JP4037845B2 - リソグラフィック装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィック投影装置及びデバイス製造方法に関する。

また、本発明は角度エンコーダに関する。

リソグラフィック装置は、所望のパターンを基板の目標部分に適用するための機械である。リソグラフィック装置は、たとえば集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。このような場合、マスクなどのパターン化手段を使用して、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンが生成され、生成されたパターンが、放射線感応材料（レジスト）の層を有する基板（たとえばシリコン・ウェハ）上の目標部分（たとえば１つ又は複数のダイ部分からなる）に画像化される。通常、１枚のウェハには、順次露光される目標部分に隣接する回路網が含まれている。知られているリソグラフィック装置には、パターン全体を１回の照射で目標部分に露光することによって個々の目標部分が照射される、いわゆるステッパと、投影ビームを使用してパターンを所与の方向（「走査」方向）に走査し、かつ、基板をこの「走査」方向に平行に、若しくは非平行に同期走査することによって個々の目標部分の各々が照射される、いわゆるスキャナとがある。

知られている、走査露光を実行しているリソグラフィック投影装置では、走査中におけるステージの位置を制御するために、投影システム（レンズ）に対するマスク・ステージ及び基板ステージの位置が測定されている。実際には、マスク・ステージ及び基板ステージの位置は、投影レンズ系が堅固に接続されている剛直基準フレーム上に取り付けられた干渉計を使用して測定されている。しかしながら、提案されている、露光放射としてＥＵＶ放射を使用しているリソグラフィック投影装置では、正の倍率を有するミラー系である投影システムは、それ以上の自由度ではレンズ力学に対する要求事項が極端に面倒になるため、自由度６で迎合的に基準フレームに取り付けられている。他のタイプのリソグラフィ装置についても同様である。したがって、基準フレームに対する投影システムの位置及び基準フレームに対するテーブルの位置を測定することが必要であり、そのための便利な構造が必要である。

本発明の目的は、基準フレームに対する投影システムの位置を測定するための改良型構造を備えたリソグラフィック装置を提供することである。

本発明によれば、
−投影放射ビームを供給するための放射システムと、
−投影ビームを所望のパターンに従ってパターン化するべく機能するパターン化デバイスを支持するための支持構造と、
−基板を保持するための基板テーブルと、
−パターン化されたビームを基板の目標部分に投射するための投影システムと、
−基準フレームと、
−前記基準フレームに対する前記基板テーブルの位置及び／又は変位を測定するための、前記基準フレーム上に取り付けられ、かつ、個々に測定軸を有する複数の第１のセンサを備えた第１の測定システムとを備えたリソグラフィック投影装置であって、
−前記基準フレームに対する前記投影システムの位置及び／又は変位を測定するための、前記基準フレーム上に取り付けられ、かつ、個々に測定軸を有する複数の第２のセンサを備えた第２の測定システムを特徴とし、
−第２の測定システムの少なくとも１つのセンサが、前記投影システムの不変ポイントを通過する測定軸を有するリソグラフィック投影装置が提供される。

投影システムがその周りを回転しても画像が平行移動しないポイントである不変ポイントを通過する測定軸上の投影システムの位置を測定することにより、必要な補正計算が簡易化され、また、必要なセンサの数を少なくすることができる。

不変ポイントは、投影システムの物体視野すなわち画像視野の中心に位置し、リソグラフィック装置を制御するために使用される座標系の原点を形成している。

第２の測定システムは、前記不変ポイントを通過する測定軸に沿って測定する３つの線形センサを備えていることが好ましく、それによりすべての線形自由度に対して利点が得られる。また、このような構造の場合、固定接続であれ、サーボ接続であれ、パターン化デバイスを投影レンズに接続し、かつ、投影レンズを基準フレームにたわみ接続する場合は、投影システムの光軸の周りの回転を測定するためのセンサを有していることが望ましい。

前記第２の測定システムの少なくとも１つのセンサは、第１の測定システムの測定軸に対応する測定軸を有し、かつ、第１の測定システムの対応するセンサに関連して堅固に取り付けられていることが好ましい。場合によっては、第１及び第２の測定システムの測定軸が必ずしも正確に平行をなしていない場合もある。このような場合、この２つの軸は、それらが同じくＺ軸を含む共通表面内に存在している場合、対応していると見なすことができる。

投影システムの位置を測定している第２の測定システムの、主として所与の自由度を測定するセンサは、たとえば、基板テーブルの位置を測定している第１の測定システムの、主として対応する自由度を測定するセンサに対して、十分な剛性で基準フレーム上に堅固に取り付けられることが好ましく、それによりセンサの配列をよりコンパクトにすることができ、かつ、センサ間のクロストークを最小化することができる。したがって、個々のシステムにおけるセンサの相対位置の安定性に対する要求事項が軽減される。

単一剛直マウント上に１組の内蔵センサが取り付けられることが最も好ましい。１組の内蔵センサとは、測値を提供するために他の位置センサ若しくは変位センサを参照する必要のない内蔵センサのことである。したがって、たとえば、Ｘ方向に平行なビームを使用して、間隔を隔てた２つの線形干渉計によってＲｚを測定する場合、この２つの干渉計は、いずれも単一剛直マウント上に取り付けることができる。当然のことではあるが、干渉計モデルは、剛直マウント上に取り付ける必要のない、たとえば温度、圧力、湿度などの環境センサの出力を考慮することができる。

センサのすべての部品を基準フレーム若しくは他の測定システムの対応するセンサに堅固に接続する必要はなく、基準フレーム上に接続する必要があるのは、干渉計及び干渉測定システムに測定ビームを供給するための設備若しくはエンコーダ型検出器のエンコーダ・ヘッドなどの重要な部品のみであることに留意されたい。センサのその他の部品、とりわけ熱、振動若しくは電気雑音を発生する部品は、必要に応じて離れた場所に配置することができる。

