NL9100215A - Inrichting voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat. - Google Patents

Description

Inlichting voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het met behulp van een projectielenzenstelsel repeterend afbeelden van een, in een maskerplaat aanwezig maskerpatroon op telkens een ander deelgebied van een gebied op een substraat gelegen op een substraatdrager, waarbij het maskerpatroon en het substraat nauwkeurig ten opzichte van elkaar gepositioneerd worden onder gebruikmaking van twee in de maskerplaat buiten het maskerpatroon gelegen maskeruitrichtkenmerken en minstens twee op het substraat buiten het genoemde gebied gelegen substraatuitrichtkenmerken, welke positionering tot stand gebracht wordt door: - het met behulp van het projectielenzenstelsel op elkaar afbeelden van maskeruit-uitrichtkenmerken en substraatuitrichtkenmerken, - het waarnemen van de mate van overlap van een uitrichtkenmerkafbeelding met het uitrichtkenmerk waarop afgebeeld moet worden, - het verplaatsen langs een eerste (X-)as en een tweede (Y-)as van een drie-assig coördinatenstelsel en het eventueel roteren om de derde (Z-)coördinatenstelselas van het maskerpatroon en het substraat ten opzichte van elkaar.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.

Een dergelijke werkwijze en inrichting zijn beschreven in het US octrooischrift 4.778.275 dat betrekking heeft op een apparaat voor het repeterend en verkleind afbeelden van een maskerpatroon, bijvoorbeeld het patroon van een geïntegreerde schakeling (IC) op eenzelfde substraat, waarbij tussen twee opeenvolgende afbeeldingen het maskerpatroon en het substraat ten opzichte van elkaar bewogen afbeeldingen het maskerpatroon en het substraat ten opzichte van elkaar bewogen worden, bijvoorbeeld langs twee onderling loodrechte richtingen in een vlak evenwijdig aan het substraatvlak en het maskervlak.

Geïntegreerde schakelingen worden vervaardigd met behulp van diffusie- en maskeringstechnieken. Daarbij wordt een masker met een eerste maskerpatroon op een aantal, bijvoorbeeld 100, subgebieden van een substraatgebied afgebeeld. Vervolgens wordt het substraat uit het projectie-apparaat verwijderd om het de gewenste physische en/of chemische processtappen te laten ondergaan. Dan wordt het substraat in hetzelfde of een andere projectie-apparaat gebracht om de verschillende subgebieden te belichten met een masker met een tweede maskerpatroon, enzovoorts. Er moet daarbij voor gezorgd worden dat de afbeeldingen van de maskerpatronen nauwkeurig ten opzichte van de subgebieden van het substraat gepositioneerd zijn.

Diffusie- en maskeringstechnieken kunnen ook toegepast worden bij de fabricage van andere structuren met detailafmetingen in de orde van micrometers. Te denken valt daarbij aan structuren van geïntegreerde optische systemen of aan gelei-dings- en detectiepatronen van magnetische domeinengeheugens en een structuur van vloeibaar kristal beeldweergeefpanelen. Ook bij de fabricage van deze structuren moeten afbeeldingen van maskerpatronen zeer nauwkeurig ten opzichte van een substraat worden uitgericht.

In verband met het grote aantal electronische componenten per oppervlakte-eenheid van het substraat en de dientengevolge kleine afmetingen van deze componenten, wordt aan de nauwkeurigheid waarmee geïntegreerde schakelingen vervaardigd worden steeds hogere eisen gesteld. De posities waar de opeenvolgende maskerpatronen op het substraat afgebeeld worden moeten derhalve steeds nauwkeuriger vastliggen.

Om de gewenste zeer grote positioneemauwkeurigheid, bijvoorbeeld binnen enkele tienden van een micrometer te kunnen realiseren, bevat het apparaat volgens het US octrooischrift 4.778.275 een inrichting voor het uitrichten van het substraat ten opzichte van een maskerpatroon. Met dit systeem worden een in het substraat aangebracht uitrichtkenmerk en een in het masker buiten het maskerpatroon aangebracht uitrichtkenmerk op elkaar afgebeeld en worden de onderlinge posities posities van de kenmerken bepaald. Indien de afbeelding van het ene uitrichtkenmerk samenvalt met het andere uitrichtkenmerk is, ter plaatse van het substraatuitrichtkenmerk, het maskerpatroon goed uitgericht ten opzichte van het substraat. Het hoofdelement voor het afbeelden van een substraatkenmerk en een maskerkenmerk ten opzichte van elkaar wordt gevormd door het projectielenzenstelsel waarmee het maskerpatroon op het substraat wordt afgebeeld.

Met het uitrichtsysteem worden in eerste instantie twee en eventueel enkele verdere, buiten het substraatgebied dat repeterend met het maskerpatroon belicht moet worden gelegen, substraatuitrichtkenmerken ten opzichte van de twee maskeruitrichtken-merken uitgericht. Deze uitrichting staat bekend als de in-totaal uitrichting van het substraat (global alignment).

Om het maskerpatroon op de verschillende deelgebieden te kunnen afbeelden wordt het substraat in zijn eigen vlak langs twee onderling loodrechte assen, de X- en Y-as van een coördinatenstelsel, verschoven ten opzichte van het masker. De inrichting volgens het US octrooischrift 4.778.275 is voorzien van een samengesteld interferometersysteem waarmee de X- en Y-verplaatsing en de rotatie om de Z-as (</>z) van het substraat gemeten kunnen worden. Dit interferometersysteem wordt ook wel aangeduid met een drie-assig interferometersysteem. De informatie van het interferometersysteem wordt samen met die van het uitrichtsysteem verwerkt, zodat op het moment dat geconstateerd wordt dat een substraatuitrichtkenmerk en een maskeruitricht-kenmerk ten opzichte van elkaar uitgericht zijn, ook bekend is waar het substraatuitrichtkenmerk gelegen is in de twee-dimensionale positie-matrix die vastgelegd is door het interferometersysteem.

Er kan niet volstaan worden met de genoemde in-totaal-uitrichting van het substraat omdat daarmee de positie van elk substraatdeelgebied afzonderlijk niet voldoende nauwkeurig bepaald kan worden. Bovendien heeft het projectielenzenstelsel een kleine scherptediepte en kan het substraat onvlakheden vertonen waardoor, ter plaatse van die onvlakheden, onscherpe afbeeldingen kunnen ontstaan die naderhand kunnen resulteren in defecten in de vervaardigde IC’s. Daarom wordt bij voorkeur vóór het belichten van elk substraatdeelgebied gemeten of het substraatoppervlak ter plaatse van dit deelgebied voldoende horizontaal, of voldoende evenwijdig met het beeldveld, ligt, en wordt eventueel gecorrigeerd door het substraat om de X- en/of Y-as te kantelen. Dit staat bekend als veld per veld vlakstelling of "die by die levelling". Door het locaal vlakstellen van het substraat dat gerealiseerd wordt door kantelen van de substraathouder en van de daarmee verbonden spiegels van de interferometer kunnen fouten in de interferometersignalen ontstaan. Tenslotte kunnen ook nog onbedoelde en ongecontroleerde kantelingen van de substraathouder om de X- en/of Y-as optreden welke kantelingen uiteraard ook de interferometersignalen beïnvloeden. Om de positioneemauwkeurigheid van de substraatdeelgebieden te vergroten en de gevolgen van de kantelingen te reduceren, is voor bekende projectie-apparaten, onder andere dat volgens het US octrooischrift 4.778.275, voorgesteld om aan elk deelgebied een apart uitrichtkenmerk toe te voegen. Behalve de uitrichting van het totale substraat wordt dan ook nog, na locale vlakstelling, per deelgebied uitgericht. Dit laatste staat bekend als de veld per veld uitrichting (field by field alignment). De veld per veld uitrichting vraagt echter een aanzienlijke hoeveelheid extra tijd waardoor de substraatdoorvoer (throughput) van het projectie-apparaat, ofwel het aantal substraten dat per tijdseenheid verwerkt kan worden, verkleind wordt hetgeen een essentieel nadeel is, zoals door aanvraagster is vastgesteld. Bovendien beslaan de deelgebiedkenmerken een gedeelte van het te bewerken substraatoppervlak zodat het aantal deelgebieden dat met het maskerpatroon belicht kan worden en dus het aantal IC’s per substraat kleiner wordt. Dit geldt ook nog, zij het in verminderde mate indien de deelgebieduitrichtkenmerken verkleind worden. Dan moeten echter ook de maskeruitrichtkenmerken en de buiten het te belichten substraatgebied gelegen uitrichtkenmerken verkleind worden, waardoor de uitrichtnauwkeurigheid verminderd wordt.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel de genoemde nadelen op te heffen. Volgens een eerste aspect van de uitvinding wordt een nieuwe werkwijze verschaft die als kenmerk heeft, dat elk afzonderlijk substraatdeelgebied ten opzichte van het maskerpatroon gepositioneerd wordt zonder verdere uitrichting en door slechts het substraat zeer nauwkeurig langs minstens één van de genoemde X- en Y-assen te verplaatsen, dat niet alleen de feitelijke verplaatsing langs de X- en Y-assen en de draaiing om de Z-as van het substraat maar tevens kantelingen van het substraat om de X- en Y-assen ten opzichte van vaste referenties gemeten worden en alle meetresultaten gebruikt worden om de uiteindelijke positionering van het betreffende deelgebied in het X-Y-vlak te realiseren.

Door deze werkwijze wordt een doorbraak ten aanzien van de substraat-doorvoer door een belichtingsinrichting gerealiseerd. Daarbij wordt gebruik gemaakt van het inzicht dat een aanzienlijke tijdwinst behaald kan worden door een deel van de taak van het uitrichtsysteem te verleggen naar de substraatdragerpositionering. Deze taakverlegging is mogelijk geworden doordat aanvraagster er in geslaagd is de positioneemauwkeurigheid op zich van de substraatdrager op te voeren en doordat nu bij de X-Y-positionering rekening gehouden wordt met de substraatkantelingen ten gevolge van de locale vlakstelling van het substraat.

Voor het uitvoeren van de nieuwe werkwijze kan gebruik gemaakt worden van een bekend drie-assig interferometersysteem, zoals het systeem dat beschreven is in het US octrooischrift 4.665.594, welk octrooischrift alleen ingaat op de sturing en verplaatsing van de substraathouder en niet een uitrichtsysteem, en dus ook niet de samenwerking tussen dit systeem en het interferometersysteem, beschrijft.

Zoals beschreven in het US octrooischrift 4.665.594 moeten bij gebruik van een drie-assig interferometersysteem de hoofdstralen van de interferometerbundels gelegen zijn in het substraatvlak, hetgeen betekent dat de met het interferometersysteem samenwerkende bundels boven het substraatvlak moeten uitsteken. Dan kunnen problemen optreden in verband met de beschikbare ruimte tussen het substraat en het projectielenzenstelsel en van het nauwkeurig genoeg vervaardigen van de relatief grote spiegels. Dergelijke grote spiegels verhogen bovendien het gewicht van het te verplaatsen element aanzienlijk waardoor de nauwkeurigheid en de snelheid waarmee de substraatdrager gepositioneerd kan worden verminderd wordt. Dat is ook een reden waarom een alternatieve oplossing: de spiegelhouder zodanig vergroten dat de spiegels altijd buiten de genoemde ruimte blijven, geen goede oplossing is. Een tweede reden daarvoor is dat indien de spiegels verder van het centrum van het beeldvlak van het projectielenzenstelsel verwijderd zijn de richting van de interferometerbundels nog nauwkeuriger moet vastliggen.

Een essentiële verbetering ten aanzien van de bovengenoemde aspecten wordt verkregen met een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze die als kenmerk vertoont, dat voor het meten van de verplaatsingen, de draaiing en de kantelingen van het substraat een vijfassig interferometersysteem gebruikt wordt.

Een vijf-assig interferometersysteem bevat vijf meetassen en vijf detectoren waarvan de uitgangssignalen gecombineerd kunnen worden tot - een X-positiesignaal - een Y-positiesignaal - een signaal <px dat de kanteling om de X-as aangeeft - een signaal <py dat de kanteling om de Y-as aangeeft - een signaal φζ dat de kanteling om de Z-as aangeeft

Het resultaat van de kantelmetingen kan op twee manieren gebruikt worden, zodat de werkwijze twee uitvoeringsvormen kent. Een eerste, voorkeurs-, uitvoeringsvorm waarbij voor elk substraatdeelgebied een locale vlakstelling wordt uitgevoerd vertoont als kenmerk, dat het resultaat van de kantelmetingen wordt gebruikt om het resultaat van de verplaatsingsmetingen te corrigeren.

Een tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze vertoont als kenmerk, dat het resultaat van de kantelmetingen wordt gebruikt om het substraat vlak te stellen.

Behalve op de genoemde werkwijzen heeft de uitvinding ook betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijzen, dus op een inrichting die onderdeel is van een projectie-apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat, in welk apparaat een zogenaamde vlaksteldetectie-inrichting aanwezig is en waarin een locale vlakstelling van het substraat plaatsvindt.

De gedachte van de onderhavige uitvinding kan echter ook toegepast worden in een soortgelijke inrichting die niet gecombineerd is met een vlakstelinrichting, en die bedoeld is voor het in vijf vrijheidsgraden meten en positioneren van een voorwerp. Voorbeelden van de soortgelijke inrichting zijn een inrichting voor het meten aan afzonderlijke substraten en maskers, een inrichting voor positioneren van een maskertafel in een apparaat waarin met een laserbundel of een electronenbundel een patroon, bijvoorbeeld een IC-patroon in een masker geschreven wordt, een inrichting voor het positioneren van een substraattafel in een apparaat waarin met röntgenstraling een maskerpatroon op een substraat geprojecteerd wordt, en zuivere meetinrichtingen die op vele plaatsen in de industrie toegepast worden.

Elk van de inrichtingen voor het nauwkeurig verplaatsen en positioneren van een voorwerp die voorzien is van een voorwerpstafel, een X-Y-aandrijving voor het voorwerp en een interferometersysteem voor het meten van verplaatsingen langs een X- en een Y-as en een rotatie om de Z-as van een drie-assig coördinatenstelsel, vertoont als algemeen kenmerk, dat het interferometersysteem vijf meetassen bevat voor het extra meten van kantelingen van het voorwerp om de X- en Y-as en dat de interferometerspiegels worden gevormd door reflecterende zijvlakken van een in de voorwerpstafel opgenomen voorwerpsdrager voor het in gefixeerde toestand dragen van het voorwerp.

Deze inrichting biedt, doordat het voorwerp als het ware optisch star met het interferometersysteem gekoppeld is, het voordeel dat de bewegingen van het voorwerp zelf gemeten worden en dat de meetsignalen niet door onderling bewegingen van delen van de voorwerpstafel beïnvloed worden.

De extra meetsignalen, in de vorm van kantelmeetsignalen, worden in verschillende uitvoeringsvormen van de inrichting op verschillende wijzen gebruikt.

Een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting, die bedoeld is voor toepassing in een apparaat met een locale vlakstelmogelijkheid, zoals een projectie-apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat, vertoont als verder kenmerk, dat de interferometermeetspiegel hoogstens tot aan het oppervlak van een voorwerpsdrager, waarop het voorwerp aangebracht moet worden, reiken en dat voorzien is in een interferometersignaalverwerkingseenheid voor het omzetten van alle interferometersignalen in stuursignalen voor de X-Y-^z-aandrijving.

In deze uitvoeringsvorm worden de kantelmeetsignalen gebruikt om de X- en Y-verplaatsingsmeetsignalen en het rotatiemeetsignaal te corrigeren voor de kantelingen van het voorwerp, bijvoorbeeld een substraat, ten gevolge van de locale vlakstelling van dit substraat.

De uitvoeringsvorm van de inrichting die bedoeld is voor toepassing buiten een apparaat met een locale vlakstelmogelijkheid, vertoont als verder kenmerk, dat voorzien is in een interferometersignaalverweridngseenheid voor het omzetten van de interferometersignalen in stuursignalen voor de X-Y-<pz aandrijving en in stuursignalen voor actuatoren die kantelingen van het voorwerp opheffen.

Door middel van de genoemde inrichtingen kan een voorwerp zeer nauwkeurig op de gewenste X- en Y-posities gemanouvreerd worden zonder dat de verplaatsing vanuit een gewenste positie in een volgende positie in een kanteling om de X- of Y-as resulteert.

