KR100503877B1 - Differential interferometer system and lithographic step-and-scan device with it - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제 1 물체(WH)와 제 2 물체(MH)의 이동 및 상호 위치를 측정하기 위한 차동 간섭계 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 제 1 측정 반사기(RW)를 구비한 제 1 간섭계 유닛(1,2,3,4)과 제 2 측정 반사기(RM)를 구비한 제 2 간섭계 유닛(5,6,7,8,)으로 구성된다. 측정빔(bm)이 제 1 및 제 2 간섭계 유닛 양쪽을 통과하고 제 1 및 제 2 측정 반사기 양쪽 모두에 의해 반사되기 때문에, 그리고, 상기 측정빔과 기준빔(br)이 적어도 두 간섭계 유닛 사이에서 동일한 경로를 횡단하기 때문에 매우 빠르게 정밀한 측정이 수행될 수 있다. 상기 간섭계 시스템은 스텝-앤드-스캔 리소그래픽 장치에 탁월한 장점을 갖고 사용될 수 있다.The present invention relates to a differential interferometer system for measuring the movement and mutual position of a first object (WH) and a second object (MH), the system comprising a first interferometer unit having a first measuring reflector (RW) And second interferometer units 5, 6, 7, 8, having 1,2,3,4 and a second measuring reflector RM. Since the measuring beam bm passes through both the first and second interferometer units and is reflected by both the first and second measuring reflectors, the measuring beam and the reference beam br are between at least two interferometer units. Because they traverse the same path, precise measurements can be made very quickly. The interferometer system can be used with excellent advantages for step-and-scan lithographic apparatus.

Description

차동 간섭계 시스템 및 이 시스템을 구비한 리소그래픽 스텝-앤드-스캔 장치Differential Interferometer System and Lithographic Step-and-Scan Device with the System

본 발명은 하나 이상의 방향에서 제 1 및 제 2 물체의 이동과 상호 위치를 측정하기 위한 간섭계 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 하나 이상의 모든 가능한 상호 이동을 위하여,The present invention relates to an interferometer system for measuring the movement and mutual position of a first and a second object in one or more directions, the system for one or more all possible mutual movements,

- 제 1 빔 스플리터(splitter), 제 1 측정 반사기 및 복수 개의 제 1 반사기를 구비하고 제 1 물체와 관련된 제 1 간섭계 유닛과,A first interferometer unit having a first beam splitter, a first measuring reflector and a plurality of first reflectors and associated with the first object,

- 제 2 빔 스플리터, 제 2 측정 반사기 및 복수 개의 제 2 반사기를 구비하고 제 2 물체와 결합된 제 2 간섭계 유닛을 포함한다.A second interferometer unit having a second beam splitter, a second measuring reflector and a plurality of second reflectors and combined with a second object.

또한, 본 발명은 스텝-앤드-스캔 원리에 따라 기판상에 마스크 패턴(mask pattern)을 투영시키기 위한 리소그래픽 장치에 관한 것이다.The invention also relates to a lithographic apparatus for projecting a mask pattern onto a substrate in accordance with the step-and-scan principle.

스텝-앤드-스캔 장치로서 공지되고, 특히, 집적 회로나 IC의 제조에 사용되는 이런 장치는 특히, 미국 특허 제 5,194,893호에 공지되어 있다.Known as step-and-scan devices, in particular such devices used in the manufacture of integrated circuits or ICs are known in particular in US Pat. No. 5,194,893.

IC 내부에 전자 부품의 수를 증가시키기 위한 필요성 때문에, IC가 형성되어야 할 기판상의 모든 영역에서 투영장치에 의하여 선폭(line width)이라 지칭되는 상세부(details)가 더욱 더 작게 묘화되어야만 한다. 여기서 상기 영역은 IC영역 또는 "다이(die)"라 지칭된다. 더욱이, IC당 부품의 수 또한 상기 방식으로 증가될 수 있도록 IC 영역이 확대되는 것도 바람직하다. 투영 렌즈 시스템(projection lens system)에서, 이것은 해상력, 따라서 개구수(numerical aperture)가 증가되어야만 하고, 묘화필드(image field)가 확대되어야만 함을 의미한다.Because of the need to increase the number of electronic components inside the IC, details called the line width must be drawn even smaller by the projection apparatus in all areas on the substrate where the IC is to be formed. The region is referred to herein as an IC region or " die. &Quot; Moreover, it is also desirable for the IC area to be enlarged so that the number of parts per IC can also be increased in this manner. In a projection lens system, this means that the resolution, and hence the numerical aperture, must be increased, and the image field must be enlarged.

지금까지 투영 렌즈 시스템의 상기 두 대조적인 필요성 사이에서 최적의 상태를 찾는 것은 많은 문제점이 있었고, 많은 비용을 들여야 가능했다. 예로서, 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)로 공지된 스테핑 장치에서 0.6의 개구수와 22mm의 묘화 필드(image field)를 가진 투영렌즈 시스템은 64Mbit형의 IC를 제조하는데 사용되어왔다. 0.35㎛의 선폭이 이 투영렌즈 시스템에 의해 기판상에 묘화될수 있다. 여전히 제작될 수 있지만, 그다지 사용하기에는 알맞지 않은 상기 투영 렌즈 시스템은 실질적으로 한계에 달하였다. 만약 매우 작은 상세부가 묘화되어야 한다면, 즉, 매우 작은 선폭이 기판상에 형성되어야 한다면, 다시말해, 만약 상기 투영렌즈 시스템이 매우 큰 개구수를 가져야만 한다면, 이는 오직 묘화 필드 크기를 희생시켜야만 달성된다.To date, finding an optimal state between the two contrasting needs of a projection lens system has been a problem and costly. As an example, a projection lens system having a numerical aperture of 0.6 and an image field of 22 mm in a stepping apparatus known as a wafer stepper has been used to manufacture a 64 Mbit type IC. A line width of 0.35 mu m can be drawn on the substrate by this projection lens system. Although still fabricated, the projection lens system, which is not well suited for use, has reached practical limits. If very small details are to be drawn, i.e. very small line widths must be formed on the substrate, in other words, if the projection lens system must have a very large numerical aperture, this is only achieved at the expense of the drawing field size. .

이러한 딜레마에서 벗어나는 것은 스테핑 투영 장치를 미국 특허 제5,194,893호에 기술된 스텝-앤드-스캔 장치로 전환하는 것에 의하여 가능하다. 스테핑 투영 장치에서는 기판상의 IC 영역에 한 번에 전체 마스크 패턴이 노광되고, 묘화된다. 이어서, 단계가 행해진다, 즉, 제 2 IC 영역이 상기 마스크 패턴에 대향하여 배치되고 상기 투영 렌즈 시스템의 묘화필드 내부에 배치될 때, 상기 기판은 상기 투영 렌즈 시스템과 상기 마스크 패턴에 대하여 이동되고, 상기 마스크 패턴의 제 2 이미지가 상기 영역 내에 형성된다. 뒤이어, 다시 단계가 제 3 IC 영역에 대하여 행해지고 묘화되는 등, 상기 마스크 패턴의 이미지가 전체 IC영역에 형성될 때까지 행해진다. 스텝-앤드-스캔 장치에서는 동일한 스텝핑 이동이 수행되나, 매번 마스크 패턴의 작은 부분만이 기판의 대응하는 부분적 영역상에 묘화된다. 상기 IC의 연속적인 부분 영역상에 상기 마스크 패턴의 연속적인 부분을 묘화함에 의해 전체 마스크 패턴의 이미지가 IC 영역상에 얻어진다. 이 때문에 상기 마스크 패턴은 예를들면, 직사각형이나 궁형 단면의 작은 단면을 가진 투영빔에 상기 마스크 패턴의 영역이 노광되고, 마스크 테이블과 기판 테이블은 상기 투영렌즈 시스템 및 상기 투영빔에 대해 주사(scanning) 방향과 반대 방향으로 이동하며, 상기 기판 테이블의 이동 속도는 상기 마스크 테이블의 이동속도의 M배이다. M은 상기 마스크 패턴이 묘화되는 확대율이다. 통상적인 M의 값은 일반적으로 1/4이나, 예를 들면, 1 등과 같은 다른 값도 가능하다.Breaking out of this dilemma is possible by converting the stepping projection apparatus into the step-and-scan apparatus described in US Pat. No. 5,194,893. In the stepping projection apparatus, the entire mask pattern is exposed and drawn in the IC region on the substrate at one time. Subsequently, a step is performed, i.e., when the second IC region is disposed opposite the mask pattern and inside the drawing field of the projection lens system, the substrate is moved relative to the projection lens system and the mask pattern. The second image of the mask pattern is formed in the area. Subsequently, a step is again performed until the image of the mask pattern is formed in the entire IC region, such as being performed and drawn for the third IC region. The same stepping movement is performed in the step-and-scan apparatus, but only a small portion of the mask pattern is drawn on the corresponding partial area of the substrate each time. An image of the entire mask pattern is obtained on the IC region by drawing a continuous portion of the mask pattern on the continuous partial region of the IC. For this reason, the mask pattern is exposed, for example, to the projection beam having a small cross section of a rectangular or arch section, and the mask pattern and the substrate table are scanned with respect to the projection lens system and the projection beam. And a movement speed of the substrate table is M times the movement speed of the mask table. M is an enlargement ratio in which the mask pattern is drawn. Typical values of M are generally 1/4, but other values, such as 1, are also possible.

상기 투영빔 단면은 주사 방향에 횡단하는 방향에서 최대 치수를 갖는다. 이 치수는 마스크 패턴의 폭과 동일할 수 있으므로 상기 패턴이 한 번의 주사 이동으로 묘화된다. 그러나, 대안적으로 상기 치수가 상기 마스크 패턴의 치수의 반이거나 그보다 더 작은 것도 가능하다. 이 경우에는 전체 마스크 패턴이 둘 이상의 대향한 주사 이동으로 묘화된다. 그때, 상기 마스크 및 상기 기판의 이동이 매우 정밀하게 동기화되는 것이 확보되어야만 한다. 즉, 상기 마스크의 속도(v)는 항상 상기 기판의 속도의 M배이어야만 한다.The projection beam cross section has a maximum dimension in the direction transverse to the scanning direction. This dimension may be equal to the width of the mask pattern so that the pattern is drawn in one scan movement. Alternatively, however, it is also possible that the dimension is half or smaller than the dimension of the mask pattern. In this case, the entire mask pattern is drawn with two or more opposing scan movements. At that time, it must be ensured that the movement of the mask and the substrate is synchronized very precisely. In other words, the speed v of the mask should always be M times the speed of the substrate.

마스크 패턴이 이미 기판상의 IC 영역에 대해 정밀하게 정렬되어 있고, 투영렌즈 시스템은 기판상에 정밀하게 초점을 맞추어야만 하며 기판 테이블은 정밀하게 검사되어야만 하는 스테핑 투영 장치와 비교할 때, 스텝-앤드-스캔 투영 장치에서는 속도의 조건이 부가적으로 측정되어야만 한다. 즉, 기판과 마스크 패턴이 말하자면, 상기 기판과 상기 마스크 패턴의 주사-묘화시 서로에 대하여 정지되어 있는지가 측정되어야 한다. 상기 측정에 근거해서 상기 테이블들 중 하나의 속도는 다른 테이블의 속도에 맞춰질 수 있다.Step-and-scan compared to a stepping projection device in which the mask pattern is already precisely aligned with respect to the IC area on the substrate, the projection lens system must be precisely focused on the substrate and the substrate table must be precisely inspected. In the projection apparatus, the condition of the velocity must additionally be measured. That is, it should be measured whether the substrate and the mask pattern are said to be stationary with respect to each other in the scan-drawing of the substrate and the mask pattern, so to speak. Based on the measurement, the speed of one of the tables can be adjusted to the speed of the other table.

미국 특허 제 5,194,893호에 개시된 투영 장치에서, 두 간섭계 시스템은 상기 속도의 조건을 점검하는데 사용된다. 제 1 간섭계 시스템의 측정 반사기는 기판 테이블에 고정되어, 이하에서 X-방향이라고 지칭되는 주사 방향에서의 상기 기판 테이블의 변위(displacement)가 이 시스템으로 측정될수 있다. 제 2 간섭계 시스템의 측정 반사기는 마스크 테이블에 고정되어, 주사 방향에서의 이 테이블의 변위가 이 시스템으로 측정될 수 있다. 상기 두 간섭계 시스템으로부터의 출력 신호는 예를들면, 마이크로 컴퓨터 등의 전기적 처리 유닛에 제공되고, 그곳에서 상기 신호는 상호 감산되며, 상기 테이블들을 위한 엑추에이터나 구동 장치용 제어신호로 처리된다.In the projection apparatus disclosed in US Pat. No. 5,194,893, two interferometer systems are used to check the condition of the speed. The measuring reflector of the first interferometer system is fixed to the substrate table so that displacement of the substrate table in the scanning direction, hereinafter referred to as the X-direction, can be measured with this system. The measuring reflector of the second interferometer system is fixed to the mask table so that the displacement of this table in the scanning direction can be measured with this system. Output signals from the two interferometer systems are provided to an electrical processing unit, for example a microcomputer, where the signals are subtracted from each other and processed into actuators for the tables or control signals for the drive.

상기 장치를 통해서는 기판이 소정의 큰 피드-스루(feed-through) 비율을 필요로 하기 때문에 요구되는 상기 테이블의 높은 속도로 인하여, 상기 간섭계 신호는 높은 주파수나 비트레이트(bitrate)를 갖는다. 상기 높은 주파수 신호와 비교할때 상기 처리 전자 기기의 속도는 제한요소가 된다. 따라서, 지연 시간, 즉, 측정이 수행되는 순간과 측정 결과를 이용할수 있게 되는 순간 사이에 경과하는 시간은 큰 역할을 할 것이다. 상기 측정 시스템과 상기 테이블들을 위한 액츄에이터나 구동 장치로 구성된 폐쇄된 서보루프(servoloop)에서, 전기적 신호 처리에서의 지연시간 차이는 상기 마스크 테이블과 상기 기판 테이블 사이에 원하지 않은 오프셋(offset)을 유발한다. 더구나, 따라서 상기 테이블들은 제한된 최대 속도를 갖게될 것이다.Due to the high speed of the table required since the substrate requires some large feed-through ratio through the device, the interferometer signal has a high frequency or bitrate. Compared to the high frequency signal, the speed of the processing electronics is a limiting factor. Thus, the delay time, i.e. the time that elapses between the moment the measurement is made and the moment the measurement result is available will play a large role. In a closed servoloop consisting of the measuring system and an actuator or drive for the tables, the delay time difference in the electrical signal processing causes an unwanted offset between the mask table and the substrate table. . Moreover, the tables will thus have a limited maximum speed.

도 1 및 도 2는 확대율이 M=1/4인 본 발명에 따른 장치용 간섭계 시스템의 두 실시예를 도시하는 도면,1 and 2 show two embodiments of an interferometer system for a device according to the invention wherein the magnification is M = 1/4;

도 3 및 도 4는 확대율이 M=1인 본 발명에 따른 장치용 간섭계 시스템의 두 실시예를 도시하는 도면,3 and 4 show two embodiments of an interferometer system for a device according to the invention wherein the magnification is M = 1;

도 5는 본 발명에 따른 장치와 공지된 장치에서 간섭계 측정 사이의 차이를 도시하는 도면,5 shows the difference between an interferometer measurement in a device according to the invention and in a known device,

도 6은 상기 장치내에 정렬된 후의 기판과 마스크의 상호 위치를 도시하는 도면,6 shows the mutual position of the substrate and the mask after being aligned in the apparatus;

도 7은 도 2에 도시된 실시예의 대안을 도시하는 도면,7 shows an alternative to the embodiment shown in FIG. 2, FIG.

도 8 및 도 9는 기판 홀더의 경사를 측정하기 위한 특별한 간섭계의 실시예를 도시하는 도면,8 and 9 show an embodiment of a special interferometer for measuring the inclination of the substrate holder;

도 10은 이미지의 오프셋 없이 렌즈가 그 주변에서 경사질수 있는 투영 렌즈의 위치의 계산을 도시하는 도면,10 shows the calculation of the position of the projection lens with which the lens can be tilted around it without offset of the image;

도 11은 상기 투영 렌즈의 상기 위치의 분리된 측정을 구비한 간섭계 시스템을 도시하는 도면,11 shows an interferometer system with separate measurement of the position of the projection lens,

도 12는 투영 렌즈의 위치의 측정이 한 지점에서 통합된(조절된) 차동 간섭계 시스템을 도시하는 도면,12 shows a differential interferometer system in which the measurement of the position of the projection lens is integrated (adjusted) at one point;

도 13은 투영 렌즈의 위치의 측정이 두 지점에서 통합된(조절된) 차동 간섭계 시스템을-도시하는 도면,13 shows a differential interferometer system in which the measurement of the position of the projection lens is integrated (adjusted) at two points;

도 14는 기판 홀더의 회전시 기준빔과 측정빔의 상호 오프셋을 도시하는 도면,14 is a view showing mutual offsets of a reference beam and a measurement beam when the substrate holder is rotated;

도 15 및 도 16은 오프셋의 효과를 제거하도록 마스크 간섭계 근방에 배치될 수 있는 특별한 반사기 유닛을 도시하는 도면,15 and 16 show special reflector units that can be placed near the mask interferometer to eliminate the effects of offsets,

도 17은 기판 홀더의 경사나 회전의 효과가 제거된 투영 렌즈 위치 측정을 구비한 차동 간섭계 시스템의 실시예를 도시하는 도면,17 illustrates an embodiment of a differential interferometer system with projection lens position measurement with the effect of tilting or rotation of the substrate holder removed;

도 18은 본 실시예에서 사용하는 마스크 간섭계 서브-시스템을 도시하는 도면,18 shows a mask interferometer sub-system used in this embodiment,

도 19는 기판 홀더의 경사나 회전의 효과가 제거된 차동 간섭계 시스템의 실시예를 도시하는 도면,19 illustrates an embodiment of a differential interferometer system in which the effect of tilting or rotating the substrate holder is eliminated;

도 20 내지 도 22는 도 19의 실시예에서 사용하는 마스크 간섭계 서브-시스템의 다른 실시예를 도시하는 도면,20-22 illustrate another embodiment of a mask interferometer sub-system for use in the embodiment of FIG. 19;

도 23 및 도 24는 기판 홀더의 경사나 회전의 효과가 제거된 차동 간섭계 시스템의 다른 두 실시예를 도시하는 도면,23 and 24 show two other embodiments of a differential interferometer system in which the effect of tilting or rotating the substrate holder is eliminated;

도 25는 오프셋 보정을 사용하거나 사용하지 않을 때의 간섭계 신호에 대한 기판 홀더의 경사나 회전의 효과를 도시한 도면,FIG. 25 shows the effect of tilt or rotation of a substrate holder on an interferometer signal with or without offset correction; FIG.

