JP4205621B2 - リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、
放射の投影ビームを供給するための放射システム、
望ましいパターンに従って投影ビームをパターン形成するように働らくパターン形成手段を支持するための支持構造、
基板を保持するための基板テーブル、および
パターン形成されたビームを基板の標的部分上に投影するための投影システムを備え、
前記放射システムおよび／または前記照射システムが、少なくとも第１および第２光学要素と、前記第１および第２光学要素を所定位置に維持するための位置決めシステムとを備える、リソグラフィ投影装置に関する。

本明細書で使用する「パターン形成手段」という用語は、基板の標的部分の中に作成すべきパターンに対応して、入射する放射ビームにパターン形成した断面を与えるために使用可能な手段を指すものと広義に解釈すべきであり、「光弁」という用語もこのような文脈で使用することができる。一般には、前記パターンは、集積回路または他のデバイス（下記参照）など、標的部分中に作成されるデバイス中の特定の機能層に対応することになる。このようなパターン形成手段の実施例には次のものが含まれる。
マスク。マスクの概念はリソグラフィではよく知られており、それにはバイナリ・マスク、交番位相シフト・マスク、および減衰位相シフト・マスクなどのマスクの種類ばかりでなく、様々なハイブリッド・マスクの種類が含まれる。このようなマスクを放射ビーム中に配置すると、マスク上のパターンに従って、マスク上に当たる放射を選択的に透過（透過マスクの場合）または反射（反射マスクの場合）する。マスクの場合は、その支持構造が一般にマスク・テーブルであり、それによって入射する放射ビーム中の望ましい位置に確実にマスクを保持でき、また望ましければビームに対して確実にマスクを移動することができる。
プログラマブル・ミラー・アレイ。このような装置の一実施例は、粘弾性制御層および反射表面を有するマトリックス駆動表面である。このような装置の背後にある基本原理は、（例えば、）反射表面のアドレス指定領域が、入射光を回折光として反射するのに対して、非アドレス指定領域は入射光を非回折光として反射するというものである。適切なフィルタを使用すると、前記の非回折光を反射ビームから取り除き、回折光のみを残すことが可能であり、このような方式で、ビームがマトリックス駆動表面のアドレス指定パターンに従ってパターン形成される。プログラマブル・ミラー・アレイの別法による一実施例は微小ミラーのマトリックス配置を用いるものであり、それぞれの微小ミラーを、適切な局在電界の印加によってまたは圧電駆動手段の使用によって、軸周りに個々に傾斜させることができる。この場合も、アドレス指定ミラーが入射する放射ビームを非アドレス指定ミラーとは異なる方向に反射するように、ミラーをマトリックス駆動可能であり、このような方式で、反射ビームをマトリックス駆動ミラーのアドレス指定パターンに従ってパターン形成する。必要なマトリックス駆動は適切な電子手段を使用して実行可能である。以上に説明した２つの状況では、パターン形成手段は、１つまたは複数のプログラマブル・ミラー・アレイを備えることができる。本明細書に言及するミラー・アレイに関するさらなる情報は、例えば、参照により本明細書に援用する、米国特許第５，２９６，８９１号明細書および第５，５２３，１９３号明細書、ならびにＰＣＴ特許出願国際公開第９８／３８５９７号パンフレットおよび第９８／３３０９６号パンフレットから収集可能である。プログラマブル・ミラー・アレイの場合では、前記支持構造を、例えば、必要に応じて固定式または可動式でもよい架台またはテーブルとして実施することができる。
プログラマブルＬＣＤアレイ。このような構造の一実施例が、参照により本明細書に援用する米国特許第５，２２９，８７２号明細書に見られる。上記と同様に、この場合も支持構造を、例えば、必要に応じて固定式または可動式でもよい架台またはテーブルとして実施することができる。
簡略化のために、本明細書の他の部分が、いくつかの箇所でマスクおよびマスク・テーブルを含む実施例に具体的に関する場合があるが、そのような場合に論じる一般的な原理は、上述のパターン形成手段のより広義の文脈において理解されるべきである。

