專利名稱：差分干涉儀系統(tǒng)和配有該系統(tǒng)的平版印刷分步掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種干涉儀系統(tǒng)，用于測(cè)量第一和第二個(gè)物體沿至少一個(gè)方向的相互位置和運(yùn)動(dòng)，至少對(duì)于所有可能的相互運(yùn)動(dòng)方向之一來(lái)說(shuō)，上述系統(tǒng)包括與第一個(gè)物體相關(guān)聯(lián)的第一個(gè)干涉儀部件，配備有第一個(gè)分束器、第一個(gè)測(cè)量反射器和許多個(gè)第一反射器，以及與第二個(gè)物體相關(guān)聯(lián)的第二個(gè)干涉儀部件，配備有第二個(gè)分束器、第二個(gè)測(cè)量反射器和許多個(gè)第二反射器。
本發(fā)明還涉及按照分步掃描(step-and-scan)原理將掩模圖案投影到基片上用的平版印刷裝置。
被稱之為分步掃描裝置且可被用來(lái)特別是制造集成電路(或IC)的這種裝置，可從尤其是美國(guó)專利5,194,893中了解到。
由于需要增加IC中電子元件的數(shù)量，所以被稱之為線寬的越來(lái)越小的細(xì)節(jié)，必須借助投影設(shè)備成象在其上必須形成IC的基片(又被稱為IC基面或模片)的每個(gè)區(qū)域中。此外，增大IC的面積以使每個(gè)IC的元件數(shù)量也能按此方式增加，也是合乎需要的。對(duì)于投影透鏡組來(lái)說(shuō)，這意味著必須提高分辨率從而連同其數(shù)值孔徑，而且必須增大象場(chǎng)。
對(duì)于投影透鏡組系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在這兩種相抵觸的要求之間尋求最佳狀況，可能從來(lái)就是非常困難和高代價(jià)的。例如，對(duì)于被稱之為晶片步進(jìn)器的步進(jìn)裝置來(lái)說(shuō)，具有數(shù)值孔徑0.6和象場(chǎng)22毫米的投影透鏡組，是為制做64Mbit型的IC制造的。借助此投影透鏡組可被成象在基片上的線寬為0.35μm。投影透鏡組這種仍能作到而且不太難操作的局限，是實(shí)際上當(dāng)時(shí)達(dá)到的。如果有更小的細(xì)節(jié)擬被成象，即如果有更小的線寬度擬被形成在基片上，換而言之，如果投影透鏡組必須給出甚至更大的數(shù)值孔徑，那么將只能犧牲象場(chǎng)尺寸。
通過(guò)由分步投影裝置變?yōu)榉植綊呙柩b置，擺脫這種困境的方法是可能的，如美國(guó)專利5,194,893中描述的那樣。在分步投影裝置中，全部的掩模圖案在一次運(yùn)行中被曝光及成象在基片的IC區(qū)域上。然后行進(jìn)一步，即基片相對(duì)于投影透鏡組和掩模圖案移動(dòng)，直至第二個(gè)IC區(qū)域處在掩模圖案對(duì)面該投影透鏡組的象場(chǎng)之中，而且此掩模圖案的第二次象形成在該區(qū)域中。隨后行進(jìn)的一步是使第三個(gè)IC區(qū)域再被成象，同樣是第四個(gè)，直至此掩模圖案的象形成在所有的IC區(qū)域中為止。在分步掃描裝置中，同樣的逐步移動(dòng)被執(zhí)行，但每次僅有一小部分掩模圖案被成象在基片的相應(yīng)局部區(qū)域之上。通過(guò)讓該掩模圖案的依次相連的部分成象在該IC區(qū)域的依次相連的局部區(qū)域之上，便可在IC區(qū)域上得到整個(gè)掩模圖案的象。為此目的，在掩模圖案區(qū)域內(nèi)，利用具有小截面(例如矩形或者拱形)的投影光束對(duì)掩模圖案進(jìn)行曝光，而且掩模工作臺(tái)和基片工作臺(tái)沿相反方向在相對(duì)于投影透鏡組和投影光束的掃描方向上運(yùn)動(dòng)，基片工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度為掩模工作臺(tái)速度的M倍。M為掩模圖案成象的倍率。作為M的慣用值通常為1/4，然而其它值(例如1)換句話說(shuō)也是可能的。
投影光束的截面在橫過(guò)掃描方向的方向上有最大尺寸。這個(gè)尺寸可以等于掩模圖案的寬度，以致于該圖案在一次掃描運(yùn)動(dòng)中成象。然而換個(gè)辦法也是可能的，讓上述尺寸為掩模圖案尺寸的一半或甚至更小。在這種情況下，整個(gè)掩模圖案在兩或更多次相反的掃描運(yùn)動(dòng)中成象。那么應(yīng)當(dāng)保證讓掩模和基片的運(yùn)動(dòng)非常精確地同步，即掩模的速度V應(yīng)當(dāng)總是等于基片速度的M倍。
與分步投影裝置相比，其中的掩模圖案已經(jīng)相對(duì)于基片上的IC區(qū)域精確對(duì)準(zhǔn)，其中的投影透鏡組必須在基片上精確地聚焦，而且分步的基片工作臺(tái)必須被精確地檢查，在分步掃描投影裝置中的速度狀況必須額外地進(jìn)行測(cè)量，換句話說(shuō)，不管基片和掩模圖案在掃描成象時(shí)其彼此相對(duì)是否靜止不動(dòng)。在此測(cè)量的基礎(chǔ)上，兩工作臺(tái)之一的速度便可與另一工作臺(tái)的速度適應(yīng)。
在美國(guó)專利5,194,893中公開(kāi)的投影裝置中，兩個(gè)干涉儀系統(tǒng)被利用來(lái)檢查速度狀況。第一干涉儀系統(tǒng)的測(cè)量反射器被固定在基片工作臺(tái)上，以致于基片工作臺(tái)在掃描方向(此后又被稱為X方向)上的移動(dòng)可以利用此系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。第二干涉儀系統(tǒng)的測(cè)量反射器被固定在掩模工作臺(tái)上，以致于該工作臺(tái)沿掃描方向的移動(dòng)可利用此系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。來(lái)自兩干涉儀系統(tǒng)的輸出信號(hào)被加在電子處理裝置例如微型電子計(jì)算機(jī)上面，其中所述信號(hào)彼此相減并被處理成為工作臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或驅(qū)動(dòng)裝置用的控制信號(hào)。
由于工作臺(tái)的速度很高，這是由于需要基片通過(guò)該裝置有較大的送給速率所要求的，故此干涉儀信號(hào)具有很高的頻率或比特率。當(dāng)對(duì)比這些高頻信號(hào)時(shí)，處理電子設(shè)備的速度變成了限制因素。于是延遲時(shí)間，即進(jìn)行測(cè)量的時(shí)刻和測(cè)量結(jié)果變成有用的時(shí)刻之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間，將起很大的作用。在由測(cè)量系統(tǒng)和工作臺(tái)用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成的閉合伺服回路中，電子信號(hào)處理中延遲時(shí)間的差異，將導(dǎo)致掩模工作臺(tái)和基片工作臺(tái)之間不希望有的偏離。此外，這些工作臺(tái)因此將具有受到限制的最大速度。