도 26a 내지 26c는 기판 홀더의 경사나 회전에 기인된 빔 오프셋이 보정된 단일 간섭계 시스템을 도시하는 도면이다.26A-C illustrate a single interferometer system in which the beam offset due to the tilt or rotation of the substrate holder is corrected.

본 발명은 상기 문제점을 방지하는 스텝-앤드-스캔 투영 장치를 위한 새로운 개념을 제공한다. 이 새로운 개념은 개별적으로 또는 조합되어 사용될수 있는 다수의 특징을 갖는다.The present invention provides a new concept for a step-and-scan projection apparatus that avoids the above problem. This new concept has a number of features that can be used individually or in combination.

본 발명의 첫 번째 특징에 따르면 상기 간섭계 시스템은, 작동면에서 측정빔이 제 1 및 제 2 간섭계 유닛 양쪽 모두를 통과하고, 제 1 측정 반사기 및 제 2 측정반사기 양쪽에 의하여 한 번 이상 반사되며, 상기 제 1 및 제 2 간섭계 유닛은 공통의 방사-감광(radiation-sensitive) 검출기를 구비하는 것과, 측정빔과 조합된 기준빔은 제 1 및 제 2 간섭계 유닛 사이의 측정빔과 동일한 경로를 횡단하는것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the invention the interferometer system is characterized in that in the operating plane the measuring beam passes through both the first and second interferometer units and is reflected more than once by both the first and second measuring reflectors, The first and second interferometer units have a common radiation-sensitive detector, and the reference beam in combination with the measurement beam traverses the same path as the measurement beam between the first and second interferometer units. It is characterized by.

상기 두 테이블의 위치 신호는 이제 더 이상 전기적으로 비교되거나 서로 감산되지 않고, 광학적으로 그리고 간섭계 시스템 자체내에서 비교된다. 제어된 시스템, 즉, 폐쇄된 서보루프에서 상기 간섭계 신호의 주파수는 항상 테이블의 속도와 독립적이고 따라서, 이는 더이상 제한 요소가 되지 않는다.The position signals of the two tables are no longer electrically compared or subtracted from each other, but optically and in the interferometer system itself. In a controlled system, i.e., a closed servoloop, the frequency of the interferometer signal is always independent of the speed of the table and, therefore, is no longer a limiting factor.

제 1 및 제 2 측정 반사기와 제 1 및 제 2 빔 스플리터를 구비한 간섭계 시스템은 일본특허출원 제 3-199,905호의 영문 요약서에 기재되어 있고, 상기 특허출원의 간섭계 시스템의 측정빔은 상기 제 1 및 제 2 빔 스플리터를 지나도록 사용된다. 그러나 상기 공지된 시스템에서 상기 측정빔은 오직 하나의 측정 거울에 의해 반사되는 반면, 다른 측정 거울은 기준빔을 반사한다. 더욱이, 상기 공지된 시스템은 한방향에서 두 물체의 상호 이동을 측정하기 위해 사용되지는 않고, Y 테이블에 관한 X 테이블의 상대적인 변위의 측정을 위해서만 사용된다.An interferometer system having first and second measuring reflectors and first and second beam splitters is described in the English abstract of Japanese Patent Application No. 3-199,905, wherein the measuring beam of the interferometer system of the patent application is Used to cross the second beam splitter. However in the known system the measuring beam is reflected by only one measuring mirror, while the other measuring mirror reflects the reference beam. Moreover, the known system is not used to measure the mutual movement of two objects in one direction, but only for the measurement of the relative displacement of the X table relative to the Y table.

리소그래픽 장치에 적합한 상기 차동 간섭계 시스템의 일실시예에서는 마스크-패턴이 감소된 크기로 묘화되는데, 제 1 물체와 관련된 측정 반사기에 의해 반사되는 측정빔의 반사 회수와 제 2 물체와 관련된 측정반사기에 의해 반사되는 측정빔의 반사 회수 사이의 비율이 상기 제 2 물체의 속도와 상기 제 1 물체의 속도사이의 비율과 동일한 것을 추가적인 특징으로 한다.In one embodiment of the differential interferometer system suitable for a lithographic apparatus, the mask-pattern is drawn to a reduced size, with the number of reflections of the measuring beam reflected by the measuring reflector associated with the first object and the measuring reflector associated with the second object. It is further characterized in that the ratio between the number of reflections of the measuring beam reflected by it is equal to the ratio between the velocity of the second object and the velocity of the first object.

상기 간섭계 시스템은 제 1 간섭계 유닛으로부터 도달하는 측정빔이 상기 제 1 간섭계 유닛으로 되돌아오기 전에 제 2 간섭계 유닛내에서 m+1 반사 회수로 반사되는 방식으로 상기 제 2 간섭계 유닛이 적용되는 것을 추가적인 특징으로 하는 것이 바람직하다. 여기서 m은 2보다 큰 짝수이다.The interferometer system is further characterized in that the second interferometer unit is applied in such a way that the measuring beam arriving from the first interferometer unit is reflected by the number of m + 1 reflections in the second interferometer unit before returning to the first interferometer unit. It is preferable to set it as. Where m is an even number greater than 2.

이 측정에 의하여 상기 제 1 물체의 회전이나 경사(tilt)가 상기 간섭계 신호에 영향을 미치는 것이 방지된다.This measurement prevents the rotation or tilt of the first object from affecting the interferometer signal.

또한, 본 발명은 스텝-앤드-스캔 원리에 따라 기판상에 마스크 패턴을 여러번 묘화하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 마스크 테이블에 배치된 마스크 홀더와 기판 테이블에 배치된 기판 홀더 및 상기 마스크 테이블과 상기 기판 테이블의 사이에 배치된 투영 시스템을 포함한다. 상기 장치는 제 1 및 제 2 물체를 구성하는 기판과 마스크의 상호 위치를 측정하기 위한 상술된 간섭계 시스템을 특징으로 한다.The invention also relates to an apparatus for drawing a mask pattern on a substrate several times in accordance with the step-and-scan principle, the apparatus comprising: a mask holder disposed on a mask table and a substrate holder disposed on a substrate table and the mask table And a projection system disposed between the substrate table. The apparatus features the above-described interferometer system for measuring the mutual position of the mask and the substrate constituting the first and second objects.

본 발명의 사용은 스텝-앤드-스캔 투영 장치에 제한되지 않는다. 본 발명은 두 물체가 빠르게 그리고 서로에 대하여 매우-정밀하게 이동되어야 하는 환경과 장치에 일반적으로 사용될 수 있다.The use of the present invention is not limited to step-and-scan projection apparatus. The present invention can generally be used in environments and devices where two objects must be moved quickly and very-accurately with respect to each other.

만약, 확대율(M)을 가진 마스크 패턴이 이 투영 장치내에서 기판상에 묘화된다면, 기판과 관련된 측정 반사기에 의해 반사되는 측정빔의 반사 회수와 마스크와 관련된 측정 반사기에 의해 반사되는 측정빔의 반사 회수 사이의 비율이 1/M과 동일한 것을 추가적인 특징으로 한다.If a mask pattern with magnification M is drawn on the substrate in this projection device, then the number of reflections of the measurement beam reflected by the measurement reflector associated with the substrate and the reflection of the measurement beam reflected by the measurement reflector associated with the mask It is further characterized by the fact that the ratio between the recovery is equal to 1 / M.

본 발명의 다른 특징에 따르면 상기 장치는 기판과 관련된 측정 반사기와 마스크와 관련된 측정 반사기가 각각 기판 홀더와 마스크 홀더의 반사측면에 의해 구성되는 것을 추가적인 특징으로 한다.According to another feature of the invention the device is further characterized in that the measuring reflector associated with the substrate and the measuring reflector associated with the mask are each constituted by the reflecting sides of the substrate holder and the mask holder.

반사측면은 상기 측면 자체가 반사가능하거나, 반사기가 측면상에 고정된 수단으로 이해된다.The reflective side is understood as a means by which the side itself is reflectable or on which the reflector is fixed on the side.

상기 측정 반사기가 강성적으로 상기 기판과 마스크에 연결되어 있기 때문에, 공지된 장치에서는 고려되지 않았으며 마스크 테이블 요소의 서로에 대한 이동과 기판 테이블 요소의 서로에 대한 이동으로부터 기인한 이동을 포함화는 상기 구성요소 자체의 이동이 직접적으로, 따라서 신뢰성있게 측정된다.Since the measuring reflector is rigidly connected to the substrate and the mask, it is not considered in the known apparatus and includes the movement resulting from the movement of the mask table elements relative to each other and the movement of the substrate table elements relative to each other. The movement of the component itself is measured directly and thus reliably.

이하에서 기판 간섭계로 지칭되는 간섭계 시스템이 기판의 직선변위(linear disp1accement)와 경사 및 회전을 측정하기 위해 구성될 수 있는 방식과 리소그래픽 장치내에 장착될 수 있는 방식에 대해서는, 2-축(two-axis) 간섭계 시스템과 3-축 간섭계 시스템을 각각 기술하는 미국 특허 제 4,251,160호 및 제 4,737,283호가 참조된다. 기판 간섭계 시스템의 다른 실시예는 유럽특허출원 제 0498 499호에 기술된다.For the manner in which an interferometer system, hereinafter referred to as a substrate interferometer, can be configured to measure the linear disp1accement and the tilt and rotation of the substrate and how it can be mounted in a lithographic apparatus, two-axis reference is made to US Pat. Nos. 4,251,160 and 4,737,283, which describe interferometer systems and 3-axis interferometer systems, respectively. Another embodiment of a substrate interferometer system is described in European Patent Application No. 0498 499.

본 발명에 따른 장치는, 간섭계 시스템이 한 장소에서 투영 시스템의 위치를 측정하기 위한 투영 시스템 간섭계 유닛을 포함하는 것과, 상기 투영 시스템이 상기 장소에서 측정 반사기를 추가로 구비하는 것을 추가적인 특징으로 한다.The apparatus according to the invention is further characterized in that the interferometer system comprises a projection system interferometer unit for measuring the position of the projection system at a location, and the projection system further comprises a measuring reflector at the location.

상기 투영 시스템의 위치는 상기 시스템의 가능한 경사와는 독립적으로 측정될수 있다.The position of the projection system can be measured independently of the possible tilt of the system.

상기 장치의 다른 실시예는, 상기 투영 시스템이 두 개의 추가적인 측정반사기를 상기 마스크 홀더에 근접한 위치와 상기 기판 홀더에 근접한 위치에 각각 구비하고, 기준빔은 양쪽 측정 반사기에 의해 반사되는 것을 추가적인 특징으로 한다.Another embodiment of the apparatus is further characterized in that the projection system comprises two additional measuring reflectors at positions close to the mask holder and at positions close to the substrate holder, respectively, wherein the reference beam is reflected by both measuring reflectors. do.

상기한 특징 및 또다른 본 발명의 특징은 하기에 기술된 실시예의 참조로 설명되고 명백해질 것이다.These and other features of the invention will be described and become apparent with reference to the embodiments described below.

도 1은 마스크 패턴이 1/4로 감소된 크기로 묘화된, 따라서 M=1/4인 투영장치에 사용되는 본 발명에 따른 간섭계 시스템의 제 1 실시예를 도시한다. 이 도면과 상기 투영 장치의 다른 도면들은 차동 간섭계 시스템과 협력하는 구성요소, 즉, 반사기(RW)를 구비한 기판 홀더(WH)와 반사기(RM)를 구비한 마스크 홀더(MH)만을 도시한다. 방사원(도시되지 않음)으로부터 방출된 측정빔(bm)과 기준빔(br)은 각각 실선과 점선으로 도시된다. 이 빔들은, 예를들면, 지만 레이저(Zeenan laser)에 의하여 방출된, 방사빔의 상이한 주파수를 갖는 두 개의 상호 수직으로 분극된 성분이므로, 상기 측정은 위상측정에 기초를 둔다. 상기 측정빔과 상기 기준빔의 방향은 화살표로 도시된다.1 shows a first embodiment of an interferometer system according to the invention for use in a projection apparatus in which the mask pattern is drawn to a size reduced by one quarter, and thus M = 1/4. This figure and other figures of the projection apparatus only show components cooperating with the differential interferometer system, namely the substrate holder WH with the reflector RW and the mask holder MH with the reflector RM. The measurement beam bm and the reference beam br emitted from the radiation source (not shown) are shown in solid and dashed lines, respectively. Since these beams are, for example, two mutually polarized components having different frequencies of radiation beams emitted by a Zeenan laser, the measurement is based on phase measurement. The directions of the measuring beam and the reference beam are shown by arrows.

반사기(RW)를 구비한 기판 홀더(WH)의 위치에서 도 1에 도시된 상기 실시예는 편광-감광(polarization-sensitive) 스플리터(1)와 1/4파장(λ /4)판(2) 및 두개의 역반사기(retroreflector)(3,4)를 포함한다. 또한, 편광-감광 빔 스플리터(5), λ /4판(8) 및 두 개의 역반사기(6,7)는 반사기(RM)를 구비한 마스크 홀더(MH)의 위치에 존재한다. 또한, 고정 반사기(stationary reflector)(MI)는 본래의 장소에 존재한다. 상기 빔 스플리터(1,5)는 방사원으로부터의 상기 빔 편광의 제 1 방향을 가진 제 1 성분과 상기 빔 편광의 제 1 방향과 수직인 편광의 제 2 방향을 가진 제 2 성분을 통과시키고, 그들을 반사시키는, 혹은 그 반대인 편광-감광 경계면(interface)(9,10)을 갖는다. 도시된 실시예에서 통과된 빔 성분은 기준빔(br)이고 반사된 빔 성분은 측정빔(bm)이다. 상기 빔 성분의 편광에 45°각도의 편광 방향을 가진 1/4파장판(2,8)은 만약 빔 성분이 이런 판을 두 번 통과하면 빔 성분의 편광의 방향이 90°회전하게 한다.The embodiment shown in FIG. 1 in the position of the substrate holder WH with a reflector RW is a polarization-sensitive splitter 1 and a quarter-wavelength lambda / 4 plate 2. And two retroreflectors 3, 4. In addition, the polarization-sensitive beam splitter 5, the λ / 4 plate 8 and two retroreflectors 6,7 are present at the position of the mask holder MH with the reflector RM. In addition, the stationary reflector MI is in place. The beam splitters 1, 5 pass a first component having a first direction of the beam polarization from a radiation source and a second component having a second direction of polarization perpendicular to the first direction of the beam polarization, and It has a polarizing-photosensitive interface 9, 10 that reflects or vice versa. In the illustrated embodiment, the beam component passed is the reference beam br and the reflected beam component is the measurement beam bm. The quarter-wave plates 2,8 having a polarization direction of 45 ° angle to the polarization of the beam component cause the direction of polarization of the beam component to rotate by 90 ° if the beam component passes through this plate twice.