リソグラフィ投影装置を、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造で用いることができる。このような場合に、パターン形成手段によって、ＩＣの個別層に対応する回路パターンが作成可能であり、さらにこのようなパターンを放射感光性材料（レジスト）の層を被覆した基板（シリコン・ウェハ）上の標的部分（例えば、１つまたは複数のダイを含む）上に結像することができる。一般には、単一のウェハが、投影装置によって１回に１つずつ連続的に照射される隣接標的部分の回路網全体を含む。現在の装置では、マスク・テーブル上のマスクによるパターン形成を用いるが、２つの異なる種類の機械を区別することができる。リソグラフィ投影装置の一方の種類は、マスク・パターン全体を１回の試みで標的部分上に露光することによって、それぞれの標的部分を照射する。このような装置を一般にウェハ・ステッパと呼ぶ。一般にステップ・アンド・スキャン装置と呼ばれる別法の装置は、投影ビーム下のマスク・パターンを所与の基準方向（「走査方向」）に漸進的に走査することによって各標的部分を照射しながら、同期してこの走査方向に対して平行または逆平行に基板テーブルを走査する。一般に、投影システムは倍率Ｍ（一般には１よりも小さい）を有するので、基板テーブルを走査する速度Ｖは、マスク・テーブルを走査する速度の倍率Ｍ倍になる。本明細書に説明するリソグラフィ装置に関するさらなる情報は、例えば、参照により本明細書に援用する米国特許第６，０４６，７９２号明細書から収集可能である。

リソグラフィ投影装置を使用する製造工程では、放射感光性材料（レジスト）の層によって少なくとも一部が被覆されている基板上に（例えば、マスク中の）パターンを結像する。この結像工程の前に、基板に下塗り、レジスト塗布、および軟焼などの様々な処理を施すことができる。露光後に、基板に露光後焼成（ＰＥＢ）、現像、硬焼、および結像特徴の測定／検査などの他の処理を施すことができる。このような数多くの処理を基本として行い、デバイス、例えば、ＩＣの個別層をパターン形成する。次いで、このようなパターン形成された層は、エッチング、イオン注入（ドーピング）、金属被覆、酸化、化学機械的研磨など、すべて個別層を仕上げるための様々な処理を施すことができる。いくつかの層が必要であれば、それぞれの新たな層ごとに、このような処理全体または別の処理を反復しなければならない。最終的に、デバイスの配列が基板（ウェハ）上に作成される。次いで、これらのデバイスをダイシングまたはソーイングなどの技法によって相互に分離し、個別層をキャリヤ上に装着してピンなどに接続することができる。このような工程に関するさらなる情報は、Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ著「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、第３版、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、１９９７年、ＩＳＢＮ ０−０７−０６７２５０−４から入手可能である。

簡略化のために、以降では投影システムを「レンズ」と呼ぶが、この用語は、例えば、屈折光学素子、反射光学素子、および反射屈折系を含めて、様々な種類の投影システムを包含するものと広義に解釈されるべきである。放射システムも、放射の投影ビームを誘導、成形、または制御するために、このような設計上の任意の種類に従って動作する構成要素を含むことが可能であり、以下では、このような構成要素も集合的または単独に「レンズ」と呼ぶことができる。さらには、リソグラフィ装置は、２つ以上の基板テーブル（および／または２つ以上のマスク・テーブル）を有する種類があり得る。このような「多ステージ式」装置では、追加的なテーブルを並行して使用可能であり、１つまたは複数のテーブル上で予備工程を実行しながら、他方で１つまたは複数の他のテーブルを露光に使用することができる。例えば、２ステージ式リソグラフィ装置が、参照により本明細書に援用する、米国特許第５，９６９，４４１号明細書および国際公開第９８／４０７９１号パンフレットに説明されている。

より小さい特徴を結像するために、例えば、５から２０ナノメートルの領域内にある波長を有する極紫外線（ＥＵＶ）放射を使用するリソグラフィ投影装置が開発されている。このような装置は、ＥＵＶ波長で屈折光学要素を機能させる点に難しさがあるために、照射および投影システムとして反射光学要素を使用するのが一般である。放射システムにおいて反射光学素子を使用することに関する問題は、投影結像の位置および形状が、投影システム中の反射器の位置と配向の誤差に非常に敏感なことである。特に、ミラーの配向誤差によって、ミラーと基板の間のビーム経路長さを乗じた角誤差程度の、基板水準における結像位置誤差が生じる。ビーム経路長さがメートル台であり得るので、たとえナノラジアン台の角誤差であっても、ナノメートル台の位置誤差または歪みが生じる恐れがある。したがって、投影システム中の反射器の位置および配向を極めて高精度に維持する必要がある。

架台が満たすべき剛性、機械的安定性、および熱安定性要件は実現不可能なので、反射器を架台に剛装着することによって必要な精度が備わることはない。したがって、基準架台に対する反射器の位置を連続的に監視しかつ補正できるように能動的に反射器を装着することが提案されてきた。このような方式は実行可能であるが、依然として基準架台に対して非常に厳格な剛性および安定性要件を課す。

本発明の１つの目的は、光学要素を非常に高精度にそれらの正確な位置に維持できる投影システムを提供することである。

この目的および他の目的を、冒頭段落で特定したリソグラフィ装置において本発明に従って実現するが、このリソグラフィ装置は、
前記位置決めシステムが、前記第２光学要素に対する少なくとも第１光学要素の相対位置を直接測定するための少なくとも１つの位置センサを備え、それによって前記位置決めシステムが前記第１および第２光学要素を所定の相対位置に維持することを特徴とする。