本發(fā)明提供一種步進(jìn)掃描投影裝置用的新穎測(cè)量原理，能夠避免上述問(wèn)題。這種新原理具有許多方面，可被分別或者組合在一起使用。
根據(jù)本發(fā)明第一方面，該干涉儀系統(tǒng)的特征在于在工作中，測(cè)量光束既通過(guò)第一又通過(guò)第二個(gè)干涉儀部件，而且既被第一又被第二個(gè)測(cè)量反射器至少反射一次；第一和第二個(gè)干涉儀部件具有共同的輻射敏感探測(cè)器；與測(cè)量光束相關(guān)聯(lián)的參考光束，將與第一和第二個(gè)干涉儀部件之間的測(cè)量光束通過(guò)相同的路程。
兩個(gè)工作臺(tái)的位置信號(hào)現(xiàn)在不再用電子學(xué)方法進(jìn)行比較或者彼此相減，而是用光學(xué)方法進(jìn)行比較，而且是在干涉儀系統(tǒng)本身之中。對(duì)于被控制的系統(tǒng)即閉合的伺服回路來(lái)說(shuō)，干涉儀信號(hào)的頻率將總是與工作臺(tái)的速度無(wú)關(guān)，以致于該速度可能不再是限制性因素。
應(yīng)該注意地是，帶有第一和第二個(gè)測(cè)量反射器以及第一和第二個(gè)分束鏡的干涉儀系統(tǒng)，已經(jīng)在日本專利申請(qǐng)3-199,905的英文文摘中被描述，其中使用的測(cè)量光束是通過(guò)第一和第二個(gè)分束鏡的。然而在此公知的系統(tǒng)中，該測(cè)量光束只被測(cè)量反射鏡之一反射，而另一測(cè)量反射鏡反射參考光束。此外，此公知的系統(tǒng)并不用來(lái)測(cè)量?jī)蓚€(gè)物體沿一個(gè)方向的相互運(yùn)動(dòng)，而是用來(lái)測(cè)量X工作臺(tái)相對(duì)于Y工作臺(tái)的相對(duì)位移。
特別適用在平版印刷裝置中的差分干涉儀系統(tǒng)的實(shí)施例，其中的掩模圖案是以減小了的規(guī)模被成象的，其進(jìn)一步的特征在于測(cè)量光束被與第一物體關(guān)聯(lián)的測(cè)量反射器反射的次數(shù)，和測(cè)量光束被與第二物體關(guān)聯(lián)的測(cè)量反射器反射的次數(shù)之比，等于第二物體速度和第一物體速度之此干涉儀系統(tǒng)更為可取的進(jìn)一步特征在于第二個(gè)干涉儀部件按這樣一種方式適配，使來(lái)自第一干涉儀部件的測(cè)量光束，在其返回到第一干涉儀部件之前于第二干涉儀部件中被反射m+1次，且m為大于2的偶數(shù)。
這種手段能夠避免第一物體的傾斜或旋轉(zhuǎn)影響干涉儀信號(hào)。
本發(fā)明還涉及用來(lái)將掩模圖案按分步掃描原理多重成象在基片上的裝置，該裝置包括安置在掩模工作臺(tái)上的掩模夾持器、安置在基片工作臺(tái)上的基片夾持器，以及安置在掩模工作臺(tái)和基片工作臺(tái)之間的投影系統(tǒng)。該裝置的特征在于以上述描述的干涉儀系統(tǒng)，被用來(lái)測(cè)量構(gòu)成第一和第二物體的掩模和基片的相互位置。
本發(fā)明的應(yīng)用并不局限在分步掃描投影裝置。它通?？杀粦?yīng)用在某些情況和裝置中，其中有兩個(gè)主體必須迅速而且非常精確地彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
如果掩模圖案以放大倍率M被成象在此投影裝置中的基片上，那么其進(jìn)一步的特征可能是測(cè)量光束被與基片相關(guān)聯(lián)的測(cè)量反射器反射的次數(shù)，和測(cè)量光束被與掩模相關(guān)聯(lián)的測(cè)量反射器反射的次數(shù)之比，等于1/M。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，該裝置的進(jìn)一步特征在于與基片相關(guān)聯(lián)的測(cè)量反射器以及與掩模相關(guān)聯(lián)的測(cè)量反射器，是分別由基片夾持器和掩模夾持器的反射側(cè)面構(gòu)成的。
反射側(cè)面被理解為是指該側(cè)面本身是反射的，或者反射器被固定在此側(cè)面上。
由于測(cè)量反射器是與基片和掩模剛性連接的，故這些元件本身的運(yùn)動(dòng)被直接因而也是可靠地測(cè)量，其中包括已知裝置中不予考慮的運(yùn)動(dòng)，以及由基片工作臺(tái)元件彼此相對(duì)移動(dòng)和掩模工作臺(tái)元件彼此相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生的結(jié)果。
關(guān)于干涉儀系統(tǒng)可被構(gòu)筑測(cè)量基片線性位移、旋轉(zhuǎn)和傾斜的手段，此后被稱之為基片干涉儀，以及其如何能被安裝在平版印刷投影裝置中，參考分別描述雙軸干涉儀系統(tǒng)和三軸干涉儀系統(tǒng)的美國(guó)專利4,251,160和4,737,283。基片干涉儀系統(tǒng)另外的實(shí)施例，被描述在歐洲專利申請(qǐng)?zhí)?498499中。
根據(jù)本發(fā)明的裝置，其進(jìn)一步更為可取的特征在于該干涉儀系統(tǒng)包括用來(lái)在一種位置上測(cè)量投影系統(tǒng)位置的投影系統(tǒng)用的干涉儀部件；投影系統(tǒng)則在上述位置上配備有附加的測(cè)量反射器。
此投影系統(tǒng)的位置隨后便可被測(cè)量，而與此系統(tǒng)的可能性傾斜無(wú)關(guān)。
此裝置另外的最佳實(shí)施例，其進(jìn)一步的特征在于該投影系統(tǒng)在貼近掩模夾持器和貼近基片夾持器的兩個(gè)位置上分別配備另外兩個(gè)測(cè)量反射器，上述參考光束則被這兩個(gè)測(cè)量反射器反射。
本發(fā)明的這些以及其它一些方面，從參照隨后描述的實(shí)施例將作的說(shuō)明中會(huì)清楚。
在附圖中

圖1和圖2表示根據(jù)本發(fā)明的干涉儀系統(tǒng)的兩種實(shí)施例，用于放大倍率M＝1/4的裝置；圖3和4表示根據(jù)本發(fā)明的干涉儀系統(tǒng)的兩種實(shí)施例，用于放大倍率M＝1的裝置；圖5表示已有裝置中和本發(fā)明裝置中兩種干涉測(cè)量之間的差異；圖6表示掩模和基片在該裝置中對(duì)準(zhǔn)之后其間的相互位置；圖7表示圖2中實(shí)施例的替換方案；圖8和9表示測(cè)量基片夾持器傾斜用的專用干涉儀的實(shí)施例；圖10表示投影鏡頭可圍繞其傾斜而不會(huì)使圖象偏置的點(diǎn)的計(jì)算；圖11表示單獨(dú)測(cè)量投影鏡頭位置的干涉儀系統(tǒng)；圖12表示一種差分干涉儀系統(tǒng)，其中在一個(gè)點(diǎn)上對(duì)投影鏡頭位置的測(cè)量被集成；圖13表示一種差分干涉儀系統(tǒng)，其中在兩個(gè)點(diǎn)上對(duì)投影鏡頭位置的測(cè)量被集成；圖14表示基片夾持器旋轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)量光束和參考光束的相互偏置；圖15和16表示可被放置在掩模干涉儀附近以便消除此偏置影響的專用反射器部件；圖17表示一種具有投影鏡頭位置測(cè)量的差分干涉儀系統(tǒng)實(shí)施例，其中基片夾持器旋轉(zhuǎn)或傾斜的影響已被消除；圖18表示用在該實(shí)施例中的掩模干涉儀子系統(tǒng)；圖19表示一種差分干涉儀系統(tǒng)實(shí)施例，其中基片夾持器旋轉(zhuǎn)或傾斜的影響已被消除；