主として３つの平行移動自由度Ｘ、Ｙ及びＺを測定している第２の測定システムのセンサは、第１の測定システムの対応するセンサに堅固に接続されていることが好ましい。本発明の実施例における体積及びレイアウトの制約により、センサをその測定軸がリソグラフィック装置の基準フレームの軸に対して正確に平行になるように配置することは不可能であり、したがって所与のセンサが「主として」自由度１を測定し、かつ、センサの測定軸が基準フレームの軸に対して正確に平行をなしていないことを補償するべく、他の１つ又は複数のセンサの出力を使用してその出力を修正する必要があることは理解されよう。

投影システムのその光軸の周りの回転は、角度を直接測定するセンサによって測定されることが好ましい。

本発明の他の態様によれば、
−少なくとも一部が放射線感応材料の層で覆われた基板を基板テーブル上に提供するステップと、
−放射システムを使用して投影放射ビームを提供するステップと、
−投影ビームの断面をパターン化するべくパターン化手段を使用するステップと、
−パターン化された放射ビームを投影システムを使用して放射線感応材料の層の目標部分に投射するステップと、
−基準フレーム上に取り付けられた、個々に測定軸を有する複数の第１のセンサを備えた第１の測定システムを使用して、前記基準フレームに対する前記基板テーブルの位置及び／又は変位を測定するステップとを含んだデバイス製造方法であって、
−前記基準フレーム上に取り付けられた、個々に測定軸を有する複数の第２のセンサを備えた第２の測定システムを使用して、前記基準フレームに対する前記投影システムの位置及び／又は変位を測定するステップをさらに含み、かつ、
−第２の測定システムの少なくとも１つのセンサが、第１の測定システムのセンサの測定軸に対応する測定軸を有し、かつ、第１の測定システムの対応するセンサに関連して堅固に取り付けられたことを特徴とするデバイス製造方法が提供される。

また、本発明により、
−ターゲットと、
−前記ターゲットからの光を第１及び第２の光路に導くための第１のビーム・スプリッタと、互いに相対する傾斜感度を有する前記光路のうちの少なくとも一方の光路中の光エレメントと、前記第１及び第２の光路からの光を再結合し、前記ターゲットの２つの重畳画像を投影するための手段とからなる光モジュールとを備え、
−前記ターゲットと前記光モジュールの相対回転によって前記２つの重畳画像の相対移動がもたらされる角度エンコーダが提供される。

この構造により、角度指示を得るためには処理を必要とする線形移動を表す２つの信号ではなく、ターゲットと光モジュールの相対回転を示す単一信号が提供される。また、２つの線形測定の間に提供されるアームによってデバイスの感度が制限されることはなく、むしろ２つの光路の相対する角度感度が信号を増幅する役割を果たしている。

ターゲットは、モアレ効果が重畳画像中に形成される回析格子であることが好ましい。光エレメントは、１つの光路を進行するビームが２つの内部反射と交差自体を経ることになる、断面が五角形のプリズムで構成することができる。

本明細書においては、とりわけＩＣの製造におけるリソグラフィック装置の使用が参照されているが、本明細書において説明するリソグラフィック装置は、たとえば集積光学系、磁気領域メモリのための誘導及び検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造など、他の可能アプリケーションを有していることを理解されたい。このような代替アプリケーションのコンテキストにおいては、本明細書における「ウェハ」若しくは「ダイ」という用語の使用はすべて、それぞれより一般的な「基板」若しくは「目標部分」という用語の同義語と見なすことができることは、当分野の技術者には理解されよう。本明細書において参照されている基板は、露光に先立って、若しくは露光後に、たとえばトラック（通常、基板にレジスト層を塗布し、かつ、露光済みレジストを現像するツール）又は度量衡学若しくは検査ツールを使用して処理することが可能である。応用が可能である場合、このような基板処理ツール若しくは他の基板処理ツールに本明細書における開示を適用することができる。また、基板は、たとえば多層ＩＣを生成するべく複数回に渡って処理することができるため、本明細書において使用されている基板という用語は、既に処理済み複数の層を備えた基板をも意味している。

本明細書において使用されている「放射」及び「ビーム」という用語には、紫外（ＵＶ）線放射（たとえば、波長が３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍ）、極紫外線（ＥＵＶ）放射（たとえば、波長の範囲が５〜２０ｎｍ）及びイオン・ビーム若しくは電子ビームなどの粒子線を含むあらゆるタイプの電磁放射が包含されている。

本明細書において使用されている「パターン化デバイス」という用語は、投影ビームの断面に、基板の目標部分に生成すべきパターンを付与するべく使用することができるデバイスを意味するものとして広義に解釈されたい。投影ビームに付与されるパターンは、基板の目標部分における所望のパターンに必ずしも正確に対応している必要はないことに留意されたい。通常、投影ビームに付与されるパターンは、目標部分に生成されるたとえば集積回路などのデバイス内の特定の機能層に対応している。

パターン化デバイスは、透過型若しくは反射型のデバイスにすることができる。パターン化デバイスの実施例には、マスク、プログラム可能ミラー・アレイ及びプログラム可能ＬＣＤパネルがある。マスクについてはリソグラフィの分野では良く知られており、バイナリ、交番移相及び減衰移相などのタイプのマスクがあり、また、様々なハイブリッド・タイプのマスクがある。プログラム可能ミラー・アレイの実施例には、マトリックス配列された微小ミラーが使用されている。個々の微小ミラーは、入射する放射ビームをそれぞれ異なる方向に反射するよう、個々に傾斜させることができ、それにより反射ビームがパターン化される。パターン化手段の個々の実施例では、支持構造は、フレーム若しくはテーブルにすることができ、いずれの場合においても、必要に応じてたとえば固定若しくは移動可能にすることができる。また、いずれの場合においても、パターン化手段をたとえば投影システムに対して確実に所望の位置に配置することができる。本明細書における「レチクル」若しくは「マスク」という用語の使用はすべて、より一般的な「パターン化デバイス」という用語の同義語と見なすことができる。

