(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本の測定軸を有する干渉計システムであって：
−  第１波長を有する第１レーザビームおよび第２波長を有する第２レーザビームを供給するためのレーザ源；
−  この第１レーザビームを第１測定ビームと第１基準ビームに分け、この第１測定ビームを測定経路に沿って測定ミラーへ案内し、およびこの第１基準ビームを基準経路に沿って基準ミラーへ案内するための手段；
−  この測定ミラーが反射したこの第１測定ビームとこの基準ミラーが反射したこの第１基準ビームが作る干渉縞によってこの測定ミラーの変位を検出するための第１検出手段；
−  この第１測定ビームが伝播する媒体の中の外乱をこの測定ミラーが反射したこの第１測定ビームの放射線とこの第２レーザビームによって検出するための第２検出手段を含み、
この第２レーザビームの波長が第１レーザビームのそれの３倍のオーダであり、並びにこの第２検出手段が、この測定ミラーが反射した第２レーザビームの放射線とこの第１測定ビームを使用することを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１で請求する干渉計システムに於いて、この第２レーザビームがテストビームを構成し、およびこの測定ミラーが反射したこの第１ビームとこのテストビームの間の位相差が上記外乱を示すことを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１で請求する干渉計システムに於いて、この第２レーザビームを、それぞれ、この第１測定ビームおよび第１基準ビームと同じ測定経路および基準経路を辿る、それぞれ、第２測定ビームおよび第２基準ビームに分けることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３で請求する干渉計システムに於いて、このレーザ源が単一の連続レーザおよび波長変換器を含むことを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項４で請求する干渉計システムに於いて、この第２レーザビームが１０６４ｎｍの波長を有しおよび第１レーザビームが３５５ｎｍの波長を有することを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５で請求し、レーザビームを測定ビームと基準ビームに分けるための偏光感応ビームスプリッタで、連続する層が交互に高屈折率と低屈折率を有する、多層構造の形の光学干渉フィルタを含むビームスプリッタを含む干渉計システムに於いて、この干渉フィルタが、この第２波長用四分の一λ素子として適する第１層パケット、およびこの第１波長用広帯域四分の一λ素子として適する第２層パケットを有することを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６の何れか一つで請求し、光学素子の外面に光学干渉フィルタの形の反射防止構造物を備える干渉計システムに於いて、この干渉フィルタが高屈折率と低屈折率の交互する４層を含み、この第３層がこの第１層と同じ屈折率および第１層の厚さの半分に等しい厚さを有し、並びにこの第４層がこの第２層と同じ屈折率および第２層の厚さの半分に等しい厚さを有することを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７の何れか一つで請求し、３本の測定軸を有する干渉計システムに於いて、３倍異なる波長を有する２本のレーザビーム並びに別々の第１および第２検出手段を各測定軸に対して利用できることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７の何れか一つで請求し、少なくとも５本の測定軸を有する干渉計システムに於いて、３倍異なる波長を有する２本のレーザビーム並びに別々の第１および第２検出手段を各測定軸に対して利用できることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
基板上にマスクパターンを繰返し結像するためのリソグラフィー投影装置で、投影ビームを供給するための照明ユニット、マスクホルダを備えるマスクテーブル、基板ホルダを備える基板テーブル、この投影ビームの経路に配置された投影系、並びにこの基板の位置および方向を測定するための光学測定システムを含む装置に於いて、この測定システムが請求項１ないし請求項９の何れか一つで請求する干渉計システムであることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０で請求し、このマスクパターンを各基板フィールド上に走査によって結像し、このマスクの位置を測定するために測定システムが存在するリソグラフィー投影装置に於いて、上記測定システムが請求項１ないし請求項９の何れか一つで請求する干渉計システムであることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１０で請求し、この基板用測定システムとマスク用のそれを微分干渉計システムに統合したリソグラフィー投影装置に於いて、３倍異なる波長を有する２本のレーザビーム並びに別々の第１および第２検出手段をこの微分干渉計システムの各測定軸に対して利用できることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
この発明は、少なくとも１本の測定軸を有する干渉計システムであって：
−  第１波長を有する第１レーザビームおよび第２波長を有する第２レーザビームを供給するためのレーザ源；
−  この第１レーザビームを第１測定ビームと第１基準ビームに分け、この第１測定ビームを測定経路に沿って測定ミラーへ案内し、およびこの第１基準ビームを基準経路に沿って基準ミラーへ案内するための手段；
−  この測定ミラーが反射したこの第１測定ビームとこの基準ミラーが反射したこの第１基準ビームが作る干渉縞によってこの測定ミラーの変位を検出するための第１検出手段；
−  この第１測定ビームが伝播する媒体の中の外乱をこの測定ミラーが反射したこの第１測定ビームの放射線、とこの第２レーザビームによって検出するための第２検出手段を含むシステムに関する。
この発明は、そのような干渉計システムを含むリソグラフィー装置にも関する。この装置は、ステッパまたはステップアンドスキャナでもよい。
この干渉計システムの測定軸は、これに沿って物体の与えられた点の与えられた方向（ＸまたはＹ）での位置または変位を測定する軸を意味すると理解する。この測定軸が、この測定のために使用する測定ビームの主光線と一致する必要はない。もし、測定ビームをこのシステムを通して２度送り、この物体のほぼ同じ点で２度反射するなら、この測定軸は、第１通路での測定ビームの主光線と第２通路でのこのビームの主光線の間に位置する。
リソグラフィー装置に使用するためのこの種の干渉計システムは、とりわけ、ＵＳ−Ａ５，４０４，２０２から知られている。このリソグラフィー装置は、マスクパターン、例えば集積回路（ＩＣ）のパターンを放射線感応層を備える基板上に繰返し縮小結像するために使用する。同じ基板上のマスクパターンの二つの連続する像間で、この基板およびマスクが互いに関して、例えば、ＸＹＺ座標系のＸまたはＹ方向に平行に動き、一方この基板面およびマスク面は、このマスクパターンをこの基板の全ての基板フィールド、またはＩＣ領域に次々と結像するように、ＸＹ平面に平行である。