Met het interferometersysteem waarin de golflengte van de interferometerbundels als standaard gebruikt wordt kunnen de genoemde verplaatsingen, respectievelijk kantelingen, zeer nauwkeurig, bijvoorbeeld binnen 5 nm respectievelijk V2 microrad, gemeten worden mits de optische eigenschappen van het medium waarin zich de interferometerbundels voortplanten constant blijven. Door veranderingen van de omgevingsparameters zoals druk, temperatuur, vochtigheid en luchtsamenstelling, kan de brekingsindex van het medium veranderen, waardoor de schijnbare golflengte van de interferometerbundels veranderen en meetfouten kunnen optreden.

Om dat te voorkomen vertoont de verplaats- en positioneerinrichting volgens de uitvinding bij voorkeur als verder kenmerk dat het interferometersysteem een zesde, referentie-, as bevat waarvan de meetbundel samenwerkt met een vast opgestelde reflector.

Met deze extra meetbundel, die zich in hetzelfde medium bevindt als de overige interferometerbundels, kan de verandering van de brekingsindex van het medium gemeten worden. Het meetsignaal opgewekt met de extra meetbundel wordt toegevoerd aan het signaalverwerkingssysteem zodat de resultaten van de X-, Y-, <px-, <py- en <£>z-metingen gecorrigeerd kunnen worden voor de brekingsindexverandering.

Opgemerkt wordt dat-het op zichzelf bekend is bijvoorbeeld de Europese octrooiaanvrage no. 0.284.304 in een interferometersysteem, waarmee de positie van een substraattafel gemeten wordt, een extra bundel te gebruiken om brekingsindex-veranderingen van het interferometermedium te meten. Deze extra bundel werkt echter samen met een afzonderlijk subsysteem, namelijk een golflengtemeetsysteem bestaande uit een optische trilholte (cavity) die aan de voorkant en achterkant gesloten wordt door een reflector en waarvan de zijkanten voorzien zijn van openingen waarin het medium in een uit kan stromen. De extra bundel wordt gesplitst in twee deelbundels waarvan er een aan de voorkant en de andere aan de achterkant gereflecteerd wordt. Het faseverschil tussen de gereflecteerde bundel is een maat voor de optische weglengteverandering in de trilholte ten gevolge van de brekingsindexverandering daarin veroorzaakt door variaties in het medium. Er moeten daarbij zeer hoge eisen aan de stabiliteit van de trilholte gesteld worden. Verder is deze trilholte op enige afstand van de meetbundels van het interferometersysteem geplaatst. Tenslotte is het interferometersysteem een X-Y systeem, dus een twee-assig systeem.

In het artikel: "Ultra-precise mask metrology-development and practical results of a new measuring machine" in SPIE Vol. 1138 Optical Microlithography and Metrology for Microcircuit Fabrication (1989) p. 151-157, is een meetmachine met een interferometersysteem voor het meten van de verplaatsingen van een voorwerpstafel beschreven waarin behalve de eigenlijke interferometerbundels een extra bundel gebruikt wordt voor het bepalen van brekingsindexveranderingen in het interferometermedium.

De extra bundel werkt daar samen met een zogenaamd etalon dat als uiterst stabiele referentie-afstand fungeert, op dezelfde wijze als de trilholte van de Europese octrooiaanvrage no. 0.284.304. Het interferometersysteem van het SPIE-artikel is weer een twee-assig en geen vijf-assig systeem. Bovendien zijn de reflectoren voor de referentiebundels aangebracht op het objectiefstelsel van de meetmachine, zodat gecorrigeerd kan worden voor bewegingen van dit objectiefstelsel ten opzichte van de meettafel.

Om de meetnauwkeurigheid te verhogen kan de inrichting volgens de uitvinding als verder kenmerk hebben dat boven de ruimte waarin zich de interferometerbundels bevinden een luchtdouche is aangebracht voor het leveren van een stroom lucht met constante brekingsindex.

Daardoor wordt niet alleen de optische kwaliteit van het interferometermedium verbeterd maar ook bereikt dat het medium ter plaatse van alle meetbundels, inclusief de eventuele referentie-asbundel dezelfde kwaliteit heeft. De ingeblazen lucht is bij voorkeur lucht met een hoge zuiverheidsgraad en met een zeer constante temperatuur. Indien de inrichting wordt gebruikt in een apparaat voor het repeterend afbeelden op een substraat kan dan deze lucht ook gebruikt worden om de ruimte waarin zich het substraat bevindt te conditioneren.

Opgemerkt wordt dat het op zichzelf bekend is, bijvoorbeeld uit het artikel: "Wafer confinement for contrei of contamination in micro-electronics" in "Solid State Technology" aug. 1990, pag. S^5, bij de fabricage van geïntegreerde schakeling het medium in de ruimte waarin zich het substraat bevindt nauwkeurig te controleren door . deze ruimte met schone lucht van een constante temperatuur te spoelen. In dit artikel wordt echter niet gesproken over een interferometersysteem voor de substraattafel en over het controleren van het interferometermedium.

Voor elk van de vijf meetassen van het interferometersysteem moeten de meetbundel en de referentiebundel nadat zij door een spiegel van de voorwerpstafel, respectievelijk een referentiespiegel, gereflecteerd zijn en door een bundeldeler weer verenigd zijn, liefst goed evenwijdig aan elkaar zijn. Door kantelingen van de voorwerpstafel om de X-, Y- en Z-as kan een meetbundel echter een andere richting krijgen door de daarbij behorende referentiebundel. Ter plaatse van de bij deze meetbundel behorende detector ontstaat dan, in plaats van één stralingsvlek waarvan de totale intensiteit varieert van een maximale naar een minimale waarde bij een beweging van de voorwerpstafel in de richting waarin gemeten moet worden, een interferentiepatroon van lichte en donkere stroken binnen het gebied van de vlek welke stroken zich verplaatsen bij de genoemde beweging. De beweging van deze stroken, en dus van de voorwerpstafel kan door de detector niet of slechts onnauwkeurig gemeten worden.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting vertoont dan ook als verder kenmerk, dat voor elke meetas in de weg van de meetbundel een retro-reflector is aangebracht die deze meetbundel na een eerste reflectie door een spiegel van de voorwerpstafel weer naar deze spiegel zendt voor een tweede reflectie aan deze spiegel.

Door deze dubbele reflectie blijft de oorspronkelijke richting van de meetbundel, welke richting evenwijdig is aan die van de daarbij behorende referentiebundel, gehandhaafd ongeacht de kantelingen van de voorwerpstafel.

Opgemerkt wordt dat het gebruik van een retro-reflector voor het realiseren van een tweevoudige reflectie van een meetbundel in een interferometersysteem op zichzelf bekend is, o.a. uit het artikel "Linear/angular displacement interferometer for waferstage metrology" in: "SPIE Vol. 1088 Optical/Laser Microlithography II" 1989, pag 268-272. Het daar beschreven interferometersysteem is echter geen vijf-assig systeem, maar een drie-assig systeem.

De inrichting volgens de uitvinding vertoont bij voorkeur als verder kenmerk, dat het interferometersysteem een eerste en tweede interferometereenheid bevat, waarbij de eerste eenheid de meetbundels voor het meten langs drie meetassen levert en de tweede eenheid de meetbundels voor het meten langs twee meetassen.

Door deze opdeling van het interferometersysteem wordt een optimum voor wat betreft ruimtebeslag en complexiteit bereikt.

Een interferometereenheid is een constructieve eenheid die een aantal, al dan niet polsarisatiegevoelige, bundeldelers, een aantal polarisatiedraaiers en een aantal detectoren bevat.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van deze inrichting vertoont als kenmerk, dat de meetbundel voor de referentie-as afkomstig is van de tweede interferometereenheid.

In deze uitvoeringsvorm zijn de benodigde meetbundels gelijkelijk over de interferometereenheden verdeeld, zodat deze eenheden zoveel mogelijk dezelfde constructie hebben.

Ter verhoging van de meetnauwkeurigheid vertoont de inrichting bij voorkeur als verder kenmerk dat de referentiespiegel voor de referentie-as vast met de tweede interferometereenheid verbonden is.

In principe kan elke interferometereenheid een eigen stralingsbron hebben. Bij voorkeur echter vertoont de inrichting als verder kenmerk dat beide interferometereenheden een gemeenschappelijke stralingsbron hebben.

Daardoor kan de inrichting goedkoper en eenvoudiger uitgevoerd worden.

Voor het verkrijgen van nauwkeurige meetsignalen met hoge signaal-ruisver-houdingen kan de inrichting als verder kenmerk vertonen dat de stralingsbron een laserbron is die twee bundelcomponenten met verschillende frequenties en onderling loodrechte polarisatierichtingen levert.

Dan kan een zogenaamde heterodyne detectie toegepast worden, hetgeen de meetnauwkeurigheid zeer ten goede komt. Het is echter ook mogelijk een interferometersysteem te gebruiken dat gebruik maakt van het faseverschil tussen een meetbundel en een referentiebundel die tot dezelfde meetas behoren.

Tenslotte heeft de uitvinding betrekking op een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat, welk apparaat door toepassing van de utivindingsgedachte sneller en nauwkeuriger kan werken dan bekende apparaten. Dit apparaat dat voorzien is van een maskerhouder, een substraattafel, een projectielenzenstelsel geplaatst tussen de maskerhouder en de substraattafel, een uitrichtinrichting voor het uitrichten van het substraat in zijn geheel ten opzichte van het maskerpatroon, een vlakstelinrichting van het locaal vlakstellen van het substraat en een verplaatsings- en positioneerinrichting voor het substraat, met het kenmerk dat de verplaatsings- en positioneerinrichting een inrichting zoals hierboven beschreven is, die bedreven kan worden in achtereenvolgens een eerste mode, waarin het totale substraat wordt gepositioneerd ten opzichte van het maskerpatroon met behulp van de uitricht- en interferometermeetsignalen en in een tweede mode waarin een deelgebied van het substraat ten opzichte van het maskerpatroon gepositioneerd wordt met behulp van slechts de interferometermeetsignalen.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de tekeningen. Daarin tonen: figuur 1 een uitvoeringsvorm van een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat, figuur 2 een, bekende, uitvoeringsvorm van een uitrichtkenmerk in de vorm van een tweedimensionaal raster, figuur 3 een uitvoeringsvorm van het apparaat met twee uitrichtinrichtingen, figuur 4 een speciale uitvoeringsvorm van deze uitrichtinrichtingen, figuur 5 een bekend drie-assig interferometersysteem, figuur 6 het principe van een een-assig interferometersysteem, figuur 7 een geïntegreerde substraattafel- en spiegelblokeenheid met scheef geplaatste spiegels, figuur 8 de Abbe-fout die kan optreden in bekende apparaten, figuur 9 een perspectivisch overzicht van een zes-assig interferometersysteem volgens de uitvinding, de figuren 10 en 11 een eerste uitvoeringsvorm van een drie-assige interferometereenheid volgens doorsneden in twee verschillende XY-vlakken, figuur 12 een reflectorstelsel voor deze uitvoeringsvorm, figuur 13 de posities waar de meetbundels een substraattafelspiegel treffen en de meetassen deze spiegel snijden, figuur 14 een tweede uitvoeringsvorm van een drie-assige interferometereenheid, de figuren 15 en 16 een uitvoeringsvorm van een twee-assige interferometereenheid volgens twee doorsneden in verschillende XY-vlakken, figuur 17 de posities waar de vijf meetassen van het interferometerstelsel de twee spiegels van een substraattafelspiegelblok snijden, figuur 18 een gedeelte van een projectie-apparaat met een luchtstroom voor het conditioneren van de ruimte waarin de interferometerbundels zich voortplanten, de figuren 19 en 20 een tweede uitvoeringsvorm van een drie-assige interfer-ometereenheid volgens twee doorsneden in verschillende XY-vlakken, de figuren 21, 22 en 23 het principe en de constructie van een derde uitvoeringsvorm van een twee-assige interferometereenheid, figuur 24 een vierde uitvoeringsvorm van een twee-assige interferometereenheid, figuur 25 een perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van een projectie-apparaat, en figuur 26 een perspectivisch aanzicht van een substraattafel voor dit apparaat.

In figuur 1 zijn de optische elementen van een uitvoeringsvorm van een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat weergegeven. De hoofdonderdelen van dit apparaat zijn een projectiekolom waarin een af te beelden maskerpatroon C is aangebracht en een beweegbare substraattafel WT waarmee het substraat ten opzichte van het maskerpatroon C gepositioneerd kan worden. Het apparaat bevat verder een verlichtingsstelsel, dat bevat een stralingsbron LA, bijvoorbeeld een Krypton-Fluoride Excimeer Laser, een lenzenstelsel LS, een spiegel RE en een condensorlens CO. De projectiebundel verlicht het in het masker MA aanwezig maskerpatroon C, welk masker is aangebracht op een maskertafel MT.

De door het maskerpatroon C tredende bundel PB doorloopt een in de projectiekolom aangebrachte, en slechts schematisch aangegeven, projectielenzenstelsel PL dat een afbeelding van het patroon C op het substraat W vormt. Het projectielenzenstelsel heeft bijvoorbeeld een vergroting M = 1/5, een numerieke apertuur NA = 0,48 en een buigingsbegrensd beeldveld met een diameter van 21,2 mm. Het substraat wordt vastgehouden door een substraatdrager WC die onderdeel is van een, slechts schematisch weergegeven, substraattafel WT.

Het apparaat is verder voorzien van een aantal meetinrichtingen, namelijk een inrichting voor het ten opzichte van elkaar, in het XY-vlak, uitrichten van het masker MA ten opzichte van het substraat W; een interferometersysteem voor het bepalen van de positie en oriëntatie van de substraathouder en dus van het substraat en een focusfoutdetectie-inrichting voor het bepalen van een afwijking tussen het focus- of beeldvlak van het projectielenzenstelsel PL en het oppervlak van het substraat W. Deze meetinrichtingen zijn onderdelen van servosystemen die electronische signaalverwerkings- en regelcircuits en aandrijvers of actuatoren bevatten waarmee de positie en oriëntatie van het substraat en de focussering aan de hand van de door de meetinrichtingen geleverde signalen kunnen worden gecorrigeerd.

De uitrichtinrichting maakt gebruik van twee uitrichtkenmerken Mj en M2 in het masker MA die rechtsboven in figuur 1 zijn aangegeven. Deze kenmerken bestaan bij voorkeur uit diffraktierasters, maar kunnen ook gevormd worden door andere kenmerken, zoals vierkanten of stroken die zich optisch van hun omgeving onderscheiden. De uitrichtkenmerken zijn bij voorkeur tweedimensionaal, dat wil zeggen dat zij zich in twee onderling loodrechte richtingen, de X- en Y-richting in figuur 1, uitstrekken. Het substraat W, bijvoorbeeld een halfgeleidersubstraat, waarop het patroon C een aantal malen naast elkaar afgebeeld moet worden, bevat een aantal uitrichtkenmerken, bij voorkeur ook weer tweedimensionale diffraktierasters, waarvan er twee, P2 en P2, in figuur 1 zijn aangegeven. De kenmerken P! en P2 zijn gelegen buiten de gebieden op het substraat W waar de afbeeldingen van het patroon C gevormd moeten worden. Bij voorkeur zijn de rasterkenmerken Pj en P2 uitgevoerd als faserasters en de rasterkenmerken Mi en M2 als amplituderasters.

In figuur 2 is een uitvoeringsvorm van een van de twee identieke substraatfaserasters vergroot weergegeven. Een dergelijk raster kan bestaan uit vier deelrasters Pl a, Pl b, Pl c en Pl d, waarvan er twee, P1>b en Pl d dienen voor het uitrichten in de X-richting en de twee overige, P1>a en PljC voor het uitrichten in de Y-richting. De twee deelrasters P1>b en Pl c hebben een rasterperiode van bijvoorbeeld 16 /mm en de deelrasters Pl a en Pl d een rasterperiode van bijvoorbeeld 17,6 /cm. Elk van de deelrasters kan een afmeting van bijvoorbeeld 200x200 /cm hebben. Met deze raster en een geschikt optisch stelsel kan een uitrichtnauwkeurigheid van in principe kleiner dan 0,1 /cm bereikt worden. Er is voor verschillende rasterperiodes gekozen om het invangbereik van de uitrichtinrichting te vergroten.

Figuur 1 toont een eerste uitvoeringsvorm van een uitrichtinrichting, namelijk een dubbele uitrichtinrichting waarin twee uitrichtbundels b en b’ gebruikt worden voor het uitrichten van het substraatuitrichtkenmerk P2 op het maskeruitrichtkenmerk M2, respectievelijk het substraatuitrichtkenmerk Px op het maskeruitrichtkenmerk De bundel b wordt door een reflecterend element 30, bijvoorbeeld een spiegel, naar het reflecterend oppervlak 27 van een prisma 26 gereflecteerd. Het oppervlak 27 reflecteert de bundel b naar het substraatuitrichtkenmerk P2 dat een deel van de straling als bundel bt naar het bijbehorende maskeruitrichtkenmerk M2 zendt, waar een afbeelding van het kenmerk P2 wordt gevormd. Boven het kenmerk M2 bevindt zich een reflecterend element 11, bijvoorbeeld een prisma, dat de door het kenmerk M2 doorgelaten straling naar een stralingsgevoelige detector 13 richt.