圖20至22表示用在圖19實(shí)施例中的掩模干涉儀子系統(tǒng)的各種實(shí)施例；圖23和24表示差分干涉儀系統(tǒng)的另外兩種實(shí)施例，其中基片夾持器旋轉(zhuǎn)或傾斜的影響已被消除；圖25表示當(dāng)使用或不使用偏置補(bǔ)償時(shí)，基片夾持器旋轉(zhuǎn)或傾斜對(duì)于干涉儀信號(hào)的影響，以及圖26a，26b，26c表示單個(gè)干涉儀系統(tǒng)，其中基片夾持器旋轉(zhuǎn)或傾斜引起的光束偏置已被補(bǔ)償。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的干涉儀系統(tǒng)的第一個(gè)實(shí)施例，其被用在掩模圖案以減小三倍的尺寸成象的投影裝置中，因而M＝1/4。投影裝置的這幅圖和其它一些圖，只表示出那些差分干涉儀系統(tǒng)與其相配合的元件，即掩模夾持器MH配備有反射器RM，基片夾持器WH配備有反射器RW。由輻射源(未表示)發(fā)出的測(cè)量光束bm和參考光束br，分別以實(shí)線和虛線表示。這些光束例如可以是由塞曼激光器發(fā)出的具有不同的輻射束頻率的兩個(gè)互相垂直的偏振光分量，以致于該測(cè)量是基于相位測(cè)量。測(cè)量光束和參考光束的方向則由箭頭來(lái)表示。
在配備有反射器RW的基片夾持器WH的位置上，圖1所示的實(shí)施例，包括偏振敏感分束器1、四分之一(λ/4)波片2和兩塊后向反射鏡3和4。在配備有反射器RM的掩模夾持器MH的位置上，也存在著偏振敏感分束器5、λ/4波片8以及兩塊后向反射鏡6和7。此外，靜止的反射器MI就地存在。分束器1和5帶有偏振敏感界面9和10，該界面使來(lái)自光源的光束的具有第一偏振方向的第一分量以及具有垂直于第一偏振方向的第二偏振方向的第二分量通過(guò)，并且反射它們，或者相反。在所表示的實(shí)施例中，被通過(guò)的光束分量是參考光束br，被反射的分量是測(cè)量光束bm。四分之一波片2和8具有的偏振方向與這些光束分量的偏振方向成45°角，假如一光束分量通過(guò)該波片兩次，則其可保證該光束分量的偏振方向旋轉(zhuǎn)90°。
經(jīng)過(guò)界面9的測(cè)量光束bm，將通過(guò)λ/4波片2并且射在反射器RW上的P1位置。被反射回來(lái)的光束將第二次通過(guò)λ/4波片，從而使其偏振方向相對(duì)于原始偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，然后通過(guò)界面9射向后向反射器3。在該反射器的一些斜交面上經(jīng)過(guò)反射之后該測(cè)量光束再一次進(jìn)入分束器1，然后通過(guò)此分束器從而第二次射在反射器RW上的P2位置。來(lái)自P2位置的測(cè)量光束，由界面9反射給放在掩模夾持器附近的分束器5的界面10。其后，界面10將此測(cè)量光束經(jīng)過(guò)λ/4波片8反射給掩模夾持器上的反射器RM，此處的測(cè)量光束被入射在P3位置上。由反射器RM反射的測(cè)量光束將第二次通過(guò)λ/4波片，以致于其偏振方向再一次旋轉(zhuǎn)90°，而且通過(guò)界面射向后向反射器6。在此反射器的一些斜交側(cè)面上經(jīng)過(guò)反射并且通過(guò)界面10和λ/4波片8，該測(cè)量光束到達(dá)反射器MI上的P4位置。該光束被反射器MI反射后再一次通過(guò)λ/4波片8，以致于其偏振方向再一次旋轉(zhuǎn)90°，從而使此光束被界面10反射給界面9。隨后該測(cè)量光束再一次被發(fā)送給基片上的反射器RW，為的是類似于對(duì)P1和P2位置的描述依次在P5和P6位置上入射和被反射。在P6位置上反射回來(lái)的光束，將由界面9從干涉儀系統(tǒng)反射向探測(cè)器(未表示)。
經(jīng)過(guò)界面9的參考光束br，也通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)，但它越過(guò)反射器RW，RM和MI。該光束僅由后向反射器4和7的側(cè)面進(jìn)行反射，而且總是被分束器1和5的界面9和10通過(guò)。由該系統(tǒng)射出的兩條相互垂直的偏振光束bm和br，在其通向探測(cè)器的途中將通過(guò)檢偏器(未表示)，該檢偏器的偏振方向以與該光束的偏振方向成45°延伸，并且讓此光束可能彼此相干的兩個(gè)分量通過(guò)。這些光束分量之間的相位差，取決于反射鏡RM和RW的相互位置，從而取決于這些反射鏡(因而也就是掩模和基片)同步運(yùn)動(dòng)的大小，如果將倍率M考慮進(jìn)去的話。在平版印刷裝置中，圖1中未表示的投影鏡頭組被定位在掩模夾持器MH和基片夾持器WH之間。對(duì)于圖1中表示的干涉儀系統(tǒng)的實(shí)施例來(lái)說(shuō)，其中的測(cè)量光束在基片反射器上被反射四次，在掩模反射器上被反射一次，此投影鏡頭組具有的倍率M為1/4。
圖2表示差分干涉儀系統(tǒng)的第二個(gè)實(shí)施例，被用在放大倍率M＝1/4的投影裝置中。此實(shí)施例與圖1實(shí)施例的區(qū)別在于兩塊額外的反射鏡15和16被結(jié)合進(jìn)去；與第一分束器1相關(guān)聯(lián)的第一個(gè)后向反射器3被省略，而且第二分束器上圖1的兩個(gè)后向反射器6和7為后向反射器18和19取代。在此實(shí)施例中，由左面進(jìn)入的測(cè)量光束bm經(jīng)過(guò)分束器1和λ/4波片2首先在P1和P2位置上被基片上的反射器RW反射兩次。反射鏡15和16則將P2位置上反射回來(lái)的測(cè)量光束反射給靜止的反射器MI。在P3位置上被此反射器反射的測(cè)量光束，將被界面10反射給后向反射器19。在反射器10的一些斜交的側(cè)面上經(jīng)過(guò)反射，此測(cè)量光束被向后發(fā)送給界面10，其在此處被反射到掩模反射器RM上的P4位置。來(lái)自該反射器的測(cè)量光束，經(jīng)過(guò)反射鏡16和15上的反射被傳播到基片反射鏡RW上的P5位置。此處，測(cè)量光束再一次被反射，其后該光束經(jīng)過(guò)界面9、后向反射器14的兩斜交的側(cè)面以及再一次經(jīng)過(guò)界面9的依次反射，再一次通到基片反射器RW上的P6位置。在此被反射的測(cè)量光束b′，將經(jīng)過(guò)λ/4波片2和分束器1到達(dá)探測(cè)器(未表示)。