本明細書において使用されている「投影システム」という用語には、たとえば使用する露光放射に適した、或いは液浸液の使用若しくは真空の使用などの他の要因に適した屈折光学系、反射光学系及びカタディオプトリック光学系を始めとする様々なタイプの投影システムが包含されているものとして広義に解釈されたい。本明細書における「レンズ」という用語の使用はすべて、より一般的な「投影システム」という用語の同義語と見なすことができる。

また、照明系にも、投影放射ビームを導き、整形し若しくは制御するための屈折光学コンポーネント、反射光学コンポーネント及びカタディオプトリック光学コンポーネントを始めとする様々なタイプの光学コンポーネントが包含されており、以下、このようなコンポーネントを集合的若しくは個々に「レンズ」と呼ぶ。

リソグラフィック装置は、２つの基板テーブル（二重ステージ）若しくはそれ以上の基板テーブル（及び／又は複数のマスク・テーブル）を有するタイプの装置であり、このような「多重ステージ」機械の場合、追加テーブルが並列に使用されているか、若しくは１つ又は複数の他のテーブルが露光のために使用されている間、１つ又は複数のテーブルに対して予備ステップが実行されている。

また、リソグラフィック装置は、比較的屈折率の大きい液体中、たとえば水中に基板が液浸され、それにより投影システムの最終エレメントと基板の間の空間が充填されるタイプの装置である。リソグラフィック装置内の他の空間、たとえばマスクと投影システムの最終エレメントの間に液浸液を適用することも可能である。液浸技法は、当分野では、投影システムの開口数を大きくすることで良く知られている。

以下、本発明の実施例について、単なる実施例に過ぎないが、添付の略図を参照して説明する。

図において、対応する参照記号は対応する部品を表している。

「実施例１」
図１は、本発明の特定の実施例によるリソグラフィック装置を略図で示したものである。この装置は、
−投影放射（たとえばＵＶ放射若しくはＥＵＶ放射）ビーム（ＰＢ）を供給するための照明系（イルミネータ）と、
−パターン化デバイス（たとえばマスク）ＭＡを支持するための、パターン化手段をアイテムＰＬに対して正確に位置決めするための第１の位置決め手段ＰＭに接続された第１の支持構造（たとえばマスク・テーブル）ＭＴと、
−基板（たとえばレジスト被覆ウェハ）Ｗを保持するための、基板をアイテムＰＬに対して正確に位置決めするための第２の位置決め手段ＰＷに接続された基板テーブル（たとえばウェハ・テーブル）ＷＴと、
−パターン化手段ＭＡによって投影ビームＰＢに付与されたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（たとえば１つ又は複数のダイからなる）に結像させるための投影システム（たとえば反射投影レンズ）ＰＬとを備えている。

図に示すように、このリソグラフィック装置は、（たとえば上で参照したタイプの反射型マスク若しくはプログラム可能ミラー・アレイを使用した）反射型装置である。別法としては、このリソグラフィック装置は、（たとえば透過型マスクを使用した）透過型装置であっても良い。

イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受け取っている。放射源がたとえばプラズマ放電源である場合、放射源及びリソグラフィック装置は、個別の構成要素にすることができる。その場合、放射源は、リソグラフィック装置の一部を形成しているとは見なされず、通常、放射ビームは、たとえば適切な集光ミラー及び／又はスペクトル純度フィルタからなる放射コレクタ使用して放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ引き渡される。それ以外のたとえば放射源が水銀灯などの場合、放射源は、リソグラフィック装置の一構成要素である。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、放射システムと呼ぶことができる。

イルミネータＩＬは、ビームの角強度分布を調整するための調整手段を備えることができる。通常、イルミネータのひとみ平面内における強度分布の少なくとも外部及び／又は内部ラジアル・エクステント（一般に、それぞれσ−外部及びσ−内部と呼ばれている）は調整が可能である。イルミネータは、投影ビームＰＢと呼んでいる、所望する一様な強度分布をその断面に有する調整済み放射ビームを提供している。

マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡに投影ビームＰＢが入射する。マスクＭＡで反射した投影ビームＰＢは、ビームを基板Ｗの目標部分Ｃに集束させるレンズＰＬを通過する。基板テーブルＷＴは、第２の位置決め手段ＰＷ及び位置センサＩＦ２（たとえば干渉デバイス）を使用して正確に移動させることができ、それによりたとえば異なる目標部分ＣをビームＰＢの光路内に位置決めすることができる。同様に、第１の位置決め手段ＰＭ及び位置センサＩＦ１を使用して、たとえばマスク・ライブラリから機械的に検索した後、若しくは走査中に、マスクＭＡをビームＰＢの光路に対して正確に位置決めすることができる。通常、対物テーブルＭＴ及びＷＴの移動は、位置決め手段ＰＭ及びＰＷの一部を形成している長ストローク・モジュール（粗位置決め）及び短ストローク・モジュール（精密位置決め）を使用して実現されている。しかし、ステッパ（スキャナではなく）の場合、マスク・テーブルＭＴは、短ストローク・アクチュエータのみに接続することができ、或いは固定することも可能である。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置合せマークＭ１、Ｍ２及び基板位置合せマークＰ１、Ｐ２を使用して整列させることができる。

図に示す装置は、以下に示す好ましいモードで使用することができる。
１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に維持され、投影ビームに付与されたパターン全体が目標部分Ｃに１回の照射（すなわち単一静止露光）で投影される。次に、基板テーブルＷＴがＸ及び／又はＹ方向にシフトされ、異なる目標部分Ｃが露光される。ステップ・モードでは、露光視野の最大サイズによって、単一静止露光で画像化される目標部分Ｃのサイズが制限される。
２．走査モードでは、投影ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影されている間、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴが同期走査される（すなわち単一動的露光）。マスク・テーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＬの倍率（縮小率）及び画像反転特性によって決定される。走査モードでは、露光視野の最大サイズによって、単一動的露光における目標部分の幅（非走査方向の）が制限され、また、走査運動の長さによって目標部分の高さ（走査方向の）が左右される。
３．他のモードでは、プログラム可能パターン化デバイスを保持するべくマスク・テーブルＭＴが基本的に静止状態に維持され、投影ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影されている間、基板テーブルＷＴが移動若しくは走査される。このモードの場合、通常、パルス放射源が使用され、走査中、基板テーブルＷＴが移動する毎に、或いは連続する放射パルスと放射パルスの間に、必要に応じてプログラム可能パターン化デバイスが更新される。この動作モードは、上で参照したタイプのプログラム可能ミラー・アレイなどのプラグラム可能パターン化デバイスを利用しているマスクレス・リソグラフィに容易に適用することができる。上で説明した使用モードの組合せ及び／又はその変形形態或いは全く異なる使用モードを使用することも可能である。

