JP2005051245A - リソグラフィ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の装置と比較した場合、モジュールの数が少ないリソグラフィ装置を提供すること。
【解決手段】リソグラフィ投影装置であって、放射線の投影ビームを供給するための放射線システムと、所望のパターンに従って投影ビームをパターン化する働きをするパターニング手段を支持するための支持構造と、基板を保持するための基板テーブルと、基板の目標部分上にパターン化されたビームを投影するための投影システムと、装置内での対象物の位置決めを助ける干渉計システムとを備えていて、干渉計システムが位置測定を行うように配置されているリソグラフィ投影装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、放射線の投影ビームを供給するための放射線システムと、所望のパターンに従って投影ビームをパターン化する働きをするパターニング手段を支持するための支持構造と、基板を保持するための基板テーブルと、基板の目標部分上にパターン化されたビームを投影するための投影システムと、装置内での対象物の位置決めを助ける干渉計システムとを備えるリソグラフィ投影装置に関する。

本発明は、また、放射線の投影ビームを供給するための放射線システムと、所望のパターンに従って投影ビームをパターン化する働きをするパターニング手段を支持するための支持構造と、基板を保持するための基板テーブルと、基板の目標部分上にパターン化されたビームを投影するための投影システムと、装置内での対象物の位置決めを助けるための干渉計システムと、対象物の位置を決定するためのゼロ合わせシステムとを備えるリソグラフィ装置に関する。

本発明は、さらに干渉計システムに関する。

本発明は、さらに対象物の正確な位置を決定するための方法に関する。

本明細書において使用する「パターニング手段」という用語は、入射する放射線ビームに、基板の目標部分に形成されるパターンに対応するパターン化された断面を与えるために使用することができる手段を指すものとして広義に解釈されるべきである。「ライト・バルブ」という用語もこの意味で使用することができる。一般的に、パターンは、集積回路または他のデバイス（下記の説明を参照）などの目標部分に形成中のデバイスの特定の機能層に対応する。このようなパターニング手段としては下記のものがある。すなわち、
− マスク。マスクの概念は、リソグラフィにおいて周知のものであり、バイナリ・マスク・タイプ、レベンソン・マスク・タイプ、減衰位相シフト・マスク・タイプおよび種々のハイブリッド・マスク・タイプ等がある。放射線ビーム内にこのようなマスクを置くと、マスク上のパターンにより、マスク上に入射する放射線が選択的に透過（透過性マスクの場合）または選択的に反射（反射性マスクの場合）される。あるマスクの場合には、支持構造は、一般的に、確実にマスクを入射放射線ビーム内の所望する位置に保持することができ、そうしたい場合には、ビームに対してマスクが移動することができるようなマスク・テーブルである。
− プログラマブル・ミラー・アレイ。このようなデバイスの一例としては、粘弾性制御層および反射面を有するマトリックス・アドレス可能面がある。このような装置の基本的原理は、（例えば）反射面のアドレスされた領域が入射光を回折光として反射し、アドレスされていない領域は入射光を非回折光として反射するという原理である。適当なフィルタを使用することにより、反射ビームから非回折光をろ過して回折光だけを後に残すことができる。このようにして、ビームは、マトリックス・アドレス可能面のアドレス・パターンに従ってパターン形成される。プログラマブル・ミラー・アレイの他の実施形態は、それぞれが、適当な集中した電界を加えることにより、または圧電作動手段を使用することにより、軸を中心にして個々に傾斜することができる小さなミラーのマトリックス配置を使用する。ここでもまた、アドレスされるミラーが、アドレスされないミラーとは異なる方向に入力放射線ビームを反射するように、ミラーは、マトリックス・アドレス指定することができる。このようにして、反射したビームは、マトリックス・アドレス指定することができるミラーのアドレス・パターンに従ってパターン形成される。必要なマトリックス・アドレス指定は、適当な電子手段により行うことができる。上記両方の状況において、パターニング手段は、１つまたはそれ以上のプログラマブル・ミラー・アレイを備えることができる。本明細書に記載したミラー・アレイのより詳細な情報については、例えば、米国特許第５，２９６，８９１号、および米国特許第５，５２３，１９３号およびＰＣＴ特許出願第ＷＯ９８／３８５９７号およびＷＯ９８／３３０９６号を参照されたい。プログラマブル・ミラー・アレイの場合には、支持構造を、例えば、必要に応じて固定式にも移動式にもすることができるフレームまたはテーブルの形で実施することができる。
− プログラマブルＬＣＤアレイ。このような構造の一例は、米国特許第５，２２９，８７２号を参照されたい。すでに説明したように、この場合の支持構造は、例えば、必要に応じて固定式にも移動式にもすることができるフレームまたはテーブルの形で実施することができる。

説明を簡単にするために、本明細書の残りの部分のいくつかの箇所では、マスクおよびマスク・テーブルを含む例について集中的に説明する。しかし、このような例において説明する一般的原理は、すでに説明したように、パターニング手段の広義な意味で理解されたい。

