JP5619624B2

JP5619624B2 - 測定手段を有するマイクロリソグラフィのための投影露光装置

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Publication number: JP5619624B2
Application number: JP2010542560A
Authority: JP
Inventors: ウルリヒ　ミュラー; ミュラーウルリヒ; スツゥーラーヨアキム; グロマーオズワルド; フライマンロルフ; カウフマンポール; ベルンハートゴイペールト; ゴイペールトベルンハート
Original assignee: カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2009-01-02
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2029-01-02
Also published as: US9001304B2; US20180024445A1; TW200937140A; DE102008004762A1; WO2009089999A1; JP5849137B2; JP2011510494A; TWI451204B; KR20100110364A; CN101978323A; US10042271B2; US20190129318A1; JP2015029121A; US9696639B2; KR101625695B1; CN101978323B; US20110013171A1; US20150212431A1

Description

本発明は、マイクロリソグラフィのための投影露光装置に関する。このような投影露光装置は、通常、マスクまたはいわゆる「レチクル」を保持するためのマスクテーブルまたはいわゆる「レチクルステージ」の形態のマスク保持手段を備え、マスクテーブルにはマスク構造が配置されている。さらにこのような投影露光装置は、ウェーハの形態の基板を保持するためのいわゆる「ウェーハステージ」の形態の基板保持手段ならびに基板にマスク構造を結像するための投影光学系を一般に備えている。

従来の投影露光装置では、像の品質において不鮮明さが問題となっている。ウェーハにおける視野の露光中に像位置がドリフトする場合に潜在的な像はフォトレジストにおいて不鮮明となる。これは、プリントされた構造における重なりエラーまたはいわゆる「オーバレイ」エラーに影響を及ぼす。このような不鮮明さの問題は、特にＥＵＶ投影露光装置において生じる。ＥＵＶ投影露光装置は、極紫外線波長領域の波長、例えば１３．５ｎｍの波長の光によって構造を露光する。半導体産業のロードマップでは、光学リソグラフィはＥＵＶで重要な役割を果たす。この場合ミラーのみが光学構成部分として考慮される。ミラー光学系ではミラー位置および／またはミラー傾斜度は像の変位をもたらす。光学構成部分の機械的安定性に対する要求は、屈折光学系と比較してより厳しいものとなっている。

汎用の投影露光装置では、ウェーハの露光中に視野位置は適宜な調整センサまたはいわゆる「整列」センサによって複数回監視され、対応した補正措置が施される。このために、フォトレジストの本来の露光プロセスが中断される。監視測定間には投影システムの短時間の安定性が頼りとなる。汎用のシステムは、ＥＵＶシステムに比べて比較的高い短時間安定性を有している。像位置監視の汎用の概念を更新すれば、像位置の安定性に対する要求は、５分の時間にわたる汎用システムにおける１ｎｍの像位置の機械的安定性に対する要求はＥＵＶシステムでは０．２ｎｍに高まる。ミラー位置の安定性におけるエラーの主な原因は、対物レンズの機械的基本構造の熱膨張である。像の安定性に課される高い要求を達成するために、現在では投影対物レンズの構造に対して極めて低い熱膨張係数を有する材料を使用するという方法がとられている。しかしながら、このような材料は極めて高価で、扱いにくく、加工が難しい。

本発明の課題は、上述のような問題を解決し、特にフォトレジストにおける潜在的な像の不鮮明さを広範囲に防止した投影露光装置を提案することである。

この課題は、本発明によれば、マスク構造を配置したマスクを保持するためのマスク保持手段と、基板を保持するための基板保持手段と、露光プロセス中に基板にマスク構造を結像するための投影光学系と、投影露光装置の基準素子に対してマスク保持手段の位置から機械的に分離された所定位置に配置した測定構造と、投影光学系による結像によって生成された測定構造の像を検出するように構成された検出器とを備え、投影露光装置の作動時に前記基板への前記マスク構造の結像および前記測定構造の結像がそれぞれ前記投影光学系によって同時に行われるように投影光学系が構成されていることにより解決される。投影露光装置は、露光プロセス中に前記検出器の領域で前記測定構造の像の側方位置を検出するように構成された評価装置をさらに備えている。

さらに本発明によれば、マイクロリソグラフィ用投影露光装置の側方における結像安定性を監視する方法が提案される。本発明による方法は、前記投影露光装置の基準素子に対して、前記マスク保持手段の位置とは機械的に分離した所定位置に測定構造を配置し、投影露光装置の基準素子に対して可動に支承されたマスク保持手段によってマスク構造を配置したマスクを保持するステップと、露光プロセスで基板にマスク構造を結像し、検出器の領域に測定構造を結像し、マスク構造の結像と測定構造の結像をそれぞれ投影露光装置の投影光学系によって同時に行うステップと、検出器によって測定構造の像を検出するステップと、露光中に検出器の領域で測定構造の像の側方位置を検出するステップとを備える。

本発明によれば、投影露光装置には測定手段が設けられており、測定手段は、有利には平坦な面である検出器の領域、特に検出面における測定構造の像の側方位置を検出するように設計されている。好ましくはこの測定手段は、測定構造、検出器および評価手段を備えている。したがって、測定手段は、露光プロセス中に投影露光装置の側方における結像安定性を監視するように設計されており、一実施形態では、投影光学系の側方における結像安定性を監視するように設計されている。

側方位置は、露光プロセス中に、すなわち、基板にマスク構造を結像する露光プロセスの実施と同時に、好ましくは露光プロセスの過程で数回検出される。一実施形態によれば、「露光プロセス」という用語はこのコンテクストでは、ステップ・アンド・スキャン式露光装置の場合にマスクおよび基板を連続的にスキャンする連続露光で実施するような基板の１つの視野のみの露光を意味する。別の実施形態では、「露光プロセス」という用語は、基板における幾つかの視野の露光、特に基板全体の露光を含む露光を意味する。

このために、マスク構造および測定構造の結像は、投影光学系によって同時に行われる。側方位置とは、検出器の領域で像を生成する光線の伝搬方向に対して側方の像の位置である。特に側方位置とは、検出器の検出面に対して平行な平面または同一の平面における像の位置である。測定構造を結像する光線が投影光学系を通過した直後に、すなわち、偏向されずに検出面に入射した場合、測定構造の像の側方位置は、投影光学系の光軸に対して側方の平面における像の位置である。

測定構造を配置した基準素子は、例えばマスクテーブルまたはいわゆる「レチクルステージ」の基準フレームであってもよい。さらに可能な基準素子を以下に説明する。マスク保持手段は、このような基準フレームに対して可動に支承されている。このことは、投影露光装置がいわゆる「ステッパー」として構成された場合、または投影露光装置がいわゆる「スキャナー」として構成された場合にもあてはまる。「ステッパー」としての実施形態では、露光中にマスクを最適に整列するために視野の露光の前にマスク保持手段を基準フレームに対して移動する。「スキャナー」の場合には、それぞれの視野の露光中に付加的に基準フレームに対して、ひいては投影光学系に対してマスク保持手段を移動させる。

基準素子に対して測定構造を配置する所定位置は、以下に詳細に説明するように、測定構造と基準素子との間の距離の連続的な測定によって、または測定構造を基準素子に堅固に固定することによって得られる。上述のように、所定位置はマスク保持手段の位置から機械的に分離される。すなわち、測定構造はマスク保持手段に連結されない。したがって、この位置はマスク保持主手段の位置と共に移動しない。特に測定構造は、マスク保持手段に取り付けられておらず、マスクに含まれてもいない。測定構造の位置は、むしろマスク保持手段から独立しており、特にマスク保持手段は測定構造に対して可動である。

上述のように、本発明によれば、投影光学系による結像によって検出器の領域に生成された測定構造の像を検出するための検出器が設けられている。有利には、この検出器は基板の種類とは無関係である。したがって、検出器は、例えばウェーハの形態の基板が基板保持手段に挿入されていない場合にも機能する。検出器は、特に電子光学的な検出器として構成されており、検出器の光学信号は電気信号に変換される。

検出器で生成した測定構造の像の光路は、有利には、基板に結像したマスク構造の光路に対する明確に生成可能な相関関係を有し、投影露光装置の構成部分の機械的な移動を表す。したがって、測定構造の像の側方位置から、基板に生成されたマスク構造の画像の側方位置を高精度で検出することができる。このために、場合によっては露光プロセス中の検出器に対する基板保持手段の移動を考慮すべきである。上述のように、本発明によれば、検出器は、投影露光装置の作動時に基板へのマスク構造の結像および検出器への測定構造の結像がそれぞれ投影光学系によって同時に行われるように配置されている。

有利には、基板へのマスク構造の結像は、検出器への測定構造の結像によって影響されない。マスク構造および測定構造のそれぞれの結像が同時に行われることにより、マスク構造の結像中に像の側方位置を補正することが可能である。有利には、投影露光装置は、評価手段によって検出した測定構造の像の側方位置によって露光プロセス中に像の側方位置を補正するように設定されている。

本発明による解決手段は、従来の投影露光装置において観察されたフォトレジストにおける側方の像の不鮮明さの大部分は、基板への視野の露光中における像位置のドリフトによって生じるという認識に基づいている。本発明により測定構造および対応した検出器を設け、投影露光装置の作動時にマスク構造および測定構造のそれぞれの結像、ならびに像の側方位置の検出を同時に行うように検出器を配置することにより、マスク構造の結像プロセス中に結像特性を補正することが可能となる。

上記課題は、さらに、露光プロセスで基板にマスクを結像するための投影光学系と、投影光学系に対して所定の位置に配置した測定構造と、投影光学系による結像によって生成した測定構造の像を検出するための検出器と、露光中に測定構造の像の側方位置を検出するように構成された評価装置とを備えるマイクロリソグラフィ用投影露光装置によって解決される。この関連では、投影光学系に対して所定位置に測定構造を配置することは、素子を相互に絶対的に堅固に位置決めすることを必ずしも意味するのではないが、測定構造が投影光学系に対して能動的に可動ではないということである。また測定構造は、いずれにしても免震によって投影光学系から分離することができる。

本発明の実施形態では、投影露光装置は、測定構造が投影光学系によって検出器に直接に結像されるように構成されている。すなわち、投影光学系以外の光学系は測定構造と検出器との間に配置されていない。

本発明の別の実施形態では、検出器に関連した基準素子に対して所定位置に検出器が配置されている。検出器に関連した基準素子に対して検出器構造を配置した所定位置は、測定構造と、検出器に関連した基準素子との間の距離を連続的に測定することによって、または検出器に関連した基準素子に測定構造を堅固に固定することによって得られる。

本発明の別の実施形態では、いま測定構造に関連した基準素子と呼ぶ第１基準素子および検出器に関連した基準素子は、共通の基準構造に固定されている。すなわち、基準そしは、それぞれ所定位置で共通の基準構造にそれぞれ取り付けられている。

本発明の別の実施形態では、いま測定構造に関連した基準素子と呼んだ第１基準素子および検出器に関連した基準素子は同一である、すなわち、同じ素子である。

本発明の別の実施形態では、マスク保持手段は、投影露光装置の測定構造に関連した基準素子に対して可動に支承されている。

本発明の別の実施形態では、基板保持手段は、検出器に関連した基準素子に対して可動に支承されている。

本発明の別の実施形態では、測定構造および／または検出器は、関連した基準素子に堅固に固定されている。すなわち、測定装置は、所定位置で第１基準素子に取り付けられており、かつ／または検出器構造は所定位置で検出器に関連した基準素子に取り付けられている。固定は、堅固な結合素子によって、またはそれぞれの基準素子における直接の固定によって行うことができる。このようにして、第１基準素子に対する測定構造の所定位置および／または検出器に関連した基準素子に対する検出器の所定位置が得られる。