図２及び３は、倍率がそれぞれ−Ｍ及び＋Ｍ（Ｍ＜１）の投影システムの不変傾斜ポイントの位置を示したもので、基板及びパターン化手段のための測定システムが基準フレームに堅固に取り付けられ、投影システムの底部及び投影システムの頂部に対する基板及びパターン化デバイスの位置をそれぞれ測定している。不変傾斜ポイントの周りを投影システムが回転しても画像が平行移動することはないが、不変傾斜ポイントに対して投影システムが平行移動すると画像が変位する。不変傾斜ポイントから離れたポイントの周りの投影システムの回転は、不変傾斜ポイントの周りの回転と平行移動に分解することができ、したがってそれらを補償することができる。Ｍは、たとえば１／４にすることができる。反転倍率（負の倍率と呼ばれることもある）の場合、不変傾斜ポイントｉｐは、図２に示すように投影システムＰＬの内部にあり、基板テーブル及びマスク・テーブルの上側及び下側の適切な距離Ｈ＿ＷＳ及びＨ＿ＲＳに基準ビームを位置決めすることにより、投影システムの何らかの剛体運動を自動的に考慮するべく、投影システムＰＬに対する基板及びマスク・テーブルの位置を測定するための干渉計をベースとしたシステムを構築することができる。しかしながら、図３に示すように、非反転系（正の倍率）の場合、基板ステージの下側に不変傾斜ポイントがあり、したがって基準ビームを投影システムに対してマスク・テーブルの上側若しくは基板テーブルの下側に導くことができない場合、同じ構造を使用することはできない。つまり、マスク・テーブル及び基板テーブルの上側及び下側に投影システムの部品を展開させなければならず、これは実際的ではない。このことは、反転系であれ、非反転系であれ、或いは一方の方向に対して反転系で、もう一方の方向に対しては非反転系であれ、いずれにせよ投影レンズの末端にパターン化デバイス若しくは基板測定システムのいずれかが取り付けられた系についても同様である。したがって、投影レンズの位置及び／又は変位を個別に測定し、かつ、移動による画像位置決めに対する影響をすべて計算する必要があり、計算した結果は、露光中のマスク・テーブル及び基板テーブルの位置の制御に反映することができる。そのためのセンサ配列１０について、以下、図４を参照して説明する。

基準フレーム及び測定システムの他の構造は、他の不変傾斜ポイントを有している。たとえば、投影システムが、フレームに対する基板若しくはパターン化デバイスの位置を測定するための測定システムと、フレームに対する投影システムを測定するための測定システムの２つの測定システムを支えている基準フレームに非剛直結合されている場合、画像視野若しくは物体視野の中心に不変傾斜ポイントが存在することになる。測定システムが３つの場合、２つの不変ポイントが画定される。

投影システムＰＬ及びそのフレーム（以下、投影光学箱と呼ぶ）は、基準フレームに剛直接続されていないことに留意されたい。剛直接続に代わって、たとえば約３０Ｈｚの周波数でコンプライアント接続され、たとえば１００ｎｍ程度の変位を可能にしている。この場合、対物テーブルＷＴ、ＭＴ及び投影システムＰＬの位置の基準フレームから測値が得られる。

この実施例では、投影システムＰＬの光軸とその焦点面との交点に原点を有するデカルト（ＸＹＺ）座標系に対する基板テーブルＷＴ及び投影システムＰＬの底部の位置が測定されている。下部不変ポイントｉｐ_１は、図４では輪で示されている。センサ・ブロック１１、１２及び１３の上に取り付けられた、図に示すように測定軸Ｓ_ｘ、Ｓ_ｙ、Ｓ_ｚ１、Ｓ_ｚ２及びＳ_Ｒｚを有するセンサによって、平行移動方向Ｘ、Ｙ、Ｚ及びＺ軸の周りの回転Ｒｚにおける基板ステージの位置及び配向が測定される。原点を通過するＺ測定軸を配列することは不便であるため、２つのＺ測定センサが使用されている。センサ・ブロック１１、１２及び１３は、基準フレームＲＦの中でもとりわけ安定した部品である。センサ・ブロックは、たとえばＺｅｒｏｄｕｒ（商標）、ＵＬＥ（商標）、ＣｌｅａｒＣｅｒａｍ（商標）、ＩｎｖａｒなどのＣＴＥの小さい材料を基準フレーム中に挿入することによって形成することができる。能動的な安定化（温度制御）が適用される場合、ステンレス鋼、アルミニウムなどの他の構造材料を使用することも可能である。また、基準フレームの熱時間定数が、画像が変動するまでの物体較正間時間より実質的に長い場合、若しくはフィード・フォワード・モデルを使用して熱誘導変動が予測される場合は、他の材料を使用することも可能である。

同時に、投影システムの光軸上にあり、かつ、公称物体平面内に原点を有するデカルト座標系に対するマスク・テーブルＭＴ及び投影システムＰＬの頂部の位置が測定されている。マスク・テーブルＭＴの位置は、基板テーブルＷＴ位置の測定と同様の方法で、測定軸Ｍ_ｘ、Ｍ_ｙ、Ｍ_ｚ１及びＭ_ｚ２を有するセンサを使用して測定される。マスク・テーブルのＺ軸の周りの回転（Ｍ_Ｒｚ）は、２つのＹ測値を組み合わせることによって提供され、或いはたとえば以下で説明するような角度エンコーダを使用することによって提供される。