集積回路を製造する際に、このリソグラフィー装置をマスキングおよび拡散技術と組合わせて使用する。第１マスクパターンを多数、例えば何十という基板フィールドに結像する。次に、この基板を所望の物理的および／または化学的処理工程に掛けるためにこの投影装置から取除く。続いて、異なる基板フィールドに第２マスクパターンの像を作るために、この基板を同じ、またはもう一つの類似の装置に配置する、等々。そこで、基板フィールド上のマスクパターンの像に対して、このフィールドとマスクパターンを互いに関して非常に正確に配置すべきことを保証すべきである。このため、リソグラフィー装置は、整列システムだけでなく、干渉計システムも含む。ステッピング装置では、干渉計システムを基板および別々の基板フィールドの運動および位置を正確に測定するために使用する。ステップアンドスキャニング装置では、この基板干渉計システムだけでなく、マスク干渉計システムも使って、基板フィールドの照明中に、基板およびマスクが、このマスクパターンを基板フィールド上に結像する投影ビームおよび投影系に関して同期して動いているかどうかをチェックする。
益々多数の電子部品を備えるＩＣを提供することが望ましく、それはこれらの部品の詳細がより小さくなるべきであることを意味するので、より厳しい要求を投影系の分解能および結像品質にだけでなく、基板フィールドの位置を測定あるいは検査するための精度にも課さねばならない。これは、干渉計システムがより正確にもならなければならないことを意味する。そこで、特に、測定ビームが伝播する媒体の中の乱流およびその他の外乱が重要な役割を演じ始める。これらの乱流および外乱が媒体の屈折率の変動を生じ、その変動を干渉計システムが変位として解釈する。
ＵＳ−Ａ５，４０４，２２２は、外乱の影響を測定でき、それによって位置測定値を補正できる、干渉計システムを記載している。この干渉計システムは、６３３ｎｍの波長でビームを供給するヘリウムネオンレーザの形の第１レーザ源を含む。このビームを測定ビームと基準ビームに分け、それらを、それぞれ、測定ミラーおよび基準ミラーへ送り、それらで測定ミラーの位置を公知の方法で測定する。この公知の干渉計システムは、更に、かなり異なった波長で２本のテストビームを供給する第２レーザ源を含む。これらのテストビームは、共に測定ミラーへの測定経路を辿り、このミラーによる反射後、それらは特別な検出器システムに達する。このビームが通過する媒体の屈折率は、このビームの波長に依存するという事実を利用する。上記外乱が起るとき、２本のテストビームに対する屈折率変動が異なり、２本のテストビームの間に位相差が生ずる。この位相差を測定することにより、同じ媒体を横切る測定ビームに対する外乱の影響を測定できる。媒体の拡散を使用するので、この影響を正確に測定するためには、テストビームの波長がかなり違うべきである。ＵＳ−Ａ５，４０４，２２２に記載する干渉計システムでは、５３２ｎｍと２６６ｎｍの波長が選ばれている。５３２ｎｍの波長の第１テストビームをレーザが供給し、２６６ｎｍの波長の第２のテストビームを、非線形材料を含む周波数倍増素子によって、５３２ｎｍの波長の放射線の一部を、第２テストビームを構成する２６６ｎｍの波長の放射線に変換して、第１テストビームから得る。実際には、この干渉計システムが本来周波数依存性の素子を複数含むという問題がある。例えば、従来の干渉計システムは、偏光感応ビームスプリッタとλ／４板を含み、そのλは使用する波長であり、それらによってこのレーザビームを測定ビームと基準ビームに分次いでこれらのビームを再び組合せても、実質的に何も放射線損失が起らないことを保証できる。測定ビームの両波長に適し且つテストビームの二つの波長に適するそのような素子を製造することは、不可能でないにしても、非常に困難である。多層反射構造物および干渉計システムの部品に設ける反射防止構造物に同じことが当て嵌まる。
本発明の目的は、容易に製造できる光学素子を使え且つ外乱測定装置が簡単な構造を有する、冒頭の段落に記載した種類の干渉計システムを提供することである。この干渉計システムは、この第２レーザビームの波長が第１レーザビームのそれの３倍のオーダであり、並びにこの第２検出手段が、この測定ミラーが反射した第２レーザビームの放射線、とこの第１測定ビームを使用することを特徴とする。
この発明は、与えられた波長を有するビームに対するλ／４板が３倍小さい波長を有するビームに対する３λ／４板として機能し、および３λ／４板の光学的効果はλ／４板のそれと同じであるという認識に基づく。同じことが偏光感応ビームスプリッタに当て嵌まる。この干渉計システムの素子は、最大波長に対して最適化するだけでよく；最小波長に対しては、それで素子が自動的に最適化される。この波長比で、偏光素子が、この干渉計システムの光学部品上の反射防止多層構造物同様、容易に製造できる。この新規な干渉計システムは、ヘリウムネオンレーザおよび関連するビームを含まないので、ＵＳ−Ａ５，４０４，２２２に記載されているより簡単である。
この新規な干渉計システムの第１実施例は、更に、この第２レーザビームがテストビームを構成し、およびこの測定ミラーが反射したこの第１ビームとこのテストビームの間の位相差が上記外乱を示すことを特徴とする。
この実施例は、２本のテストビームの１本を実際の位置測定にも使う点でＵＳ−Ａ５，４０４，２２２による干渉計システムと区別される。この実施例では、第１測定ビームとテストビームによって媒体の外乱を検出するために、２本のテストビームについてＵＳ−Ａ５，４０４，２２２に記載されているのと同じ手順に従うことが出来る。この実施例に関連するＵＳ−Ａ５，４０４，２２２の主題を参考までにここに援用する。
この新規な干渉計システムの好適実施例は、この第２レーザビームを、それぞれ、この第１測定ビームおよび第１基準ビームと同じ測定経路および基準経路を辿る、それぞれ、第２測定ビームおよび第２基準ビームに分けることを特徴とする。
このシステムでは、第１測定ビームおよび第１基準ビームおよび第１検出器による第１位置測定、並びに第２測定ビームおよび第２基準ビームおよび第２検出器による第２位置測定を行う。そこで、二つの検出器から来る位置測定信号間の差が、これらのビームの通り抜ける媒体の中に発生する外乱、特に乱流を示す。
測定ビームとテストビームを供給するためのレーザ源は、二つの波長の一つで放射線を供給する第１レーザ、および他の波長で放射線を供給する第２レーザから成ってもよい。これら二つの波長が互いに正確に整合したまゝであることを保証すべきである。
しかし、この新規な干渉計システムは、更に、このレーザ源が単一の連続レーザおよび波長変換器の組合せを含むことを特徴とするのが好ましい。
すると、このレーザが供給するビームは、自動的に所望の波長比を保持する。
この干渉計システムの好適実施例は、更に、この第２レーザビームが１０６４ｎｍの波長を有しおよび第１レーザビームが３５５ｎｍの波長を有することを特徴とする。
短い波長の放射線は、例えば、長い波長の放射線の周波数を３倍増することによって得られるかも知れない。第１レーザビームだけを位置測定に使用する実施例では、このビームに短い波長を選ぶことによって、干渉計システムの解像力を最大にすることが出来る。
長い波長用のλ／４板は、短い波長用の３λ／４板として容易に適する。偏光感応ビームスプリッタの光学干渉フィルタも、長波長と短波長の両方で、所望の干渉効果を示す。しかし、短波長用にこの干渉フィルタの帯域幅を増すためには、このフィルタが、この第２波長用四分の一λ素子として適する第１層パケット、およびこの第１波長用広帯域四分の一λ素子として適する第２層パケットを有することを特徴とする。
既に記したように、素子の外面は、干渉計システムの光学干渉フィルタの形をした反射防止構造物を備える。この発明に従って選択した長波長と短波長の間の比で、そのようなフィルタを二つの波長に最適化できる。そのようなフィルタの好適実施例は、高屈折率と低屈折率の交互する４層を含み、この第３層がこの第１層と同じ屈折率および第１層の厚さの半分に等しい厚さを有し、並びにこの第４層がこの第２層と同じ屈折率および第２層の厚さの半分に等しい厚さを有することを特徴とする。