本発明の別の実施形態では、投影露光装置は、関連基準素子からの距離を測定することによって測定構造および／または検出器のそれぞれの所定位置を検出するように構成された距離センサを備えている。すなわち、距離センサは測定構造と第１基準素子との間の距離を測定するために設けられており、これにより、測定構造の所定位置が得られる。場合によっては、別の距離センサが検出器と検出器に関連した基準素子との間の距離を測定し、これにより、検出器の所定位置が得られる。

本発明の別の実施形態では、測定構造および／または検出器は所定位置で投影対物レンズとも呼ぶ投影光学系に取り付けられており、距離センサは、投影光学系と少なくとも１つの基準素子、特に第１基準素子との間の距離を測定するために配置されている。このようにして、それぞれの基準素子に対して測定構造および／または検出器の所定位置が得られる。上述のように、測定構造に関連した基準素子および検出器に関連した基準素子を単一の基準素子として組み合わせることができる。この場合、投影光学系と単一の基準素子との間の距離が測定される。

本発明の別の実施形態では、測定構造および／または検出器は所定位置で投影光学系に取り付けられており、距離センサは２つのセンサモジュールを備え、第１のセンサモジュールは測定構造と測定構造に関連した基準素子との間の距離を測定するために配置されており、第２のセンサモジュールは検出器と検出器に関連した基準素子との間の距離を測定するために配置されている。

本発明の別の実施形態では、さらに投影露光装置は、マスク保持手段と測定構造に関連した基準素子との間の距離および基板保持手段と検出器に関連した基準素子との間の距離を監視するように構成されたステージセンサを有しており、評価手段は、測定構造の像の検出された側方位置およびステージセンサによって検出された距離を評価し、そこから、露光プロセス中の目標位置からの基板におけるそれぞれのマスク構造の結像位置のずれを検出するように構成されている。

本発明の別の実施形態では、基準素子は投影光学系であり、測定構造は所定位置で投影光学系に取り付けられており、さらに投影露光装置は、露光プロセス中に測定構造とマスク保持手段との間の距離を測定するように構成したセンサモジュールを備えている。センサモジュールは、例えば光学位置エンコーダであってもよい。

本発明の別の実施形態では、評価手段は、検出器の領域、特に検出器の検出面で生成された測定構造の像の側方位置を露光プロセス中にリアルタイムで検出するように構成されている。したがって、評価手段は測定構造が生成される時点で測定構造の像の側方位置を検出する。これにより、投影露光装置の結像特性を即座に補正することが可能であり、これにより、像の不鮮明さを特に効果的に防止することができる。本発明の別の実施形態では、さらに投影露光装置は、投影露光装置の動作をリアルタイムで操作し、投影露光装置の側方における結像不安定性を補正する制御手段を備えている。

本発明の別の実施形態では、評価手段は、測定構造の像の検出された側方位置を用いて露光プロセス中に投影露光装置の側方における結像安定性を検出するように構成されており、投影露光装置は、評価手段によって検出された投影露光装置の側方における結像不安定性が補正されるように露光プロセス中に投影露光装置の動作を操作する制御手段を備えている。これにより、露光プロセスで基板に生じた側方における像の移動を補正することができる。

本発明の別の実施形態では、投影光学系は、投影光学系の光学素子の位置を変更するように構成された位置決め手段を備えている。この位置決め手段は、アクチュエータと呼ぶこともできる。位置決め手段によって変更されるべき位置は、座標系における光学素子の位置であってもよいし、または投影光学系の光軸に対する光学素子の傾斜であってもよい。

本発明の別の実施形態では、位置決め手段は、光学素子と光学素子に対する対向質量体との間に配置されており、この対向質量体は、ばね素子によって投影光学系のフレーム素子に配置されている。このようにして、光学素子の移動は投影光学系の他の光学素子の安定性に影響を及ぼさないようになっている。

本発明の別の実施形態では、制御手段は、露光プロセス中にマスク保持手段の位置および／または基板保持手段の位置を変更し、これにより、側方における結像不安定性を補正するように構成されている。投影露光装置がスキャナーとも呼ばれるステップ・アンド・スキャンシステムとして構成されている場合には、制御手段は、側方における結像不安定性が補正されるようにマスク保持手段および／または基板保持手段のスキャン動作を変更する。

本発明の別の実施形態では、基板保持手段は、ベース部と、基板を保持するように構成された調整部と、側方における結像不安定性を補正するために露光プロセス中にベース部に対して調整部を移動するように構成されたアクチュエータとを備えている。有利には、調整部はベース部に比べて重量が軽い。このようにして、調整部に対する位置調節を極めて迅速に行うことができる。

本発明の別の実施形態では、さらに投影露光装置は、基板にマスク構造を結像するための照明光線を供給するパルス照射源を備え、制御手段は、側方における結像安定性に基づいて評価手段によって設定された時間にわたって照射源をトリガし、マスク構造の像の側方位置が目標位置に対して規定された許容差の範囲内に位置する時点で光線パルスが生成されるように構成されている。

本発明の別の実施形態では、評価手段は、リアルタイムで検出した検出器の領域、特に検出面における測定構造の像の側方位置から露光プロセスで経時的に生じた変化を検出し、さらに投影露光装置は、投影露光装置の少なくとも１つの素子、特にマスク保持手段、基板保持手段および／または投影光学系の光学素子の位置を変更し、検出器における測定構造の像の側方位置を補正するように構成された位置決め手段を備えている。位置決め手段は、投影光学系の複数の素子に共同して作用することができる。投影露光装置がいわゆる「スキャナー」として構成されている場合には、マスク保持手段または基板保持手段の位置の補正は、視野の結像中にマスク保持手段または基板保持手段によって実施される移動プロセスの補正を含む。測定構造の像の側方位置は、投影光学系の光学素子、例えば投影光学系における個々のミラーの位置を変更することによってまたは複数のミラーを調整して移動することによっても補正することができる。位置決め手段の補正措置の目的は、露光プロセス中に検出器における測定構造の像の側方位置を一定に保持し、これにより、基板におけるマスク構造の像の側方位置と露光プロセス中の側方における目標位置とのずれを防止することである。

本発明の別の実施形態では、さらに投影露光装置は制御手段を備え、この制御手段は、投影露光装置の少なくとも１つの素子の位置がリアルタイムで補正され、その結果、検出器における測定構造の像の側方位置が露光プロセス中に安定的に保持されるように位置決め手段を制御する。リアルタイムの補正とは、測定構造の像の側方位置のずれが検出されるのと同時に補正が実施されることを意味する。

本発明の別の実施形態では、投影露光素位置は、ＥＵＶおよび／またはより高い周波数の波長領域の光によって基板にマスク構造を結像するように構成されている。すなわち、投影露光装置は、極紫外線波長領域、例えば１３．５ｎｍの露光波長で作動するＥＵＶ露光装置として設計されている。冒頭で述べたように、ＥＵＶ投影露光装置の投影光学系は、一般に反射性光学素子のみからなる。多くの場合、このような反射性光学素子の位置変更は基板における像の移動をもたらすので、特に本発明による露光プロセスにおける側方像位置の決定はこのようなＥＵＶ投影露光装置において有利である。

本発明の別の実施形態では、評価手段は、検出器によって検出された測定構造の像から、基板に生成されたマスク構造の像の側方位置を検出するように構成されている。マスク構造の像の側方位置とは、結像平面における像の位置である。一般に、例えばウェーハの形態の基板はこの結像平面に位置している。本発明による測定手段によって決定されたマスク構造の像の側方位置は、この場合、基板の表面における像の位置である。マスク構造の像の側方位置の検出により、露光中のより正確な補正措置が可能となり、これにより、基板に生成された像の質が向上する。

本発明の別の実施形態では、投影光学系に対して測定構造はマスク側に配置されており、検出器は基板側に配置されている。代替的には、配置は逆であってもよい。すなわちこの場合、測定構造を基板側に配置し、検出器をマスク側に配置してもよい。有利は、測定構造および検出器は、マスク平面および基板平面に対して共役の面に配置されている。代替的な実施形態では、２つの素子は、相互に共役の別の焦点面に配置してもよい。

測定構造をマスク側に配置し、検出器を基板側に配置した本発明の別の実施形態では、マスク保持手段はマスクテーブルの一部であり、基準素子はマスクテーブルの基準フレームである。したがって、基準素子に配置された測定構造は、いわゆる「スキャナー」の場合には露光時にマスクの移動に対して静的である。マスクテーブルの基準フレームは、投影光学系に対して実質的に定置である。この場合、基準フレームは投影光学系に堅固に結合されていてもよいし、または免震部を介して投影光学系に連結されていてもよい。測定構造を基板側に配置し、検出器をマスク側に配置した変化態様では、有利には基板保持手段は基板テーブルの一部であり、基準素子は基板テーブルの基準フレームである。

本発明の別の実施形態では、基板保持手段は検出器に対して可動に支承されている。特に投影露光装置は、基板保持手段を可動に支承した第２基準素子を有している。この第２基準素子は、基板保持手段を備える基板テーブルまたはいわゆる「ウェーハステージ」の基準フレームの実施形態であってもよい。

本発明の別の実施形態では、測定構造および検出器はいずれも投影光学系の一方側に配置されており、反射素子は投影光学系の他方側に配置されており、これにより、測定構造によって生成された光線は投影光学系の１回目の通過後に反射素子から投影光学系に反射して戻され、投影光学系の２回目の通過後に検出器に入射する。この構成では、基板側で測定手段のために必要な構成空間を小さく保持することができる。

本発明の別の実施形態では、測定手段は少なくとも１つの第２検出器を有し、これにより、投影光学系による結像によって第２検出器に生成された第２測定構造の像を検出し、投影露光装置は、第２測定構造の像を生成する電磁光線が第１測定構造の像を生成する電磁光線とは異なる光路で投影光学系を通過するように構成されている。特に光路は、第１測定構造の像と第２測定構造の像が、基板に結像される視野に関して異なった位置に配置されるように構成されている。したがって、投影光学系の結像特性を、側方移動に関しても結像された構造の回動に関しても検出することができる。本発明の実施形態では、第１検出器および第２検出器は双方ともｘ方向およびｙ方向の側方移動に関して投影光学系の結像特性を測定するように構成されている。

本発明の別の実施形態では、測定構造は２つのそれぞれ交互に配置された第１および第２構造素子を有し、検出器への結像時に第１構造素子は第２構造素子よりも高い光強度をもたらす。第１構造素子は、いわば「明るい」構造素子と呼ぶこともできる。第１構造素子は、対応した暗い領域を検出器にもたらす第２の「暗い」構造素子とは反対に検出器に明るい領域をもたらす。明るい構造素子は、暗い構造素子に比べて、例えば測定構造を透過マスクとして実施した場合により高い透過性を有し、測定構造を反射マスクとして実施した場合にはより高い反射性を有する。測定構造が上述のようなそれぞれ２つの交互に配置した第１および第２構造素子を有していることにより、測定構造は、点状の測定構造とは反対に「パターン」として構成されている。測定構造を「パターン」として構成することにより、測定構造の点状の形態に比べて高い精度で検出器における測定構造の像の位置を検出することができる。

本発明の別の実施形態では、測定構造は、周期的な構造、例えば格子構造を有している。したがって、測定構造は、交互に配置した第１構造素子および第２構造素子を備えている。測定構造を周期的な構造として実施することにより、特に検出器における測定構造の像の正確な位置決定が可能となる。本発明の別の実施形態では、測定構造は複合的な格子、点状パターン、チェス盤状パターン、異なった線太さおよび間隔コード化の非周期的ラインおよび／またはパターンを有している。さらに測定構造を格子構造として実施した場合、測定構造は、格子間隔の空間的変化、ライン幅の空間的変化および／またはライン方向の変化を有している。他の実施形態では、測定構造において独立したパターンがｘ位置測定およびｙ位置測定のために実施されており、測定パターンは、２つの座標方向に巧みに組み合わされている。

