JPH0482175B2 - - Google Patents

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JPH0482175B2
JPH0482175B2 JP62122672A JP12267287A JPH0482175B2 JP H0482175 B2 JPH0482175 B2 JP H0482175B2 JP 62122672 A JP62122672 A JP 62122672A JP 12267287 A JP12267287 A JP 12267287A JP H0482175 B2 JPH0482175 B2 JP H0482175B2
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grating
magnification error
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sub
radiation
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Bofuisu Hieisuherutasu
Herumanusu Maria Atsukerumansu Antoniusu
Sharuresu Rudorufu Marii Fuan De Ruuie Fuido
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication of JPH0482175B2 publication Critical patent/JPH0482175B2/ja
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    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7065—Production of alignment light, e.g. light source, control of coherence, polarization, pulse length, wavelength
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591—Testing optical components
    • G03F7/706—Aberration measurement
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    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • G03F9/7026—Focusing
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、物体面と像面とを互いに共役にする
主レンズ系を具える光学式結像装置の倍率誤差検
出装置であつて、前記主レンズ系が一方の側にお
いてテレセントリツクな倍率誤差検出装置に関す
るもきである。
一般に、上記装置は極めて微細な物体を寸法誤
差が生ずることなく結像するための結像装置に用
いることができ、特に基板にマスクパターンを繰
返し結像する装置に用いるのが好適であり、この
結像装置は集積回路やICを製造するのに用いら
れている。
上記装置は文献において“ウエハ ステツパ
（Wafer stepper）”としてしばしば称されており
“フイリツプ テクニカル レビユー”41、1983
年、No.９、第268頁〜第278頁に記載の論文“オプ
テイカル アスペクツ オブ ザ シリコン リ
ピータ（Optical aspects of the Silicon
Rereater）”において説明されている。この文献
はマスクパターン、例えば集積回路のマスクパタ
ーンを同一基板上に繰返し縮小して結像する装置
について説明しており、このマスクパターン及び
基板は２回の順次の露光の間で基板面及びマスク
面に並行な互いに直交する２方向で互いに移動さ
れる。
集積回路は拡散技術及びマスキング技術に基づ
いて製造される。このプロセスにおいて異なるマ
スクパターンを有する多数のマスクを半導体基板
上の同一の位置に結像する。同一の位置で連続的
に結像する間に基板は所望の物理的及び化学的変
化を受けることになる。このため、第１マスクパ
ターンを露光した後、基板は露光装置から取りは
ずされ、次に所望の処理工程を基板に施した後こ
の基板を同一の位置に戻して第２マスク等で露光
する必要がある。この工程の間で第２マスクパタ
ーン及び順次のマスクパターンの像を基板に対し
て高精度に位置決めする必要がある。
拡散及びマスキング技術は数μｍ程度の寸法の
細部を有する他の構造体を製造する場合にも用い
ることができる。これら構造体の例として光集積
装置や磁気ドメンメモリの導体及び検出パターン
の構造体がある。
基板の単位領域当りの電子部品の量やこれら電
子部品の寸法が微細である観点より、集積回路の
製造精度に対して厳格な要件が課せられている。
従つて、マスクパターンを基板上に結像する場合
極めて高品質な投影レンズを用いることが必要と
なる。上記論文で説明されている既知の装置で
は、両側がテレセントリツクな投影レンズ系、す
なわち、物体側すなわちマスク側及び像空間側す
なわち基板側た共にテレセントリツクな投影レン
ズ系が用いられている。瞳面、すなわち入射瞳又
は出射瞳が無限遠に位置する場合レンズ系は特定
の側においてテレセントリツクになる。すなわ
ち、瞳側の瞳の前方に位置するレンズ素子によつ
て形成した実際の瞳の像は無限遠に位置すること
になる。レンズ系のテレセントリツクな空間にお
いてビームの主光線、すなわち瞳中心を通過する
光線は物体面又はこの空間側に対応する像面に対
して常に垂直に入射する。既知の装置は物体側及
び像空間が共にテレセントリツクなレンズ系を有
し、理想的な場合その物体面がマスクパターン面
と一致すると共に像面が基板面と一致しているの
で、この既知の装置ではマスクパターンの光軸方
向の変位又は投影レンズ系に対する基板の変位に
よつて倍率誤差が生じてしまう。
“フイリツプス テクニカル レビユー”41、
No.９、第268頁〜279頁に記載されている前記文献
に説明されているマスクパターンを繰返し結像す
る装置は、特有な画像の大きさ及び極微細な細部
や1μｍ又はそれ以上の線幅を有する画像情報を
繰返し結像するのに好適なものとなるように改善
されている。しかしながら、より多くの電子的機
能を具える集積回路に対する要求が一層増大して
いる。この集積回路はより大きな表面領域を有す
るだけでなく、その中に形成されている部品の寸
法が一層小さくされている。従つて、画像の大き
さが一層大きくしかも細部又は線幅が1μｍ以下
の画像を繰返し結像することができる装置の必要
性が高まつている。このような装置に用いる投影
レンズ系は、高解像度を有すると共に像空間が比
較的大きく、例えば23mm程度の径の像空間となる
ものでなければならない。近年実用化されている
このような投影レンズ系は像空間側だけがテレセ
ントリツクにされている。
上記投影レンズ系を用いる場合、従来あまり重
要でなかつた問題点が重要視される場合がある。
この問題点は、レンズ系の性能が周囲の因子に依
存することである。すなわち、周囲因子、特にレ
ンズ系中の大気圧や相対屈折率が変化すると、レ
ンズ系の倍率が相当量に亘つて変化するおそれが
ある。このため、倍率誤差を検出して補正する必
要性が高まつている。
投影レンズ系自身の偏移によつて生ずる倍率誤
差に加えて、マスクパターンを基板上に結像する
間に倍率誤差と同様な作用がある寸法誤差が生ず
るおそれもある。この寸法誤差は、温度変化及び
マスク変形によつて生ずるマスクパターンの寸法
変化及び投影レンズ系の支持部材や、露光装置中
のマスクの熱膨脹に帰因する。更に、既知の装置
においても生じていた基板の寸法変化がマスクパ
ターン画像の品質に実質的な影響を及ぼしてい
る。
周囲条件の影響による倍率変化の問題点は、規
則的に配列されたパターンを高精度に結像させる
他の光学装置にも生ずるおそれがある。
通常露光装置としても称せられているマスクパ
ターンを基板上に繰返し結像する型式の装置は集
積回路の製造設備に設置される。例えば基板の
種々の処理工程に必要な露光を異なる装置で行な
う場合がある。基板の個々の露光を同一の露光装
置によつて行なうことが原則になつている場合、
最初の装置を保守する場合や使用不能のときには
別の装置で露光する必要がある。同一基板につい
て多数の露光装置を用いる場合使用する露光装置
の結像寸法を互いに等しくする必要がある。
同一基板について同一の露光装置による最初の
露光と順次の露光との間で相対な時間が経過し、
この順次の露光操作の間で露光装置の倍率が変化
するおそれがある。従つて、露光装置の倍率をす
でに基板上に結像したパターンの倍率値に等しい
値に調整する必要がある。
一般的に、この露光装置は倍率調整を行なつて
同一の露光装置又は別の多数の露光装置によつて
順次形成した画像の画像寸法を同一にする必要が
ある。このような調整を行なうために倍率誤差を
検出しなければならない。
本発明の目的は、倍率誤差を除去するサーボ系
の制御信号として用いることができる倍率誤差信
号を発生する装置を提供するものである。本発明
による装置は、前記物体面に配置された第１及び