この発明は、１本以上の測定軸を備え、それによって非常に正確な測定を行わねばならず、種々の環境パラメータ、特に媒体の乱流、がこの測定に影響するかも知れない、どんな干渉計システムにも使うことができる。３測定軸、即ち、Ｘ軸およびＹ軸に沿う変位を測定するためのＸ測定軸およびＹ測定軸、並びに他のＸ測定軸またはＹ測定軸と組合わせてＺ軸周りの回転を測定できる第２Ｘ測定軸またはＹ測定軸を備える干渉計システムが、基板の位置および変位を測定するためにリソグラフィー装置にかなり長い間使われている。特に、媒体に起り得る乱流は、非常に局部的で、全ての測定軸に同じではないかも知れないので、この発明を使用する３軸干渉計システムは、３倍異なる波長を有する２本のレーザビーム並びに別々の第１および第２検出手段を各測定軸に対して利用できることを特徴とするのが好ましい。
すると、各測定軸に対して別々に乱流およびその他の外乱を測定し、非常に正確な測定が出来る。
特別な干渉計システムがＥＰ−Ａ０４９８４９９に記載されている。この干渉計システムは、少なくとも５本の測定軸を有する。このシステムでは、基板またはその他の物体のＸ軸およびＹ軸に沿う変位並びにＺ軸周りの回転だけでなく、Ｘ軸周りの倒れφxおよびＹ軸周りの倒れφyも測定できることである。この干渉計システムを使うとき、基板の各フィールドをマスクパターンに関して、フィールド毎個々に整列を必要とすることなく、非常に正確に配置できる。従って、基板全体を照明するために必要な時間をかなり短縮できる。また、更に厳しい整列および位置決め要件が課される、新世代の更に洗練されたリソグラフィー装置に、５本の測定軸を備える干渉計システムはかなりの利点をもたらすかも知れない。もし、この発明をそのような干渉計システムに使用するならば、それは再び、３倍異なる波長を有する２本のレーザビーム並びに別々の第１および第２検出手段を各測定軸に対して利用できることを特徴とする。
この発明は、マスクパターンを基板上に繰返し結像するためのステッピングリソグラフィー投影装置にも関し、その装置は、投影ビームを供給するための照明ユニット、マスクホルダを備えるマスクテーブル、基板ホルダを備える基板テーブル、この投影ビームの経路に配置された投影系、並びにこの基板の位置および方向を測定するための光学測定システムを含む。この装置は、この測定システムが上に述べた干渉計システムであることを特徴とする。
この装置の中にこの干渉計システムを使うことによって、この装置の精度がかなり向上する。
この発明は、ステップアンドスキャンニング・リソグラフィー投影装置にも関し、その装置ではマスクパターンを走査によって各基板フィールド上に結像し、マスクの位置を測定するために測定システムが存在する。この装置は、この測定システムが上に述べた干渉計システムであることを特徴とする。
ステップアンドスキャンニング・リソグラフィー装置では、基板に関するマスクの変位を直接且つ光学的に測定する微分干渉計システムも、ＰＣＴ特許出願ＷＯ９７／３３２０５に記載されているように、基板とマスクに対する別々の干渉計システムの代りに使ってもよい。もし、この発明を微分干渉計システムに使うならば、それは、３倍異なる波長を有する２本のレーザビーム並びに別々の第１および第２検出手段を各測定軸に対して利用できることを特徴とする。
この発明のこれらおよびその他の側面は、以下に説明する実施例から明白であり、それらを参照すれば明らかになるだろう。
これらの図で：
図１は、基板上にマスクパターンを繰返し結像するためのフォトリソグラフィー投影装置の実施例を図式的に示し；
図２は、この装置に使うための３測定軸を備える干渉計システムを示し；
図３は、１軸干渉計システムの原理を示し；
図４は、この装置に使うための５測定軸を備える干渉計システムを示し；
図５は、高さ測定を干渉計システムを使って行う、リソグラフィー装置の実施例を示し；
図６は、ステップアンドスキャンニング・リソグラフィー装置用微分干渉計システムの回路図を示し；
図７は、屈折率変動を測定するための新規なシステムを含む干渉計システムの第１実施例を示し；
図８は、そのようなシステムの第２実施例を示し；
図９は、偏光分離干渉フィルタの実施例の透過率／波長曲線を示し；
図１０は、波長分離フィルタの実施例のそのような曲線を示し；および
図１１は、反射防止干渉フィルタの実施例の反射率／波長曲線を示す。
図１は、基板上にマスクパターンを繰返し結像するためのフォトリソグラフィー装置の実施例の光学素子を図式的に示す。この装置の主要部品は、投影レンズ系ＰＬを収容する投影コラムである。結像すべきマスクパターンＣを含むマスクＭＡ用のマスクホルダＭＨをこの系の上に配置する。このマスクホルダは、マスクテーブルＭＴ内にある。基板テーブルＷＴをこの投影レンズ系ＰＬの下に配置する。このテーブルは、基板Ｗ用基板ホルダＷＨを収容し、その基板は、感光層を備え、その上にこのマスクパターンを多数回、各回毎に異なるＩＣ領域Ｗｄに、結像する。この基板テーブルは、あるＩＣ領域にマスクパターンを結像してから、次のＩＣ領域をこのマスクパターンの下に配置できるように、ＸおよびＹ方向に可動である。
この装置は、更に、弗化クリプトンエキシマレーザまたは水銀灯などの放射線源ＬＡ、レンズ系ＬＳ、反射器ＲＥおよびコンデンサレンズＣＯを含む照明システムを有する。この照明システムが供給する投影ビームＰＢがマスクパターンＣを照明する。このパターンを投影レンズ系ＰＬによって基板ＷのＩＣ領域に結像する。この照明システムは、代りにＥＰ−Ａ０６５８８１０に記載されているような構成としてもよい。この投影レンズ系は、倍率が、例えば、Ｍ＝１／４、開口数ＮＡ＝０．６および直径２２ｍｍの回折限界像界を有する。
この装置は、更に、複数の測定システム、即ち、マスクＭＡをＸＹ平面で基板Ｗに関して整列するためのシステム、基板ホルダの、従って基板のＸおよびＹ位置並びに方向を測定するための干渉計システム、並びに投影レンズ系ＰＬの焦点面または結像面と基板Ｗ上の感光層の表面との間の偏差を測定するための焦点合せ誤差検出システムを含む。これらの測定システムは、電子信号処理および制御回路並びにドライバまたはアクチュエータを含むサーボシステムの一部であり、それによって基板の位置および方向並びに焦点合せをこれらの測定システムが供給する信号に関して補正できる。
この整列システムは、図１の右上隅に示すマスクＭＡの中の二つの整列マークＭ1およびＭ2を使う。これらのマークは、回折格子から成るのが好ましいが、その代りに、光学的にそれらの周囲と異なる、正方形またはストリップのような、その他のマークで作ってもよい。これらの整列マークは、２次元であるのが好ましく、即ち、それらは、二つの相互に垂直方向、図１でＸおよびＹ方向に拡がる。基板Ｗは、少なくとも二つの整列マークを有し、それらも２次元回折格子であるのが好ましく、それらの二つＰ1およびＰ2を図１に示す。マークＰ1およびＰ2は、パターンＣの像を作らねばならない基板Ｗの領域の外側にある。格子マークＰ1およびＰ2は、位相格子であるのが好ましく、格子Ｍ1およびＭ2マークは、振幅格子であるのが好ましい。
図１は、整列システムの特別の実施例、即ち、２本の整列ビームｂおよびｂ’を、それぞれ、基板整列マークＰ2をマスク整列マークＭ2上に、および基板整列マークＰ1をマスク整列マークＭ1上に整列するために使用する、複式整列システムを示す。ビームｂを反射素子３０、例えば、ミラーによってプリズム２６の反射面２７へ反射する。面２７は、このビームｂを基板整列マークＰ2へ反射し、それが放射線の一部をビームｂ1として関連するマスク整列マークＭ2へ送り、そこにマークＰ2の像を作る。反射素子１１、例えば、プリズムをマークＭ2の上に配置し、そのプリズムは、マークＭ2が通した放射線を放射線感応検出器１３の方へ向ける。第２整列ビームｂ’をミラー３１が投影レンズ系ＰＬの中の反射器２９へ反射する。反射器２９は、ビームｂ’をプリズム２６の第２反射面２８へ通し、その面がビームｂ’を基板整列マークＰ1へ向ける。このマークは、ビームｂ’の放射線の一部をｂ1’としてマスク整列マークＭ1へ反射し、そこにマークＰ1の像を作る。ビームｂ1のマークＭ1を通過する放射線は、反射器１１’が放射線感応検出器１３’の方へ向ける。この複式整列システムの作用は、米国特許第４，７７８，２７５号に記載されていて、このシステムの更なる詳細はそれを参照する。