投影システムの底部には、下部不変ポイントｉｐ_１に対する投影システムＰＬの位置を測定するための１組のセンサ１０が設けられている。これらのセンサは、Ｌ_１／Ｌ_４、Ｌ_２／Ｌ_５及びＬ_３／Ｌ_６の対にグループ化された６つの測定軸Ｌ_１〜Ｌ_６を有している。個々の対の一方の測定軸Ｌ_１Ｌ_２Ｌ_３は下部原点ｉｐ_１を通過し、一方、個々の対のもう一方の測定軸Ｌ_４Ｌ_５Ｌ_６は、都合良く実質的に直角をなしている。したがって、これらのセンサからの信号を組み合わせることによって、下部不変ポイントｉｐ_１に対する投影システムＰＬの底部端の位置を決定することができる。センサは、基準フレームＲＦ上に約１２０°の角度を隔てて取り付けられた３つの二次元エンコーダ（若しくは３対の一次元エンコーダ）を使用して構成することができる。

投影システムＰＬの頂部も同様の構造であり、測定軸Ｌ_７〜Ｌ_１２を有するセンサが設けられている。これらのセンサはこの場合も対になっており、個々の対の一方の測定軸が上部不変ポイントｉｐ_２（図４の輪）を通過し、その測定軸に対して個々の対のもう一方の測定軸が実質的に直角をなしている。

上記システムが低減可能なかなりの測定冗長性を有していることは明らかであろう。

「実施例２」
以下の説明を除いて第１の実施例と同じである本発明の第２の実施例では、単一の基準フレームが使用されている。

図５は、投影システムＰＬの底部の構造を示したもので、センサ・ブロック２１、２２、２３の上に取り付けられたセンサ２０配列を有しており、第１の実施例の場合と実質的に同じであるが、投影システムＰＬの頂部にセンサを取り付ける代わりに、投影レンズ上に取り付けられた干渉計（図示せず）を使用して、マスク・テーブルの位置が測定されている。この構造により、冗長センサの数が低減されるが、マスク・レベルと基板レベルの間の基準フレームを貫通している比較的長い光路によって測定精度が左右される。したがって基準フレームの熱変動及び動的移動をさらに小さくしなければならない。

「実施例３」
以下の説明を除いて本発明の第１の実施例と同じである本発明の第３の実施例では、投影システムの位置を測定するためのセンサは、基板テーブル位置センサに関連して、堅固にかつ熱的に安定した状態で取り付けられている。

図６に示すように、実施例１の場合と同じ方法で配列された測定軸Ｓ_ｘ、Ｓ_ｙ、Ｓ_ｚ１、Ｓ_ｚ２及びＳ_Ｒｚを有するセンサによって、Ｘ、Ｙ、Ｚ及びＲｚにおける基板テーブルの位置が測定されている。

同じく図６に示す測定軸Ｌ_１〜Ｌ_４を有するセンサによって、同じ自由度４の投影システムＰＬの位置及び配向が測定されている。軸Ｌ_１は、測定ブロック３２上に取り付けられたセンサによって測定される。測定ブロック３２には、基板テーブルのＹ方向における変位を測定するためのセンサが取り付けられており、主として投影システムＰＬのＹ方向における変位を測定している。測定軸Ｌ_１は、必然的にＹ方向に傾斜しており、したがってＺ変位に対する若干の依存性がその測値に含まれているが、この依存性は、軸Ｌ_２及びＬ_３に対する測値を参照することによって控除される。同様に、測定軸Ｌ_２及びＬ_３上で主としてＸ方向及びＺ方向の変位を測定しているセンサは、センサ・ブロック３１及び３３の上に取り付けられており、このセンサ・ブロック３１及び３３にも、基板テーブルのＸ変位及びＺ変位を測定するためのセンサが取り付けられている。測定軸Ｌ_４は、投影レンズのＺ軸の周りの回転角度の直接測値であり、センサ・ブロック３２に取り付けられたセンサによって測定されている。このセンサ・ブロック３２には、さらに、基板テーブルのＲｚ移動を測定するためのセンサが接続されている。このような測定に適した角度エンコーダについては追って説明する。

センサをこのように配列する場合、投影システムの位置を測定するためのセンサは、投影システムの底部平面内に、基板テーブル位置センサの平面に近接して取り付けられる。解像度に対する有効レンジの比率が１０^３〜１０^４の範囲内であるセンサ、つまり、干渉計或いはエンコーダ（線形若しくは二次元）などの広範囲に渡る様々なセンサを使用することができる。

基準フレームに対する、たとえばＲｘ、Ｒｙなどの所与の方向における投影レンズ系の移動が十分に小さいと仮定することができる場合、その方向に対する測定を省略することができることは理解されよう。

「実施例４」
以下の説明を除いて第３の実施例と同じである本発明の第４の実施例には、投影システムＰＬの位置及び／又は変位を測定するための修正センサ配列が使用されている。図７は、この異なるセンサ配列４０を示したものである。

本発明の第４の実施例における測定軸Ｌ_１及びＬ_４は、第３の実施例における測定軸Ｌ_１及びＬ_４と同じであるが、測定軸Ｌ_２のためのセンサは、基板ステージのためのＹセンサが取り付けられたセンサ・ブロック４２上に、測定軸Ｌ_１のためのセンサとは間隔を隔てて取り付けられている。したがって測定軸Ｌ_１及びＬ_２は、投影システムのＹ位置及びＺ位置の測値を提供している。測定軸Ｌ_３のためのセンサは、基板テーブルのためのＸセンサを支えている、Ｚ変位に対して修正されたセンサ・ブロック４１上に取り付けられ、投影システムのＸ方向の移動に関する情報を提供している。したがって、２つの線形自由度Ｙ及びＺを測定するためのセンサは、１つのセンサ・ブロック上で組み合わされており、基板テーブルのための第２のＺセンサを支えているセンサ・ブロック４３上に投影システム・センサを配置する必要がなく、それによりセンサ配列をよりコンパクトにすることができ、また、設計自由度が追加される。また、この配列により、基準フレームの熱変動及び力学に対する感度が鈍くなる。