상기 경계면(9)에 의하여 통과된 측정빔(bm)은 λ /4판(2)을 횡단하고 위치(P1)에서 상기 반사기(RW)상에 충돌한다. 반사된 빔은 λ /4판을 두번째로 횡단하여 그 편광의 방향이 본래 편광의 방향에 대해 90°회전되고, 그 후 역반사기(3)쪽으로 경계면(9)에 의하여 통과된다. 상기 반사기의 경사면상의 반사를 경유하여 상기 측정빔은 상기 빔 스플리터(1)로 다시 들어가고, 그 후, 상기 빔 스플리터에 의하여 통과되어 위치(P2)에서 상기 반사기(RW)상에 두 번째로 충돌한다. 상기 위치(P2)로부터 나온 측정빔은 상기 경계면(9)에 의해 상기 마스크 홀더에 근접하게 배치된 빔 스플리터(5)의 경계면(10)쪽으로 반사된다. 이어서, 상기 경계면(10)은 상기 측정빔을 상기 λ /4판(18)을 경유하여 상기 측정빔이 위치(P3)에서 입사되는 마스크 홀더 반사기(RM)로 반사한다. 상기 반사기(RM)에 의해 반사된 측정빔은 상기 λ /4판을 두번째 횡단하여 그 편광의 방향이 다시 90°회전 되고, 상기 경계면에 의하여 상기 역반사기(6)쪽으로 통과된다. 이 반사기의 경사면상에서의 반사와 상기 경계면(10) 및 λ /4판의 통과를 경유하여, 상기 빔은 위치(P4)에서 상기 반사기(MI)에 도달한다. 상기 반사기(MI)에 의해 반사된 빔은 다시 λ /4판(8)을 횡단하여 그 편광 방향이 다시 90°회전하고 상기 빔이 경계면(10)에 의해 경계면(9)쪽으로 반사된다. 그후, 상기 측정빔은, 상기 위치(P1, P2)에서 기술한 바와 유사하게, 위치(P5, P6)에서 연속적으로 입사 및 반사되도록 상기 기판 반사기(RW)로 다시 보내진다. 위치(P6)에서 반사된 빔은 상기 경계면(9)에 의해 상기 간섭계 시스템으로부터 검출기(도시되지 않음)를 향해 반사된다.The measuring beam bm passed by the interface 9 traverses the λ / 4 plate 2 and impinges on the reflector RW at position P1. The reflected beam crosses the [lambda] / 4 plate a second time so that the direction of the polarization is rotated by 90 [deg.] Relative to the direction of the original polarization and then passed by the interface 9 towards the retroreflector 3. Via the reflection on the inclined surface of the reflector the measuring beam enters the beam splitter 1 again and is then passed by the beam splitter to impinge on the reflector RW at the position P2 a second time. . The measuring beam from the position P2 is reflected by the boundary surface 9 towards the boundary surface 10 of the beam splitter 5 disposed proximate to the mask holder. Subsequently, the boundary surface 10 reflects the measurement beam to the mask holder reflector RM through which the measurement beam is incident at position P3 via the λ / 4 plate 18. The measuring beam reflected by the reflector RM crosses the [lambda] / 4 plate a second time, and the direction of polarization is again rotated by 90 [deg.], And is passed toward the retroreflector 6 by the interface. Via the reflection on the inclined surface of this reflector and the passage of the interface 10 and the λ / 4 plate, the beam reaches the reflector MI at position P4. The beam reflected by the reflector MI again traverses the [lambda] / 4 plate 8 and its polarization direction is rotated 90 [deg.] Again and the beam is reflected by the interface 10 towards the interface 9. The measuring beam is then sent back to the substrate reflector RW to be incident and reflected continuously at positions P5 and P6, similarly as described at positions P1 and P2. The beam reflected at position P6 is reflected from the interferometer system towards the detector (not shown) by the interface 9.

상기 경계면(9)에 의하여 통과된 기준빔(br)은 또한 상기 전체 시스템을 횡단하지만, 상기 반사기(RW, RM, MI)는 바이패스(bypass)한다. 상기 빔은 단지 상기 역반사기(4,7)의 측면에 의해 반사되고 항상 상기 빔 스플리터(1,5)의 경계면(9,10)에 의하여 통과된다. 상기 시스템으로부터 발생한 상호 수직으로 분극된 빔(bm,br)은 검출기로 가는 도중 상기 빔들의 편광방향에 대하여 45°의 각도로 연장되는 편광방향을 갖는 분광기(도시되지 않음)를 통과하고, 상호 간섭할 수 있는 상기 빔의 두 성분을 통과시킨다. 상기 빔 성분들 사이의 위상차는 상기 거울(RM, RW)의 상호 위치에 의존하고, 그러므로 상기 거울이, 그리고 그 때문에 상기 마스크 및 상기 기판이 확대율(M)을 고려하여 동기화되어 이동하는 범위에 의존한다. 리소그래픽 장치에서 투영 렌즈 시스템(도 1에 도시되지 않음)은 마스크 홀더(MH)와 기판 홀더(WH)사이에 배치된다. 도 1에 도시된 상기 간섭계 시스템의 실시예에서는 상기 측정빔이 기판 반사기 상에서 네 번 반사되고 마스크 반사기 상에서 1번 반사되며, 이 투영렌즈 시스템은 1/4의 확대율을 갖는다.The reference beam br passed by the interface 9 also traverses the entire system, but the reflectors RW, RM, MI bypass. The beam is only reflected by the sides of the retroreflectors 4, 7 and always passed by the interface 9, 10 of the beam splitter 1, 5. The mutually polarized beams (bm, br) generated from the system pass through a spectrometer (not shown) having a polarization direction extending at an angle of 45 ° with respect to the polarization direction of the beams on the way to the detector, and mutual interference Pass two components of the beam where possible. The phase difference between the beam components depends on the mutual position of the mirrors RM, RW, and therefore on the extent to which the mirror and hence the mask and the substrate move in synchronization with consideration of magnification M. do. In a lithographic apparatus, a projection lens system (not shown in FIG. 1) is disposed between the mask holder MH and the substrate holder WH. In the embodiment of the interferometer system shown in FIG. 1, the measurement beam is reflected four times on the substrate reflector and once on the mask reflector, which has a magnification of 1/4.

도 2는 확대율(M)이 1/4인 투영 장치에 사용하기 위한 차동 간섭계 시스템의 제 2 실시예를 도시한다. 이 실시예는 두 개의 특별한 반사기(15,16)가 결합되고 제 1 빔 스플리터(1)와 결합된 제 1 역반사기(3)는 생략되며, 제 2 빔 스플리터에서 도 1의 상기 두 개의 역반사기(6,7)가 역반사기(18,19)로 대체된 점에서 도 1의 실시예와 구분된다. 이 실시예에서 좌측으로부터 들어온 상기 측정빔(bm)은 최초로 위치(P1, P2)에서 빔 스플리터(1) 및 λ /4판을 경유하여 기판 반사기(RW)에 의해 두 번 반사된다. 상기 반사기(15,16)는 위치(P2)에서 반사된 측정빔을 고정반사기(MI)로 반사한다. 위치(P3)에서 이 반사기에 의해 반사된 측정빔은 경계면(10)에 의해 역반사기(19)로 반사된다. 반사기의 경사면상의 반사를 경유하여, 상기 측정빔은 마스크 반사기(RM)상의 위치(P4)로 반사되는 경계면(10)으로 돌려보내진다. 이 반사기로부터 상기 측정빔은 반사기(16,15)상의 반사를 경유하여 기판 반사기(RW)상의 위치(P5)로 이동한다. 거기에서 상기 측정빔은 다시 반사되고 연속적으로 상기 빔은 상기 경계면(9)상의 반사와, 상기 역반사기(14)의 두 개의 경사면상의 반사와, 다시 경계면(9)상의 반사를 경유하여 상기 기판 반사기(RW)상의 위치(P6)로 간다. 그곳에서 반사된 측정빔(bm)은 λ /4판(2)과 빔 스플리터(1)를 경유하여 검출기(도시되지 않음)에 도달한다.FIG. 2 shows a second embodiment of a differential interferometer system for use in a projection device with an enlargement ratio M of 1/4. This embodiment omits the first retroreflector 3, in which two special reflectors 15, 16 are combined and combined with the first beam splitter 1, in the second beam splitter the two retroreflectors of FIG. 1. (6,7) is distinguished from the embodiment of FIG. 1 in that it is replaced by retroreflectors 18,19. In this embodiment the measuring beam bm coming from the left side is initially reflected twice by the substrate reflector RW via the beam splitter 1 and the λ / 4 plate at positions P1 and P2. The reflectors 15 and 16 reflect the measuring beam reflected at the position P2 to the fixed reflector MI. The measuring beam reflected by this reflector at position P3 is reflected by retrograde reflector 19 by interface 10. Via the reflection on the inclined plane of the reflector, the measuring beam is returned to the boundary plane 10 which is reflected to the position P4 on the mask reflector RM. From this reflector the measuring beam moves to position P5 on substrate reflector RW via reflection on reflectors 16 and 15. There the measuring beam is reflected again and successively the beam reflects the substrate reflector via the reflection on the interface 9, on the two inclined surfaces of the retroreflector 14 and again on the interface 9. Go to position P6 on (RW). The measurement beam bm reflected there reaches a detector (not shown) via the λ / 4 plate 2 and the beam splitter 1.

상기 기준빔(br)은 연속적으로 경계면(9)과, 역반사기(4)의 두 개의 경사면과, 경계면(9)과, 반사기(15,16)와, 경계면(10)과, 반사기(18)의 두 개의 경사면과, 반사기(15,16)와, 경계면(9)과, 반사기(4)의 두 개의 경사면상에서 반사되어 상기 시스템을 통과하고, 최종적으로 빔(br')으로서 경계면(9)상의 반사를 경유하여 측정빔(bm')의 경우와 동일한 검출기로 보내진다. 상기 기준빔(br)은 그러므로 모든 반사기(RW, RM, MI)를 바이패스 한다.The reference beam br is continuously connected to the boundary surface 9, the two inclined surfaces of the retroreflector 4, the boundary surface 9, the reflectors 15 and 16, the boundary surface 10, and the reflector 18. On two inclined planes, the reflectors 15 and 16, the interface 9 and the two inclined planes of the reflector 4 to pass through the system and finally on the interface 9 as a beam br '. Via reflection it is sent to the same detector as in the case of the measuring beam bm '. The reference beam br therefore bypasses all reflectors RW, RM, MI.

도 3은 확대율 M=1인 투영 장치에 사용하는 차동 간섭계 시스템의 실시예를 도시한다. 고정 반사기(MI)가 없으나, 도 1에 도시된 것과 동일한 구조를 갖는 이 실시예에서, 상기 측정빔(bm)은 최초로 기판 반사기에 의해 연속적으로 위치(P1, P2)에서 두 번 반사된다. 위치(P2)로부터 나오는 측정빔은 경계면(9,10)상의 반사를 경유하여 마스크 반사기(RM)상의 위치(P3)에서 반사된다. 상기 반사된 측정빔은 그 후 역반사기(6)의 경사면상의 반사를 경유하여 상기 경계면(10)으로 다시 반사되는 상기 마스크 반사기(RM)상의 위치(P4)로 간다. 이 경계면은 상기 측정빔(b'm)을 검출기(도시되지 않음)로 반사한다.3 shows an embodiment of a differential interferometer system for use with a projection device with magnification M = 1. In this embodiment without the fixed reflector MI, but having the same structure as shown in Fig. 1, the measuring beam bm is first reflected twice at positions P1 and P2 successively by the substrate reflector. The measuring beam emerging from position P2 is reflected at position P3 on mask reflector RM via reflection on boundary surfaces 9 and 10. The reflected measuring beam then goes to position P4 on the mask reflector RM which is reflected back to the interface 10 via reflection on the inclined plane of the retroreflector 6. This interface reflects the measurement beam b'm to a detector (not shown).

상기 기준빔(br)은 상기 빔 스플리터(1,5)를 통과하고 단지 역반사기(4,7)의 경사면에 의해 반사된다. 이 빔은 상기 반사기(RW, RM)를 바이패스한다.The reference beam br passes through the beam splitters 1 and 5 and is only reflected by the inclined surfaces of the retroreflectors 4 and 7. This beam bypasses the reflectors RW, RM.

도 4는 확대율이 M=1인 투영 장치를 사용하는 차동 간섭계 시스템의 제 2 실시예를 도시한다. 이 실시예는 도 3에 도시된 실시예와 여분의 λ /4관(20)이 제 1 빔 스플리터(1) 아래 배치된 것과 상기 역반사기(3)가 생략된 것이 다르다. 좌측에서 도입된 측정빔(bm)은 최초로 위치(P1)에서 상기 기판 거울(RW)에 의해 반사된다. 그 후, 상기 측정빔은 경계면(9,10)상의 반사를 경유하여 상기 마스크 반사기(RM)상의 위치(P2)로 간다. 이 반사기에서 반사된 측정빔은 상기 역반사기(6)의 경사면에 의해 상기 마스크 반사기(RM)상의 위치(P3)로 반사된다. 상기 경계면(10,9)상의 반사를 경유하여 상기 측정빔은 빔(b'm)으로 위치(P4)에서 검출기(도시되지 않음)를 향해 반사되는 상기 기판 반사기(RW)로 되돌아간다.4 shows a second embodiment of a differential interferometer system using a projection device with a magnification M = 1. This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 3 in that the redundant λ / 4 tube 20 is arranged below the first beam splitter 1 and the retroreflector 3 is omitted. The measuring beam bm introduced at the left is initially reflected by the substrate mirror RW at position P1. The measuring beam then goes to position P2 on the mask reflector RM via reflection on the interface 9, 10. The measuring beam reflected by this reflector is reflected by the inclined surface of the retro reflector 6 to the position P3 on the mask reflector RM. Via the reflection on the interfaces 10 and 9 the measuring beam returns to the substrate reflector RW which is reflected toward the detector (not shown) at position P4 with beam b'm.

상기 λ /4판(20)은 기준빔(br)만의 경로에 배치되고, 최초로 경계면(9)에 의해 반사되는 이 빔은 역반사기(4)의 경사면상에서 반사 이후 경계면(9,10)에 의해 역반사기(7)를 향해 지나간다. 이 반사기의 두 경사면상의 반사를 경유하여 상기 기준빔은 역반사기(4)로 되돌려진다· 상기 경계면(9)은 마지막으로 빔(br')로서 이 반사기로부터 나오는 상기 기준빔을 상기 측정빔(bm')을 또한 수용하는 검출기로 보낸다.The [lambda] / 4 plate 20 is arranged in the path of the reference beam br only, and this beam, first reflected by the interface 9, is then reflected on the inclined plane of the retroreflector 4 by the interface 9,10 after reflection. Pass towards retroreflector (7). The reference beam is returned to the retroreflector 4 via the reflection on the two inclined planes of the reflector. The interface 9 is finally the beam br 'and the reference beam coming out of the reflector is measured by the measuring beam bm. ') Is also sent to the receiving detector.

본 발명에 따른 차동 간섭계 시스템은 확대율이 M=1/4이거나 M=1인 스텝-앤드-스캔 투영 장치에 사용될뿐만 아니라 예로서 확대율이 M=1/2인 장치 등에도 또한 사용된다· 이 목적에 적용되기 위해 차동 간섭계 시스템은 상기 고정 반사기(MI)가 제거되는 반면에 도 1 및 도 2에 도시된 바와 동일한 구조를 가질수 있다. 일반적으로, 상기 차동 간섭계 시스템은 확대율이 M인 투영 장치에 사용될수 있고, 상기 시스템은 측정빔을 위한 상기 전체 광학적 경로 길이는 변하지 않고 상기 기판 반사기에 의해 반사되는 측정빔의 반사 회수와 상기 마스크 반사기에 의해 반사되는 측정빔의 반사 회수 사이의 비율이 1/M인 방식으로 구성될수 있다. 또한, 만약 후자의 조건이 만족되지 않는다면, 기판 반사기와 마스크 반사기 양쪽에서 측정빔을 반사하는 본 발명의 아이디어를 사용할 때 공지된 시스템에 대해 상기 간섭계 신호의 비트 전송률(bit rate)이 상당히 감소될수 있다. 본 발명에 따른 간섭계 시스템에서 상기 측정빔과 상기 기준빔이 가능한 한 동일한 경로를 간다는 것은 중요하다. 이런 장치에서 마스크 홀더와 기판 홀더 사이의 거리가 클 수 있기 때문에 리소그래픽 장치에서 이는 특별히 중요하다.The differential interferometer system according to the present invention is not only used for step-and-scan projection devices with magnification M = 1/4 or M = 1, but also for example for devices with magnification M = 1/2 and the like. The differential interferometer system may have the same structure as shown in FIGS. 1 and 2 while the fixed reflector MI is removed to be applied to. In general, the differential interferometer system can be used in a projection device with a magnification M, where the system reflects the number of reflections of the measurement beam reflected by the substrate reflector and the mask reflector without changing the overall optical path length for the measurement beam. It can be configured in such a way that the ratio between the number of reflections of the measuring beam reflected by 1 / M is 1 / M. Also, if the latter condition is not met, the bit rate of the interferometer signal can be significantly reduced for known systems when using the idea of the present invention to reflect the measurement beam on both the substrate reflector and the mask reflector. . In the interferometer system according to the invention, it is important that the measurement beam and the reference beam follow the same path as possible. This is particularly important in lithographic devices because the distance between the mask holder and the substrate holder in such a device can be large.