本発明の別の実施形態では、検出器は空間分解式２次元センサおよび２次元センサの前に配置した、特に検出器格子の形態の検出構造を有し、検出器は、投影光学系による結像によって検出器に生成された像を検出するように設定されており、測定構造の像と検出器構造とを重ねることによって生成されたパターンを検出する。有利には同様に格子として構成した測定構造と検出構造とを重ねることにより、特に正確な位置検出が可能である。測定構造および検出構造は、それぞれ上述の構造によって構成されていてもよいが、有利には対応して相互に調整されている。

本発明の別の実施形態では、測定構造は測定格子を有し、検出器は空間分解式の２次元センサおよび２次元センサの前に配置した検出器格子を有し、検出器格子は測定格子に適合されており、モアレ測定法によって格子相互の相対移動が測定可能である。専門家には基本的に既知のモアレ測定法は、格子定数が極わずかに相互に異なる２つの線形格子を重ねることによって長い周期の輝度変調を生成するモアレ効果を利用している。生成されたパターンの評価によって、２つの格子相互の相対移動を高精度に検出することができる。本発明による評価手段は、有利には空間分解式２次センサによって検出された２次元強度パターンに基づきモアレ評価を実施する。有利には、検出器格子は、測定格子の周期が検出格子への結像時に検出格子の周期とわずかに異なるように、測定格子に適合されている。

本発明の別の実施形態では、検出器格子はｎ個の部分格子を備え、ｎは少なくとも２、有利には少なくとも４であり、部分格子の周期はそれぞれ測定格子の周期と一致し、隣接する部分格子はそれぞれ測定格子の１／ｎだけ相互に周期をずらして配置されている。一定の周期の部分格子を使用することにより、異なった位相ずれを有する様々な測定点でそれぞれの信号を比較的大きい検出器測定面で信号ウォッシュアウトなしに検出することができる。測定および検出器格子が異なった格子定数を有し、ひいては個々の点においてのみ所定の位相ずれが生じる測定方法とは対照的に、部分格子を使用した場合にはそれぞれ部分格子全体について等しい位相ずれが生じる。したがって、それぞれの測定点について部分格子を使用することにより、拡大された検出器面にわたってモアレパターンを測定し、ひいては測定信号のコントラストを高めることができる。次いでモアレパターンの周期は、ｎ個の測定点で測定された測定信号から検出することができる。把持領域に制限がある場合には検出器格子は部分格子を２つのみ備えていてもよい。少なくとも４つの部分格子の使用時にはこの制限は不可欠ではない。２つの空間方向を測定することが望ましい場合、有利には２つの検出格子が設けられている。

本発明による別の実施形態では、マスクは反射マスクとして構成され、投影露光装置は反射マスクを基板に結像するように構成されている。特に投影露光装置は反射マスクを備えている。反射マスクの使用により、マスクを照明する照射源の光路に同様に反射性に構成した測定格子を挿入することができ、マスクに測定構造を結像するために使用される光線の通過のための領域を空けておく必要なしにマスク照明光線を測定構造の結像のためにも使用することができる。マスクが透過性マスクとして構成されており、測定構造を結像するためにマスクの照明光線を使用することが望ましい場合にも、測定構造を結像するために使用する照明光線は、有利にはまずマスクを通過する。このために、光線を通過させるためにマスクの領域を空けておく必要があり、これにより、マスク構造を結像するために利用可能なマスク表面が減少する。これに対して、マスクを反射マスクとして構成することにより、利用可能なマスク表面を失うことなしに本発明による方法を実施することが可能である。

本発明の別実施形態では、投影光学系は反射性光学素子またはミラーのみを備えている。個々の反射性光学素子の位置の変更により測定構造および測定パターン双方の像の側方位置の移動が生じる。本発明による露光時の側方における像位置の測定により、このような投影光学系において像の質の著しい改善が可能となる。

本発明の別の実施形態では、投影露光装置はいわゆる「スキャナー」として構成されている。専門家には既知のように、「スキャナー」とは、視野の露光中にマスクおよび基板の双方を投影光学系に対して連続的に移動させる投影露光装置である。このような装置は、いわゆる「ステップ・アンド・スキャン」方式の露光装置として既知である。

本発明の別の実施形態では、さらに投影露光装置は照明光線によってマスクを照明するための照射源を備え、マスクおよび測定構造は同じ照明光線によって照明される。この照明光線は、特にＥＵＶまたはより高い周波数の波長領域の波長を備えている。

本発明の別の実施形態では、投影露光装置は、特にＥＵＶ波長領域の第１波長の照明光線によってマスクを照明するための第１照射源と、第２波長の照明光線によって測定構造を照明するための第２照射源とを備え、第２波長は、１２０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲であり、特に３６５ｎｍである。第１波長は第２波長とは異なる。第１波長の照明光線は第２波長を備えておらず、反対に第２波長の照明光線は第１波長を備えていない。ＵＶ波長領域の照明光線を使用した場合、ＵＶ領域のために開発した検出器によって測定構造を検出することができる。解像度改善は、ｋ１係数の低減、例えば傾斜した照明によって空中画像周期を低減することにより得られる。

本発明の別の実施形態では、投影露光装置は真空チャンバを有し、真空チャンバではＥＵＶ波長領域の第１波長の照明光線によって基板へのマスク構造の結像が行われ、測定構造は真空チャンバの内部に配置されている。有利には、第２照射源によって生成された照明光線は、光ファイバーによって真空チャンバ内に案内され、そこで測定構造に当たる。

本発明の別の実施形態では、第２波長の照明光線はプリズムまたはミラーによって投影光学系の光路に向けられる。

本発明の別の実施形態では、マスク保持手段とマスクテーブル-基準フレームの形態の基準素子と測定構造とを備えるマスクテーブル、投影光学系、および基板保持手段と基板テーブル-基準フレームと検出器とを備える基板テーブルは、露光中に機械的に相互に自由に移動する。検出された検出器における測定構造の像の側方位置から位置決め手段のための制御信号が検出され、位置決め手段は露光プロセス中に制御信号に基づき投影露光装置の少なくとも１つの素子の位置を変更し、これにより、検出器における測定構造の像の側方位置への作用に関してマスクテーブル、投影光学系および基板テーブルの間の移動が補償される。

本発明の別の実施形態では、マスク構造を配置した反射マスクを保持するためのマスク保持手段と、基板にマスク構造を結像するための投影光学系と、反射マスクにおける照明光線の反射によって生成され、投影光学系に向けられた反射光線の伝搬方向が照明光線の反対の伝搬方向に対して傾斜して反射マスクに斜めに入射する照明光線を生成するように構成された照射源と、照明光線から測定光線を分岐させるための分岐手段とを備えるマイクロリソグラフィ用投影露光装置、特に上述の投影露光装置がさらに提供される。分岐手段は、連結／分離手段と、測定構造を有する測定ミラーとを備え、連結／分離手段および測定ミラーは、投影露光装置の作動時に照明光線の部分光線が連結／分離手段から測定ミラーの測定構造に向けられるように、照明光線の光路に配置されており、そこから連結／分離手段に反射して戻され、反射マスクによって反射された光線の光路に測定光線として連結される。有利には、連結された部分光線は、反射された光線と同じ伝搬方向を有している。連結／分離手段は、単にミラーの形態で実施してもよいし、または２つの別個のミラー、すなわち、照明光線から部分光線を分離するためのミラーおよび反射された光線の光路に測定光線を連結するためのミラーを備えていてもよい。

さらに本発明によれば、特に投影露光装置によって基板に生成される像の側方位置を決定する方法の上述の実施形態にしたがって、基板に生成される像の特性を決定する方法が提供される。本発明による方法は、マスク構造を配置した反射マスクを保持するステップと、照射源によって照明光線を生成し、反射マスクに照明光線を斜めに入射させ、これにより、反射マスクにおける照明光線の反射により、照明光線の反対の伝搬方向に対して傾斜した反射光線を生成するステップと、連結／分離手段ならびに測定ミラーを照明光線の光路に配置することにより照明光線から測定光線を分岐させ、これにより、照明光線の部分光線を連結／分離手段によって射して戻し、連結／分離手段によって、反射マスクによって反射された光線の光路に測定光線として連結するステップとを含む。有利には、連結／分離手段の部分光線は、連結された部分光線が反射光線と同じ伝搬方向を有するように、反射マスクによって反射された光線の光路に連結される。

本発明による分岐手段により、基板にマスク構造を結像する場合と同じ光線によって測定構造を検出器に結像することが可能となる。同じ光線の使用により、測定構造の結像とマスク構造の結像との間に特に正確な相関関係を生成することができる。本発明による分岐手段により、さらに測定構造の結像を損なうことなしに、特にマスク構造を結像するために領域をマスクで保持する必要性なしに、測定構造の分岐が可能となる。マスク構造を結像するために使用した照明光線を、測定構造を結像するためにも使用することにより、検出器における測定構造の像の位置ずれを、基板にマスク構造をプリントするのと比較可能な精度で決定することが可能となる。したがって、本発明による分岐手段によれば、基板に生成されたマスク構造の像の側方位置を特に正確に検出することが可能となり、これにより、フォトレジストにおけるマスク構造の側方における像の不鮮明さが防止される。

本発明による投影露光装置および方法の別の実施形態では、照明光線の波長は、ＥＵＶおよび／またはより高い周波数の波長領域である。

本発明の別の実施形態では、分岐手段は、連結／分離手段によって照明光線から分岐した部分光線が反射光線の光路に測定光線として入射するまでの光路の長さは、最大で０．５ｍｍだけ、連結／分離手段で分岐しなかった部分光線が測定光線として反射光路に入るまでの光路の長さとは異なる。特に両方の光学距離は同じである。したがって、検出器における測定構造の結像には、基板におけるマスク構造の結像と同じ結像エラーが伴う。これにより、検出器測定と検出器構造の像の側方における移動とを特に正確に相関させることが可能である。有利には、投影光学系は、結像エラー、特に球面収差の観点でマスク構造の結像に関して最適化されている。

本発明の別の実施形態では、投影露光装置は、投影光学系の結像特性を監視するための測定手段を有しており、測定手段は、分岐手段と、投影光学系を通過した後に測定光線によって検出器に生成された測定構造の像を検出するための検出器と、検出器によって検出された測定構造の像から投影光学系の結像特性を検出するように構成された評価手段とを備えている。測定手段によって決定された結像特性は、特に上述の側方における結像特性である。

本発明の別の実施形態では、測定構造および検出器は、投影露光装置の作動時に基板へのマスク構造の結像および検出器への測定構造の結像がそれぞれ投影光学系によって同時に行われるように配置されている。本発明の別の実施形態では、評価手段は、検出器によって検出した測定構造の像から照射強度を検出し、この検出した照射強度によって照射源によって供給される照射量を制御するように構成されている。これにより、基板にマスク構造を結像するために使用され、通常は投影露光装置の照射量を制御するために用いられる有効光線の領域に分岐手段を配置することが可能となる。したがって、基板にマスク構造を結像するために、従来の投影露光装置と同じ光線領域を使用することができる。

本発明の別の実施形態では、連結／分離手段は、連結／分離手段によって測定構造に向けられた部分光線が、照明光線および照明光線に対して傾斜した反射光線が広がる平面に対して旋回されているように配置されており、測定ミラーは、反射マスクによって反射された光線の光路の外部に配置されている。特に連結／分離手段は、分離された部分光線の光路が連結／分離手段と測定ミラーとの間で投影光学系の光軸に対して旋回されるように配置されている。本発明の別の実施形態では、測定ミラーは、上記平面に沿った投影図で反射マスクによって反射された光線の光路の外部に配置されている。