投影システム中の光学要素の相対位置を直接測定することによって、かつ光学要素を所定の相対位置および／または配向に維持するために駆動式、すなわち、いわゆる能動型の装着システムを使用することによって、大型で、剛性があり、かつ高度に安定性のある基準架台の必要性を排除する。投影システム全体としての位置および配向を維持するための基準を形成するために小型の基準架台を依然として設け得るが、パターン形成手段と基板テーブルの位置を投影システムに対して直接測定しかつ制御すれば、このような基準架台も割愛することができる。

本発明の好ましい一実施例では、位置決めシステムが、前記第１および第２光学要素の１つもしくは複数の相対位置ならびに／または１つもしくは複数の配向を測定するための少なくとも１つの干渉型変位測定装置を備える。干渉型変位測定装置は、投影システム中の光学要素の間隔において、２つの物体の相対的な動きを十分な精度をもって容易に測定することができる。利便上、干渉計ビームのためのビーム誘導要素を支持するように光学要素の固定延長部を設けることができる。

別の好ましい実施例では、第１および第２光学要素の少なくとも一方が、前記第１および第２光学要素の他方にまたはその延長部に近接する固定延長部を有し、前記位置決めシステムが、前記第１および第２光学要素の相対位置を測定するために１つもしくは複数の前記固定延長部ならびに／または１つもしくは複数の光学要素の上に装着した容量性センサを備える。容量性センサは、相対的に簡素、小型で、信頼性があり、かつ投影システム中の光学要素に予想される小さい変位を測定するのに特に適切である。

当然のことであるが、本発明の特定の一実施例では、干渉型変位測定装置、すなわち、線形もしくは多次元符号器および／または容量性もしくは別種類のセンサの組合せを適宜に使用することができる。

本発明は多くの種類の投影システムに使用可能であるが、多層ミラーなど、それらに対する位置決め要件が特に厳格であり、許容誤差がナノメートル台またはそれ以下である反射器を使用する投影システムに応用するとき特に有利である。

この投影システムは、多様な異なる制御システム、例えば、投影システムに対する予想される外乱に対して適切な帯域幅を有する位置フィードバック・ループを使用することができる。

本発明の別の一態様によれば、
放射感光性材料の層によって少なくとも一部が被覆されている基板を提供する工程と、
放射システムを使用して放射の投影ビームを供給する工程と、
投影ビームの断面にパターンを与えるためにパターン形成手段を使用する工程と、
投影システムを使用して放射のパターン形成されたビームを基板の標的部分上に投影する工程とを含み、
前記放射システムと前記投影システムの少なくとも一方が、少なくとも第１および第２光学要素と、前記第１および第２光学要素を所定位置に維持するための位置決めシステムとを備える、デバイス製造方法であって、
前記第１および第２光学要素の相対位置を直接測定する工程と、
それらの相対位置を前記直接測定する工程に応答して前記第１および第２光学要素の位置を制御する工程とを特徴とする方法が提供される。

本明細書では、ＩＣ製造において本発明による装置を使用することに特定して言及する場合があるが、このような装置には他に数多くの可能な応用例があることを明確に理解されたい。この装置は、例えば、集積光学システム、磁気ドメイン・メモリ用の誘導および検出パターン、液晶表示板、薄膜磁気ヘッドなどの製造に使用可能である。このような代替の応用例の文脈では、本明細書における「レチクル」、「ウェハ」、または「ダイ」という用語の使用はいずれも、より一般的な用語「マスク」、「基板」、および「標的部分」にそれぞれ置き換えられるものと考えるべきであることを当業者なら理解しよう。

本明細書では、「放射」および「ビーム」という用語を使用して、紫外線放射（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７、または１２６ナノメートルの波長を有する）およびＥＵＶ（極紫外線放射、例えば、５から２０ナノメートルまでの値域内の波長を有する）ばかりでなく、イオン・ビームまたは電子ビームなどの粒子ビームも含めてすべての種類の電磁放射を包含する。

