090】この修正レンズ25の効果はこの修正レンズ
と基板調整印P2 との間のこの調整ビームの放射線通路
の部分を示す図10を参照して説明できる。この基板調整
印は回折格子の形態である。格子P2 に入射する調整ビ
ームbは、このビームbの垂直入射の場合には、このビ
ームbと同じ方向を有する0次サブビームb(0) 、1次
の二つのサブビームb(+1),b(-1)及び3次、5次、そ
の他のサブビームの多数の対に分割される。これらのサ
ブビームは投影レンズシステムへ反射される。1次サブ
ビームは平面24内に置かれた修正レンズ25へ到達する。
このレンズは1次サブビームb(-1)及びb(+1)の方向を
これらのビームの主光線がマスク調整印M2 の平面内で
互いに交差するような方法で変換するような力を有して
いる。更に、この修正レンズは1次サブビームよりも大
きい角度によって基板調整印P2により偏向される高い
次数のサブビームがこのレンズを通過しないような小さ
い直径を有している。更にその上、一つの素子がこの修
正レンズに配置され、0次サブビームb(0) がこの修正
レンズを通過するのを、その素子が防止している。図10
の実施例においては、この素子はこの投影レンズシステ
ム内へこの調整ビームbとb’とを結合するために用い
られている反射プリズム26により構成されている。この
プリズムは入射する調整ビームbに向かって0次サブビ
ームb(0) を反射する。1次サブビームのみが格子M2
上に格子P2 を映像するために用いられるので、幾らか
の付加的な利点が得られることが前記手段により達成さ
れる。
【0091】0次サブビームは格子P2 の位置について
の情報を具えていない。このサブビームの強度は1次サ
ブビームの強度と比較して重要であり得て、格子の寸
法、特に格子溝の深さ及びこれらの溝の幅と中間の格子
帯の幅との間の比率とに依存し得る。0次サブビームを
抑制することにより、P2 の映像内のコントラストが大
幅に増大され得る。3次及びもっと高い次数のサブビー
ムが抑制されるので、格子P2 内の不規則性が調整信号
になんらの影響も有しない。1次サブビームのみを用い
る場合には、格子P2 の第2高調波があった通りに映像
され、即ち投影レンズシステムPLの倍率Mは別として、
2 の映像は格子P2 の周期の半分である周期を有す
る。格子M2 の格子周期がP2 の映像の周期と等しい、
即ち格子P2の格子周期のm/2 倍に等しいことが保証さ
れる場合には、格子M2 とP2 とが調整される精度は、
その映像に対して完全なビームbが用いられる場合の二
倍の大きさである。
【0092】特に投影ビームPBと調整ビームb,b’と
の波長の間の小さい差を有する環境のもとで、且つ投影
レンズシステムに色消しレンズを用いる場合には、1よ
り高い回折次数を有するサブビームがまだ投影レンズシ
ステムを介してマスク調整印M2 に到達することが生じ
得る。この場合には絞り板75が1次サブビームのみが通
過する修正レンズ25の面、又はその近くに配置されても
よい。この板の材料は投影ビームに対して二色性で且つ
透明であるが、調整ビームに対しては不透明であっても
よい。代わりに、この絞り板75の材料は投影ビームに対
しても調整ビームに対しても両方に透明であってもよ
い。この時調整ビームの放射線を阻止する領域は1より
高い回折次数を有する調整ビームの部分がこの板に到達
する位置に置かれる。これらの領域は小さく且つそれら
は投影レンズシステムの瞳の表面範囲の5〜10%を一緒
に覆うのみだから、それらは投影ビームに無視できる影
響しか有しない。
【0093】この修正レンズ25は調整ビームがマスク平
面上に尖鋭に合焦されることを保証するのみでなく、基
板調整印がマスク調整印上に映像される倍率誤差に対す
る修正もでき、その倍率誤差はこの投影レンズシステム
が調整ビームの波長に対してではなく、投影ビームの波
長に対して設計されていると言う事実の結果である。こ
の倍率誤差修正は多くの場合に充分となり得る。例えば
248nm の波長を有する深い紫外線ビームが投影ビームと
して用いられる装置においては、この修正レンズ25が倍
率誤差を完全に修正できないことが起こり得る。この場
合には特別レンズ9(図3)が残りの倍率誤差を除去す
るように、投影レンズシステムPLとマスク調整印との間