도 1 내지 도 4에 단지 리소그래픽 투영 장치의 상기 기판 홀더(WH)와 상기 마스크 홀더(MH)가 개략적으로 도시된다. 상술한 미국 특허 제 5,194,893호와 같이 투영 렌즈 시스템은 이 홀더들 사이에 배치된다. 더욱이 상기 기판 홀더와 상기 마스크 홀더는 각각 기판 테이블(스테이지)과 마스크 테이블의 부분을 형성하고, 이로써 상기 기판 및 상기 마스크는 상호에 대해 배치되고 대체될수 있다. 이 이동은 간섭계 시스템의 제어 아래 수행된다. 더욱 종래의 스텝-앤드-스캔 장치에서는 상기 기판뿐만 아니라 상기 마스크의 위치가 장치 기준에 대해 측정된다. 그러나 장치의 진동 및 다른 불안정성은 상기 기판 및 상기 마스크의 위치를 결정함에 불안한 영향을 미친다. 상기 마스크와 상기 기판의 상호 위치가 명확한 주사 동작에 가장 중요한 요소이기 때문에, 미국 특허 제 5,194,893호에 이미 제안된 바와 같이 상호 위치를 직접적으로 측정하는 것이 더욱 좋다. 이미 상술한 바와 같이, 투영 렌즈 시스템의 확대율뿐만 아니라 상기 시스템의 Z위치, 즉, 장치의 좌표 시스템의 Z축을 따른 위치는 반드시 고려되어야 한다. 도 1 내지 도 4에 수평선으로 도시된 상기 주사방향은 예로서 이 좌표 시스템의 X 방향이다.1 to 4 schematically show only the substrate holder WH and the mask holder MH of the lithographic projection apparatus. Projection lens systems, such as US Pat. No. 5,194,893, described above, are disposed between these holders. Moreover, the substrate holder and the mask holder respectively form part of a substrate table (stage) and a mask table, whereby the substrate and the mask can be disposed and replaced relative to each other. This movement is performed under the control of the interferometer system. In more conventional step-and-scan apparatus the position of the mask as well as the substrate is measured relative to the apparatus reference. However, vibrations and other instability of the device have an unstable effect on the positioning of the substrate and the mask. Since the mutual position of the mask and the substrate is the most important factor for a clear scanning operation, it is better to measure the mutual position directly as already proposed in US Pat. No. 5,194,893. As already mentioned above, the magnification of the projection lens system as well as the Z position of the system, ie the position along the Z axis of the coordinate system of the device, must be taken into account. The scanning direction shown by horizontal lines in FIGS. 1 to 4 is, for example, the X direction of this coordinate system.

상기 마스크와 상기 기판은, 예를들어, 10nm 정도의 정밀도로 X 및 Y 방향에서 상호에 대해 잘 유지되고 정렬된다.The mask and the substrate are well maintained and aligned with respect to one another in the X and Y directions, for example, with an accuracy of about 10 nm.

초기 또는 전체적인 X 및 Y 정렬에서, 상기 장치는 분리된 정렬 시스템, 예를들어, 미국 특허 제 4,251,160호에 기술된 시스템을 포함하는데, 이는 특별한 마스크 정렬마크를 특별한 기판 정렬 마크에 대해 정렬한다. Z 방향에서 상기 마스크 및 상기 기판 양쪽은 투영 렌즈 시스템에 대해 정밀하게 배치되어야만 한다. 투영 렌즈 시스템에 대한 상기 기판의 Z 위치는, 예를들어, 미국 특허 제 5,191,200호에 기술된 바와 같은 초점 및 조절(focus and leveling) 시스템에 의해 정밀하게 조절될 수 있다. 최초에 잘못된 상기 마스크의 Z 위치는 오류를 발생시킨다. 이 오류를 방지하기 위해 상기 마스크와 상기 투영렌즈 시스템 사이의 간격은, 예를들어, 1㎛의 정밀도로 조절되어야만 하고 조절된 상태로 보존되어야 한다. 이는 상기 마스크와 상기 투영렌즈 시스템 사이의 충분한 공기 베어링(air bearing)에 의해 실현될 수 있다.In initial or overall X and Y alignment, the apparatus comprises a separate alignment system, for example the system described in US Pat. No. 4,251,160, which aligns a particular mask alignment mark with a particular substrate alignment mark. Both the mask and the substrate in the Z direction must be precisely positioned relative to the projection lens system. The Z position of the substrate relative to the projection lens system can be precisely adjusted by a focus and leveling system, for example as described in US Pat. No. 5,191,200. The first incorrect Z position of the mask generates an error. To avoid this error, the spacing between the mask and the projection lens system must be adjusted to a precision of, for example, 1 占 퐉 and kept in the adjusted state. This can be realized by sufficient air bearing between the mask and the projection lens system.

상기 마스크 및 상기 기판의 X 및 Y 상호 위치 또한 측정되어야만 한다. 더욱이, 유럽특허출원 제 0 489 499호에 기술된 바와 같이, 기판의 X 축 및 Y 축에 대한 경사(φ x, φ y)는 애브(Abbe) 오류를 방지하도록 측정될 수 있고, 이 목적을 위해 다섯 개의 측정축을 가진 간섭계 시스템이 상기 기판에 사용될 수 있다. 다섯개의 파라미터, 즉, X 위치, Y 위치, X축에 대한 경사 φ x, Y축에 대한 경사 φ y, Z축에 대한 회전 φ z은 상기 측정축의 신호의 조합으로부터 결정될 수 있다.The X and Y mutual positions of the mask and the substrate must also be measured. Furthermore, as described in EP 0 489 499, the inclinations φ x and φ y with respect to the X and Y axes of the substrate can be measured to prevent Abbe errors, and An interferometer system with five measuring axes can be used for the substrate. Five parameters, namely the X position, the Y position, the inclination φ x for the X axis, the inclination φ y for the Y axis, and the rotation φ z for the Z axis, can be determined from a combination of the signals of the measuring axis.

상기 측정축은 도 5a에 도시된다. 이 매우 개략적인 도면에서, 상기 기판은 W로 도시되고 상기 마스크는 MA, 그리고 상기 기판 홀더는 WH로 도시된다. 참조부호 RR1 및 RR2는 고정기준 반사기를 나타내고, 그에 대해 기판 반사기 RW1 및 RW2의 방위와 위치가 측정된다. 상기 간섭계 시스템은 두 개의 유닛으로 구성되는데, 첫번째는 상기 반사기(RW1)와 협력하며 두 개의 측정축을 구비하고, 두 번째는 반사기(RW2)와 협력하며 세 개의 측정축을 구비한다. 상기 기판의 X 위치는 X 측정축을 따라 상기 제 1 간섭계 유닛에 의해 측정된다. 상기 유닛은 φ y로 도시된 제 2 측정축을 구비하고 상기 제 2 측정축은 X 방향으로 연장되나 제 1 측정축에 대해 Z방향으로 오프셋 된다. 상기 Y 축에 대한 경사 φ y는 상기 제 1 및 제 2 X 측정축으로부터 도달된 신호 사이의 차이로부터 결정될 수 있다. 상기 제 2 간섭계 유닛은 Y1로 도시된 제 1 Y 측정축을 구비하고 이것으로 상기 기판의 Y 위치가 결정될 수 있다. 상기 X축에 대한 경사(λ x)는, φ x로 도시되고 Z방향에서 Y1에 대한 오프셋된 신호와 이 측정축의 신호의 조합으로부터 결정될 수 있다. 기판의 Z축에 대한 회전(φ z)은 X축 방향에서 서로에 관해 오프셋된 측정축 Y1 및 Y2 신호의 조합으로부터 결정될 수 있다. 상기 마스크의 방위 및 위치의 분리된 결정을 위해, 즉, X위치와 Y 위치 및 상기 Z축에 대한 회전을 결정하기 위해 세 개의 측정축을 구비한 간섭계 시스템이 필요하다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 차동 측정에 의해 전체 간섭계 시스템의 측정축의 수는 여덟 개에서 다섯개로 감소될 수 있다. X 측정축 dx에 의해 지시된 바와 같이, 상기 기판에 대한 마스크의 상대적인 위치가 이제 측정된다. 또한, 측정축 dy1 및 dy2로 지시된 바와 같이, 상기 기판에 대한 마스크의 상대적인 Y 위치와 서로에 대한 상기 기판과 상기 마스크의 Z 축에 대한 상대적인 회전(φ z)이 측정된다. 또한, 상기 기판의 Y 축에 대한 경사와 X 축에 대한 경사는 반드시 측정되어야만 하고, 이는 기판에 대한 제 2 X 측정축(φ y)과 제 2 Y 측정축(φ x)에 의해 실현된다. 차동 측정측(dx, dy1, dy2)에 대해서는 도 1 내지 도 4의 참조로 기술되고 하기에 추가로 기술될 간섭계 시스템이 사용될 수 있다.The measuring axis is shown in Fig. 5a. In this very schematic drawing, the substrate is shown as W, the mask as MA and the substrate holder as WH. Reference numerals RR1 and RR2 denote fixed reference reflectors, with which the orientation and position of the substrate reflectors RW1 and RW2 are measured. The interferometer system consists of two units, the first of which has two measuring axes in cooperation with the reflector RW1 and the second of which has three measuring axes in cooperation with the reflector RW2. The X position of the substrate is measured by the first interferometer unit along the X measurement axis. The unit has a second measuring axis shown by φ y and the second measuring axis extends in the X direction but is offset in the Z direction with respect to the first measuring axis. The slope φ y with respect to the Y axis can be determined from the difference between the signals reached from the first and second X measurement axes. The second interferometer unit has a first Y measurement axis, shown as Y1, from which the Y position of the substrate can be determined. The inclination λ x with respect to the X axis can be determined from the combination of the signal of this measurement axis and the signal offset for Y 1 in the Z direction and shown in φ x. The rotation φ z about the Z axis of the substrate can be determined from a combination of the measurement axis Y1 and Y2 signals offset relative to each other in the X axis direction. For a separate determination of the orientation and position of the mask, i.e. an interferometer system with three measuring axes to determine the X and Y positions and the rotation about the Z axis is required. As shown in FIG. 5B, the number of measuring axes of the entire interferometer system can be reduced from eight to five by differential measurements. As indicated by the X measurement axis dx, the relative position of the mask with respect to the substrate is now measured. In addition, as indicated by the measuring axes dy1 and dy2, the relative Y position of the mask with respect to the substrate and the relative rotation φ z with respect to the Z axis of the substrate and the mask with respect to each other are measured. Also, the inclination with respect to the Y axis and the inclination with respect to the X axis of the substrate must be measured, which is realized by the second X measuring axis φ y and the second Y measuring axis φ x with respect to the substrate. For the differential measuring side dx, dy1, dy2, an interferometer system described with reference to FIGS. 1 to 4 and further described below may be used.

단지 상기 마스크의 상대적인 위치가 기판에 대해 측정되기 때문에 상기 기판 및 상기 마스크가 리소그래픽 장치로 도입될 때 특별한 절차가 반드시 사용된다. 어떻게 도입절차가 수행될 수 있는지가 도 6을 참조로 설명된다. 최초로 상기 마스크 테이블(MT) 및 상기 기판 테이블(WT)은 예로서 테사 촉수(Tesa feelers) 형태의 멈춤 장치에 의해 고정된 제로 또는 리셋 위치로 이동된다. 상기 간섭계는 제로(zero)로 설정된다. 뒤이어, 상기 마스크 테이블은 스캐닝 서보루프에 의해 상기 투영 렌즈 시스템 위에 배치된다. 차동 간섭계 시스템을 경유한 결합 때문에, 상기 기판테이블은 이 이동을 따른다. 그후, 정렬 마크(M1, M2)를 구비한 상기 마스크(MA)가 상기 마스크 테이블의 홀더내에 배치된다. 뒤이어, 상기 마스크는 유지되고, 상기 기판 테이블은 상기 기판이 상기 마스크 테이블의 홀더내에 배치된 위치로 이동된다. 상기 기판 테이블은 그후 다시 상기 기판이 상기 마스크와 상기 투영렌즈 시스템의 아래에 놓이는 방식으로 변위(displace)된다. 뒤이어, 상기 기판은 상기 장치내에 존재하는 정렬 시스템에 의해 상기 마스크에 대해 정렬되고, 마스크 마크(M1, M2) 및 이와 유사한 기판내의 정렬 마크는 상호 묘화되고, 이러한 마크가 서로에 대해 바르게 배치되었는지가 판정된다. 이때 도 6에 도시된 상황이 달성된다. X 및 Y 간섭계에 의하여 고정된, 이차원 좌표계에 대한 상기 기판 마크의 X 및 Y 위치 또한 알려진다. 이 좌표시스템은 상기 기판 테이블의 스테핑 이동, 즉, 상기 마스크 패턴이 상기 기판의 한 IC 영역(다이) 상에 묘화된 후 상기 마스크와 상기 투영 렌즈 시스템 아래로 완전한 IC 영역을 가져오도록 상기 테이블이 수행해야 하는 이동시에도 사용된다. 상기 기판과 상기 마스크가 서로에 대해 정렬된 후, 상기 기판 테이블은 발견된 dy1-dy2 값 즉, φ z값을 유지하는 동안, 제 1 IC 영역이 마스크 아래에 놓이도록 제 1 스테핑 이동을 수행한다. 뒤이어, 상기 마스크와 상기 기판은, 투영빔이 스위치온되는 동안, 상기 투영렌즈 시스템과 상기 투영빔에 대한 확대율을 고려하면서 동기 이동(synchronous movement)을 수행한다. 즉, 주사 이동에 의해 상기 마스크가 상기 제 1 IC 영역상에 묘화된다. 상기 묘화 동작이 완료되었을 때, 상기 투영빔은 스위치오프 되고 상기 기판 테이블은 수반되는 기판의 IC 영역이 상기 마스크 아래 배치되도록 한 단계를 이동한다. 그 후 상기 마스크 패턴이 상기 제 2 IC 영역상에 묘화되도록 주사 동작이 다시 수행된다. 이 스텝-앤드-스캔 절차는 상기 마스트 패턴의 이미지가 기판의 모든 IC영역상에 형성될 때까지 계속된다.Since only the relative position of the mask is measured relative to the substrate, a special procedure is necessarily used when the substrate and the mask are introduced into a lithographic apparatus. How the introduction procedure can be performed is described with reference to FIG. Initially, the mask table MT and the substrate table WT are moved to a fixed zero or reset position by a stop device in the form of, for example, Tesa feelers. The interferometer is set to zero. Subsequently, the mask table is placed above the projection lens system by a scanning servo loop. Because of the coupling via the differential interferometer system, the substrate table follows this movement. Then, the mask MA with the alignment marks M1, M2 is disposed in the holder of the mask table. Subsequently, the mask is held and the substrate table is moved to a position where the substrate is placed in a holder of the mask table. The substrate table is then displaced again in such a way that the substrate lies underneath the mask and the projection lens system. Subsequently, the substrate is aligned with respect to the mask by an alignment system present in the apparatus, and the mask marks M1, M2 and similar alignment marks in the substrate are drawn together and whether these marks are correctly positioned with respect to each other. It is determined. At this time, the situation shown in FIG. 6 is achieved. The X and Y positions of the substrate mark relative to the two-dimensional coordinate system, fixed by the X and Y interferometers, are also known. This coordinate system performs a stepping movement of the substrate table, i.e. the table so that the mask pattern is drawn on one IC region (die) of the substrate and then brings the complete IC region under the mask and the projection lens system. It is also used to move. After the substrate and the mask are aligned with respect to each other, the substrate table performs a first stepping movement so that the first IC region is under the mask while maintaining the found dy1-dy2 value, i. . Subsequently, the mask and the substrate perform synchronous movement while considering the magnification of the projection lens system and the projection beam while the projection beam is switched on. That is, the mask is drawn on the first IC region by the scanning movement. When the drawing operation is completed, the projection beam is switched off and the substrate table moves one step so that the accompanying IC region of the substrate is placed under the mask. Thereafter, the scanning operation is performed again so that the mask pattern is drawn on the second IC region. This step-and-scan procedure continues until an image of the mast pattern is formed on all IC regions of the substrate.

상대적인 위치들(도 6에 도시된 dx, dy1, dy2)은 도 4에 도시된 차동 간섭계 시스템으로 측정될 수 있다. 이런 간섭계 시스템의 더욱 단순한 실시예가 도 7에 도시된다. 이 시스템은 도 2에 도시된 시스템과 유사하나 마스크 테이블이나 마스크 홀더 상에 역반사기(22)가 배치된 것과 λ /4판(8)과 역반사기(19)가 없는 것이 다르다.The relative positions (dx, dy1, dy2 shown in FIG. 6) can be measured with the differential interferometer system shown in FIG. A simpler embodiment of such an interferometer system is shown in FIG. This system is similar to the system shown in FIG. 2 except that the retroreflector 22 is disposed on a mask table or mask holder and there is no lambda / 4 plate 8 and no retroreflector 19.

도 2에 도시된 실시예와 유사하게, 도 7의 실시예에서는 도시된 들어오는 측정빔(bm)이 상기 기판 반사기(RW)에 위치(P1)에서 최초로 충돌한 후, 위치(P2)에서 충돌하고, 뒤이어 상기 반사기(15,16)를 경유하여 상기 마스크로 횡단한다. 거기에서, 역반사기(22)로 구성된 마스크 반사기 상에 위치(P3, P4)에서 연속적으로 충돌한다. 이 위치에서 반사된 상기 측정빔은 도 2와 유사하게 연속적으로 상기 기판 반사기(RW)의 위치(P5, P6)로 통과되고, 마지막으로 상기 시스템으로부터 측정빔(b'm)으로 반사된다. 상기 기준빔(br)은 도 2와 동일한 경로로 이동한다.Similar to the embodiment shown in FIG. 2, in the embodiment of FIG. 7 the first incoming beam of measurement bm impinges on the substrate reflector RW at position P1 and then at position P2. Then traverses to the mask via the reflectors 15, 16. There, it continuously collides at the positions P3 and P4 on the mask reflector which consists of the retroreflector 22. As shown in FIG. The measuring beam reflected at this position is passed to the positions P5 and P6 of the substrate reflector RW successively similar to FIG. 2 and finally reflected from the system to the measuring beam b'm. The reference beam br moves in the same path as in FIG. 2.