第２の物体格子と、前記像面に配置され前記第１
及び第２の物体格子が前記主レンズ系によりそれ
ぞれ結像されるように配置されており、関連する
物体格子の格子周期に比例する格子周期を有する
第１及び第２の像格子と、これら格子を照明する
放射源と、前記第１物体格子及び第１像格子から
発した照明ビームの光路中及び前記第２物体格子
及び像格子から発した照明ビームの光路中にそれ
ぞれ配置した第１及び第２の放射感知検出系とを
具え、これらビームを位相差が倍率誤差を表わす
周期的な電気信号に変換するように構成したこと
を特徴とするものである。
主レンズ系により物体格子を像格子に結像する
ときの倍率が正しい場合、物体格子の像は像格子
に正確に一致する。一方、倍率が正しくない場
合、明暗の縞のモアレパターンが格子の後側に発
生し、このモアレパターンの周期は物体格子の像
の像格子に対する偏移に依存する。倍率によりモ
アレパターンの周波数が変化する場合、すなわち
単位長当りの縞の数が変化する場合この縞はモア
レ縞の幅よりも小さい幅の放射感知面を有する関
連する静止した放射感知検出系に対して明らかに
移動する。
放射源の強度変化、回折格子又は他の光学素子
の部分的な反射率又は透過率の差異のような全て
の変動因子に対して独立して倍率誤差を高精度に
検出するため、検出器信号を、時間と共に変化し
位相差が倍率誤差に依存する周期信号とする。位
相差を検出することにより１個の格子周期よりも
小さい位置の偏移を検出することができる。位相
差は可能な高範囲の補間の結果として高精度に検
出することができる。
周期的な検出信号を得るため、本発明による装
置は、物体格子の格子片及び関連する像格子の格
子片が、これら格子片の長手方向と直交する方向
に互いに周期的に移動することを特徴とする。
この周期的な移動により２個の関連する格子の
モアレパターンは、これら格子に関連する検出系
に対して周期的に移動することになる。格子周期
に等しい距離に亘つて格子が移動すると、検出系
からの信号は最大値及び最小を取ることになる。
格子周期が十分に小さい場合検出器信号はほぼシ
ヌソイダアルになる。モアレパターンの周期が十
分に大きい場合、すなわち格子が互いに正しい倍
率で結像されている場合、検出器信号は同相にな
る。倍率が正しくない場合検出器信号間に位相差
が発生する。
物体格子及び像格子の格子片を互いに周期的に
移動させるため本発明による装置は、２個の関連
する物体格個及び像格個のうちの一方を互いに周
期的に移動する駆動手段を具えることを特徴とす
る。
この実施例では、各格子組について１個だけの
放射感知検出器を具えることが原則的に適当であ
る。しかしながら、像格子が関連する格子に対し
て１個の格子周期全体に亘つてシフトしている場
合検出器信号が同相になるおそれが生ずる。この
欠点を除去するため、本発明は検出系の少なくと
も１個が２個の検出器を有し、これら検出器の出
力信号間の位相差が、物体格子の格子片の像格子
の格子片に対する変位に対応する粗な倍率誤差を
少なくとも格子周期の半分によつて示すように構
成したことを特徴とする。このように構成するこ
とにより、倍率を前置調整することができる。更
に、結像された格子の関連する格子に対する変
位、例えば格子周期の3/4に相当する変位が生じ
ている場合倍率誤差の符号を決定することができ
る。
２個の関連する格子が互いに移動する本発明の
好適実施例は移動されるべき格子及い関連する放
射感知検出系が一緒になつて複数の放射感知検出
器から成るアレイを有し、このアレイが結像され
た格子のｍ個の格個周期をカバーすると共に各格
子周期についてｎ子の検出器を有し、ｉ＝１、
２、３…ｎ（ｍ−１）とした場合に連続番号ｉの
各検出器を連続番号ｉ＋ｎの検出器に相互接続し
たことを特徴とする。
検出器信号に特別な電子処理を施することによ
り移動格子をシユミレートできると共に倍率誤差
に依存する位相差を有する２個の信号を最終的に
得ることができる。
本発明による装置は透過モード又は反射モード
で作動することができる。透過した放射光によつ
て作動する装置は、物体格子及び像格子が透過型
回折格子とされ、前記放射源が前記主レンズ系の
一方の側でこの側に配置した格子の前側に配置さ
れ、前記主レンズ系の他方の側に配置した放射感
知検出系がこの他方の側に配置した格子の後側に
配置されていることを特徴とする。
反射放射光によつて作動する本発明による装置
は、像格子又は物体格子のいずれか一方を反射型
回折格子とすると共に他方の格子を透過型回折格
子とし、前記放射感知検出系を透過型回折格子の
反射型回折格子に対して反対側に配置し、反射型
回折格子で発生し主レンズ系を２回通過する放射
ビームを照明ビームから分離すると共にこの放射
ビームを前記放射感知検出系に導くビームスプリ
ツタを照明ビームの各光路に配置したことを特徴
とする。
上述した実施例において、照明ビームは比較的
大きな開口角を有し、回折格子によつて種々の回
折次数で回折されたサブビームは互いにオーバラ
ツプし、従つて分離して検出されない。
別の型式の実施例は、照明ビームが、１次サブ
ビームが格子によつて回折される回折角よりも小
さい開口角を有し、各照明ビームに対して少なく
とも２個の放射感知検出器を配置し、第１及び第
２符号が関連する照射ビームの放射光路中の第１
格子及び第２格子にそれぞれ対応するものとした
場合第１検出器を（０、＋１）次サブビームと
（＋１、０）次サブビーム及び（＋１、−１）次サ
ブビームのうちの１個のサブビームとの両方の光
路中に配置し、第２検出器を（０、−１）次サブ
ビームと（−１、０）次サブビーム及び（−１、
＋１）次サブビームのうちの１個のサブビームと
の両方の光路中に配置したことを特徴とする。
物体格子及び像格子は同一の格子同期を有する
ことができ、すなわち像格子の格子周期は物体格
子の格子周期のＭ倍に等しくする。ここで、Ｍは
主レンズ系の倍率因子であり、例えば1/5又は1/1
０である。
しかしながら、本発明の装置は、物体格子の周
期が関連する像格子の２／Ｍ倍に等しくされ、前
記検出器が（＋１、−１）次サブビーム及び（０、
＋１）次サブビームの光路中及び（−１、＋１）
サブビーム及び（０、−１）次サブビームの光路
中にそれぞれ配置されていることを特徴とする。
時間変調された検出器信号を得るため、異なる
回折次数のサブビームを利用する本発明の装置
は、２個の関連する物体格子及び像格子を互いに
周期的に移動させる駆動手段を具えることを特徴
とする。
一方、倍率誤差検出装置は検出信号を時間変調
する別の可能性を利用しているから、像格子又は
物体格子を移動させる必要はない。従つて、本発
明の装置は、ｖを奇数、λを用いた放射波長とし
た場合に、照明ビームの各々の光路について第１
格子から発生する零次サブビーム中にｖ・λ／２
板を配置し、この零次サブビームの偏光状態を前
記格子から発生する１次サブビームの偏光状態に
対して直交する状態に変換するように構成したこ
とを特徴とする。
２個の楕円偏光したビームの最も一般的な場合
偏光の直交状態は以下の事項を意味するものと理
解されるべきである。
ａ 一方のビームの偏光方位角が他方のビームの
方位角に対して90°回転している。
ｂ 偏光の長円率が同一である。
ｃ 偏光の回転状態が互いに反対である。
２本の直線偏光したビームの特別の場合、直交
することは偏光方向が互いに直交する方向に延在
することを意味する。
この結果、装置の検出系において互いに直交偏
光したビームを得ることができ、すなわち照明ビ
ームが通過する放射光路の検出系の部分において
この照明ビームが１組の関連する格子を通過した
後に直交偏光ビームが得られ、これらビームは別
の処理の後に倍率誤差に依存する位相差を呈する
ことになる。更に、フオーカシング誤差及び整列
誤差も検出することができる。整列誤差は２個の
関連する格子の相対的な整列性における誤差であ
る。
ｖ・λ／２板を有する第１実施例は、各照明ビ
ームについて２個のλ／４板及び回転検光子が、
ビームが最後に通過する格子と関連する検出器と
の間の光路中に配置されていることを特徴とす
る。
回転検光子は、倍率誤差に依存する位相差を表
わす周期的な検出器信号を発生する。
一方、検出器信号の時間変調を電子的に得るこ
とが適切である。これは、各入射照明ビームが、
互いに直交する偏光方向を有し放射周波数が異な
る２個の成分を有し、各照明ビームについて４個
の放射感知検出器が配置され、ビームが最後に通
過する各個と検出器との間のサブビームの放射光
路中に偏光分離素子が配置されていることを特徴
とする装置によつて行なう。検出系において照明
ビームの２個の周波数成分は、位相が倍率誤差に
依存するビーム周波数を有する信号を発生する。
検出器信号の時間変調が電子的に得られる別の
実施例は、各入射照明ビームが、偏光方向が２個
の相互に直交する状態の間で周期的に変化する直
線偏光ビームとされ、各照明ビームについて４個
の放射感知検出器が配置され、ビームが最後に通
過する格子と検出器との間の放射光路中に偏光分
離素子が配置されていることを特徴とする。
上述の説明において、ｖ・λ／２板が像格子と
物体格子との間の放射光路中に配置されているも
のと仮定した。実際には、このｖ・λ／２板は主
レンズ系中に配置されねばならないことを意味
し、そのように構成すると主レンズ系の設計及び
製作が複雑になるおそれがある。この問題点を除
去した本発明による装置は、ｋを１より小さい数
とした場合に、前記物体格子の格子周期が関連す