De tweede uitrichtbundel b’ wordt door een spiegel 31 naar een reflector 29 in het projectielenzenstelsel PL gereflecteerd. Deze reflector 29 zendt de bundel b’ naar een tweede reflecterend oppervlak 28 van het prisma 26, welk oppervlak de bundel b’ op het substraatuitrichtkenmerk Px richt. Dit kenmerk reflecteert een deel van de straling van de bundel b’ als bundel b^ naar het maskeruitrichtkenmerk waar een beeld van het kenmerk Pj wordt gevormd. De door het kenmerk tredende straling van de bundel bx’ wordt door een reflector 1Γ naar een stralingsgevoelige detector 13’ gericht.

De werking van de dubbel uitgevoerde uitrichtinrichting zal nu worden beschreven aan de hand van figuur 3, die een uitvoeringsvorm van een dergelijke inrichting toont die zich van die volgens figuur 1 onderscheidt door de andere wijze van inkoppelen van de uitrichtbundels b en b’ in het projectielenzenstelsel. Er is voorzien in twee afzonderlijke en identieke uitrichtsystemen ASj en AS2 die symmetrisch ten opzichte van de optische as AA’ van het projectielenzenstelsel PL gepositioneerd zijn. Het uitrichtsysteem AS! is toegevoegd aan het maskeruitrichtkenmerk M2 en het uitrichtsysteem AS2 aan het maskeruitrichtkenmerk Mj.· De overeenkomstige elementen van de twee uitrichtsystemen zijn met gelijke verwijzingscijfers aangeduid waarbij die van het systeem AS2 zich door het accentteken van die van het systeem ASj onderscheiden.

Het uitrichtsysteem ASj bevat een stralingsbron 1, bijvoorbeeld een Helium-Neon laser, die een uitrichtbundel b uitzendt. Deze bundel wordt door een bundeldeler 2 naar het substraat W gereflecteerd. De bundeldeler kan bestaan uit een halfdoorlatende spiegel of een halfdoorlatend prisma, maar wordt bij voorkeur gevormd door een polarisatiegevoelig deelprisma dat gevolgd wordt door een λ/4-plaat 3, waarin X de golflengte van de bundel b is. Het projectielenzenstelsel PL focusseert de bundel b in een kleine stralingsvlek V, met een diameter in de orde van 1 mm, op het substraat W. Dit substraat reflecteert een deel van de bundel, als bundel bj, in de richting van het masker M. De bundel bj doorloopt het projectielenzenstelsel PL waarbij dit stelsel de stralingsvlek V afbeeldt op het masker. Voordat het substraat in het belichtingsapparaat wordt aangebracht is het vóór-uitgericht in een met het apparaat gekoppeld vóór-uitrichtstation, bijvoorbeeld het station dat beschreven is in de Europese octrooiaanvrage no. 0.164.165, zodanig dat de stralingsvlek V op het substraatkenmerk P2 gelegen is. Dit kenmerk wordt dan door de bundel afgebeeld op het maskerkenmerk M2. De dimensie van het maskerkenmerk M2 is, rekening houdende met de vergroting M van het projectielenzenstelsel, aangepast aan die van het substraatkenmerk zodat bij een goede onderlinge positionering van de twee kenmerken het beeld van het kenmerk P2 nauwkeurig samenvalt met het kenmerk M2.

Op zijn heen- en terugweg naar en van het substraat W heeft de bundel b, respectievelijk b1; tweemaal de X/4-plaat 3 doorlopen, waarvan de optische as onder een hoek van 45° staat met de polarisatierichting van de van de bron 1 afkomstige lineair gepolariseerde bundel b. De door de λ/4-plaat tredende bundel bj heeft dan een polarisatierichting die over 90° gedraaid is ten opzichte van de bundel b, zodat de bundel b1 door het polarisatiedeelprisma 2 wordt doorgelaten. Het gebruik van het polarisatiedeelprisma in kombinatie met de λ/4-plaat biedt het voordeel van een minimaal stralingsverlies bij het inkoppelen van de uitrichtbundel in de stralingsweg van het uitrichtsysteem.

De door het uitrichtkenmerk M2 doorgelaten bundel bx wordt door een prisma 11 gereflecteerd en door bijvoorbeeld een verder reflekterend prisma 12 naar een stralingsgevoelige detector 13 gericht. Deze detector ic bijvoorbeeld een samengestelde fotodiode met bijvoorbeeld vier afzonderlijke stralingsgevoelige gebiedjes in overeenstemming met het aantal deelrasters volgens figuur 2. De uitgangssignalen van deze detectoren zijn een maat voor het samenvallen van het kenmerk M2 met de afbeelding van het substraatkenmerk P2. Deze signalen kunnen elektronisch verwerkt worden en gebruikt worden om met behulp van, niet weergegeven, aandrijfsystemen het masker en het substraat ten opzichte van elkaar te bewegen zodanig dat de afbeelding van het kenmerk P2 samenvalt met het kenmerk M2. Aldus is een automatisch uitrichtapparaat verkregen.

Eventueel kan tussen het prisma 11 en de detector 13 een bundeldeler 14, in de vorm van bijvoorbeeld een gedeeltelijk doorlatend prisma, aangebracht zijn die een gedeelte van de bundel bl5 als bundel b2, afsplitst. De afgesplitste bundel b2 valt dan via bijvoorbeeld twee lenzen 15 en 16 in op een televisiekamera 17 die gekoppeld is met een, niet weergegeven, monitor waarop de uitrichtkenmerken P2 en M2 voor een bedienaar van het belichtingsapparaat zichtbaar zijn. Deze bedienaar kan dan konstateren of beide kenmerken samenvallen en eventueel door middel van manipulatoren het substraat W verschuiven om de kenmerken te laten samenvallen.

Op analoge manier als hierboven beschreven voor de kenmerken M2 en P2 kunnen ook de kenmerken Mj en P2 respectievelijk de kenmerken Mj en Pj ten opzichte van elkaar uitgericht worden. Voor de twee laatstgenoemde uitrichtingen wordt het uitrichtsysteem AS2 gebruikt.

Voor bijzonderheden over de uitrichtingsprocedure met behulp van de uitrichtsystemen wordt verwezen naar het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.778.275. .

De uitvoeringsvormen van de uitrichtinrichting volgens de figuren 1 en 3 zijn bijzonder geschikt voor een apparaat waarin een belichtingsbundel met een korte golflengte, bijvoorbeeld 248 nm, en een uitrichtbundel met een aanzienlijk grotere golflengte, bijvoorbeeld 633 nm worden gebruikt.

Omdat het projectielenzenstelsel ontworpen is voor de golflengte van de projectiebundel PB treden bij het gebruik van dit stelsel PL voor het op elkaar afbeelden van de uitrichtkenmerken P1? P2 en Μ1,··Μ2 met behulp van de uitrichtbundel afwijkingen op. Zo zullen de substraatuitrichtkenmerken P1? P2 niet in het vlak van het masker-patroon waarin de maskeruitrichtkenmerken gelegen zijn maar op een bepaalde afstand daarvan afgebeeld worden, waarbij die afstand afhangt van het verschil tussen de golflengten van de projectiebundel en de uitrichtbundel en het verschil tussen de brekingsindices die het materiaal van de projectielenselementen vertoont voor de twee golflengtes. In het geval de projectiebundel een golflengte van bijvoorbeeld 248 nm heeft en de uitrichtbundel een golflengte van 633 nm kan deze afstand tot 2 m bedragen.

Bovendien wordt als gevolg van het genoemde golflengteverschil een substraatuitrichtkenmerk afgebeeld op een maskeruitrichtkenmerk met een vergroting die afwijkt van de gewenste vergroting waarbij de afwijking toeneemt met toenemende golflengteverschil.

Om voor de genoemde afwijkingen te korrigeren is in de projectiekolom PL een extra lens, of korrektielens, 25 opgenomen. De korrektielens is aangebracht op een zodanige hoogte in de projectiekolom dat enerzijds in het vlak van de korrektielens de deelbundels van de verschillende diffraktie-ordes van de uitrichtbundel, welke deelbundels gevormd worden door een substraatuitrichtkenmerk, voldoende gescheiden zijn om deze deelbundels afzonderlijk te kunnen beïnvloeden, en anderzijds deze korrektielens een verwaarloosbare invloed heeft op de projectiebundel en de daarmee gevormde maskerafbeelding. Bij voorkeur bevindt de projectielens zich in het Fouriervlak van het projectielenzenstelsel. Bevindt, zoals in de figuren 1 en 3 is aangegeven, de korrektielens 25 zich in een vlak waar de hoofdstralen van de uitrichtbundels bx en b^ elkaar snijden dan kan deze lens voor het korrigeren van beide uitrichtbundels gebruikt worden.

De uitrichtinrichting volgens de figuren 1 en 3 werkt in principe goed maar onder bepaalde omstandigheden kunnen toch nog kleine uitrichtfouten optreden. Zoals Aanvraagster heeft ontdekt zijn deze uitrichtfouten het gevolg van faseverschillen binnen de door de detector 13 of 13’, opgevangen geselecteerde uitrichtbundelgedeeltes, welke faseverschillen optreden indien de symmetrie-as van de uitrichtbundelgedeeltes afkomstig van een substraatuitrichtkenmerk niet loodrecht staat op de makserplaat waardoor valse reflecties binnen deze plaat kunnen optreden. Om dit probleem te voorkomen heeft Aanvraagster reeds voorgesteld om in de nabijheid van een maskeruitrichtkenmerk een wig, of ander afbuigelement aan te brengen.

Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm van de uitrichtinrichting met twee dergelijke wiggen WE1? WE2 met wighoeken y?WE,l, <£>we,2· Deze wiggen zorgen er voor dat de symmetrie-assen van de uitrichtbundels bj’, loodrecht op de maskerplaat invallen.

Zoals de figuur toont kunnen de substraatuitrichtkenmerken P2 en Pj door aparte belichtingsstelsels IS1 en IS2 belicht worden. Deze belichtingsstelsels bestaan elk uit een stralingsbron 1 (Γ), twee lenzen 60, 62 (60’, 62’) en een instelbare plan- parallelle plaat 61 (6Γ) waarmee een fijn-instelling van de richting van de bundel b (b’) gerealiseerd kan worden. De lenzen 60 en 62 zorgen er voor dat de kwaliteit van de afbeelding van de bron 1 (Γ) gehandhaafd blijft. Van het projectielenzenstelsel is in figuur 4 slechts de lenzengroep onder het Fouriervlak schematisch door één enkel lenselement PL1 weergegeven.

Het projectie-apparaat bevat verder een focusfoutdetectiestelsel voor het bepalen van een afwijking tussen het focusvlak van het projectielenzenstelsel PL en het oppervlak van het substraat W, zodat voor deze afwijking gekorrigeerd kan worden bijvoorbeeld door het projectielenzenstelsel langs zijn as te bewegen. Dit stelsel kan gevormd worden door de elementen 40, 41, 42, 43, 44, 45 en 46 die aangebracht zijn in een, niet weergegeven, houder die vast met het projectielenzenstelsel verbonden zijn. 40 is een stralingsbron, bijvoorbeeld een diodelaser, die een focusseerbundel b3 uitzendt. Deze bundel wordt door een reflecterend prisma 42 onder een zeer kleine hoek op het substraat gericht. De door het substraat gereflecteerde bundel wordt door het prisma 43 naar een retro-reflector 44 gericht. Het element 44 reflecteert de bundel in zichzelf zodat deze bundel (b3’) nogmaals dezelfde weg via reflecties aan het prisma 43, het substraat W en het prisma 42 doorloopt. De bundel b3’ bereikt via een gedeeltelijk reflecterend element 41 en een reflecterend element 45 een stralingsgevoelig detectiestelsel 46. Dit detectiestelsel bestaat bijvoorbeeld uit een positie-afhankelijke detector of uit twee gescheiden detectoren. De positie van de door de bundel b3’ op dit stelsel gevormde stralingsvlek is afhankelijk van de mate waarin het focusvlak van het projectielenzenstelsel samenvalt met het vlak van het substraat W. Voor een uitvoerige beschrijving van het focusfoutdetectiestelsel wordt verwezen naar het US octrooischrift no. 4.356.392.

Voor het nauwkeurig bepalen van de X- en Y-positie van de substraattafel WT zijn bekende projectie-apparaten voorzien van een meerassig interferometersysteem. In het US octrooischrift 4.251.160 is een twee-assig systeem en in het US octrooischrift 4.737.283 een drie-assig systeem beschreven. In figuur 1 is een dergelijk interferometersysteem schematisch door de elementen 50, 51, 52 en 53 aangeduid, waarbij slechts één meetas getoond is. Een door een stralingsbron 50, in de vorm van een laser, uitgezonden bundel b4 wordt door een bundeldeler 51 gesplitst in een meetbundel b4m en een referentiebundel b4>r. De meetbundel bereikt een spiegelend zijvlak van de substraathouder WH en de gereflecteerde meetbundel wordt door de bundeldeler verenigd met de door een vast opgestelde retro-reflector 52, bijvoorbeeld een zogenaamde "corner cube" gereflecteerde referentiebundel. De intensiteit van de gekombineerde bundel wordt gemeten met een detector 53 en uit het uitgangssignaal van deze detector kan de verplaatsing, in dit geval in de X-richting, van de substraatdrager WC afgeleid worden en ook een momentane positie van deze drager vastgesteld worden.

Zoals in figuur 1 schematisch is aangegeven, worden de interferometer, hier eenvoudigheidshalve door één signaal S53 voorgesteld, en de signalen S13 en S13’ van uitrichtdetectie-inrichting toegevoerd aan een signaalverwerkingseenheid SPU, bijvoorbeeld een microcomputer, die de genoemde signalen verwerkt tot stuursignalen SAC voor een actuator AC waarmee, via de substraathouder WH, de substraatdrager in het X-Y-vlak bewogen wordt.

Door gebruik te maken van een X-Y interferometersysteem kunnen tijdens het uitrichten de posities van, en de onderlinge afstanden tussen, de uitrichtkenmerken Pi en P2 en Mx en M2 in een door het, vast opgesteld, interferometersysteem gedefinieerd coördinatenstelsel vastgelegd worden.

Volgens een bekende werkwijze voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat wordt dit substraat in bepaalde mate vóór-uitgericht, bijvoorbeeld in een vóóruitrichtstation zoals beschreven in de Europese octrooiaanvrage no. 0.1634.165. Nadat het vóóruitgerichte substraat in het projectie-apparaat gebracht is wordt het substraat als geheel uitgericht (global aligned) ten opzichte van het masker met behulp van de maskeruitrichtkenmerken M1? M2 en de substraatuitrichtkenmerken Pi, P2. Vervolgens moet een substraatdeelgebied, of -veld, waarop het maskerpatroon geprojecteerd moet worden zeer nauwkeurig onder het maskerpatroon gepositioneerd worden, waarna met een lichtflits van de bron LA dit patroon op het substraatveld overgebracht wordt. Vervolgens moet het substraat verplaatst worden en een tweede substraatveld nauwkeurig onder het maskerpatroon gepositioneerd worden waarna een tweede belichting volgt, enzovoorts totdat alle substraatvelden belicht zijn.

Bij de thans vereiste zeer kleine details in de maskerpatroonafbeelding moet vanwege de kleine scherptediepte van het projectielenzenstelsel en de mogelijke onvlakheid van het substraat waardoor onscherpe afbeeldingen kunnen ontstaan, vóórdat een dergelijke afbeelding kan plaatshebben het betreffende substraatdeelgebied eerst vlakge- steld ("levelled") worden. Daartoe moet eerst met behulp van een zogenaamde locale scheefstandsdetectie-inrichting ("level sensor") gedetecteerd worden of het betreffende substraatdeelgebied scheef staat ten opzichte van het beeldveld van het projectielenzenstelsel. Een dergelijke scheefstandsdetectie-inrichting is bijvoorbeeld beschreven in het artikel: "The optical stepper with a high numerical aperture i-line lens and a field-by-field levelling system" in SPIE, Vol. 922, Optical/Laser Microlithography (1988), pag. 270-276 en in het US octrooischrift 4.504.144. Nadat een locale scheefstand is geconstateerd kan deze opgeheven worden door het hele substraat om de X- en/of Y-as te kantelen. Daarbij worden echter ook de meetspiegels voor het interferometersysteem gekanteld, waardoor de door dit systeem geleverde meetsignalen foutief zijn en er ook vanwege de zogenaamde Abbefout niet meer met de gewenste nauwkeurigheid gepositioneerd kan worden.

