(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影放射線ビームを供給する放射系と、
所望のパターンに従って投影ビームをパターン形成する働きをするパターン形成手段を支持する支持構造と、
基板を保持する基板テーブルと、
パターン形成されたビームを基板のターゲット部分に投影する投影系と
を含むリソグラフィ投影装置であって、
前記投影系および放射系の少なくとも一方が、少なくとも１自由度で移動可能な反応質量にアクチュエータによって接続された少なくとも１つの光学エレメントを含み、該アクチュエータによって反応質量と光学エレメントの間に加えられる力を使用して、１自由度または多自由度で光学エレメントの位置を制御することを特徴とするリソグラフィ投影装置。
【請求項２】
反応質量を該装置のフレームに接続する弾性部材をさらに含む、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項３】
前記フレームが投影系のフレームである、請求項２に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項４】
前記フレームが、前記装置のベース・フレームの一部である、請求項２に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項５】
光学エレメントの位置を決定するための感知手段をさらに含むリソグラフィ投影装置であって、光学エレメントが必要な位置になるよう調節されるように前記アクチュエータが前記感知手段に応答することができる、請求項１、請求項２、請求項３、または請求項４に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項６】
前記光学エレメントが、反応質量にそれぞれ接続された複数のアクチュエータに接続された、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項７】
前記光学エレメントが、異なる方向に力を加える複数のアクチュエータに接続され、該複数のアクチュエータが、対応する方向に移動可能な単一の反応質量に接続された、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項８】
該装置が１つまたは複数のアクチュエータをそれぞれ備えた複数の光学エレメントを含み、複数の光学エレメントのアクチュエータが単一の反応質量に接続された、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項９】
前記光学エレメントが能動制御光学表面を有し、前記能動光学表面が、局所的な反射ミラー欠陥を補正することができる複数のセンサおよびアクチュエータで構成された複数の局所位置制御ループを有する、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項１０】
反応質量が、光学エレメントのみに機械的に接続された、請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項１１】
光学エレメントの運動を検出するための感知手段をさらに含むリソグラフィ投影装置であって、前記アクチュエータが、光学エレメントの運動が低減されるように光学エレメントの位置を調節するよう前記感知手段に応答可能である、請求項１０に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項１２】
投影系が、
第２のアクチュエータによって前記光学エレメントに接続された第２の反応質量をさらに含み、
第２のアクチュエータによって第２の反応質量と光学エレメントの間に加えられる力の反力を利用して光学エレメントの位置が調節され、
第２の反応質量が、光学エレメントのみに機械的に接続された、請求項２から請求項９までのいずれか一項に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項１３】
光学エレメントの運動を検出する第２の感知手段をさらに含むリソグラフィ投影装置であって、前記アクチュエータが、光学エレメントの運動が低減されるように光学エレメントの位置を調節するよう前記感知手段に応答可能である、請求項１２に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項１４】
前記アクチュエータがローレンツ力モータである、請求項１から請求項１３までのいずれか一項に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項１５】
該アクチュエータがピエゾ・アクチュエータである、請求項１から請求項１３までのいずれか一項に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項１６】
放射線感応材料の層で少なくとも部分的に被覆された基板を提供するステップと、
放射系を用いて投影放射線ビームを供給するステップと、
パターン形成手段を使用して、投影ビームの断面にパターンを与えるステップと、
投影系を用いて、放射線感応材料の層のターゲット部分にパターン形成した放射線ビームを投影するステップとを含むデバイス製造方法であって、
アクチュエータが、少なくとも１自由度で移動可能な反応質量と、投影系および放射系の少なくとも一方の光学エレメントとの間に接続され、