ここで添付の概略的な図面を参照して、例示によってのみ本発明の実施例を説明する。

図では、対応する参照符号が対応する部分を指す。

図１は、本発明の特定の一実施例によるリソグラフィ投影装置を概略的に示す。本装置は、
放射（例えば、ＥＵＶ放射）の投影ビームＰＢを供給するための、この特定の場合では放射源ＬＡも含む放射システムＥｘ、ＩＬと；
マスクＭＡ（例えば、レチクル）を保持するためのマスク保持器が備わり、かつ要素ＰＬに対してマスクを正確に位置決めする第１位置決め手段に連結されている第１物体テーブル（マスク・テーブル）ＭＴと；
基板Ｗ（例えば、レジストが塗布されているシリコン・ウェハ）を保持するための基板保持器が備わり、かつ要素ＰＬに対して基板を正確に位置決めする第２位置決め手段に連結されている第２物体テーブル（基板テーブル）ＷＴと；
マスクＭＡの照射された部分を基板Ｗの標的部分Ｃ（例えば、１つまたは複数のダイを含む）の上に結像するための投影システム（「レンズ」）ＰＬ（例えば、反射ミラー・システム）とを備える。
この図に示すように、この装置は反射型である（すなわち、反射マスクを有する）。しかし、一般には、例えば、それが透過型であってもよい（例えば、透過マスクを有する）。これに代えて、装置は、上で参照した種類のプログラマブル・ミラー・アレイなどの、別の種類のパターン形成手段を用いることもできる。

放射源ＬＡ（例えば、レーザ生成または放電プラズマ源）は放射のビームを発生する。このビームは、直接または、例えば、ビーム拡大器Ｅｘなどの調節手段を横切った後で、照射システム（照射器）ＩＬに送出される。照射器ＩＬは、ビーム中の強度分布の外半径範囲および／または内半径範囲（通常、それぞれσ外半径およびσ内半径と呼ぶ）を設定するための調整手段ＡＭを備えることができる。この照射器は、積分器ＩＮおよび集光器ＣＯなどの他の様々な構成要素をさらに備えるのが一般である。このように、マスクＭＡの上に当たるビームＰＢは、その断面中に望ましい均一性と強度分布を有する。

図１に関して、放射源ＬＡは、リソグラフィ投影装置の箱体内部にあってもよいが（例えば、放射源ＬＡが水銀ランプである場合にしばしばそうであるように）、リソグラフィ投影装置から遠隔にあってもよく、それが発生する放射ビームを装置の中に導入する（例えば、適切な誘導ミラーの助けによって）ことに留意されたい。後者のシナリオは、放射源ＬＡがエキシマー・レーザの場合にしばしばそうである。本発明および特許請求の範囲は、これらの２つのシナリオを包含する。

次いで、ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡと交差する。マスクＭＡによって選択的に反射されてから、ビームＰＢは、基板Ｗの標的部分Ｃ上にビームＰＢを合焦するレンズＰＬを通過する。第２位置決め手段（および干渉型測定手段ＩＦ）の助けによって、例えば、異なる標的部分ＣをビームＰＢの経路中に位置決めするために、基板テーブルＷＴを正確に移動することができる。同様に、第１位置決め手段を使用して、例えば、マスクＭＡをマスク・ライブラリーから機械的に取り出した後にまたは走査時に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般に、物体テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、長行程モジュール（粗い位置決め）および短行程モジュール（微細な位置決め）の助けによって実現するが、これらは図１に明示されていない。しかし、ウェハ・ステッパ（ステップ・アンド・スキャン装置とは異なり）の場合は、マスク・テーブルＭＴを短行程アクチュエータに単に連結するか、または固定することができる。

図示の装置は２つの異なる方式で使用することができる。すなわち、
１．ステップ方式では、マスク・テーブルＭＴを基本的に静止状態に維持し、マスク像全体を１回の試み（すなわち、単一「閃光」）で標的部分Ｃ上に投影する。次いでビームＰＢが異なる標的部分Ｃを照射できるように、基板テーブルＷＴをｘおよび／またはｙ方向に移動する。
２．スキャン方式では、所与の標的部分Ｃを単一「閃光」で露光しないこと以外は、基本的に同じシナリオが該当する。ただし、投影ビームＰＢにマスク像全体にわたって走査させるように、マスク・テーブルＭＴが所与の方向（いわゆる「走査方向」であり、例えば、ｙ方向）に移動可能であり、並行して、基板テーブルＷＴを速度Ｖ＝Ｍｖで同方向または逆方向に同期移動する。前式でＭはレンズＰＬの倍率（典型的にはＭ＝１／４または１／５）である。このようにして、分解能を損なわずに済むように、相対的に大きな標的部分Ｃを露光することができる。

投影システムＰＬは、例えば、１３．５または１１．４ナノメートルであり得る投影ビームの波長で最適の反射率が備わるように分散型ブラッグ反射器を形成する多層被膜を有する６個のミラーから作製されたミラー集合からなる。適切なシステムのさらなる詳細は欧州特許出願公開第１２０９５０３−Ａ号パンフレットに見られ、また適切な多層反射器のさらなる詳細は欧州特許出願公開第１０６５５３２−Ａ号パンフレットおよび第１０６５５６８−Ａ号パンフレットに見られるが、これらの文書を参照によりここで本明細書に援用する。反射器を使用する投影システムに関する問題は、結像位置および歪みが、ミラー位置決め誤差、特に角誤差に非常に敏感なことである。図２はその理由を示す。この図で示すように、実線で示す理想位置と仮想線で示す回転位置の間のミラー回転αによって、２αの反射ビームの角誤差とＲ^＊ｔａｎ（２α）の基板水準における位置決め誤差が生じるが、ここでＲはミラーと基板の間の合計経路長さである。したがって、投影システムの反射器を非常に高度な精度で、例えば、ナノメートルおよびナノラジアンの範囲内で、数分間の時間にわたってそれらの位置および配向に維持する必要がある。