Bovendien kunnen ook nog onbedoelde en ongecontroleerde kantelingen van de substraathouder om de X- en/of Y-as optreden die ook de signalen van het interferometersysteem beïnvloeden.

Deze moeilijkheden zouden vermeden kunnen worden en elk substraatveld zou, na locale vlakstelling, met de gewenste nauwkeurigheid gepositioneerd kunnen worden door, zoals onder andere in het US octrooischrift 4.778.275 beschreven is, elk veld te voorzien van een eigen uitrichtkenmerk en apart uit te richten ten opzichte van een maskerkenmerk M2 of M2 nadat dit veld onder het maskerpatroon gebracht is. Deze zogenaamde veld per veld uitrichting (field by field alignment) vraagt echter een hoeveelheid tijd, waardoor het aantal substraten dat per tijdseenheid door het projectie-apparaat gevoerd kan worden verkleind wordt.

Bovendien moeten dan de stroken tussen de substraatvelden relatief breed zijn om de velduitrichtkenmerken, waarvan de grootte aangepast moet zijn aan die van de maskerkenmerken M2 en M2, en dus ook aan die van de substraatkenmerken P2 en P2, te kunnen bevatten. Daardoor neemt het nuttige oppervlak van het substraat, dat wil zeggen het totale oppervlak waarop IC’s gevormd kunnen worden, af. Men zou kunnen overwegen om de velduitrichtkenmerken te verkleinen. Dan moeten echter ook de maskeruitrichtkenmerken M2 en M2 en de substraatuitrichtkenmerken verkleind worden. Daardoor zou niet alleen voor de substraatvelden maar ook voor het totale substraat de uitrichtnauwkeurigheid kleiner worden.

De onderhavige uitvinding ondervangt de bovengenoemde problemen en verschaft een nieuwe werkwijze voor het repeterend afbeelden en de daarbij behorende positionering. Volgens de nieuwe werkwijze wordt alleen het substraat in totaal langs de X- en Y-as uitgericht en de eventuele draaiing om de Z-as van het substraat in totaal opgeheven, met behulp van de twee substraatuitrichtkenmerken Pj en P2 en eventueel enkele andere substraatuitrichtkenmerken en wordt, na de vlakstelling van een substraat-veld de fijn-positionering van dit veld zonder verdere uitrichtstappen gerealiseerd. De veld per veld positionering geschiedt nu door het zeer nauwkeurig meten van bij voorkeur alle bewegingen en posities van het substraat zelf met behulp van het interferometersysteem.

Een essentiële voorwaarde daarbij en een belangrijk aspekt van de onderhavige uitvinding is de substraatdrager met het, met het interferometersysteem samenwerkende, spiegelblok geïntegreerd is en dat het substraat op deze drager gefixeerd is. Dan is het substraat onbeweegbaar ten opzichte van het spiegelblok en kan het alleen de bewegingen van dit blok volgen. Daardoor is verzekerd dat de gemeten bewegingen en de posities een absolute maat zijn voor die van het substraat. Er wordt aldus een nieuw gebruik gemaakt van de inmiddels bereikte nauwkeurigheid waarmee de - substraathouder kan worden aangedreven en de bewegingen van het spiegelblok kunnen worden gemeten.

Opgemerkt wordt dat in tekeningen behorende bij beschrijvingen van bekende projectie-apparaten voor IC-fabrikage het voorgesteld wordt alsof het substraat en de substraatdrager direkt met, en onbeweegbaar ten opzichte van, het spiegelblok verbonden zijn. Dat is echter slechts een schematische voorstelling van zaken, om de tekeningen van het gecompliceerde apparaat niet te ingewikkeld te maken. Zoals reeds opgemerkt, moet in de projectie-apparaten het substraat niet alleen uitgericht worden maar moet dit substraat ook, zowel in zijn geheel als ook locaal, gefocusseerd worden en, zoals ook reeds vermeld, locaal vlakgesteld worden. Met focussering wordt bedoeld: er voor zorgen dat het substraatoppervlak samenvalt met het beeldveld van het projectielenzenstelsel. Voor deze focussering en vlakstelling worden aparte actuatoren, zoals hoogte- en/of kantelingactuatoren, gebruikt, zoals beschreven is in SPIE Vol. 922 "Optical/Laser Micro-Lithography" (1988), pag. 270-276: "The optical stepper with a high numerical aperture I-lens and a field by field levelling system" of in SPIE, Vol.

811, "Optical Microlithographic Technology for Integrated Circuit Fabrication and Inspection", 1987, pag. 149-159, "An advanced waferstepper for sub-micron fabrication", of in het US octrooischrift 4.504.144. De daar genoemde hoogte- of vlakstelactuatoren sturen een zogenaamde vlaksteltafel waarop het substraat is aangebracht. Dit substraat kan dan niet star met het spiegelblok verbonden zijn. In een projectie-apparaat bestemd voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding bevinden de genoemde actuatoren zich onder het spiegelblok.

In principe kan voor het meten van de bewegingen langs de X- en Y-assen en voor het bepalen van de eindposities van deze tafel, alsmede voor het bepalen van de draaiing van de tafel om de Z-as een drie-assig interferometersysteem gebruikt worden. Een dergelijk systeem, waarvan een uitvoeringsvorm is beschreven in "SPIE, Vol.

1088: Optical/Laser Microlithography, pag. 268-272, Linear/angular displacement interferometer for waferstage metrology", is schematisch weergegeven in figuur 5 tesamen met de substraattafel WT.

Het samengestelde interferometersysteem bestaat uit een Helium-Neon laser 70, twee bundeldelers 71 en 72 en drie interferometereenheden 73, 74 en 75. Een deel van de bundel b5 afkomstig van de laser wordt door de bundeldeler 71 als bundel b6 gereflecteerd naar de interferometereenheid 73, die samenwerkt met de spiegel Rj van de substraattafel WT. De door de bundeldeler 71 doorgelaten bundel b7 wordt door de bundeldeler 72 gesplitst in een bundel b8 die naar de interferometereenheid 74 wordt gereflecteerd en in een bundel b9 die naar de interferometereenheid 75 wordt doorgelaten. De interferometereenheid 74 werkt samen met de spiegel Rx terwijl de interferometereenheid 75 samenwerkt met de spiegel R2.

Figuur 6 toont het principe van de interferometereenheid 73. Deze bevat een bundeldeler 80, bijvoorbeeld een gedeeltelijk doorlatende spiegel, die de binnenkomende bundel b6 splitst in een meetbundel b6 m en een referentiebundel b6 r. De meetbundel wordt doorgelaten naar de substraattafelspiegel R1 die deze bundel reflecteert naar de bundeldeler 80, welke op zijn beurt een deel van de bundel b6 m reflecteert naar de detector 76. De door de bundeldeler 80 gereflecteerde bundel b6>r wordt door een vast opgestelde referentiespiegel 81 naar de bundeldeler 80 gereflecteerd die een deel van deze bundel doorlaat naar de detector 76. Bij beweging van de substraattafelspiegel in de X-richting treden afwisselend constructieve en destructieve interferenties op tussen de op de detector 76 invallende bundels b6 m en b6r, zodat het uitgangssignaal van deze detector bij elke verplaatsing van de substraattafel over een afstand van λ/4, waarin X de golflengte van de bundel 1¾ is, van een maximale waarde naar een minimale waarde gaat en omgekeerd. Het aantal maxima en minima van het detectorsignaal S76 is een maat voor de verplaatsing van de tafel in de X-richting. Door bekende electronische interpolatiemethoden kunnen bewegingen van de spiegels R1 en R2 veel kleiner dan X/4, bijvoorbeeld tot X/128 of zelfs X/512, gemeten worden.

De interferometereenheden 74 en 75 hebben dezelfde constructie en werken op dezelfde wijze als de interferometereenheid 73. Met de interferometereenheid 75 en de bijbehorende detector 78 wordt de beweging van de substraattafel in de Y-richting gemeten. Met de interferometereenheid 74 en de bijbehorende detector 77 wordt een tweede X-verplaatsing meting uitgevoerd. Uit de signalen S76 en S77 wordt de draaiing van de substraattafel om de Z-as berekend. Deze draaiing wordt gegeven door

waarin dj de afstand is tussen de punten waar de hoofdstalen van de meetbundels b6 m en b8 m de spiegel Rx treffen.

Opgemerkt wordt dat figuur 6 slechts het principe van een interferometereenheid toont. In de praktijk zullen voor de bundelsplitsing en -hereniging een polarisatiegevoelige bundeldeler 80 en een aantal λ/4-platen, in figuur 6 met de elementen 82 en 83 aangegeven gebruikt worden. Dan is het stralingsverlies minimaal hetgeen vooral van belang is als men slechts één laser 70 wil gebruiken voor de verschillende interferometereenheden. Verder kunnen in de interferometereenheden retro-reflectoren opgenomen zijn, zoals in het genoemde artikel SPIE, Vol. 1088, Optical/Laser Microlithography II, pag. 268-272 beschreven is.

Om bij gebruik van een drie-assig interferometersysteem de gewenste nauwkeurigheid te halen moeten de volgende twee voorwaarden vervuld zijn: 1. De hoofdstalen van de interferometerbundels moeten gelegen zijn in het vlak van het substraat.

2. De substraatdrager moet gedurende de verplaatsingen langs de X- en Y-assen en de eventuele correctie om de Z-as gefixeerd zijn in de overige vrijheidsgraden φχ, (py.

Aan de eerste voorwaarde kan, vanwege de niet oneindig kleine doorsnede van de interferometerbundels en vanwege het feit dat de randen van de spiegels, met name de bovenrand, niet met de gewenste vlakheid (van bijvoorbeeld X/20) gemaakt kunnen worden, waardoor de bundels op bijvoorbeeld minstens 2 mm afstand van de bovenkant moeten invallen, alleen voldaan worden indien de spiegels boven het oppervlak van het substraat uitsteken zoals getoond is in SPIE, Vol. 1088, Optical/Laser Microlithography Π, 1989, pag. 424-433: "Step and Scan: A systems overview of a new lithography tooi". Door de hogere spiegels neemt het gewicht van de te verplaatsen en te positioneren massa toe. Bovendien vragen deze spiegels extra vrije ruimte tussen het substraatoppervlak en de onderkant van het projectielenzenstelsel. Deze ruimte is echter in de praktijk veelal niet beschikbaar omdat de tussenruimte tussen het substraatoppervlak en het projectielenzenstelsel zo klein mogelijk moet zijn om een zo’n vlak mogelijk beeldveld ter plaatse van het substraatoppervlak te verkrijgen. Bovendien moeten in deze tussenruimte optische meetsystemen voor het bepalen van afwijkingen in het met projectielicht gevormde beeld (image sensing) en voor het bepalen van locale scheefstand van het substraat (level sensing) aangebracht worden.

Men zou kunnen overwegen om de laterale afmetingen van het blok waarvan de interferometerspiegels deel uitmaken groter te maken zodat de boven het substraatoppervlak uit stekende spiegels ook bij laterale, X-Y-beweging van het spiegelblok voldoende ver van de andere onderdelen van het projectie-apparaat, bijvoorbeeld het projectielenzenstelsel, verwijderd blijven. Dit zou echter een ontoelaatbare gewichtstoename van de substraathouder betekenen en bovendien zijn de aanzienlijk grotere spiegels vrijwel niet meer met de gewenste vlakheid te vervaardigen.

In plaats van een spiegelblok met boven het substraatoppervlak uitstekende spiegels zou men ook een spiegelblok kunnen gebruiken waarvan de spiegels niet meer boven het substraat uitsteken maar wel een hoek kleiner dan 90° met het substraatoppervlak maken zodanig dat de interferometerbundels steeds loodrecht op de spiegeloppervlakken invallen. Een dergelijk spiegelblok is in figuur 7 weergegeven, tesamen met een interferometerbundel b6 m. Indien er voor gezorgd wordt dat het verlengde van de hoofdas van deze bundel het substraatoppervlak treft in het punt waar de optische as APL van het projectielenzenstelsel dit oppervlak snijdt kan uit de interferometersignalen en het signaal geleverd door het focusfoutdetectiestelsel, dat in figuur 1 getoond is en hier met slechts de bundels b3 en b3’ aangeduid is, de exacte positie van het substraat afgeleid worden. Om echter te waarborgen dat bij bewegen van het spiegelblok met substraattafel over de werkstand WD de interferometerbundel steeds op de spiegel valt moet deze spiegel een aanzienlijke hoogte h hebben, hetgeen betekent dat het gewicht van het spiegelblok toeneemt.

Om de hierbovengenoemde voorwaarde, dat de substraatdrager geen kanteling om de X- of Y-as en geen verplaatsing langs de Z-as vertoont, te voldoen moeten zeer strenge eisen aan de constructie van de substraattafel gesteld worden. Deze tafel bevat behalve de substraatdrager met geïntegreerd spiegelblok een Χ-Υ-φζ aandrijving bestaande uit bijvoorbeeld drie lineaire motoren opgesteld in een H-confïguratie, zoals beschreven in het US octrooischrift 4.655.594, en een zogenaamde luchtvoet AB als intermediair tussen een grondplaat BP van bijvoorbeeld graniet en een substraathouder WH waarin zich de Χ-Υ-φζ bevindt. Bij een niet perfecte geleiding van de substraattafel kunnen bij beweging van deze tafel variabele krachten op de luchtvoet uitgeoefend worden. Deze, vooraf niet te voorspellen, krachten hebben een variabele scheefstand van de luchtvoet tot gevolg, die resulteert in een variabele scheefstand van de substraatdrager. Verder kunnen afwijkingen in de vlakheid van de granieten steunplaat optreden ten gevolge van fabrikage toleranties of van vervuiling. Een onvlakheid van de plaat zal een positie-afhankelijke scheefstand van de substraatdrager tot gevolg hebben. Om het effect daarvan tijdens het gebruik van het projectie-apparaat te elimineren zou een punt-voor-punt calibratie uitgevoerd moeten worden, hetgeen de totale calibratie van het apparaat niet alleen ingewikkelder maar ook onnauwkeuriger maakt omdat het aantal te calibreren parameters groter wordt.

Men zou de zware constructie-eisen kunnen laten vallen en de dan onstaande ongewenste kantelingen om de X- en Y-as, respectievelijk de kantelingen ten gevolge van het locaal vlakstellen, meten met bijvoorbeeld mechanische, ultrasone of andere niet-optische tasters en de meetresultaten gebruiken om de genoemde variaties weg te regelen, respectievelijk de Χ-Υ-φζ meetresultaten te corrigeren. Er moeten dan echter zware eisen aan de nauwkeurigheid van dergelijke tasters gesteld worden.

In het projectie-apparaat volgens de onderhavige uitvinding worden de problemen die optreden bij het handhaven van de eis, dat de hoofdstralen van de interferometerbundels in het vlak van het substraat moeten liggen, omzeild door deze eis te laten vallen en gebruik te maken van een substraatdrager met geïntegreerde spiegelblok waarvan de spiegels niet boven het substraatoppervlak uitsteken. Een daardoor onstaand ander probleem alsmede de problemen die het gevolg zijn van de eis dat ofwel geen kantelingen om de X- en Y-assen, danwel dat met deze kantelingen rekening gehouden moet worden bij de X-Y-y>z-instelling, mogen optreden worden opgelost door het gebruik van een nieuw en uitgebreid interferometersysteem waarmee de al dan niet ongewenste bewegingen nauwkeurig kunnen worden gemeten en waardoor de mogelijkheid geboden wordt nauwkeurig bij te regelen.

Het genoemde andere probleem hangt samen met de zogenaamde Abbe fout die in figuur 8 geïllustreerd is. Indien de hoofdas van een interferometerbundel bijvoorbeeld b6>m op een afstand a van het substraatoppervlak op de spiegel invalt geeft een scheefstand van het substraatoppervlak onder een hoek φ een foutief X-positie-signaal geleverd door de interferometereenheid die van de bundel b6 m gebruik maakt.

Deze overspraak Δ wordt gegeven door Δχ « a tan<? - αφ. Als gevolg van het over-spraaksignaal zal het X-servosysteem zodanig gaan regelen dat een X-positiefout evenredig met Δχ onstaat. Voor de scheefstand van het substraatoppervlak kan de hoek φ 1,3 m.rad bedragen en voor een lokale veldonvlakheid kan φ ongeveer 0,1 mrad bedragen.