図１による整列システムの実施例は、整列ビームがかなり長い波長、例えば、６３３ｎｍであるのに対して、投影ビームＰＢが短い波長、例えば、２４８ｎｍを有するように投影レンズ系ＰＬを設計した装置に特に適する。実際、このシステムは、投影コラムの中に特別なレンズ、または補正レンズ、２５を組込んでいる。このレンズは、基板整列マークをマスク整列マークの平面内に、この投影レンズ系が整列ビームの波長に最適化されていないという事実にも拘らず、正確な倍率で結像することを保証する。この補正レンズは、投影コラムの中に、一方で、基板整列マークによって生ずる、整列ビームの異なる回折次数のサブビームを、これらのサブビームが別々に影響できるように、補正レンズの平面で十分に分離し、および、他方で、この補正レンズが投影ビームおよびそれで作ったマスクパターンＣの像に与える影響が無視できるような高さに配置する。補正レンズ２５は、投影レンズ系のフーリエ平面に配置するのが好ましい。もし、補正レンズを、図１に示すように、整列ビームｂおよびｂ1の主光線が互いに交差する平面に配置すると、この補正レンズは、２本の整列ビームを補正するために使うことができる。補正レンズ２５の目的および作用についての更なる詳細は、米国特許第５，１００，２３７号を参照する。
楔またはその他の偏向素子、例えば、回折素子を整列ビームの経路内に整列マークに近接して配置するのが好ましい。そのような偏向素子（図１には示さず）で、検出器１３または１３’が捕えた、選択した整列ビーム部分内の不慮の位相差から生ずる整列誤差を防ぐかも知れず、その位相差は、もし、基板整列マークから来る整列ビーム部分の対称軸がこのマスク板と垂直でなく、それで擬似反射がこの板内で起るかも知れなければ、起るかも知れない。そのような偏向素子を備える整列システムは、米国特許第５，４８１，３６２号に記載されている。
基板全体をマスクに関して整列するために使用し、全体的整列と称する、図１に示す全体的整列マークＰ1およびＰ2に加えて、基板は更なる整列マーク、例えばＩＣ領域毎に一つのマークを備え、各ＩＣ領域のマスクパターンに関して関連する領域を整列してもよい。このマスクは、三つ以上の整列マークを有してもよく、そしてこれらの更なるマークを、例えば、Ｚ軸周りのマスクの回転を測定し、それによって補正するために使ってもよい。
この投影装置は、更に、投影レンズ系ＰＬの焦点面と基板Ｗ上の感光層の表面との間の偏差を測定するための焦点合せ誤差検出システムを含み、この偏差を、例えば、基板表面の高さを基板テーブルにあるＺアクチュエータで制御することによって、補正できるようにしてもよい。この焦点合せ誤差検出システムは、投影レンズ系に固定したホルダ（図示せず）に配置した、または投影レンズ系を設みた計測フレーム内に配置した、素子４０，４１，４２，４３，４４，４５および４６によって構成してもよい。素子４０は、放射線源、例えば焦点合せビームｂ3を出すダイオードレーザである。このビームを反射プリズム４２によって非常に小さい角度で基板上に向ける。この表面で反射したビームをプリズム４３によって再帰反射器４４の方へ向ける。この素子４４は、このビーム（ｂ’3）がプリズム４３、基板表面およびプリズム４２の反射を経てもう一度同じ経路を辿るようにビームそれ自体を反射する。このビームｂ’3は、部分反射素子４１および反射素子４５を経て放射線感応検出システム４６に達する。このシステムは、例えば、位置依存検出器または二つの別々の検出器を含む。このシステムのビームｂ’3が作る放射線スポットの位置は、投影レンズ系の焦点面が基板Ｗの表面と一致する程度に依存する。この焦点合せ誤差検出システムの広範囲の説明については、米国特許第４，３５６，３９２号に開示されている。
基板テーブルＷＴのＸおよびＹ位置を正確に測定するために、公知の投影装置は、多軸干渉計システムを含む。米国特許第４，２５１，１６０号は、２軸システムを記載し、米国特許第４，７３７，２８３号は、３軸システムを記載している。図１に、そのような干渉計システムを素子５０，５１，５２および５３によって図式的に表し、この図は一つの測定軸、Ｘ軸だけを示す。放射線源５０、例えばレーザが出すビームｂ4をビームスプリッタ５１によって測定ビームｂ4,mと基準ビームｂ4,rに分ける。測定ビームは、基板ホルダＷＨの反射側面５４に達し、この側面によって反射した測定ビームを、固定反射器５２、例えば、“コーナキューブ”反射器によって反射した基準ビームとビームスプリッタで組合せる。この組合せたビームの強度を検出器５３で測定でき、基板ホルダＷＨの、この場合Ｘ方向の、変位をこの検出器の出力信号から得ることができ、このホルダの瞬間位置も確立できる。
図１に図式的に示すように、簡単のために一つの信号Ｓ53で表す干渉計信号、並びに整列システムの信号Ｓ13およびＳ13'を信号処理ユニットＳＰＵ、例えばマイコンに加え、それが上記信号を処理し、基板テーブルＷＴを介して基板ホルダをＸＹ平面で動かすアクチュエータＡＣのための信号ＳACを制御する。
図１に示すＸ測定軸だけでなく、Ｙ測定軸もおよび事によると第３の測定軸も含む干渉計システムで、整列マークＰ1、Ｐ2およびＭ1、Ｍ2の位置、およびそれらの間の相互距離を、マスクの基板に関する初期、または全体的整列中に固定干渉計システムが形成する座標系に定めることができる。この干渉計システムは、基板テーブルを非常に正確に歩進できるようにするため、即ち、それを所定の距離および方向に動かすためにも使用する。そのような歩進は、マスクパターンを最初のＩＣ領域またはフィールドに１回以上のフラッシュで結像してから、次のＩＣフィールドをこのマスクパターンおよび投影レンズ系の下へ配置して、マスクパターンをこのフィールドにも結像できるようにするために行う。これらの歩進および結像作業は、全てのＩＣフィールドがマスクパターン像を備えるまで続ける。この様に作用するリソグラフィー装置をステッパと称する。
一方で、ＩＣフィールドの単位表面当りの電子部品の増加、および他方で、大きなＩＣフィールドに対する要求のために、益々厳しい要求が投影レンズ系の分解能および像界に課されている。これらの技術的に矛盾する要求を緩和するために、既にステップアンドスキャナを使うことが提案されている。そのような装置では、ステッパと同じ歩進運動を行うが、マスクパターンをＩＣフィールドに結像するとき、毎回マスクパターンの僅かな部分だけをＩＣフィールドの対応するサブフィールドに結像する。マスクパターンの相次ぐ部分をＩＣ領域の相次ぐサブフィールドに結像することによって、マスクパターン全体の像をＩＣフィールド上に得る。このために、マスクパターンをこのマスクパターンの位置で小さい、例えば矩形またはアーチ形の、照明スポットを形成する投影ビームで照明し、基板テーブルを投影レンズ系および投影ビームに関して与えられた方向、即ち走査方向に動かし、マスクテーブルを同じまたは反対方向動かし、同時に基板テーブルの速度をＭ掛けるマスクテーブルの速度にする。Ｍは、マスクパターンを結像する倍率である。このマスクと基板がどの瞬間にも正しい相互位置にあることを保証すべきで、それはマスクと基板の運動の非常に正確な同期によって実現でき、即ち、基板の速度Ｖsubが常にＭ掛けるマスクの速度ＶMAに等くする。