アクチュエータによって反応質量と光学エレメントの間に加えられた力を利用して、光学エレメントの位置を制御することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィ投影装置であって、
投影放射線ビームを供給する放射系と、
投影ビームを所望のパターンに従ってパターン形成する働きをするパターン形成手段を指示する支持構造と、
基板を保持する基板テーブルと、
パターン形成されたビームを基板のターゲット部分に投影する投影系と
を含むリソグラフィ投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本明細書で使用する「パターン形成手段」という用語は、入射する放射線ビームに、基板のターゲット部分に形成しようとするパターンに対応するパターン形成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ものとする。「光弁」という用語も同様の意味合いで使用することができる。一般に、前記パターンは、集積回路またはその他のデバイスなど（以下参照）、ターゲット部分に形成しているデバイスの特定の機能層に対応することになる。このようなパターン形成手段の例としては、以下のようなものがある。
マスク。マスクの概念は、リソグラフィ分野では周知であり、バイナリ・タイプ、交番移相タイプ、減衰移相タイプなどのマスク・タイプ、ならびに様々なハイブリッド・マスク・タイプなどがある。このようなマスクを放射線ビーム中に配置すると、マスクのパターンに応じて、マスクに入射する放射線の選択的透過（透過性マスクの場合）または選択的反射（反射性マスクの場合）が起こる。マスクの場合には、支持構造は一般にマスク・テーブルとなり、マスク・テーブルは、入射放射線ビーム中の所望の位置にマスクを確実に保持することができるようにし、望ましい場合にはビームに対して相対的に移動させることができる。
プログラム可能ミラー・アレイ。このようなデバイスの一例は、粘弾性制御層および反射表面を有するマトリックス・アドレス指定可能表面である。この装置の基本原理は、（例えば）反射表面のアドレス指定された領域が入射光を回折光として反射し、アドレス指定されない領域が入射光を非回折光として反射するというものである。適当なフィルタを使用すると、前記アドレス指定されない領域を反射ビームから取り除き、その後に回折光だけを残すことができる。こうして、マトリックス・アドレス指定可能表面のアドレッシング・パターンに従って、ビームがパターン形成される。プログラム可能ミラー・アレイの代替実施形態では、適当な局在電界を印加する、または圧電作動手段を利用することによってそれぞれ個別に軸の周りで傾斜させることができる小型ミラーのマトリックス配列を利用する。この場合もやはり、ミラーはマトリックス・アドレス指定可能であり、アドレス指定されたミラーは、アドレス指定されないミラーとは異なる方向に入射放射線ビームを反射するようになっている。こうして、マトリックス・アドレス指定可能ミラーのアドレッシング・パターンに従って、反射ビームがパターン形成される。必要なマトリックス・アドレッシングは、適当な電子手段を用いて行うことができる。上述のいずれの状況でも、パターン形成手段は、１つまたは複数のプログラム可能ミラー・アレイを含むことができる。本明細書で述べるミラー・アレイに関するさらに詳細な情報は、例えば、参照により本明細書に組み込む米国特許第５２９６８９１号および第５５２３１９３号、ならびにＰＣＴ特許出願第ＷＯ９８／３８５９７号および第ＷＯ９８／３３０９６号から得ることができる。プログラム可能ミラー・アレイの場合には、前記支持構造は、例えば、必要に応じて固定式にも可動式にもすることができるフレームまたはテーブルとして実施することができる。
プログラム可能ＬＣＤアレイ。この構造の一例は、参照により本明細書に組み込む米国特許第５２２９８７２号に与えられている。上記と同様に、この場合の支持構造は、例えば、必要に応じて固定式にも可動式にもすることができるフレームまたはテーブルとして実施することができる。
分かりやすくするために、本文書の残りの部分では、いくつかの箇所で、マスクおよびマスク・テーブルを含む例について詳細に述べるが、そうした場合に論じる一般的な原理は、上述のような広範なパターン形成手段の状況で理解されるものとする。
【０００３】
リソグラフィ投影装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造で使用することができる。このような場合には、パターン形成手段でＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成することができ、このパターンを、放射線感応材料（レジスト）で被覆された基板（シリコン・ウェハ）のターゲット部分（例えば１つまたは複数のダイを含む）上に結像させることができる。一般に、単一のウェハは、一度に１つずつ投影系を介して連続的に照射される隣接するターゲット部分の全ネットワークを含むことになる。現行の装置では、マスク・テーブル上のマスクによるパターン形成を利用して、２つの異なるタイプの機械を区別することができる。１つのタイプのリソグラフィ投影装置では、各ターゲット部分は、ターゲット部分を１回でマスク・パターン全体で露光することによって照射される。このような装置は一般に、ウェハ・ステッパと呼ばれる。一般にステップ・スキャン装置と呼ばれる代替装置では、各ターゲット部分は、投影ビームの下でマスク・パターンを所与の基準方向（「走査」方向）に漸進的に走査し、これと同期して、基板テーブルをこの方向に対して平行または逆平行に走査することによって、照射される。一般に、投影系は倍率Ｍ（一般に＜１）を有するので、基板テーブルを走査する速度Ｖは、マスク・テーブルを走査する速度の倍率Ｍ倍となる。本明細書に記載するリソグラフィ・デバイスに関するさらなる情報は、例えば参照により本明細書に組み込む米国特許６０４６７９２号から得ることができる。