Wil in het laatste geval de positiefout ten gevolge van de Abbe arm kleiner zijn dan de in praktijk nog toelaatbare 4 nm dan moet

zijn. Aan deze eis kan niet voldaan worden, alleen al niet vanwege de breedte van de bundel, die bijvoorbeeld 9 mm is. Er zal dan ook gecallibreerd moeten worden, dat wil zeggen de X- en Y-positiesignalen zullen gekorrigeerd moeten worden met informatie over de scheefstand van het substraatoppervlak. Deze scheefstandinformatie kan gemakkelijker en nauwkeuriger met het uitgebreide interferometersysteem dan langs andere weg, bijvoorbeeld via mechanische, of andere niet optische, tasters, verkregen worden.

Figuur 9 toont het principe van het samengestelde interferometersysteem voor het meten van de vijf vrijheidsgraden X, Y, φχ, φγ en φζ van de substraattafel WT met geïntegreerd spiegelblok. Het systeem bevat bijvoorbeeld twee interferometereenheden 100 en 150 waaraan de bundels b2o en b30 worden toegevoerd. Deze bundels zijn afkomstig van een laser, bijvoorbeeld een Helium-Neon laser, 50. De van deze laser afkomstige bundel b10 passeert eerst een, schematisch met de lens 90 aangeduide, bundelverbredingsoptiek en wordt vervolgens door een bundeldeler 92 opgesplitst in de twee bundels b2o en b30. De elementen 91, 93 en 94 zijn spiegels die er voor zorgen dat de bundels zodanig worden omgebogen dat zij onder de juiste hoeken op de interferometereenheden 100 en 150 invallen. De interferometereenheid 100 kan zo uitgevoerd zijn dat zij drie meetbundels naar de spiegel Rx reflecteert en daarvan terugontvangt. Daarmee kan de verplaatsing in de X-richting, de kanteling om de Y-as, φγ, en de draaiing om de Z-as, <pz, van het spiegelblok en substraattafel gemeten worden. De tweede interferometereenheid 120 zendt twee meetbundels uit naar en ontvangt twee meetbundels terug van de spiegel R2. Daarmee kan de verplaatsing in de Y-richting en de kanteling om de X-as gemeten worden.

De interferometereenheden kunnen op diverse wijzen uitgevoerd zijn. In figuur 10 is een eerste uitvoeringsvorm van de interferometereenheid 100 weergegeven. Deze bevat een polarisatiegevoelige bundeldeler 101, twee X/4 platen 103, 104, een referentiespiegel 105, twee retroreflectoren 106, 107, een samengesteld prisma 108 en twee detectoren 113, 115. De detectoren kunnen aangebracht zijn op het in figuur 9 aangegeven vlak 95 van de interferometereenheid 100. De interferometereenheid is van het heterodyne type. De bundel b20 is dan afkomstig van een Helium-Neon laser die uitgevoerd is als een Zeeman laser. Een dergelijke laser levert een bundel met twee onderling loodrecht gepolariseerde componenten die een optisch faseverschil, van bijvoorbeeld 20 MHz, vertonen. Deze twee componenten zijn in figuur 10 met continue lijnen en met gestreepte lijnen aangegeven.

De bundel b20 die het prisma 101 binnentreedt wordt door het polarisatiegevoelig scheidingsvlak 102 gesplitst in een meetbundel b20 m en een referentiebundel b20 r. De bundel b20 m wordt doorgelaten naar de spiegel Rj van de substraattafel en door deze spiegel gereflecteerd. Tussen het prisma 101 en de spiegel Rj is een X/4 plaat 103 aangebracht die er voor zorgt dat de polarisatierichting van de gereflecteerde bundel, die tweemaal die X/4 plaat doorlopen heeft, over 90° gedraaid is ten opzichte van de polarisatierichting van de heengaande bundel b20>m. De gereflecteerde bundel wordt dan door het scheidingsvlak 102 gereflecteerd naar een retro-reflector 106, bijvoorbeeld in de vorm van een driedimensionaal comer-cube-prisma. De door het prisma gereflecteerde bundel wordt vervolgens door het scheidings-vlak 102 gereflecteerd en als meetbundel b’20>m weer naar de spiegel Rx gestuurd en door deze spiegel weer gereflecteerd naar het prisma. Deze bundel heeft dan opnieuw tweemaal de X/4 plaat doorlopen zodat hij nu doorgelaten wordt door het scheidingsvlak 102. De bundel b’20>m bereikt vervolgens een prismastelsel 108 en wordt door het oppervlak 109 daarvan gereflecteerd naar een stralingsgevoelige detector 113 via een analysator 112.

De door het scheidingsvlak 102 gereflecteerde referentiebundel b20>r doorloopt de X/4-plaat 104 wordt door de referentiespiegel 105 gereflecteerd en doorloopt de λ/4-plaat voor een tweede maal. Van de op het scheidingsvlak 102 invallende bundel is de polarisatierichting over 90° gedraaid zodat deze doorgelaten wordt naar de retroreflector 106. De door dit element gereflecteerde bundel b’20>r wordt als referentiebundel opnieuw naar de referentiespiegel 105 gestuurd en door deze weer gereflecteerd naar het scheidingsvlak 102 waarbij de polarisatierichting weer over 90° gedraaid wordt. Het scheidingsvlak 102 reflecteert de bundel vervolgens naar het prismastelsel 108 waarvan het vlak 109 de bundel b’20>r naar de detector 113 stuurt. De polarisatierichting van de analysator 112 maakt een hoek van 45° met de twee onderling loodrechte polarisatierichtingen van de bundels b’20m en b’20 r. De door de analysator doorgelaten componenten van de bundels b’20 m en b’20jI. hebben dezelfde polarisatierichting en interfereren met elkaar. Het uitgangssignaal S113 van de detector 113 vertoont een intensiteitsmodulatie met een frequentie die gelijk is aan het Zeeman-frequentieverschil vermeerderd of verminderd met een frequentieverschuiving die afhankelijk is van de verplaatsing van de substraattafelspiegel Rj in de X-richting.

In principe zou de retroreflector 106 ook weggelaten kunnen worden zodat de op de detector 113 invallende meetbundel en referentiebundel slechts éénmaal door de substraattafelspiegel R1? respectievelijk de referentiespiegel 105, gereflecteerd zijn.

De speciale uitvoeringsvorm van de interferometer volgens figuur 10 waarin gebruik gemaakt wordt van de retroreflector 106 om de meetbundel tweemaal, als bundels b20 m en b’20m, aan de substraattafelspiegel te laten reflecteren, heeft het grote voordeel dat de richting van de uiteindelijk op de detector 113 invallende meetbundel b*20,111 onafhankelijk is van een kanteling van de spiegel Rt om een as loodrecht op de X-as. Daardoor bevat het signaal S113 alleen zuivere X-verplaatsingsinformatie. Om dezelfde reden heeft ook een eventuele kanteling van de referentiespiegel 105 geen invloed op het signaal S113.

Met de interferometereenheid volgens figuur 10 kan ook de draaiing van de substraattafel om de Z-as, die loodrecht op het vlak van tekening van figuur 10 staat, gemeten worden. Dit gebeurt via een tweede X-meting op een positie Px 3 (Px4) op een zo groot mogelijke afstand van de positie Pxl (Px>2) waar de eerste X-meting wordt uitgevoerd. Daartoe is het vlak 110 van het prismastelsel 108 uitgevoerd als een gedeeltelijk doorlatende spiegel, die een gedeelte van de meetbundel b’20>m en de referentiebundel b’20r als nieuwe referentiebundel b21r, respectievelijk nieuwe meetbundel b21m reflecteert naar de bundeldeler 101. Van de beide bundels wordt eerst de polarisatierichting over 90° gedraaid met behulp van de X/2-plaat 116, zodat de functie van deze bundels verwisseld worden. De meetbundel b21>m wordt door het polarisatiegevoelige scheidingsvlak 102 naar de substraattafelspiegel doorgelaten terwijl de referentiebundel b21r naar de referentiespiegel gereflecteerd wordt. De wegen die de bundels b21m en b21r doorlopen zijn analoog aan die welke de bundels b20 m en b20r doorlopen hebben. Bij voorkeur is er een tweede retroreflector 107 aanwezig die er voor zorgt dat de meetbundel, en de referentiebundel een tweede maal, als bundel b*2i,m en h\i,v maar de substraattafelspiegel Rx en de referentiespiegel gestuurd worden. De gereflecteerde bundels b’21m en b’21r bereiken, via de bundeldeler 101, het prismastelsel 108, en een tweede analysator 114, een tweede detector 115 om daar te interfereren met elkaar.

Het uitgangssignaal S115 van deze detector vertoont weer een intensiteitsmodulatie met een frequentie gelijk aan de Zeeman-verschilfrequentie verminderd of vermeerderd met een frequentieverschuiving die nu echter afhankelijk is van de eventuele draaiing van de spiegel Rj om de Z-as. Immers, indien een dergelijke draaiing optreedt is de frequentieverschuiving tussen de meet- en referentiebundel bij de eerste doorgang door het systeem, waarbij reflecties op de posities Px l en Px2 optreden, verschillend van die frequentieverschuiving bij de-tweede doorgang door het systeem, waarbij reflecties op de posities Px 3 en Px 4 optreden. Het met de detector 115 gemeten frequentieverschil is het verschil tussen de genoemde frequentieverschuivingen. Indien de substraattafelspiegel geen rotatie om de Z-as vertoont is het resulterende frequentieverschil gelijk aan nul.

Voor de wijze waarop de signalen S113 en S115 electronisch verwerkt kunnen worden om uit de ffequentieverschuivingen de X-verplaatsing en de draaiing φτ om de Z-as van de substraattafel af te leiden kan bij wijze van voorbeeld worden verwezen naar het artikel in SPIE, Vol. 1088 "Optical/Laser Microlithography" II, 1989, pag. 268-272.

In plaats van een bundel b2o met twee frequentiecomponenten kan ook op een bundel met slechts één frequentie gebruikt worden. Dan wordt de verplaatsing of draaiing van de spiegel Rj gemeten door het faseverschil tussen de meet- en referentiebundels te bepalen.

Volgens de onderhavige uitvinding kan de bekende, tot hiertoe beschreven, interferometereenheid uitgebreid worden zodat daarmee een derde meting, bijvoorbeeld van de kanteling om de Y-as, uitgevoerd kan worden. Daartoe kan bijvoorbeeld het vlak 109 van het prismastelsel 108 als gedeeltelijk doorlatende spiegel uitgevoerd zijn die een gedeelte van de bundels b’20m en b’20 r doorlaat zoals in figuur 10 aangegeven is. In de weg van de doorgelaten bundelgedeeltes is een reflectorstelsel 120 aangebracht. Dit stelsel moet de bundels reflecteren naar de bundeldeler 101 en daarbij deze bundels evenwijdig aan zichzelf in de Z-richting verplaatsen zodat de bundels in een tweede XY-vlak gaan lopen dat vóór of achter het vlak van tekening van figuur 10 gelegen is. Dit vlak is in figuur 11 getekend samen met de derde meetbundel b22m en referentiebundel b22,r

In de weg van de bundels b22 m en b22)I. is vóór de bundeldeler 101 een X/2-plaat 125 aangebracht die de polarisatierichting van deze bundels over 90° draait zodat de functies van de referentiebundel en de meetbundel verwisseld worden. Bij voorkeur is er voorzien in een derde retroreflector 128 zodat de meetbundel tweemaal, als bundels b22>m en b’22>m, op de posities Px5 respectievelijk Px 6 door de substraattafelspiegel Rj^ gereflecteerd wordt en de referentiebundel tweemaal, als bundels b22 r en b’22>r, door de referentiespiegel gereflecteerd wordt. De wegen die de meetbundels en referentiebundels doorlopen zijn analoog aan die welke de meetbundels b20>m en b’2o,m en de referentiebundels b20 r en b’20 r in figuur 10 doorlopen.

De bundels b’22>m en b’22>r bereiken uiteindelijk een polarisatie-analysator 126 die de componenten met dezelfde polarisatierichting van deze bundels, welke componenten met elkaar interfereren, naar een detector 127 doorlaat. Het uitgangssignaal S127 van deze detector vertoont een intensiteitsmodulatie met een frequentie gelijk aan de Zeeman-verschilfrequentie vermeerderd of verminderd met een frequentieverschuiving die afhankelijk is van de eventuele kanteling van de spiegel om de Y-as. Immers, indien een dergelijke kanteling optreedt is de frequentieverschuiving tussen de meetbundel b’20)m en de referentiebundel b’20 r verschillend van de frequentieverschuiving tussen de meetbundel b’22>m en de referentiebundel b’22 r. Het met de detector 127 gemeten frequentieverschil is het verschil tussen deze frequentieverschuivingen. Indien de substraattafel geen kanteling om de Y-as vertoont is het resulterende frequentieverschil gelijk aan nul. Ook deze kanteling kan gemeten worden met een enkele frequentiebundel en door faseverschillen te bepalen.

In figuur 12 is een uitvoeringsvorm van het reflectorstelsel 120 in detail weergegeven. Dit stelsel bevat een eerste reflector 121, die de evenwijdig aan de X-as lopende bundels b’20 m en b’20 r in de richting van de Z-as reflecteert, en een tweede reflector 122 die deze bundels weer in een richting evenwijdig aan de X-as reflecteren. Het reflectorpaar 121, 122 verplaatst aldus de bundels evenwijdig aan zichzelf langs de Z-as.

In de uitvoeringsvorm volgens de figuren 11 en 12 waarin de bundels b22 en b’22 in alleen in de Z-richting verschoven zijn hebben de punten Px 5 en Px 6 waar de hoofdstralen van deze meetbundels de substraattafelspiegel Rj treffen dezelfde X-posities als de punten Px 2 en Px3 waar de hoofdstralen van de meetbundels b’20 m en b*2i,m deze spiegel treffen. Dit is duidelijkheidshalve in figuur 13 aangegeven. In deze figuur zijn de punten waar de hoofdstralen van de meetbundels b20)in, b’20)m, b21)in, b’21>m, b22 m en b’22 m op de spiegel R^ invallen aangegeven met de cirkeltjes Px l,

Px,2> Ρχ,3> Px,y> Px,5 en Px>6 respectievelijk. Bij elk tweetal meetbundels behoort een zogenaamde meetas. Deze meetassen zijn in de figuren 10 en 11 met respectievelijk MAX1? MAX2 en MAX3 aangegeven. De punten waar deze meetassen de spiegel R: snijden zijn in figuur 13 met respectievelijk Qb Q2 en Q3 aangeduid.

Bij voorkeur is het punt Q3 gelegen in een vlak door de optische as APL van het projectielenzenstelsel en loodrecht op het vlak van tekening van figuur 13, en dus loodrecht op de spiegel Rj. De punten Qj en Q2 zijn bij voorkeur symmetrisch ten opzichte van dit vlak gelegen, zodat de verbindingslijn 1 van de punten (¾ en Q2 evenwijdig is aan het beeldvlak IP van het projectielenzenstelsel, welk beeldvlak in het geval van een ideaal substraatoppervlak WP samenvalt met dit oppervlak.

Verder zijn de meetbundels en de meetassen bij voorkeur parallel om het ontstaan van interferentiepatronen in plaats van één enkele stralingsvlek ter plaatse van de detectoren 113, 115 en 127 te voorkomen. Deze paralleliteit, die bepaald wordt door de vlakheid van de oppervlakken van de bundeldeler 101 die van het prismastelsel 108 en die van het reflectorstelsel 120 en door de hoek tussen de oppervlakken 109 en 110 van het prismastelsel 108 en de hoek tussen de oppervlakken 121 en 122 van het reflectorstelsel, kan in de praktijk goed gerealiseerd worden omdat de bedoelde oppervlakken binnen 3 hoekseconden nauwkeurig vlak gemaakt kunnen worden en de genoemde hoeken nauwkeurig gelijk aan 90° gemaakt kunnen worden. Bij voorkeur is het reflectorstelsel 120° geïntegreerd met het prismastelsel 108 om uitrichtproblemen tijdens de assemblage te voorkomen en om stabiliteit in de tijd te waarborgen.

De afstand d2 tussen het beeldvlak IP en de verbindingslijn 1 moet zo klein mogelijk zijn. De afstand d3 tussen de lijn 1 en het punt Q3 en de afstand d4 tussen de punten Ch en Q2 moeten enerzijds zo groot mogelijk zijn om de kanteling <py, respectievelijk de draaiing <pz zo nauwkeurig mogelijk te kunnen meten. Anderzijds moeten deze afstanden beperkt blijven om de afmetingen, en dus het gewicht van de spiegel beperkt te kunnen houden. In een gerealiseerde uitvoeringsvorm van de inrichting zijn de afstanden d3 en d4 in de orde van 20 mm, terwijl de afstand d2 in de orde van 7 mm is.