の調整ビームの通路内に配置されてもよい。
【0094】y−z平面内で回折された1次サブビーム
の援助によりx方向での調整印P2 とM2 の調整はこれ
までに説明した。図2に示したように、二次元回折格子
が用いられる場合には、x−z平面内と同じ回折次数を
有するサブビームがy−z平面内でも作り出される。最
初に述べたサブビームの1次サブビームが濾波され得
て、y方向での調整のために用いられ得る。x調整に対
するのと同じ偏向プリズムWE1 とWE2 及び同じ修正レン
ズがこの時用いられ得る。
【0095】本発明は二重調整装置と屈折修正素子25と
を有する装置に用いられるのみではなく、米国特許第47
78275 号明細書に記載されたような、この素子を有しな
い二重調整装置にも用いられ得る。本発明は更に修正素
子25を含む単一調整装置、あるいは米国特許第4251160
号明細書に記載された装置のように、この素子を有しな
い単一修正装置に用いられ得る。
【0096】その上、本発明はマスク調整印と基板調整
印とが互いに直接には調整されないが、基準調整印を通
して調整される投影装置にも用いられ得る。図11はその
ような装置の一実施例を図式的に示している。この装置
においては調整ビームbが部分的反射素子80、例えば部
分的透明鏡を介してマスクMA内のマスク調整印M2 及び
併置された窓81を照明する。このマスク調整印M2 が調
整放射線を基準調整印MRの方へ反射する。この放射線が
マスク調整印M2 を基準調整印MR上に映像し、一方マス
ク調整印M2 により1次で回折されたサブビームのみが
この投影に関与する。この目的のために、フーリエレン
ズシステムが用いられ得て、そのシステムはその焦点面
にフィルタ板84が配置された第1フーリエ変換レンズ82
と、それの焦点面がそのフィルタ板84の面と一致する第
2フーリエ変換レンズ83とを具えている。この第1フー
リ変換レンズ82は1次サブビームのみを通過させるフィ
ルタ板上にこのビーム部分br を合焦する。第2フーリ
エ変換レンズ83は基準調整印MRの第1部分上にマスク調
整印M2 の映像を形成する。この部分とM2 の重畳され
た映像とがレンズ85により第1検出器86上に映像され
る。
【0097】窓81を通過する調整ビーム部分bw は投影
レンズシステムPLを介して基板調整印P2 を照明する。
修正素子25を含んでもよいこのシステムは、1次サブビ
ームのみが用いられて、マスク調整印M2 の面内に基板
調整印P2 を映像する。この時このビーム部分bw は反
射されたビーム部分br と類似した方法でレンズ82、フ
ィルタ板84及びレンズ83を通過するので、基板調整印P
2 が基準印MRの第2部分上に映像される。この部分及び
2 の重畳された映像とが第2検出器87上にレンズ85に
より映像される。例えばこれらの検出器の出力信号の位
相を比較することにより、この印M2 とP2 との相互調
整の程度が米国特許第3811779 号明細書に記載された方
法と類似した方法で決定され得る。
【0098】本発明により、楔WE2 又はその他の偏向素
子が、基板により反射されたビームbw の放射線通路内
で且つマスク板MAの近くに配置され、その楔がこのビー
ムの対称軸がマスク板に垂直であることを保証する。ビ
ームbw の位置ではマスク板内に調整印が存在しないの
で、三倍次数サブビームは形成されないけれども、この
板表面上での特別反射によって特別サブビームが作り出
され得て、それらが対称軸上に垂直に入射しない場合に
はそのサブビームは相互位相差を具現し得るので、間違
った調整信号が得られることがある。このビームbw
対称軸がマスク板に垂直であることが保証されたのでこ
の影響は回避される。
【0099】図12は相互に対してマスク調整印と基板調
整印とを直接でなく調整するもう一つの可能性を図式的
に示しており、その方法においては物理的調整印の代わ
りに人為的調整印が第3の印として用いられる。この第
3の印はマスク調整印M2 の平面内で相互に干渉する二
つのビームba及びbb により形成された干渉縞Ip
ら成っている。相互に対して基板調整印とマスク調整印
とを調整するために干渉縞を使用する原理は、英国ケン
ブリッジのプログラム及び詳録社で1989年9月28日に発