參考光束br將依次通過(guò)界面9、后向反射器4的兩斜交側(cè)面、界面9、反射鏡15和16、界面10、反射器18的兩斜交側(cè)面、反射鏡16及15、界面9、反射器4的兩斜交側(cè)面上的反射通過(guò)該系統(tǒng)，并且最后經(jīng)過(guò)界面9上的反射而作為光束b′如同測(cè)量光束b′一樣被發(fā)送給同一個(gè)探測(cè)器。參考光束b因而越過(guò)所有的反射器RW，RM和MI。
圖3表示用在具有放大倍率M＝1的投影裝置中的差分干涉儀系統(tǒng)的實(shí)施例。在此實(shí)施例中，靜止的反射器MI不存在，但其具有與圖1相同的結(jié)構(gòu)，測(cè)量光束bm首先被基片上的反射器RW在P1和P2位置上依次反射兩次。來(lái)自P2位置的測(cè)量光束，經(jīng)過(guò)界面9和10上的反射通到掩模反射器RM上的P3位置，并在此處被反射。被反射回來(lái)的測(cè)量光束，隨后經(jīng)過(guò)后向反射器6的斜交側(cè)面上的反射通到掩模反射器RM上的P4位置，并在此處再一次被反射給界面10。此界面則將此測(cè)量光束bm′反射給探測(cè)器(未表示)。
參考光束br被分束器1和5的界面9和10通過(guò)，并且只被后向反射器4及7的一些斜交側(cè)面反射。此光束越過(guò)了反射器RW和RM之一。
圖4表示用在具有放大倍率M＝1的投影裝置中的差分干涉儀系統(tǒng)的第二個(gè)實(shí)施例。此實(shí)施例與圖3實(shí)施例的區(qū)別在于，被安置在第一分束器1和后向反射器3下方的額外的λ/4波片20已被省略。由左方進(jìn)入的測(cè)量光束bm，將在P1位置上首先被基片上的反射器RW反射。此后，該測(cè)量光束經(jīng)過(guò)界面9和10上的反射被通到掩模反射器RM上的P2位置。在此反射器上反射回來(lái)的測(cè)量光束，通過(guò)后向反射器6的斜交側(cè)面被反射到掩模反射器RM上的P3位置。經(jīng)過(guò)界面10和9上的反射，此測(cè)量光束返回到基片反射器RW，其在此處作為P4位置上的光束bm′被反射向探測(cè)器(未表示)。
λ/4波片20只處在參考光束br的光路中，并且保證此光束首先被界面9反射，在后向反射器4的斜交側(cè)面上反射之后由界面9及10通過(guò)朝向后向反射器7。在該反射器的兩斜交側(cè)面上經(jīng)過(guò)反射，此以參考光束被向后發(fā)送給后向反射器4。界面9將來(lái)自該反射器的參考光束作為光束b′r，最后發(fā)送給也接收測(cè)量光束b′的探測(cè)器。
根據(jù)本發(fā)明的差分干涉儀系統(tǒng)，不但能被應(yīng)用在具有放大倍率M＝1/4或M＝1的步進(jìn)掃描投影裝置中，而且能被應(yīng)用在例如具有放大倍率M＝1/2的裝置中。適合此目的差分干涉儀系統(tǒng)，可以具有如圖1和2表示的同樣結(jié)構(gòu)，而靜止的反射器MI已被取走。一般說(shuō)來(lái)，此差分干涉儀系統(tǒng)可被應(yīng)用在具有放大倍率M的投影裝置中，其中的該系統(tǒng)隨后按這種方式構(gòu)成，使其總的光程長(zhǎng)度對(duì)于測(cè)量光束并不變化，而且測(cè)量光束被基片反射器反射的次數(shù)與測(cè)量光束被掩模反射器反射的次數(shù)之比，為1/M。而且如果后一條件不能滿足，那么干涉儀信號(hào)的比特率，相對(duì)于利用測(cè)量光束既在基片反射器又在掩模反射器上反射的發(fā)明思想時(shí)將大大降低。而在本發(fā)明的干涉儀系統(tǒng)中重要的是，測(cè)量光束和參考光束盡可能多地覆蓋同樣的光路。這在平版印刷投影裝置中格外重要，由于該裝置中基片夾持器和掩模夾持器之間可能存在很大的距離。
在圖1至4中，只有平版印刷投影裝置的基片夾持器WH和掩模夾持器MH被概略表示出來(lái)。如上述美國(guó)專利5,194,893中描述的那樣，投影透鏡組被安置在這兩個(gè)夾持器之間。此外，基片夾持器和掩模夾持器分別構(gòu)成基片工作臺(tái)和掩模工作臺(tái)的一部分，利用它們可以移動(dòng)基片和掩模并使其彼此相對(duì)定位。這些運(yùn)動(dòng)是在干涉儀系統(tǒng)的控制之下完成。在更為普通的步進(jìn)掃描裝置中，掩模以及基片的位置是相對(duì)于裝置坐標(biāo)測(cè)定的。然而該裝置中的振動(dòng)和其它不穩(wěn)定性，隨后對(duì)基片和掩模位置的確定具有干擾性影響。由于掩模和基片的相互位置對(duì)于意義明確的掃描運(yùn)動(dòng)是最重要的因素，所以最好如上述美國(guó)專利5,194,893中早已提出的那樣，直接測(cè)量此相互位置。如上文早已指出的那樣，投影透鏡組的放大倍率而且還有該透鏡組的Z位置，即沿該裝置坐標(biāo)系Z軸的位置，必須考慮進(jìn)去?？梢杂蓤D1至4中的水平線表示的掃描方向，例如就是該坐標(biāo)系統(tǒng)的X方向。
必須保證讓掩模和基片以例如10nm數(shù)量級(jí)的精度在X和Y方向上保持很好地相互對(duì)準(zhǔn)。
對(duì)于原始的或者總的X和Y對(duì)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，該裝置包括一獨(dú)立的校準(zhǔn)系統(tǒng)，例如美國(guó)專利4,251,160中描述的系統(tǒng)，它能將專用的掩模對(duì)準(zhǔn)標(biāo)志相對(duì)于專用的基片對(duì)準(zhǔn)標(biāo)志對(duì)準(zhǔn)。在Z方向上，掩模和基片兩者必須相對(duì)于投影透鏡組精確地定位?；鄬?duì)于投影透鏡組的Z位置，可以通過(guò)例如美國(guó)專利5,191,200中描述的調(diào)焦和校平系統(tǒng)精確地進(jìn)行調(diào)整。掩模不正確的Z位置，一開(kāi)始會(huì)引起倍率誤差。為防止這些誤差，掩模和投影透鏡組之間的距離應(yīng)當(dāng)以例如1μm的精度被調(diào)整后保持。這可以通過(guò)在掩模和投影透鏡組之間令人滿意的空氣墊來(lái)實(shí)現(xiàn)。
掩模和基片相互之間的X和Y位置，隨后也應(yīng)當(dāng)測(cè)量。此外，如歐洲專利申請(qǐng)0489499中描述的那樣，基片繞X和Y軸的傾斜x和y可以被測(cè)量，以防止阿貝誤差，為此目的，帶有五個(gè)測(cè)量軸的干涉儀系統(tǒng)可被用于基片。X位置、Y位置、繞X和Y軸的傾斜x和y，以及繞Z軸的旋轉(zhuǎn)z，這五個(gè)參數(shù)可以由這些測(cè)量軸信號(hào)的組合中確定。
這些測(cè)量軸被表示在圖5a中。在這個(gè)非常概略的圖中，基片以W表示，掩模以MA表示，基片夾持器以WH表示。符號(hào)RR1和RR2表示靜止的參考反射鏡，基片反射鏡RW1和RW2的位置和方向便相對(duì)于這些反射鏡進(jìn)行測(cè)量。該干涉儀系統(tǒng)包括兩個(gè)部件，其中第一個(gè)部件與反射鏡RW1相配合，并且?guī)в袃蓚€(gè)測(cè)量軸；第二個(gè)部件與反射鏡RW2相配合，并且?guī)в腥齻€(gè)測(cè)量軸。基片的X位置，是利用第一個(gè)干涉儀部件沿X測(cè)量軸被測(cè)量的。該部件具有以y表示的第二個(gè)測(cè)量軸，也是在X方向上伸展的，但在Z方向上相對(duì)于第一個(gè)測(cè)量軸偏置。圍繞Y軸的傾斜y，可以由來(lái)自第一及第二個(gè)X測(cè)量軸的信號(hào)之差來(lái)確定。第二個(gè)干涉儀部件帶有以Y1表示的第一個(gè)Y測(cè)量軸，利用它可以確定基片的Y位置。繞X軸的傾斜λx，可以從該測(cè)量軸的信號(hào)組合以及從x表示且在Z方向上相對(duì)Y1的偏置的信號(hào)中確定?；@Z軸的旋轉(zhuǎn)z，可以從組合測(cè)量軸Y1及Y2在X方向上彼此相對(duì)偏置的信號(hào)中確定。