De interferometereenheid volgens de figuren 10 en 11 heeft het voordeel dat de bij een meetas behorende meetbundel en referentiebundel symmetrisch zijn ten opzichte van de bundeldeler 101 en dezelfde weglengtes door deze bundeldeler hebben. Daardoor is de kans op instabiliteiten vrijwel afwezig.

In de inrichting volgens de figuren 10 en 11 worden de verschillen tussen de signalen die behoren bij de meetassen MAXj, MAX2 en MAX3, welke verschillen nodig zijn voor het meten van de draaiing φζ en de kanteling <py langs optische weg bepaald. Indien de via de meetassen verkregen informaties worden voorgesteld door Ϊμαχ,ι» Imax,2 en Imax,3 dan worden de detectorsignalen S113, S115 en S127 in de uitvoeringsvorm volgens de figuren 10 en 11 gegeven door: S113 = ^ΜΑΧ,Ι S115 = ΪΜΑΧ,Ι _ ^MAX,2 $127 = ^ΜΑΧ,Ι - ^MAX,3

Als functies van de detectorsignalen zijn de meetas-informaties: ΪΜΑΧ,Ι = S113 ^MAX,2 = S113'S115 *MAX,3 = S113_S127

De signalen S(X), S(^z) en S(<py) die infonnatie bevatten over respectievelijk de grootte en richting van de verplaatsing langs de X-as, van de draaiing om de Z-as en van de kanteling om de Y-as zijn dan:

ofwel:

Met behulp van deze signalen kunnen, rekening houdende met calibratie-parameters in verband met de Abbe-arm, de X-positie,.de draaiing om de Z-as en de kanteling om de Y-as van het substraat bepaald worden.

In plaats van langs optische weg kan het verschil tussen de signalen behorende bij de verschillende meetassen ook langs electronische weg bepaald worden. Dan meten drie afzonderlijke bundels aan de bundeldeler 101 toegevoerd worden zoals in figuur 14 getoond is.

In de weg van de bundel b20 is vóór de polarisatiegevoelige bundeldeler 101 een polarisatie-ongevoelige bundeldeler 130 die de bundel b2o splitst in een eerste en tweede bundel b41 en b42 waarvan de hoofdassen gelegen zijn in een eerste X-Y-vlak, het vlak van tekening van figuur 14, en een derde bundel b43 waarvan de hoofdas in een tweede X-Y-vlak, vóór of achter het vlak van tekening van figuur 14 ligt. De bundeldeler 130 bevat een combinatie van al dan niet gedeeltelijk doorlatende reflectoren en kan op diverse wijzen uitgevoerd zijn. Zo kunnen de reflectoren vlakken van plan-parallelle platen zijn waardoor de bundels b41, b42 en b43 goed evenwijdig zijn. Elk van deze bundels wordt door het scheidingsvlak 102 gesplitst in een meetbundel en een referentiebundel, respectievelijk b43>m en b43>r respectievelijk b42 m en b42 r, respectievelijk b41>m en b41r Duidelijkheidshalve is alleen voor de referentiebundel b42 r slechts een gedeelte van de stralingsweg aangegeven.

Bij voorkeur zijn weer retro-reflectoren 106, 107 en 128 aangebracht in de wegen van de bundels b41, b42 en b43 zodat de meetbundels b’41m, b’42 m en b’43m die de bundeldeler verlaten tweemaal door de substraattafelspiegel Rj gereflecteerd zijn. Elk van deze meetbundels valt, tesamen met de daarbij behorende referentiebundel, in op een op een aparte detector 113, 115 of 127 via een analysator 112, 114 en 126. Duidelijkheidshalve zijn in figuur 14 de Y-posities van de punten Px 5 en Px 6 waar de hoofdstralen van de meetbundels b43 m en b’43)m de spiegel R1 treffen verschillende van die van de punten Px 2 en Px 3 waar de bundels b’41>m en b42 m de spiegel treffen, getekend. Bij voorkeur echter valt de Y-positie van Px 5, respectievelijk van Px 6, samen met die van Px 2, respectievelijk van Px 3, zodat weer de situatie van figuur 13 verkregen wordt.

In de uitvoeringsvorm van figuur 14 is de relatie tussen de detectorsignalen Sn3, Sus en Si27 en de via de meetassen verkregen informatie: S113 = IMAX,l S115 = !mAX,2 ^127 = JMAX,3

De meetsignalen S(X), en S(^>y) kunnen nu zijn:

en, in termen van detectorsignalen:

De keuze tussen een inrichting met drie onafhankelijke meetassen en een inrichting met drie gekoppelde meetassen wordt bepaald door de mate waarin een interferometerfout Δ mag doorwerken in de meetsignalen S(X), en S(^y). De interferometerfout Δ is de door de interferometer zelf veroorzaakte fout in de detectorsignalen S113, S115 en S127- Bij het optreden van een dergelijke fout Δ in elk van de detectorsignalen is de fout in de meetsignalen, in het geval van drie onafhankelijke meetassen:

en in het geval van drie gekoppelde meetassen:

Voor het bepalen van de verplaatsing van de substraattafel in de Y-richting en van de kanteling om de X-as bevat het samengestelde interferometerstelsel volgens de uitvinding een tweede interferometereenheid die in figuur 9 met 150 is aangegeven. Deze interferometer heeft in principe twee meetassen MAX,4 en MAX,5 en heeft in principe een analoge opbouw als de interferometereenheid 100. De figuren 15 en 16 tonen de interferometereenheid 150 in detail.

De binnenkomende bundel b30, met twee onderling loodrecht gepolariseerde componenten die een bepaald frequentieverschil vertonen, wordt door het scheidingsvlak 152 van een bundeldeler 151 in een meetbundel b30>m en een referentiebundel b30 r gesplitst. De meetbundel wordt door de tweede substraattafelspiegel R2 gereflecteerd, bij aanwezigheid van een retro-reflector 156 tweemaal op de posities Py l en Py2. De uit de bundeldeler 151 tredende meetbundel b’30 m wordt verenigd met de referentiebundel b’30 r die tweemaal door de referentiespiegel 155 gereflecteerd is. De twee λ/4-platen 153 en 154 zorgen er voor dat de meet- en referentiebundels de voor de tweede doorgang door het systeem gewenste polarisatierichting krijgen. De bundels b’30>m en b’30 r worden door een reflector 158 naar een detector 160 gestuurd, waarbij zij een polarisatie-analysator 159 passeren. De polarisatierichting van deze analysator maakt een hoek van 45° met de twee onderling loodrechte polarisatierichtingen van de bundels en h’™ . zodat deze analvsator romnonenten met peliike polarisatierichtingen van de bundels doorlaat die met elkaar interfereren. Het uitgangssignaal S160 van de detector 160 vertoont dan een intensiteitsmodulatie met een frequentie die gelijk is aan de verschilfrequentie van de bundels b30m en b30r vermeerderd of verminderd met een frequentieverschuiving die bepaald wordt door de verplaatsing van de substraattafel in de Y-richting.

Om de kanteling van de substraattafel om de X-as te kunnen meten, kan de reflector 158 als gedeeltelijk doorlatende spiegel uitgevoerd zijn. De door dit element doorgelaten gedeeltes van de bundels b’2o,m en b’30>r worden door een reflectorstelsel 161 naar de bundeldeler 151 gereflecteerd. Dit stelsel kan bestaan uit twee spiegels 162 en 163 onder 45° met het X-Y-vlak van figuur 15. De spiegel 162 reflecteert de bundelgedeeltes in de Z-richting en de spiegel 163 zorgt vervolgens dat de bundelgedeeltes weer in de Y-richting gaan lopen, maar dan in een tweede X-Y-vlak dat vóór of achter het vlak van tekening van figuur 15 gelegen is. Dit tweede vlak is het vlak van tekening van figuur 16, welke figuur laat zien hoe de door het stelsel 161 gereflecteerde bundelgedeeltes als nieuwe meetbundel b31m en referentiebundel b31r de interferometereenheid doorlopen en door de substraattafelspiegel R2 en de referentiespiegel 155 gereflecteerd worden. Vóór de bundeldeler 151 is een λ/2-plaat 164 aangebracht die de polarisatierichtingen van de bundels over 90° draait, zodat de functies van de meetbundel en referentiebundel verwisseld worden. Bij aanwezigheid van een retro-reflector 165 wordt de meetbundel tweemaal, als meetbundel b31m en de meetbundel b’31)in, op de posities Py3 en Py4 door de spiegel R2 gereflecteerd en wordt de referentiebundel tweemaal, als referentiebundels b31>r en b’31r, door de referentiespiegel gereflecteerd.

De bundels b’31m en b’31>r bereiken uiteindelijk een polarisatie-analysator 166 die de componenten met dezelfde polarisatierichting van deze bundels doorlaat naar een detector 167. Het uitgangssignaal S167 van deze detector vertoont een intensiteitsmodulatie met een frequentie gelijk aan de verschilfrequentie van de bundels b30 m en b30 r vermeerderd of verminderd met een frequentieverschuiving die afhankelijk is van een kanteling <px van de spiegel R2 om de X-as. Immers, indien een dergelijke kanteling optreedt is de frequentieverschuiving tussen de meetbundel b’30 m en de referentiebundel b’30>r verschillend van de frequentieverschuiving tussen de meetbundel b’31m en de referentiebundel b’31r. Het met de detector 167 gemeten frequentieverschil is het verschil tussen deze frequentieverschuivingen. Indien de substraattafel geen kanteling om de X-as vertoont is het resulterend frequentieverschil gelijk aan nul.

Bij voorkeur hebben de punten Py3 en Py4 waar de hoofdstralen van de meetbundels b31m en b’31>m de spiegel R2 treffen dezelfde X-posities als respectievelijk de punten Py 2 en Py l waar de hoofdstralen van de meetbundels b’30 m en b30 m deze spiegel treffen, en zijn de meetassen MAX4 en MAX5 loodrecht op de Z-as gericht. Dit is geïllustreerd in figuur 17. Deze figuur toont behalve deze meetassen en de snijpunten Q4 en Q5 van deze assen met de spiegel R2 van de substraattafel WT ook de meetassen MAXl5 MAX2 en MAX3 van de eerste interferometereenheid en de snijpunten Ql5 Q2 en Q3 van deze assen met de spiegel van de substraattafel.

In de interferometereenheid volgens de figuren 15 en 16 wordt het verschil tussen de signalen die behoren bij de meetassen MAX,4 en MAX,5, welk verschil nodig is voor het bepalen van de kanteling <px, langs optische weg bepaald. Indien de via deze meetassen verkregen informaties worden voorgesteld door ΙΜΑχ>4 en ΙΜΑχ;5 dan worden de detectorsignalen S160 en S167 in de uitvoeringsvorm volgens de figuren 15 en 16 gegeven door: S160 ~ JMAX,4 S167 = JMAX,4 ' ÏMAX.5

Als functie van de detectorsignalen zijn de meetasinformaties: Ïmax,4 = S160 JMAX,5 = S160 ' S167

De signalen S(Y) en S(<px) die informatie over respectievelijk de grootte en richting van de verplaatsing langs de Y-as en van de kanteling om de X-as voorstellen zijn dan:

waarin d5 de afstand tussen de punten Q4 en Q5 in figuur 17 is.

In plaats van met gekoppelde meetassen, zoals in figuren 15 en 16 voorgesteld. kan de interferometereenheid 150 met onafhankelijke meetassen worden bedreven.

op analoge wijze als beschreven voor de interferometereenheid 100. In dit geval gelden de volgende relaties tussen de meetasinformaties en de detectorsignalen: S160 = *MAX,4 $167 = JMAX,5 en voor de meetsignalen S(Y) en S(y>x):

De interferometereenheid volgens de figuren 16 en 17 biedt weer het voordeel dat de bij elkaar behorende meet- en referentiebundels symmetrisch deze eenheid doorlopen en dezelfde afstanden door de bundeldeler 151 afleggen, hetgeen zeer gunstig is uit het oogpunt van stabiliteit dat wil zeggen onafhankelijkheid van temperatuur, vochtigheid e.d.

In beide interferometereenheden 100 en 150 behoeven de detectoren 113, 115, 127, 160 en 167 niet direct achter de analysatoren 112, 114, 126, 159 en 166 geplaatst te worden, maar kunnen deze detectoren desgewenst ook op grotere afstanden en eventueel dicht bij elkaar aangebracht worden. Er kunnen dan optische fibers gebruikt worden om de bundels naar de detectoren te geleiden. Tussen de analysatoren en de fibers kunnen eventueel lenzen aangebracht worden om de bundels op de intreevlakken van de fibers te focusseren.

De prisma-retroreflectoren, of driedimensionele "corner cubes", in de figuren 10, 11, 14, 15 en 16 kunnen ook vervangen worden door zogenaamde katteoog("cat’s eye")-retroreflectoren. Een dergelijk katteoog wordt gevormd door een lens in het brandvlak waarvan een spiegel is aangebracht en zorgt ervoor dat niet alleen de hoofdas van de gereflecteerde bundel evenwijdig is aan die van de aankomende bundel maar dat tevens deze hoofdassen samenvallen.

Bij de hier vereiste nauwkeurigheid van het samengestelde interferometer-systeem kunnen veranderingen van de omgevingsparameters, zoals temperatuur, druk, vochtigheid, een rol gaan spelen. Deze veranderingen veroorzaken een variatie van de brekinesindex van het medium waarin de interferometerbundels zich voortnlanten. Om deze variatie te kunnen bepalen, zodat daarvoor gecorrigeerd kan worden, bevat het interferometerstelsel volgens de uitvinding bij voorkeur een zesde as die als referentie-as gebruikt wordt waarlangs een bundel loopt die samenwerkt met een vast opgestelde spiegel. In figuur 9 is deze spiegel aangegeven met 170 en de referentieasbundel met b50. De bundel b50 wordt bij voorkeur geleverd door de tweede interferometereenheid 150 en de uit deze eenheid tredende bundel wordt door een spiegel 171 naar de spiegel 170 gestuurd.

In figuur 15 is aangegeven hoe de bundel b50 uit de bundel b30 afgeleid kan worden, bijvoorbeeld met een prismastelsel 175 dat twee reflectoren 176 en 177 bevat. De eerste, gedeeltelijk doorlatende reflector 176 reflecteert een deel van de bundel b30 naar de tweede reflector 177 die dit deel als bundel b50 naar de bundeldeler 151 stuurt. Het scheidingsvlak 152 splitst de bundel b50 in een meetbundel b50 m en een referentie-bundel b50 r. De laatste bundel wordt naar de referentiespiegel 155 gereflecteerd terwijl de meetbundel b50)in doorgelaten wordt naar de spiegel 171, die bijvoorbeeld onder een hoek van 45° met het vlak van tekening van figuur 15 opgesteld is. De door. de vast opgestelde spiegel 170 gereflecteerde meetbundel b50>m treedt via de spiegel 171 weer de bundeldeler 151 binnen waar hij verenigd wordt met de door de referentiespiegel 155 gereflecteerde referentiebundel b5Qr. De gecombineerde bundel bereikt via een polarisa-tie-analysator 179, een detector 180 die achter het prismastelsel geplaatst kan zijn indien de reflector 177 als gedeeltelijk doorlatende reflector is uitgevoerd.

De meetbundel b50>m doorloopt een constante geometrische weglengte. De optische weglengte, die het product is van de geometrische weglengte en de brekingsindex van het medium wordt echter beïnvloed door een variatie van de brekingsindex, en dus ook het weglengteverschil tussen de meetbundel b50 m en de referentiebundel b50>r. De variatie in het weglengteverschil wordt gemeten met de detector 180 en het uitgangssignaal S180 kan gebruikt worden om de via de andere meetassen verkregen informatie te corrigeren voor de brekingsindex variaties ten gevolge van veranderingen in de omge-vingsparameters.

Zoals in figuur 9 is aangegeven, is de referentiepiegel 170 voor de referentie-as bij voorkeur via een plaat 190 van zeer stabiel materiaal, zoals "zerodure" of "Invar" met de interferometereenheid 150 verbonden. Aldus wordt een zeer stabiele constructie voor de referentie-as verkregen.

De informatie van de referentie-as van het zes-assige interferometerstelsel kan ook gebruikt worden voor het corrigeren van de meetinformatie afkomstig van andere optische meetstelsel, zoals een focusfoutdetectiestelsel en/of een stelsel om te detecteren of het substraatoppervlak locaal vlak gesteld is, indien de bundels van deze meetstelsels dezelfde ruimte doorlopen als de interferometerbundels.