行された "Microcircuit Engineer"内の論文 "Heterody
ne HolographicNanometer Alignment for a Waferstepp
er" 内に記載されている。
【0100】図12の上側挿入図版は反射格子として実行
されたマスク調整印M2 上に重畳された干渉縞IP を示
している。この格子は異なる回折次数の入射放射線を第
1検出器92の方へ偏向する。1次サブビームのみを通す
フィルタ91がこの検出器の前方に配置されている。この
検出器92の出力信号は干渉縞Ip に対するマスク調整印
2 の位置を表す。
【0101】マスク調整印M2 の隣に、マスクMAは干渉
ビームba 及びbb から投影レンズシステムPLまで放射
線を通す窓94を有している。このシステムは干渉縞Ip
を図12の下側挿入図版に示したように基板調整印P2
へ再映像する。反射格子として設けられた基板調整印P
2 は複数の反射された回折次数で入射する放射線を偏向
する。この反射された放射線が投影レンズシステムと部
分的透明プリズム95とを介して第2検出器97へ到達す
る。本発明に従って、楔形あるいはその他の放射線偏向
素子が干渉ビームba 及びbb の放射線通路内に配設さ
れ、この楔が放射線の対称軸がマスク板に垂直であるこ
とを保証する。1次サブビームを選択するためのフィル
タ96が検出器97とプリズム95との間に配置されてもよ
い。
【0102】図1及び図9に示したのと類似して修正素
子25の下に反射器26を配置することもその代わりに可能
であり、その反射器が1次サブビームを右へ反射するの
で、これらのビームは破線光線により表したように投影
レンズ保持器の壁内の窓を介して投影レンズを退去でき
る。
【0103】この干渉ビームba 及びbb は異なってい
る二つのビームに対する変調周波数によって変調された
ビームであってもよい。この時形成される干渉縞は時間
によって変化するので、干渉縞がマスク調整印を横切っ
て、且つ基板調整印を横切って動くことが模擬され、そ
れが周期的に変動する調整信号となる。検出器92と97と
の出力信号の位相の間の差はこの時それに対して調整印
2 とP2 とが相互に調整された程度を表現する。
【0104】図13はマスク調整印M1 又はM2 、あるい
は基板調整印P1 又はP2 が、投影レンズシステムによ
り及び入ってくるビームbからマスク調整印により形成
される1次サブビームb(+1)及びb(-1)の助けによっ
て、映像される調整装置の一実施例を示している。他の
実施例におけるように、これらのサブビームはこの投影
レンズを斜めに横切る。この条件でプリズム100 を介し
てマスク板MAに垂直に入射するべきビームbが、この板
上の特別反射が得られた調整信号になんらの影響をも有
しないようにするために、本発明による楔形又はその他
の偏向素子WEがマスク板の下に配置されている。それぞ
れ基板調整印P1 により反射され、且つ−1次または+
1次で回折されたサブビームb(+1)及びb(-1)の部分、
即ち二倍次数サブビームb(+1,-1) 及びb(-1,+1) は、
マスク調整印M1 からの通過しない0次サブビームb
(0) の方向と反対である同じ方向を有する。調整印M1
とP1 との相互位置についての情報を具えているサブビ
ームb(+1,-1) 及びb(-1,+1) は、反射器26により検出
システム101 へ反射される。
【0105】図11, 12 及び13による調整装置は代わり
に二重にされてもよい。
【0106】一般に、マスクパターンと基板との相対角
度配向が光学的に直接敷設され、一方基板及びマスク内
の歪みと同時に投影レンズシステムの倍率誤差が測定さ
れ得るので、二重調整システムが好適である。
【0107】それにより基板調整印がマスク調整印に対
して調整され得る精度は、固定周波数により例えば図
1,3及び9内の13及び13' の検出器の出力信号を変調
することにより相当増強される。この目的のために、19
84年発行の"SPIE"の470 巻の第62〜69頁の、論文 "Opti
cal Microlithography" III "Technology for the next
Decade" に記載されていたように、マスクM及び従っ
て、例えばマスク印M2 は周期的に動かされ得る。本発