기술된 상기 간섭계 시스템은 직렬 배치된 두 개의 간섭계 유닛으로 구성된다. 도 1, 도 2 및 도 7에 도시된 시스템에서 한 간섭계 유닛의 기판 반사기(RW)에 대한 거리는 여덟 번 횡단하고, 다른 유닛의 마스크 반사기에 대한 거리는 두 번 횡단한다. 결론은 상기 기판 위치의 측정이 상기 마스크 위치의 측정보다 네배 더 민감하다는 것이다. 상기 측정빔과 상기 기준빔은 상기 기판 간섭계와 상기 마스크 간섭계 사이에서 동일한 경로를 이동하기 때문에, 상기 측정은 예로서 공기 난류와 다른 불규칙적인 일에 둔감하다. 원칙적으로 투영렌즈 시스템의 확대율에 관련된 수많은 감도는 간섭계 유닛의 바른 조합을 선택함에 의해 실현될 수 있다.The interferometer system described consists of two interferometer units arranged in series. 1, 2 and 7 the distance to the substrate reflector RW of one interferometer unit traverses eight times and the distance to the mask reflector of the other unit traverses twice. The conclusion is that the measurement of the substrate position is four times more sensitive than the measurement of the mask position. Since the measurement beam and the reference beam travel the same path between the substrate interferometer and the mask interferometer, the measurement is insensitive to air turbulence and other irregularities, for example. In principle, numerous sensitivities related to the magnification of the projection lens system can be realized by choosing the right combination of interferometer units.

만약 상기 마스크와 상기 기판이 확대율(M)을 가진 리소그래픽 장치에서 X방향의 주사동안 원하던 동기된 이동을 나타낸다면, 그때의 조건은 수학식 1을 만족하고, 여기서 XM와 XW는 각각 상기 마스크와 상기 기판의 X 위치이다.If the mask and the substrate exhibit the desired synchronized movement during scanning in the X direction in a lithographic apparatus with an enlargement ratio M, then the condition satisfies Equation 1, where XM and XW are the mask and X position of the substrate.

[수학식 1][Equation 1]

XM + (1/M)XW = constantXM + (1 / M) XW = constant

그때, 상기 측정빔(bm)의 광학적 경로의 길이는 일정하게 유지되고 측정빔(bm')용 검출기는 어떤 주파수 시프트도 검출하지 않는다. 이는 상기 측정 주파수는 항상 측정빔을 공급하는 방사원의 주파수와 동일함을, 예를들어, 만약 간섭계의 방사원으로 자주 사용되는 주파수인 지만 레이저(Zeeman laser)를 사용한다면, 지만 주파수와 동일함을 의미한다. 주사동안 상기 측정 주파수는 상기 마스크와 상기 기판의 속도에 독립적이다. 사실 상기 마스크와 상기 기판의 X 위치는 두 분리된 간섭계가 사용될 때 수행되는 바와같이, 광학적으로 합산되고 더 이상 전기적으로 합산되지 않는다. 그래서 검출 신호 처리 전자기기 때문에, 그리고 분리된 간섭계가 사용될 때 발생하는 지연 시간의 차이에 의한 문제는 방지될수 있다.At that time, the length of the optical path of the measuring beam bm is kept constant and the detector for the measuring beam bm 'does not detect any frequency shift. This means that the measuring frequency is always the same as the frequency of the radiation source that supplies the measuring beam, for example, if it is a frequency that is often used as the radiation source of an interferometer, but is identical to the frequency do. The measurement frequency during scanning is independent of the speed of the mask and the substrate. In fact the X position of the mask and the substrate is optically summed and no longer electrically summed, as is done when two separate interferometers are used. Thus, the problem due to the detection signal processing electronics and the difference in delay time occurring when a separate interferometer is used can be prevented.

수학식(1)에서 + 신호는, 측정빔이 상기 마스크 반사기(RM) 뿐만아니라 상기 기판 반사기(RW)와 접촉하는 도 1 내지 도 4와 도 7의 실시예에 적용된다. 만약 상기 측정빔이 단지 상기 기판 반사기 및 마스크 반사기 중 하나의 위치를 측정한다면, 그리고 상기 기준빔이 이 반사기의 다른 하나의 위치를 측정한다면, 수학식(1)의 +신호는 - 신호로 대체되어야 한다.In Equation (1), the + signal is applied to the embodiment of FIGS. 1 to 4 and 7 in which the measuring beam contacts the substrate reflector RW as well as the mask reflector RM. If the measuring beam only measures the position of one of the substrate reflector and the mask reflector, and if the reference beam measures the position of the other of the reflector, the + signal of equation (1) should be replaced with the minus signal. do.

마스크 홀더상에 역반사기를 구비한 도 7에 도시된 실시예는 이 홀더의 경사에 둔감하다. 이 실시예에서, 그러나, 상기 홀더는 상기 측정시 측정방향에 수직인 방향으로 이동될 수 없다. 예를들어, 만약 IC영역 상에 마스크 패턴 이미지를 형성하기 위해 X축에서 두 개의 대향한 이동이 수행되어야만 하고, 이 사이에서 Y방향의 상기 기판과 상기 마스크의 변위 이동이 필요하다면, 이런 수직방향은 필수적이다. 도 1내지 도 4에 도시된 실시예에서는 상기 마스크 반사기가 평탄한 반사기(flat reflector)이고, 상기 마스크rk 측정 방향에 수직으로 이동할 수 있다.The embodiment shown in FIG. 7 with a retroreflector on a mask holder is insensitive to the tilt of this holder. In this embodiment, however, the holder cannot be moved in the direction perpendicular to the measurement direction in the measurement. For example, if two opposite movements in the X axis must be performed to form a mask pattern image on the IC region, and displacement displacement of the mask and the mask in the Y direction is required between these vertical directions, Is essential. 1 to 4, the mask reflector is a flat reflector and may move perpendicular to the mask rk measurement direction.

실제로는 기판이 어느 정도 쐐기 형상(wedge shape)을 가질수 있기 때문에, 그리고, 이 기판이 기판홀더상에 후면이 놓이기 때문에, X 및/또는 Y축에 대해 상기 기판홀더의 경사가 필요할 수 있다. 그러나 상기 간섭계 측정은 그때 애브(Abbe) 오류의 영향을 받을 수 있다. 이 오류를 보정하기 위해 이(이들) 경사(들)가 측정되는 것이 필수적이다. 유럽 특허출원 제 0 498 499호에 기술된 바와 같이, 다섯 개의 측정축을 구비하는 방식으로 연장된 간섭계 시스템은 이 경사를 측정할수 있는 가능성을 제공한다. 차동 간섭계 시스템이 리소그래픽 투영 장치에 사용될 때, 이 경사 측정을 위해 분리된 간섭계를 사용하는 것이 더욱 쉬울수 있다. 이런 간섭계는 상기 기판홀더의 위치뿐만 아니라 상기 기판 홀더의 경사에도 민감하여야만 한다.In practice, because the substrate may have a wedge shape to some extent, and since the substrate lies on the back side of the substrate holder, the inclination of the substrate holder with respect to the X and / or Y axis may be necessary. However, the interferometer measurement may then be affected by Abbe errors. It is essential that these (s) slope (s) be measured to correct this error. As described in EP 0 498 499, an interferometer system extended in a manner with five measuring axes offers the possibility of measuring this tilt. When a differential interferometer system is used in a lithographic projection apparatus, it may be easier to use a separate interferometer for this tilt measurement. Such an interferometer must be sensitive to the inclination of the substrate holder as well as the position of the substrate holder.

도 8은 기판의 Y축에 대한 기판의 경사 측정을 위한 간섭계의 제 1 실시예를 도시한다. 이 간섭계는 3개의 λ /4판(24,25,26)이 주위에 배치된 편광-감광 빔스플리터(23)를 포함한다. 더욱이, 상기 간섭계는 역반사기(29)와 두 개의 반사 프리즘(28,29)을 포함한다. 좌측으로부터 들어오는 상기 측정빔(bm)은 위치(A1)에서 상기 기판 반사기(RW)에 부딪히고, 연속적으로 상기 빔스플리터의 경계면(23a)에 의해 프리즘(27)으로 반사된다. 이 프리즘은 측정빔(bm)을 그 경사면상의 반사를 경유하여 상기 측정빔을 경계면(23a)으로 다시 반사하는 역반사기(29)로 보낸다. 이 경계면은 이제 상기 측정빔을 프리즘(28)으로 반사한다. 이 프리즘의 경사면은 연속적으로 상기 측정빔을 상기 경계면(23a)으로 반사하고, 상기 경계면은 측정빔을 다시 역반사기(29)로 반사한다. 이 반사기는 상기 측정빔을 상기 프리즘(27)으로 다시 보내고 상기 프리즘은 상기 빔을 경계면(23a)으로 반사한다. 이 경계면은 이제 상기 측정빔을 기판반사기(RW)로 반사하고 거기서 상기 측정빔은 위치(A2)로 입사된다. 이 위치에서 반사된 상기 측정빔은 마지막으로 검출기(도시되지 않음)에 도달할 수 있도록 상기 경계면(23a)을 통과한다.8 shows a first embodiment of an interferometer for measuring the inclination of the substrate with respect to the Y axis of the substrate. This interferometer comprises a polarization-sensitive beam splitter 23 with three lambda / 4 plates 24, 25 and 26 disposed around it. Moreover, the interferometer includes a retroreflector 29 and two reflective prisms 28, 29. The measuring beam bm coming from the left side hits the substrate reflector RW at position A1 and is subsequently reflected to the prism 27 by the interface 23a of the beamsplitter. This prism sends the measuring beam bm to the retroreflector 29 which reflects the measuring beam back to the interface 23a via reflection on its inclined plane. This interface now reflects the measurement beam into the prism 28. The inclined surface of the prism continuously reflects the measuring beam to the boundary surface 23a, and the boundary surface reflects the measuring beam back to the retroreflector 29. This reflector sends the measuring beam back to the prism 27 and the prism reflects the beam to the interface 23a. This interface now reflects the measurement beam to the substrate reflector RW where the measurement beam is incident at position A2. The measuring beam reflected at this position passes through the interface 23a to finally reach a detector (not shown).

기준빔(br)은 처음 상기 경계면(23a)에 의해 역반사기(29)로 반사되고, 연속적으로, 이 역반사기에 의해 프리즘(27)으로 반사되며, 그후, 이 프리즘에 의해 경계면으로 가고 이 경계면에 의해 기판 반사기 상의 위치(A3)로 간다. 상기 위치에서 반사된 기준빔은 다시 상기 프리즘(28)에 의해 기판 반사기(RW)로 보내지고 거기서 위치(A4)로 입사된다. 이 지점에서 반사된 기준빔은 상기 경계면(23a)에 의해 프리즘(27)로 반사되고, 연속적으로 이 프리즘에 의해 역반사기(29)로 가고 이 반사기에 의해 다시 경계면으로 간다. 이 경계면은 마지막으로 상기 기준빔(br')을 검출기로 반사한다.The reference beam br is first reflected by the interface 23a to the retroreflector 29 and subsequently reflected by the retroreflector to the prism 27 by which the prism goes to the interface and this interface To position A3 on the substrate reflector. The reference beam reflected at this position is sent back to the substrate reflector RW by the prism 28 and is incident therein to position A4. The reference beam reflected at this point is reflected to the prism 27 by the boundary surface 23a, and subsequently goes to the retroreflector 29 by this prism and back to the boundary surface by this reflector. This interface finally reflects the reference beam br 'to the detector.

도 8에 도시된 간섭계에서 측정빔(bm)과 기준빔(br) 양쪽은 상기 기판반사기(RW)의 X 위치를 측정한다. 그러나, 이 측정은 두 개의 다른 위치(A1, A3와 A2, A4)에서 수행된다. 따라서, 상기 간섭계는 단지 상기 간섭계의 고정 요소에 대한 이 두 위치의 X 거리의 차이에 민감하고 이 검출기의 X 거리에 민감하지 않는다.In the interferometer shown in FIG. 8, both the measuring beam bm and the reference beam br measure the X position of the substrate reflector RW. However, this measurement is carried out at two different positions A1, A3 and A2, A4. Thus, the interferometer is only sensitive to the difference in the X distance of these two positions relative to the stationary element of the interferometer and is not sensitive to the X distance of this detector.

도 9는 Y축에 대한 기판 반사기(RW)의 경사(φ y)를 측정하기 위한 간섭계 시스템의 제 2 실시예를 도시한다. 이 실시예는 도 8의 실시예와 반사 프리즘(27)이 평탄한 반사기(M2)로 대체된 점이 다르다. 이 반사기는 수직으로 입사하는 측정빔(bm)과 기준빔(br)을 그 자체에서 반사한다. 도 9에서 기준빔과 측정빔이 상기 기판반사기(RW)와, 반사기(M2)와, 역반사기(29) 및 프리즘(28)과 접촉하는 순서는 도 8에서 이 빔들이 기판 반사기와, 프리즘(27)과, 역반사기(29) 및 프리즘(28)과 접촉하는 순서와 동일하다.9 shows a second embodiment of an interferometer system for measuring the tilt φ y of the substrate reflector RW relative to the Y axis. This embodiment differs from the embodiment of FIG. 8 in that the reflective prism 27 is replaced by a flat reflector M2. This reflector reflects on itself the measuring beam bm and the reference beam br which are incident vertically. In FIG. 9, the reference beam and the measurement beam contact the substrate reflector RW, the reflector M2, the retroreflector 29, and the prism 28 in FIG. 8. 27) and the order of contact with the retroreflector 29 and the prism 28 are the same.

리소그래픽 장치에 사용하기 위한 차동 간섭계 시스템은, 상기 장치내의 불안정성이 상기 마스크와 상기 기판의 상호 위치의 측정에 영향을 미치지 않도록 측정하는 것에 의해 더욱 향상될 수 있다. 이 때문에 하기에 생략하여 투영렌즈라 지칭될 상기 투영 렌즈 시스템의 경사와 위치의 영향은 반드시 제거되어야만 한다.Differential interferometer systems for use in lithographic devices can be further improved by measuring such that instability in the device does not affect the measurement of the mutual position of the mask and the substrate. For this reason, the influence of the inclination and the position of the projection lens system, which will be omitted below and referred to as a projection lens, must be eliminated.

이 투영 렌즈에서 이 렌즈에 의해 형성된 이미지의 위치 변화 없이 경사질 수 있는 렌즈 주변의 지점이 지시될 수 있다. 이 지점은 도 10에서 지점(C)이다. 이 도면에서 v와 b는 각각 물체 길이와 이미지 길이이고 OP와 IP는 각각 물체 평면(object plane)과 이미지 평면(image plane)이다. 상기 지점(C)은 상기 렌즈의 두 개의 노드(node) 사이이다. 렌즈의 양면에서 매체물(medium)이 동일할 때, 예를 들어, 공기일때, 상기 노드는 상기 투영 렌즈의 주요지점(main point)(A, B)과 일치한다. H와 H'는 이 렌즈의 주요 표면(main plane)을 나타낸다. 상기 렌즈는 수학식 2의 조건을 만족해야만 한다.In this projection lens a point around the lens that can be tilted without changing the position of the image formed by this lens can be indicated. This point is point C in FIG. 10. In this figure, v and b are the object length and the image length, respectively, and OP and IP are the object plane and the image plane, respectively. The point C is between two nodes of the lens. When the medium is the same on both sides of the lens, for example air, the node coincides with the main points A and B of the projection lens. H and H 'represent the main plane of this lens. The lens must satisfy the condition of equation (2).

[수학식 2][Equation 2]

BN'/AN = b/v = MBN '/ AN = b / v = M

결과적으로As a result

[수학식 3][Equation 3]

Bc = M/(M+1)· ABBc = M / (M + 1) AB

이다.to be.

왜냐하면,because,

[수학식 4][Equation 4]

v = f/M + fv = f / M + f

그리고,And,

[수학식 5][Equation 5]

f = f· (M + f)f = f (M + f)

이기 때문이고,Because it is

상기 주요 표면 사이의 거리는The distance between the main surfaces

[수학식 6][Equation 6]

AB = L - 2 · f - M · f - f/MAB = L-2 · f-M · f-f / M

그리고,And,

[수학식 7][Equation 7]

OC = M/(M+1)· LOC = M / (M + 1) L

이다.to be.

이는 상기 지점(C)의 위치가 초점의 길이와 주요 표면의 위치 등의 모든 종류의 렌즈 파라미터로부터 독립적이나, 단지 상기 물체 평면과 이미지 평면 사이의 거리와 확대율에 의해 영향을 받는다는 것을 나타낸다. 이는 상기 지점(C)의 위치가 대체로 모든 투영 렌즈에 동일함을 의미한다. 스테핑 리소그래픽 투영 장치에 일반적으로 사용되는 투영렌즈는 예로서 확대율이 M=0.2이고 물체-이미지 길이가 L = 600mm이고 OC=100mm이다. 스텝-앤드-스캔 장치에 가능한 투영 렌즈는 예로서 확대율이 M=0.25이고, 물체-이미지 길이가 L=120mm일 수 있다. 이런 렌즈에서 OC = 120mm이다.This indicates that the position of the point C is independent of all kinds of lens parameters, such as the length of the focal length and the position of the main surface, but is only affected by the distance and magnification between the object plane and the image plane. This means that the position of the point C is generally the same for all projection lenses. Projection lenses commonly used in stepping lithographic projection apparatus are, for example, magnifications M = 0.2, object-image lengths L = 600 mm and OC = 100 mm. Possible projection lenses for the step-and-scan apparatus may, for example, have a magnification of M = 0.25 and an object-image length of L = 120 mm. In such a lens, OC = 120mm.