リソグラフィ投影装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造の際に使用することができる。このような場合、パターニング手段はＩＣの個々の層に対応する回路パターンを形成することができ、このパターンを、放射線感光材料（レジスト）の層でコーティングされた基板（シリコン・ウェハ）上の目標部分（例えば、１つまたはそれ以上のダイを含む）に画像として形成することができる。一般的に、１つのウェハは、１回に１つずつ、投影システムにより連続的に照射される隣接する目標部分の全ネットワークを含む。１つのマスク・テーブル上に１つのマスクによりパターン形成を行う現在の装置の場合、２つの異なるタイプの機械を区別することができる。リソグラフィ投影装置の１つのタイプの場合には、１回の動作で目標部分上に全マスク・パターンを露光することにより各目標部分を照射することができる。このような装置は、通常、ウェハ・ステッパまたはステップアンドリピート装置と呼ばれる。通常、ステップアンドスキャン装置と呼ばれる別の装置の場合には、所与の基準方向（「走査」方向）の投影ビームの下で、マスク・パターンを順次走査し、一方この方向に平行または反平行に基板テーブルを同期状態で走査することにより、各目標部分が照射される。一般的に、投影システムは、倍率計数Ｍ（一般的に、１より小さい）を有しているので、基板テーブルが走査される速度Ｖは、マスク・テーブルが走査される速度に計数Ｍを掛けたものになる。本明細書に記載するリソグラフィ・デバイスについてのより詳細な情報は、例えば、引用によって本明細書の記載に援用する米国特許第６，０４６，７９２号から入手することができる。

リソグラフィ投影装置を使用する製造プロセスの場合には、パターン（例えば、マスクにおける）は、放射線感光材料（レジスト）の層で少なくとも一部が覆われている基板上に像形成される。この像形成ステップを行う前に、プライミング、レジスト・コーティングおよびソフトベークなどの種々の処理を基板に対して行うことができる。露光後、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベークおよび像形成特性の測定／検査などの他の種々の処理を基板に対して行うことができる。このような一連の処理は、例えば、ＩＣのようなデバイスの個々の層をパターン形成する際の基準として使用される。次に、このようにパターン化された層に対して、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械的研磨などの種々のプロセスを行うことができる。これらすべてのプロセスは、個々の層を仕上げるためのものである。いくつかの層が必要な場合には、全処理またはそれを修正したものを新しい各層に対して行わなければならない。最終的に、デバイスのアレイが基板（ウェハ）上に形成される。次に、これらのデバイスは、ダイシングまたはソーイングのような技術により相互に切り離され、それにより、個々のデバイスをキャリヤ上に装着することもできるし、ピン等に接続することもできる。このようなプロセスに関するより詳細な情報は、例えば、１９９７年にマグローヒル出版社より刊行された、Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ著、「マイクロチップ製造：半導体処理に対する実用ガイド」という名称の書籍（“Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”）の第３版、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４を参照されたい。

説明を簡単にするために、今後は投影システムを「レンズ」と呼ぶことにする。しかし、この用語は、例えば、屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系を含む種々のタイプの投影システムを含むものと広義に解釈されるべきである。放射線システムは、また、放射線の投影ビームの誘導、成形または制御のためのこれらの設計タイプのうちのどれかにより動作する構成要素を含むこともできる。これらの構成要素も、以下の説明においては、集合的にまたは単独で「レンズ」と呼ぶことにする。さらに、リソグラフィ装置は、２つまたはそれ以上の基板テーブル（および／または２つまたはそれ以上のマスク・テーブル）を有するタイプのものであってもよい。このような「多段」デバイスの場合には、追加テーブルを並列に使用することもできるし、または１つまたはそれ以上のテーブルを露光のために使用している間に、１つまたはそれ以上のテーブル上で準備ステップを実行することもできる。二段リソグラフィ装置については、米国特許第５，９６９，４４１号および国際特許出願第ＷＯ９８／４０７９１号を参照されたい。

例えば、小さな限界寸法（ＣＤ）でマスク・パターンを画像形成することができるリソグラフィでの従来からの要求を満たすためには、基板テーブル、基板および／または装置内で移動することができる任意の他の対象物の位置決めの精度を改善しなければならない。そうするためには、このような対象物の位置の知識の精度をますます改善しなければならない。

請求項１の前文に記載の周知の装置の干渉計システムは、多くの場合、基準経路に沿って伝搬してきた光と測定経路に沿って伝搬してきた光との間の位相差の周知の測定を正確に行うことができる。本明細書においては、これらのタイプの測定を位相測定と呼ぶ。測定した位相差の変化は、対象物の変位に対応する。すなわち、位相測定は、変位測定であると見なすことができる。位相測定は、対象物の変位についてのある程度の情報を提供するが、この情報は、その対象物自身の前の位置しか含んでいない。

本明細書においては、位置は、時間の経過により変化しない既知の位置に対して定義される位置であると理解されたい。対象物の位置は、例えば、リソグラフィ装置内の他の対象物、レンズまたは軸のような時間の経過により変化しない基準位置に対して定義される。例えば、基板テーブルのような対象物の位置は、周知のリソグラフィ装置においては、干渉計システムと同様に自立システムである、いわゆるゼロ合わせシステムにより決定される。位相測定をゼロ合わせシステムによる位置の決定と結びつければ、測定した変位は位置を提供することができる。ゼロ合わせシステムは、例えば、変位を生ずる位置を与える。それ故、従来技術のゼロ合わせシステムは、干渉計システムから独立して動作するシステムである。この意味では、ゼロ合わせシステムは周知の装置のもう１つのモジュールである。

本発明の１つの目的は、従来の装置と比較した場合、モジュールの数が少ないリソグラフィ装置を提供することである。

上記および他の目的は、干渉計システムが位置測定を行うように配置されていることを特徴とする、冒頭のところに記載したリソグラフィ装置の本発明により達成される。

そうすることにより、本発明のリソグラフィ装置で、干渉計システムを使用して対象物の位置を決定することができる。そのため独立のゼロ合わせシステムを使用する必要がなくなり、リソグラフィ装置のモジュールの数を少なくすることができる。