本発明の別の実施形態では、測定ミラーは反射マスクによって反射された光線の光路の外部に配置されている。これにより、マスク構造の結像を損なうことなしに、結像された測定構造の側方位置の検出を行うことが可能となる。

本発明の別の実施形態では、投影露光装置は基準素子を有し、基準素子に対してマスク保持手段が可動に支承されており、基準素子には分岐手段が配置されている。この基準素子は、特にマスクテーブルの基準素子であってもよい。

分岐手段を有する投影露光装置の別の実施形態では、評価手段は、検出器の検出面で生成された測定構造の像の側方位置を露光プロセス中にリアルタイムで検出するように構成されている。本発明による別の実施形態では、評価手段は、リアルタイムで検出した検出器における測定構造の像の側方位置から経時的に生じた像の側方位置の変化を検出するように構成されており、さらに投影露光装置は、投影露光装置の素子、特にマスク保持手段、検出器における測定構造の像の側方位置を補正するために基板保持手段および／または投影光学系の光学素子の位置を変更するように構成された位置決め手段を有している。

本発明の別の実施形態では、分岐手段を有する投影露光装置は、ＥＵＶおよび／またはより高い周波数の波長領域の光によって基板にマスク構造を結像するように構成されている。本発明の別の実施形態では、評価手段は、検出器によって検出された測定構造の像から、検出器に生成されたマスク構造の像の側方位置を検出するように構成されている。分岐手段を有する投影露光装置の本発明の別の実施形態では、マスク保持手段はマスクテーブルの一部であり、基準素子はマスクテーブルの基準フレームである。さらに基板保持手段は検出器に対して可能に支承されている場合、有利である。分岐手段を有する投影露光装置の本発明の別の実施形態では、測定手段は、投影光学系による結像によって第２検出器に生成された第２測定構造の像を検出するための少なくとも１つの第２検出器を有し、投影露光装置は、第２測定構造の像を生成する電磁光線が、第１測定構造の像を生成する電磁光線とは別の光路を通過するように構成されている。

分岐手段を有する投影露光装置の本発明の別の実施形態では、測定構造はそれぞれ２つの交互に配置された第１および第２構造素子を有し、第１構造素子は、検出器への結像時に第２構造素子よりも高い光強度をもたらす。本発明の別の実施形態では、測定構造は、周期的な構造、例えば格子構造を有している。本発明の別の実施形態では、検出器は、空間分解式２次元センサおよび２次元センサの前に配置した検出構造を有し、検出器は、投影光学系による結像によって検出器に生成された像を検出するように設定されており、測定構造の像と検出器構造とを重ねることによって生成されたパターンを検出する。分岐手段を有する投影露光装置の本発明よる別の実施形態では、測定構造は測定格子を備え、検出器は空間分解式２次元センサおよび２次元センサの前に配置した検出構造を有し、検出器格子は測定格子に適合されており、モアレ測定法によって格子相互の相対移動が測定可能である。本発明の別の実施形態では、検出器格子はｎ個の部分格子を備え、ｎは少なくとも２、有利には少なくとも４であり、部分格子の周期はそれぞれ測定格子の周期と一致し、隣接する部分格子はそれぞれ測定格子の１／ｎだけ相互に周期をずらして配置されている。本発明による別の実施形態では、マスクは反射マスクとして構成され、投影露光装置は基板に反射マスクを結像するように構成されている。

分岐手段を有する投影露光装置の本発明の別の実施形態では、投影光学系は反射性光学素子またはミラーのみを備えている。本発明の別の実施形態では、投影露光装置はいわゆる「スキャナー」として構成されている。本発明の別の実施形態では、さらに投影露光装置は照明光線によってマスクを照明するための照射源を備え、マスクおよび測定構造は同じ照明光線によって照明される。本発明の別の実施形態では、投影露光装置は、特にＥＵＶ波長領域の第１波長の照明光線によってマスクを照明するための第１照射源と、第２波長の照明光線によって測定構造を照明するための第２照射源とを備え、第２波長は、１２０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲であり、特に３６５ｎｍである。本発明の別の実施形態では、投影露光装置は真空チャンバを有し、真空チャンバではＥＵＶ波長領域の第１波長の照明光線によって基板へのマスク構造の結像が行われ、マスク構造は真空チャンバの内部に配置されている。本発明の別の実施形態では、第２波長の照明光線はプリズムまたはミラーによって投影露光装置の光路に向けられる。

本発明による方法の実施形態では、マスク構造は、ＥＵＶおよび／またはより高い周波数の波長領域の光によって基板に結像される。本発明の別の実施形態では、検出器で生成された測定構造の像の側方位置が露光プロセス中にリアルタイムで検出される。本発明の別の実施形態では、投影光学系による結像によって第２測定構造の像が第２検出器に生成され、第２測定構造の像を生成する電磁光線が、第１の像を生成する電磁光線とは別の光路を通過する。本発明の別の実施形態では、検出器は、空間分解式２次元センサおよび２次元センサの前に配置した検出構造を有し、検出器は、投影光学系による結像によって検出器に生成された像を検出するように設定されており、測定構造の像と検出器構造とを重ねることによって生成されたパターンを検出する。本発明の別の実施形態では、測定構造における検出器に生成された像の位置を検出する場合に、測定構造の像と検出器との間の相対移動がモアレ測定法を用いて検出される。別の実施形態では、基板へのマスク構造の結像中にマスクが投影光学系に対して移動される。

本発明によれば、さらにマイクロリソグラフィ用投影露光装置が設けられている。投影露光装置は、マスク構造を配置したマスクを保持し、投影露光装置の基準素子に対して可動に支承されたマスク保持手段と、基板を保持するための基板保持手段と、露光プロセス中に基板にマスク構造を結像するための投影光学系と、露光プロセス中に投影光学系の側方の結像安定性を監視するための測定手段とを備え、測定手段は、基準素子に定常配置された測定構造と、投影光学系による結像により検出器に生成された測定構造の像を検出するための検出面を有する検出器とを備え、測定構造および検出器は、投影露光装置の作動中に基板へのマスク構造の結像および検出器への測定構造の結像がそれぞれ投影光学系によって同時に行われるように配置されており、さらに測定手段は露光プロセスで検出器の検出面で測定構造の像の側方位置を検出するように構成された評価手段を備えている。

さらに、本発明によれば、マイクロリソグラフィ用投影露光装置の投影光学系の側方の結像安定性を監視する方法が提案される。本発明による方法は、投影露光装置における測定構造を定常配置した基準素子に対して可動に支承されたマスク保持手段によって、マスク構造を配置したマスクを保持するステップと、露光プロセスでマスク構造の結像と測定構造の結像をそれぞれ投影露光装置の投影光学系によって同時に行うステップと、検出器により測定構造の像を検出するステップと、露光中に検出器の検出面における測定構造の像の側方位置を検出するステップとを備える。

本発明による投影露光装置の上記実施形態に関して述べた特徴は、本発明による方法にも適用される。本発明による方法から得られた実施形態は、本発明の開示内容に明示的に含まれる。さらに投影露光装置の実施形態に関して上述した利点は、本発明による方法の対応した実施形態にも関連している。

基板に生成されたマスク構造の像の側方位置を決定するための測定手段を有する本発明による投影露光装置の第１実施形態を示す概略断面図である。図１に示した投影露光装置の個々の素子を著しく概略的に示す図である。図１に示した測定手段の作動モードを示す図である。図１に示した投影露光装置の本発明による別の実施形態を示すマスク側の部分図である。図４に示した投影露光装置を示す基板側の部分図である。測定手段の検出器に結像された測定構造の評価手段の第１実施形態を示す図である。測定手段の検出器に結像された測定構造の評価手段の第２実施形態を示す図である。本発明による投影露光装置の別の実施形態を示すマスク側の第１部分図である。図８に示した投影露光装置のマスク側の第１部分図を９０°だけ回転して示す別の部分図である。図８に示した投影露光装置の基板側の部分図である。基板平面の露光ストリップを示す上面図である。本発明による投影露光装置の別の実施形態を示す概略断面図である。本発明による投影露光装置の別の実施形態を示す概略断面図である。本発明による投影露光装置の別の実施形態を示す概略断面図である。本発明による投影露光装置の別の実施形態を示す概略断面図である。投影光学系のフレームに可動に支承された光学素子を備える本発明による投影光学系を示す部分図である。像ずれを補正するように構成された本発明による基板保持手段を示す図である。側方における像ずれを検出する測定信号をトリガするように構成した本発明による投影露光装置の別の実施形態を示す概略断面図である。

以下に説明する実施例では、機能的または構造的に相互に類似した素子には可能な限り同じまたは類似の符号を付す。したがって、特定の実施例の個々の素子の特徴に関しては、他の実施例の説明または本発明の全般的な説明を参照されたい。

図１は、いわゆる「スキャナー」として実施したＥＵＶ投影露光装置の形態の本発明による投影露光装置１０の第１実施形態を示す。図２は、個々の素子の機械的結合を説明するために図１に示した投影露光装置１０の個々の素子を概略的に示す。図２には個々の素子の間の機械的に堅固な中実体は二重実線１９によって示されている。相互に可動の個々の素子の支承部が両端に矢印を有する実線１７で示されている。投影露光装置１０は、いわゆる「レチクルステージ」とも呼ばれるマスクテーブル１２を備える。マスクテーブル１２は、反射性のマスクまたは反射マスクの形態のマスク１８を保持するためのマスク保持手段１４を備える。マスク保持手段１４は、図１に示したｘ／ｙ面で可動にマスクテーブル１２の基準フレーム１６に配置されているが、全体として６つの自由度で可動である。参照フレーム１６に対するマスク保持手段１４の可動な支承が図２にライン１７により示されている。

マスク１８は、フォトレジスト３２を被覆したウェーハの形態に基板３０に結像させるためのマスク構造２０を底面に有している。投影露光装置１０は、１３．５ｎｍの波長の極紫外線を生成するためのＥＵＶ照射源の形態の第１照射源２３を有する第１照明システム２２を備えている。さらに、第１照明システム２２は、反射素子の形態の照明光学系２４を有し、この照明光学系２４によって照明光線２５がマスク１８に向けられる。さらに投影露光装置１０は、マスク１８に対して垂直に配向された光軸２８を有する投影光学系２６を備えている。投影光学系２６は、一連の反射性光学素子２８を備えている。４つのこのような光学素子２８が例示的に図１に示されている。

さらに図１には、マスク構造２０の結像時に投影光学系２６を通過する電磁光線の光路２９が示されている。基板３０は、いわゆる「ウェーハステージ」の形態の基板テーブル３４に配置されている。基板テーブル３４は、基板３０を保持するための基板保持手段３６および基準フレーム３８の形態の基準素子を備え、基板保持手段３６は基準フレーム３８に対して可動に配置されている。

基板３０の露光時に、マスク保持手段１４および基板保持手段３６は、基板３０に視野を生成するために移動または「スキャン」される。移動は、概して視野の短い方向、すなわち、図１ではｙ方向に行う。さらに視野を露光する前に、視野における所定の距離だけｘ／ｙ面で基板３０をずらす。

さらに投影露光装置１０は、マスク構造２０の結像によって基板３０に生成されるマスク構造２０の像の側方位置を決定するための測定手段４０を備えている。測定手段４０は、測定構造４８および測定構造４８を露光するための第２照明システム４２を備えている。第２照明システム４２は第２照射源４４を備え、この第２照射源４４は、可視的な、または紫外線波長領域、例えば１９３ｎｍ、２４８ｎｍまたは３６５ｎｍの波長の電磁光線を放出する。さらに照明システム４２は照射源４４により生成された測定照明光線４７としての光線を２つの測定構造４８に向けるための透過性光学系の形態の照明光線４７としての光線４６を備えている。以下に説明するように、投影露光装置１０は、別の実施形態では単一の照射源のみを有しており、これにより、マスク構造２０および測定構造４８の双方を照明する。