為了分別確定掩模的位置和方向，帶有三個(gè)測(cè)量軸的干涉儀系統(tǒng)可能是需要的，即用于確定X位置、Y位置和繞Z軸的旋轉(zhuǎn)。通過(guò)差分測(cè)量，全部干涉儀系統(tǒng)的測(cè)量軸個(gè)數(shù)，可以從8個(gè)減少到5個(gè)，如圖5b所示。如由X表示的測(cè)量軸dx，掩模相對(duì)于基片的相對(duì)位置現(xiàn)在被測(cè)量。此外，如同測(cè)量軸dy1和dy2表明的那樣，掩模相對(duì)于基片的相對(duì)Y位置，掩模和基片彼此相對(duì)繞Z軸的相對(duì)旋轉(zhuǎn)z，被進(jìn)行測(cè)量。此外，基片圍繞Y軸的傾斜和圍繞X軸的傾斜，也必須進(jìn)行測(cè)量，它是通過(guò)對(duì)于基片的第二個(gè)X測(cè)量軸y和第二個(gè)Y測(cè)量軸x來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于差分測(cè)量軸dx，dy1和dy2來(lái)說(shuō)，參照?qǐng)D1至4進(jìn)行描述且在此后打算進(jìn)一步描述的干涉儀系統(tǒng)，可被應(yīng)用。
由于掩模的相對(duì)位置僅相對(duì)于基片進(jìn)行測(cè)量，故當(dāng)把掩模和基片引入平版印刷裝置時(shí)，必須采用專門(mén)的程序。以下將參照?qǐng)D6解釋引進(jìn)程序如何能被實(shí)現(xiàn)首先，掩模工作臺(tái)MT和基片工作臺(tái)WT被引導(dǎo)到零或者復(fù)位位置，它是借助例如Tesa塞尺形式的止動(dòng)裝置來(lái)定位的；干涉儀被置零；其后，借助掃描伺服回路將掩模工作臺(tái)安置在投影透鏡組上方。由于是通過(guò)差分干涉儀系統(tǒng)進(jìn)行耦合的，所以基片工作臺(tái)將跟蹤這一運(yùn)動(dòng)；然后將帶有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)志M1和M2的掩模MA放在掩模工作臺(tái)上的夾持器中；隨后掩模保持不動(dòng)，基片工作臺(tái)被引導(dǎo)至基片被放置在掩模工作臺(tái)上的夾持器中所處的位置；基片工作臺(tái)然后再按一定方式移動(dòng)，以使基片被引導(dǎo)至掩模和投影透鏡組的下方；此后，基片通過(guò)平版印刷裝置中存在的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)相對(duì)于掩模對(duì)準(zhǔn)，其中掩模上的標(biāo)志M1，M2和基片上的類似對(duì)準(zhǔn)標(biāo)志相互成象，并且確定這些標(biāo)志是否彼此相對(duì)正確地定位。在此瞬間，圖6中表示的位置便達(dá)到；由X和Y干涉儀確定的基片標(biāo)志相對(duì)于二維坐標(biāo)系的X和Y位置，隨后也是知道的。在基片工作臺(tái)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)此坐標(biāo)系進(jìn)一步被利用，此工作臺(tái)必須完成的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)是在掩模圖案被成象在基片上的一個(gè)IC區(qū)域(模)之后，將整個(gè)的IC區(qū)域引導(dǎo)至掩模和投影透鏡組的下方的運(yùn)動(dòng)。
在基片和掩模彼此相對(duì)對(duì)準(zhǔn)之后，基片工作臺(tái)將完成第一個(gè)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，以致于在保持被獲得的dy1-dy2值即z值的同時(shí)，第一個(gè)IC區(qū)域被引導(dǎo)至掩模下方；然后，在投影光束被接入的同時(shí)，計(jì)及相對(duì)于投影透鏡組和投影光束的放大倍率，讓掩模和基片做同步運(yùn)動(dòng)，即讓掩模成象在第一個(gè)IC區(qū)域上的掃描運(yùn)動(dòng)。當(dāng)此成象操作完成時(shí)將投影光束斷開(kāi)，而且基片工作臺(tái)移動(dòng)一步，以使基片上后繼的IC區(qū)域被放在掩模下方。然后，掃描運(yùn)動(dòng)再一次繼續(xù)，以使掩模圖案被成象在第二個(gè)IC區(qū)域上。此步進(jìn)掃描程序繼續(xù)，直到掩模圖案的象形成在基片上的所有IC區(qū)域中為止。
圖6中的相對(duì)位置dx，dy1和dy2，可以利用圖1至4中表示的差分干涉儀系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。這種干涉儀系統(tǒng)的較簡(jiǎn)單實(shí)施例，表示在圖7中。此系統(tǒng)類似圖2的系統(tǒng)，但區(qū)別在于后向反射器22被安置在掩模夾持器或掩模工作臺(tái)上，而且λ/4波片8和后向反射器19不存在。
與圖2的實(shí)施例類似，在圖7的實(shí)施例中進(jìn)來(lái)的測(cè)量光束bm，首先在P1然后在P2位置上射在基片反射器RW上面，隨后經(jīng)過(guò)反射器15及16貫穿至掩模。其在此處依次在P3和P4位置上射在由后向反射器22構(gòu)成的掩模反射器上。在這些位置上反射回來(lái)的測(cè)量光束，類似于圖2，依次通到基片反射器RW上的P5和P6位置，并且最后作為測(cè)量光束b′m由該系統(tǒng)反射。參考光束br則通過(guò)與圖2中相同的路程。
所描述的干涉儀系統(tǒng)，由按順序排列的兩個(gè)干涉儀部件構(gòu)成。在圖1，2和7表示的系統(tǒng)中，至在一干涉儀部件中基片反射器RW的距離被通過(guò)8次，至另一部件中的掩模反射器的距離則被通過(guò)2次。其結(jié)果是，基片位置測(cè)量的靈敏度為掩模位置測(cè)量靈敏度的4倍。由于測(cè)量光束和參考光束在基片干涉儀和掩模干涉儀之間通過(guò)相同的路程，所以此測(cè)量對(duì)于例如空氣湍流和其它不規(guī)則性是不靈敏的。從原則上看，相對(duì)于投影透鏡組放大倍率的大量靈敏度可以通過(guò)選擇正確的干涉儀部件組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
假如掩模和基片在放大倍率為M的平版印刷裝置中沿X方向掃描時(shí)顯示出所需要的同步運(yùn)動(dòng)，那么以下條件得到滿足