【０００４】
リソグラフィ投影装置を用いた製造プロセスでは、パターン（例えばマスク中のパターン）を、放射線感応材料（レジスト）の層で少なくとも部分的に被覆した基板上で結像させる。この結像ステップの前に、プライミングやレジスト被覆、ソフト・ベークなど様々な手続きを基板にほどこすことができる。露光後に、露光後ベーク（ＰＥＢ）や現像、ハード・ベーク、像の特徴の測定／検査など、その他の手続きを基板に対して行うことができる。この手続きの配列は、ＩＣなどのデバイスの個々の層にパターン形成を行う基礎として使用される。このようにしてパターン形成された層は、その後、エッチングやイオン注入（ドーピング）、金属化、酸化、化学機械研磨など、個々の層の仕上げを目的とした様々な処理を受けることができる。いくつかの層が必要である場合には、手続き全体、またはその変形手続きを、層が新しくなるごとに繰り返す必要がある。最終的に、デバイスのアレイが基板（ウェハ）上に載ることになる。その後、これらのデバイスをダイシングやソーイングなどの技法で互いに分離して、これら個々のデバイスを、キャリアに取り付けたり、ピンに接続したりすることができる。このようなプロセスに関するさらなる情報は、例えば、参照によって本明細書に組み込む、Ｐｅｔｅｒ  ｖａｎ  Ｚａｎｔ著「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ、ＭａｃＧｒａｗＨｉｌｌ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏ．、１９９７年、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４から得ることができる。
【０００５】
リソグラフィ装置は、２つ以上の基板テーブル（および／または２つ以上のマスク・テーブル）を有するタイプにすることができる。このような「複数ステージ」デバイスでは、追加のテーブルを同時に使用することができる、または１つまたは複数のテーブルについては予備ステップを実行しながら、その他の１つまたは複数のテーブルは露光用に使用することができる。２ステージリソグラフィ装置は、例えば、参照により本明細書に組み込む米国特許第５９６９４４１号およびＷＯ９８／４０７９１号に記載されている。
【０００６】
分かりやすくするために、以下では投影系を「レンズ」と呼ぶ。ただし、この用語は、例えば屈折光学部品、反射光学部品、反射屈折系を含む様々なタイプの投影系を含むものとして広範に解釈されるものとする。放射系も、投影放射線ビームを方向付ける、整形する、または制御するなど任意の設計に従って動作するエレメントを含むことができる。このようなエレメントも、以下では集合的に、または１つにまとめて「レンズ」または「投影系エレメント」と呼ぶ。上述のようなリソグラフィ装置の投影系は、非常に高い精度で、かつ例えば光学収差や変位誤差などの誤差が投射像に含まれないようにして、パターン形成されたビームを基板のターゲット部分に投射しなければならない。投影系内の屈折性エレメントおよび／または反射性エレメントは、各光学エレメントごとに１自由度または多自由度（６まで）で正確に位置決めする必要があることがある（自由度は、例えば３つの直交軸に沿った線形変位およびこの３つの軸の周りの回転変位を含むことができる）。反射光学部品を含む投影系は、例えば、参照により本明細書に組み込むＷｉｌｌｉａｍｓｏｎの米国特許第５８１５３１０号および米国特許第５９５６１９２号に開示されている。
【０００７】
このような投影系エレメントの位置決めの精度は、投影系および投影系フレーム内の振動およびその他の位置的ノイズの影響を受けることがある。位置的ノイズは、例えば、投影系の外部の影響（音響的ノイズ、残留床振動、ベース・フレームと投影光学系の間の防振または懸垂システムを介して伝達される走査反力など）、および投影系エレメントの位置を調節するために使用するアクチュエータの反力などの内部の影響によって発生する可能性がある。光学エレメントは、投影系の共通フレームに直接取り付けることも、共通フレームに取り付けられたサブフレームに取り付けることもできる。さらに、上記で考慮したことは、放射系およびその中に取り付けられた光学エレメントにも当てはめることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、投影系または放射系内での任意の擾乱力および／または変位がその投影系または放射系内に取り付けられたエレメントに及ぼす影響を低減する手段を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記その他の目的は、本発明によれば、本明細書の冒頭の段落に記述したリソグラフィ装置であって、前記投影系および放射系の少なくとも一方が、少なくとも１自由度で移動可能な反応質量（ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｍａｓｓ）にアクチュエータによって接続された少なくとも１つの光学エレメントを含み、該アクチュエータによって反応質量と光学エレメントの間に加えられる力を使用して、１自由度または多自由度で光学エレメントの位置を制御することを特徴とするリソグラフィ装置で達成される。