このことはいくつかの他の利点ももたらす。例えば、ＩＣ製造中の時間を短縮することができる。何故なら、ゼロ合わせを、「測定中」に行うことができるからである。すなわち、干渉計を別の方法で使用している際にゼロ合わせを行うことができるからである。そのため、現在ウェハ毎に０．１〜１秒時間を短縮できると推定されている。自立型のゼロ合わせシステムはもはや必要ないので、装置内のスペースを節約することができる。また、装置の製造コストを低減することもできる。もう１つの利点は、変位を測定することができる干渉計システムの一部、およびゼロ合わせ、それ故位置測定を行うことができる干渉計システムの一部を、あるメーカー１社で製造することができる。何故なら、これら両方の部分が干渉計システムに内蔵されるからである。これにより、相互接続についての問題の発生が最低限度に低減される。

測定経路と基準経路との間の絶対光路の長さの違い、すなわち、測定経路と基準経路との間の長さを絶対単位で表した長さの違いを測定することができる干渉計システムは既に利用されている。この技術は、多くの場合、「絶対干渉法」と呼ばれる。Ｒｅｎｅ Ｋｌａｖｅｒの「極度に非球形のミラーの形状を測定するための新規の干渉計」（Ｎｏｖｅｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ ｓｔｒｏｎｇｌｙ ａｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｍｉｒｒｏｒｓ）（ＩＳＢＮ９０−９０１４５８３−４）という論文および本明細書に記載する参照文献がこの点について記載している。詳細は、これら文献を参照されたい。絶対干渉法は、従来、例えば、レンズおよびミラー、特に、時間の経過により変化しない位置を有する非球形面の表面を詳細に研究するために使用されてきた。これらの表面の精度は、研磨技術によって決定されるのではなく、表面の特徴の精度により決定される。本明細書に記載する本発明の場合には、絶対干渉法は、装置内で移動できる対象物の位置決めを助ける干渉計システムにより使用される。

例示としての実施形態の説明のところで、対象物の位置を絶対的に確立するための方法についてさらに詳細に説明する。

本発明のリソグラフィ投影装置のある実施形態は、光の複数の周波数により、位置を測定するように配置されている。そうすることにより、得られる追加の情報、すなわち、光の周波数を位置の測定に使用できるという利点が得られる。

本発明のリソグラフィ投影装置のある実施形態は、干渉計システムが使用する光を周波数変調し、または周期的に周波数変調した光のビームを発生するための変調システムを含む干渉計システムを備えることができる。１つの利点は、干渉計システムが使用する光の周波数内のノイズによる位置測定に対する外乱の影響があっても、それを最低限度に低減することができることである。従来技術のリソグラフィ装置内の干渉計システムは、周波数変調を行わない光を使用する。従来の装置の干渉計システムの出力は位相差である。本発明のこの実施形態の変調システムが行うように、干渉計システムが使用する光を周波数変調すると、干渉計システムの出力にレスポンスが発生する。このレスポンスは、周波数変調に関連していて、測定経路に沿って伝搬してきた光を反射するためのミラーを備える対象物の位置を決定することができる。周波数変調の形は、例えば、正弦波、台形、三角形または鋸歯状等であってもよい。

本発明のリソグラフィ装置の干渉計システムは、測定経路に沿って伝搬してきた光と基準経路に沿って伝搬してきた光との間の位相差の変化を測定するように配置することができる。この位相の変化は、周波数変調のレスポンスである。位相の変化は、絶対光路の長さの差、それ故測定経路に沿って伝搬する光を反射するためのミラーを備える対象物の位置を、干渉計システムが決定することができるようにする情報を含んでいる。

ある実施形態の場合には、位置測定は、周波数変調の振幅（Δｆ）に対する干渉計信号の振幅（ΔＮ）の比率に基づいて、また光が伝搬する媒体のための補正に基づいて対象物の位置を決定するステップを含む。この場合、変調は正弦波の形をしていて、干渉計信号は周波数変調のレスポンスである。干渉計信号は、時間の関数としての多数のフリンジＮを有する。それ故、干渉計信号の特性の１つとして振幅を確立するのは、比較的簡単であり、安価であり、有用である。パラメータΔＮおよびΔｆの両方は容易に確立され、位置を簡単に容易に決定することができる。

本発明のリソグラフィ投影装置のある実施形態の場合には、干渉計システムは、周波数変調に対するレスポンスを確立するためのレスポンス監視システムを備える。レスポンス監視システムは、干渉計信号を捕捉し、絶対光路の長さの差を確立し、位置を決定するために役に立つ情報をさらに処理し、抽出することができる。このようなレスポンス監視システムは、干渉計で使用する光の変調のレスポンスとしての干渉計信号の変調を復調することができるように、復調器を備えることができる。このような復調器は、例えば、それ自身周知のロックイン検出器を備えることができる。

本発明のリソグラフィ投影装置のある実施形態の場合には、干渉計システムは、光の少なくとも２つの周波数を使用するように構成することができる。この場合、光の各周波数は、測定経路に沿って伝搬する第１の光ビームのために使用され、また基準経路に沿って伝搬する第２の光ビームのために使用される。この実施形態は、干渉計システムが、自身が使用する光を周波数変調するための変調システムを備えるもう１つの実施形態を提供する。Ｒｅｎｅ Ｋｌａｖｅｒの論文の６．２．５節および本明細書に記載の参照文献に詳細に記載されているように、この実施形態を使用すれば、絶対光路の長さの差を決定することができ、それ故絶対位置を決定することができる。

本発明のリソグラフィ投影装置のある実施形態の場合には、干渉計システムは、干渉計システムで位相測定を行った場合に、観察される１つのフリンジに対応する距離より小さい全不確定範囲でおおよその位置が決定されるように、位置測定を行うように構成される。位相測定の結果を表示することができる位相尺度を、位置測定の結果を表示することができる長さの尺度と所定の関係で関連づけることができる。その場合、本発明のリソグラフィ装置の干渉計システムは、位相測定および位置測定を行うように構成することができ、さらに所定の関係を考慮に入れ、おおよその位置および位相測定の結果の両方に対応する位置を選択することにより、おおよその位置および位相測定に基づいて正確な位置を決定するように構成することができる。このように構成することにより、非常に正確な位置測定を行うことができる。