其中XM和XW分別為掩模和基片的X位置。那么對(duì)于測(cè)量光束bm的光程長(zhǎng)度將保持不變，而且對(duì)于測(cè)量光束b′m的探測(cè)器將不能探測(cè)任何頻移。這意味著，測(cè)量頻率將一直等于供給測(cè)量光束的輻射源的頻率，例如等于塞曼頻率，如果使用在干涉儀中頻繁使用的輻射源使用的塞曼激光器。在掃描時(shí)，該測(cè)量頻率于是與掩模和基片的速度無(wú)關(guān)。事實(shí)上，掩模和基片的X位置現(xiàn)在是以光學(xué)方式加進(jìn)去的，不再象使用兩個(gè)獨(dú)立的干涉儀時(shí)以電子學(xué)方式加進(jìn)去。由于探測(cè)器的信號(hào)處理電子線路中延遲時(shí)間差異而在使用分開(kāi)的干涉儀時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題，因而可被防止。
條件(1)中的“+”符號(hào)適用于圖1至4和7的實(shí)施例，其中的測(cè)量光束跟基片反射器RW以及掩模反射器RM接觸。如果測(cè)量光束只測(cè)量基片反射器和掩模反射器之一的位置，而且如果參考光束測(cè)量其中另一反射器的位置，那么條件(1)中的“+”符號(hào)應(yīng)當(dāng)由“-”符號(hào)取代。
在掩模夾持器上帶有后向反射器的圖7所示的實(shí)施例，對(duì)該夾持器的傾斜是不敏感的。然而在此實(shí)施例中，該夾持器在沿垂直測(cè)量方向的方向上測(cè)量時(shí)不能被移動(dòng)。該垂直方向是需要的，例如，如果沿X方向的兩個(gè)相反的運(yùn)動(dòng)為在IC區(qū)域形成掩模圖案必須完成，而且在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)之間掩模和基片沿Y方向的移動(dòng)又需要時(shí)。在圖1至4表示的實(shí)施例中，掩模上的反射器是一塊平的反射鏡，掩模可以垂直于測(cè)量方向運(yùn)動(dòng)。
由于基片實(shí)際上可能具有輕微程度的楔形，而且由于這些基片是以其后側(cè)安置在基片夾持器中的，所以讓基片夾持器繞X和/或Y軸傾斜可能是需要的。然而干涉儀的測(cè)量然后可能會(huì)受阿貝誤差的影響。為對(duì)這些誤差進(jìn)行補(bǔ)償，需要讓這種傾斜能夠被測(cè)量。如歐洲專利申請(qǐng)0498499中描述的那樣，按照具有5個(gè)測(cè)量軸的方式擴(kuò)展的干涉儀系統(tǒng)，可提供測(cè)量這些傾斜的可能性。當(dāng)差分干涉儀系統(tǒng)被應(yīng)用在平版印刷投影裝置中時(shí)，可能更容易使用單獨(dú)的干涉儀進(jìn)行這些傾斜測(cè)量。這種干涉儀應(yīng)當(dāng)是對(duì)基片夾持器的傾斜敏感而對(duì)位置不敏感的。
圖8表示用于測(cè)量基片繞Y軸傾斜的這種干涉儀的第一個(gè)實(shí)施例。此干涉儀包括一偏振敏感分束器23，圍繞它安置3塊λ/4波片24，25和26。此外，該干涉儀包括一后向反射器29和兩塊反射棱鏡28和29。從左方進(jìn)入的測(cè)量光束bm在A1位置射在基片反射器RW上，隨后被分束器的界面23a反射向棱鏡27。此棱鏡經(jīng)過(guò)在其斜交側(cè)面上的反射將此測(cè)量光束bm發(fā)送給后向反射器29，并由其將該光束再一次反射到界面23a。該界面現(xiàn)在將測(cè)量光束反射給棱鏡28。該棱鏡的斜交側(cè)面隨后將測(cè)量光束反射給界面23a，并由其再一次將測(cè)量光束反射給后向反射器29。該反射器將測(cè)量光束向后發(fā)送給棱鏡27，并由其將該光束反射給界面23a。該界面現(xiàn)在將測(cè)量光束反射給基片反射器RW，使測(cè)量光束在此處入射在A2位置上。在該位置上反射回來(lái)的測(cè)量光束最后由界面23a通過(guò)，以致于可以到達(dá)探測(cè)器(未表示)。
參考光束br首先被界面23a反射給后向反射器29，隨后由此后向反射器反射給棱鏡27，然后由此棱鏡反射給界面，并由此界面反射到基片反射器上的A3位置。在該位置上反射的參考光束再一次由棱鏡28發(fā)送給基片反射器RW，其在該處入射在A4位置。在該位置上反射回來(lái)的參考光束，由界面23a反射給棱鏡27，隨后由該棱鏡反射給后向反射器29，然后由該反射器再一次反射給界面。此界面最后將此參考光束b′r反射給探測(cè)器。
在圖8的干涉儀中，測(cè)量光束bm和參考光束br兩者都對(duì)基片反射器RW的X位置進(jìn)行測(cè)量。然后這種測(cè)量是在A1，A3和A2，A4兩種不同的位置上進(jìn)行的。因此，該干涉儀僅對(duì)于這兩種位置對(duì)其靜止元件的X距離之差敏感，而且對(duì)于該反射器的X距離不敏感。
圖9表示用于測(cè)量基片反射器RW繞Y軸傾斜y的干涉儀的第二個(gè)實(shí)施例。此實(shí)施例與圖8實(shí)施例的區(qū)別在于，反射棱鏡27被平的反射鏡M2取代。該反射鏡將垂直入射的測(cè)量光束bm和參考光束br按其自身反射。圖9中測(cè)量光束和參考光束與基片反射器RW、反射鏡M2、后向反射器29和棱28相接觸的順序，是和圖8中這些光束與基片反射器、棱鏡27、后向反射器29和棱鏡28相接觸的順序相同的。
用于平版印刷投影裝置中的差分干涉儀系統(tǒng)，其進(jìn)一步可被改進(jìn)是通過(guò)采取措施，以防止該裝置中可能存在的不穩(wěn)定性對(duì)于掩模和基片相互位置測(cè)量的影響。為此目的，隨后被簡(jiǎn)稱為投影鏡頭的投影透鏡組的位置和傾斜的影響，必須消除。
對(duì)于該投影鏡頭來(lái)說(shuō)，可能預(yù)示有某個(gè)點(diǎn)，該鏡頭可繞其傾斜而不改變?cè)撶R頭的成象位置。這就是圖10中的C點(diǎn)。在該圖中，v和b分別為物距和象距，而且OP和IP分別為物平面和象平面。點(diǎn)C位于該鏡頭的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間。當(dāng)鏡頭兩側(cè)的介質(zhì)相同例如為空氣時(shí)，這些節(jié)點(diǎn)與投影鏡頭的主點(diǎn)A和B重合。H和H′表示該鏡頭的主面。該鏡頭應(yīng)滿足下述條件BN'AN=bv=M---(2)]]>于是Bc=MM+1·AB---(3)]]>因?yàn)?amp;nu;=fM+f---(4)]]>以及f＝f.(M+f)(5)對(duì)于主面之間的距離來(lái)說(shuō)AB=L-2.f-M.f-fM---(6)]]>和OC=MM+1·L---(7)]]>這表明C點(diǎn)的位置與所有各種鏡頭參數(shù)(例如焦距和主面位置)無(wú)關(guān)，而只受放大倍率和物面與象面之間距離的影響。這意味著C點(diǎn)的位置實(shí)質(zhì)上對(duì)所有投影鏡頭都是相同的。對(duì)于通常使用在步進(jìn)平版印刷投影裝置中具有例如M＝0.2的放大倍率和L＝600mm物象距離的投影鏡頭來(lái)說(shuō)，OC＝100mm。對(duì)于可能用于步進(jìn)掃描裝置的投影透頭會(huì)有例如放大倍率M＝0.25以及物象距離L＝120mm。對(duì)于該鏡頭來(lái)說(shuō)，OC＝120mm。