図１に示す測定構造４８は、反射格子の形態で構成されており、それぞれマスク１８の対向する縁部領域の近傍に位置し、マスクテーブル１２の基準フレーム１６の形態の基準素子に定常配置されている。この定常配置は、図２に二重線１９で示されている。しがたって測定構造４８は、スキャン工程における視野の露光の間にマスク１８と共に移動しない。マスク構造４８は投影光学系２６に対して実質的に定置されており、投影光学系２６に対して基準フレームは免震手段に連結されている。それぞれ基板側に配置した検出器５２に測定構造４８を結像するために投影光学系２６を通過する光線のそれぞれの光路５０は、図１では部分的に破線によって示されている。検出器５２は、図２に二重線１９で示すように、基板３０の対向する２つの縁部領域の近傍に位置し、基板テーブル３４の基準フレーム３８に定常配置されている。したがって、検出器５２は、測定構造４８と同様にスキャン工程で視野の露光中に移動しない。検出器５２は投影光学系２６および測定構造４８に対して実質的に定置されているが、これらの素子と堅固に結合されていなくてもよい。基板テーブル３４の基準フレーム３８は、免震手段を介して投影光学系２６に連結されていてもよい。基準フレーム３８は、基板保持手段３６と共に投影光学系２６に対してゆっくりと移動してもよい。測定手段４０は、このような移動を補償する。図２に示すように、マスクテーブル１２の基準フレーム１６は、基板テーブル３４の基準フレーム３８に堅固に結合されている必要はない。また基準フレーム１６および基準フレーム３８は、いずれも必ずしも投影光学系２６に結合されていなくてもよい。図示の実施形態では、むしろ基準フレーム１６および３８は、互いに対して、および投影光学系２に対して移動してもよい。測定手段４０の機能はこれにより損なわれることはない。

両方の測定構造４８の第１測定構造の像を生成する電磁光線は、投影光学系２６を介して、第２測定構造４８の像を生成する電磁光線とは別の光路５０を通過する。第１測定構造４８の像は、第１の検出器５２の検出面５１で結像され、第２測定構造４８の像は第２の検出器５２の検出面５１で検出される。以下に詳細に説明するように、第１および第２の検出器５２によって、ｘ方向およびｙ方向の像の側方位置がそれぞれ決定される。

投影露光装置１０はさらに評価手段５４を有し、この評価手段５４は、検出器５２によって検出されたそれぞれの測定構造４８の像から、露光工程の間に検出器５２の検出面５１における測定構造４８の像の側方位置を検出する。図３に示すように、２つの検出器５２によって、基板３０の像視野５６の２つの縁部位置で生成されたそれぞれの測定構造４８の像における目標位置に対するそれぞれのｘ／ｙ変位５３を決定する。評価手段の演算ユニット５８によってこの変位５３の値を評価し、像位置および像回転によって規定される側方像位置６０を決定する。すなわち、演算ユニット５８は、光軸２７に対して垂直方向の像視野の移動と、光軸２７を中心とした像視野の回転の双方を決定する。

測定装置４０は全体としていわゆる「視線検出センサ」と呼ぶこともできる。評価手段５４の位置信号生成ユニット６２は、投影光学系の感度を考慮し、露光工程のスキャンの間に像視野５６の相違から位置信号６４を検出し、この位置信号６４を投影露光装置１０の素子に伝達する。図３には、位置信号６４を受信するこのような投影露光装置１０の素子のために例示的にスキャン手段６６が示されている。スキャン手段６６は、マスクテーブル１２および基板テーブル３４の動きを制御する。代替的または付加的に、図１に示すように、位置信号６４は投影光学系２６の反射光学素子２８の位置を変更するために使用することもできる。

位置信号６４は、検出器５２によって測定した基板３０における測定構造４８のそれぞれの側方における像位置、ひいてはマスク構造２０の側方における像位置を良好な近似で全露光工程の間に一定に保つ役割を果たす。基板３０の露光中に位置信号６４によってもたらされたマスクテーブル１２および／または基板テーブル３４の移動プロセスの変化または１つ以上の光学素子２８の位置変化は、投影光学系２６による結像に関して、検出器５２によって測定される視野５６における像位置にフィードバックをもたらす。

図１に示す投影露光装置の作動時に、基板３０へのマスク構造２０の結像および対応した検出器５２への測定構造４８の結像を同時に行う。すなわち、側方の像位置は、基板３０の露光中にリアルタイムで検出される。したがって補正は位置信号６４によって同様にリアルタイムで、すなわち、上述のマスク１８および基板３０のスキャンを行う視野の露光中に行う。

換言すれば、投影光学系２６によって生成された像視野の実際の位置に関する測定は、フォトレジスト３２の露光中に極めて高精度に著しく高い繰返し周波数で行われ、基板３０における対応した制御により安定的に保持される。図１に示す測定構造４８および検出器５２は、マスク平面および基板平面に対して共役の面に位置する。代替的に、これら２つの素子は互いに共役の他の斜面に配置することもできる。

図４および図５は、本発明による投影露光装置１０の別の実施形態におけるマスク側または基板側の部分を示す。これらの部分は、図１に示す投影露光装置１０とは、図４および図５に異なって示した後述の素子によってのみ異なる。図４に示す第２照明システム４２は、第２照射源４４の他に光ファイバー６８を備えており、この光ファイバー６８は真空遮断器７０を有する。可視領域またはほぼＵＶ領域の波長を有する照射源４４の光線は、光ファイバー６８によって真空チャンバに導入される。この真空チャンバには、マスク構造２０を結像するために使用するＥＵＶ光線のための全ての光路２９が配置される。

光ファイバー６８によって準備した光線は、照明光学系４６によって格子の形態の測定構造４８に向けられる。測定構造４８を通過した測定光線は、例えばプリズムまたはミラーの形態の光線偏向手段７１によって光路５０に偏向される。照明光学系４６、測定構造４８および光線偏向手段７１は、真空チャンバの内部に位置する。基板側における測定光線の検出は、図５の光路２９の右側に示した検出器５２ａまたは図５の光路２９の左側に示した検出器５２ｂによって行うことができる。

検出器５２ａでは、測定光線５０はプリズム７８によって検出器格子７４に向けられる。測定構造４８の格子構造の像と、以下に詳述する検出器格子７４との重なりは、顕微鏡レンズ８０および偏向ミラー８２によって、ＣＣＤカメラの形態の空間分解式２次元センサ７６ａに向けられる。図５で光路２９に対して左側に示した検出器５２ｂでは、測定光線５０は多層ミラーの形態のミラー７２によってセンサ７６ｂの検出面に配置した検出器格子７４を有するマルチ素子強度センサの形態の同様に空間分解式２次元センサ７６ｂに向けられる。

以下では測定格子４８とも呼ぶ測定構造４８の格子および検出器格子７４は、格子の相対移動がモアレ測定法によって１次元で測定可能となるように相互に調整されている。ｘ方向およびｙ方向の側方移動を測定するために、相互に直交して配置したそれぞれ２つの測定格子４８および検出器格子７４が設けられている。図６はモアレ測定法の第１実施形態を示している。この場合、測定格子４８の周期は、測定格子４８の空中画像８４が検出器格子７４の局所で検出器格子７４の周期とわずかに異なるように選択される。投影光学系２６によって縮小して結像された、物体格子と呼ぶこともできる測定格子４８は、基板側に周期Ｐ_Ｌを有する空中画像構造を生成する。基板平面と共役の平面には、上述の様々な実施形態において説明したように、画像格子とも呼ぶ検出器格子７４が位置し、この検出器格子７４の周期Ｐ_Ｄは、空中画像の周期とはわずかに異なる。空中画像８４と検出器格子７４との重なりは、図６に示すように周期Ｐ_Ｍを有するモアレパターン８６の空間的に周期的な強度変調をもたらす。空間画像-周期Ｐ_Ｌと検出器格子-周期Ｐ_Ｄとの間の関係

は、モアレ-周期Ｐ_Ｍが検出器格子-周期Ｐ_Ｄよりも増幅係数Ｓだけ大きくなることを確実にする。

２次元センサ７６ａまたは７６ｂは、検出器格子７４の後方における空間的な強度経過を測定する。強度経過Ｉ（ｘ）は、図６のモアレパターン８６の下方にグラフで示されている。空間画像８４の周期を解像する必要はない。モアレ周期を解像すれば十分である。モアレ強度の空間的経過、特にモアレパターン８６の強度最小値の空間的位置により、空間画像８４と検出器格子７４との間の移動を推定することができる。強度最小値の移動は空間画像８４の移動よりも係数Ｓだけ大きい。

したがって、空間画像の移動は、強度の空間的重心または他の基準、例えば結像された構造の最大勾配またはエッジ位置などを移動の測定に使用する直接結像センサによってよりも簡単に測定可能である。空間分解式２次元センサ７６ａまたは７６ｂによって決定したモアレパターンの強度経過から、モアレの位相位置が数値的に決定される。このために、様々なアルゴリズム、例えば、いわゆる「シフト法」、高速フーリエ変換法（ＦＦＴ）または位相差法などを用いることができる。これら全ての当業者に既知の評価法は、まず２次元センサ７６ａまたは７６ｂに対する位相位置のみを決定する。カメラ画像とセンサ７６ａおよび７６ｂとの間の実量器に特に注目されたい。このために、検出器格子７６に、センサ７６ａまたは７６ｂの関連システムに結合され、カメラ画像に表示されるマークを設けてもよい。これらのマークはモアレパターンと同時に評価され、常に実量器を形成する。

図７は、モアレ測定法によって、検出器格子７４に対して測定格子４８の相対移動を評価する別の実施形態を示す。この実施形態では、検出器格子７４は４つの部分格子８８を有しており、検出格子７４への結像時に部分格子８８の周期はそれぞれ測定格子４８と同じ周期を有している。隣接する部分格子８８は、検出格子７４への結像時に検出格子４８の周期の１／４だけ相互に周期をずらして配置されている。検出器格子７４は、５つ以上の部分格子８８を備えていてもよい。しかしながら、モアレ位相を再構成するためには４画素あれば十分なので、４つの部分格子８８があれば十分である。

図７に示すモアレ測定法を実施する場合には、図５に示すセンサ７６ａまたは７６ｂは個別のフォトダイオードまたはフォトダイオード列であってよい。強度に関連して、比較的面積の大きいセンサが好ましい。既に述べたように、検出器格子７４は４つの部分格子８８またはゾーンに分割されている。個々の部分格子８８はそれぞれ１／４周期だけそれぞれずらされている。それぞれの部分格子８８のゾーンでは総合的な強度が測定される。位相位置φにより、検出器格子７４に対して空間画像８４の移動ｘが生じる。

制御ループは、露光工程の間には実際の移動値ｘをできるだけ一定に保持することが望ましい。

図８および図９は、本発明による投影露光装置１０の別の実施例のマスク側の部分を示す。この投影露光装置１０は、マスク構造２０と測定構造４８とが１つのみの照射源、すなわちＥＵＶ光線を生成する第１照射源２３によって結像される点で図１に示した投影露光装置１０とは異なる。照明システム２２によって生成される照明光線２５は、反射マスクとして構成されたマスク１８に斜めに入射する。

マスク１８によって反射され、以下で投影光学系２６を通過する光線９５の伝搬方向は、照明光線２５の反対の伝搬方向に対して傾斜している。この傾斜は、例えば１２°であり、すなわち、照明光線２５は、マスク１８の表面垂線に対して６°だけ傾斜している。図８および図９に示す投影露光装置１０は、照明光線２５から測定光線９６を分岐させるための分岐手段８９を有している。分岐手段８９は、多層ミラーの形態の連結／分離手段９０、ならびに吸収器-格子構造の形態の測定構造４８に取り付けた測定ミラー９２を有している。連結／分離手段９０は、図示の実施例では、以下に説明するように連結機能および分離機能を果たすミラーとして構成されている。代替的には、連結／分離手段９０は、２つの別個のミラー、すなわち、連結機能のためのミラーおよび分離機能のためのミラーを有していてもよい。