明による調整装置の精度も増強され得る米国特許第4251
160 号明細書に記載された動的調整信号を得るための良
好な代案は、図3に示されている。
【0108】マスク調整印M2 に到達する前に、ビーム
b1は偏光高感度分割プリズム2を横切るので、このビー
ムは線型に偏光されかつ所定の偏光の方向を有してい
る。続いて、このビームb1は複屈折材料、例えばプリズ
ム2を離れるビームの偏光の方向に45°の角度で光学軸
が延在する石英の板8を横切る。この素子8はサヴァー
ル板又はウォラストンプリズムであってもよい。二つの
相互に垂直に偏光されたビームがこの板8を離れ、その
ビームはマスク調整印M2 の寸法により決められた所定
の距離にわたってマスク調整印M2 の位置で互いに対し
て偏移される。調整印として格子を用いる場合には、前
記の距離は格子M2 の格子周期の半分に等しい。分極変
調器18と偏光解析器19とが検出器13の前に配置されてい
る。変調器18、例えばエラスト光学変調器が発電機20に
より供給される電圧VB により制御される。この変調器
を通過するビームの偏光の方向はこれにより交互に90°
だけ切り換えられる。この偏光解析器19は偏光高感度分
割プリズム2と同じ主方向、即ち通過方向を有するの
で、例えばマスク調整印M2 上に基板調整印P2 の偏移
されない映像を形成された、偏光の第1方向を有する第
1放射線ビームと、例えば格子周期の半分だけ偏移され
たマスク調整印M2 上に基板調整印P2 の映像を形成さ
れた、偏光の第2方向を有する第2放射線ビームとが交
互に検出器13へ通過される。検出器13の信号は信号VB
も印加される位相高感度検出回路21内で増幅され且つ処
理される。出力信号SA は所望の動的調整信号である。
【0109】分極変調器18と偏光解析器19とは代わりに
マスク調整印の前方で放射線通路内に配置されてもよ
い。
【0110】上述の実施例においては調整印が回折格子
であると言う事実は、本発明がそれに制限れることを意
味するものではない。十文字又は正方形の放射線透明な
又は反射する帯の形態での印によって調整する場合に
も、本発明による偏向素子は、妨害信号あるいはオフセ
ットが生じないように、これらの印を正しい位置に且つ
所望の倍率で映像するために用いられ得る。
【0111】同じ回折次数、例えば+1及び−1又は+
3及び−3を有する二つのサブビームが用いられる調整
装置から離れて、本発明は所定の回折次数を有するサブ
ビームは使用しないが、回折次数がもはや区別され得な
いビーム部分を使用する調整装置にも用いられ得る。一
例はいわゆる暗視野照明が用いられている調整装置であ
る。そのような装置は1979年11月/12月のVac. Sci. Te
chnoiogiesの雑誌の第1929〜1933頁の論文 "Optical St
ep and Repeat Camera with Dark Field Auto-matic Al
ignment"内及び1987年発行の"SPIE"第772 巻Optical Mi
crolithographyVI の 142〜149 頁の論文"Dark Field T
echnology: a Practical Approach toLocal Alignment"
内に記載されている。楔形又はその他の偏向素子もこれ
らの装置内でマスク調整印の近くに配置され得る。
【0112】前述の調整装置はマスクM内に存在するパ
ターンcの種類に無関係に動作するので、本発明は詳細
なパターンが基板上に移送されねばならず且つこのパタ
ーンが基板に対して非常に正確に調整されねばならぬ場
合にはどこででも非常に立派に使用できる。例は集積さ
れた光学システム又は磁気ドメインメモリの製造のため
に用いられる装置である。パターンが投影される装置は
反復投影装置である必要はない。本発明はパターンが基
板上に一回だけ投影される装置においても有用であり得
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は基板上にマスクパターンを反復的に映像
するための装置の一実施例を示している。
【図2】図2は二次元的格子の形態での調整印の既知の
実施例を示している。
【図3】二つの調整装置を具えている本発明による装置