만약 상기 투영 렌즈의 위치가 이 렌즈에 의해 형성된 이미지의 위치상에 대한 영향을 보정할수 있도록 측정된다면, 상기 지점(C)의 위치에서 투영 렌즈 위치 측정을 수행하는 것이 바람직하다. 사실 상기 측정은 상기 투영 렌즈의 경사에 둔감하다. 도 11의 참조로 상기 결과는 예를들면, X 방향에서의 상기 투영렌즈의 수평 변위(dC)로 도시될 수 있다. 이 도면은 마스크 홀더(MH)와 투영렌즈(PL) 및 r1판 홀더(WH)를 도시한다. 상기 성분의 X 위치는 각각 XM, XL, XW로 도시된다. INT1,INT2 및 INT3는 기판, 마스크 및 투영 렌즈의 위치를 측정하기 위해 사용될 수 있는 간섭계이다. 렌즈의 변위(dC)와 물체, 즉, 마스크의 가상 변위(dV) 사이의 관계는 다음 식이 적용된다.If the position of the projection lens is measured to be able to correct the influence on the position of the image formed by the lens, it is preferable to perform the projection lens position measurement at the position of the point C. In fact the measurement is insensitive to the inclination of the projection lens. With reference to FIG. 11, the result can be shown, for example, as the horizontal displacement dC of the projection lens in the X direction. This figure shows the mask holder MH, the projection lens PL and the r1 plate holder WH. The X positions of the components are shown as XM, XL and XW, respectively. INT1, INT2 and INT3 are interferometers that can be used to measure the position of the substrate, mask and projection lens. The relationship between the displacement dC of the lens and the virtual displacement dV of the object, ie, the mask, is applied by the following equation.

[수학식 8][Equation 8]

dV/dC = L/OC = (M+1)/MdV / dC = L / OC = (M + 1) / M

또한 기판상의 마스크 패턴의 이미지의 변위(dB)는 다음과 같다.In addition, the displacement (dB) of the image of the mask pattern on the substrate is as follows.

[수학식 9][Equation 9]

dB = M· dV = (M + 1)· dCdB = MdV = (M + 1) dC

만약 예를들어, 확대율이 M=0.25 라면 수학식 8로부터 다음과 같다.For example, if the magnification is M = 0.25, Equation 8 is as follows.

[수학식 10][Equation 10]

dV = 5· dCdV = 5dC

이는 상기 투영 렌즈의 위치가 상기 마스크의 위치보다 다섯배 더 민감하게 측정될 수 있음을 의미한다. 상기 마스크가 상기 기판에 대해 잘 배치되었을 때 상기 렌즈 위치의 영향을 제거하도록, 상기 예에 대해서 하기의 조건을 만족해야만 한다.This means that the position of the projection lens can be measured five times more sensitive than the position of the mask. In order to eliminate the influence of the lens position when the mask is well positioned with respect to the substrate, the following conditions must be satisfied for the example.

[수학식 11][Equation 11]

XM + 4· XW - 5· XL = constantXM + 4 XW-5 XL = constant

또는 더욱 일반적으로,Or more generally,

[수학식 12][Equation 12]

XM + 1/M· (XW -(M+1)· XL) = constantXM + 1 / M (XW-(M + 1) XL) = constant

상기 렌즈 위치에 대해 다섯배 더 큰 측정 민감도는 기판 측정의 민감도와 상기 마스크 측정의 민감도와 더해짐에 의해 얻어질 수 있고, 이는 상기 간섭계 INT1과INT2가 반드시 직렬로 배치되어야 함을 의미한다·Five times greater measurement sensitivity to the lens position can be obtained by adding the sensitivity of the substrate measurement and the sensitivity of the mask measurement, which means that the interferometers INT1 and INT2 must be placed in series.

이런 경우의 간섭계 시스템이 도 12에 개략적으로 도시된다. 이 도면에서 앞선 도면이나 뒤따르는 도면과 유사하게 측정빔(bm)은 실선으로 도시되고 기준빔(br)은 점선으로 도시된다. 만약 기준빔(br)이 상기 투영렌즈 위치(XL)의 측정을 위해 사용된다면, 수학식 11 및 12에서 - 부호가 적용된다. 이 때문에 도 12에 도시된 시스템은 여분의 반사기(M5)를 구비한다. 상기 측정빔(bm)는 상기 마스크와 기판의 상호 위치를 측정하기 위해 사용된다. 도 12의 시스템에서 상기 마스크의 위치(XM)는 두 번 측정되고 상기 기판의 위치(XW)는 여덟 변 측정되며 상기 투영 렌즈의 위치(XL)는 열번 측정된다. 상기 측정빔과 상기 기준빔의 측정 경로가 부분적으로 다르기 때문에, 공기 난류(air turbulence)와 다른 불규칙성이 방사 경로에 발생하지 않도록 하는 것이 확보되어야 한다.The interferometer system in this case is schematically shown in FIG. In this figure, the measurement beam bm is shown in solid lines and the reference beam br is shown in dashed lines, similar to the preceding or following figures. If the reference beam br is used for the measurement of the projection lens position XL, the-sign is applied in equations (11) and (12). For this reason, the system shown in FIG. 12 has an extra reflector M5. The measuring beam bm is used to measure the mutual position of the mask and the substrate. In the system of FIG. 12 the position XM of the mask is measured twice, the position XW of the substrate is measured eight sides and the position XL of the projection lens is measured ten times. Since the measuring paths of the measuring beam and the reference beam are partially different, it should be ensured that air turbulence and other irregularities do not occur in the radiation path.

공기 난류 등에 둔감한 간섭계 시스템이 도 13에 개략적으로 도시된다. 이 시스템에서 투영 렌즈 위치의 측정은 다른 높이에서 상기 렌즈 위치의 두 개의 측정으로 분열된다. 제 1 렌즈 위치 측정은 마스크의 근방에서 수행되고, 이 측정은 상기 마스크 위치 측정의 민감도를 갖는다. 제 2 렌즈 위치 측정은 기판의 근방에서 수행되고, 이 측정은 기판 위치 측정의 민감도를 갖는다. 이제 조건은 각각의 측정위치 XL.2 및 XL.1과 지점(C) 사이의 거리가 투영 렌즈의 확대율(M)과 동일한 비율이라는 것이다. 묘화 주사 동작 동안 상기 마스크와 상기 기판의 동기된 이동을 위해서는 만약 상기 투영 렌즈의 확대율(M)이 0.25라면 수학식 13의 조건이 만족되어야만 한다.An interferometer system insensitive to air turbulence and the like is schematically illustrated in FIG. 13. In this system the measurement of the projection lens position is split into two measurements of the lens position at different heights. The first lens position measurement is performed in the vicinity of the mask, which measurement has a sensitivity of the mask position measurement. The second lens position measurement is performed in the vicinity of the substrate, which measurement has a sensitivity of the substrate position measurement. The condition now is that the distance between the respective measuring positions XL.2 and XL.1 and the point C is the same ratio as the magnification M of the projection lens. For the synchronized movement of the mask and the substrate during the drawing scan operation, the condition of Equation 13 must be satisfied if the magnification M of the projection lens is 0.25.

[수학식 13][Equation 13]

XM + 4· XW - 4· XL,1 - XL,2 = constantXM + 4 XW-4 XL, 1-XL, 2 = constant

이 조건으로 상기 마스크 위치가 측정되는 지점과 상기 렌즈 위치가 측정되는 상부지점은 함께 묶여있다. 상기 기판 위치가 측정되는 지점과 상기 렌즈 위치가 측정되는 하부 지점도 상기한 바가 동일하게 적용된다.Under this condition, the point where the mask position is measured and the upper point where the lens position is measured are tied together. The same applies to the point where the substrate position is measured and the lower point where the lens position is measured.

도 13의 간섭계 시스템의 장점은 다음과 같다.Advantages of the interferometer system of FIG. 13 are as follows.

- 투영렌즈의 경사와 변위 양쪽을 위한 보정이 있다There is a correction for both the tilt and the displacement of the projection lens.

- 상기 측정은 INT1과INT2 사이 방사경로의 불규칙에 무관하다The measurement is independent of the irregularity of the radiation path between INT1 and INT2

- INT1과 INT2의 위치는 중요하지 않고, 따라서 상기 측정은 진동과 상기 장치의 불안정에 무관하다. 단지, INT1과INT2 의 경사는 영향을 미친다. 이 영향을 제거하기 위해 5· △가 L과 동일한 것이 바람직하다.The position of INT1 and INT2 is not critical, so the measurement is independent of vibration and instability of the device. Only the slope of INT1 and INT2 affects. In order to eliminate this influence, it is preferable that 5 占 is equal to L.

상기 마스크와 상기 기판의 상호 위치, 그러므로 dX, dY1, dY2를 정밀하게 측정하기 위한 중요한 조건은 이 측정들이 Z 축에 대한 회전과 X축과 Y축에 대한 경사의 영향을 받지 않는다는 것이다. 상기 마스크 및 기판의 위치(bearing)상에 극단의 필요한 조건이 부과되지 않도록 하기 위하여 상기 차동 간섭계 자체가 상기 회전과 경사에 둔감하게 하는 것이 바람직하다. 만약 상기 마스크 홀더가 X 방향으로만 움직이고 다른 방향은 공기 베어링에 의해 고정되어 있다면, 상기 기판 홀더의 회전(φ z)은 초기에 중요하다.An important condition for precisely measuring the mutual position of the mask and the substrate, and therefore dX, dY1, dY2, is that these measurements are not affected by rotation about the Z axis and inclination about the X and Y axes. It is desirable to make the differential interferometer itself insensitive to the rotation and tilt so that no extreme necessary conditions are imposed on the bearing of the mask and substrate. If the mask holder moves only in the X direction and the other direction is fixed by the air bearing, the rotation φ z of the substrate holder is initially important.

도 14는 Z축에 대한 상기 기판의 회전(φ z)의 영향을 도시한다. 이 도면은 도 2의 하부 부분의 요소를 도시한다. 도 2의 참조로 기술된 바와 같이 상기 측정빔(bm)은 최초로 상기 기판 반사기(RW)에 의해 위치(P1, P2)에서 두 번 반사되고, 연속적으로 상기 빔이 반사되는 상기 마스크 반사기(RM)를 횡단하고, 그후 위치(P3, P4)에서 연속적으로 반사되도록 기판 반사기로 되돌아가고, 빔(b'm)으로 검출기(도시되지 않음)로 간다. 이는 상기 측정빔이 상기 기판 반사기상에 수직으로 입사될 때의 상태이고, 따라서 φ z = 0 일 때이다. 이 측정빔은 bm으로 도시된다. φ z가 0이 아닐 때, 상기 측정빔은 점선으로 도시된 경로를 횡단한다. 상기 측정빔은 그후 최초로 위치(P1)에서 다시 반사되나, 더 이상 수직은 아니다. 이 측정빔은 bm.a로 도시된다. 상기 빔 스플리터(1)의 경계면(9)의 위치(100-103)와 상기 역반사기(19)에서의 반사를 경유하여, 상기 빔(bm.a)은 상기 기판 반사기의 위치(P2')를 향해 보내진다. 거기서 반사된 상기 빔(bm.a)은 그후 다시 빔(bm)에 평행해지고 그 때문에 또한 기준빔(도 14에 도시되지 않음)과 평행해지나, 거리( δ )를 통해 오프셋된다. 상기 마스크 반사기로부터 또는 상기 마스크 반사기로 가는 길에 상기 측정빔(bm.a)과 상기 기준빔 사이에 더 이상의 오프셋은 없다. 도 2로부터 추론할 수 있는 바와 같이, 상기 마스크 반사기로부터의 상기 측정빔(bm.a)과 기준빔사이의 오프셋은 상기 마스크 반사기로 가는 측정빔(bm.a)과 기준빔 사이의 오프셋에 대해 포인트-미러된다. 마스크 반사기로부터의 상기 측정빔(bm.a)은 최초로 위치(P5')에서 기판 반사기 상에 충돌한다. 그곳에서 반사된 측정빔은 그후 지점(105-108)상의 반사를 경유하여 위치(P6')로 가고, 그곳에서 빔(b'm.a)으로 검출기로 반사된다. 기판 간섭계를 통한 측정빔(bm.a)의 제 2 경로상에서 측정빔과 기준빔사이의 오프셋은 배가된다. 이 두배로 큰 민감도 때문에 상기 차동 간섭계는 또한 상기 기판의 회전에 두배로 민감하다.14 shows the influence of the rotation φ z on the Z axis. This figure shows the elements of the lower part of FIG. 2. As described with reference to FIG. 2, the measurement beam bm is first reflected twice at the positions P1 and P2 by the substrate reflector RW, and the mask reflector RM in which the beam is continuously reflected. Is then returned to the substrate reflector to be continuously reflected at positions P3 and P4, and goes to a detector (not shown) with beam b'm. This is the state when the measuring beam is incident vertically on the substrate reflector, and thus when φ z = 0. This measuring beam is shown in bm. When φ z is not zero, the measuring beam crosses the path shown by the dotted line. The measuring beam is then first reflected again at position P1, but no longer vertical. This measuring beam is shown in bm.a. Via the position 100-103 of the boundary surface 9 of the beam splitter 1 and the reflection in the retroreflector 19, the beam bm.a changes the position P2 'of the substrate reflector. Are sent to. The reflected beam bm.a is then again parallel to the beam bm and thereby also parallel to the reference beam (not shown in FIG. 14), but offset through the distance δ. There is no further offset between the measurement beam bm.a and the reference beam on the way from or to the mask reflector. As can be inferred from FIG. 2, the offset between the measurement beam bm.a from the mask reflector and the reference beam is relative to the offset between the measurement beam bm.a going to the mask reflector and the reference beam. Point-mirror. The measuring beam bm.a from the mask reflector first impinges on the substrate reflector at position P5 '. The measurement beam reflected there then goes to position P6 'via reflection on points 105-108, where it is reflected back to the detector as beam b'm.a. The offset between the measurement beam and the reference beam is doubled on the second path of the measurement beam bm.a through the substrate interferometer. Because of this double sensitivity, the differential interferometer is also twice as sensitive to the rotation of the substrate.

상기 측정빔과 상기 기준빔 사이의 오프셋(2δ ) 때문에 상기 측정빔과 상기 기준빔 사이의 오버랩(overlap)은 상기 검출기의 위치에서 더욱 작아지고, 따라서, 상기 마스크 반사기와 상기 기판 반사기의 상호위치의 표본인 상기 신호가 더 작아진다. 예를들어, 5mm 직경의 빔을 가진표준 간섭계가 사용될 때, 이는 예를들어 기판 반사기에 대하여 ± 2mrad 이하의 경사를 가질수 있음을 의미한다. 이러한 여유는 빔의 직경을 증가시킴에 의해 증가될 수 있다. 그러나 이 목적을 위해서는 여분의 빔-확장(beam-widening) 광학적 시스템이 필요하다. 그러나 이는 상기 광학적 성분은 반드시 상기 성분 상의 빔의 비네팅(vignetting)이 발생하지 않도록 증가되어야만 한다는 매우 큰 결점을 갖는다. 이 성분은 반드시 매우 양호한 광학적 품질을 가져야만 하기 때문에 매우 비싸질수 있다. 하기되는 바와 같이 측정 반사기 회전이나 경사의 유해한 효과나 상기 차동 간섭계의 경사 민감도는 본 발명의 추가적인 특징에 따라 제거될수 있다.Due to the offset 2δ between the measuring beam and the reference beam, the overlap between the measuring beam and the reference beam becomes smaller at the position of the detector, and thus, of the mutual position of the mask reflector and the substrate reflector. The signal, which is a sample, becomes smaller. For example, when a standard interferometer with a 5 mm diameter beam is used, this means that it can have an inclination of ± 2 mrad or less with respect to the substrate reflector, for example. This margin can be increased by increasing the diameter of the beam. But for this purpose, an extra beam-widening optical system is needed. However, this has a very big drawback that the optical component must be increased so that vignetting of the beam on the component does not occur. This component can be very expensive because it must have very good optical quality. As will be discussed below, the deleterious effects of measuring reflector rotation or tilt or the tilt sensitivity of the differential interferometer can be eliminated in accordance with additional features of the present invention.

그 때문에, 도 15와 도 16에 도시된 바와 같이 상기 마스크 간섭계의 거울대칭이 적용될 수 있다. 도 15는 상기 마스크 간섭계를 도시하고, 그러므로 도 13의 실시예에 사용된 투영렌즈 반사기(RL)와 마스크 반사기(RM)의 근접한 위치에 배치된 차동 간섭계 시스템의 부분을 도시한다. 상기 마스크 간섭계는 경계면(10)을 가진 편광-감광 빔 스플리터(5)와 두 개의 반사 프리즘(111,112)과 두 개의 λ /4판(113,114)을 포함한다. 상기 마스크 반사기로 가는 측정빔(bm)과 렌즈 반사기(RL2)로 가는 기준빔(br)은 각각 실선 및 점선으로 도시된다. 이 도면 및 뒤따르는 도면에서 측정빔에 직각인 화살표와 기준빔에 직각인 점선은 이빔이 간섭계 시스템을 통한 그 경로에서 어떻게 반사되는 지를 나타낸다. 도 15에서 상기 측정빔(bm)은 다섯 번 반사되고 상기 기준빔은 세 번 반사되며, 이는 그들이 상대적으로 동일한 방위를 유지한다는 것과, 들어오는 빔들 사이에 가능한 오프셋이 반영되지 않는다는 것을 의미한다.For this reason, mirror symmetry of the mask interferometer can be applied as shown in FIGS. 15 and 16. FIG. 15 shows the mask interferometer and therefore shows part of a differential interferometer system disposed in the proximity of the projection lens reflector RL and the mask reflector RM used in the embodiment of FIG. 13. The mask interferometer comprises a polarization-sensitive beam splitter 5 having an interface 10, two reflective prisms 111, 112 and two λ / 4 plates 113, 114. The measurement beam bm going to the mask reflector and the reference beam br going to the lens reflector RL2 are shown in solid and dashed lines, respectively. Arrows perpendicular to the measurement beam and dotted lines perpendicular to the reference beam in this and the subsequent figures show how the e-beam is reflected in its path through the interferometer system. In FIG. 15 the measuring beam bm is reflected five times and the reference beam is reflected three times, which means that they maintain a relatively same orientation and that no possible offset between the incoming beams is reflected.