この条件Ｖsub＝Ｍ・ＶMAをチェックするため、ステップアンドスキャナは、基板干渉計システムだけでなく、マスクの運動および位置を正確に測定できるマスク干渉計システムも含むべきである。最後に述べたシステムの測定ミラーは、マスクホルダに固定するのが好ましい。このマスク干渉計システムを図１に、素子６０，６１，６２，６３および６４によって示し、それらは、基板干渉計システムの素子５０，５１，５２，５３および５４と同じ機能を有する。簡単のために図１に一つの信号Ｓ63によって表す、マスク干渉計システムの信号を信号処理ユニットＳＰＵに加え、そこでこれらの信号を基板干渉計システムの対応する信号と比較する。すると、このマスクと基板が相互に正しい位置にあるか、および／または同期して動いているかどうかが確認できる。
これらの条件が満足されているかどうかを確認するためには、基板用の干渉計システムとマスク用のそれの両方が３本の測定軸を有すれば十分である。しかし、基板干渉計システムは、５本の測定軸を有するのが好ましい。ＥＰ−Ａ０４９８４９９に記載されているように、Ｘ、ＹおよびφZ,Wだけでなく、φx,Wおよびφy,W、即ち、基板のＸ軸およびＹ軸周りの倒れも測定できる。５軸干渉計システムから成る干渉計ユニットの異なる実施例については、ＥＰ−Ａ０４９８４９９を参照する。マスクについてもＸ軸およびＹ軸周りの倒れを測定できるようにするためには、５軸マスク干渉計システムを使ってもよい。しかし、その代りに、３軸マスク干渉計システムを、Ｘ軸およびＹ軸周りのマスクの倒れを測定するための他のセンサ、例えば、容量式センサと組合せることも可能である。
基板またはマスクのＸ軸およびＹ軸に沿う運動および位置、並びに基板またはマスクのＺ軸周りの回転を測定できる、３測定軸を備える干渉計システムの実施例は、ＳＰＩＥ、第１０８８巻：光学式／レーザ  マイクロリソグラフィ、ｐｐ．２６８−２７２の論文“ウェーハ段階計測のための直線／角度変位干渉計”に記載されている。図２は、基板ホルダＷＨと共に、そのような干渉計システムの線図を示す。この複合干渉計システムは、レーザ７０、例えばヘリウムネオンレーザ、二つのビームスプリッタ７１および７２並びに三つの干渉計ユニット７３，７４および７５を含む。このレーザからのビームｂ5の一部をビームスプリッタ７１によってビームｂ6として、基板ホルダＷＨのミラーＲ1と協同する干渉計ユニット７３へ反射する。ビームスプリッタ７１が通したビームｂ7をビームスプリッタ７２によって、干渉計ユニット７４へ反射するビームｂ8と干渉計ユニット７５へ通過するビームｂ9に分ける。干渉計ユニット７４は、測定ミラーＲ1と協同し、一方、干渉計ユニット７５は、測定ミラーＲ2と協同する。
図３は、干渉計ユニット７３の原理を図解する。このユニットは、ビームスプリッタ８０、例えば、入来ビームｂ6を測定ビームｂ6,mと基準ビームｂ6,rに分ける半透明ミラーを含む。この測定ビームを基板ホルダミラーＲ1へ通し、それがこのビームをビームスプリッタ８０へ反射し、それが今度はビームｂ6,mの一部を検出器７６へ反射する。ビームスプリッタ８０が反射した基準ビームｂ6,rを固定配置した基準ミラー８１によってビームスプリッタ８０へ反射し、それがこのビームの一部を検出器７６へ通す。基板ホルダミラーをＸ方向に動かすとき、検出器７６に入射するビームｂ6,mとｂ6,rの間に建設的干渉と破壊的干渉が交互に起り、それで基板ホルダをλ／４の距離以上に変位するといつでもこの検出器の出力信号が最大値から最小値へ、およびその逆に、変化し、但しλはビームｂ６の波長である。検出器信号Ｓ７６の最大値と最小値の計測した数は、基板ホルダのＸ方向の変位の尺度である。λ／４より遙かに小さい、例えば、λ／１２８またはλ／５１２程度の微小のミラーＲ1の運動を、干渉計技術で知られる電子内挿法を使うことによって測定できる。
干渉計ユニット７４および７５は、干渉計ユニット７３と同じ構成を有し、同様に作用する。Ｙ方向のマスクホルダの運動は、干渉計ユニット７５および関連する検出器７８によって測定する。Ｘ方向の第２測定は、干渉計ユニット７４および関連する検出器７７で行う。このホルダのＺ軸周りの回転は、信号Ｓ76およびＳ77から計算する。この回転は：
0003774476.tif 000002
によって与えられ、但し、ｄはミラーＲ1に入射する測定ビームｂ6,mとｂ6,rの主光線がミラーＲ1に入射する点の間の距離である。
図３は、干渉計ユニットの原理だけを示すことに注意すべきである。実際には、偏光感応ビームスプリッタ８０並びに図３に要素８２および８３で示した、複数のλ／４板をビーム分割および組合せのために使う。すると、放射線損失が最小で、それは、もし異なる干渉計ユニットに一つのレーザ７０しか使わなければ、特に重要である。二つの相互に垂直な偏光成分で異なる周波数のビームを出す、ゼーマンレーザを放射線源として使うのが好ましい。すると、これらのビーム成分が測定ビームと基準ビームを構成し、それで測定が位相測定に基づく。更に、前記のＳＰＩＥ、第１０８８巻：光学式／レーザ  マイクロリソグラフィII、ｐｐ．２６８−２７２の論文に記載されているような再帰反射器を干渉計ユニットに組込んでもよく、それらの再帰反射器は、測定ビームを測定ミラーによる反射後、再びこの測定ミラーへ反射し、それで関連する干渉計で行った測定が関連する測定ミラーの倒れと無関係である。
３軸干渉計システムによって所望の精度で基板上のＸ、Ｙおよびφx測定ができるためには、次の二つの条件を満足すべきである：
１．干渉計ビームの主光線が基板の表面と一致する平面内に位置しなければならない。
２．Ｘ軸およびＹ軸に沿う変位並びにＺ軸周りの有り得る回転中、基板ホルダを他の自由度φx,Wおよびφy,Wで固定しなければならない。
ＥＰ−Ａ０４９８４９９に記載されているように、これらの条件は、実際には満足するのが殆ど不可能または容易でないが、５軸干渉計システムを使用すれば基板のより多くの運動が測定でき、それがＸおよびＹ運動をより正確に測定する可能性をもたらす。
図４は、５自由度：ＸW、ＹW、φx,W、φy,WおよびφZ,Wの測定をするためのそのようなシステムの原理を示し、そこでの基板ホルダは、二つのミラーＲ1およびＲ2から成る１体のミラーブロックを備える。このシステムは、例えば、ビームｂ20およびｂ30を供給する、二つの干渉計ユニット１００および１５０を含む。これらのビームは、ゼーマン型であってもなくてもよいが、レーザ５０、例えばヘリウムネオンレーザにより得られる。このレーザから来るビームｂ10は、最初のレンズ９０によって図式的に示すビーム拡張光学系を通り、次にビームスプリッタ９２によって二つのビームｂ20およびｂ30に分けられる。素子９１，９３および９４は、ビームを干渉計ユニット１００および１５０に正しい角度で入射するように偏向することを保証する反射器である。干渉計ユニット１００は、３本の測定ビームを測定軸ＭＡＸ，１、ＭＡＸ，２およびＭＡＸ，３に沿って測定ミラーＲ1の方へ出し且つこのミラーからのこれらのビームを受けるように実施してもよい。これらのビームで、軸ＭＡＸ，１およびＭＡＸ，２の一つによる信号が提供する、基板ホルダのＸ方向の変位、測定軸ＭＡＸ，３が提供する信号と測定軸ＭＡＸ，１およびＭＡＸ，２の一つの信号の差からの、Ｙ軸周りの倒れ、並びに測定軸ＭＡＸ，１およびＭＡＸ，２の信号の差からの、Ｚ軸周りの倒れ、並びに測定軸ＭＡＸ，１およびＭＡＸ，２の信号の差からの、Ｚ軸周りの回転を測定できる。第２干渉計ユニットは、２本の測定ビームをＭＡＸ，４およびＭＡＸ，５に沿って測定ミラーＲ2の方へ出し且つそれからのこれらのビームを受ける。これらのビームで、基板ホルダ、従って基板のＹ方向変位を測定軸ＭＡＸ，４およびＭＡＸ，５の一つの信号から測定でき、Ｘ軸周りの倒れφxをこれらの測定軸の信号の差から測定できる。測定軸ＭＡＸ，５およびＭＡＸ，３は、測定軸ＭＡＸ，４に関して変位し、測定軸ＭＡＸ，１およびＭＡＸ，２は、Ｚ方向に変位し、一方、測定軸ＭＡＸ，１は、測定軸ＭＡＸ，２に関してＹ方向に変位する。更に、測定軸ＭＡＸ，１、ＭＡＸ，２およびＭＡＸ，４はアッベの誤差が最小で、測定したＸおよびＹ変位が基板の実際の変位と最高に等しいように、出来るだけ基板ホルダの表面に近付けて配置する。