図８は、照明光線２５の伝搬ベクトル２５ａと、これに対して傾斜した反射光線９５の伝搬ベクトル９５ａとによって形成された平面における平面図で分岐手段８９を示し、図９は、９０°だけマスク１８の平面垂線を中心として回動させた図で分岐手段８９を示す。図９では、反射光線９５は、反射光線の後方に位置する照明光線２５を覆っている。

連結／分離手段９０は、照明光線２５の部分光線９４が連結／分離手段９０から測定ミラー９２の測定構造４８に向けられるように照明光線２５の光路に配置されている。測定ミラー９２は、部分光線９４が、測定ミラー９２によって測定光線９６として連結／分離手段９０に反射して戻され、連結／分離手段９０によって、マスク１８によって反射された光線９５の光路に連結されるように配置されている。連結された測定光線９６は、反射された光線９５と同じ伝搬方向を有している。分岐手段８９は、連結／分離手段９０によって照明光線２５から分岐した部分光線９４が測定光線９６として反射光線９５の光路に入るまでの光路の長さは、連結／分離手段９０で分岐しなかった部分光線９３が測定光線９６として反射光線９５に入るまでの光路の長さに等しくなるように構成されている。

図９では、連結／分離手段９０は、ミラーによって測定構造４８に向けられた部分光線９４が、照明光線２５および照明光線２５に対して傾斜した反射光線９５が広がる平面、すなわち、図８の図平面に対して旋回されているように配置されている。図９に示すように、旋回は、上記平面に沿った投影図でミラー９２が反射された光線９５の光路の外部に配置されている程度の大きさである。

連結／分離手段９０は、照明光線２５、または通常は照射量を制御するために用いる反射光線９５の領域に配置されている。図１１は、反射された光線９５の横断面を示している。光線９５は、マスク構造２０を結像するために使用する領域１００および従来のシステムにおいて照射量を測定するために使用する領域１０２を有している。分岐手段８９は、側方の像位置を測定するために領域１０２を使用するように配置されている。図１に示す評価手段５４は、検出器５２によって検出された測定構造４８の像から照射強度を検出し、この検出された照射強度によって照射源２３によって供給される照射量を制御するように構成されている。すなわち、照射量制御の機能は、このために従来のシステム設けられた光線領域１０２によってさらに果たされる。結像のために使用される領域１００がさらに損なわれることはない。

図１０は、図８および図９に示した投影露光装置１０の基板側の部分を示す。この部分図は、測定光線９６の波長がＥＵＶ領域に位置するので、測定光線を分離するためにいずれの場合にもミラー７２を用いる点で図５に示した部分図とは本質的に異なる。検出格子７４は、例えばＳｉ−Ｓｉ_３Ｎ_４またはジルコニアからなるＥＵＶ透過性薄膜上に吸収構造を有する透過格子として構成することができる。検出器格子７４は、センサ７６ａに直接に書き込まれた吸収格子または量子コンバータ９８として構成してもよい。空間分解式２次元センサは、ＥＵＶ-ＣＣＤカメラ７６ａまたはシンチレータ-蛍光ガラスの形態の量子コンバータ９８と、これに続くマイクロ対物レンズ８０およびＣＣＤカメラ９９からなる装置７６ｃであってもよい。シンチレータまたは蛍光材料は、ＣＣＤカメラが接続したイメージガイドに配置してもよい。この場合、カメラは真空チャンバの外部に配置してもよい。検出器５２は、図６に示したモアレ測定法を実施するために画像を生成するように構成してもよいし、または図７に示したモアレ測定法を実施するために複数通路で構成してもよい。ＥＵＶフォトダイオードまたはダイオード列を使用し、センサ格子をリソグラフィにより直接にダイオードに書き込むことも可能である。代替的に、吸収格子を有する片持ち式の薄膜をフォトダイオードの前に配置することもできる。

図１２は、本発明による投影露光装置の別の実施形態１１０を示す。この実施形態は、測定格子４８が図１に示すようにマスク側ではなく基板側に配置されている点で図１の投影露光装置とは異なっている。検出器５２は、図１２に示す実施形態では、図１に示すように基板側ではなく、マスク側に配置されている。図１２に示した実施形態では、測定格子４８は、それぞれミラー１４９に配置されている。これにより、照明システム４２が基板テーブル３４の領域に配置されることを防止している。照明システム４２の代替的な実施形態では、第２照射源４４はＬＥＤとして構成されており、照明光学系４６は適宜なマイクロレンズを有している。したがって、照明システム４２は、符号１４９を付したフレームの内部の構成空間にスペースを得るために十分に小型化されている。この場合、測定構造４８は対応したミラーなしに透過構造として構成することができる。この照明システムの実施形態は、図１に示した投影露光装置で使用することもできる。

図１３は、本発明による投影露光装置の別の実施形態２１０を示す。この実施形態は、測定構造４８および検出器５２がいずれもマスク側に配置されている点で図１に示す投影露光装置とは異なっている。照明システム４２によって生成された光線は、ミラー２４９に配置した測定構造４８における反射後に、入射光路２５０ａの投影光学系２６を通過し、像平面２５５の下方に配置したキャッツアイ反射器２５７によって投影光学系２６に戻される。キャッツアイ反射器２５７は、入射波を反射し、これを実質的に自身に戻すように反射する。このために、キャッツアイ反射器２５７は、例えば球面状に構成されている。測定構造４８の視野点に共役の基板側の視野点は、球面中心の近傍に位置している。キャッツアイ反射器２５７は検出器５２と同じ精度に設定されており、基板テーブル３４の基準フレーム３８に定置に固定されている。

キャッツアイ反射器２５７によって反射した光線は投影光学系２６を通過し、入射方向の光路２５０ａとはわずかにだけ異なる射出方向の光路２５０ｂに再び入り、同様にミラー２４９に配置された検出器格子２７４で反射され、例えばＣＣＤカメラの形態の空間分解式２次元センサ７６ａによって検出される。キャッツアイ反射器２５７は、測定構造４８の像が検出器格子２７４に位置し、上述のモアレ測定法を使用することができるように調整される。図１３に示す実施形態は、マスク側で一般に基板側に比べて大きく寸法決めした構成空間を使用している。検出器格子２７４の線幅は、投影光学系２６の結像基準、一般に４または５だけ検出器５２の基板側の装置に比べて大きい。これにより、検出器格子２７４の作製が容易になる。

図１４は、本発明による投影露光装置の実施形態４１０を示す。この実施形態は、測定構造４８、および測定構造４８の像の側方位置を決定するための測定手段４０の検出器５２が基準フレーム１６および３８にそれぞれ取り付けられていない点で図１および図２に示した投影露光装置１０とは実質的に異なっている。その代わりに、投影露光装置４１０の測定構造４８および検出器５２は、投影光学系２６のハウジング４２６に取り付けられている。投影光学系２６は、投影対物レンズと呼んでもよい。図１に示した投影露光装置の場合のように測定構造４８および検出器５２が関連した基準フレーム１６および３８に堅固に取り付けられているのではなく、測定構造４８および検出器５２は関連した基準フレーム１６および３８に対して所定の位置にそれぞれ配置されている。

この所定の位置は、関連した基準フレーム１６および３８からの測定構造４８および検出器５２のそれぞれの距離をそれぞれ測定することにより得られる。このために、例えば干渉計の形態の距離センサ４５０ａおよび４５０ｂがそれぞれの基準フレーム１６および３８に配置されている。投影露光装置４１０の露光動作中に、測定構造４８および検出器５２の位置は距離センサ４５０ａおよび４５０ｂによって連続的に監視される。図１４に示す基準フレーム１６および３８は、例えば投影露光装置４１０のフレームの形態の共通の基準構造４１７に取り付けられている。代替的に、距離センサ４５０ａおよび４５０ｂは、単一の基準素子４１６、例えば投影露光装置４１０のフレームまたは他の素子に配置してもよい。

さらに距離センサ４５０ａおよび４５０ｂを２つの基準素子に配置することもでき、これらの基準素子を他の幾つかの基準素子に接続し、基準素子相互の相対位置および配向はセンサを用いて監視される。一実施形態によれば、基準構造、例えば基準フレーム１６および３８、共通の基準構造４１７または単一の基準素子４１６の熱膨張または他の変動を監視するセンサが設けられている。

代替的な実施形態では、図１４に破線で示すように１つのみの距離センサ４５０が、測定構造４８および検出器５２の所定位置を測定するために設けられている。距離センサ４５０は、単一の基準素子４１６または代替的に基準フレーム１６および３８に取り付けてもよい。距離センサ４５０は、投影光学系２６のハウジング４２６までの距離を測定する。この距離から、それぞれの基準素子に対する測定構造４８および検出器５２の位置を決定することができる。

露光プロセスで検出された検出器５２における測定構造４８の像の側方位置は、評価手段５４によって測定構造４８および検出器５２の決定位置を用いて基準フレーム１６および３８それぞれの位置または基準素子４１６の位置に対してそれぞれ参照される。検出された側方位置の参照により、投影露光装置４１０の像の不安定性が検出され、以下にさらに明示するように、これを正確に補正することが可能となる。

図１４に示す投影露光装置は、ステップ・アンド・スキャンシステムとして構成されている。基板３０に１つの視野を露光するプロセスにおけるマスクステージとも呼ばれるマスク保持手段１４のスキャン方向４１２が矢印で示されている。図１４の座標系では、スキャン方向４１２はｘ座標軸に沿っている。ウェーハステージとも呼ばれる基板保持手段３６は、スキャンプロセス中に、矢印４１４によって示す反対方向に同時にスキャンされる。これにより、ステージは相互に移動され、マスク保持手段１４における検査点（ｘ_Ｍ，ｙ_Ｍ）および基板保持手段３６の検査点（ｘ_Ｗ，ｙ_Ｗ）は互いに次の座標関係：
ｘ_Ｗ＝β・ｘ_Ｍ＋Δｘ_Ｗおよびｙ_Ｗ＝β・ｙ_Ｍ＋Δｙ_Ｗ（４）
を有し、この場合、βは投影光学系２６の光学倍率である。Δｘ_ＷおよびΔｙ_Ｗは、スキャンプロセス中の目標位置からの基板保持手段３６の位置のずれを記述しており、これをステージ位置決めエラーとも呼ぶ。これらのステージ位置決めエラーは、系統的なものであってもランダムなものであってもよい。系統的なステージ位置決めエラーは、基板３０にプリントされた構造の歪みをもたらす。ランダムなステージ位置決めエラーは、プリントされた構造の不鮮明化、ひいては臨界寸法（ＣＤ）とも呼ばれるプリントされた構造の広幅化およびコントラストの低下をもたらす。

さらに図１４は、マスク保持手段１４に配置したマスク１８における物点（ｘ_Ｏ，ｙ_Ｏ）および投影光学系２６の像平面における対応した像点（ｘ_Ｉ，ｙ_Ｉ）を示す。露光プロセスにおける物点（ｘ_Ｏ，ｙ_Ｏ）と像点（ｘ_Ｉ，ｙ_Ｉ）との間の相互の座標関係は次の式：
ｘ_Ｉ＝β・ｘ_Ｏ＋Δｘ_Ｉおよびｙ_Ｉ＝β・ｙ_Ｏ＋Δｙ_Ｉ（５）
で表され、この場合、Δｘ_ＩおよびΔｙ_Ｉは図１４に示した目標位置からの像点の実際位置とのずれを記述している。換言すれば、Δｘ_ＩおよびΔｙ_Ｉは、物点および像点間の目標とする関係からのずれを記述している。これらのずれは、投影光学系２６の像特性における不安定性により生じる。Δｘ_ＩおよびΔｙ_Ｉは、いわゆる「視線センサ」の形態の測定手段４０によって測定された検出器５２における目標位置からの測定構造４８の像の側方位置のずれに対応する。