反射器を固定架台に静的に装着するのではなく、反射器を十分に高精度で位置決めできるアクチュエータ、例えば、圧電アクチュエータ、ローレンツ・アクチュエータ、電磁モータ、空圧モータ、または他のモータを使用して反射器を能動的に装着する。したがって、能動的装着を制御するためには反射器の位置を知る必要がある。これを実現するための測定装置のシステムを図３に示す。

図３は、マスク・テーブルＭＴ、投影システムＰＬ、および基板テーブルＷＴを示す。放射システム（この図には示さず）によって供給された投影ビームＰＢが、印刷すべき望ましいパターンに従ってそのビームを選択的に反射する、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスク上に誘導される。このようにパターン形成された投影ビームＰＢは、投影システムＰＬを構成する反射器Ｍ１〜Ｍ６によって、基板テーブルＷＴ上に保持されている基板上に向かって投影される。マスク・テーブルＭＴと基板テーブルＷＴの位置は、それぞれの基準架台ＭＦ１およびＭＦ２に対して、それぞれ干渉型測定装置ＩＦ１およびＩＦ２によって測定される。これらのシステムは、知られた形態のものでよく、マスク・テーブルＭＴと基板テーブルＷＴの位置をナノメートルの精度まで測定することができる。

本発明によれば、反射器Ｍ１〜Ｍ６の位置は、別の干渉型測定装置ＩＦ３〜ＩＦ９によって測定される。これらの測定装置のうちで、ＩＦ３は反射器Ｍ１の位置を第１基準架台ＭＦ１に対して測定する。ＩＦ４は、反射器Ｍ２の位置をＭ１に対して測定し、ＩＦ５はＭ３をＭ２に対して測定し、さらに反射器Ｍ６をＭ５に対して測定するＩＦ８まで続く。最後に、干渉型測定装置ＩＦ９が反射器Ｍ６の位置を基準架台ＭＦ２に対して測定する。

図４は、反射器Ｍ１〜Ｍ３に関する位置決めシステムを概略的に示し、その他の反射器の位置決めシステムが対応する。それぞれの反射器は、強制架台ＦＦに対して動作し、かつ必要な自由度数でそれぞれの反射器の位置を制御するアクチュエータ・システムＡ１、Ａ２、Ａ３などによって位置決めされる。通常は６自由度で制御が行われるが、投影結像が所与の反射器の１つまたは複数の自由度の誤差に不感な場合は、その反射器をその自由度で受動的に装着することができる。それぞれの制御回路Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３などが、反射器を望ましい位置に維持するために干渉型変位測定手段が供給する位置情報に応答してアクチュエータ・システムを制御する。反射器Ｍ１をマスク・ステージ基準架台ＭＦ１に対して位置決めし、Ｍ２をＭ１に対して位置決めし、Ｍ３をＭ２に対して位置決めするというように続く。したがって、反射器はすべて正確な相対位置に維持され、システムが全体として基準架台ＭＦ１に対して正確な位置に維持される。

図４は、第１制御装置Ｃ１がミラーＭ１を制御するように示すが、必ずしもそうでなくてもよい。実際には、基準架台に対して測定する干渉計に応答する第１制御器は、最も厳密な位置決め要件を有するミラーまたは基準位置からの最も大きな偏差が予想されるミラーを制御することが好ましい。制御機構におけるミラーの順位は、光学配置におけるミラーの順位と同じである必要はなく、その代わりに制御優先度の順位に従ってもよい。

反射器の相対位置は、機械の設定時にまたそれ以後に定期的に較正可能であり、さらに装置の使用時に、どこか他の箇所の誤差を補償したりまたは結像パラメータ（例えば、倍率）を調整したりするために変更可能なことも理解されたい。

これらの様々な制御システムは、外部に決定した設定点を追跡する適切な帯域幅の単純なフィードバック・ループであってもよいし、あるいはより複雑であって、フィードフォワード要素を組み込みかつ測定位置以外の他の入力、例えば、速度または加速度を考慮することもできる。所与の制御システムは、例えば、フィードフォワード制御を行って他のミラーに装着したアクチュエータからの反力などの内部外乱を補償するために、他の干渉計からの入力または他の制御システムからの入力までも入手することができる。