「実施例５」
以下の説明を除いて第３の実施例と同じである本発明の第５の実施例では、特定の測定が省略されており、対応する投影システムの移動が小さいことが期待される場合に使用することができる。

図８に示すように、センサ・システム５０は、第３の実施例の場合と同じ基板テーブル位置センサを備えている。投影システムのための位置センサは、センサ・ブロック５１、５２の上に取り付けられている。センサ・ブロック５１、５２には、対応する基板テーブル・センサが取り付けられているが、測定軸Ｌ_２、Ｌ_１及びＬ_３をそれぞれ使用して、投影システムのＸ、Ｙ及びＲｚ移動のみを測定している。投影システムのＲｘ、Ｒｙ及びＺ位置は測定されていないため、この実施例は、これらの方向における移動が十分に小さいと仮定することができる場合にのみ使用される。

「実施例６」
本発明の第６の実施例は第５の実施例に基づいているが、投影レンズのＲｘ位置及びＲｙ位置の測定が追加されている。

図９から分かるように、第６の実施例は、センサ・システム６０が、軸Ｌ_１、Ｌ_２からＺ方向に間隔を隔てた位置における投影システムのＸ移動及びＹ移動を測定する測定軸Ｌ_５、Ｌ_６をさらに備えており、したがってＲｘ及びＲｙにおける投影システムの移動測値を引き出すべく使用することができる点を除き、第５の実施例と同じである。それぞれのセンサは、センサ・ブロック６１、６２の剛直拡張部６４、６５の上にそれぞれ取り付けられている。図１１及び１２に示すように、投影レンズの両側に取り付けられたミラーに向けて導かれた２つの測定軸Ｓ_ｚ１及びＳ_ｚ２を提供することにより、Ｚレンズ測値を含めることができる。

「実施例７」
以下の説明を除いて第３の実施例と同じである本発明の第７の実施例には、図１０に示す、投影システムを測定するための代替センサ配列７０がさらに使用されている。

第７の実施例には、投影システムＰＬの平行移動自由度を測定するための干渉計が使用されている。測定軸Ｌ_１及びＬ_２は、ＸＹ平面に対して傾斜しており、ビームをそれぞれセンサ・ブロック７２及び７１から基準フレームの拡張部（図示せず）上に取り付けられたミラーに導いている干渉計によって測定されている。また、センサ・ブロック７２は、投影システムのＺ位置を差動測定するべく、投影システムの中心の周りの２つの対称位置に干渉計ビームを導くコンポーネントを支えている。

「実施例８」
以下の説明を除いて第１の実施例と同じである本発明の第８の実施例には、基板と軸の間のアッベ・アームを修正する、投影システムのＸ方向の位置を測定するためのセンサ・システム８０が使用されている。この実施例では、Ｘ、Ｙ、Ｒｚ及びＲｘは、基準フレームから投影レンズ及び基板テーブルまで測定され、一方、Ｚ及びＲｙは、投影レンズとテーブルの間で直接測定されている。

図１１はセンサ・システム８０を示したもので、第１の実施例と同じ基板ステージ位置測定システムが使用されている。

投影システム測定システムは、Ｙ及びＸのための測定軸Ｌ_１及びＬ_２をそれぞれ有しており、また、Ｒｘ及びＲｚのための軸Ｌ_３及びＬ_４を有している。

軸Ｌ_１、Ｌ_３及びＬ_４は、センサ・ブロック８２の上に取り付けられたセンサによって測定される。このセンサ・ブロック８２には、同じく、基板テーブルのＹ及びＲｚ位置すなわちＳ_ｙ及びＳ_Ｒｚを測定するためのセンサが取り付けられている。これらのセンサは干渉計を備えており、投影システムＰＬの上に取り付けられたミラーに向けてビームが導かれている。レイアウトを簡便にするために、このミラーは、投影システムＰＬの底部の下側に展開させることができる。Ｒｘ及びＲｚのための干渉計には、干渉計が回転を測定する軸に対して直角をなす方向に間隔を隔てた位置に配置されたミラーに向けてそれぞれ導かれた２つのビーム（オープン・ヘッド矢印で示す）が必要である。

軸Ｌ_２は、センサ・ブロック８１の上に取り付けられた干渉計によって測定される。このセンサ・ブロック８１には、同じく、基板ステージのＲｙを測定する基板テーブル測定軸Ｓ_ｘ１、Ｓ_ｘ２のためのセンサが取り付けられている。干渉計は、基板テーブルＺ測定に使用される水平ミラー８５、８６のうちの一方に向けてそのビームを都合良く導いている。２つのＺ軸は、投影光学箱に対する基板ステージのＲｙを測定している。ミラー８５、８６は投影光学箱に固定され、センサ・ブロック８１、８２及び８３は基準フレームに固定されている。

投影光学箱のＹ軸の周りの既知の回転Ｒｙ−ＰＯＢを使用してアッベ・アームが修正される。Ｘ方向の変化は、Ｒｙ−ＰＯＢとアッベ・アームの積、すなわち測定軸Ｌ_２から画像視野の中心までのＺ方向の距離によって与えられる。

この構造におけるすべての干渉計領域は直交しており、それにより位置情報の計算が簡易化され、かつ、自由度間のクロストークが回避されている。

「実施例９」
本発明の第９の実施例は第４の実施例に類似しているが、基板テーブルＺ測定のための基準ミラーが投影システムＰＬに取り付けられている。

図１２は、センサ配列９０を示したものである。基板テーブルの位置を測定するために、測定軸Ｓ_ｘ及びＳ_ｚ１のためのセンサがセンサ・ブロック９１に取り付けられ、測定軸Ｓ_Ｒｚ及びＳ_ｙのためのセンサがセンサ・ブロック９２に取り付けられ、また、測定軸Ｓ_ｚ２のためのセンサがセンサ・ブロック９３に取り付けられている。投影システム測定軸Ｌ_１、Ｌ_２及びＬ_４のためのセンサは、センサ・ブロック９２に取り付けられ、また、Ｌ_３のためのセンサは、センサ・ブロック９１に取り付けられている。センサ・ブロック９１、９２及び９３は基準フレームに固定され、ミラー９４、９５は投影光学箱に固定されている。