如果投影鏡頭的位置需要測(cè)量，以便能矯正其對(duì)該鏡頭成象位置的影響，那么最好在點(diǎn)C的位置上進(jìn)行投影鏡頭位置的測(cè)量。事實(shí)上這種測(cè)量對(duì)投影鏡頭傾斜是不敏感的。參見(jiàn)圖11，此結(jié)果可被表示為例如在X方向上該投影鏡頭具有的水平位移dc。該圖表示掩模夾持器MH、投影鏡頭PL和基片夾持器WH。這些元件的X位置分別以XM，XL和XW表示。INT1，INT2和INT3為可被用來(lái)測(cè)量基片、掩模和投影鏡頭位置的干涉儀。對(duì)于鏡頭位移dc和物體即掩模想象的位移dv之間的關(guān)系來(lái)說(shuō)，下式成立dVdC=LOC=M+1M---(8)]]>而且對(duì)于掩模圖案在基片上的象的位移dB來(lái)說(shuō)dB＝M·dv＝(M+1)dc(9)例如如果放大倍率M＝0.25，則由式(8)可得出dv＝5dc (10)這意味著投影鏡頭的位置可以比掩模位置高5倍的靈敏度進(jìn)行測(cè)量。為了消除掩模被相對(duì)于基片恰當(dāng)定位時(shí)鏡頭位置的影響，對(duì)于給定的實(shí)例來(lái)說(shuō)，以下的條件應(yīng)當(dāng)滿足XM+4.XW-5.XL＝常數(shù) (11)或者更一般地說(shuō)
這種對(duì)于鏡頭位置高5倍的測(cè)量靈敏度，可以通過(guò)增加基片測(cè)量靈敏度和掩模測(cè)量靈敏度來(lái)獲得，這意味著干涉儀INT1和INT2必須串聯(lián)放置。
屬于上述情況的干涉儀系統(tǒng)，被概略表示在圖12中。在該圖中，類似于以上和隨后圖中那樣，測(cè)量光束bm以實(shí)線表示，而且參考光束br以虛線表示。等式(11)和(12)中的“-”號(hào)適用于參考光束br被用來(lái)測(cè)量投影鏡頭的位置XL的情況下為此目的，圖12中表示的系統(tǒng)被配備以額外的反射器M5。測(cè)量光束bm則被用來(lái)測(cè)量掩模和基片的相互位置。在圖12的系統(tǒng)中，掩模的位置XM被測(cè)量2次，基片的位置XW被測(cè)量8次，而且投影鏡頭的位置XL被測(cè)量10次。由于測(cè)量光束和參考光束的路程局部有差異，所以應(yīng)當(dāng)保證在輻射光路中沒(méi)有空氣湍流和其它不規(guī)則性可能產(chǎn)生。
對(duì)于空氣湍流之類不敏感的干涉儀系統(tǒng)，概略表示在圖13中。在該系統(tǒng)中，投影鏡頭位置的測(cè)量被分解成為在不同高度上的兩種鏡頭位置測(cè)量。第一種鏡頭位置測(cè)量是在掩模附近進(jìn)行的，該測(cè)量具有掩模位置測(cè)量的靈敏度。第二種鏡頭位置的測(cè)量是在基片附近進(jìn)行的，該測(cè)量具有基片位置測(cè)量的靈敏度。其條件現(xiàn)在是，相應(yīng)的測(cè)量位置XL，2及XL，1和C點(diǎn)之間的距離，處在與投影鏡頭倍率M相同的比例。為了成象掃描運(yùn)動(dòng)時(shí)同步移動(dòng)掩模和基片，下述條件現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)滿足；XM+4XW-4XL，1-XL，2＝常數(shù) (13)如果投影鏡頭的放大倍率M為0.25的話。利用此條件，掩模位置被測(cè)量處的點(diǎn)和鏡頭位置被測(cè)量處的上部點(diǎn)被聯(lián)系在一起。同樣也適用于基片位置被測(cè)量處的點(diǎn)和鏡頭位置被測(cè)量處的下部點(diǎn)。圖13中干涉儀系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是存在既對(duì)投影鏡頭位移又對(duì)其傾斜的補(bǔ)償；該測(cè)量對(duì)INT1和INT2之間輻射光路中的不規(guī)則性是不敏感的；INT1和INT2的位置是不重要的，以致于該測(cè)量對(duì)該裝置中的振動(dòng)和不穩(wěn)定性是不敏感的。只有INT1和INT2的傾斜會(huì)有影響。為了消除該影響，5.Δ最好應(yīng)等于L。
對(duì)于精確測(cè)量基片和掩模相互位置從而也就是dx，dy1，和dy2的重要條件是，這些測(cè)量并不受繞Z軸旋轉(zhuǎn)和繞X及Y軸傾斜的影響。為了對(duì)基片和掩模的支承不會(huì)施加過(guò)分的要求，最好讓差分干涉儀本身對(duì)該旋轉(zhuǎn)和傾斜不靈敏。如果掩模夾持器只在X方向上運(yùn)動(dòng)，而且在其它方向上由空氣支承固定，那么基片夾持器的旋轉(zhuǎn)z一開(kāi)始就是重要的。
圖14表示基片繞Z軸旋轉(zhuǎn)z的影響。此圖表示圖2下部分的元件。如參照?qǐng)D2曾被描述的那樣，測(cè)量光束bm首先由基片反射器RW在P1和P2位置上反射兩次，其后貫穿至掩模反射器RM并在其處被反射，然后返回到基片反射器，以便其后在P3和P4位置上被反射并且作為光束b′m通至探測(cè)器(未表示)。這是當(dāng)測(cè)量光束垂直入射在基片反射器上因而z＝0的狀況。此測(cè)量光束由bm表示。當(dāng)z不等于零時(shí)，此測(cè)量光束將通過(guò)由虛線表示的光路。此測(cè)量光束于是首先在P1位置上再一次被反射，但是不再垂直。此測(cè)量光束以bm，a表示。在分束器1中的界面9和后向反射器19的100-103點(diǎn)上經(jīng)過(guò)反射，此光束bm，a被傳送向基片反射器P2′位置。反射后的光束bm，a然后再平行于光束bm因而也平行于參考光束(圖14中未表示)，但偏移一距離δ。在其通向和來(lái)自掩模反射器的途中，此測(cè)量光束bm，a和參考光束之間不存在另外的偏移。由圖2可以推論，由掩模反射器出來(lái)的測(cè)量光束bm，a和參考光束之間的偏移，相對(duì)于進(jìn)入掩模反射器的測(cè)量光束bm，a和參考光束之間的偏移點(diǎn)反射。由掩模反射器來(lái)的測(cè)量光束bm，a，首先在P5′位置射在基片反射器上。此測(cè)量光束在此處被反射，然后在105-108點(diǎn)上經(jīng)過(guò)反射通至P6′位置，并在此位置上被作為光束b′m，a反射給探測(cè)器。當(dāng)測(cè)量光束bm，a第二次通過(guò)基片干涉儀時(shí)，其與參考光束之間的偏移增加一倍。由于其靈敏度高兩倍，故此差分干涉儀對(duì)基片旋轉(zhuǎn)的靈敏度也是兩倍。
由于測(cè)量光束和參考光束之間偏移2δ，所以測(cè)量光束和參考光束之間的重疊在探測(cè)器位置上變得比較小，從而使代表基片反射器和掩模反射器相互位置的信號(hào)變得比較小。當(dāng)使用光束直徑例如5mm的標(biāo)準(zhǔn)干涉儀時(shí)，這意味著對(duì)于例如基片反射器來(lái)說(shuō)，它最多可以傾斜±2個(gè)毫弧度。這個(gè)裕度可以通過(guò)增大光束直徑來(lái)增加。然而為此目的需要特別寬光束的光學(xué)系統(tǒng)。但其甚至更大的缺點(diǎn)在于，必須增加光學(xué)元件，以使光束在這些元件上的漸暈不會(huì)發(fā)生。由于這些元件必須具有非常好的光學(xué)性質(zhì)，于是它們將變得非常昂貴。如現(xiàn)在將要說(shuō)明的那樣，測(cè)量反射鏡旋轉(zhuǎn)或者傾斜或差分干涉儀角度靈敏度的不利影響，可以按照本發(fā)明的另一方面加以消除。