ＩＣ製造の際の本発明による装置の使用について、本明細書において特定の参照を行うことができるが、このような装置は、多くの他の可能な用途を有することをはっきりと理解されたい。例えば、本発明の装置は、集積光学システム、磁気領域メモリ用の案内および検出パターン、液晶ディスプレイ・パネル、薄膜磁気ヘッド等の製造の際に使用することができる。当業者であれば、このような別の用途の場合には、「レチクル」、「ウェハ」または「ダイ」のような用語の代わりに、それぞれ、もっと一般的な用語である「マスク」、「基板」および「目標部分」を使用することができることを理解することができるだろう。

本明細書においては、「放射線」および「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長の）、および極紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの範囲内の波長の）、およびイオン・ビームまたは電子ビームのような粒子ビームを含むすべてのタイプの電磁放射線を含む。

添付の図面を参照しながら、以下に本発明の実施形態について説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。図面中、参照符号は、対応する部材を示す。

図１は、本発明の特定の実施形態によるリソグラフィ投影装置１の略図である。この装置は、
放射線（１９３ｎｍの波長の放射線）の投影ビームＰＢを供給するための放射線システムＥｘ、ＩＬを備える。この特定の実施形態の場合には、放射線システムは、また、放射線源ＬＡと、
マスクＭＡ（例えば、レチクル）を保持するためのマスク・ホルダーを備え、品目ＰＬに対してマスクを正確に位置決めするための第１の位置決め手段ＰＭに接続している第１の対象物テーブル（マスク・テーブル）ＭＴと、
基板Ｗ（例えば、レジストでコーティングされたシリコン・ウェハ）を保持するための基板ホルダーを備え、品目ＰＬに対して基板を正確に位置決めするための第２の位置決め手段ＰＷに接続している第２の対象物テーブル（基板テーブル）ＷＴと、
基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つまたはそれ以上のダイを備える）上にマスクＭＡの照射部分を画像形成するための投影システム（「レンズ」）ＰＬを備える。

本明細書で説明するように、上記装置は透過性タイプのものである（すなわち、透過性マスクを有している）。しかし、一般的にいって、上記装置は、例えば、反射タイプの（反射性マスクを有する）ものであってもよい。別の方法としては、上記装置は、上記のようなあるタイプのプログラマブル・ミラー・アレイのような他のタイプのパターニング手段を使用することもできる。

放射線源ＬＡ（レーザ）は、放射線ビームを生成する。このビームは、直接、または、例えば、ビーム・エクスパンダＥｘのようなコンディショニング手段を通過した後で、照明システム（照明装置）ＩＬに送られる。照明装置ＩＬは、ビーム内の輝度分布の（通常、それぞれσアウタおよびσインナと呼ばれる）外部および／または内部の半径方向の広がりを設定するための、調整手段ＡＭを備えることができる。さらに、照明装置は、一般的に、インテグレータＩＮおよび集光器（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）ＣＯのような種々の他の構成要素を備える。このようにして、マスクＭＡに入射するビームＰＢは、その断面内に必要な均一性と輝度分布を有する。

図１の場合、放射線源ＬＡは、リソグラフィ投影装置のハウジング内に収容することができるが（例えば、放射線源ＬＡが水銀ランプの場合、多くの場合そうであるように）、リソグラフィ投影装置から離れたところに設置することもでき、放射線源ＬＡが発生する放射線ビームは装置内に導入される（例えば、適当な方向づけミラーにより）。この後者については、多くの場合、放射線源ＬＡがエキシマ・レーザの場合に使用される。本発明および特許請求の範囲はこれらの両方を含む。

その後で、ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡを照射する。マスクＭＡを横切った後で、ビームＰＢはレンズＰＬを通過する。このレンズは基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームＰＢの焦点を結ぶ。第２の位置決め手段ＰＷにより、例えば、ビームＰＢの経路内の異なる目標部分Ｃに位置決めするために、基板テーブルＷＴを正確に移動することができる。同様に、例えば、マスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に検索した後で、または走査中に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするために、第１の位置決め手段ＰＭを使用することができる。通常、対象物テーブルＭＴ、ＷＴの運動は、図１には明示していないロング・ストローク・モジュール（粗位置決め用）、およびショート・ストローク・モジュール（微細位置決め用）の助けを借りて行われる。しかし、ウェハ・ステッパ（ステップアンドスキャン装置とは対照的な）の場合には、マスク・テーブルＭＴは、ショート・ストローク・アクチュエータに単に接続することもできるし、固定することもできる。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスク整合マークＭ１、Ｍ２および基板整合マークＰ１、Ｐ２を使用して整合することができる。

図の装置は、下記の２つの異なるモードで使用することができる。
１．ステップ・モードの場合には、マスク・テーブルＭＴは、本質的に固定状態に維持され、全マスク画像は、１回で（すなわち、１回の「照射」で）目標部分Ｃ上に投影される。次に、異なる目標部分ＣをビームＰＢで照射することができるように、基板テーブルＷＴがｘおよび／またはｙ方向にシフトされる。
２．走査モードの場合には、所与の目標部分Ｃが１回の「照射」で露光されない点を除けば、本質的には同じシナリオが適用される。代わりに、マスク・テーブルＭＴを、速度ｖで所与の方向（例えば、ｙ方向のような、いわゆる「走査方向」）に移動することができ、その結果、投影ビームＰＢはマスク画像上を走査する。同時に、基板テーブルＷＴは、速度Ｖ＝Ｍｖで同じ方向または反対方向に同時に移動する。ここで、Ｍは、レンズＰＬの倍率（通常、Ｍ＝１／４または１／５）である。このようにして、解像度を犠牲にしないで比較的広い目標部分Ｃを露光することができる。