る像格子の格子周期のｋ／Ｍ倍とされ、各放射ビ
ームに対する検出系についてビームが最後に通過
する格子によつて回折された各１次サブビーム中
にｎ・λ／２板と、レンズであつてこのレンズと
検出器との間の補助格子上に前記格子面を結像さ
せるレンズと、この補助格子と検出器との間の偏
光分離素子とが配置されていることを特徴とす
る。
本発明は倍率誤差検出装置だけに関するもので
はなく、マスクテーブルと、基板テーブルと、こ
れらテーブル間に配置した投影レンズ系とを具
え、マスクパターンを基板上に繰返し結像する装
置にも関するものであり、この装置においては倍
率誤差検出装置を用いるのが有利である。この装
置は主レンズ系が投影レンズ系を有し、マスクテ
ーブルの軸方向の位置が倍率誤差検出装置から供
給される倍率誤差信号によつて投影レンズ系及び
基板テーブルに対して調整可能に構成されてい
る。
適切なものとして、本装置は倍率誤差検出装置
の放射源が、マスクパターンを基板上に繰返し結
像するために用いられる放射源により構成されて
いることを特徴とする。
第１図はマスクパターンを基板上に結像する既
知の装置を示す。この結像装置の主要部は投影段
であり、この投影段に結像されるべきマスクパタ
ーンＣを装着し、移動可能な基板テーブルWTに
よつて基板をマスクパターンＣに対して位置決め
する。
投影段は照明系と協働し、この照明系は零えば
水銀ランプから成るランプLA、反射鏡EM、集
光子とも称せられる投影ビームPB中に均一な放
射分布をもたらす素子IN、及びコンデンサレン
ズCOを有している。ビームPBは、マスクテーブ
ルMT上に配置されているマスクMA中のマスク
パターンＣを照明する。
マスクパターンＣを通過したビームPBは、線
図的に示された投影段中に配置されている投影レ
ンズ系PLを通り、基板ＷにマスクパターンＣの
像を形成する。投影レンズ系PLは、例えばＭ＝
１／１０の倍率、開口数N.A.＝0.42及び23mm径の回折
制限像空間を有している。
基板Ｗを例えば空気クツシヨンに支持されてい
る基板テーブルWT上に配置する。投影レンズ系
PL及び基板テーブルWTをハウジングHO内に配
置し、このハウジングHOを底部において例えば
花崗岩で出来たベースプレートBPによつて封止
し頂部をマスクテーブルMTによつて封止する。
マスク及び基板を互いに整列させるため、第１
図に示すようにマスクMAは２個の整列マーカ
M1及びM2を有している。これらのマーカは回折
格子を有することが適切であるが、周囲と光学的
に相異する四角体又は細条片のような他のマーカ
とすることもできる。これらの整列マーカは２次
元的であり、すなわちこれらのマーカは第１のＸ
及びＹ方向のように相互に直交する２方向に延在
するサーブマーカを有している。基板Ｗ上にパタ
ーンＣを複数回に亘つて互いに隣接して結像させ
るため、基板Ｗは第１図に示される２個の格子
P1及びP2から成る２次元的な回折格子である多
数の整列マーカを有している。マーカP1及びP2
は、基板ＷのパターンＣの像が形成される領域の
外側に位置する。格子マーカP1及びP2を位相格
子とし格子マーカM1及びM2は振幅格子とするの
が適切である。
第１図に示される結像装置は、基板上に細部す
なわち線幅が1μｍ以下、例えば0.7μｍに等しい画
像を結像するに好適であり、この結像装置は像側
すなわち基板Ｗ側でテレセントリツクになり、物
体側すなわちマスクAM側において非テレセント
リツクになる投影レンズ系PLを有しているため、
別の工程を設けない場合結像中に倍率誤差が生ず
るおそれがある。この倍率誤差はマスクテーブル
MDを投影レンズ系PL及び基板テーブルWTに対
して投影レンズ系の光軸方向に移動することによ
り除去することができる。この変位を高精度に制
御するため、倍率誤差信号と称せられる実際の倍
率と所望倍率との間の偏移の大きさを高精度に規
制すると共に偏移の方向を示す信号を発生する必
要がある。
本発明によれば、マスク中で互いに高精度に規
制された距離だけ離間して配置されている２個の
格子と、基板自身又は基板テーブル中に互いに高
精度に規制された距離だけ離間して配置されてい
る２個の格子とを投影レンズPLによつて互いに
結像することによつて倍率誤差信号を得ることが
できる。倍率誤差測定及び必要な場合のレンズ系
PLおよび基板テーブルに対するマスクテーブル
の軸方向移動は、マスクパターンＣの繰り返し結
像作業の前に行なう。誤差測定を何回行なうべき
かは周囲因子の変化に依存することになる。ほと
んど変化がないと予想される日においては、その
日の結像開始時に１回の誤差測定を行なうだけで
十分であろう。より多くの変化がある場合には、
例えば多数の基板を露光するための各新しいマス
クパターンを装着するときに倍率誤差測定を行な
う。基板が変化を受ける場合又は基板がすべてに
別の露光装置によつて露光されている場合にも倍
率測定を行なう。
第２図は本発明の最も簡単な実施例による装置
を示し、この装置は露光装置によつて誤差測定を
行なう場合に使用するのが望ましい。物体側の格
子はテストマスクMATに格子RG1及びRG2を有
し、像側の格子は基板テーブルWTに格子WG1及
びWG2を有している。これらの格子を短い垂直
線で表わす。実際には、これらの格子片は紙面に
垂直な方向に延在する。これらの格子は振幅格子
又は振幅格子として作用する深い位相格子とす
る。投影レンズ系PLは２個のレンズL1及びL2に
よつて線図的に表されているが、実際にはこのレ
ンズ系は多数のレンズ素子を有している。光軸０
０′を破線で示す。
投影レンズ系PLによつてマスク格子RG1を基
板格子WG1上に結像しマスク格子RG2を基板格
子WG2上に結像する。マスク格子RG2を基板格
子WG2上に結像するビームb2を主光線と共に２
本の限界光線で示し、マスク格子RG1を基板格子
WG1上に結像するビームb1については主光線だ
けを示す。これらのビームは、マスクパターンＣ
を基板上に結像する第１図のビームPBと同一の
単一の幅の広いビームの一部を構成する。すなわ
ち、投影レンズ系PLが収差に関して露光ビーム
PBの特定波長、例えば365nｍについてだけ十分
に補正されることになるからである。倍率測定に
別の波長光を用いると、格子像にわずかなずれが
生ずるおそれがある。しかしながら、実際にはこ
れらのずれは微小であるので、これらのずれは一
定のものと考えることができる。この結果、倍率
誤差信号を表わす曲線の零点をシフトする補正を
行なうことができ、このシフトは前記ずれに基因
する。
放射感知検出系D1及びD2を、格子WG1及び
WG2を通過するビームb1及びb2の各光路中にそ
れぞれ配置する。本例では、検出系D1及びD2は
簡単な検出器を有している。これら検出器を基板
テールWTに装着する。
マスク格子RG1及びRG2の像を基板格子WG1及
びWG2上に例えば1/10の倍率Ｍでそれぞれ結像
すると、格子像RG1′及びRG2′の周期は第３図に
示すように格子WG1及びWG2の周期に等しくな
る。従つて、これらの格子が互いに正しく整列し
ている場合、検出系D1及びD2は両検出器に対し
て同一の特定の光量の放射を受光することにな
る。倍率誤差が発生すると、第３ｂ図に示すよう
に結像される格子RG1と基板格子WG1とが互い
に正確に一致しなくなる。この不一致によりI2で
示すモアレパターン、すなわち明るい領域と暗い
領域とから成るパターンが増大し、このパターン
は実際には明領域と暗領域とが互いに漸次入り込
み、そのパターン周期PMRは格子像RG1′の周期
PGGR1′及び格子WG1の周期PWG1よりも一層大きく
なる。周期PMRの大きさは倍率誤差により決ま
る。倍率誤差が零の場合、第３ａ図のライン1
で示されるようにモアレパターンの周期は無限に
なる。
倍率誤差を決定することができるようにするた
め、マスク格子及び基板格子はＸ軸方向に相互に
相対的に周期的に移動させる。この目的を達成す
るため第２図に線図的に示すように、基板テーブ
ルWTを駆動手段DRに結合しこの基板テーブル
WTをＸ軸方向に周期的に駆動する。この駆動手
段はすでに露光装置内に存在する駆動手段を具
え、第１図の回折格子P1及びP2の像を回折格子
M1及びM2に整合させてマスク及び基板を互いに
整列させることができる。露光装置の整列装置は
第１図のIFで示す干渉計装置と協働する。この
干渉計装置IFは、倍率誤差測定の目的のため基
板テーブルの周期的移動を制御するために用いる
ことができる。
基板テーブルWTの結像されるべきマスク格子
RG1に関する周期的な移動により、検出器D1に
入射する放射の量及びこの検出器D1から出力さ
れる信号S1は周期的に変化することになる。格子
周期PRG1及びPWG1が十分に小さい場合基板テーブ
ルWTの位置Ｘの関数としての検出器信号S1は第
３ｃ図に示されるようにほぼシヌソイド状（波
状）になる。検出器D2も信号S1と同一波形の周
期信号S2を出力する。倍率誤差が発生しこれによ
つて有限の周期のモアレパターンが発生すると、
信号S1とS2との間で位相差Δφが生ずる。これら
の信号S1及びS2を位相比較回路FCに供給する。
この位相比較回路FCの出力信号は倍率誤差信号
SMEを形成する。この倍率誤差信号SMEを用いて信
号S1とS2とがほぼ同相となるように基板テーブル
WTの軸方向位置を補正する。この補正によつて
モアレパターンの同期は無限になり、倍率誤差が
ほぼ零まで減少する。