【００１０】
本発明は、これにより、光学（投影または放射）系中の（透過性および反射性）光学エレメントのナノメートル以下の位置制御を可能にする手段を提供することができる。これは、光学系のフレームに対する光学エレメントの相対位置を１自由度または多自由度（６まで）で位置制御することによって行われる。この投影系または放射系内の光学エレメントの位置精度の大幅な改善に対応して、結像の質が改善される。
【００１１】
本発明のこの態様の好ましい実施形態では、投影系のフレームなど、装置のフレームに反応質量をコンプライアントに取り付けることができ、アクチュエータによって反応質量と光学エレメントの間に加えられる力に対する反力を使用して、光学エレメントを必要な位置に移動させる。これにより、光学エレメントの位置を調節したときにアクチュエータが引き起こす振動が、装置のその他の部分に伝達され、そこからその他の光学エレメントに伝達されることが防止される。さらに、投影系または放射系内の振動、例えば投影系または放射系の外部の源が引き起こす振動などが、光学エレメントに伝達されることも防止される。
【００１２】
本発明のこの態様の別の好ましい実施形態では、反応質量は光学エレメントのみに接続され、加速度計を使用して光学エレメントの運動を検出する。加速度計からのデータを用いて、アクチュエータによって反応質量と光学エレメントの間に加えられる力に対する反力を使用して、光学エレメントの運動を低減させる。これは、光学エレメントの任意の残留振動を低減させることができるので有利である。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、
放射線感応材料の層で少なくとも部分的に被覆された基板を提供するステップと、
放射系を用いて投影放射線ビームを供給するステップと、
パターン形成手段を使用して、投影ビームの断面にパターンを与えるステップと、
投影系を用いて、放射線感応材料の層のターゲット部分にパターン形成した放射線ビームを投影するステップとを含むデバイス製造方法であって、
アクチュエータが、少なくとも１自由度で移動可能な反応質量と、投影系および放射系の少なくとも一方の光学エレメントとの間に接続され、
アクチュエータによって反応質量と光学エレメントの間に加えられた力を利用して、光学エレメントの位置を制御することを特徴とするデバイス製造方法が提供される。
【００１４】
本文書では、本発明による装置をＩＣの製造に使用する場合について特に述べるが、この装置にはその他にも多くの適用分野があることを明確に理解されたい。例えば、この装置は、統合光学系、磁区メモリの誘導および検出パターン、液晶表示パネル、薄膜磁気ヘッドなどの製造に利用することができる。当業者なら、これらの代替の適用分野においては、本文書に任意に使用される「レチクル」、「ウェハ」、または「ダイ」などの用語は、それぞれ「マスク」、「基板」、および「ターゲット部分」といったより一般的な用語で置き換えられるものと考えられることを理解するであろう。
【００１５】
本文書では、「放射線」および「ビーム」という用語は、紫外線放射（例えば３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長を有する）および極紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、ならびにイオン・ビームや電子ビームなどの粒子ビームを含めた、全てのタイプの電磁放射を包含するものとして使用している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、例示のみを目的として、添付の概略図を参照しながら本発明の実施形態について述べる。
【００１７】
これらの図面では、対応する参照符は対応する部分を示している。
【００１８】
実施形態１
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を概略的に示す図である。この装置は、
この特定の場合では放射線源ＬＡも含む、放射線の投影ビームＰＢ（例えばＥＵＶ放射線）を供給する放射系Ｅｘ、ＩＬと、
マスクＭＡ（例えばレチクル）を保持するためのマスク・ホルダを備え、アイテム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に接続された、第１の物体テーブル（マスク・テーブル）ＭＴと、
基板Ｗ（例えばレジスト被覆シリコン・ウェハ）を保持するための基板ホルダを備え、アイテム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に接続された、第２の物体テーブル（基板テーブル）ＷＴと、
マスクＭＡの照射部分を、基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つまたは複数のダイを含む）に結像させるための投影系（「レンズ」）ＰＬ（例えばミラー群）とを含む。
本明細書で述べるこの装置は、反射タイプである（すなわち反射性マスクを有する）。しかし、一般には、例えば（透過性マスクを有する）透過タイプであっても良い。あるいは、この装置は、上述のタイプのプログラム可能ミラー・アレイなど、別の種類のパターン形成手段を利用することもできる。