Door verandering van de omgevingsparameters zoals luchtdruk, temperatuur, vochtigheid enzo., kan ook de brekingsindex van het medium binnen het projectie lenzenstelstel beïnvloed worden waardoor variaties in de afbeeldingskwaliteit van het projectielenzenstelsel kunnen ontstaan. Het signaal opgewekt met behulp van de referentie-as van het samengestelde interferometersysteem kan gebruikt worden om de afbeeldingskwaliteit te corrigeren. Dit kan gebeuren door bijvoorbeeld het instellen van één of meer van de volgende parameters.

- de golflengte van de projectiebundel - de gasdruk binnen het projectielenzenstelsel - de temperatuur binnen het projectielenzenstelsel - de samenstelling van het medium in één of meer van de kompartimenten binnen het projectielenzenstelsel - de onderlinge afstand tussen de lenselementen in het projectielenzenstelsel.

Verder zouden ook nog - het nulpunt van de uitrichtinrichting, en - het nulpunt van de focusseerinrichting met het genoemde signaal ingesteld kunnen worden.

Om de daarvoor benodigde regelsignalen te verkrijgen wordt het uitgangssignaal S180 van de detector 180 toegevoerd aan een electronisch signaalverwerkingsunit 185. Zoals in figuur 15 schematisch met de signalen SRj ... SRn is aangeduid kunnen vanuit de unit 185 diverse servosystemen van het projectie-apparaat worden aangestuurd. Opgemerkt wordt dat de nulpuntsinstellingen en het corrigeren van de afbeeldingskwaliteit met behulp van het referentie-assignaal ook gerealiseerd kunnen worden in een apparaat zonder locale vlakstelling van het voorwerp of substraat.

Voor het meten van brekingsindexveranderingen kan volstaan worden met één meetbundel. Indien gewenst kan echter ook voor de referentie-as een dubbele meetbundel en dubbele referentiebundel gerealiseerd worden zoals voor de andere meetassen in het voorgaande beschreven is. In dat geval moeten de meetbundel b50 m en de referentiebundel b50 r de λ/4-plaat 153, respectievelijk de X/4-plaat 154 doorlopen en moet ook voor de referentie-as een retroreflector, ter hoogte van de retroreflector 156, aangebracht worden. De meet- en referentiebundels van de referentie-as doorlopen het stelsel volgens figuur 15 op analoge wijze als de meetbundels b30>m, b’30 m en de referentiebundels b30r, b’30>r van de vierde meetas.

Een nog grotere nauwkeurigheid van het samengestelde interferometersysteem kan verkregen worden indien er voor gezorgd wordt dat in de gehele ruimte waarin zich de interferometerbundels voortplanten dezelfde omstandigheden heersen. Dit kan gerealiseerd worden door een constante, bij voorkeur laminaire, luchtstroom door deze ruimte te sturen. Dit is geïllustreerd in figuur 18. In deze figuur zijn schematisch een gedeelte van het projectielenzenstelsel PL en de met het spiegelblok geïntegreerde substraatdrager WC weergegeven. De substraattafel is onderdeel van een substraathouder WH die via een luchtkussen AB over een grondplaat BP kan bewegen onder controle van een, bijvoorbeeld het in het US octrooischrift 4.665.594 beschreven H-vormige aandrijfsysteem waarvan in figuur 18 onderdelen met MOj en M02 zijn aangegeven. Onder het projectielenzenstelsel, en bij voorkeur daarmee verbonden, bevindt zich een montageplaat MP waarop bevestigd is een houder HMS voor optische meetsystemen, zoals bijvoorbeeld een focusfoutdetectiesysteem en/of een systeem voor het detecteren of het substraatoppervlak locaal horizontaal is. Het interferometersysteem, dat schematisch met IFS is aangegeven, is bij voorkeur ook op de montageplaat bevestigd. De genoemde luchtstroom is aangeduid met de pijlen AF. Deze luchtstroom wordt geleid door een luchtstroomgeleidingsplaat FGP. Deze plaat kan zó gedimensioneerd zijn dat ook de ruimte boven het te belichten substraat bestreken wordt zodat dit substraat zich in een goede geconditioneerde ruimte bevindt.

Van de toegevoerde lucht kan zowel de zuiverheid als de temperatuur gecontroleerd worden. Deze lucht heeft bijvoorbeeld een zuiverheidsklasse 1 en haar temperatuur is bijvoorbeeld stabiel binnen 0,1 °C. Dit laatste kan bereikt worden door een warmtewisselaar in de directe omgeving van het interferometersysteem en de substraattafel aan te brengen.

Behalve de in de figuren 10, 11, 14, 15 en 16 weergegeven uitvoeringsvormen zijn diverse andere uitvoeringsvormen van de interferometereenheden mogelijk. In het volgende zullen nog enkele andere mogelijkheden worden beschreven.

De interferometereenheid volgens figuur 19 bevat twee polarisatiegevoelige bundeldelers 200, 201, twee retroreflectoren 202, 203 en vijf X/4-platen 204, 205, 206, 207, 208. Deze interferometereenheid bevat geen referentiespiegels. De aankomende bundel b2o bevat weer twee componenten met onderling loodrechte polarisatierichtingen en verschillende frequenties coj en ω2, welke componenten met doorgetrokken lijnen en streeplijnen zijn aangegeven. De component met frequentie cox wordt als bundel b60 doorgelaten naar de substraattafelspiegel R10 en door deze spiegel naar de bundeldeler 200 gereflecteerd. De daar aankomende bundel b60 heeft tweemaal de X/4-plaat 204 doorlopen zodat zijn polarisatierichting over 90° gedraaid is, waardoor de bundel naar de retroreflector 202 gereflecteerd wordt. Deze reflecteert de bundel weer naar de bundeldeler 200. Van daarop invallende bundel is de polarisatierichting weer over 90° gedraaid zodat de bundel b60 nu doorgelaten wordt naar de λ/4-plaat 206. Deze plaat zet de lineair gepolariseerde straling om in, bijvoorbeeld rechts, circulair gepolariseerde straling, hetgeen aangegeven is met het cirkeltje 210. Dit circulair gepolariseerde licht is samengesteld uit twee lineair gepolariseerde componenten waarvan er een, als bundel b’60 door de tweede bundeldeler 201 doorgelaten wordt naar een polarisatie-analysator 217 en een eerste detector 215. De bundel b’60 is eenmaal door de spiegel b10, op de positie P10, gereflecteerd.

De tweede component van de bundel b60 wordt door de bundeldeler 201 als bundel b62 gereflecteerd naar de spiegel R10 en door deze weer teruggestuurd naar de bundeldeler 201. Vanwege de polarisatiedraaiing over 90° ten gevolge van de dubbele doorgang door de λ/4-plaat 207, wordt de bundel b62 door de bundeldeler 201 doorgelaten naar de retroreflector 203. Op weg naar en van deze reflector passeert de bundel b62 weer tweemaal een λ/4-plaat, plaat 208, zodat hij vervolgens door de bundeldeler 201 als bundel b’62 gereflecteerd wordt naar een analysator 218 en een tweede detector 216. De bundel b’62 is tweemaal door de spiegel R10 gereflecteerd, eenmaal op de positie P10 en eenmaal op de positie Pn.

De component van de bundel b20 met frequentie ω2 wordt door de bundeldeler 200 als bundel b6l gereflecteerd naar de λ/4-plaat 206, die het lineair gepolariseerde licht omzet in, bijvoorbeeld links, circulair gepolariseerd licht, hetgeen aangegeven is met het cirkeltje 211. Een van de componenten van dit licht wordt, als bundel b63 door de bundeldeler 201 naar de spiegel R10 gereflecteerd. Na reflectie door de spiegel R10 doorloopt de bundel b63 de bundeldeler 201 en de retroreflector 203 om vervolgens weer in te vallen op de bundeldeler 201 die de bundel als bundel b’63 naar de detector 215 reflecteert. De X/4-platen 207 en 208 zorgen daarbij weer voor de gewenste draaiingen van de polarisatierichting. De bundel b’63 is eenmaal door de spiegel R10, op de positie P12 gereflecteerd. De andere component van de circulair gepolariseerde bundel b61 wordt door de bundeldeler 201 doorgelaten naar de detector 216 als bundel b’61. Deze bundel is niet met de spiegel R10 in aanraking geweest.

De bundel b’61 functioneert als referentiebundel die interfereert met de bundel b’62 die tweemaal, op posities P10 en Pn, door de spiegel R10 gereflecteerd is. Het detectorsignaal S216 bevat dan informatie over de verplaatsing van de spiegel R10 langs een as in het vlak van tekening en loodrecht op de spiegel. Omdat de bundel b’60 afkomstig is van de positie P10 terwijl de bundel b’63 afkomstig is van de positie P12, bevat het signaal S215 van de detector 215 die deze bundels opvangt informatie over het verschil tussen de verplaatsingen, in de richting loodrecht op de spiegel R10 en in het vlak van tekening van figuur 19, van de spiegel R10 ter hoogte van de positie P10 en ter hoogte van de positie P12. Indien een dergelijk verschil optreedt dan draait de spiegel om een as loodrecht op het vlak van tekening.

De uitvoeringsvorm van figuur 19 kan gebruikt worden als interferometereen-heid 150 in figuur 9 voor het meten van een verplaatsing van de substraattafel en spiegel langs de Y-as en een kanteling daarvan om de X-as. Dan behoort bij de interferometereenheid een assenkruis zoals met streeplijnen in figuur 19 is aangegeven dus met de X-as loodrecht op het vlak van tekening, en de spiegel R10 van figuur 19 is dan de spiegel R2 van figuur 9. Het detectorsignaal S215 bevat dan informatie over de kanteling φχ van de spiegel R2 om de X-as, terwijl het detectorsignaal S216 informatie bevat over de verplaatsing langs de Y-as.

De uitvoeringsvorm van figuur 19 kan, indien uitgebreid met een derde meetas, ook gebruikt worden als interferometereenheid 100 in figuur 9 voor het bepalen van een verplaatsing langs de X-as, een draaiing om de Z-as en een kanteling om de Y-as. Dan is het assenkruis zoals met getrokken lijnen is aangegeven in figuur 19, dus met de Z-as loodrecht op het vlak van tekening en de spiegel R10 van figuur 19 is dan de spiegel R]^ van figuur 9.

Het detectorsignaal S215 bevat dan informatie over de draaiing φζ van de spiegel Rj en dus van de substraattafel, om de Z-as, terwijl het detectorsignaal S216 informatie bevat over de verplaatsing langs de X-as. Voor het meten van de kanteling om de Y-as kunnen tussen de λ/4-plaat 206 en de bundeldeler 201 een polarisatie-ongevoelige bundeldeler 220, die een gedeelte van bundels met frequenties ωγ en ω2 in de Z-richting reflecteert, en een extra reflector die de bundels vervolgens afbuigt zodat zij in een tweede X-Y-vlak gaan lopen, aangebracht worden.

Het tweede X-Y-vlak is in figuur 20 weergegeven samen met de nieuw gevormde bundels b64 en b65 en de extra reflector 221. Deze bundels doorlopen eenzelfde systeem als van het bovenste gedeelte van figuur 19. De bundel b64 wordt door de spiegel gereflecteerd op een positie P13 en bereikt uiteindelijk als bundel b’64 via een analysator 228 een detector 226 samen met de bundel b’61. De laatste bundel, die niet met de spiegel Rt in aanraking is geweest, functioneert als referentiebundel voor de bundel b’64 die door de spiegel Rx eenmaal op de positie P10 (figuur 19) en eenmaal op de positie P13 gereflecteerd is. Het uitgangssignaal S226 bevat dan informatie over de verplaatsing, gemiddeld over de posities P10 en P13, van de spiegel R1 in de X-richting. De bundel b65 wordt door de spiegel Rj op de positie P14 gereflecteerd en bereikt als bundel b’65 via een analysator 227 de detector 225 samen met de bundel b’60 die eenmaal op de positie P10 (figuur 19) door de spiegel Rj gereflecteerd is. Het uitgangssignaal S225 bevat informatie over de kanteling van de spiegel Rj om de Y-as.

De elementen van figuur 20 hebben dezelfde verwijzingscijfers als die van het bovenste deel van figuur 19 maar zijn voorzien van een accentteken om aan te geven dat de elementen van figuur 20 of dezelfde kunnen zijn als die van figuur 19 óf aparte en soortgelijke elementen. In het eerste geval hebben de punten P13 en P14 dezelfde Y-posities als de punten Pn en P12, terwijl in het tweede geval de Y-posities van P13 en P14 nog vrij te kiezen zijn.

In de interferometereenheid volgens de figuren 19 en 20 zijn voor het meten langs n meetassen (n -hl) meetbundels nodig (de informatie van de, detector 226 is redundante informatie), terwijl in de interferometereenheden volgens de figuren 10, 11, 14, 15 en 16 daarvoor 2n meetbundels nodig zijn. In de interferometereenheid volgens de figuren 19 en 20 zijn echter de stralingswegen niet symmetrisch zodat hogere eisen aan de stabiliteit gesteld moeten worden.

In de figuren 21 en 22 is het principe van een verdere uitvoeringsvorm van een interferometereenheid aangegeven. Daarin wordt als retroreflectief element een zogenaamd katteoog 230 (cat’s eye) gebruikt. Dit bestaat uit een lens 231 in het brandpunt waarvan een reflector 232 is aangebracht. Het katteoog reflecteert een bundel zodanig dat de hoofdstraal van de gereflecteerde bundel samenvalt met die van de invallende bundel. Daardoor is een compacte bouw mogelijk.

De component met frequentie ω1 van de binnenkomende bundel b20 wordt door de bundeldeler 233 als bundel b70 doorgelaten naar de spiegel R10 en door deze gereflecteerd naar de bundeldeler 233. Omdat de bundel inmiddels tweemaal door de X/4-plaat 234 is gegaan is zijn polarisatierichting over 90° gedraaid zodat hij nu gereflecteerd wordt naar het katteoog 230. De door dit element gereflecteerde bundel heeft tweemaal de X/4-plaat 235 doorlopen zodat hij door de bundeldeler 233 doorgelaten wordt. Indien een λ/2-plaat 242 is aangebracht wordt de polarisatierichting van de bundel b70 weer over 90° gedraaid en door de bundeldeler 236 als bundel b72 naar de spiegel R10 gestuurd. Van de opnieuw bij de bundeldeler 236 aankomende bundel b72 is de polarisatierichting weer 90° gedraaid, vanwege de dubbele doorgang door de λ/4-plaat 237, zodat hij nu doorgelaten wordt als bundel b’72 naar een analysator 240 en een daarachter geplaatste detector 241.

De component met frequentie van de bundel b20 wordt als bundel b71 door de bundeldeler 233 naar de bundeldeler 236 gereflecteerd. De λ/2-plaat 242 draait de polarisatierichting van deze bundel over 90° zodat hij door de bundeldeler 236 als bundel b73 doorgelaten wordt naar de spiegel 239. Van de door deze spiegel gereflecteerde bundel b73 is de polarisatierichting weer over 90° gedraaid, door de X/4-plaat 238 zodat deze bundel als bundel b’73 gereflecteerd wordt door de bundeldeler 236 naar de detector 241.

De bundel b’73, die niet met de spiegel R10 in aanraking is geweest, is een referentiebundel voor de bundel b’72 die tweemaal, op de posities P16 en P17 door de spiegel R10 gereflecteerd is. Het uitgangssignaal S241 van-de detector 241 bevat dan informatie over het gemiddelde van de verplaatsing op de posities P16 en P17 van de spiegel R10 in de richting loodrecht op de spiegel en in het vlak van tekening.

Indien, zoals weergegeven in figuur 22 de λ/2-plaat 242 wordt weggelaten, dan wordt de bundel b70 als bundel b74 door de bundeldeler 236 doorgelaten naar de reflector 239, terwijl de bundel b71 als bundel b75 gereflecteerd wordt naar de spiegel R10. Op de detector 241 vallen nu twee bundels b74 en b’75 die beide eenmaal, op de posities P16 en P17 respectievelijk, door de spiegel R10 gereflecteerd zijn. Het detectorsignaal S’24i bevat dan informatie over de kanteling van de spiegel R10 om een as loodrecht op het vlak van tekening.

Figuur 23 toont hoe in principe de mogelijkheden van de figuren 21 en 22 in één interferometereenheid kunnen worden gecombineerd. De interferometereenheid van figuur 23 bevat de elementen van figuur 22 in het onderste en bovenste gedeelte van figuur 23, waarmee dus de kanteling van de spiegel R10 om de as loodrecht op de spiegel R10 en in het vlak van tekening bepaald kan worden. Als extra bevat de interferometer van figuur 23 het met een streep-punt lijn omkaderde gedeelte waarin zich een polarisatieneutrale bundeldeler 243 bevindt die van de bundels b70 en b71 een bepaald gedeelte afsplitst. De afgesplitste bundelgedeeltes doorlopen als bundels b72 en b73 een systeem waarvan de elementen 242, 244, 245, 246, 247, 248 en 249 dezelfde functie hebben als de elementen 242, 236, 237, 240, 241, 238 en 239 van figuur 21.