リソグラフィ装置は、装置内での対象物の位置決めするための干渉計システムＩＳを備える。このような対象物は、例えば、基板テーブルであってもよい。位置決めを助けるステップは、例えば整合手順中に、対象物を所望の位置に位置決めすることができるように、対象物の位置に関連する定量情報を提供するステップを含む。すなわち、干渉計システムは、おそらく装置内の第１、第２または他の位置決め手段に情報を提供する。本発明のリソグラフィ装置内の干渉計システムは、位置測定、すなわち、時間の経過により変化しないもう１つの位置（もう１つの対象物の）に対する対象物の位置の決定を行うように配置されている。干渉計システムは、複数の周波数を使用して位置測定を行うように配置することもできる。

図２は、このような干渉計システムＩＳのある実施形態の略図である。この干渉計システムは、自身が使用する光を周波数変調し、または周期的に周波数変調した光のビームを発生するための変調システムＦＭを備える。干渉計ＩＦＭは、通常、光を分割し、光の一部を測定経路ＭＰに沿って、位置を決定する対象物Ｏ上に置かれたリフレクタＲＯへ向け、またリフレクタＲＯから反射する。この光のもう１つの部分は、基準経路ＲＰに沿って、基準リフレクタＲＲへ向けられ、また基準リフレクタＲＲから反射する。基準リフレクタの位置は、時間が経過しても変化しない。測定ビームおよび基準ビームが少なくともその一部が等しく偏光されている場合には、基準経路に沿って伝搬してきた光、すなわち基準ビーム、および測定経路に沿って伝搬してきた光、すなわち測定ビームは再結合したとき、光の干渉が起こる。基準経路と測定経路との間の光路の長さの違いにより、また干渉点での光の位相により、基準光ビームからの光および測定光ビームからの光は、全面的に増強しあったり、全面的に打ち消しあったり、またはその中間の状態になったりする。光の輝度の変動の完全な一サイクルは、一般的にフリンジと呼ばれる。

干渉計システムが使用する光の周波数が変調されると、周波数の変化によりフリンジまたはその一部が同様に発生する。すなわち、基準経路および測定経路の長さが等しくない限りは、その位置を決定したい対象物が時間が経過しても変化しない場合、すなわち対象物が測定中移動しない場合には、周波数変調によりフリンジまたはその一部が発生する。次に、基準経路と測定経路との間の光路の長さの違いが干渉計信号で観察される。この違いは干渉計システムが使用する光に対する周波数変調へのレスポンスであり、時間の関数としての多数のフリンジＮを有する。干渉計システムは、測定経路に沿って伝搬してきた光と基準経路に沿って伝搬してきた光との間の位相差の違いの変化を測定するように配置されている。そうするために、干渉計システムは、この場合は干渉計信号である、周波数変調に対するレスポンスを確立するために、レスポンス監視システムＲＭＳを備えることができる。位置測定は、その最も簡単な形の場合、基準経路と測定経路との間の絶対光路の長さの差Ｌを決定するステップを含む。

以下に光路の長さの違いＬの決定方法について、さらに詳細に説明する。干渉計システムが使用する光の周波数ｆは、下式による変調行動によるものである。

ここで、ｆ_０は公称周波数であり、Δｆは所定の定数として設定される周波数変調セットの振幅であり、ω_ｆは変調角周波数であり、ｔは時間である。レスポンス監視システムは、周波数変調に対するレスポンス、すなわちこの場合は下式で表すことができる干渉計信号を測定する。

ここで、Ｎ_０は公称部分であり、すなわち、Δｆがゼロである場合には、値Ｎは一定値を有する。干渉計信号の変調部分ΔＮｓｉｎ（ω_ｆｔ）から、振幅ΔＮが決定される。実際には、変調部分は、それ自身周知の復調技術により、干渉計信号から推論することができる。

次に、絶対光路の長さの差Ｌが下式により決定される。

ここで、ｃは真空中の光の速度であり、ｎは光が伝搬する媒体の屈折率である。この決定の基礎は下式に示す通りである。

ここで、λは、干渉計システムが使用する空気内の光の時間に依存する波長であり、下式のようになる。

式（２）および（４）を等号で結び、式（５）を代入すると下式が得られる。

絶対光路の長さの違いＬを決定するための式（３）になる。

変調システムＦＭは、市販されている周波数調整可能な半導体レーザを備えることができる。周波数の安定性を改善するために、半導体レーザを安定化ヘリウム・ネオン・レーザおよび当業者であれば周知の周波数ロック・ループにより安定させることができる。半導体レーザ光の少量の部分をヘリウム・ネオン・レーザ光と混合すると、いわゆるビート信号が発生する。ビート信号の周波数は、２つのレーザ周波数の間の差に等しい。ビート信号の周波数Δｆは、周波数カウンタで測定することができ、光路の長さの違いＬを決定するように配置されている処理ユニットＰＵに送ることができる。周波数カウンタは、また、調整可能な半導体レーザの周囲のループを閉じるために使用することができる。この場合、周波数変調は設定点として加えられる。調整可能なレーザは、入力としてある電圧を必要とする場合がある。この場合、変調システムは、また、周波数−電圧コンバータを含むことができる。

ヘテロダイン位相検出を使用する場合には、半導体レーザ光の主要な部分は２つの交差偏光ビームに分割される。２つの交差偏光ビーム間の周波数の違いは、１つまたは２つの音響光学変調器（ＡＯＭ）を使用して入手することができる。