1969年発行の“フイリツプス テクニカル レ
ビユー”30、第６／７ 第149頁〜160頁に記載さ
れている文献“アツキユレイト デジタル メジ
アメント オブ デイスプレイ メンツ バイ
ボプテイカル ミイーンズ（Accurate digital
measurement of displacements by optical
means）”に説明されているように、位相比較回
路FCは回折格子による物体の線形変位を測定す
るために用いられる装置と同様な方法で構成され
ることができる。上記分文献説明されているよう
に、他方の回折格子上に結像される回折格子から
発生するビームの位相比較によつて他方の格子に
対する前記回折格子の変化を測定系のずれに独立
して高精度に決定することができる。
信号S1とS2との間の位相差Δφ＝εを電子的に
精度よく測定でき、しかも倍率補正後に残存する
倍率誤差がマスクパターンを繰り返し結像する基
板領域の端部において0.05μｍ以下の位置誤差に
なる場合、次式が有効である。
ε／2πPWG1２・0.05μｍ この式の右辺の因子２は、位置誤差が２子の基
板格個について反対符号を有することに基づく。
格個周期PWG1＝2μｍの場合、位相差はε
0.31red.となる。検出しなければならない最小の
位相差は、信号S1及びS2の周期の約1/20に相当す
る約18°である。このかなり大きな位相差は、格
子周期のほんの数倍に相当する長さに亘つて延在
する格子によつてすでに検出されることができ
る。基板テーブルの周期的な移動のストローク
は、数10μｍに制限することができる。より長い
回折格子を用いる場合一層小さな位相誤差を検出
することができる。
基板格子をマスク格子に対して周期的に移動す
ることによつて検出器信号の所望の時間変調を得
ることができるが、基板格子の各々及び関連する
検出器を複数のフオトダイオードの形態をした放
射感知検出器アレイによつて選択することによつ
ても所望の時間変調を行なうことができる。検出
器アレイを適切に配置し、格子構造の微細部によ
つてシヌソイダアルになると予想される格子像
RG1′の１周期中に第４図に示されるように例え
ば４個のフオトダイオードを配置することができ
る。第１の４個の検出器は参照番号１，２，３及
び４を有し第１グループを構成する。この第１グ
ループの後段に第２グループ及び検出器に対する
各時間の別のグループを配置する。図面を明瞭な
ものとするため、２個のグループの検出器だけを
第４図に示す。第１グループの検出器は第２グル
ープの対応する検出器及び次のグループの対応す
る検出器に相互接続される。各グループの対応す
る検出器は同一の参照番号を有している。
４個の検出器は結像されるべき回折格子の強度
波形の１周期に高精度に整合しているので、２個
の順次の検出器からの信号間の位相差はπ／
2red.になる。従つて、検出器信号は次のように
表わすことができる。
SI1(x)＝Ｉ・cos（ｘ＋φ1）＋I1 SI2(x)＝Ｉ・sin（ｘ＋φ1）＋I2 SI3(x)＝Ｉ・cos（ｘ＋φ1）＋I3 SI4(x)＝Ｉ・sin（ｘ＋φ1）＋I4 ここで、位相の項φ1は倍率誤差に帰因するマ
スクパターンの像の検出器に対するシフトによつ
て生じ、I1…I4は原理的に等しい直流電流成分で
ある。
第５図は格子画像RG1′及びRG2′に関連する検
出器アレイからのし号を電子的に処理する装置を
示す。これらアレイの各々は４個の検出器だけに
よつて示されているが、検出器の出力信号は多数
のグループの対応する多数の検出器の出力信号の
和を表わす。信号SI1(x)とSI3(x)とを差動増幅器１
０に供給し、信号SI2(x)とSI4(x)を差動増幅器１１
に供給すると、次のようになる。
SI5(x)＝SI1(x)−SI3(x) ＝２・Ｉ・cos（ｘ＋φ1） SI6(x)＝SI2(x)−SI4(x) ＝２・Ｉ・sin（ｘ＋φ1） 乗算器１２及び１３によつてこれらの信号に発
振器１５から供給される信号cos ωt及びsin ωt
をそれぞれ乗算する。これらの乗算器から次の信
号が発生する。
SI7(x)＝２・Ｉ・cos（ｘ＋φ1）・cos ωt SI8(x)＝２・Ｉ・sin（ｘ＋φ1）・sin ωt これら信号SI7及びSI8を差動増幅器１４の入力
部に供給すると、その出力信号は： SI9(x)＝２・Ｉ・cos（ｘ＋φ1＋ωt）となる。
格子像RG2′と関連する検出器アレイを表わす
検出器１′，２′，３′及び４′からの信号を素子１
０′，１１′，１２′，１３′，１４′及び１５′によ
つて同様に処理し、信号SI9′(x)＝２・Ｉ・cos（ｘ
＋φ1＋ωt）を発生する。位相比較回路FCにおい
て、信号SI9(x)及びSI9′(x)の位相φ1及びφ2を互い
に比較して倍率誤差信号SMEを発生する。
第２図に示す実施例において、検出器D1及び
D2の各々を２個の検出器によつて置換すること
ができる。この目的を第６図を参照しながら説明
する。第６図はこの工程を利用する実施例を示
す。
基板テーブルに検出器を配置することを希望し
ない場合又は基板テーブルに検出器を基板テーブ
ルWTに配置することが不可能な場合、倍率誤差
測定は透過光の代りに反射光によつて行なう必要
がある。後述する本発明の実施例は全て反射放射
を用いて作動する。
像形成する回折格子は基板テーブル上の回折格
子によつて構成することができる。このようなテ
ーブル上で小さな回折格子を基板の外側に常時配
置することができる。或いは又像形成する回折格
子を基板自身上に配置することもできる。このよ
うな構成は、例えば基板に変形が発生するおそれ
が予測される場合や基板の処理において別の異な
る露光装置を用いる可能性がある場合に好適であ
る。
第６図は反射放射光を用いる倍率誤差検出装置
の第１実施例を示す。同様に２個の回折格子RG1
及びRG2を高精度に規制された距離ｄだけ互いに
離間させてマスクMR上に配置し、２個の回折格
子WG1及びWG2を距離d′を以て基板に装着する。
この距離d′は投影レンズ系PLの倍率Ｍ、例えば
１／１０をｄ倍した値に正確に等しくする。マスク格
子RG1及びRG2を振幅格子とし、基板格子WG1及
びWG2も振幅格子とするのが適当である。基板
格子WG1及びWG2は位相格子とすることもでき
る。しかしながら、この場合位相格子を振幅格子
として結像する必要がある。このためには、欧州
特許出願第0164165号に説明されているように、
偏光手段及びビーム分離手段を用いて格子周期の
半分だけ互いにシフトした２個のサブビームを位
相格子に入射させ、位相格子によつて反射したビ
ームを再結合させることができる。
位相格子の位相周期が十分に小さい場合これら
の回折格子によつて放射の実質的な部分が投影レ
ンズ系の外部に入射するような大きさの角度の回
折が発生する。この場合位相格子を振幅格子に変
更しなくても位相格子を用いて基板の倍率誤差測
定を行なうことができる。
第６図に示すように、小さな開口角αを有する
照明光b1がマスク格子RG1を通過する。このビー
ムを投影レンズ系PLの入射瞳の中心に向けて入
射させるのが適切である。投影レンズ系PLによ
る収差が最小になるからである。ビームb1は投影
レンズ系PLを通過して基板格子WG1に入射する。
ビームb1の放射光の一部が反射されて再び投影レ
ンズ系を通り、マスク格子RG1に入射する。マス
ク格子RG1を通過した放射光の一部は、例えばハ
ーフミラーから成るビームスプリツタBSを経て
検出系S1に入射する。補助レンズL3によつてマ
スク格子RG1の像が検出系S1の放射感知面上に結
像する。第２の放射ビームb2（図面を簡単にする
ため主光線だけを示す）によつて基板格子WG2
の像をマスク格子RG2上に結像する。マスク格子
RG2を通過した放射光の一部を第２の検出系D2
で受光する。
この装置は第２図に示す装置と同様な方法で作
動する。基板のＸ方向の周期的な移動な結果、周
期的な検出信号が発生しこれら信号を位相比較す
ることにより有限の周期を有するモアレパターン
が発生しているか否かが確かめられる。従つて、
マスクMAを投影レンズ系PLに対して移動させ
ると共に検出信号が同相になるまで基板に対して
この系の光軸００′に沿つて移動させることによ
つて倍率が整合することになる。
照射ビームb1及びb2は第１図の投影ビームと同
一波長を有することが望ましい。照明ビームb1及
びb2は投影ビームの一部とすることができる。ビ
ームb1及びb2の開口角αは投影レンズ系PLの空
間角すなわち視野角βに比べて小さいので、狭い
開口の絞りを放射経路中の２個のマスク格子RG1
及びRG2の背後に配置すればマスクの前面で反射
した放射光を検出系D1及びD2に有効に投影する
ことができる。このような絞りはビーム分割ミラ
ーBSによつて構成することができる。ただし、
このミラーの反射面が小さいことが必要である。
マスク格子の同期に等しい距離の倍率誤差によ
り結像された基板マスクがマスク格子に対してシ
フトしている場合、この変位は検出器信号におい
て2πred.の位相差に相当する。誤差検出及び補正
後において基板上に結像されるラインの最大変位
が0.05μｍ以下とすると共に精確に検出できる検
出器信号がε red.の場合、次の要件を満す必要
がある。
倍率Ｍ＝1/10に対して、ε／2πPR２・10・0.05μ ｍ、従つて格子周期PR＝20μｍの場合、以下の条
件が必要である。
ε0.31red. この値は18°、すなわち検出器信号の1/20周期