【００１９】
放射線源ＬＡ（例えば放電またはレーザ発生プラズマ源）が、放射線ビームを発生させる。このビームは、直接、または例えばビーム拡大器などの調整手段を横切った後で、照明システム（照明器）ＩＬに供給される。照明器ＩＬは、ビームの強度分布の外側の径方向の広がりおよび／または内側の径方向の広がり（一般には、それぞれ外σ（σ−ｏｕｔｅｒ）および内σ（σ−ｉｎｎｅｒ）と呼ばれる）を設定するための調節手段ＡＭを含むことができる。さらに、照明器は一般に、積分器ＩＮやコンデンサＣＯなど、その他の様々な構成要素を含むことになる。このようにして、マスクＭＡに入射するビームＰＢの断面は、所望の均一さおよび強度分布を有するようになる。
【００２０】
図１に関して、放射線源ＬＡは、リソグラフィ投影装置のハウジング内に置くことができるが（放射線源ＬＡが例えば水銀ランプであるときしばしばそうなるように）、リソグラフィ投影装置から離して置き、放射線源が発生させる放射線ビームを装置中に導くようにすることもできることに留意されたい（例えば、適切な方向付けミラー）。この後者の状況は、放射線源ＬＡがエキシマ・レーザであるときにしばしば見られる。本発明および本発明の特許請求の範囲は、これら両方の状況を包含する。
【００２１】
その後、ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されたマスクＭＡに当たる。このマスクＭＡによって選択的に反射された後で、ビームＰＢはレンズＰＬを通過し、このレンズＰＬが基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームＰＢを収束させる。第２の位置決め手段（および干渉測定手段ＩＦ）を援用して、基板テーブルＷＴを正確に移動させ、例えば様々なターゲット部分ＣをビームＰＢの経路中に位置決めすることができる。同様に、例えばマスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に取り出した後で、または走査中に、第１の位置決め手段を使用して、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ことができる。一般に、物体テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、図１には明示していない長行程モジュール（粗い位置決め）および短行程モジュール（精細な位置決め）を援用して行われることになる。ただし、（ステップ・スキャン装置とは異なり）ウェハ・ステッパの場合には、マスク・テーブルＭＴは、短行程アクチュエータのみに接続することも、固定することもできる。
【００２２】
図示の装置は、異なる２つのモードで使用することができる。
１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴは基本的に静止状態に保たれ、マスク像全体を１回で（すなわち１回の「フラッシュ」で）ターゲット部分Ｃに投影する。次いで、別のターゲット部分ＣにビームＰＢを照射することができるように、基板テーブルＷＴをｘ方向および／またはｙ方向にシフトさせる。２．スキャン・モードでも、基本的には同じ手順が当てはまるが、所与のターゲット部分Ｃを１回の「フラッシュ」では露光しない。その代わりに、マスク・テーブルＭＴが所与の方向（いわゆる「走査方向」、例えばｙ方向）に速度ｖで移動可能であり、投影ビームＰＢでマスク像を走査するようになっている。同時に、基板テーブルＷＴを速度Ｖ＝Ｍｖで同じ方向または反対方向に同時に移動させる。ここで、ＭはレンズＰＬの倍率である（通常はＭ＝１／４または１／５）。こうして、解像度を落とすことなく比較的大きなターゲット部分Ｃを露光することができる。
【００２３】
例示を目的として、図２に、光学系フレーム中に取り付けられた３つの反射光学エレメントとして投影系を示す。装置中では、投影系は、図２に示す方法でそれぞれ取り付けられたこれより多くの反射器、例えば４つまたは６つの反射器を含むことができる。光学エレメント（この場合には反射器）Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は、６自由度で正確にミラーを位置決めすることができることが好ましいそれぞれの位置決めシステムを介してフレーム１７に取り付けられる。ナノメートル以下の位置精度を得るためには、各光学エレメントを制御する位置ループは、サーボ・ループで見られる機械的固有振動数によって物理的に制限された高いサーボ帯域幅を有していなければならない。光学エレメント自体は、比較的小型であり、かつ比較的単純な機構を有するので、その運動は高い内部機械的固有振動数（例えば＞１０００Ｈｚ）で設計することができる。しかし、光学系フレーム１７は、いくつかの光学エレメントを含むことがあり、通常は大きいので、高い内部機械的固有振動数を有することはできない（≪１０００Ｈｚ）。
【００２４】
アクチュエータ１５は、光学エレメント１０を駆動し、その内部運動を励起する。これに対応する反力（制御力）が光学系フレーム１７および／またはサブフレーム１１に直接与えられると、光学サブフレーム１１および光学系フレーム１７の運動が励起されることになる。サーボ１３が測定するエレメントの位置は光学系（サブ）フレームに対する光学エレメントの位置であるから、この位置測定は、光学エレメント１０の運動、ならびに光学サブフレーム１１（存在する場合）および光学系フレーム１７の運動を含む。光学系フレームの運動（接続１８で記号的に示す）は、達成できるサーボ帯域幅に厳しい制限を加えることになり、ひいてはミラーの位置決め精度にも厳しい制限を加えることになる。