Het uitgangssignaal van de detector 247 bevat informatie over de, over de posities P16 en P18 gemiddelde, verplaatsing van de spiegel R10 langs een as loodrecht op de spiegel en in het vlak van tekening, op analoge wijze als het detectorsignaal S241 in figuur 21.

De interferometereenheid volgens figuur 23 kan weer gebruikt worden als eenheid 150 in figuur 9 of, indien uitgebreid met een extra meetas, als eenheid 100 in figuur 9. De extra meetas kan worden verkregen door, op analoge wijze als beschreven aan de hand van de figuren 19 en 20, een deel van de straling van de bundels b70 en b71 af te splitsen in een richting loodrecht op het vlak van tekening van figuur 23 en in de weg van de afgesplitste bundels een subsysteem analoog aan het omkaderde subsysteem van figuur 23.

Figuur 24 toont een andere uitvoeringsvorm van een interferometereenheid die gebaseerd is op hetzelfde principe als dat van die volgens de figuren 21, 22 en 23. De uitvoeringsvorm van figuur 24 bevat één bundeldeler 250 met daarin een polarisatiegevoelige scheidingslaag 251, een polarisatieneutrale scheidingslaag 252 en een λ/2-plaat 253. Verder zijn er slechts drie X/4-platen 254, 255 en 258 en één referentiespiegel 259 nodig om dezelfde metingen te kunnen doen als met de eenheid volgens de figuur 23.

De bundelcomponent met frequentie wordt als eerste meetbundel b80 door de laag 251 doorgelaten naar de spiegel R10, waaraan gemeten moet worden, om door deze op de positie P19 gereflecteerd te worden. Deze bundel bereikt vervolgens via het katteoog 256, 257 de scheidingslaag 252 die een gedeelte van de bundel reflecteert naar de scheidingslaag 251. Deze laat dit bundelgedeelte als tweede meetbundel b82 door naar de spiegel R10. De op de positie P20 gereflecteerde bundel wordt tenslotte door de scheidingslaag 251 gereflecteerd om als bundel b’82 een eerste analysator 260 en een daarachter geplaatste eerste detector 261 te bereiken. De bundelcomponent met frequentie ω2 wordt door de laag 251 als bundel b81 naar de laag 252 gereflecteerd. Deze laag reflecteert een gedeelte van de bundel b81 naar de scheidingslaag 251 die dit bundelgedeelte als bundel b83 naar de referentiespiegel 259 reflecteert. De door deze spiegel gereflecteerde bundel bereikt als bundel b’83 ook de eerste detector 261. De bundel b’83 is niet met de spiegel R10 in aanraking geweest terwijl de bundel b’82 op de posities P19 en P20 door de spiegel R10 gereflecteerd is. Het uitgangssignaal S261 van de detector 261 bevat derhalve informatie over de verplaatsing, gemiddeld over de posities P19 en P20 van de spiegel R10 langs de as loodrecht op de spiegel en in het vlak van tekening.

Van de door de polarisatieneutrale laag 252 doorgelaten gedeelten van de bundels b80 en b81 wordt de polarisatierichting over 90° gedraaid door de X/2-plaat 253 zodat het doorgelaten gedeelte van de bundel b81 als derde meetbundel b84 door de laag 251 doorgelaten wordt naar de spiegel R10, door deze gereflecteerd wordt op de positie P21 en tenslotte door de laag 251 als bundel k’84 naar een tweede analysator 262 en een tweede detector 263 gereflecteerd wordt. Het door de laag 252 doorgelaten gedeelte van de bundel b80 wordt, na reflectie door de λ/2-plaat 253, als bundel b85 door de laag 251 naar de referentiespiegel 259 gereflecteerd om tenslotte door deze spiegel als bundel b’85 naar de tweede detector 263 gereflecteerd te worden. De bundels b’g4 en b’85 zijn beide éénmaal, op de positie P21 respectievelijk P19, gereflecteerd zodat het uitgangssignaal S263 informatie bevat over een kanteling van de spiegel R10 om een as loodrecht op het vlak van tekening.

Ter verduidelijking en completering van de voorafgaande beschrijving zijn in de figuren 25 en 26 perspectivische aanzichten van respectievelijk een uitvoeringsvorm van een projectie-apparaat en een substraattafel voor dit apparaat weergegeven.

In figuur 25 is LA een stralingsbron waarvan de bundel PB, die slechts door zijn hoofdstraal is aangeduid, via de spiegels RE! en RE het masker MA belicht. BE is een optische stelstel dat de bundel verwijdt en uniform maakt. Het masker word gedragen door een maskermanipulator - of tafel MT. PL is het projectielensenstelstel dat het in het masker aanwezig maskerpatroon afbeeldt op een deelgebied van het substraat Wx dat gedragen wordt door een maskerpatroon WC die geïntegreerd is met spiegelblok aangegeven door de spiegels Rj en R2. De substraatdrager is onderdeel van een substraattafel WT en is stapsgewijs verplaatsbaar evenwijdig aan de X-richting die loodrecht op de Z-richting staat en evenwijdig aan de Y-richting die loodrecht op de Z-richting en de X-richting staat, zodat het halfgeleidersubstraat in een groot aantal verschillende belichtingsposities kan worden belicht.

Het projectielenzenstelsel is nabij een onderzijde bevestigd aan een montage orgaan 301 dat een onderdeel vormt van een machinegestel 300 van het apparaat. Het montage-orgaan 301 is uitgevoerd als een zich in een vlak loodrecht op de Z-richting uitstrekkende driehoekige plaat. Deze plaat is voorzien van drie hoekdelen 302 die elk rusten op een gestelvoet 303. In figuur 25 zijn slechts twee hoekdelen 302 en twee gestelvoeten 303 zichtbaar. De gestelvoeten zijn opgesteld op een basis 304 van het machinegesteld 300 die met behulp van stelorgaan 305 op een vlakke ondergrond geplaatst is.

Zoals in figuur 26 te zien is, is de geïntegreerde substraatdrager en spie-gelblokeenheid WC met behulp van een luchtvoet AB, die is voorzien van een statisch gaslager, geleid langs een bovenvlak 307 van een steunorgaan 306 dat uitgevoerd is als een rechthoekige granieten steen. De substraatdrager is over het bovenvlak 307 verplaatsbaar met behulp van een positioneerinrichting die voorzien is van de reeds genoemde, uit het US octrooischrift 4.665.594 bekende, in een H-vorm ten opzichte van elkaar opgestelde lineaire motoren 301, 311 en 312. Zoals in figuur 26 is weergegeven, zijn de lineaire motoren 311 en 312 bevestigd aan een raamvormig frame 315, dat nabij zijn hoeken is bevestigd op het bovenvlak 307 van het steunorgaan 306. De substraathouder WC is met behulp van de lineaire motor 310 evenwijdig aan de X-richting verplaatsbaar en met behulp van de lineaire motoren 311 en 312 evenwijdig aan de Y-richting verplaatsbaar en over een zeer beperkte hoek draaibaar om een evenwijdig aan de Z-richting gerichte rotatie-as.

Zoals in de figuren 25 en 26 is weergegeven vormen het steunorgaan 306 en de positioneerinrichting een eenheid 320 die is aangebracht op een drager 321 van het machinegestel 300. De drager 321 is gevormd door een zich loodrecht op de Z-richting uitstrekkende driehoekige plaat waarvan in figuur 25 één hoofdzijde 322 is weergegeven. Elk van de hoofdzijden van deze plaat strekken zich uit tussen twee gestelvoeten 303. Het steunorgaan 306 is bevestigd op een bovenzijde 323 van de drager 321. Deze drager is door middel van dunne plaatvormige stalen ophangelementen, waarvan er in figuur 25 slechts twee 325 en 327 getoond zijn, opgehangen aan de onderzijde 330 van het montage-orgaan 301. De ophangelementen zijn alle gevormd door een zich in het verticale vlak evenwijdig aan de Z-richting uitstrekkende plaat, waarbij de genoemde verticale vlakken onderling hoeken van 60° insluiten.

De nieuwe werkwijze en inrichting zijn in het bovenstaande toegelicht aan de hand van de toepassing in een projectie-apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat, waarbij het substraat locaal vlakgesteld wordt en de kantelmeetsignalen gebruikt worden voor het corrigeren van de andere interferometersignalen. Iets dergelijks kan zich ook voordoen in andere apparaten, bijvoorbeeld in apparaten voor het vervaardigen van patronen, zoals IC-patronen, die werken met een laserbundel of een electronenbundel, zodat de werkwijze en de inrichting ook daar toegepast kunnen worden.

Daarnaast is de beschreven inrichting, met name het interferometersysteem, ook toepasbaar in apparaten waarin gepositioneerd moet worden zonder dat er locale vlakstelling moet plaatsvinden en waarin de kantelmeetsignalen gebruikt worden om de kanteling op te heffen met behulp van een actuatorsysteem. Deze apparaten kunnen ook weer met een laserbundel of een electronenbundel werkende patronen-genererende apparaten zijn, maar ook IC-projectie-apparaten die werken met röntgenstraling, of zeer nauwkeurige X-Y positie meetapparaten bijvoorbeeld die welke worden gebruikt voor het meten van maskers.

Claims (17)

1. Werkwijze voor het met behulp van een projectielenzenstelsel repeterend afbeelden van een, in een maskerplaat aanwezig maskerpatroon op telkens een ander deelgebied van een gebied op een substraat gelegen op een substraatdrager, waarbij het maskerpatroon en het substraat in totaal nauwkeurig ten opzichte van elkaar gepositioneerd worden onder gebruikmaking van twee in de maskerplaat buiten het maskerpatroon gelegen maskeruitrichtkenmerken en minstens twee op het substraat buiten het genoemde gebied gelegen substraatuitrichtkenmerken, welke positionering tot stand gebracht wordt door: - het met behulp van het projectielenzenstelsel op elkaar afbeelden van maskeruitrichtkenmerken en substraatuitrichtkenmerken, - het waarnemen van de mate van overlap van een uitrichtkenmerkafbeelding met het uitriehtkenmerk waarop afgebeeld moet worden, - het verplaatsen langs een eerste (X-)as en een tweede (Y-)as van een drie-assig coördinatenstelsel en het eventueel roteren om de derde (Z-)coördinatenstelselas van het maskerpatroon en het substraat ten opzichte van elkaar, met het kenmerk, dat elk afzonderlijk substraatdeelgebied ten opzichte van het maskerpatroon gepositioneerd wordt zonder verdere uitrichting en door slechts het substraat zeer nauwkeurig langs minstens een van de genoemde X- en Y-assen te . -verplaatsen, dat niet alleen de feitelijke verplaatsing langs de X- en Y-assen en de draaiing om de Z-as van het substraat maar tevens kantelingen van het substraat om de X- en Y-assen ten opzichte van vaste referenties gemeten worden en alle meetresultaten gebruikt worden om de uiteindelijke positionering van het betreffende deelgebied in het X-Y-vlak te realiseren.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat voor het meten van de verplaatsingen, de draaiing en de kantelingen van het substraat een samengesteld vijf-assig interferometersysteem gebruikt wordt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij voor elk substraatdeelgebied een locale vlakstelling wordt uitgevoerd, met het kenmerk, dat het resultaat van de kantelmetingen gebruikt wordt om het resultaat van de verplaatsingsmetingen te corrigeren.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het resultaat van de kantelmetingen gebruikt wordt om het substraat vlak te stellen.

5. Inrichting voor het nauwkeurig verplaatsen en positioneren van een voorwerp, voorzien van een voorwerpstafel, een X-Y-^z-aandrijver voor het voorwerp en een interferometersysteem voor het meten van verplaatsingen langs een X- en Y-as en een rotatie <pz om een Z-as van een drie-assig coördinatenstelsel, met het kenmerk, dat het interferometersysteem vijf meetassen bevat voor het als extra meten van kantelingen van het voorwerp om de X- en Y-as en dat de interferometerspiegels worden gevormd door reflecterende zijvlakken van een in de voorwerpstafel opgenomen voorwerpdrager voor het in gefixeerde toestand dragen van het voorwerp.

6. Inrichting volgens conclusie 5 voor toepassing in een apparaat waarin een voorwerp locaal vlakgesteld moet worden, met het kenmerk, dat de interferometermeet-spiegels hoogstens tot aan het oppervlak van een voorwerpdrager, waarop een voorwerp aangebracht moet worden, reiken en dat voorzien is in een interferometersignaalverwer-kingseenheid voor het omzetten van alle interferometersignalen in stuursignalen voor de X-Y-<pz-aandrij ving.

7. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat voorzien is in een interferometersignaalverwerkingseenheid voor het omzetten van de interferometersignalen in stuursignalen voor de X-Y-^z-aandrijving en in stuursignalen voor actuatoren die kantelingen van het voorwerp opheffen.

8. Inrichting volgens conclusie 5, 6 of 7, met het kenmerk, dat het interferometersysteem een zesde, referentie-, as bevat waarvan de meetbundel samenwerkt met een vast opgestelde reflector.

9. Inrichting volgens conclusie 5, 6, 7 of 8, met het kenmerk, dat boven de ruimte waarin zich de interferometerbundels bevinden een luchtdouche is aangebracht voor het leveren van een stroom lucht met constante brekingsindex.

10. Inrichting volgens conclusie 5, 6, 7, 8 of 9, met het kenmerk, dat voor elke meetas in de weg van de meetbundel een retro-reflector is aangebracht die deze meetbundel, na een eerste reflectie door een spiegel van de voorwerpstafel, weer naar deze spiegel, zendt voor een tweede reflectie aan deze spiegel.

11. Inrichting volgens conclusie 5, 6, 7, 8, 9 of 10, met het kenmerk, dat het interferometersysteem een eerste en tweede interferometereenheid bevat, waarbij de eerste eenheid de meetbundels voor het meten langs drie meetassen levert en de tweede eenheid de meetbundels voor het meten langs twee meetassen.

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de meetbundel voor de referentie-as afkomstig is van de tweede interferometereenheid.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de referentiespiegel voor de referentie-as vast met de tweede interferometereenheid verbonden is.

14. Inrichting volgens conclusie 11, 12 of 13, met het kenmerk, dat beide interferometereenheden een gemeenschappelijke stralingsbron hebben.

15. Inrichting volgens een der conclusies 5-14, met het kenmerk, dat de in het interferometersysteem gebruikte straling laserstraling is die twee componenten met verschillende frequenties en onderling loodrechte polarisatierichtingen bevat.

16. Apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat, welk apparaat voorzien is van een maskerhouder, een substraattafel met substraathouder, een projectielenzenstelsel geplaatst tussen de maskerhouder en de substraatdrager, een uitrichtmrichting voor het uitrichten van het substraat in zijn geheel ten opzichte van het maskerpatroon, een vlakstelinrichting voor het locaal vlakstellen van het substraat en een verplaatsings- en positioneerinrichting voor het substraat, met het kenmerk, dat de verplaatsings- en positioneerinrichting een inrichting volgens een der conclusies 5, 6, 8-15 is, die bedreven kan worden in achtereenvolgens een eerste mode, waarin het totale substraat wordt gepositioneerd ten opzichte van het maskerpatroon met behulp van de uitricht- en de interferometermeetsignalen en in een tweede mode waarin een deelgebied van het substraat gepositioneerd wordt ten opzichte van het maskerpatroon met behulp van slechts de interferometermeetsignalen.

17. Apparaat voor het repeterende afbeelden van een maskerpatroon op een substraat, welk apparaat voorzien is van een maskerhouder, een substraathouder, een projectielenzenstelsel geplaatst tussen de maskerhouder en de substraathouder, een uitrichtinrichting voor het uitrichten van het substraat in zijn geheel ten opzichte van het maskerpatroon, een focusseerinrichting en een verplaatsings- en positioneerinrichting voor het substraat, met het kenmerk, dat de verplaatsings- en positioneerinrichting een inrichting volgens één der conclusies 8-15 is en dat het uitgangssignaal van een bij de referentie-as behorende detector wordt toegevoerd aan een electronische signaalverwer-kingsinrichting die regelsignalen levert voor het bijregelen van één of meer van de volgende parameters: - de golflengte van de projectiebundel - de druk binnen de projectielenzenhouder - de onderlinge afstanden tussen de lenselementen van het projectielenzenstelsel - de samenstelling van het medium in één of meer van de kompartimenten van de projectielenzenhouder - de temperatuur binnen de projectielenzenhouder - de nulpuntinstelling van de uitrichtinrichting - de nulpuntinstelling van de focusseerinrichting - de vergroting van het projectielenzenstelsel.