に相当する。このような位相差は、ある格子同期
に相当する長さを有する回折格子を用いれば電子
的手段によつて精確に測定することができる。基
板格子のＸ方向の変位は、基板格子の周波数、す
なわち数10μｍに制限されることになる。
原理的には、放射感知検出系D1及びD2はそれ
ぞれ１個の検出器であればよい。しかし、これら
検出器はそれぞれ２個の検出器D1′及びD1″及び
D2′及びD2″を有することが適切である。検出器
D1′及びD2″からの信号の位相を比較することによ
り、これら検出器によつて観測されるマスク格子
部とマスク格子のの像が結像される基板格子とが
正確に一致しているか否かを決定することができ
る。この場合でも、これらの格子が十分な格子周
期だけ互いに変位している場合でも誤差検出する
ことができる。しかしながら、例えばマスク格子
RG1及びRG2との間の中心間距離が60mmで検出器
D1′及びD2″間の距離が５mmの場合、このような変
位によつて検出器D1′及びD2″からの信号間に位相
差が生じ、この位相差は検出器D1′及びD2″の信号
周期の1/12に相当し上述した1/20の周期の位相差
よりも一層簡単に測定することができる。従つ
て、十分な格子周期による変化は検出器D1′及び
D1″からの信号又は検出器D2′及びD2″からの信号
を位相比較することにより検出されることができ
る。
マスクの投影レンズ系L1L2の焦点深度より大
きい軸方向の位相誤差によつて検出器信号の直流
レベルの変位及びこれら信号の変調深さの偏移が
生ずる。これらの因子のうちの１個を用いて焦点
深度よりも大きいフオーカシング誤差を検出する
ことができる。フオーカシング誤差は、基板を投
影レンズ系に対して軸方向に移動することにより
除去することができる。第６図に示す装置による
倍率誤差測定はフオーカシング誤差によつて影響
を受けることはない。
周知のように、回折格子に入射する放射ビーム
はこの回折格子によつて異なる回折次数の多数の
サブビーム、すなわち回折されない零次サブビー
ム、格子同期によつて決定される特定の角度で回
折される２本の１次サブビーム、２倍の回折角で
回折される２本の２次サブビーム、及び高次のサ
ブビームに分割される。第２図及び第６図に関す
る説明で仮定したように、ビームb1及びb2がサブ
ビームの回折角よりも大きい開口角αを有してい
る場合、種々の回折次数のサブビームは互いにオ
ーバラツプしサブビームを個別に検出することは
できない。しかしながら、後述する実施例におい
ては格子を零えば1/10程度に小さい開口角のビー
ムによつて照明する。この場合サブビームは個別
に検出されるので、倍率誤差信号に加えてフオー
カシング誤差信号を発生させることができる。更
に、時間変調検出器信号を発生させる別の方法を
用いることもできる。
第７ａ図及び第７ｂ図は上記可能性を利用する
装置の平面及び側面をそれぞれ示す。この装置に
おいて、照明ビームb1及びb2はもはやマスク格子
RG1及びRG2を経て結像系に入射することができ
ない。この理由は、これら格子RG1及びRG2を通
る第１光路によつて回折次数も増大し、この結果
基板格子WG1及びWG2による回折及びマスク格
子を通る第２光路によつて発生する別の回折の後
に別の多くの回折次数のビームが発生し、これら
のビームはもはや個別に検出することができなく
なるためである。この理由により、第７ａ図に示
すようにビームｂ及びb2をミラーMRを経て結像
系に入射させる。第７ａ図はビームb1が入射する
構成だけを示す。第７ａ図の紙面の前側又は後側
に位置するビームb2は同一のミラーMRを経て結
像系に入射する。
第７ｂ図に示すように、ビームb1は投影レンズ
系L1L2を通過し、このビームの主光線は基板格
子WG1上に垂直に入射する。この格子によつて
反射したビームは零次サブビームb1（０）及び２
本の１次サブビームb1（＋１）及びb1（−１）に分
割される。高次の回折ビームは、強度が低く、投
影レンズ系の瞳外に大きくそれ又は投影レンズ系
の光路の後方で除去できるため無視することとす
る。基板格子WG1で反射した放射光は再び投影
レンズ系を通りマスク格子RG1に入射する。この
マスク格子RG1によつて零次及び１次サブビーム
はそれぞれ零次サブビーム及び２本の１次サブビ
ームに分離される。これらサブビームの状態を第
８図に示す。第８図においてWG1′は基板格子
WG1の像である。基板格子WG1の結像面がマス
ク格子RG1の面と一致しない場合フオーカシング
誤差ΔZが発生するおそれがある。マスク格子
RG1を通過する際多数のサブビームが発生する
が、２個一組の検出器D10及びD11のうちのいず
れか１個に入射する４本のサブビームだけを用い
る。第８図に示すように、適切なフイルタ又は検
出器装置を用いることにより検出器D10には零え
ばサブビームb1（＋１、０）及びb1（０、＋１）が
入射し、検出器D11にはサブビームb1（−１、０）
及びb1（０、−１）が入射するように構成すること
ができる。
フオーカシング誤差ΔZが発生すると、ビーム
に対する基板格子の像面WG1′とマスク格子RG1
との間の光路長の差によりサブビームb1（０）と
b1（＋１）またはb1（−１）との間に位相差Δφが
発生することになる。光路差がΔWの場合、これ
による位相差Δφは次のようになる。
Δφ＝2πΔW／λ この式は第８図より次のようになる。
ΔW＝ΔZ（１−cos θ） 微小角θについて次式が適用される。
ΔW＝ΔZ・θ2／２ 結像された格子がＸ方向に周期的に変位する場
合、検出器からの信号は更に時間周波数で変調さ
れる。
ω＝2πx／PWG1′ ここで、x〓はＸ方向の速度であり、PWG1′は格子
像の格子周期である。
倍率誤差によつて検出器D10及びD11からの信
号に別の位相差が発生する。
検出器D10及びD11から出力される交流信号は
次のように表わすことができる。
SI10＝cos（ωt＋γF＋γM） SI11＝cos（ωt−γF＋γM） 第８図はビームb1によりマスク格子RG1上に形
成した基板格子WG1の像について示されている。
ビームb2にマスク格子RG2上に基板格子WG2の像
を結像する場合にも同一の構成が適用されるのは
明らかである。後者の場合には第８図の検出器
D10及びD11の位置に検出器D12及びD13を配置し、
検出器D12及びD13からの信号は次式に従う。
SI12＝cos（ωt＋γF−γM） SI13＝cos（ωt−γF−γM） この式において、 Ｗ＝2πx／PWG′1 フオーカシング誤差による位相項γFは次式で
与えられる。
γF＝1/2Δφ＝π・ΔZ／λθ2 格子の回折角θは次式に従う。
sinθ＝λ／PRG′ すなわち、回折角θが微小な場合 θ＝λ／PRG 従つて、 γF＝π・ΔZ・λ／PRG 投影レンズ系PLの焦点深度Ｓは、 Ｓ＝λ／π・NA2 ここで、NAはレンズ系の開口数すなわち第７
ｂ図のsinβ。角度βが微小な場合及びθ＝Ｃ・
β、ここでＣは１より小さい数とする次敷が得ら
れる。
Ｓ＝λ／π・C2／θ2 従つて、 Ｆ＝ΔZ／ＳC2 Ｃ＝１の場合、焦点深度Ｓの１倍に等しいフオ
ーカシング誤差によつて信号SI10とSI11との間に
おいて及び信号SI12とSI13との間に位相差2γF＝
2red.が生ずる。従つて、投影レンズ系の焦点深
度より小さいフオーカシング誤差を検出できるこ
とになる。
信号SI10と信号SI11とは位相項γFについて互い
に相異するだけであるから、位相比較回路におい
てこれらの信号の位相比較を行なうことによりフ
オーカシング誤差の大きさ及び方向を検出するこ
とができる。
位相項γMは倍率誤差によつて決定される。Δx
が倍率誤差に依存し基板上の点Ｐの像のマスク面
内の実際の位置ｑと所望の位置q′との間の距離の
場合、信号SI10と信号SI11と間の又は信号SI12と
信号SI13との間の位相差2γMは次式に等しくな
る。
２・γM＝４・πΔx／PRG ここで、PRGはマスク格子の周期である。Δxが
0.5μｍでPRG＝20μｍの場合、検出器信号間の位相
差は次のように検出することができる。
２・γM＝４・π0.5／20＝0.31rad この値は信号SI10及び12の周期の1/20に相当
し、何んら問題が生じない。倍率誤差は位相比較
回路において信号SI10と信号SI12との又は信号
SI11と信号SI13との位相比較によつて検出するこ
とができる。
距離ΔZに亘るＺ方向のマスクの変位によつて
格子像のＸ方向の変位Δx′が増加する。
Δx′＝tanβ・ΔZ d1をマスク格子の中心間距離として（第６図参
照）、Ｚを瞳面とマスク面との間の距離とした場
合tanβ＝d1／Ｚとなるので、次式が得られる。
Δx′＝d1／Z1・ΔZ d1＝65mm、Z1＝384mmの場合ΔZ＝1μｍの変位に
よつてマスク面において0.17μｍの格子像の変位
が生ずる。投影レンズ系の大きな焦点深度（Ｓ＝
λ／2NA2）を考慮すれば、例えば開口数がNA＝ 0.32でλ＝0.4μｍの場合焦点深度は200μｍとなる
ので、この程度のフオーカシング誤差であれば無
視することができる。この投影系においては、倍
率はフオーカシングよりも一層厳格に規制する必
要がある。
上述した説明では、マスク格子は基板格子の格
子周期の１／Ｍに等しい格子周期を有するものと
仮定した。このマスク格子は２倍の周期、すなわ
ち基板周期の２／Ｍ倍に等しい格子も有すること
ができる。検出D10又はD11を、サブビームb1（＋
１、−１）とb1（０、＋１）及びサブビームb1（−