角度エンコーダ
図１３は、上で説明した実施例及びリソグラフィ若しくは他の技術分野における他のアプリケーションに使用することができる角度エンコーダを示したものである。

エンコーダは、その相対角度位置を測定する２つの部品の上に取り付けられた光モジュール１００及びターゲット１０１を備えている。エンコーダは、較正を必要とする絶対角度を測定するべく、相対角度の変化を測定していることに留意されたい。たとえば投影システムの上にターゲット１０１を取り付け、基準フレームの上に光モジュール１００を取り付けることができ、また、その逆についても同様である。この実施例では、ターゲット１０１は回折格子であり、背面から照射される透過型回折格子であるか、若しくは前面から照射される反射型回折格子のいずれかである。回折格子からの光は光モジュール１００に入射し、そこで第１のビーム・スプリッタ１０２によって分割され、２つの光路に沿って進行する。第１の光路上の光は、２つの光路からのビームを再結合する第２のビーム・スプリッタ１０３に直接引き渡される。第２の光路は、第２のビーム・スプリッタ１０３によって第１の光路と再結合される前に、第３のビーム・スプリッタ１０４で折れ曲がり、プリズム１０５を介して引き渡される。プリズム１０５の断面は五角形であり、第２の光路を追従するビームがプリズム内における２つの内部反射を経てそれ自体と交差するように配列されている。

図から分かるように、回折格子１０１が実線で示す位置にある状態を表している実線光線トレースと、回折格子がダッシュ線１０１’で示す位置にある状態を示しているダッシュ線光線トレースとを比較すると、第１及び第２の光路は、ターゲット１０１と光モジュール１００の間の相対角度移動（傾斜）に対して、相対する感度を有している。したがって、適切な光学系（図示せず）によって２つの光路からのビームが集束し、ターゲットが画像化されると、２つの光路から引き出すターゲットの画像が反対方向に移動することになる。重畳した画像中にモアレ・パターンが形成され、ターゲットと光モジュールの間の傾斜及び傾斜の変化を測定するべく、容易にこのモアレ・パターンを検出することができる。

投影システムのＺ運動の測定
図１４は、投影システムの光軸のＺ位置を測定するための構造を示したものである。この構造は、上で説明した本発明のすべての実施例に使用することができる。平面鏡である、内部基準ミラーを備えた二重ビーム干渉計２０２に入／出力ビーム２０１が供給されている。測定ビーム光路２０９に沿って測定ビームが導かれ、測定ビーム光路２０９内のプリズム２０３が、投影レンズの上に取り付けられたコーナ・キューブ２０４に９０度のビームを導き、かつ、戻りビームを再び測定光路２０９上に導いている。曲げミラー２０５は、ビームを９０度で１／４波長板２０７に導き、延いては投影レンズの上に取り付けられた反射鏡２０８に導いている。コーナ・キューブ２０４及び反射鏡２０８は、いずれも鎖線で示す光軸からｌの距離を隔てて取り付けられている。干渉計２０２、プリズム２０３及び曲げミラー２０５は、すべて、基準フレームＲＦに接続されたサブフレームＳＦの上に取り付けられている。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、説明した以外の方法で本発明を実践することができることは理解されよう。たとえば、上で説明した、基板テーブルの位置及び／又は変位を測定するための様々なセンサ配列には、マスク・テーブルの位置及び／又は変位を測定するための適切な修正を加えることも可能である。以上の説明は、本発明を制限することを意図したものではない。

本発明の第１の実施例によるリソグラフィック投影装置を示す図である。 倍率が−Ｍの投影システムの不変ポイントを示す線図である。 倍率が＋Ｍの投影システムの不変ポイントを示す線図である。 本発明の第１の実施例におけるセンサの測定軸を示す線図である。 本発明の第２の実施例におけるセンサの測定軸を示す線図である。 本発明の第３の実施例におけるセンサの測定軸を示す線図である。 本発明の第４の実施例におけるセンサの測定軸を示す線図である。 本発明の第５の実施例におけるセンサの測定軸を示す線図である。 本発明の第６の実施例におけるセンサの測定軸を示す線図である。 本発明の第７の実施例におけるセンサの測定軸を示す線図である。 本発明の第８の実施例におけるセンサの測定軸を示す線図である。 本発明の第９の実施例におけるセンサの測定軸を示す線図である。 本発明による角度エンコーダの線図である。 本発明による投影システムの光軸のＺ位置を測定するための構造を示す図である。

符号の説明

１０、２０、４０、５０、６０、７０、８０、９０ センサ配列（センサ、センサ・システム）
１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１、５２、６１、６２、７１、７２、８１、８２、８３、９１、９２、９３ センサ・ブロック（測定ブロック）
６４、６５ センサ・ブロックの拡張部
８５、８６ ミラー
１００ 光モジュール
１０１ ターゲット（回折格子）
１０２、１０３、１０４ ビーム・スプリッタ
１０５、２０３ プリズム
２０１ 入／出力ビーム
２０２ 二重ビーム干渉計
２０４ コーナ・キューブ
２０５ 曲げミラー
２０７ １／４波長板
２０８ 反射鏡
２０９ 測定ビーム光路
Ｃ 目標部分
ＩＦ 位置センサ
ＩＬ イルミネータ
Ｍ１、Ｍ２ マスク位置合せマーク
ＭＡ マスク
ＭＴ マスク・テーブル（対物テーブル）
Ｐ１、Ｐ２ 基板位置合せマーク
ＰＢ 投影放射ビーム
ＰＬ 反射投影レンズ（投影システム）
ＰＭ 第１の位置決め手段
ＰＷ 第２の位置決め手段
ＲＦ 基準フレーム
ＳＦ サブフレーム
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル（対物テーブル）