【００２５】
本発明によれば、反力（制御力）と光学サブフレーム１１の間に反応質量１４を導入する（図３に示す）、または反力（制御力）と光学系フレーム１７の間に反応質量１４を導入する（図４に示す）ことにより、この扱いにくい光学フレームの運動をサーボ・ループから除去することができる。この配列によれば、固有振動数（通常は５〜２０Ｈｚ）の反応質量１４（およびコンプライアンス１６）は、反力を光学系フレームに伝達する機械的低域フィルタを形成する。反応質量の固有振動数より低い振動数の反力は、光学系フレームに直接伝達される。しかし、この振動数より高い全ての反力は低域濾過され（ロールオフ＝−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅ）、光学系の運動を励起する。制御安定性には、サーボ・ループが光学系フレームおよびサブフレームの運動を含まなくなるという効果がある。こうして、サーボ・ループは、光学エレメントの振動数の高い運動と、制御安定性には問題のない振動数の低い（通常は約１０Ｈｚ）反応質量の運動の若干の影響とを含むだけなので、非常に高い帯域幅を有することができる。したがって、光学系フレームの運動が低振動数であっても、高いサーボ帯域幅と、それによる高い位置決め精度が可能となる。
【００２６】
光学エレメントを取り付ける代替の２つの配列を、図３および図４にさらに詳細に示す。
【００２７】
図３は、投影系ＰＬ内でサブフレーム１１を介してミラーなどの投影系エレメント１０を投影系フレーム１１に固定する取付けを示す図である。この概略的に示す系では、２自由度でミラーの位置を調節することができる。すなわち、第１の方向（図２では垂直方向として示す）の直線変位および第２の方向（図２の面に対して直交する方向）の周りの回転変位で、２自由度を与えている。一般には、各ミラーごとに６自由度（並進に３自由度、回転に３自由度）まで、さらに多くの自由度が必要となる。さらに、投影系は、いくつかの投影エレメントを含むことになる。図２には示していない自由度は、適宜修正を加えた対応する方法で達成することができる。
【００２８】
投影系エレメント１０は、重力補償器１２によって支持することができる。重力補償器は、例えば図３に示すように機械ばねにすることも、あるいは気圧原理に基づくもの、永久磁石、またはその他の適当な手段にすることもできる。重力補償器の目的は、重力に逆らって投影系エレメントを支持し、投影系エレメント１０を位置決めするために使用するアクチュエータ１５から加わる力を減少させ、それによりアクチュエータの力の散逸を軽減することである。これら垂直モータの冷却が十分に良好である場合には、重力補償器を追加する必要はなく、重力はモータの力で補償することができる。位置決めアクチュエータ１５は、ローレンツ力モータであることが好ましい。アクチュエータ１５は、低懸垂振動数を有するばね１６（または代替の弾性手段）によってサブフレーム１１にコンプライアントに取り付けられた反応質量１４に逆らって動作する。反応質量の懸垂の共振振動数は、一般に、０〜１００Ｈｚの範囲、例えば１０Ｈｚ程度になることが好ましい。このような取付けは、ソフト取付けと呼ばれることがある。熱源が光学エレメントから離間するように、反応質量は、ローレンツ力モータの磁石または好ましくはモータ・コイルを含む。ローレンツ力モータおよび重力補償に関するさらなる背景情報は、例えば、参照によって本明細書に組み込むＥＰ１００１５１２Ａに開示されている。
【００２９】
位置センサ１３を使用して、投影系エレメント１０のサブフレーム１１に対する位置を測定する、または投影系フレーム１７に対する位置を直接測定する。制御システムの要件によっては、位置センサを使用して、投影系エレメントの相対変位、速度および加速度を決定することもできる。
【００３０】
一般に、（振動から切り離された）投影系フレーム１７の運動は小さいので、光学エレメント１０を位置決めするために必要となる力は小さい。ただし、反応モータの制御力自体による投影系フレーム１７の励起は、閉ループ制御された光学エレメントに関して深刻な安定性の問題を生じる可能性がある。反応質量１４を適用することによって、ローレンツ力モータ１５の反力が投影系フレーム１７に取り付けられたサブフレーム１１を擾乱することは防止される。図４に示す代替構成では、サブフレーム１１を省略し、コンプライアンス１６、重力補償器１２およびセンサ１３を投影系フレーム１７に取り付ける。
【００３１】
実際には、反応質量１４を投影系フレームに取り付けるコンプライアント取付具１６は、反応質量の固有振動数より高い振動数のローレンツ・モータの反力を除去する。この固有振動数は、反応質量１４の質量および軟性取付具１６のスチフネスによって決まる。この反力の除去により、各エレメント１０自体と投影系フレーム１７に取り付けられたその他の投影系エレメントとに伝達される可能性のあるサブフレーム１１の位置的ノイズの量が減少する。事実上、投影系内部の運動は、投影系エレメントの位置制御ループにとっては無視できる。その結果として、投影系エレメントの制御システムの制御安定性は、特に高い振動数において非常に改善される（すなわち位置測定の基準となる投影系フレームへのアクチュエータの反力のリターン・パスが大幅に減少する）。したがって、制御ループは、１００から１０００Ｈｚの範囲、例えば約３００Ｈｚの極めて高い位置的帯域幅で設計することができる。これは、位置精度が大幅に向上したことを意味する。したがって、投影系エレメントは、約０．１ｍｍ未満の精度で位置決めすることができる。したがって、投影系エレメントを作動させたときに、投影系の内部運動は影響を受けない。ソフトに取り付けられた反応質量の固有振動数より高い振動数では、１つまたは複数の投影系エレメントは、投影系の運動を励起することができず、投影系はその「動的質量」を感じない。