レスポンス監視システムは、両方とも当業者にとって周知のものであり、市販されているロックイン検出器、またはロックイン増幅器のような復調器を備えることができる。このレスポンス監視システムは、また、ΔＮを決定することができる。しかし、干渉計ＩＦＭ内に位置する標準エレクトロニクスもΔＮを決定することができる。干渉計システムは、ΔｆおよびΔＮから光路の長さの違いＬを決定するための処理ユニット（ＰＵ）を備えることができる。真空中の光の速度ｃは、自然の周知の定数として処理ユニットＰＵ内に記憶することができる。光が伝搬する媒体の屈折率ｎは、温度、圧力、媒体の組成に基づいて推定することもできるし、または他の方法で決定することができ、次に処理ユニットＰＵ内に記憶することができる。光路の長さの違いＬを決定し、長さの単位で表すことができる。干渉計ＩＦＭの位置は時間が経過しても変化しない場所とする。次に、干渉計ＩＦＭに対するリフレクタＲＯの実際の位置が、基準経路ＲＰの長さと光路の長さの違いＬの合計と関連づけられる。処理ユニットＰＵは、光路の長さの違いＬを決定し、それ故干渉計ＩＦＭに対するリフレクタＲＯの位置（処理ユニットＰＵ内に所定の定数として記憶している基準経路ＲＰの長さ）を決定する。

変調システムの代わりに、干渉計システムは、位置を測定するために、少なくとも２つの異なる周波数を使用するように配置することができる。この場合、光の各周波数は、測定経路に沿って伝搬する第１の光ビームのため、および基準経路に沿って伝搬する第２の光ビームのために使用される。また、こうすることにより、Ｒｅｎｅ Ｋｌａｖｅｒの論文の６．２．５節および本明細書に記載の参照文献に詳細に記載されているように、絶対光路の長さの違いを決定することができる。

他の実施形態の場合には、干渉計システムは、干渉計システムにより変位測定を行った場合に観察される１つのフリンジに対応する距離より短い不確かの全範囲でおおよその位置が決定されるように、位置測定を行うように配置することができる。例えば、２０ＧＨｚの変調周波数まで使用でき測定できる場合には、このような配置にすることができる。正確なロックイン検出器と結合している正確な位相検出エレクトロニクスを使用して、約２．１０^−５の不確かさでΔＮを決定することができる。このような実施形態の場合には、位相測定の結果を表示することができる位相尺度を、所定の関係により、位置測定の結果を表示することができる長さ尺度と関連づけることができる。この所定の関係は、位相尺度の１つのフリンジに対応する長さの尺度および長さ尺度と位相尺度との間のオフセットに関連する情報を提供する。

このような実施形態の場合には、干渉計システムは、所定の関係を考慮に入れ、おおよその位置および位相測定の結果の両方に対応する位置を正確な位置として選択することにより、位置測定の他に位相測定を行うように、またおおよその位置および位相測定に基づいて、正確な位置を決定するように配置することができる。

図３は、本発明のある実施形態によるリソグラフィ投影装置により位置測定を行うための作業の流れの略図である。干渉計システムは、最初に初期化される。位置を決定しなければならない対象物は、干渉計が、基準経路に沿って伝搬する光と測定経路に沿って伝搬する光との間の位相差を測定することができるように、その対象物のミラーＲＯが位置するように移動できなければならない。ｔ＝０のような特定の時点で、位相差が測定され、位置ｘ１（ｔ＝０）に任意に関連づけられる。当業者であれば周知のように、位相測定が干渉計ＩＦＭにより行われる場合には、例えば、ゼロ（ゼロを含む）と１（１を含まない）の間の数として表される干渉フリンジの位相φが入手される。φが１からゼロに変化する度に、整数ｋは１だけ増大し、φがゼロから１に変化する度に、１だけ減少する。φおよびｋに基づいて、（φ＋ｋ）λ／ｑを求める。ここで、λは干渉計が使用する光の空気中の波長であり、ｑは変位がλに等しい場合に観察できるフリンジの数に対応する尺度係数である。当業者であれば、既知のまたはすでに仮定したｋに対してしか決定できないｋとは対照的に、φは任意の時点で決定することができることに気が付くだろう。図４は、例えば、φが０．３１６として入手される一例を示す。この場合、λが６２３．８ｎｍに等しく、ｑが４に等しいと仮定した場合に、実際の変位は５０ｎｍ、２０８．５ｎｍ、３６６．７ｎｍ等である。

ｔ＝０の時点でのミラーＲＯのおおよその位置も、すでに説明したように位置測定を行うことにより測定される。このおおよその位置は、例えば、ｘ２（ｔ＝０）であってもよい。この時点で、任意に設定した位置と測定した位置との間のオフセットを決定することができる。位相を時間の関数として測定することもできるし、位置を時間の関数として測定することもでき、もっと正確なオフセットを知ることができる。作業の流れのこの部分の結果、位相測定により変位を測定することができる干渉計の「ゼロ合わせ」が行われる。

測定したオフセットは、所定の関係の少なくとも一部を形成する。所定の関係のもう１つの部分を形成する、１つのフリンジに対応する長さ尺度の長さは、実際には、干渉計システムのメーカーにより確立される場合が最も多い。所定の関係により、対象物の位置をもっと正確に測定することができる。

図４に示すように、位相測定により０．３１６という位相を知ることができる。説明のために、この位相測定から入手した変位の不確かさの全範囲を±２ｎｍであると仮定する。

本発明の干渉計システムにより行ったおおよその位置測定により、２２１．４８±６３．２８ｎｍという位置を知ることができる。

対象物の正確な位置を、所定の関係を考慮に入れ、図４に概略示すように、おおよその位置および位相測定の結果の両方に対応する位置を選択することにより決定される。正確な位置は２０８．５±２ｎｍであると決定される。次に、装置（図３参照）内の少なくとも１つの対象物または整合システムに属する部分のような装置の他の部分を正確に位置決めできるように、この情報を装置の位置決め手段と共有することができる。図２の場合には、この様子を処理ユニットＰＵからＣＵ／ＰＭに引いた線で表す。