アクチュエータ・システムは、様々な反射器と１つの共通の強制架台ＦＦの間で動作するように示してあるが、複数の強制架台を使用することも可能であり、１つまたは複数の架台は、ミラーの位置決め測定に関与しないので、基準架台と同じ剛性および安定性要件を備える必要はないことが理解されよう。

変形例の位置決めシステムを図５に示す。この変形例では、設定位置を基準架台にＭＦ１に対して維持するために様々な反射器を制御する。反射器Ｍ１に関して変更はないが、反射器Ｍ２に関しては、制御システムＣ２が、測定システムＩＦ３およびＩＦ４の測定値の和として構成される「仮想」測定システムＩＦ１１に応答し、制御システムＣ３は、測定システムＩＦ３、ＩＦ４、およびＩＦ５の測定値の和として構成される仮想測定システムＩＦ１０に応答するというように続く。このような配置はミラー誤差が増加しないという点で有利である。

図４では、光学要素Ｍ３の位置精度は、要素Ｍ１およびＭ２から濾過された残差位置誤差も含む。基準架台ＭＦ１が動いていれば、センサＩＦ３が、それ（基準の動き）を測定する。制御ループＣ１はＭＦ１の動きを追跡しようとする。その結果は、制御ループＣ１の特性によって濾過されるＭ１のほとんど同等の動きである。ＭＦ１の動きの一部は追跡されない（特に高い周波数を有する動きの場合）。Ｃ１位置ループは残差位置誤差を有することになる。ここでセンサＩＦ４がその基準（＝Ｍ１）の動きを検出する。Ｃ２は、ＭＦ１の元の動きの高い周波数部分が（制御ループＣ１によって）濾過によって除去されているので、いまやはるかに容易な基準の動きを追跡しようとする。またＣ２位置ループも、Ｃ１ループの誤差よりも大幅に小さい残差位置誤差を有することになる。最終的に、センサＩＦ５が、その基準（＝Ｍ２）の動きを検出する。Ｃ３はこの動きを追跡するが、Ｃ３の残差位置誤差は非常に小さい。しかし、ＭＦ１に対するＭ３の実際の物理的位置は、必要以上に大幅に異なり得る。

すべての要素が同じサーボ帯域幅を有すれば、Ｍ１は、ＭＦ１に対する最も厳密な高い物理的な位置決め精度を有するが、制御誤差は大きくなる。Ｍ２は、ＭＦ１に対するより劣る物理的な位置決め精度を有するが、制御誤差は中程度である。Ｍ３は、ＭＦ１に対する緩い物理的な位置決め精度を有するが、その制御誤差は非常に小さい。このような「積重ねシステム」のシステム性能全体は、すべての位置要素の単なる和ではなく、それはすべての位置ループの帯域幅とセンサの基準値によるそれらの位置ループの濾過とに依存する。位置制御は、ＭＦ（Ｃ１に関する）または別の光学要素（Ｃ２およびＣ３に関する）に対する光学要素の相対位置を表す座標において行われる。

図５のシステムは、はるかに小さい付加的な濾過誤差を有することができる。すべての位置が、単一の基準ＭＦ１（Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３に関する）に対する光学要素の相対位置を表す座標において制御される。センサＩＦ３、ＩＦ４、ＩＦ５は、基準位置ＭＦ１に対するＭ１、Ｍ２、およびＭ３のそれぞれの相対位置を測定する。「仮想センサ」ＩＦ１１はＩＦ３＋ＩＦ４の和によって構成され、ＩＦ１０はＩＦ３＋ＩＦ４＋ＩＦ５の和によって構成される。センサＩＦ１１は、ＭＦ１に対するＭ１の濾過されていない位置とＭ１に対するＭ２の濾過されていない位置を検知する。センサＩＦ１０は、ＭＦ１に対するＭ１の、Ｍ１に対するＭ２の、およびＭ２に対するＭ３の濾過されていない位置を検知する。これらの座標においてこのように制御することによって、より適切な実際の物理的な位置精度が得られる。

図４および５の直列および並列配置と同様に、ツリー構造などのハイブリッド配置も使用することができる。例えば、制御ループＣ１はＭＦ１に対してＭ１を測定するＩＦ３に基づいて制御し、他方では、Ｃ２およびＣ３がＭ１に対してそれぞれのミラーを測定する実際のまたは仮想干渉器に基づいて制御する。