１、＋１）とb1（０、−１）をそれぞれ受光するよ
うに配置する。このように構成すれば、これら回
折格子を構成する格子片の幅が中心格子片の幅に
等しくない場合にマスク格子によつて生ずるおそ
れのある２次サブビーム、或はこれら回折格子の
変形の結果として発生する２次サブビームが検出
器の位置において零次サブビーム及び１次サブビ
ームともはやオーバラツプしなくなる利点があ
る。このようなオーバラツプによつて検出器信号
に微小な歪みが生じてしまう。
基板又はマスクを周期的に移動させる代りに、
互いに直交するように偏光しているサブビーム及
びこのサブビーム間の位相を変調する手段を用い
ることによつて同様に検出器信号の時間変調を得
ることができる。変調は、検出器側すなわち検出
枝路において又は物体側において行なうことがで
きる。第９ａ図及び第９ｂ図は偏光サブビームを
用いて作動する装置のそれぞれ平面図及び側面図
である。第９ａ図及び第９ｂ図に示す構成は、基
板格子WG1及びWG2とマスク格子RG1及びRG2
との間にλ／２板HWPが配置されている点にお
いてだけ第７ａ図及び第７ｂ図に示す構成と相異
している。λは用いる放射の波長である。
第１０図は偏光ビームを用いる装置を最良に図
示し、同図には格子によつて形成されるビームと
共にい基板格子の像WG1′及び関連するマスク格
子を示す。基板格子から発生するサブビームb1
（０）、b1（＋１）及びb1（−１）は直線偏光したビ
ームであり、その偏光方向は矢印３０で示され、
紙面内に位置する。λ／２板HWPを零次ビーム
b1（０）の光路内に配置し、このビームの偏光方
向を紙面に直交する方向に延在する矢印３１によ
つて示される方向に90°回転させる。この結果、
サブビームb1（＋１、０）及びb1（０、＋１）も互
いに直号するように偏光し、サブビームb1（−１、
０）及びb1（０、−１）も同様に偏光方向が互いに
直交する。偏光方向が互いに直交するサブビーム
の各組の光路中にビームに対して斜めの位置に
λ／４板QWPを配置する。“斜めの位置”という
ことはλ／４板の面の光軸が偏光方向３０及び３
１に対して＋45°及び−45°の角度で延在するを意
味するものと理解すべきである。λ／４板QWP1
及びQWP2の光軸方向を第１０図の矢印ａ及びｂ
で示す。図面を明瞭なものとするため、これら方
向ａ及びｂを紙面内に示すが、実際にはこれら矢
印は紙面に対して＋45°及び−45°の角度で延在す
る。矢印３２及び３３で示すように、λ／４板
QWP1はビーム（＋１、０）を時計方向に回転す
る偏光ビームに変換し、ビーム（０、＋１）を反
時計方向に回転する偏光ビームに変換する。λ／
４板QWP2はビーム（−１、０）及び（０、−１）
に対して同様の作用を行なう。実際には、２本の
サブビームb1（＋１、０）及びb1（０、＋１）とサ
ブビームb1（−１、０）及びb1（０、−１）は実質
的に一致しており、これら２本の互いに反対方向
に回転するサブビームは１本の直線偏光サブビー
ムを形成し、その方位角又は偏光はビーム間の位
相差によつて決定される。これら直線偏光したサ
ブビームが各検出器D10及びD11に到達する前に、
これらビームは角速度Ωtで回転する検光子ANを
通過し、これによつて検出器信号が時間変調され
る。この検光子ANの回転は、矢印３２と同一方
向の矢印３４によつて示される。検出器からの信
号は次のように表わすことができる。
SL10＝cos（Qt−γF＋γM、１） SL11＝cos（Qt−γF＋γM、１） 第１０図はビームb1によつてマスク格子RG1上
に形成される基板格子WG1の像に関するもので
ある。ビームb2によつてマスク格子RG2上に基板
格子WG2の像を形成する場合にも同様に図示で
きることは明らかである。ビームb2によつて基板
格子WG2の像をマスクRG2上に形成する場合検
出器D12及びD13を第１０図の検出器D10及びD11
の位置に配置すればよく、これら検出器からの信
号は次式に従う。
SI12＝cos（Qt＋γF−γM、２） SI13＝cos（Qt−γF＋γM、２） 検出器信号に関する上式において、 2γF＝2πΔx／λθ2 となり、この項はフオーカシング誤差による位
相差であり、例えば信号SI10と信号SI11と位相比
較によつて同様に検出することができ、従つて基
板を投影レンズ系に対して軸方向に移動すること
により除去することができる。
位相項δM、１はマスク格子RG1上の基板格子
WG1の像点の実際の位置q′と所望の位置ｑとの間
の変化分Δx1によつて生ずる。位相項γM、２も
マスク格子RG2上ににおける基板格子の同様な変
化分Δx2によつて生ずる。これらの変化分は、マ
スク格子の関連する基板格子に対する整列誤差或
は倍率誤差によつて生ずるおそれがある。倍率誤
差は位相項γM、１を位相項γM、２と比較する
ことによつて検出することができる。この倍率誤
差は、検出した倍率誤差信号をマスクを投影レン
ズ系及び基板に対して軸方向に移動し得るサーブ
系に供給することにより除去することができる。
倍率誤差を除去した後、つまりγM、１＝γM、
２＝γM、０となるように調整した後、γM、０
の値を例えば検光子ANの位置によつて与えられ
る基準値と比較することにより整列誤差を除去す
ることができる。この整列誤差は基板をマスクに
対してＸ方向に移動することによつて除去するこ
とができる。２次回折格子及び別の検出器を用い
れば、Ｘ方向と直交し同一面内のＹ方向の整列誤
差を検出してこれを除去することもできる。
検出系の回転偏光子（検光子）を用いる代り
に、互いに直交する方向に偏光すると共に異なる
周波数又は時間変化位相を有する２個の成分を有
する入射ビームb1及びb2を用いることにより検出
器信号の時間変調を行なうことができる。この第
１の可能性は、“フイリツプス テクニカル レ
ビユー”第30巻、No.６−７、第160頁〜第166頁に
記載されている文献“デイスプレイスメント メ
ジヤメント ウイズ ア レーザ インタフエロ
メータ（Displacement measurement with ａ
laser interferometer）”に記載されているジ
ーマン レーザ（Zeeman Laser）を用いること
によつて達成される。このレーザは、異なる放射
周波数w1及びw2を有し反対方向に回転する２個
の偏光ビーム成分を有するビームを発生する。検
出系においてビート周波数Δw＝w1−w2が発生
し、この位相は測定されるべき大きさに依存す
る。
第１１図は基板格子像WG1′及びマスク格子
RG1と関連するサブビームの種々の偏光方向及び
周波数を示す。図示しない基板格子WG1から発
生したサブビームb1（０）、b1（＋１）及びb1（−
１）の各々は、矢印３０及び３１で示す互いに直
交する偏光方向を有する２個のビーム成分を有し
ている。偏光方向３０のビーム成分は放射周波数
w1を有し、偏光方向３１のビーム成分は放射周
波数w2を有している。零次サブビームb1（０）の
光路中にλ／２板HWPを配置し、このビーム成
分の偏光方向をサブビームb1（＋１）及びb1（−
１）の対応するビーム成分の偏光方向に対して
90°回転させる。従つて、検出用に選択したサブ
ビームb1（０、＋１）及びb1（０、−１）の周波数
w1及びw2のビーム成分の偏光方向は、サブビー
ムｂ（＋１、０）及びb1（−１、０）の対応するビ
ーム成分の偏光方向に対して90°回転することに
なる。
偏光方向の異なるビーム成分を空間的に分離す
るため、光軸がサブビームの２個の偏光方向に対
応し相互に直交する２個の位置に配置した検光子
を用いることができる。しかしながら、偏光分離
プリズムやウオルストンプリズムのような偏光分
離素子を用いるのが好適である。第１１図におい
てウオルストンプリズムに参照符号４０及び４
０′を付し、これらプリズムの光軸に符号４１及
び４２を付す。これらプリズム４０及び４０′に
よつて各サブビームを相互に直交するビーム成分
を有する２個のサブビーム成分に分離する。本例
では、各照明光b1及びb2に対して４個の検出器
D20，D21，D22及びD23を配置する。検出器D20及
びD21の各々にサブビームb1（＋１、０）及びサブ
ビームb1（０、＋１）を共に入射させ、検出器D22
及びD23にサブビームb1（０、−１）及びサブビー
ムb1（−１、０）を入射させる。
第１１図においてウオルストンプリズムによつ
て反射されるサブビームの角度及びフオーカシン
グ誤差ΔZは拡大して図示されており、実際の角
度及びΔZはより微小なものである。ビームb2に
よつてマスク格子RG2上に形成した基板格子
WG2の像については、第１１図の検出器D20，
D21，D22及びD23の位置に４個の検出器D25，
D26，D27及びD28を配置した同様な構成とするこ
とができる。第１１図に示す装置において、上述
したサブビームの代りにサブビームb1（＋１、−
１）、b1（０、＋１）及びサブビームb1（−１、＋
１）、b1（０、−１）を用いて第８図及び第１０図
に示す装置と同一の方法で検出することができ
る。
検出器D20，D21，D22及びD23からの時間に依
存する出力信号は、次のように表わすことができ
る。
SI20＝Acos（Δwt＋γF−γM、１） SI21＝Acos（Δwt−γF−γM、１） SI22＝Acos（Δwt＋γF−γM、１） SI23＝Acos（Δwt−γF−γM、１） 上式においてγM、１をγM、２で置換するこ