おおよその位置測定は、ゼロ合わせシステム、すなわち、図２に示し、図２の説明の際に記述した干渉計システムとは異なるシステムにより行うこともできることに留意されたい。このゼロ合わせシステムは、自立型システムであってもよい。ゼロ合わせシステムは、依然として、おおよその位置が、干渉計システムにより位相測定を行っている場合に、観察される１つのフリンジに対応する距離より短い不確かさの全範囲で決定されるように、位置測定を行うことができるものでなければならない。また、この場合、変位測定の結果を表示することができる位相尺度を、所定の関係により、位置測定の結果を表示することができる長さ尺度に関連づけなければならない。

対象物の正確な位置を決定するための方法は、
干渉計により基準経路と測定経路との間の位相差を測定するステップであって、対象物が測定経路内に置かれ、測定経路に沿って移動することができ、測定経路に沿って伝搬する光を反射するための反射素子を備えるステップと、
位相差を測定するための干渉計により観察される１つのフリンジに対応する距離より短い不確実性の全範囲と一緒におおよその位置を測定するステップと、
位相差を表示することができる位相尺度と、おおよその位置を表示することができる長さ尺度との関係を決定するステップと、
上記関係を考慮に入れて、またおおよその位置および測定した位相差の両方に対応する位置を正確な位置として選択することにより、正確な位置を決定するステップとを含む。

おおよその位置は、自立型ゼロ合わせシステムまたは本明細書で説明したような、位置測定を実行するように配置されている干渉計により決定することができる。

当業者であれば、対象物としては、装置内の任意の可動対象物を使用することができることを理解することができるだろう。また、本発明の干渉計システムは、情報を必要とする任意の自由度に関連する位置を確立するために使用することができることも理解することができるだろう。

本発明は上記の例に限定されない。干渉計システムが使用する光を周波数変調する代わりに、光の少なくとも２つの周波数を使用するように干渉計システムを配置することができる。その場合、光の各周波数は、測定経路に沿って伝搬する第１の光ビームのために使用され、基準経路に沿って伝搬する第２の光ビームのために使用される。

以上、本発明の特定の実施形態について説明してきたが、本発明は上記以外の方法でも実施することができることを理解することができるだろう。上記説明は本発明を制限するためのものではない。

本発明のある実施形態によるリソグラフィ投影装置である。 本発明のある実施形態によるリソグラフィ投影装置内の干渉計システムの略図である。 本発明のある実施形態によるリソグラフィ投影装置により、位置測定を実行するための作業の流れの略図である。 位置測定および位相測定に基づく正確な位置決定の略図である。

符号の説明

ＰＢ 投影ビーム
Ｅｘ，ＩＬ 放射線システム
ＬＡ 放射線源
ＭＡ マスク
ＭＴ，ＷＴ 対象物テーブル
ＰＬ レンズ
Ｗ 基板
ＰＷ 位置決め手段
Ｃ 目標部分
ＩＬ 照明装置
ＡＭ 調整手段
ＩＮ インテグレータ
ＣＯ 集光器
Ｍ１，Ｍ２ マスク整合マーク
Ｐ１，Ｐ２ 基板整合マーク
ＦＭ 変調システム
ＩＦＭ 干渉計
ＭＰ 測定経路
Ｏ 対象物
ＲＯ リフレクタ
ＲＲ 基準リフレクタ
ＰＵ 処理ユニット
ＲＰ 基準経路

Claims (27)