상술한 바와 같이 마스크 간섭계로부터 도달한 상기 기준빔과 상기 측정빔(bm)은 상기 기판 간섭계를 두 번 횡단한다. 상기 기판 간섭계를 통한 제 1 경로상에서 상기 측정빔과 상기 기준빔 사이에서 제 1 오프셋이 발생할 때, 유사한 제 2 오프셋이 상기 기판 간섭계를 통한 제 2 경로상에 발생한다. 상기 마스크 간섭계를 통한 경로상의 제 1 오프셋이 변화하지 않기 때문에, 상기 제 2 오프셋은 상기 제 1 오프셋을 보상한다. 상기 차동 간섭계의 경사 및 회전 민감도의 문제에 대한 상기 마스크 간섭계내에서 홀수번 반사로 구성된 해법은 특별한 반사기를 상기 기판 간섭계와 상기 마스크 간섭계의 사이에 배열함에 의해 대안적으로 실현될 수 있다. 이 반사기 유닛의 실시예가 도 16에 도시된다. 예를들어, 도 2에서 반사기(16)의 위치에 배열될 수 있는 이 유닛은 프리즘(37)과 펜타 프리즘(penta-prism)(40)으로 구성된다. 입사된 측정빔(bm)은 상기 프리즘(37)을 횡단하고 그후 펜타 프리즘의 측면(38,39)에 의해 연속적으로 반사되고, 연속적으로 상기 프리즘(37)을 통해 상기 마스크 반사기를 향해간다.As described above, the reference beam and the measurement beam bm that arrive from the mask interferometer traverse the substrate interferometer twice. When a first offset occurs between the measurement beam and the reference beam on the first path through the substrate interferometer, a similar second offset occurs on the second path through the substrate interferometer. Since the first offset on the path through the mask interferometer does not change, the second offset compensates for the first offset. A solution consisting of an odd number of reflections within the mask interferometer for the problem of tilt and rotational sensitivity of the differential interferometer may alternatively be realized by arranging a special reflector between the substrate interferometer and the mask interferometer. An embodiment of this reflector unit is shown in FIG. 16. For example, this unit, which may be arranged at the position of the reflector 16 in FIG. 2, consists of a prism 37 and a penta-prism 40. The incident measurement beam bm traverses the prism 37 and is subsequently reflected by the side surfaces 38 and 39 of the penta prism and subsequently passes through the prism 37 towards the mask reflector.

도 17은 이 반사 유닛이 합병된 도 13의 원리에 따른 차동 간섭계 시스템의 실시예를 도시한다. 이 도면은 편광-감광 빔 스플리터(5)와 역반사기(19)와 λ /4판(8) 및 반사기(MI)를 구비한 제 2 간섭계 유닛 또는 마스크 뿐만아니라, 편광-감광 빔 스플리터(1)와 역반사기(4) 및 λ /4판을 구비한 제 1 간섭계 유닛 또는 기판을 도시한다. 더욱이, 도 17의 시스템은 스플리텅 거울(30)과 커플링-아웃 프리즘(32)을 포함한다. 기판상에 마스크 패턴이 묘화되는 상기 투영 장치의 투영렌즈(PL)는 상기 마스크 홀더(MH)와 상기 기판 홀더(WH)의 사이에 배치된다. 상기 투영렌즈는 두개의 여분의 반사기(RL1, RL2)를 구비하고, 상기 반사기들은 각각 상기 제 2 및 상기 제 1 간섭계 유닛을 위한 기준 반사기를 구성한다. 반사기(33), λ /4 판(35) 및 반사기(35)는 상기 렌즈반사기(RL1)에 근접하게 배치되고, 반사기(31)는 상기 렌즈 반사기(RL2)에 근접하게 배치된다. 앞선 도면들과 유사하게 도 17의 측정빔 또한 실선으로 도시되고 기준빔은 점선으로 도시된다. 이 선들의 화살표는 경로를 도시하고, 상기 시스템을 통한 상기 측정빔은 기판 반사기(RW)상의 두 최초 반사를 경유하여 상기 마스크 반사기(RM)상에서 반사되고, 반사기(MI)상에서 반사되며, 상기 시스템을 통한 상기 기준빔의 경로는 렌즈 반사기(RL2)상의 두 최초 반사를 경유하여 렌즈 반사기(RL1)상에서 반사되고 반사기(35)상에서 반사되고 렌즈 반사기(RL2)상에서 두 번의 추가적인 반사를 경유한다.FIG. 17 shows an embodiment of a differential interferometer system according to the principle of FIG. 13 in which this reflecting unit is incorporated. This figure shows a polarization-sensitive beam splitter 1 as well as a second interferometer unit or mask having a polarization-sensitive beam splitter 5, a retroreflector 19, a λ / 4 plate 8 and a reflector MI. And a first interferometer unit or substrate having a retroreflector 4 and a λ / 4 plate. Moreover, the system of FIG. 17 includes a split mirror 30 and a coupling-out prism 32. The projection lens PL of the projection apparatus in which the mask pattern is drawn on the substrate is disposed between the mask holder MH and the substrate holder WH. The projection lens has two extra reflectors RL1 and RL2, which reflectors constitute a reference reflector for the second and first interferometer units, respectively. The reflector 33, the λ / 4 plate 35 and the reflector 35 are disposed in close proximity to the lens reflector RL1, and the reflector 31 is disposed in close proximity to the lens reflector RL2. Similar to the previous figures, the measurement beam of FIG. 17 is also shown in solid lines and the reference beam is shown in dashed lines. Arrows in these lines show the path and the measuring beam through the system is reflected on the mask reflector RM via two initial reflections on the substrate reflector RW, reflected on the reflector MI, and the system The path of the reference beam through is reflected on lens reflector RL1 via two initial reflections on lens reflector RL2 and reflected on reflector 35 and via two additional reflections on lens reflector RL2.

경계면(41)을 구비한 상기 펜타 프리즘(40)을 포함하는 반사기 유닛과 프리즘(37)은 상기 마스크 간섭계에 인접하게 배치된다. 도 18은 기판 간섭계로부터 도달한 측정빔과 기준빔이 반사기 유닛과 제 2 마스크 간섭계로 구성된 서브 시스템을 어떻게 통과하는지를 도시한다. 이 서브 시스템은 추가적인 반사기(45)와 1/4파장판(46)을 포함한다. 빔내의 화살표는 위치(q1 내지 q9)에서 연속적인 반사를 경유하여 서브시스템을 통과하는 측정빔의 경로를 도시한다.A reflector unit comprising the penta prism 40 with an interface 41 and a prism 37 are disposed adjacent to the mask interferometer. 18 shows how the measurement and reference beams arriving from the substrate interferometer pass through a subsystem consisting of a reflector unit and a second mask interferometer. This subsystem includes an additional reflector 45 and a quarter wave plate 46. Arrows in the beam show the path of the measuring beam through the subsystem via continuous reflections at positions q1 to q9.

기판의 Z축에 대한 회전에 대한 차동 간섭계 시스템의 민감도는 상술한 바와 같다. 이 민감도의 제거를 위해 상술한 방법은 물론 또한 상기 차동 간섭계 시스템의 기판이나 마스크의 X 축 및/또는 Y축에 대한, 경사에 대한 가능한 민감도를 제거하기 위하여 사용될 수 있다.The sensitivity of the differential interferometer system to rotation about the Z axis of the substrate is as described above. The method described above for the removal of this sensitivity can of course also be used to remove possible sensitivity to tilt, with respect to the X and / or Y axis of the substrate or mask of the differential interferometer system.

도 19는 기판반사기의 경사나 회전이 보상된 확대율이 M=1/4인 투영장치를 위한 차동 간섭계 시스템의 추가적인 실시예를 도시한다. 기판 간섭계 유닛은 편광-감광 빔 스플리터(1)와 λ /4판(2)를 포함할 뿐만 아니라, 추가적인 λ /4판(50)과 기준빔을 위한 반사기(52)과 역반사기(51)를 포함한다. 점선은 다시 측정빔의 경로와 동일하지 않은 기준빔의 경로를 도시한다. 이 빔은 최초로 위치(r1과 r2)에서 기판 반사기(RW)에 의해 두 번 반사되고, 기준빔은 상기 기준 반사기(52)상에서 최초로 두 번 반사된다. 뒤이어 이 빔들은 마스크 간섭계 유닛(60)과 마스크 반사기(RM)로 간다. 도 20에서, 상기 마스크 간섭계 유닛(60)이 확대된 크기로 도시된다. 이 유닛은 편광-감광 빔 스플리터(5)와 λ /4판(8)을 포함할뿐 아니라, 추가적인 λ /4판(53)과 기준빔용 반사기(57) 및 역반사기(54,55,56)를 포함한다. 상기 측정빔(bm)과 기준빔(br)에서 화살표는 이 빔들의 유닛 통과 경로를 도시한다. 상기 측정빔은 위치(r3 내지 r9)에서 연속적으로 반사되고, 그후 이 빔을 검출기로 보내기전 위치(r10, r11)에서 다시 두 번 반사하는 기판 반사기와 기판 간섭계 유닛으로 돌아간다.FIG. 19 shows a further embodiment of a differential interferometer system for a projection device in which the magnification of which the tilt or rotation of the substrate reflector is compensated for is M = 1/4. The substrate interferometer unit includes a polarization-sensitive beam splitter 1 and a λ / 4 plate 2, as well as an additional λ / 4 plate 50 and a reflector 52 and retroreflector 51 for the reference beam. Include. The dotted line again shows the path of the reference beam which is not the same as the path of the measuring beam. This beam is first reflected twice by the substrate reflector RW at positions r1 and r2, and the reference beam is first reflected twice on the reference reflector 52. These beams then go to the mask interferometer unit 60 and the mask reflector RM. In FIG. 20, the mask interferometer unit 60 is shown in an enlarged size. This unit not only includes a polarization-sensitive beam splitter 5 and a λ / 4 plate 8, but also an additional λ / 4 plate 53, a reflector 57 and a retroreflector 54, 55 and 56 for the reference beam. It includes. The arrows in the measuring beam bm and the reference beam br show the unit pass path of these beams. The measuring beam is continuously reflected at positions r3 to r9 and then returns to the substrate reflector and substrate interferometer unit which reflects the beam twice again at positions r10 and r11 before sending the beam to the detector.

도 21은 마스크 간섭계와 반사기 유닛을 포함하는 서브 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 이 유닛은 반사면(61)을 구비한 제 1 프리즘(60)과 반사면(66, 67)을 구비한 제 2 프리즘(65)을 포함한다. 이 반사기 유닛을 사용함에 의해 서브 시스템 통과 경로 상의 상기 측정빔과 기준빔이 역전되지 않는다, 즉, 상기 빔들의 좌측 부분과 우측 부분은 상호 교체되지 않는다. 이는 상기 빔에 직각인 화살표에 의해 도시된다. 실선으로 도시된 상기 측정빔은 위치(s1 내지 s7)에서 특히, 상기 마스크 반사기(RM)에 의해 한 번 그리고 상기 반사기(MI)에 의해 한 번 반사되는 방식으로 연속적으로 반사된다. 또한, 점선으로 도시된 상기 기준빔은 특히 반사기(45)에 의해 두 번 반사되고 전체적으로 7번 반사된다.21 illustrates another embodiment of a subsystem including a mask interferometer and a reflector unit. The unit includes a first prism 60 having a reflecting surface 61 and a second prism 65 having reflecting surfaces 66, 67. By using this reflector unit the measuring beam and the reference beam on the subsystem passage path are not reversed, i.e., the left and right parts of the beams are not interchangeable. This is illustrated by the arrow perpendicular to the beam. The measuring beam, shown in solid lines, is continuously reflected at positions s1 to s7, in particular in a way that is reflected once by the mask reflector RM and once by the reflector MI. In addition, the reference beam shown in dashed lines is in particular reflected twice by the reflector 45 and seven times in total.

도 22는 프리즘(60,65)이 반사면(71,72,73)을 구비한 사다리꼴 프리즘(trapezoidal prism)(70)으로 대체된 것을 제외하면 도 21에 도시된 실시예와 유사한 실시예를 도시한다. 또한, 이 실시예에서 측정빔은 기준빔과 마찬가지로 위치(t1 내지 t7)에서 일곱 번 반사된다. 상기 빔은 도 21에 도시된 실시예에서는 빔의 폭이 1/2· a일수 있는 것에 반하여, 이 실시예에서는 1/4· a의 폭을 가질 수 있고, 여기서 a는 빔 스플리터(5)의 높이이다.FIG. 22 shows an embodiment similar to the embodiment shown in FIG. 21 except that prisms 60 and 65 have been replaced by trapezoidal prism 70 with reflective surfaces 71, 72 and 73. do. Further, in this embodiment, the measuring beam is reflected seven times at the positions t1 to t7 as with the reference beam. The beam may have a width of 1/4 · a in this embodiment, whereas the beam may have a width of 1/2 · a in the embodiment shown in FIG. 21, where a is the width of the beam splitter 5. Height.

도 23은 측정빔(bm)이 상기 마스크 간섭계 서브 시스템을 통한 경로에서 홀수번 반사되어 기판 반사기(RW)의 회전이 보상된 차동 간섭계 시스템의 추가적인 실시예를 도시한다. 또한, 상기 도면은 예를들어, HeNe 지만 레이저(HeNe Zeeman laser)인 요구되는 방사원(80)과 빔 확장 광학적 시스템을 구성하는 두 개의 렌즈(82,83)를 도시한다. 상기 기판 간섭계는 도 1에 도시된 구조와 동일한 구조를 갖는다. 상기 마스크 간섭계는 도 1에 도시된 간섭계와 도 1의 반사기(MI)를 대신하는 역반사기(87)가 λ /4판(8)과 기판 반사기(RM) 사이에 배치된 것이 다르다. 더욱이, 상기 기준빔의 경로는 λ /4판(46)과 결합하고, 여분의 반사기(88)가 재반사기(7) 위에 배치된다. 기판 반사기 상의 위치(P2)로부터 도달한 측정빔(bm)은 빔스플리터(5)의 경계면(10)에 의해 역반사기(87)로 반사된다. 이 반사기의 경사면상의 반사를 경유하여 상기 측정빔은 역반사기(6)로 보내진다. 이 반사기는 연속적으로 상기 측정빔을 상기 마스크 반사기(RM)로 보낸다. 이 반사기의 위치(P4)에서 반사된 측정빔은 경계면(10)에 의해 기판 간섭계 시스템으로 반사된다. 위치(P5,P6)에서 연속적으로 기판 반사기에 의해 반사된 후, 측정빔(b'm)이 반사기(86,85)를 경유하여 검출기(90)으로 보내진다. 기판 간섭계 시스템으로부터 도달한 기준빔(br)은 경계면(10)을 통해 역반사기(7)로 가고, 상기 역반사기에 의해 경계면(10)으로 다시 반사된다. 그후 이 경계면은 상기 기준빔을 역반사기(6)으로 반사하고 상기 역반사기(6)는 상기 기준빔을 경계면(10)으로 다시 반사한다. 이 경계면은 연속적으로 상기 기준빔을 반사기(88)로 반사한다. 반사기(88)에 의해 반사된 기준빔은 그후 경계면을 통해 상기 기판 간섭계를 향해 간다.FIG. 23 shows a further embodiment of the differential interferometer system in which the measurement beam bm is reflected an odd number of times in the path through the mask interferometer sub-system to compensate for the rotation of the substrate reflector RW. The figure also shows a desired radiation source 80, for example HeNe but a laser (HeNe Zeeman laser), and two lenses 82,83 constituting a beam expanding optical system. The substrate interferometer has the same structure as that shown in FIG. The mask interferometer differs from the interferometer shown in FIG. 1 and a retroreflector 87 instead of the reflector MI of FIG. 1 disposed between the λ / 4 plate 8 and the substrate reflector RM. Moreover, the path of the reference beam is combined with the λ / 4 plate 46 and an extra reflector 88 is arranged above the re reflector 7. The measuring beam bm arriving from the position P2 on the substrate reflector is reflected by the retroreflector 87 by the interface 10 of the beam splitter 5. The measurement beam is sent to the retroreflector 6 via the reflection on the inclined surface of the reflector. This reflector continuously sends the measuring beam to the mask reflector RM. The measuring beam reflected at position P4 of this reflector is reflected by the interface 10 to the substrate interferometer system. After being continuously reflected by the substrate reflector at positions P5 and P6, the measuring beam b'm is sent to the detector 90 via reflectors 86 and 85. The reference beam br, which has arrived from the substrate interferometer system, goes through the interface 10 to the retroreflector 7 and is reflected back to the interface 10 by the retroreflector. This interface then reflects the reference beam to the retroreflector 6 and the retroreflector 6 reflects the reference beam back to the interface 10. This interface continuously reflects the reference beam to the reflector 88. The reference beam reflected by the reflector 88 then goes through the interface towards the substrate interferometer.