図６および７は、座標系の１本の軸に対して小さな傾斜角をなす干渉計ビームを使って６自由度の変位を測定する方法を示す。図６に示すように、２つの偏光ビーム・スプリッタ２１、２４および２つの検出器２３、２６が、追跡すべきミラーＭ１、すなわち、「基準」ミラーの上に装着されている。２つのビーム・スプリッタ２１、２４は、適宜に位置する光源からビーム・スプリッタに誘導された２本のレーザ・ビームＢ１、Ｂ２のそれぞれの一方の偏光状態が反射器Ｍ２に向かって誘導されるように、制御すべきミラーＭ２の光学表面に概ね垂直なＺ軸に対して等しいが反対の角度＋βおよび−βで傾斜する。これらの２本のビームは、反射器Ｍ２の背面上に位置し、これらのビームを角度不感なしに平行な経路に沿って返すコーナー・キューブ２２、２５によって反射される。基準反射器上のビーム・スプリッタでは、制御される反射器に送られかつそこから戻るビームを他方の偏光状態と再結合し、かつ得られる干渉信号を検出器２３、２６によって検出する。これらの干渉信号ＩＦＭ１およびＩＦＭ２は次式によって与えられる。すなわち、
ＩＦＭ１＝ΔＸ^＊ｓｉｎ（β）＋ΔＺ^＊ｃｏｓ（β） （１）
ＩＦＭ２＝−ΔＸ^＊ｓｉｎ（β）＋ΔＺ^＊ｃｏｓ（β） （２）
上式で、ΔＸおよびΔＺは制御されかつ追跡される反射器のＸおよびＸ方向の相対変位量である。したがってΔＸおよびΔＺは次式のように導出される。
ΔＸ＝（ＩＦＭ１−ＩＦＭ２）／（２^＊ｓｉｎβ） （３）
ΔＺ＝（ＩＦＭ１＋ＩＦＭ２）／（２^＊ｃｏｓβ） （４）

図７に示すように、３対のビームが反射器の回りに分散され、かつこれらの対の１つがＸ方向ではなくＹ方向に向かって傾斜しており、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｒｘ、Ｒｙ、およびＲｚの変位を測定することができる。

本発明の第２実施例では、図８および９を参照して以下に説明することを除けば、第一実施例と同じであるが、ミラーの延長部上に装着された光学ルーラ（符号器）または容量性センサもしくは他のセンサを干渉型変位測定装置の代わりに使用する。

図８は、投影光学ボックスＰＯＢ内部に収容された反射器Ｍ１〜Ｍ６を備える投影システムＰＬを示す。反射器Ｍ１〜Ｍ６のそれぞれは、低い熱膨張係数を有する材料、例えば、Ｚｅｒｏｄｕｒ（商標）製の架台構造中に装着された反射器自体からなる。これらの架台のそれぞれはまた、隣り合う反射器に向かって突き出す１つまたは複数の延長部３１〜４８を含む。２つの突出部がほとんど接触するところに、近接センサ４９、５０（図９参照）が設けてある。これらのセンサは、１０〜５０ｐｍ（ピコメートル）の測定精度と１〜５μｍの値域を備える相対的に簡素な容量性センサでよい。図９では、２つのセンサを２つの延長部３１、３４の対面箇所に示すが、それぞれの対面箇所に１から６個までのセンサを備えることができる。それぞれ６自由度で可動する６個のミラーからなるシステムでは、ミラーの相対位置を特徴付けるには３０の測定が必要であり、したがって最小限３０個のセンサを備えなければならない。しかし、精度を高めるために追加的な冗長センサを設けることができる。また、３つ以上の延長部が１箇所で対面する場合もある。これらの延長部を適宜に配置するが、投影ビームの経路に対する妨害を回避するために、他方では延長部を可能な限り短くしておく。これらの延長部は、基準架台、すなわち、それに対してすべての反射器の位置が測定可能な架台よりも、たとえ合計してもはるかに小さくかつより簡素である。

長距離センサ、例えば、第一実施例で使用する干渉計と、第２実施例で使用する、光学要素の固定延長部上に装着した短距離センサとの組合せを用いることもできる。

本発明の特定の実施例を以上に説明してきたが、本発明は説明とは別様に実施可能であることが理解されよう。例えば、本発明は、反射屈折光学系における反射または屈折要素または完全な屈折光学系における屈折要素にも応用可能である。また制御される要素は、例えば、光源／集光器モジュールまたは照射器モジュール中の、放射システムの一部であり得る。説明は本発明を限定しようとするものではない。

本発明の一実施例によるリソグラフィ投影装置を示す図である 投影システムにおける反射器の配向の変化が、基板水準において結像位置に対して及ぼす効果を示す図である。 図１の装置における投影システムの配置をさらに詳細に示す図である。 図３の投影システムにおける光学要素に関する位置決めシステムの基本構成を示す図である。 図４の位置決めシステムの変形を示す図である。 水平および垂直変位を測定するための、ほぼ垂直なビームを有する２つの干渉計の配置を示す図である。 ６自由度のミラー変位を測定する、３対の干渉計の配置を示す図である。 本発明の第２実施例の投影システムを示す図である。 図８の投影システムにおける固定延長部の端部上の容量性センサ配置を示す拡大図である。