とにより検出器信号SI25、SI26、SI27及びSI28が
得られる。信号SI20−SI23及び信号SI25−SI27か
ら第１０図で説明した信号と同一の信号を取り出
すことができる。
ジーマンレーザの代りに、直線偏光したビーム
を放出する放射源を用いることができる。第９ａ
図に示すように、例えば光弾性変調器から成る変
調器MOをビーム光路中に配置する必要がある。
ビームb1の偏光方向を変調器MOの光軸に対して
45°となるように注意すべきである。この変調器
を同期信号cos（）で付勢すれば、変調器の二重
屈折δは、δ＝δ0cos（t）に従つて変化する。従
つて、この変調器から発生したビームb1は、相互
に直交する偏光方向を有しδ0cos（t）に従つて時
間変調された位相差を呈する２個の成分を有する
ことになる。第１１図に示す方法と同一の方法に
従つて回折格子WG1及びRG2を通過したビーム
から形成されるサブビームはその偏光方向に従つ
て分離され４個の検出器に入射する。これら検出
器の信号は次のようになる。
SI20＝Bcos（δ0cos（t）＋γF−γM、１） SI21＝Bcos（δ0cos（t）−γF−γM、１） SI22＝Bcos（δ0cos（t）＋γF−γM、１） SI23＝Bcos（δ0cos（t）−γF−γM、１） 同様に上式のδM、１をδM、２で置換すること
により信号SI25〜SI28が得られる。同様に、信号
SI20−SI24及びSI25−SI28は第１１図に示す装置
によつて得た対応する信号と同一の情報を含むこ
とになる。
第９図、第１０図及び第１１図に基づいて説明
した実施例の変形例を第１２図及び第１３図を参
照して説明する。この装置は、λ／２板HWPを
基板とマスクとの間に配置する必要がないので、
投影レンズ系の設計においてλ／２板に対応する
許容範囲が不要となると共に第９ａ図に示す結合
ミラーMRを投影ビームPBの光路中に配置する
必要がなくなる利点がある。一方、放射源から高
強度ビームを発生すると共に後述する素子を検出
系中で高精度に位置決めする必要がある。
第１２図及び第１３図に示す装置において、マ
スク格子は基板格子の周期の１／Ｍ倍のより小さ
い周期を有している。従つて、マスク格子によつ
て回折される１次サブビームの回折角は、このサ
ブビームを基板格子が回折する回折角よりも一層
大きくなる。格子周期を適切に選択して基板WG
によつて形成したサブビームb1（＋１）及びb1（−
１）を投影レンズ系PLの瞳PVに通過させる。マ
スク格子PG1を通る第１光路に発生した１次サブ
ビームb1′（＋１）及びb1′（−１）はもはや投影レ
ンズ系PLを通過することができない。従つて、
基板格子は、左側のマスク格子RG1及びRG2に入
射する証照ビームb1及びb2の零次ビームb1′（０）
及びb2′（０）によつて照明されることになる。こ
れらビームb11′（０）及びb2′（０）は基板格子WG1
及びWG2によつて零次サブビーム及び１次サブ
ビームに分離されるので、マスク格子RG1及び
RG2を通過した後には各ビームb1及びb2は第８
図、第１０図及び第１１図に示す装置と同一の回
折次数を有することになる。第１３図は検出用に
用いたサブビームb1（０、＋１）、b1（＋１、０）及
びb1（−１、０）、b1（０、−１）を示す。この第１
３図は検出系に用いた別の素子も示す。
零次サブビームb1（０）及び１次サブビームb1
（＋１）及びb1（−１）は図示しない基板格子から
発生すると共に角度θで回折している。放射源と
してジーマンレーザを用いる場合、これらサブビ
ームの各々は、互いに直交する偏光方向及び異な
る放射周波数w1及びw2を有する２個の成分を有
している。この場合、同様に直線偏光したビーム
を放出する放射源と光弾性変調器との組み合せを
用いることもできる。従つて、各サブビームの偏
光方向は時間に従つて周期的に変化する。これら
ビームの各々をマスク格子RG1によつて零次サブ
ビーム及び２本の第１サブビームに分割する。Ｋ
を例えば1/3のように１より小さいものとする場
合マスク格子の周期は基板格子の周期のＫ／Ｍ倍
であるから、マスク格子の回折角θは基板格子の
回折角の１／Ｋ倍となる。サブビームb1（０、＋
１）とb1（＋１、０）とを及びサブビームb1（０、
−１）とb1（−１、０）とを良好にオーバラツプ
させるため、例えば光学くさびWE、WE′から成
る偏光素子をこれらビームの光路中に配置するこ
とができる。所望のサブビームだけを検出器
D20，D21，D22及びD23に入射させるため、サブ
ビームb1（−１、−１）、b1（＋１、−１）、b1（０、
０）、b1（−１、＋１）及びb1（＋１、＋１）を除去
するフイルタFIを配置する。マスク格子RG1の面
をレンズL4によつて補助格子AGの面内に結像す
る。この補助格子の格子周期を、互いに特定の角
度をなす干渉サブビームによりこの格子の位置に
形成される干渉パターンの周期に適合させる。こ
の補助格子AGの格子周期は、回折角θ′がビーム
b1（０、＋１）とビームb1（＋１、０）との間の角
度（k′、−１）・θに等しくなるようにする必要が
ある。この補助格子の格子周期は次式で与えられ
る。
PAG＝M4／sin（k′−１）・θ ここで、M4はレンズL4の倍率であり、k′＝
１／ｋである。さて、λ／２板HWPをマスク格
子RGの背後でサブビームb1（０、＋１）及びb1
（０、−１）の光路中だけに配置する。このλ／２
板HWPは第９図、第１０図及び第１１図に示す
装置のλ／２板と同一の機能を有している。補助
格子AGと検出器との間に相互に直交する偏光方
向を有するビーム成分を空間的に分離する例えば
ウオルストンプルズムのような偏光プリズムが配
置されているので、これらのビーム成分は第１１
図に示す装置と同様な方法で個別の検出器により
受光されることができる。
信号SI20−SI23及び信号SI25−SI28は第１１図
に示す装置で得た対応する信号と同様なものとな
る。
第２図に示す装置について第４図及び第５図に
基いて説明した検出器の時間変調は反射放射を利
用する装置にも用いられることができる。第１４
図に反射放射を利用する装置の構成を示す。この
装置はマスク格子及び偏光手段を用いず、更に回
折格子の相対移動も利用していない。基板格子
WG1及びWG2をマスクの窓WI、及びWI2を経て
ビームb1及びb2で照明する。基板格子で反射した
異なる回折次数のサブビームは投影レンズ系PL
を通過して基板格子の像を窓WI1及びWI2に結像
する。ハーフミラーBS1及びBS2をビームb1及び
b2の光路中に配置して基板格子で反射した放射光
の一部を放射感知検出器DA1及びDA2のアレイに
向けて反射する。レンズL5及びL6とレンズL5′及
びL6′によつて基板格子の像を関連する検出器ア
レイ上にそれぞれ結像する。フイルタSF、SF′を
これらレンズの間に配置して所望の回折次数の放
射光だけを透過する。検出器アレイは同一構造を
有し、これら検出器からの信号を第２図、第４図
及び第５図に基いて説明した方法と同一の方法で
処理する。
上述した実施例ではマスクパターンを基板上に
繰り返し露光する装置を以て説明したが、本発明
はこの装置に限定されるものではない。本発明に
よる倍率誤差検出装置は、極めて微細な細部を高
い寸法精度で結像する必要のある装置や、周囲因
子が結像性能に影響を及ぼす装置及び異なるパタ
ーンを互いにに結像する必要のある装置にも用い
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はマスクパターンを基板上に繰返し結像
する既知の装置の構成を示す線図、第２図は本発
明による倍率測定装置の第１実施例を示す線図、
第３ａ図、第３ｂ図及び第３ｃ図は第１実施例の
装置の作用を示す線図、第４図は第１実施例に用
いる放射感知検出系の構成及びこの検出系上に形
成される格子像パターンの強度パターンを示す線
図、第５図は放射感知検出系からの検出信号を処
理する電子回路の一例の構成を示すブロツク図、
第６図は本発明による倍率測定装置の第２実施例
の構成を示す線図、第７ａ図及び第７ｂ図は細い
照明ビームを利用する第１実施例の装置の平面図
及び側面図、第８図は第７ａ図及び第７ｂ図に示
す装置の検出系の構成を示す線図、第９ａ図及び
第９ｂ図は異なる偏光方向を有する細いビームを
用いる装置の構成を示す平面図及び側面図、第１
０図及び第１１図は第１実施例及び第２実施例の
検出系の構成を示す線図、第１２図は像格子が物
体格子とは異なる格子周期を有する装置の構成を
示す線図、第１３図は第１２図に示す装置の検出
系の構成を示す線図、第１４図は電子的にシユミ
イレートされた格子を有すると共に反射放射によ
つて作動する装置の構成を示す線図である。 LA……ランプ、EM……反射鏡、MT……マス
クテーブル、MA……マスク、Ｃ……マスクパタ
ーン、PL……投影レンズ系、Ｗ……基板、WT
……基板テーブル、HO……ハウジング、WG1，
WG2……基板格子、RG1，RG2……マスク格子、
D1，D2……検出系、RG1′，RG2′……マスク格子
の像、WG1′，WG2′……基板格子の像、DR……
駆動装置、FC……位相比較回路、１０，１１…
…差動増幅器、BS……ビームスプリツタ、HWP
……λ／２板、QWP……λ／４板、AN……検
光子、４０，４０′……ウオルストンプリズム、
AG……補助格子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 物体面と像面とを互いに共役する主レンズ系