Claims (16)

1. 投影放射ビームを供給するための放射システムと、
   前記投影ビームを所望のパターンに従ってパターン化するべく機能するパターン化デバイスを支持するための支持構造と、
   基板を保持するための基板テーブルと、
   パターン化されたビームを前記基板の目標部分に投射するための投影システムと、
   基準フレームと、
   前記基準フレームに対する前記基板テーブルの位置及び／又は変位を測定するための、前記基準フレーム上に取り付けられ、かつ、個々に測定軸を有する複数の第１のセンサを備えた第１の測定システムとを備えたリソグラフィック投影装置であって、
   前記基準フレームに対する前記投影システムの位置及び／又は変位を測定するための、前記基準フレーム上に取り付けられ、かつ、個々に測定軸を有する複数の第２のセンサを備えた第２の測定システムを特徴とし、
   前記第２の測定システムが、複数の前記第２のセンサとして、前記投影システムの不変ポイントを通過する測定軸に沿って測定する３つの線形センサを備えたリソグラフィック投影装置。
2. 前記投影システムが非反転である、請求項１に記載の装置。
3. 前記３つの線形センサのうちの第１及び第２のセンサが、同一マウント上の間隔を隔てた位置に堅固に取り付けられた、請求項１に記載の装置。
4. 前記３つの線形センサが線形エンコーダである、請求項１に記載の装置。
5. 前記第２の測定システムが、角度を直接測定するセンサをさらに備えた、請求項１に記載の装置。
6. 前記第２の測定システムが、自由度６を測定することができる測定システムを形成するべく、前記３つの線形センサの各々の測定軸に対して実質的に直角をなす測定軸を個々に有するさらに３つのセンサをさらに備えた、請求項１に記載の装置。
7. 前記第２の測定システムの少なくとも１つのセンサが、前記第１の測定システムの測定に対応する測定軸を有し、かつ、前記第１の測定システムの対応するセンサに関連して堅固に取り付けられた、請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置。
8. 主として３つの平行移動自由度Ｘ、Ｙ及びＺを測定している前記第２の測定システムの前記センサが、前記第１の測定システムの対応するセンサの各々に固定接続された、請求項７に記載の装置。
9. 前記第１の測定システムの対応するセンサに関連して固定して取り付けられた前記第２の測定システムの前記センサが、前記第１の測定システムの対応するセンサと同じブロック材料の上に取り付けられた、請求項７又は８に記載の装置。
10. 前記材料が、Ｚｅｒｏｄｕｒ（商標）、ＵＬＥ（商標）、ＣｌｅａｒＣｅｒａｍ（商標）などの熱膨張率の小さい材料である、請求項９に記載の装置。
11. 前記第１の測定システムの対応するセンサに関連して固定して取り付けられた前記第２の測定システムの前記センサが、能動的な温度安定化を備えたサブフレームの上に取り付けられた、請求項８に記載の装置。
12. 前記第２の測定システムが、前記基板テーブルのＹ方向の位置を測定している前記第１の測定システムのセンサに堅固に取り付けられた、主としてＹ方向で測定するセンサと、Ｘ及びＺ方向で測定している前記第１の測定システムのセンサに堅固に接続された、主としてＸ及びＺ方向で測定する２つのセンサとを備えた、請求項７から１１までのいずれか一項に記載の装置。
13. 前記第２の測定システムが、前記基板テーブルのＸ方向の位置を測定している前記第１の測定システムのセンサに堅固に取り付けられた、主としてＸ方向で測定するセンサと、Ｙ方向で測定している前記第１の測定システムのセンサに堅固に接続された、主としてＹ及びＺ方向で測定する２つのセンサとを備えた、請求項７から１１までのいずれか一項に記載の装置。
14. 前記第２の測定システムが、前記基板テーブルのＹ方向の位置を測定している前記第１の測定システムのセンサに堅固に取り付けられた、主としてＹ方向で測定する第１の干渉計と、Ｘ方向で測定している前記第１の測定システムのセンサに堅固に接続された、主としてＸ方向で測定する第２の干渉計と、Ｙ方向で測定している前記第１の測定システムのセンサに堅固に取り付けられた、専らＺ方向で測定する第３の干渉計とを備えた、請求項７から１１までのいずれか一項に記載の装置。
15. 前記第２の測定システムが、
    ターゲットと、
    前記ターゲットからの光を第１及び第２の光路に導くための第１のビーム・スプリッタと、互いに相対する傾斜感度を有する前記光路のうちの少なくとも一方の光路中の光エレメントと、前記第１及び第２の光路からの光を再結合し、前記ターゲットの２つの重畳画像を投影するための手段とからなる光モジュールと
    を備えた角度エンコーダを備え、
    前記ターゲットと前記光モジュールの相対回転によって前記２つの重畳画像の相対移動がもたらされる、請求項１から１４までのいずれか一項に記載の装置。
16. 少なくとも一部が放射線感応材料の層で覆われた基板を基板テーブル上に提供するステップと、
    放射システムを使用して投影放射ビームを提供するステップと、
    前記投影ビームの断面をパターン化するべくパターン化手段を使用するステップと、
    パターン化された前記放射ビームを投影システムを使用して前記放射線感応材料の層の目標部分に投射するステップと、
    基準フレーム上に取り付けられた、個々に測定軸を有する複数の第１のセンサを備えた第１の測定システムを使用して、前記基準フレームに対する前記基板テーブルの位置及び／又は変位を測定するステップとを含んだデバイス製造方法であって、
    前記基準フレーム上に取り付けられた、個々に測定軸を有する複数の第２のセンサを備えた第２の測定システムを使用して、前記基準フレームに対する前記投影システムの位置及び／又は変位を測定するステップをさらに含み、かつ、
    前記第２の測定システムが、複数の前記第２のセンサとして、前記投影システムの不変ポイントを通過する測定軸に沿って測定する３つの線形センサを備えたことを特徴とする方法。

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