도 24는 도 23에 도시된 실시예에 대한 대안인 실시예를 도시하고, 상기 실시예에서는 마스크 간섭계에서 역반사기(7,87)가 펜타-프리즘(92)과 반사기(MI)로 대체되어있다. 기판 간섭계 시스템으로부터 도달한 측정빔(bm)은 경계면(10)에 의해 상기 반사기(MI)로 반사되고, 이 반사기는 상기 측정빔을 유닛(92)으로 반사한다. 이 유닛은 상기 측정빔을 상기 마스크 반사기(RM)상의 위치(P4)로 반사한다. 상기 위치(P4)로부터 도달한 상기 측정빔은 경계면(10)에 의해 상기 기판 간섭계를 향해 반사된다. 기판 간섭계로부터 도달한 기준빔(br)은 상기 경계면(10)을 통해 상기 반사기(88)을 향해 보내지고, 이 반사기는 이 빔을 상기 경계면으로 다시 반사한다. 그후 이 경계면은 상기 기준빔을 유닛(92)으로 반사하고, 이 유닛은 상기 기준빔을 상기 경계면으로 다시 보낸다. 이 경계면은 연속적으로 상기 빔을 반사기(88)로 반사하고, 상기 반사기는 상기 빔을 상기 경계면을 경유하여 상기 기판 간섭계로 보낸다.FIG. 24 shows an alternative embodiment to the embodiment shown in FIG. 23, in which retroreflectors 7, 87 are replaced with penta-prism 92 and reflector MI in the mask interferometer. . The measuring beam bm arriving from the substrate interferometer system is reflected by the interface 10 to the reflector MI, which reflects the measuring beam to the unit 92. This unit reflects the measurement beam to position P4 on the mask reflector RM. The measuring beam reached from the position P4 is reflected by the interface 10 towards the substrate interferometer. The reference beam br, which has arrived from the substrate interferometer, is directed through the interface 10 towards the reflector 88, which reflects the beam back to the interface. This interface then reflects the reference beam to unit 92, which sends the reference beam back to the interface. This interface continuously reflects the beam to the reflector 88, which directs the beam to the substrate interferometer via the interface.

도 25는 상기 마스크 간섭계에서 홀수번 반사됨에 의한 상술된 보상의 효과가 도시된다. 상기 도면은 기판 반사기의 회전(rot in mrad)의 함수로서 간섭계 신호의 콘트라스트(con)를 도시한다. 곡선(95)은 보상이 없는 경우에 적용되고 곡선(96)은 보상이 사용된 경우에 적용된다.25 shows the effect of the compensation described above by being reflected an odd number of times in the mask interferometer. The figure shows the contrast of the interferometer signal as a function of the rotation in mrad of the substrate reflector. Curve 95 applies when there is no compensation and curve 96 applies when compensation is used.

기판 반사기 경사나 회전의 상술한 보상은 차동 간섭계 시스템 뿐만 아니라 단일 시스템에도 사용될 수 있다. 즉, 단지 하나의 간섭계 유닛을 구비하고, 예를 들어, 스테핑 리소그래픽 투영 장치에 사용되는 간섭계 시스템에도 사용될 수 있고, 상기 장치는 단지 기판 홀더의 이동과 위치가 간섭계 시스템으로 측정된다. 도 26a 내지도 26c는 단면이 다른 상기 간섭계 시스템의 실시예를 도시한다.The above compensation of substrate reflector tilt or rotation can be used in a single system as well as in a differential interferometer system. That is, it may be used in an interferometer system having only one interferometer unit, for example, used in a stepping lithographic projection apparatus, wherein the apparatus only measures the movement and position of the substrate holder with the interferometer system. 26A-C illustrate embodiments of the interferometer system with different cross sections.

도 26b에 도시된 바와 같이 입사된 측정빔은 최초로 빔 스플리터(1)의 경계면(9)상의 반사(u1)를 경유하여 상기 기판 반사기(RW)로 가고, 상기 기판 반사기에서 빔은 위치(u2)에서 반사된다. 연속적으로, 상기 측정빔은 역반사기(4)의 위치(u3, u4)에서의 반사를 경유하여 상기 빔 스플리터(1)를 횡단하고, 그래서 연속적으로 상기 기판 반사기에 의해 위치(u5)에서 반사되며, 그후 경계면(9)상의 반사를 경유하여 상기 빔 스플리터를 벗어난다. 상기 기준빔은 위치(u7, u3, u4, u6, u8)에서 연속적으로 반사되고, 특히, 기준 반사기(130)상에 λ /4판(131)을 경유하여 두 번 반사된다. 상기 빔 스플리터(1)로부터 도달한 측정빔과 기준빔은 도 26a에 도시된바와 같이 상기 프리즘(125,120)의 면(126,127,121)에 의해 위치(u9, u10, u11)에서 각각 연속적으로 반사되고, 그후, 이 빔들은 다시 빔 스플리터(1)로 들어간다. 도 26c에 도시된 바와 같이 상기 측정빔은 기판 반사기의 위치(u13, u14)에서 연속적으로 반사된다. 상기 빔 스플리터로부터 도달한 측정빔과 기준빔은 이와같이 빔 스플리터로 다시 들어가지 전에 세번의 반사를 겪는다.The incident measuring beam as shown in FIG. 26B first goes to the substrate reflector RW via reflection u1 on the interface 9 of the beam splitter 1, where the beam is located at position u2. Is reflected from. Subsequently, the measuring beam traverses the beam splitter 1 via reflection at positions u3 and u4 of the retroreflector 4 and is subsequently reflected at position u5 by the substrate reflector The beam splitter then exits the beam splitter via reflection on interface 9. The reference beam is continuously reflected at positions u7, u3, u4, u6, u8, and in particular, is reflected twice on the reference reflector 130 via the λ / 4 plate 131. The measurement beam and the reference beam reached from the beam splitter 1 are continuously reflected at positions u9, u10 and u11 by the surfaces 126, 127 and 121 of the prism 125 and 120, respectively, as shown in FIG. These beams enter the beam splitter 1 again. As shown in FIG. 26C, the measuring beam is continuously reflected at positions u13 and u14 of the substrate reflector. The measuring beam and the reference beam arriving from the beam splitter thus undergo three reflections before they enter the beam splitter again.

상술한 바로 부터 상기 마스크와 상기 기판의 위치는 주사 방향이나 X 방향의 한 방향에서만 측정될수 있음을 추측할 수 있다. 유럽 특허출원 제 0 498 499호에 기술된 바와 같이 다섯 개의 측정축을 가진 기판 간섭계 시스템은 스테핑 리소그래픽 투영 장치에 사용될수 있고, X 위치의 측정뿐만 아니라 Y 위치와, 광학적 축이나 Z 축에 대한 상기 기판의 회전과, X 및 Y 축에 대한 기판의 경사도 측정할 수 있다. 예를들어 그때 두 개의 간섭계 유닛이 사용되고, 그중 하나는 세개의 측정축을 구비하고 나머지는 두 개의 측정축을 구비한다. 또한, 상기 차동 간섭계 시스템은 다섯 개의 측정축으로 연장될 수 있고, 상기 시스템은 그때 예로서, 상기 기판의 위치와 상기 마스크의 위치에서 다섯 개의 측정축을 구비하며, 차동 측정은 예를들어, 이 축 모두를 따라 수헹된다.From the foregoing, it can be inferred that the position of the mask and the substrate can be measured only in one direction in the scanning direction or the X direction. As described in EP 0 498 499, a substrate interferometer system with five measuring axes can be used in a stepping lithographic projection apparatus and can measure not only the X position but also the Y position and the optical axis or Z axis. The rotation of the substrate and the inclination of the substrate with respect to the X and Y axes can be measured. For example, then two interferometer units are used, one with three measuring axes and the other with two measuring axes. In addition, the differential interferometer system can extend to five measurement axes, the system then having, for example, five measurement axes at the position of the substrate and the position of the mask, the differential measurement being for example this axis Wash everything along.

상술한 차동 간섭계 시스템이 스텝-앤드-스캔 리소그래픽 장치에 사용될 때 다음과 같은 장점을 얻을수 있다.When the above-described differential interferometer system is used in a step-and-scan lithographic apparatus, the following advantages can be obtained.

- 장치의 불안정에 무관한 간섭계 측정을 얻을 수 있다,-Interferometer measurements can be obtained independent of device instability,

- 상기 측정은 투영 렌즈의 위치 불안정성에 무관한 측정이다,The measurement is a measurement independent of the positional instability of the projection lens,

- 상기 측정은 공기 난류 등의 마스크 간섭계와 기판간섭계 사이의 장애에 둔감한 측정이다,The measurement is insensitive to disturbances between the mask interferometer and the substrate interferometer such as air turbulence,

- 마스크 패턴의 주사-묘화 동안 전기적 지연시간 문제가 발생하지 않는다,No electrical delay problem occurs during the scan-drawing of the mask pattern,

- 상기 측정은 상기 기판 홀더의 경사나 회전에 둔감하다,The measurement is insensitive to the tilt or rotation of the substrate holder,

- 측정의 해상력이 증가된다, 및The resolution of the measurement is increased, and

- 필요한 간섭계의 수가 감소된다.The number of interferometers required is reduced.

본 발명이 집척회로의 제조용 기판상에 마스크 패턴의 스텝-앤드-스캔 묘화 장치에 사용되는 사용예를 참조로 기술되있다. 그러나, 집적 광학적 시스템과, 이차원 광학적 시스템과, 자기 영역 기억장치용 유도 및 검출 패턴이나 액체 결정 이미지 표시 패널 등을 제조하기 위한 장치 등에도 사용될 수 있다. 상기 투영장치는 투영빔이 디프(deep) UV 방사선 등의 전자기 방사선의 빔이고, 렌즈 시스템이 광학적 투영 렌즈 시스템인 포토리소그래픽 장치에만 사용될 수 있는 것이 아니라, 투영 방사선이 전자 방사선, 이온 방사,선 X-레이 방사선 등의 대전된 입자(charged-particle) 방사선이고, 예를들어, 전자 렌즈 시스템 등의 투영 시스템이 사용되는 장치에도 사용될수 있다.The present invention is described with reference to an example of use used in a step-and-scan drawing apparatus of a mask pattern on a substrate for manufacturing a collecting circuit. However, it can also be used in integrated optical systems, two-dimensional optical systems, devices for manufacturing induction and detection patterns for magnetic region storage devices, liquid crystal image display panels, and the like. The projection apparatus is not only used for photolithographic apparatus in which the projection beam is a beam of electromagnetic radiation such as deep UV radiation and the lens system is an optical projection lens system, but the projection radiation is electron radiation, ion radiation, ray Charged-particle radiation, such as X-ray radiation, may also be used in devices in which projection systems such as, for example, electronic lens systems are used.

Claims (9)

하나 이상의 방향에서 제 1 및 제 2 물체의 이동과 상호 위치를 측정하기 위한 간섭계 시스템에 있어서,An interferometer system for measuring the movement and mutual position of a first and a second object in at least one direction, 하나 이상의 모든 가능한 상호 이동 방향에 대하여,For one or more all possible directions of mutual movement, 제 1 빔 스플리터, 제 1 측정 반사기 및 복수개의 제 1 반사기를 구비하고 상기 제 1 물체와 조합된 제 1 간섭계 유닛; 및A first interferometer unit having a first beam splitter, a first measuring reflector and a plurality of first reflectors and combined with the first object; And 제 2 빔 스플리터, 제 2 측정 반사기 및 복수개의 제 2 반사기를 구비하고 상기 제 2 물체와 조합된 제 2 간섭계 유닛을 포함하는 간섭계 시스템으로서,An interferometer system comprising a second interferometer unit having a second beam splitter, a second measuring reflector and a plurality of second reflectors and combined with the second object, 작동시에 측정빔이 상기 제 1 및 제 2 간섭계 유닛 양쪽을 통과하고 상기 제 1 측정 반사기 및 제 2 측정 반사기 양쪽에 의해 한 번 이상 반사되며,In operation a measuring beam passes through both the first and second interferometer units and is reflected more than once by both the first and second measuring reflectors, 상기 제 1 및 제 2 간섭계 유닛은 공동의 방사-감광 검출기를 구비하고,The first and second interferometer units have a common radiation-sensitive detector, 상기 측정빔과 조합된 기준빔은 상기 제 1 및 제 2 간섭계 유닛의 사이에서 측정빔과 동일한 경로로 횡단하는 것을 특징으로 하는 간섭계 시스템.A reference beam in combination with the measuring beam traverses in the same path as the measuring beam between the first and second interferometer units. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 속도 v로 이동하는 상기 제 1 물체 및 속도 n · v로 이동하는 상기 제 2 물체의 상호 위치를 측정하고,Measure the mutual position of the first object moving at speed v and the second object moving at speed n · v, 상기 제 1 물체와 조합된 상기 측정 반사기에 의해 반사된 상기 측정빔의 반사 회수와 상기 제 2 물체와 조합된 상기 측정 반사기에 의해 반사된 상기 측정빔의 반사 회수 사이의 비율이 n이고, 여기서 n은 정수인 것을 특징으로 하는 간섭계 시스템.The ratio between the number of reflections of the measuring beam reflected by the measuring reflector in combination with the first object and the number of reflections of the measuring beam reflected by the measuring reflector in combination with the second object is n, where n Is an integer. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 간섭계 신호상에 대한 상기 제 1 물체의 경사나 회전의 영향을 제거하기 위하여, 상기 제 2 간섭계 유닛은 상기 제 1 간섭계 유닛으로부터 도달한 상기 측정빔이 상기 제 1 간섭계 유닛으로 돌아가기 전에 상기 제 2간섭계 유닛에서 m + 1회 반사되고, 여기서 m은 2보다 큰 짝수인 것을 특징으로 하는 간섭계 시스템.In order to eliminate the influence of the tilt or rotation of the first object on the interferometer signal, the second interferometer unit may be configured such that the measuring beam arriving from the first interferometer unit is returned to the first interferometer unit. Interferometer system, characterized in that m + one reflection in the interferometer unit, where m is an even number greater than two. 스텝-앤드-스캔 원리에 따라 기판상에 마스크 패턴을 다중-묘화(multi-imaging)시키는 장치에 있어서,An apparatus for multi-imaging a mask pattern on a substrate in accordance with a step-and-scan principle, 마스크 테이블에 배치된 마스크 홀더, 기판 테이블에 배치된 기판 홀더 및 상기 마스크 테이블 및 상기 기판 테이블 사이에 배치된 투영 시스템을 포함하고,A mask holder disposed on a mask table, a substrate holder disposed on a substrate table and a projection system disposed between the mask table and the substrate table, 제 1 및 제 2 물체를 구성하는 상기 기판과 마스크의 상호 위치를 측정하기 위한 청구범위 제 1 항 또는 제 2 항에 기술된 간섭계 시스템을 특징으로 하는 마스크 패턴의 다중묘화장치.An apparatus for multiplexing a mask pattern, characterized in that the interferometer system described in claims 1 or 2 for measuring the mutual position of the mask and the substrate constituting the first and second objects. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 마스크 패턴이 확대율(M)로 상기 기판상에 묘화되고, 상기 기판에 조합된 측정 반사기에 의해 반사된 측정빔의 반사 회수와 상기 마스크에 조합된 측정 반사기에 의해 반사된 측정빔의 반사 회수 사이의 비율이 1/M인 것을 특징으로 하는 마스크 패턴의 다중묘화장치.Between the number of reflections of the measurement beam reflected by the measurement reflector combined with the mask and the number of reflections of the measurement beam reflected by the measurement reflector combined with the mask, with the mask pattern being drawn on the substrate at magnification M A mask pattern multi-drawing apparatus, characterized in that the ratio of 1 / M. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 기판과 조합된 상기 측정 반사기와 상기 마스크와 조합된 상기 측정 반사기는 각각 상기 기판 홀더와 상기 마스크 홀더의 반사면에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴의 다중묘화장치.And the measuring reflector in combination with the substrate and the measuring reflector in combination with the mask are respectively constituted by reflecting surfaces of the substrate holder and the mask holder. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 간섭계 시스템은 한 장소에서 상기 투영 시스템의 위치를 측정하기 위한 투영 시스템 간섭계 유닛을 포함하고, 상기 투영 시스템은 상기 장소에 여분의 측정 반사기를 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴의 다중묘화장치.And the interferometer system comprises a projection system interferometer unit for measuring the position of the projection system at a location, the projection system having an extra measurement reflector at the location. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 투영 시스템 간섭계 유닛은 상기 측정빔에 의해 횡단되는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴의 다중묘화장치.And said projection system interferometer unit is traversed by said measuring beam. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 투영 시스템은 두 개의 추가적인 측정 반사기를 상기 마스크 홀더와 상기 기판 홀더에 근접한 위치에서 각각 구비하고, 상기 기준빔은 측정 반사기 양쪽에 의해 반사되는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴의 다중묘화장치.And said projection system has two additional measuring reflectors, respectively, in positions proximate said mask holder and said substrate holder, and said reference beam is reflected by both measuring reflectors.
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