ずれΔｘ_ＳおよびΔｙ_Ｓは、基板３０、すなわち、基板３０の座標系における目標位置からのマスク構造２０またはプリントされた構造の像位置のずれを規定する。像点のずれΔｘ_ＩおよびΔｙ_Ｉおよび基板保持手段３６の位置ずれΔｘ_ＷおよびΔｙ_Ｗは、プリントされた構造のずれΔｘ_ＳおよびΔｙ_Ｓに次の式：
Δｙ_Ｓ＝ｘ_Ｉ−ｘ_Ｗ＝Δｘ_Ｉ−Δｘ_Ｗおよび Δｙ_Ｓ＝ｙ_Ｉ-ｙ_Ｗ＝Δｙ_ｉ-Δｙ_Ｗ（６）
で表すような一因となり、
この場合、ｘ_Ｍ＝ｘ_Ｏおよびｙ_Ｍ＝ｙ_Ｏが成り立つ。

像点（ｘ_Ｉ，ｙ_Ｉ）および基板検査点（ｘ_Ｗ，ｙ_Ｗ）の位置の統計的に無関係の変数は、２次的に加算され、プリントされた像の臨界寸法（ＣＤ）を拡大する。臨界寸法を最適化するためには、両方の位置決めずれを調整する必要がある。これは、図１４に示す発明による実施形態で図１に符号４０で示したタイプの視線センサとステージセンサ４１８および４２０とを組み合わせることによって達成される。

干渉計の形態のステージセンサ４１８および４２０は、露光プロセス中のステージ移動、すなわち、マスク保持手段４および基板保持手段３６の移動を監視する。特にマスクステージセンサ４１８は基準フレーム１６に取り付けられており、基準フレーム１６と、マスク保持手段１４の基準面４２２との間の正確な距離を測定する。基板ステージセンサ４２０は基準フレーム３８に取り付けられ、基準フレーム３８と基板保持手段３６の基準面４２３との間の正確な距離をスキャン動作中に連続的に測定する。したがって、ステージセンサ４１８および４２０により、目標とする動きからのマスク保持手段１４および基板保持手段３６の動きの側方変化を監視することが可能となる。

測定手段４０の形態の視線センサが測定手段４０のマスク側部分４４０ａおよび基板側部分４４０ｂによって図１４に概略的に示されており、上述のように、測定構造４８および検出器５２は投影光学系２６とも呼ぶ投影対物レンズに取り付けられている。

方程式（４）〜（６）を参照して、測定結果として視線センサは（Δｘ_Ｉ，Δｙ_Ｉ）をもたたらし、ステージセンサ４１８および４２０は（Δｘ_Ｗ，Δｙ_Ｗ）をもたらす。これにより、図１に示した評価手段５４によって方程式（６）を用いて露光プロセス中に基板３０における目標位置からの像位置のずれ（Δｘ_Ｓ，Δｙ_Ｓ）を連続的に計算する。これにより、評価手段５４は、距離センサ４５０ａおよび４５０ｂまたは距離センサ４５０によって測定されたそれぞれ基準フレーム１６および３８または基準素子４１６に対する測定構造４８および検出器５２の移動を構成に応じて考慮する。このようにして、視線センサによってもたらされた測定結果（Δｘ_Ｉ，Δｙ_Ｉ）およびステージセンサ４１８および４２０によってもたらされた測定結果（Δｘ_Ｗ，Δｙ_Ｗ）が相互に参照され、これにより、ずれ（Δｘ_Ｓ，Δｙ_Ｓ）を高精度で計算することが可能となる。

図１５に示した投影露光装置の実施形態５１０は、センサ４１８および４５０ａの機能が単一のマスクステージ・センサモジュール５１８で組み合わされており、センサ４２０および４５０ｂの機能が単一の基板ステージ・センサモジュール５２０で組み合わされている点で図１４に示す実施形態４１０とは異なっている。センサモジュール５１８および５２０は、例えばそれぞれ２つの干渉計を備えており、一方の干渉計は、マスク保持手段１４および基板保持手段３６までの距離を測定し、他方の干渉計は、測定構造４８および検出器５２までの距離をそれぞれ測定する。

図１５に示した実施形態では、測定構造４８は、図１に示した測定光線４７を投影光学系２６の光路に供給するための供給手段５１１の一部である。光線４７は光ファイバー５１２によって供給され、光ファイバー５１２は供給手段５１１の連結素子５１３に接続されている。供給手段５１１は、さらに光線４７を投影光学系２６に偏向するための偏向プリズム５１４を備えている。供給手段５１１は、投影光学系２６のハウジング４２６の上部に堅固に取り付けられており、検出器５２は、別の偏向プリズム５１４と共にハウジング４２６の底部に堅固に取り付けられている。測定構造４８および検出器５２はハウジング４２６に堅固に取り付けられているので、センサモジュール５１８および５２０も同様に投影光学系２６のハウジング４２６の上部および底部までの距離を測定するように構成することもできる。

本発明による別の実施形態では、センサモジュール５１８は、マスク保持手段１４と投影光学系２６のハウジング４２６の上部との間の相対位置を直接に測定するための光学位置エンコーダとして構成されている。このような光学位置エンコーダの実施形態は、２つの格子を備え、一方の格子はマスク保持手段１４に配置されており、他方の格子は投影光学系２６のハウジングに配置されている。照射源は測定光線を生成し、測定光線は、２つの格子を通過し、次いで幾つかの光検出器によって検出される。光検出器が受信した信号から、２つの格子相互の相対位置が決定される。エンコーダは、干渉計位置測定法に基づいている。センサモジュール５２０は、対応して基板保持手段１６と投影光学系２６のハウジング４２６の底部との間の相対位置を直接に測定するための光学エンコーダの形態で構成してもよい。

露光プロセス中に評価手段５４によって計算した基板３０における目標位置からの像位置のずれ情報（Δｘ_Ｓ，Δｙ_Ｓ）は、投影露光装置の動作をリアルタイムで操作し、ずれを即座に補正するために用いられる。この操作の実施形態では、図３について上述したように、投影光学系２６の１つの反射光学素子２８の位置が変更される。

図１６は、本発明による一実施形態で光学素子２８の位置を操作するための作動モジュールを含む投影光学系２６の一部を示している。ここでは、アクチュエータとも呼ぶ少なくとも２つの位置決め手段光学素子２８によって対向質量体６１６に対して移動および傾動させることができる。対向質量体６１６は、ばね素子６１４によって投影光学系２６の保持フレーム６１２に結合されている。対向質量体６１６およびばね素子６１４は、作動中に位置決め手段６１８の素早い操作による反力の結果として保持フレーム６１２の不都合な振動を防止するように特別に構成されている。このようにして、移動させるべき光学素子２８の位置の素早い操作が、投影光学系２６の他の光学素子２８の位置安定性にネガティブな作用を及ぼすことなしに可能である。

図１７を参照して投影露光装置の動作を操作する別の可能性を説明する。図１７には基板保持手段３６の実施形態が示されている。この基板保持手段３６は基板３０を保持するためのベース部７１２および調整部７１４を有している。調整部７１４は、基板３０に平行な平面でベース部７１２に対して移動できるように旋回部７１６によってベース部７１２に取り付けられている。この移動は、基板３０における測定した像ずれ（Δｘ_Ｓ，Δｙ_Ｓ）を即座に補正するために、露光プロセス中にアクチュエータによって行われる。代替的な解決方法では、マスク保持手段１４および／または全般的な基板保持手段３６は、基板３０における像ずれ（Δｘ_Ｓ，Δｙ_Ｓ）を補正するように対応して制御される。

図１８を参照して投影露光装置の動作を操作する別の可能性を説明する。図１７には基板保持手段３６の別の実施形態が示されている。この図は、上述のいずれかのタイプの投影露光装置８１０を示している。投影露光装置８１０は、露光光線２５を生成するためのパルス照射源８２２を備え、露光光線２５は照明光学系８２４によってマスク１８に向けられる。評価手段５４は、図１８にΔｘ_Ｓのために例示的に示すように、Δｘ_ＳおよびΔｙ_Ｓの時間解析信号をトリガ手段８２５に供給する。トリガ手段８２５は、基板３０に０おける像ずれ（Δｘ_Ｓ，Δｙ_Ｓ）が所定の許容差８２８内にある時点で光線のパルスが放出されるように照射源８２２を制御する。

１０投影露光装置
１２マスクテーブル
１４マスク保持手段
１６基準フレーム
１７可動支承部
１８マスク
１９機械的に堅固な実量器
２０マスク構造
２３第１照射源
２４照明光学系
２５照明光線
２５ａ照明光線の伝搬ベクトル
２６投影光学系
２７光軸
２８反射性光学素子
３０基板
３２フォトレジスト
３４基板テーブル
３６基板保持手段
３８基準フレーム
４０測定手段
４２第２照明システム
４４第２照射源
４６照明光学系
４７測定照明光線
４８測定構造
５０測定構造の光路
５１検出面
５２，５２ａ，５２ｂ検出器
５３ｘ／ｙ移動
５６像視野
５８演算ユニット
６０側方の像位置
６２位置信号生成ユニット
６４位置信号
６６光ファイバー
７０真空遮断器
７１光線偏向手段
７２ミラー
７４検出器格子
７６ａ空間分解式２次元センサ
７６ｂ空間分解式２次元センサ
７６ｃ空間分解式２次元センサ
７８プリズム
８０顕微鏡レンズ
８２偏向ミラー
８４測定格子の空中画像
８６モアレパターン
８８部分格子
８９分岐手段
９０連結／分離手段
９２測定ミラー
９３分岐していない部分光線
９４分岐した部分光線
９５反射された光線
９５ａ反射された光線の伝搬ベクトル
９６測定光線
９８量子コンバータ
９９ＣＣＤカメラ
１００結像に使用される領域
１０２照射量測定に使用される領域
１１０投影露光装置
１４９ミラー
２１０投影露光装置
２４９ミラー
２５０ａ測定構造の入射光路
２４９ｂ測定構造の射出光路
２５５像平面
２５７キャッツアイ反射器
２７４検出器格子
４１０投影露光装置
４１２マスクのスキャン方向
４１４基板のスキャン方向
４１６基準素子
４１７共通の基準構造
４１８マスクステージセンサ
４２０基板ステージセンサ
４２２，４２３基準面
４２５露光光線
４２６ハウジング
４４０ａ測定装置のマスク側部分
４４０ｂ測定装置の基板側部分
４５０，４５０ａ，４５０ｂ距離センサ
５１１供給手段
５１２光ファイバー
５１３連結素子
５１４偏向プリズム
５１８マスクステージセンサ
５２０基板ステージセンサ
６１２保持フレーム
６１４ばね素子
６１６対向質量体
６１８位置決め手段
７１２ベース部
７１４調整部
７１６旋回部
８１０投影露光装置
８２２パルス照射源
８２４照明光学系
８２５トリガ手段
８２６トリガ張る酢
８２８許容差