1. リソグラフィ投影装置であって、
   放射線の投影ビームを供給するための放射線システムと、
   所望のパターンに従って前記投影ビームをパターン化する働きをするパターニング手段を支持するための支持構造と、
   基板を保持するための基板テーブルと、
   前記基板の目標部分上に前記パターン化されたビームを投影するための投影システムと、
   装置内での対象物の位置決めをするための干渉計システムとを備え、
   前記干渉計システムが位置測定を行うように配置されることを特徴とするリソグラフィ投影装置。
2. 前記干渉計システムが、光の複数の周波数により前記位置測定を行うように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
3. 前記干渉計システムが、前記干渉計システムが使用する光を周波数変調するか、周期的に周波数変調された光ビームを発生するための変調システムを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のリソグラフィ投影装置。
4. 前記周波数変調が、正弦波、台形、三角形または鋸歯状の波形を有することを特徴とする、請求項３に記載のリソグラフィ投影装置。
5. 前記干渉計システムが、測定経路に沿って伝搬してきた光と基準経路に沿って伝搬してきた光の間の位相差の変化を測定するように配置されていて、位相差の変化が周波数変調へのレスポンスを含むリソグラフィ投影装置。
6. 位置測定が、前記周波数変調の振幅（Δｆ）に対する干渉計信号の振幅（ΔＮ）の比率に基づいて、また光が伝搬する媒体のための補正に基づいて対象物の位置を決定するステップを含み、前記変調が正弦波の形をしていて、前記干渉計信号が周波数変調へのレスポンスであり、前記干渉計信号が時間の関数としての多数のフリンジＮを有することを特徴とする、請求項３または５に記載のリソグラフィ投影装置。
7. 前記干渉計システムが、前記周波数変調に対する前記レスポンスを確立するためのレスポンス監視システムを備えることを特徴とする、請求項５または６に記載のリソグラフィ投影装置。
8. 前記レスポンス監視システムが復調器を備えることを特徴とする、請求項７に記載のリソグラフィ投影装置。
9. 前記干渉計システムが、光の少なくとも２つの周波数を使用するように配置されていて、光の各周波数が、測定経路に沿って伝搬する第１の光ビームのために使用され、また基準経路に沿って伝搬する第２の光ビームのために使用されることを特徴とする、請求項１または２に記載のリソグラフィ投影装置。
10. 前記干渉計システムが、前記干渉計システムで位相測定を行った場合に観察される１つのフリンジに対応する距離より短い不確かさの全範囲でおおよその位置を決定するように、前記位置測定を行うように配置されていることを特徴とする、前記請求項の何れか１項に記載のリソグラフィ投影装置。
11. 位相測定の結果を表示することができる位相尺度を、位置測定の結果を表示することができる長さの尺度と所定の関係で関連づけることを特徴とする、請求項１０に記載のリソグラフィ投影装置。
12. 前記干渉計システムが、位置測定の他に位相測定を行うように、また所定の関係を考慮に入れ、前記おおよその位置および前記位相測定の結果の両方に対応する位置を前記正確な位置として選択することにより、前記おおよその位置および前記位相測定に基づいて、正確な位置を決定するように配置されていることを特徴とする、請求項１０および１１に記載のリソグラフィ投影装置。
13. リソグラフィ投影装置であって、
    放射線の投影ビームを供給するための放射線システムと、
    所望のパターンに従って前記投影ビームをパターン化する働きをするパターニング手段を支持するための支持構造と、
    基板を保持するための基板テーブルと、
    前記基板の目標部分上に前記パターン化されたビームを投影するための投影システムと、
    前記装置での対象物の位置決めをするための干渉計システムと、
    前記対象物の位置を決定するためのゼロ合わせシステムとを備え、
    前記ゼロ合わせシステムが、前記干渉計システムで位相測定を行った場合に観察される１つのフリンジに対応する距離より短い不確かさの全範囲でおおよその位置が決定されるように、位置測定を行うように配置されることを特徴とするリソグラフィ投影装置。
14. 位相測定の結果を表示することができる位相尺度と、位置測定の結果を表示することができる長さの尺度を、所定の関係で関連づけることを特徴とする、請求項１３に記載のリソグラフィ投影装置。
15. 前記装置が、前記干渉計システム内で位相測定を行い、前記ゼロ合わせシステム内でおおよその位置測定を行うように配置されていて、前記装置が、さらに前記所定の関係を考慮に入れ、前記おおよその位置および前記位相測定の結果の両方に対応する位置を正確な位置として選択することにより、前記おおよその位置および位相測定に基づいて正確な位置を決定するように配置されていることを特徴とする、請求項１３および１４に記載のリソグラフィ投影装置。
16. 前記ゼロ合わせシステムが、位置測定を行うように配置されている前記干渉計システムの一部であることを特徴とする、請求項１３−１５の何れか１項に記載のリソグラフィ投影装置。
17. 前記干渉計システムが、光の複数の周波数により前記位置測定を行うように配置されていることを特徴とする、請求項１６に記載のリソグラフィ投影装置。
18. 前記干渉計システムが、前記干渉計システムが使用する光を周波数変調するための変調システムを備えることを特徴とする、請求項１６または１７に記載のリソグラフィ投影装置。
19. 前記周波数変調が、正弦波、台形、三角形または鋸歯状の波形をしていることを特徴とする、請求項１８に記載のリソグラフィ投影装置。
20. 前記干渉計システムが、測定経路に沿って伝搬してきた光と基準経路に沿って伝搬してきた光の間の位相差の変化の差を測定するように配置されていて、位相差の変化が周波数変調へのレスポンスを含むことを特徴とする、請求項１８または１９に記載のリソグラフィ投影装置。
21. 前記位置測定が、前記周波数変調の振幅（Δｆ）に対する干渉計信号の振幅（ΔＮ）の比率に基づいて、また光が伝搬する媒体のための補正に基づいて対象物の位置を決定するステップを含み、前記変調が正弦波の形をしていて、前記干渉計信号が前記周波数変調へのレスポンスであり、前記干渉計信号が時間の関数としての多数のフリンジＮを有することを特徴とする、請求項１８または２０に記載のリソグラフィ投影装置。
22. 前記干渉計システムが、前記周波数変調に対する前記レスポンスを確立するためのレスポンス監視システムを備えることを特徴とする、請求項２０または２１に記載のリソグラフィ投影装置。
23. 前記レスポンス監視システムが復調器を備えることを特徴とする、請求項２２に記載のリソグラフィ投影装置。
24. 前記干渉計システムが、光の少なくとも２つの周波数を使用するように配置されていて、各周波数が光の少なくとも２つの周波数を使用するように配置されていて、光の各周波数が、測定経路に沿って伝搬する第１の光ビームのために使用され、また基準経路に沿って伝搬する第２の光ビームのために使用されることを特徴とする、請求項１６または１７に記載のリソグラフィ投影装置。
25. 請求項１〜１２または１６〜２４の何れか１項に記載の干渉計システム。
26. 対象物の正確な位置を決定するための方法であって、
    干渉計により基準経路と測定経路との間の位相差の変化を測定するステップであって、対象物が測定経路内に置かれ、測定経路に沿って移動することができ、前記測定経路に沿って伝搬する光を反射するための反射素子を備えるステップと、
    前記位相差を測定するための前記干渉計を用いて観察される１つのフリンジに対応する距離より短い不確かさの全範囲でおおよその位置を測定するステップと、
    前記位相差を表示することができる位相尺度と、おおよその位置を表示することができる長さ尺度との間の関係を決定するステップと、
    前記関係を考慮に入れて、また前記おおよその位置および測定した位相差の変化の両方に対応する位置を正確な位置として選択することにより、前記正確な位置を決定するステップとを含む方法。
27. 前記おおよその位置が前記干渉計により決定される、請求項２６に記載の方法。

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