    を具える光学式結像装置の倍率誤差検出装置であ
    つて、前記主レンズ系が一方の側においてテレセ
    ントリツクな倍率誤差検出装置において、前記物
    体面に配置された第１及び第２の物体格子と、前
    記像面に配置され前記第１及び第２の物体格子が
    前記主レンズ系によりそれぞれ結像されるように
    配置されており、関連する物体格子の格子周期に
    比例する格子周期を有する第１及び第２の像格子
    と、これら格子を照明する放射源と、前記第１物
    体格子及び第１像格子から発した照明ビームの光
    中及び前記第２物体格子及び像格子から発した照
    明ビームの光路中にそれぞれ配置した第１及び第
    ２の放射感知検出系とを具え、これらビームを位
    相差が倍率誤差を表わす周期的な電気信号に変換
    するように構成したことを特徴とする倍率誤差検
    出装置。 ２ 前記物体格子の格子片及び関連する像格子の
    格子片が、これら格子片の長手方向と直交する方
    法に互いに周期的に移動されるように構成したこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の倍率
    誤差検出装置。 ３ ２個の関連する物体格子及び像格子の一方を
    互いに周期的に移動する駆動手段を具えることを
    特徴とする特許請求の範囲第２項記載の倍率誤差
    検出装置。 ４ 前記検出系の少なくとも１個が２個の検出器
    を有し、これら検出器の出力信号間の位相差が、
    物体格子の格子片の像格子の格子片に対する変位
    に対応する粗な倍率誤差を少なくとも格子周期の
    半分によつて示すように構成したことを特徴とす
    る特許請求の範囲第３項記載の倍率誤差検出装
    置。 ５ 移動されるべき格子及び関連する放射感知検
    出系が一緒になつて複数の放射感知検出器から成
    るアレイを有し、このアレイが結像された格子の
    ｍ個の格子周期をカバーすると共に各格子周期に
    ついてｎ個の検出器を有し、ｉ＝１、２、３…ｎ
    （ｍ−１）とした場合に連続番号ｉの各検出器を
    連続番号ｉ＋ｎの検出器に相互接続したことを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の倍率誤差検
    出装置。 ６ 前記物体格子及び像格子が透過型回折格子と
    され、前記放射源が前記主レンズ系の一方の側で
    この側に配置した格子の前側に配置され、前記主
    レンズ系の他方の側に配置した放射感知検出系が
    この他方の側に配置した格子の後側に配置されて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第１項から
    第５項のいずれか１に記載の倍率誤差検出装置。 ７ 前記像格子又は物体格子のいずれか一方を反
    射型回折格子とすると共に他方の格子を透過型回
    折格子とし、前記放射感知検出系を透過型回折格
    子の反射型回折格子に対して反対側に配置し、反
    射型回折格子で発生し主レンズ系を２回通過する
    放射ビームを照明ビームから分離すると共にこの
    放射ビームを前記放射感知検出系に導くビームス
    パリツタを照明ビームの各光路に配置したことを
    特徴とする特許請求の範囲第１項から第５項のい
    ずれか１に記載の倍率誤差検出装置。 ８ 前記照明ビームが、１次サブビームが格子に
    よつて回折される回折角よりも小さい開口角を有
    し、各照明ビームに対して少なくとも２個の放射
    感知検出器を配置し、第１及び第２符号が関連す
    る照射ビームの放射光路中の第１格子及び第２格
    子にそれぞれ対応するものとした場合、第１検出
    器を（０、＋１）次サブビームと（＋１、０）次
    サブビーム及び（＋１、−１）次サブビームのう
    ちの１個のサブビームとの両方の光路中に配置
    し、第２検出器を（０、−１）次サブビームと
    （−１、０）次サブビーム及び（−１、＋１）次サ
    ブビームのうちの１個のサブビームとの両方の光
    路中に配置したことを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載の倍率誤差検出装置。 ９ 前記物体格子の周期が関連する像格子の２／
    Ｍ倍に等しくされ、前記検出器が（＋１、−１）
    次サブビーム及び（０、＋１）次サブビームの光
    路中及び（−１、＋１）サブビーム及び（０、−
    １）次サブビームの光路中にそれぞれ配置されて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載
    の倍率誤差検出装置。 １０ ２個の関連する物体格子及び像格子を互い
    に周期的に移動させる駆動手段を具えることを特
    徴とする特許請求の範囲第８項又は第９項記載の
    倍率誤差検出装置。 １１ ｖを奇数、λを用いた放射波長とした場合
    に、照明ビームの各々の光路について第１格子か
    ら発生する零次サブビーム中にｖ・λ／２板を配
    置し、この零次サブビームの偏光状態を前記格子
    から発生する１次サブビームの偏光状態に対して
    直交する状態に変換するように構成したことを特
    徴とする特許請求の範囲第８項又は第９項記載の
    倍率誤差検出装置。 １２ 各照明ビームについて２個のλ／４板及び
    回転検光子が、ビームが最後に通過する格子と関
    連する検出器との間の光路中に配置されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載の倍
    率誤差検出装置。 １３ 各入射照明ビームが、互いに直交する偏光
    方向を有し放射周波数が異なる２個の成分を有
    し、各照明ビームについて４個の放射感知検出器
    が配置され、ビームが最後に通過する格子と検出
    器との間のサブビームの放射光路中に偏光分離素
    子が配置されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第１１項記載の倍率誤差検出装置。 １４ 各入射照明ビームが、偏光方向が２個の相
    互に直交する状態の間で周期的に変化する直線偏
    光ビームとされ、各照明ビームについて４個の放
    射感知検出器が配置され、ビームが最後に通過す
    る格子と検出器との間の放射光路中に偏光分離素
    子が配置されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第１１項記載の倍率誤差検出装置。 １５ ｋを１より小さい数とした場合に、前記物
    体格子の格子周期が関連する像格子の格子周期の
    ｋ／Ｍ倍とされ、各放射ビームに対する検出系に
    ついてビームが最後に通過する格子によつて回折
    された各１次サブビーム中にｎ・λ／２板と、レ
    ンズであつてこのレンズと検出器との間の補助格
    子上に前記格子面を結像させるレンズと、この補
    助格子と検出器との間の偏光分離素子とが配置さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第１３
    項又は第１４項記載の倍率誤差検出装置。 １６ マスクテーブルと、基板テーブルと、これ
    らマスクテーブルと基板テーブルとの間に配置し
    た投影レンズ系とを有するマスクパターンを基板
    上に繰返し投影する装置において、特許請求の範
    囲第１項から第１５項のいずれかに記載の倍率誤
    差検出装置と、前記投影レンズ系を含む主レンズ
    系とを具え、前記マスクテーブルの軸方向位置
    が、前記倍率誤差検出装置から供給される倍率誤
    差信号によつて投影レンズ系及び基板テーブルに
    対して調整可能にされていることを特徴とするマ
    スクパターンを基板上に繰返し結像させる装置。 １７ 前記倍率誤差検出装置の放射源が、マスク
    パターンを基板上に繰返し結像するために用いら
    れる放射源により構成されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１６項記載のマスクパターン
    を基板上に繰返し結像する装置。
JP62122672A 1986-05-21 1987-05-21 倍率誤差検出装置及びこの倍率誤差検出装置を用いる結像装置 Granted JPS631031A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8601278A NL8601278A (nl) 1986-05-21 1986-05-21 Inrichting voor het detekteren van een vergrotingsfout in een optisch afbeeldingssysteem.
NL8601278 1986-05-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
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