干渉計ユニット１００および１５０は、種々の方法で実施できる。詳細については、ＥＰ−Ａ０４８９４９９を参照し、それを参考までにここに援用する。
基板干渉計システムは、基板ホルダにしっかりと固定したＺ測定ミラーと協同する、少なくとも一つのＺ測定軸も有する。それによって、基板のＺ位置もこの干渉計システムで測定できる。このＺ測定は、上記の焦点合せ誤差検出システムまたは焦点合せおよび水平検出システムによるＺ測定を補う、またはそれに置き換わる役をするかも知れない。
この干渉計システムのＺ測定軸は、別の干渉計ユニットの測定軸でもよい。しかし、このＺ測定軸は、既に存在する干渉計ユニット、例えば図５に正面図で線図的に示すように干渉計ユニット１００、の特別な測定軸であるのが好ましい。この実施例では、基板ホルダＷＨの側面の一つ１５９が傾斜した反射部分１６０を備える。この部分がＺ測定ミラーＲ3を構成する。この側面の反射性直線部１６１は、図４の直線ミラーＲ1と同じ機能を有する。干渉計ユニット１００は、測定軸ＭＡＸ，２およびＭＡＸ，３だけでなく、基板ホルダの上面に出来るだけ近付いて位置する、Ｚ測定軸ＭＡＸ，７も含む。測定ミラーＲ3は、測定軸ＭＡＸ，７の測定ビームを更なる反射器である、Ｚ反射器１６４へ反射し、それは、この投影系のホルダＬＨにしっかりと固定され且つ計測フレームの一部を成してもよい板１６３上に配置されている。このＺ反射器は、測定ビームを測定ミラーこのユニットは、Ｚ測定ビーム用の別の検出器を収容し、その出力信号の他の信号と共に処理してＺ測定信号を作る。
図５で、Ｚ測定ミラー１６０（Ｒ3）を、ＸおよびＹ測定ビームが伝播するＸＹ平面に４５°の角度に配設する。原理上は、Ｚ測定ミラーがこのＸＹ平面に異なる角度で拡がってもよい。しかし、Ｚ測定ビームがＺ反射器１６４へおよびそれから同じ経路を辿るので、４５°の角度が好ましく、そうすればＺ測定ミラーの幅が最小でもよい。
Ｚ測定ビームが、基板ホルダの上面に近接する、従って基板に近接する位置で、Ｚ測定ミラーに当る、この干渉計システムの実施例では、基板の有り得る倒れが基板の測定したＺ位置に無視できる影響しか与えない。
Ｚ測定ビームに関連するのは、基準ミラーによる反射後に、Ｚ測定ミラー１６０およびＺ反射器１６３によって反射された測定ビームとＺ検出器で組合される基準ビームである。この基準ミラーは、干渉計ユニット１００内の固定ミラーでもよい。そこで、Ｚ検出器が提供する信号は、純粋なＺ位置情報を含まず、Ｚ位置情報がその信号の中のＸ位置情報と混ざっている。純粋なＺ位置情報を得るためには、Ｘ位置情報を検出器信号から除去しなければならず、従ってこの信号から引かねばならず；換言すれば、電子微分を使わねばならない。
別の固定Ｚ基準ミラーの代りに、図５に示すように、Ｘ測定ミラー１６１をＺ測定のための基準ミラーとして使うのが好ましい。すると、このミラーで反射した基準ビームｂZ,rは、Ｘ位置情報を含まず、Ｚ検出器でこの基準ビームをＺ測定ビームと組合せると、この検出器の出力が純粋なＺ位置信号であるという結果になる。この様に、光学的微分を実行し、それは、電子微分に比べて、電子回路の処理速度によって制限されないという利点を有する。この光学的微分、従ってＸまたはＹ測定ミラーをＺ測定用基準ミラーとして使うことは、これから説明する実施例にも使用できる。
Ｚ測定軸を備える干渉計システムの種々の実施例が先に提出したＥＰ特許出願、出願番号９７２０３７７１．７（ＰＨＱ９７．０１０）に記載されていて、その主題を参考までにここに援用する。
ステップアンドスキャンニング・リソグラフィー装置では、照明すべき基板フィールドをマスクパターンに関して正確に配置しなければならないだけでなく、マスクパターンを関連する基板フィールドに結像中、基板とマスクが同期して動いているかどうかを、投影系の倍率を考慮に入れてチェックすべきである。このチェックは、図１に素子６０，６１，６２および６３によって図式的に示すマスク干渉計によって実現できる。この干渉計システムは、マスクホルダＭＨの面に配設した測定ミラー６４と協同する。このマスク干渉計システムの信号Ｓ63は、マスクの走査方向、即ち、この実施例ではＸ方向の変位を示し、基板干渉計システムの信号Ｓ53と共に電子処理ユニット、例えば、プロセッサＳＰＵに加えられ、そこでこれらの信号を互いから引いて、テーブルのＸアクチュエータのための制御信号を作る。
各基板の照明時間を最少にするために望ましい高テーブル速度では、干渉計信号Ｓ53およびＳ63が高周波または高ビットレートを有する。これらの信号を比較するとき、電子回路がこれらの信号を処理出来る速度が制限要因かも知れない。それで、遅延時間、即ち、測定を行う瞬間と測定した結果が利用できるようになる瞬間の間に経過する時間が重要な役割を演じ始めるだろう。測定システムとテーブル用アクチュエータを含む閉サーボループシステムでは、電子信号処理の遅延時間差がマスクテーブルと基板テーブルの間の望まないオフセットに繋がるかも知れない。その上、そこで最大テーブル速度が制限される。
これらの問題は、マスクと基板の同期運動をチェックするとき、光学微分を行い、微分干渉計を使うことによって防ぐことができる。図６は、マスクパターンを４倍縮小したサイズで結像するリソグラフィー装置用の微分干渉計の原理を示す。
この図は、リソグラフィー装置のこの微分干渉計システムと協同する部品、即ち、測定ミラーＲＭを配置するマスクホルダＭＨ、および測定ミラーＲＷを配置する基板ホルダＷＨだけを示す。レーザ（図示せず）から来る測定ビームｂmおよび基準ビームｂrを、それぞれ、実線および破線で示す。これらのビームは、例えば、この測定が位相測定に基づくように、ゼーマンレーザが供給する放射線ビームの異なる周波数ので二つの互いに垂直に偏光した成分である。測定ビームおよび基準ビームの方向を矢印によって示す。
基板ホルダの位置で、図６の実施例は、偏光感応ビームスプリッタ１０１、λ／４板１０２並びに二つの再帰反射器１０３および１０４を含む。偏光感応ビームスプリッタ１０５、λ／４板１０８並びに二つの再帰反射器１０６および１０７もマスクの位置に配置されている。その上、固定反射器ＭＩがその位置に配置されている。ビームスプリッタ１０１および１０５は、レーザから来るビームの第１偏光方向を有する第１成分を通過させ、この第１偏光方向と垂直な第２偏光方向を有するこのビームの第２成分を反射する、またはその逆の偏光感応境界面１０９および１１０を有する。図示の実施例では、通過した成分が基準ビームｂrであり、反射した成分が測定ビームｂmである。偏光方向がビーム成分のそれと４５°の角度に伸びるλ／４板１０２および１０８は、もしビーム成分がそのような板を２度通れば、このビーム成分の偏光方向を９０°回転することを保証する。
境界面１０９を通過した測定ビームｂmは、λ／４板１０２を通過し、位置Ｐ１でミラーＲＷに当る。反射したビームがこの板１０２を２度目に通り、偏光方向を元の偏光方向に関して９０°回転し、次に、境界面１０９によって再帰反射器１０３へ通される。この反射器の傾斜側面での反射によって、この測定ビームは、再びビームスプリッタ１０１に入り、次にこのビームスプリッタを通過し、位置Ｐ２で２回目にミラーＲＷに当る。位置Ｐ２から来る測定ビームは、境界面１０９によって、マスクホルダ付近にあるビームスプリッタ１０５の境界面１１０へ反射される。境界面１１０は、この測定ビームを、λ／４板１０８を経てマスクホルダミラーＲＷ上の位置Ｐ３へ反射する。このミラーによって反射された測定ビームは、λ／４板１０８を２度目に通り、そこでその偏光方向を再び９０°回転され、次に境界面１１０によって再帰反射器１０６へ通される。この反射器の傾斜側面での反射によって、境界面１１０およびλ／４板１０８を通り、測定ビームは、位置Ｐ４で固定ミラーＭＩに達する。このミラーによる反射後、測定ビームは、再びλ／４板１０８を通り抜け、それで再び偏光方向が９０°回転され、境界面１１０によって境界面１０９へ反射される。続いて、測定ビームは、再び基板ミラーＲＷへ反射され、位置Ｐ５およびＰ６に連続して当り、位置Ｐ１およびＰ２について説明したのと類似の方法で反射される。測定ビームが位置Ｐ６で反射されてから、それは境界面１０９によって検出器（図示せず）の方へ反射される。