【００３２】
投影系エレメントの制御は、速度ループおよび位置ループの両方を含み、かつ場合によってはその両者を組み合わせることができる１つまたは複数の制御ループによって行われることが好ましい。
【００３３】
上述の方法で１を超える自由度で投影系エレメントを位置決めする場合には、各アクチュエータとともに使用する反応質量は、（図３および４に示すように）別々にすることも、図５に示すように結合して１つまたは複数の連結反応質量１４ａとすることもできる。さらに、図６に示すように、いくつかまたは全ての光学エレメントの反応質量を組み合わせて一体部１４ｂにすることもできる。この場合、この一体部は、投影光学フレーム１７またはベース・フレームＢＰのいずれにも取り付けることができる。
【００３４】
図２に示す投影系フレーム１１は、投影系内の全ての光学エレメントに共通のフレームにすることができるが、１つまたは複数の光学エレメントが取り付けられるサブフレームにすることもできる。このサブフレームは、何らかの方法で投影系の共通フレームに取り付けられる。反応質量があるので、１つの光学エレメントの位置ループが、別の光学エレメントの位置制御ループの反力によって擾乱されることはない。一般に、投影系の共通フレームは、装置のベース・フレームの振動から切り離されて独立基準フレームを構成する、リソグラフィ装置のフレームに取り付けることができる。投影光学フレームは、ヨーロッパ特許出願第０２２５４８６３．０号に記載のように、基準フレームにコンプライアントに取り付けることができる。
【００３５】
図２は、光学エレメント１０とフレーム１１の間に取り付けられた重力補償器１２を示す。代替実施形態では、この重力補償器１２は、反応質量１４と光学エレメント１０の間に取り付けることもできるが、これはあまり効率的ではない。しかし、重力補償器は、省略することもできる。垂直方向に作用しないアクチュエータは、光学エレメント１０による重力を受けず、重力補償器を全く必要としない。任意の重力補償力は、光学表面の変形につながる可能性の曲げモーメントを最小限に抑えるように垂直制御力に応じて作用するようにしなければならない。
【００３６】
理想的な１自由度反応質量は、反力の方向に正確に合致したソフトなスチフネスを有する（通常は２〜２０Ｈｚ）。方向にずれがあると、光学系フレームの望ましくない励起につながることがある。その他の自由度に「中程度ソフト（ｍｅｄｉｕｍ  ｓｏｆｔ）」懸垂固有振動数を与えれば、この反応質量が反力の方向ずれの影響を受けにくくなるようにすることができる。通常は、この「中程度スチフネス（ｍｅｄｉｕｍ  ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）」は、「ソフト」方向の場合と同様に５倍から１０倍高くなる（通常は１０〜５０Ｈｚ）。
【００３７】
第１の実施形態のさらに別の変形形態では、反応質量１４は、投影系のフレームにソフトに取り付けられず、リソグラフィ装置の別のフレーム、例えばベース・フレームＢＰ、または投影系の共通フレームが取り付けられる独立基準フレームに取り付けられる。
【００３８】
第１の実施形態のさらに別の変形形態を図７に示す。この変形形態は、ミラー表面の欠陥に合わせて調節することができる能動ミラー表面を含む。薄くかつ軽量の（例えば０．１ｋｇの質量）の反射ミラー表面２１を、複数（例えば９個から６４個）の小型アクチュエータ２２と、複数のセンサ２４と、場合によっては複数の追加構造支持体２３とを間に挟んで、厚い支持ミラー構造１０（例えば１から１０または３０ｋｇの質量）上に配置する。構造支持体２３は、バールのアレイを含むことができる。
【００３９】
複数のアクチュエータは極めて小さな行程（＜１０ｅ−６ｍ）を有し、ミラー構造に対するミラー表面の相対位置を制御する。これらのアクチュエータは、気圧タイプ、ピエゾ・タイプ、静電タイプ、磁気抵抗タイプにすることができる。複数のアクチュエータを使用することで、表面を局所的に変形させることが可能になり、これにより局所的なミラー表面欠陥を補正することが可能になる。大まかな６自由度の剛性体の位置決め（約１０〜１０００ｅ−６）は、上述の場合と同様に、反応質量を有するローレンツ・モータで制御される。
【００４０】
複数の表面アクチュエータおよび可撓性ミラーの全質量は、ミラー構造の質量に比べて比較的小さいので、能動表面とミラー構造の組合せの運動は、高いサーボ帯域幅（例えば２５０〜４００Ｈｚ）で大域的な６自由度の光学的位置決めおよび局所表面のナノメートル以下の光学的位置決めがともに可能となる、高い固有振動数を有するように設計することができる。精度の低いシステムの場合には、１つまたは複数の反応質量を備えた６自由度のローレンツ・モータを、その他のタイプのアクチュエータまたは湾曲部（ｆｌｅｘｕｒｅ）で置き換えることができる。
【００４１】
複数のアクチュエータを備えた能動ミラー表面により、局所的なミラー欠陥の実時間補正が可能となり、その結果としてウェハのレベルにおける像のスメアおよび変形が抑えられる。