の第1実施例を示している。
【図4】図4はマスク板を通る調整放射線の通路を示し
ている。
【図5】図5はこの板上で反射が生じた場合のこの通路
を示している。
【図6】図6は本発明によるマスク板の第1実施例を示
している。
【図7】図7はこの板の第2実施例を示している。
【図8】図8は本発明による装置内でマスク板を通る調
整放射線の通路を示している。
【図9】図9はそのような装置の一実施例を示してい
る。
【図10】図10はこの装置内で使用され得る修正レンズ
の動作を示している。
【図11】図11は本発明による調整装置の第2実施例を
示している。
【図12】図12は本発明による調整装置の第3実施例を
示している。
【図13】図13は本発明による調整装置の第4実施例を
示している。
【符号の説明】
1,1’ 放射線源 2,2’ ビーム分割器 3,3’ λ/4板 8,8’ 複屈折材料の板 9,9’ 特別レンズ 11,11' 反射素子 12, 12' 反射プリズム 13, 13' 放射線高感度検出器 14, 14' ビーム分割器 15, 15', 16, 16' レンズ 17, 17' テレビジョンカメラ 18, 18' 分極変調器 19, 19' 偏光解析器 20 発電機 21 位相高感度検出器 24 平面 25 修正レンズ 26 プリズム 27 反射面 28 第2反射面 29 反射器 30 反射素子 40 放射線源 41 部分的反射素子 42 反射プリズム 43 プリズム 44 逆反射体 45 反射素子 46 放射線高感度検出システム 50 放射線源 51 ビーム分割器 52 反射素子 53 検出システム 60, 60' レンズ 61, 61' 平らな平行板 62, 62' レンズ 70 二頭矢印 71 平行四辺形構造 75 絞り板 80 部分的反射素子 81 併置された窓 82 第1フーリエ変換レンズ 83 第2フーリエ変換レンズ 84 フィルタ板 85 レンズ 86 第1検出器 87 第2検出器 91 フィルタ 92 第1検出器 94 窓 95 部分的透明プリズム 96 フィルタ 97 第2検出器 100 プリズム 101 検出システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘンク フレデリック ディルク リン デルス オランダ国 5503 ハーエヌ フェルド ホーフェン メイエレイウェッハ 15 (72)発明者 ステファン ウィテクック オランダ国 5503 ハーエヌ フェルド ホーフェン メイエレイウェッハ 15 (56)参考文献 米国特許5481362(US,A) 欧州特許467445(EP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上にマスクパターンを投影する装置で
    あって、該装置は投影ビームを供給するための照明シス
    テムと、マスク保持器と、投影レンズシステム及び基板
    保持器とを相継いで具え、且つ更に基板調整印とマスク
    調整印とによって基板に対してマスクを調整するための
    装置を具えており、前記装置は調整ビームを供給する放
    射線源と、第1調整印と上に第1調整印が映像される第
    2調整印とに相互作用していた選択された調整ビーム部
    分の通路内に、投影レンズシステム及び放射線高感度検
    出システムとを具えており、前記検出システムの出力信
    号が調整印の相互位置の尺度である、基板上にマスクパ
    ターンを投影する装置において、 マスク板における反射による位相差が検出システムによ
    り受信される前記選択された調整ビーム部分内に生じる
    のを防止する手段が、選択された調整ビーム部分の放射
    線通路内に配設されたことを特徴とする基板上にマスク
    パターンを投影する装置。
  2. 【請求項2】マスク調整印と対向して置かれたマスク板
    表面の一部が調整放射線に対して反射防止的にされるこ
    とを特徴とする請求項1記載の基板上にマスクパターン
    を投影する装置。
  3. 【請求項3】請求項2に記載され且つマスク調整印を有
    する装置に用いるためのマスク板において、マスク調節
    印に対向して置かれた板表面の少なくとも一部が調整放