境界面１０９を通過した基準ビームｂr’も全システムを通り抜けるが、ミラーＲＷ、ＲＭおよびＭＩのどれにも達しない。このビームは、再帰反射器の傾斜側面１０４および１０７によって反射されるだけで、ビームスプリッタ１０１および１０５の境界面１０９および１１０を常に通過する。このシステムから来る相互に垂直に偏光したビームｂ’mおよびｂ’rは、検出器（図示せず）へ行く途中検光子を通過する。この検光子は、その偏光方向がこれらのビームの偏光方向に対して４５°の角度で伸び、これら２本のビームに相当する偏光方向を有する成分を通し、それらの二つの成分を互いに干渉させる。これらのビーム成分間の位相差は、ミラーＲＭおよびＲＷの相互位置、従ってこれらのミラー、従ってマスクと基板が、マスクパターンと基板の間にある投影系（図示せず）によってこのマスクパターンを基板上に結像する倍率Ｍを考慮に入れて、同期して動く程度に依存する。図６に示す実施例では、測定ビームを基板ミラーによって４回、マスクミラーによって１回反射し、この倍率Ｍは１／４である。
ステップアンドスキャナ用微分干渉計システムの更なる詳細については、種々の実施例が記載されているＰＣＴ特許出願ＷＯ９７／３３２０５を参照する。
上に述べた干渉計システムの全てに於いて、このシステムの所望の精度、または解像力で、干渉計ビームが通り抜ける媒体の屈折率の変動が測定値に影響するかも知れないという問題が生ずる。これらの変動は、温度、気圧および湿気のような環境パラメータの変動によって生ずる。媒体の乱流もこの屈折率の変動を生ずる。もし、これらの変動が比較的ゆっくり進行し且つ全てのビームの媒体に対して同じであれば、これらの変動は、温度計、気圧計および湿度計のような適当な測定器具で測定でき、干渉計信号をこれらの得た測定信号で補正できる。これは、比較的厄介で不正確な方法である。これらの変動を、５軸干渉計システムについてＥＰ−Ａ０４９８４９９で提案されているような干渉計システムの特別な測定軸によって測定するのがより有利である。特別の測定ミラーと協同する測定ビームがこの特別の測定軸に沿って伸びる。図４に、この特別のミラーを参照番号１７０で示し、特別の測定ビームをｂ50,mで示す。この測定ビームは、測定軸が最少の干渉計ユニット、即ち、説明した実施例のユニット１５０によって供給し、このユニットから来るビームを反射器１７１によって測定ミラー１７０へ反射するのが好ましい。そこでこの干渉計ユニットに、ミラー１７０が反射した測定ビームｂ50,mおよび関連する基準ビームを受けおよびそれらのビームを電気信号に変換するために特別な検出器を配置する。
この特別な測定ビームは、一定の幾何学的長さを有する経路を辿る。しかし、この幾何学的長さと横断する媒体の屈折率の積である、光路長は、屈折率の変動に影響される。それでこの変動も、測定ビームｂ50,mと関連する基準ビームの間の光路長差に影響する。この光路長差の変動を上記特別な検出器によって測定し、その出力信号を、屈折率変動に対して他の測定軸を介して得た情報を補正するために使うことができる。
しかし、媒体の乱流から生ずる屈折率変動は、これらの乱流が媒体全体に同じでなく且つ非常に局部的に起るので、この方法では十分且つ正確に測定することが出来ない。測定軸に関連し、固定長を有する基準経路については、干渉計のこの基準経路が占める部分を真空空間に置くことによって、この乱流の問題を避けることが出来る。関連する測定軸の測定経路は、長さが変るので、真空区間をその経過に使うことは可能でない。
本発明によれば、これらの乱流を３倍異なる波長を有する２本の測定ビームを使うことによって、測定経路に沿って測定することができる。図７は、この新規な乱流測定システムの原理および実施例を示し、勿論このシステムは、屈折率の変動の原因となる媒体の他の変化も測定することが出来る。このシステムの重要要素は、第１波長λ1で第１ビーム成分１２１を、および第２波長λ2で第２ビーム成分１２２を供給し、λ2＝３λ1である、レーザ源１２０である。このレーザ源は、単一レーザだけを含み、その放射線の一部を非線形光学素子によって公知の方法で元の波長の１／３の波長を有する放射線に変換するのが好ましい。このレーザ源は、例えば、３倍の周波数増加が起るＹＡＧレーザによって構成してもよく、そうすればそのレーザが１０６４ｎｍと３５５ｎｍの波長を供給する。このシステムは、更に、境界面１２８のある偏光感応ビームスプリッタ１２７、基準ミラー１２９、２枚のλ／４板１３０および１３１並びに再帰反射器１３５のような、干渉計システムに知られる素子を含む。
最小の波長のレーザビーム１２１を境界面１２８によって測定ビーム１２３と基準ビーム１２４に分ける。測定ビーム１２３を境界面１２８が通し、位置１４５で測定ミラーに達する。このミラーは、例えば、基板ホルダＷＨに配置した測定ミラーＲ1である。このミラーは、ビーム１２３を境界面１２８へ反射する。この境界面に達すると、ビーム１２３がλ／４板１３０を２度通過するので、その偏光方向が９０°回転され、この測定ビームが今度は境界面によって再帰反射器１３５へ反射される。この反射器の傾斜側面による反射によって、ビーム１２３が再び境界面１２８へ送られる。この境界面は、ビーム１２３を再び測定ミラーＲ1へ反射する。このミラーによる位置１４６での反射後、ビーム１２３’が再び境界面１２８に達する。この測定ビームがその測定ミラーへおよびそれからの２回目の経路で再びλ／４板を２度通過するので、その偏光方向が再び９０°回転され、それでビーム１２３’は、この境界面を通過する。次にこのビームを波長感応ビームスプリッタ、または光学高域フィルタ、１３８によって第１検出器１４０へ反射する。
測定ビーム１２３に関連する基準ビーム１２４は、境界面１２８が基準ミラー１２９へ反射する。このミラーは、このビームを境界面１２８へ反射する。この境界面に達すると、このビームの偏光方向は、それがその間にλ／４板１３１を２度通過しているので、９０°回転される。次に、ビーム１２４は、この境界面によって再帰反射器１３５へ通され、その反射器は、ビーム１２４をその側面の反射で境界面１２８へ送り返す。この境界面は、ビームを基準ミラー１２９へ通し、そのミラーが基準ビームをビーム１２４’として境界面へ反射する。次に、基準ビームは、再びλ／４板１３１を２度通り抜け、その偏光方向が再び９０°回転される。その結果、基準ビーム１２４’が境界面によって反射され、測定ビーム１２３’と共にビームスプリッタ１３８によって検出器１４０へ送られる。この検出器の出力信号は、測定ミラーＲ1の位置または変位についての情報を含む。
最大波長を有する第２レーザビーム１２２も境界面１２８によって測定ビーム１２５と基準ビーム１２６に分け、それらのビームは、測定ビーム１２３および基準ビーム１２４と同様にこのシステムを通り抜ける。このシステムを通過後、測定ビーム１２５’および基準ビーム１２６’を波長感応ビームスプリッタ１３８が反射器１３９へ通し、その反射器がこれらのビームを第２検出器１４１へ反射する。この検出器の出力信号も、測定ミラーＲ1の位置または変位についての情報を含む。