【００４２】
実施形態２
本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態と同様であるが、各投影系エレメントの取付け方法が異なる。これを図８に示す。この場合には、反応質量５４は、投影系エレメント５０の振動を「吸収」するために使用される。投影系エレメント５０は、投影系フレーム５１など投影系の一部に、アクチュエータ５２（ローレンツ力モータ、圧電アクチュエータ、磁気抵抗アクチュエータなど）および好ましくは重力補償器５３を介して取り付けられる。反応質量５４は、アクチュエータ５５を介して投影系エレメント５０に取り付けられるが、投影系に直接機械的に取り付けられるわけではない（ただし、反応質量がアクチュエータのコイルである場合には、給電や冷却などの用途のために投影系に直接接続されることもある）。
【００４３】
アクチュエータ５５を適切に制御することにより、投影系エレメントの任意の望ましくない振動を減衰させることができる。投影系エレメントの振動を検出するために、例えばピエゾ・センサや磁気抵抗センサなどのセンサ５７を介して第２の質量５６を投影系エレメント５０に取り付け、加速度計を形成する。図８に示すように２つのセンサ５７および２つのアクチュエータ５５を使用すると、第１の方向（図８の垂直方向）の直線的な振動、および第１の方向と直交する第２の方向の周り（図８の面と直交する軸の周り）の回転的な振動の両方を測定し、減衰させることができる。
【００４４】
上記の配列は、コンプライアントに取り付けられた光学エレメント、および例えば４００Ｈｚ以上の固有振動数で堅く取り付けられた光学エレメントの両方の振動を減衰させるために適用することができることを理解されたい。
【００４５】
図９は、図８に示す投影系エレメントの取付けの代替方法を示す図である。前述の場合と同様に、投影系エレメント６０は、例えばアクチュエータ６２および重力補償器６３を介して投影系フレーム６１に取り付けられる。反応質量６４を投影系エレメントに取り付け、望ましくない振動を減衰させる。この場合、センサ６７とアクチュエータ６５は積み重ねられ、共通の質量６４を使用している。この配列では、アクチュエータ６５はピエゾ・アクチュエータであることが好ましく、センサ６７はピエゾ・センサであることが好ましい。反応質量６４とアクチュエータ６５の間に位置するセンサ６７は、投影系エレメント６０の振動を検出する。この場合、アクチュエータ６５は、投影系エレメントの運動を補正して、望ましくない振動を低減させるために使用される。図８に示す配列と同様に、一対のセンサおよびアクチュエータを使用して、回転振動ならびに直線的振動を減衰させることもできる。
【００４６】
図８および図９には示していないが、投影系エレメントの振動は、通常は６自由度で制御する必要がある。適宜修正した組合せの反応質量、センサおよびアクチュエータを使用して、図示しない自由度の制御を行うことができる。然るべき場合には、使用する反応質量および／またはセンサに使用する質量を組み合わせて、１つまたは複数の合成質量を形成することもできる。
【００４７】
分かりやすくするためにどの図面にも示していないが、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせ、（図３または４に示す配列を使用して）投影系フレームと投影系エレメントの間で伝達される振動を低減させ、かつ（図８および９に示す配列を使用して）投影系エレメント内に存在する任意の振動を減衰させることができる
【００４８】
さらに、投影系エレメント１０、５０、６０は、これらの図面では極めて概略的に示したものである。これらは、屈折性光学エレメントおよび反射性光学エレメントだけでなく、回折性エレメントなどその他のタイプのエレメントも含むことができる。
【００４９】
本発明の特定の実施形態について上記で述べたが、本発明は上述以外の方法でも実施することができることを理解されたい。本記述は、本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるリソグラフィ投影装置を示す図である。
【図２】図１の装置の投影系をさらに詳細に示す図であり、フレームに取り付けられた３つの反射器を示す図である。
【図３】サブフレームおよび２つの１自由度反応質量を介して投影系のフレームに取り付けられた光学エレメントを示す図である。
【図４】サブフレームを用いずに２つの１自由度反応質量を介して投影系のフレームに取り付けられた光学エレメントを示す図である。
【図５】サブフレームおよび単一の２自由度反応質量を介して投影系のフレームに取り付けられた光学エレメントを示す図である。
【図６】反応質量として働く共通のフレームを介して投影系のフレームに取り付けられた２つの光学エレメントを示す図である。
【図７】サブフレームおよび２つの１自由度反応質量を介して投影系のフレームに取り付けられた、能動制御表面を有する光学エレメントを示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態で使用される、投影系のエレメントを投影系のフレームに取り付ける取付けを示す図である。
【図９】図３に示す取付けの変形形態を示す図である。
【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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