    射線に対して反射防止的にされることを特徴とするマス
    ク板。
  4. 【請求項4】放射線偏向素子が選択された調整ビーム部
    分の対称軸をマスク板の平面にもっぱら垂直に向けるた
    めにマスク調整印の近くに配設され、前記放射線偏向素
    子は前記マスク板の平面内の投影ビームの断面より相当
    小さいことを特徴とする請求項1記載の基板上にマスク
    パターンを投影する装置。
  5. 【請求項5】放射線偏向素子が調整ビームに対して透明
    な材料の楔形本体により構成されていることを特徴とす
    る請求項4記載の基板上にマスクパターンを投影する装
    置。
  6. 【請求項6】基板調整印に対して第1マスク調整印を調
    整するための前記装置に加えて第2調整ビームによって
    基板調整印に対して第2マスク調整印を調整するための
    第2の装置を具えている請求項4記載の基板上にマスク
    パターンを投影する装置において、第2放射線偏向素子
    が第2調整ビームの通路内で且つ第2マスク調整印の近
    くに配設されていることを特徴とする基板上にマスクパ
    ターンを投影する装置。
  7. 【請求項7】屈折修正素子が調整ビームの通路内で且つ
    投影レンズシステム内に配設され、該素子は前記素子の
    平面内での投影レンズシステムの断面より相当小さく、
    第1調整印からの選択された調整ビーム部分のみを第2
    調整印上に向け且つ合焦することを特徴とする請求項
    1、2、4、5又は6記載の基板上にマスクパターンを
    投影する装置。
  8. 【請求項8】前記修正素子がレンズであることを特徴と
    する請求項7記載の基板上にマスクパターンを投影する
    装置。
  9. 【請求項9】前記修正素子が投影レンズシステムのフー
    リエ面内に配設されていることを特徴とする請求項7又
    は8記載の基板上にマスクパターンを投影する装置。
  10. 【請求項10】第1調整印が基板調整印であり第2調整
    印がマスク調整印であって、且つ放射線偏向素子が基板
    調整印から来る調整放射線の通路内に配設されているこ
    とを特徴とする請求項1、4、5、6、7、8又は9記
    載の基板上にマスクパターンを投影する装置。
  11. 【請求項11】第1調整印がマスク調整印であり第2調
    整印が基板調整印であって、且つ放射線偏向素子がマス
    ク調整印から来る調整放射線の通路内に配設されている
    ことを特徴とする請求項1、4、5、6、7、8又は9
    記載の基板上にマスクパターンを投影する装置。
  12. 【請求項12】第2調整印が基板の外側で且つマスクの
    外側に置かれた基準調整印であって、且つ基板調節印と
    マスク調節印との両方が前記基準調節印上に各々映像さ
    れる第1調整印を構成していることを特徴とする請求項
    1、4、5、6、7、8又は9記載の基板上にマスクパ
    ターンを投影する装置。
  13. 【請求項13】調整装置の放射線源が基板調整印の平面
    内、及びマスク調整印の平面内に干渉縞を形成する二つ
    の放射線ビームを供給し、第1調整印が前記干渉縞によ
    り構成され、且つ基板調整印とマスク調整印との両方が
    第2調整印であることを特徴とする請求項1、4、5、
    6、7、8又は9記載の基板上にマスクパターンを投影
    する装置。
  14. 【請求項14】基板調整印が位相回折格子により構成さ
    れ、マスク調整印が振幅回折格子により構成されている
    ことを特徴とする請求項1,2及び4〜13のいずれか1
    項記載の基板上にマスクパターンを投影する装置。
  15. 【請求項15】第2調整印と検出システムにより観察さ
    れる第1調整印の前記印上の映像とを相互に対して周期
    的に置き換えるために、周期的信号により制御される手
    段が調整ビームの放射線通路内に配設されていることを
    特徴とする請求項1,2及び4〜14のいずれか1項記載
    の基板上にマスクパターンを投影する装置。
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