検出器１４０および１４１の出力信号を比較回路２００の入力に加える。測定ビーム１２３と１２５が、基準ビーム１２４および１２６と同様に、同じ経路を辿るので、検出器１４０および１４１の出力信号は、互いに同じであるべきである。もし、そうでない場合は、屈折率変動が媒体に起っている。もし、これが急速な変動であれば、それは媒体の中の乱流の結果である。媒体の拡散および２本の測定ビームが広く発散する波長を有するという事実のために、屈折率変動は、２本の測定ビームに異なる影響を有する。それで、検出器１４０の信号は、関連する測定ビーム１２３に対して、検出器１４１が示す関連測定ビーム１２５に対する横断光路長と異なる横断光路長を示す。回路２００で、そのような光路長差が起るかどうかを確認できる。この光路長差についての情報を含む、この回路の出力信号２０１を信号処理回路の更なる構成部分２０５に加える。この構成部分のメモリに、どの屈折率変動が与えられた光路長差に関係するかを示すテーブルを記憶する。この様に構成部分２０５の出力２０６で決る屈折率変動を、図７に示す測定軸の実際の測定信号を補正するために使うことができる。
測定ビーム１２３および１２５並びに基準ビーム１２４および１２６を、それぞれ、測定ミラーおよび基準ミラーへ２度送る、図７の実施例に加えて、この発明は、測定ビームおよび基準ビームをそれらそれぞれのミラーへ１度しか送らない実施例にも使うことができる。そのような実施例は、図７のと、再帰反射器１３５を除去し、その位置にビームスプリッタ１３８を置く点で異なる。そこで検出器１４０および１４１をこのビームスプリッタによって分けられるビームの経路に置く。測定ビームを測定ミラーに２回送る利点は、測定ミラーに望まない倒れがあっても、このシステムから出る測定ビームの方向が関連する基準ビームのそれと正確に等しく、それで各測定ビームが、関連する検出器の位置で、関連する基準ビームと正確に一致することである。
図８は、レーザビーム１２１だけを実際の距離測定のために使い、一方、レーザビーム１２２を測定ビーム１２３と共に屈折率変動を測定するために使う。この図で、図７と同じ構成素子は同じ参照番号で示す。図８の実施例は、図７のと、検出部分、即ち、素子１３８および１３９の後の部分が異なる構成を有する点で異なる。測定ミラーＲ1によって２度反射された測定ビーム１２３’および関連する基準ビーム１２４’は、図７と同じ方法でそれらの検出器１４０に達し、その検出器は、再び測定ミラーの位置または変位を示す信号を供給する。測定ミラーによって２度反射された測定ビーム１２５’の経路は、反射器１２９の後に、偏光方向が測定ビーム１２５’のそれと一致する偏光検光子２１０を組込む。この測定ビームに関連する基準ビーム１２６’は、それによって阻止され、測定ビーム１２５’だけが検出器１４１へ通される。この測定ビームの経路は、このビームが測定ビーム１２３’と同じ波長を獲得するように、このビームの波長を３倍縮小する周波数変換素子２１４を組込む。ビーム１２３’の経路は、波長選択ビームスプリッタ１３８の後に、このビームの放射線の一部を波長選択ビームスプリッタ２１２へ反射する、中性ビームスプリッタ２１６を組込む。偏光方向が測定ビーム１２３’のそれと一致する偏光検光子２１７を反射器２１６と２１２の間に配置し、この測定ビームからの放射線だけをビームスプリッタ２１２へ通し、基準ビーム２１４’からの放射線を通さないようにする。このビームスプリッタは、測定ビーム１２５’を通し、測定ビーム１２３’の分割放射線を反射し、それによってこれらのビームが一緒に検出器１４１に入射することを保証する。そこでこれらのビームの間の経路差は、測定ビームが通り抜けた媒体の中のもしかしたら起る屈折率変動についての情報を含む。検出器１４１からの信号は、２本の別のテストビームについてＵＳ−Ａ５，４０４，２２２に記載しているのと類似の方法で更に処理してもよい。
図８の実施例の検出部分も異なる構成を有してもよい。唯一の要件は、検出器１４１に達する２本の測定ビームが同じ波長および偏光方向を有することである。
一つのレーザしか含まないレーザ源の代りに、図７および図８の実施例、またはそれらの修正形は、二つのレーザを有し、これらのレーザの一つの波長が他のレーザのそれの３倍程長いレーザ源を含んでもよい。そこで、波長差を正確に維持することを保証すべきである。
この波長差の選択は、屈折率変動を波長が２倍しか違わない場合より更に正確に測定できるという利点をもたらすだけでなく、このシステムに存在し且つ二つの波長に適さねばならない光学干渉フィルタを比較的容易な方法で製造できるという実際的に重要な利点ももたらす。
この種の第１フィルタは、偏光感応ビームスプリッタ１２７の境界面１２８である。このフィルタは、高屈折率と低屈折率を交互に有し、３５５ｎｍの波長に対する最適λ／４構造を構成する第１層パケット、およびやはり高屈折率と低屈折率を交互に有し、この波長に対する最適３λ／４構造、従って１０６４ｎｍの波長に対する最適λ／４構造を構成する第２層パケットから成ってもよい。高屈折率を有する層は、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）から成ってもよく、低屈折率を有する層は、二酸化珪素（ＳｉＯ2）から成ってもよい。
表１は、３５５ｎｍの基準波長に対する偏光分離フィルタの組成を示す。この表の参照文字ＱＷＯＴは、四分の一波長光学的厚さ、即ちｎ・ｄ／λを示し、但し、ｎはこの層の材料の屈折率、およびｄはこの層の幾何学的厚さである。
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図９は、表１の偏光フィルタの作用を、Ｐ偏光放射線（先の図の測定ビーム１２３および１２５）に対する、並びにＳ偏光放射線（基準ビーム１２４および１２６）に対する、透過率（Ｔ）対波長（λ）曲線の形で示す。この図から、Ｓ偏光用フィルタが３５５ｎｍおよび１０６４ｎｍの選択した波長に対して所望の高反射率（低透過率）を有することが明白である。
波長選択ビームスプリッタ、図７および図８の１３８並びに図８の２１２も比較的容易且つ所望の精度で実現できる。表２は、この波長選択フィルタの実施例の組成を示す。
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図１０は、表２の波長選択フィルタの作用を透過率／波長曲線の形で示す。このフィルタは、実際１０６４ｎｍの波長に対して所望の高透過率を、および３５５ｎｍの波長に対して所望の高反射率を有する。
光学素子の外面上に反射防止被膜として設けなければならない、干渉フィルタも所望の品質で容易に製造できる。表３は、反射防止フィルタの実施例の組成を示す。
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図１１は、表３の反射防止フィルタの作用を反射率（Ｒ）対波長曲線の形で示す。この反射率は、実際３５５ｎｍおよび１０６４ｎｍの波長に対してほぼゼロである。
屈折率変動を検出するための新規なシステムを含む干渉計システムを上に、ＩＣ構造物製造用フォトリソグラフィー縮小装置でのその使用方法を参照して、説明した。しかし、この発明は、集積平面光学構造物、磁区メモリの案内および検出パターン、磁気ヘッド、または液晶ディスプレーパネルの構造物のような、その他の構造物を製造するために使用するフォトリソグラフィー装置にも適用可能である。この新規な検出システムを含む干渉計システムは、縮小のあるなしに拘らず、マスクパターンを結像するために、イオン放射、電子放射またはＸ線放射のような光放射以外の放射線を使うリソグラフィー装置にも適用可能である。像は、投影像でも近接像でもよい。この発明は、リソグラフィー以外の分野および一般的に屈折率変動が起るかも知れない媒体を通して非常に正確な測定を行わなければならない場合にも使うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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