Claims

マスク構造を配置したマスクを保持するためのマスク保持手段と、
基板を保持するための基板保持手段と、
露光プロセス中に前記基板に前記マスク構造を結像するための投影光学系と、
投影露光装置の測定構造に関連した基準素子に対して前記マスク保持手段の位置から機械的に分離された所定位置に配置した測定構造と、
前記投影光学系による結像によって生成された前記測定構造の像を検出するように構成された検出器と、
露光プロセス中に前記検出器の領域で前記測定構造の像の側方位置を検出するように構成された評価装置と、を備え、
前記投影光学系は、前記投影露光装置の作動時に前記基板への前記マスク構造の結像および前記測定構造の結像が前記投影光学系によって同時に行われるように構成されており、且つ、
前記検出器は該検出器に関連した基準素子に対して所定位置に配置されており、前記測定構造に関連した基準素子及び前記検出器に関連した基準素子は、互いに対して移動するように構成されていることを特徴とする投影露光装置。
請求項１に記載の投影露光装置において、
前記マスク保持手段が、投影露光装置の前記測定構造に関連した基準素子に対して可動に支承されている投影露光装置。
請求項１又は２に記載の投影露光装置において、
前記基板保持手段が、前記検出器に関連した基準素子に対して可動に支承されている投影露光装置。
請求項１から３までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記測定構造および／または前記検出器が、関連した基準素子に堅固に固定されている投影露光装置。
請求項１から３までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
関連基準素子からの距離を測定することによって前記測定構造および／または前記検出器のそれぞれの所定位置を検出するように構成された距離センサをさらに備えている投影露光装置。
請求項１から５までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記測定構造および／または前記検出器が、それぞれの所定位置で投影対物レンズに取り付けられており、前記距離センサが、前記投影光学系と少なくとも１つの基準素子との間の距離を測定するように構成されている投影露光装置。
請求項５に記載の投影露光装置において、
前記測定構造および／または前記検出器が、それぞれの所定位置で前記投影光学系に取り付けられており、前記距離センサが２つのセンサモジュールを備え、第１のセンサモジュールが前記測定構造と該測定構造に関連した基準素子との間の距離を測定するように構成されており、第２のセンサモジュールが前記検出器と検出器に関連した基準素子との間の距離を測定するように構成されている投影露光装置。
請求項１から７までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記マスク保持手段と前記測定構造に関連した基準素子との間の距離ならびに基板保持手段と前記検出器に関連した基準素子との間の距離を監視するように構成されたステージセンサをさらに備え、前記評価装置が、検出された測定構造の像の側方位置およびステージセンサによって検出された距離を評価し、そこから、露光プロセス中の目標位置からの基板におけるそれぞれのマスク構造の像位置のずれを検出するように構成されている投影露光装置。
請求項１から８までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記評価装置が、前記検出器の領域で露光プロセス中にリアルタイムで前記測定構造の像の側方位置を検出するように構成されている投影露光装置。
請求項９に記載の投影露光装置において、
該投影露光装置の動作をリアルタイムで操作し、前記投影露光装置の側方における結像不安定性を補正する制御手段をさらに備えている投影露光装置。
請求項１から１０までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記評価装置が、検出された前記測定構造の像の側方位置を用いて露光プロセス中に前記投影露光装置の側方における結像安定性を検出するように構成されており、前記投影露光装置が、前記評価装置によって検出された前記投影露光装置の側方における結像不安定性が補正されるように露光プロセス中に前記投影露光装置の動作を操作するように構成された制御装置を備える投影露光装置。
請求項１から１１までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記投影光学系が、該投影光学系の前記光学素子の位置を変更するように構成された位置決め手段を備えている投影露光装置。
請求項１１または１２に記載の投影露光装置において、
前記制御装置が、前記マスク保持手段の位置および／または前記基板保持手段の位置を露光プロセス中に変更し、これにより、側方における結像の不安定性を補正するように構成されている投影露光装置。
請求項１１から１３までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記基板保持手段が、ベース部と、前記基板を保持するように構成された調整部と、側方における結像の不安定性を補正するために露光プロセス中にベース部に対して調整部を移動するように構成されたアクチュエータとを備えている投影露光装置。
請求項１１から１４までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記基板にマスク構造を結像するための照明光線を供給するパルス光線源をさらに備え、前記制御装置が、側方における結像安定性に基づいて前記評価装置によって設定された時間にわたって光線源をトリガし、前記マスク構造の像の側方位置が目標位置に対して規定された許容差の範囲内に位置する時点で光線パルスが生成されるように構成されている投影露光装置。
請求項１から１５までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記評価装置が、リアルタイムで検出した前記検出器の領域における測定構造の像の側方位置から、露光プロセスで経時的に生じた前記像の側方位置の変化を特定し、さらに前記投影露光装置が、該投影露光装置の少なくとも１つの素子、前記マスク保持手段、前記基板保持手段および／または前記投影光学系の前記光学素子の位置を変更し、前記検出器における前記測定構造の像の側方位置を補正するように構成された位置決め手段を備えている投影露光装置。
請求項１から１６までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記評価装置が、前記検出器によって検出された前記測定構造の像から、前記基板に生成された前記マスク構造の像の側方位置を検出するように構成されている投影露光装置。
請求項１から１７までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記投影光学系に対して、前記測定構造がマスク側に配置されており、前記検出器が基板側に配置されている投影露光装置。
請求項１から１８までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記マスク保持手段がマスクテーブルの一部を形成し、前記基準素子が前記マスクテーブルの基準フレームである投影露光装置。
請求項１から１９までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記基板保持手段が検出器に対して可動に支承されている投影露光装置。
請求項１から１７までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記投影光学系に対して、前記測定構造が基板側に配置されており、前記検出器がマスク側に配置されている投影露光装置。
請求項２１に記載の投影露光装置において、
前記基板保持手段が基板テーブルの一部を形成し、前記測定構造に関係した基準素子が前記基板テーブルの基準フレームである投影露光装置。
請求項１から２２までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記測定構造および前記検出器がいずれも前記投影光学系の一方側に配置されており、反射素子が前記投影光学系の他方側に配置されており、これにより、前記測定構造によって生成された光線が前記投影光学系を１回目に通過した後に前記反射素子によって前記投影光学系に反射して戻され、前記投影光学系を２回目に通過した後に前記検出器に入射する投影露光装置。
請求項１から２３までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
少なくとも１つの第２検出器をさらに備え、これにより、前記投影光学系による結像によって前記第２検出器に生成された第２測定構造の像を検出し、前記投影露光装置が、前記第２測定構造の像を生成する電磁光線が第１測定構造の像を生成する電磁光線とは異なる光路で投影光学系を通過するように構成されている投影露光装置。
請求項１から２４までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記測定構造がそれぞれ少なくとも２つの交互に配置した第１および第２構造素子を有し、前記検出器への結像時に前記第１構造素子が前記第２構造素子よりも高い光強度をもたらす投影露光装置。
請求項１から２５までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記検出器が、空間分解式の２次元センサおよび該２次元センサの前に配置した検出構造を有し、前記検出器が、前記投影光学系による結像によって検出器に生成された像を検出するように設定されており、測定構造の像と検出器構造とを重ねることによって生成されたパターンを検出する投影露光装置。
請求項１から２６までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
該投影露光装置が、照明光線によって前記マスクを照明するための光線源をさらに備え、前記マスクおよび前記測定構造の双方が同じ照明光線によって照明される投影露光装置。
請求項１から２６までのいずれか一項に記載の投影露光装置において、
該投影露光装置が、ＥＵＶ波長領域の第１波長の照明光線によって前記マスクを照明するための第１光線源と、第２波長の照明光線によって前記測定構造を照明するための第２光線源とを備え、前記第２波長が、１２０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲である投影露光装置。
マスク構造を配置したマスクを保持するためのマスク保持手段と、
基板を保持するための基板保持手段と、
露光プロセス中に前記基板に前記マスク構造を結像するための投影光学系と、
像の側方位置を決定するための測定手段とを備え、
前記測定手段は、
投影露光装置の基準素子に対して前記マスク保持手段の位置から機械的に分離された所定位置に配置した測定構造と、
前記投影露光装置の作動時に前記基板への前記マスク構造の結像および前記測定構造の結像が前記投影光学系によって同時に行われるように構成された前記投影光学系による結像によって生成された前記測定構造の像を検出するように構成された検出器と、
露光プロセス中に前記検出器の領域で前記測定構造の像の側方位置を検出するように構成された評価装置と、を有し、
前記投影光学系は更に、前記測定構造及び前記基準素子の間の距離を測定することによって前記測定構造の所定位置を検出するように構成された距離センサを持ち、
前記評価装置は更に、前記測定手段により決定された前記側方位置を、前記距離センサにより検出された前記所定位置を用いて、前記基準素子の位置に対して参照させる、ことを特徴とする投影露光装置。
マイクロリソグラフィ用の投影露光装置の側方における結像の安定性を監視する方法において、
前記投影露光装置の測定構造に関連した基準素子に対して、前記マスク保持手段の位置とは機械的に分離した所定位置に測定構造を配置し、マスク保持手段によってマスク構造を配置したマスクを保持するステップと、
露光プロセスで基板にマスク構造を結像し、検出器の領域に測定構造を結像し、マスク構造の結像と測定構造の結像をそれぞれ投影露光装置の投影光学系によって同時に行うステップであって、前記検出器は該検出器に関連した基準素子に対して所定位置に配置されており、前記測定構造に関連した基準素子及び前記検出器に関連した基準素子は、互いに対して移動するように構成されていることを特徴とする、ステップと、
検出器によって測定構造の像を検出するステップと、
露光中に検出器の領域で測定構造の像の側方位置を検出するステップと
を含むことを特徴とする方法。
請求項３０に記載の方法において、
前記検出器に生成された前記測定構造の像の側方位置を照明プロセス中にリアルタイムで検出する方法。
請求項３０又は３１に記載の方法において、
前記投影光学系によって第２検出器に第２測定構造の像を生成し、第２の像を生成する電磁光線を、第１の像を生成する電磁光線とは別の光路で投影光学系を通過させる方法。
請求項３２に記載の方法において、
検出された検出器における前記測定構造の像の側方位置を使用して前記投影露光装置の少なくとも１つの素子の位置を変更し、これにより、前記検出器における像の側方位置をリアルタイムで補正し、前記検出器における前記測定構造の像の側方位置を露光中に安定的に保持する方法。
請求項３０から３３までのいずれか一項に記載の方法において、
前記検出器に生成された前記測定構造の像の側方位置を検出する場合に、モアレ測定法を用いて測定構造の像と検出器との間の相対移動を検出する方法。
請求項３０から３４までのいずれか一項に記載の方法において、
マスク保持手段とマスクテーブル-基準フレームの形態の前記測定構造に関連した基準素子と測定構造とを備えるマスクテーブル、投影光学系、および基板保持手段と基板テーブル-基準フレームと検出器とを備える基板テーブルを、露光中に機械的に自由に相互に移動させ、検出された検出器における測定構造の像の側方位置から位置決め手段のための制御信号を検出し、位置決め手段により露光プロセス中に制御信号に基づき投影露光装置の少なくとも１つの素子の位置を変更し、これにより、検出器における測定構造の像の側方位置への作用に関してマスクテーブル、投影光学系および基板テーブルの間の移動を補償する方法。
マイクロリソグラフィ用の投影露光装置の側方における結像の安定性を監視する方法において、
前記投影露光装置の基準素子に対して、前記マスク保持手段の位置とは機械的に分離した所定位置に測定構造を配置し、マスク保持手段によってマスク構造を配置したマスクを保持するステップと、
露光プロセスで基板にマスク構造を結像し、検出器の領域に測定構造を結像し、マスク構造の結像と測定構造の結像をそれぞれ投影露光装置の投影光学系によって同時に行うステップと、
検出器によって測定構造の像を検出するステップと、
前記測定構造及び前記基準素子の間の距離を測定することによって前記測定構造の所定位置を検出するステップと、
露光中に、前記検出器によって検出された像から前記検出器の領域での前記測定構造の像の側方位置を検出し、さらに、検出された前記側方位置を、前記測定構造及び前記基準素子の間の前記距離を測定することにより得られた前記所定位置を用いて、前記基準素子の位置に対して参照させる、ステップと
を含むことを特徴とする方法。