符号の説明

Ａ１〜Ａ３ アクチュエータ・システム
ＡＭ 調整手段
Ｂ１〜Ｂ６ レーザ・ビーム
Ｃ 標的部分
Ｃ１〜Ｃ３ 制御回路
ＣＯ 集光器
Ｅｘ ビーム拡大器
ＦＦ 強制架台
ＩＦ１〜ＩＦ９ 干渉型測定装置
ＩＦ１０、ＩＦ１１ 仮想測定システム
ＩＬ 照射システム
ＩＮ 積分器
ＬＡ 放射源
ＬＰ 投影システム
Ｍ１〜Ｍ６ 反射器
ＭＡ マスク
ＭＦ１、ＭＦ２ 第１基準架台、第２基準架台
ＭＴ マスク・テーブル
ＰＢ 放射ビーム
ＰＬ レンズ要素
ＰＯＢ 投影光学ボックス
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル
２１、２４ 偏光ビーム・スプリッタ
２２、２５ コーナー・キューブ
２３、２６ 検出器
３１〜４８ 延長部
４９、５０ 近接センサ

Claims (10)

1. 放射の投影ビームを供給するための放射システム、
   望ましいパターンに従って前記投影ビームをパターン形成するように働らくパターン形成手段を支持するための支持構造、
   基板を保持するための基板テーブル、および
   前記パターン形成されたビームを前記基板の標的部分上に投影するための投影システムを備え、
   前記放射システムおよび／または前記投影システムが、少なくとも第１および第２反射器と、前記第１および第２反射器を所定位置に維持するための位置決めシステムとを備える、リソグラフィ投影装置であって、
   前記位置決めシステムが、前記第２反射器に対して少なくとも前記第１反射器の相対位置を直接測定するための少なくとも１つの位置センサを備え、それによって前記位置決めシステムが前記第１および第２反射器を所定の相対位置に維持することを特徴とするリソグラフィ投影装置。
2. 前記位置決めシステムが、前記第１および第２反射器の１つもしくは複数の相対位置ならびに／または１つもしくは複数の角度を測定するための少なくとも１つの干渉型変位測定装置を備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記反射器の少なくとも一方が、干渉計ビームのためのビーム誘導要素を支持する固定延長部を有する、請求項２に記載の装置。
4. 前記第１および第２反射器の少なくとも一方が、前記第１および第２反射器の他方にまたはその延長部に近接する固定延長部を有し、前記位置決めシステムが、前記第１および第２反射器の相対位置を測定するために、１つもしくは複数の前記固定延長部および／または１つもしくは複数の前記反射器の上に装着した、光学的もしくは容量性符号器またはアナログ式容量性センサを備える、請求項１に記載の装置。
5. 基準架台をさらに備え、前記位置決めシステムが、前記基準架台に対して前記第１反射器の位置を測定するための測定装置を備える、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記位置決めシステムが、前記第１および第２反射器をそれぞれ変位させるための第１および第２アクチュエータと、前記第１および第２アクチュエータを制御するための第１および第２制御器とを備え、前記第１制御器が前記基準架台に対する前記第１反射器の測定位置に応答し、前記第２制御器が前記第１および第２反射器の測定相対位置に応答する、請求項５に記載の装置。
7. 前記位置決めシステムが、前記第１および第２反射器をそれぞれ変位させるための第１および第２アクチュエータと、前記第１および第２アクチュエータを制御するための第１および第２制御器とを備え、前記第１制御器が前記基準架台に対する前記第１反射器の測定位置に応答し、前記第２制御器が、前記基準架台に対する前記第１反射器の測定位置と、前記第１および第２反射器の測定相対位置との和に応答する、請求項５に記載の装置。
8. 前記パターン形成手段のための支持構造と前記基板テーブルの少なくとも一方の位置を前記基準架台に対して測定するための別の変位測定装置をさらに備える、請求項５、６、または７に記載の装置。
9. 前記第１および第２反射器が多層ミラーを含む、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
10. 放射感光性材料の層によって少なくとも一部が被覆されている基板を提供する工程と、
    放射システムを使用して放射の投影ビームを供給する工程と、
    前記投影ビームの断面にパターンを与えるためにパターン形成手段を使用する工程と、
    投影システムを使用して前記放射のパターン形成されたビームを前記基板の標的部分上に投影する工程とを含み、
    前記放射システムと前記投影システムの少なくとも一方が、少なくとも第１および第２反射器と、前記第１および第２反射器を所定位置に維持するための位置決めシステムとを備える、デバイス製造方法であって、
    前記第１および第２反射器の相対位置を直接測定する工程と、
    それらの相対位置を前記直接測定する工程に応答して前記第１および第２反射器の位置を制御する工程とを特徴とする方法。

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