為此目的，掩模干涉儀中的反射對(duì)稱性可能是適合的，如圖15及16所示。圖15表示掩模干涉儀因而也就是差分干涉儀的部件，可被設(shè)置在掩模反射器RM和投影鏡頭反射器RL附近，被應(yīng)用在圖13的實(shí)施例中。此掩模干涉儀包括一帶有界面10的偏振敏感分束器5、兩塊反射棱鏡111和112以及兩塊λ/4波片113和114。進(jìn)入掩模反射器的測(cè)量光束bm和進(jìn)入鏡頭反射器RL2的參考光束br，分別用實(shí)線和虛線表示。在該圖和其后的一些圖中，與測(cè)量光束成直角的箭頭和與參考光束成直角的虛線，用來(lái)表示這些光束在其通過(guò)該干涉儀時(shí)如何被反射。在圖15中測(cè)量光束bm被反射5次，而且參考光束被反射3次，這意味著它們相互保持同樣的方向，而且進(jìn)來(lái)的光束間可能性偏移被保持且未被反射。
如上文曾描述過(guò)的那樣，來(lái)自掩模干涉儀的測(cè)量光束bm和參考光束br均第二次通過(guò)基片干涉儀。當(dāng)因第一次通過(guò)基片干涉儀而在測(cè)量光束和參考光束之間已經(jīng)產(chǎn)生第一次偏移時(shí)，因第二次通過(guò)基片干涉儀將產(chǎn)生第二次同樣的偏移。由于第一次偏移在通過(guò)掩模干涉儀時(shí)并不改變，故上述第二次偏移將補(bǔ)償上述第一次偏移。
由掩模干涉儀中奇數(shù)次反射構(gòu)成的差分干涉儀旋轉(zhuǎn)及傾斜靈敏度問(wèn)題的解決辦法，可以換一種方式通過(guò)在基片干涉儀和掩模干涉儀之間安置一特殊的反射器部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。該反射器部件的實(shí)施例表示在圖16中。該部件可被安置在例如圖2中反射器16的位置上，其由棱鏡37和五棱鏡40組成。進(jìn)來(lái)的測(cè)量光束bm通過(guò)棱鏡37，然后依次被五棱鏡的側(cè)面38及39反射，隨后由棱鏡37通向掩模反射器。
圖17表示該反射器部件被結(jié)合進(jìn)去的根據(jù)圖13原理的差分干涉儀系統(tǒng)的實(shí)施例。該圖表示第一或稱基片干涉儀部件以及第二或稱掩模干涉儀部件，前者使用偏振敏感分束器1、后向反射器4和λ/4波片2，后者使用偏振敏感分束器5、后向反射器19、λ/4波片8和反射器MI。此外，圖17的系統(tǒng)包括分束反射鏡30和耦合輸出棱鏡32。被利用來(lái)將掩模圖案成象在基片上的投影裝置的投影鏡頭PL，被安置在掩模夾持器MH和基片夾持器WH之間。該投影鏡頭配備兩塊附加的反射器RL1和RL2，分別構(gòu)成用于第二和第一干涉儀部件的參考反射器。反射鏡33、λ/4波片35和反射鏡35被安置在鏡頭反射器RL1附近，而且反射鏡31被安置在鏡頭反射器RL2附近。與上述一些圖中相同，圖17中的測(cè)量光束也以實(shí)線表示，參考光束則以虛線表示。在這些線中的箭頭則表示測(cè)量光束經(jīng)過(guò)基片反射器RW上面的兩次第一反射、在掩模反射器RM上的反射以及在反射器MI上的反射從而通過(guò)該系統(tǒng)時(shí)所遵循的光路；以及參考光束經(jīng)過(guò)鏡頭反射器RL2上的兩次第一反射、鏡頭反射器RL1上的反射、反射鏡35上的反射，并且經(jīng)過(guò)鏡頭反射器RL2上的另外兩次反射從而通過(guò)該系統(tǒng)時(shí)所遵循的光路。
包括帶有其界面41和棱鏡37的五棱鏡40的反射器部件，被安置在掩模干涉儀附近。圖18表示來(lái)自基片干涉儀的測(cè)量光束和參考光束如何通過(guò)由此反射器部件和第二個(gè)掩模干涉儀構(gòu)成的子系統(tǒng)。此子系統(tǒng)包括另一塊反射鏡45和四分之一波片46。此光束中的箭頭，表示測(cè)量光束依次在q1-q9位置上經(jīng)過(guò)反射通過(guò)該子系統(tǒng)時(shí)的光路。
以上所談?wù)摰氖遣罘指缮鎯x系統(tǒng)對(duì)于繞基片Z軸旋轉(zhuǎn)的靈敏度。以上對(duì)于消除該靈敏度描述的方法，當(dāng)然也可被用來(lái)消除差分干涉儀系統(tǒng)對(duì)基片或掩模繞X和/或Y軸傾斜可能的靈敏度。
圖19表示基片反射器的旋轉(zhuǎn)或傾斜已被補(bǔ)償?shù)?、用于放大倍率M＝1/4的投影裝置的差分干涉儀系統(tǒng)的另一實(shí)施例。該基片干涉儀部件不但包括偏振敏感分束器1和λ/4波片2，而且包括用于參考光束的另一λ/4波片50、反射鏡52和后向反射器51。虛線再一次表示參考光束并不與測(cè)量光束的光路重合范圍內(nèi)的光路，該光束首先在r1和r2位置上被基片反射器RW反射兩次，而且參考光束首先在參考反射鏡52上被反射兩次。隨后，這些光束到達(dá)掩模干涉儀部件60和掩模反射器RM。在圖20中，掩模干涉儀部件60以更大的比例表示。該部件不但包括偏振敏感分束器5和λ/4波片8，而且包括用于參考光束的另一λ/4波片53、反射鏡57和三個(gè)后向反射器54，55和56。此測(cè)量光束bm和參考光束br中的箭頭，表示這些光束通過(guò)該部件時(shí)的光路。測(cè)量光束依次在r3-r9的位置上被反射，然后返回到基片干涉儀部件和基片反射器，其在該處在通到探測(cè)器之前，在r10和r11的位置上再被兩次反射。
圖21表示包括掩模干涉儀和反射器部件的子系統(tǒng)的另一實(shí)施例。該部件包括帶有反射面61的第一棱鏡60和帶有反射面66和67的第二棱鏡65。通過(guò)使用此反射器部件可以使測(cè)量光束和參考光束在通過(guò)該子系統(tǒng)時(shí)不會(huì)反向，即這些光束的左部分和右部分并不交換位置。這可由與這些光束成直角的箭頭表示。以實(shí)線表示的測(cè)量光束依次在S1-S7的位置上反射，特別是由掩模反射器RM反射一次，由反射器MI反射一次。而且以虛線表示的參考光束被反射7次，特別是由反射器45反射2次。
圖22表示類似于圖21的實(shí)施例，但其中的棱鏡60和65已被帶有反射面71，72和73的梯形棱鏡70取代。而且在此實(shí)施例中，測(cè)量光束在t1-t7的位置上也象參考光束一樣被反射7次。在此實(shí)施例中，光束可能具有的寬度僅為1/4a，其中a為分束器5的高度，而在圖21所示的實(shí)施例中該光束寬度可為1/2a。
圖23表示差分干涉儀系統(tǒng)的另一實(shí)施例，其中基片反射器RW的旋轉(zhuǎn)，由于測(cè)量光束bm在其通過(guò)掩模干涉儀子系統(tǒng)時(shí)經(jīng)受奇數(shù)次反射而被補(bǔ)償。該圖還表示所需要的輻射源80如HeNe塞曼激光器以及構(gòu)成擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)的兩片透鏡82及83。該基片干涉儀具有如圖1同樣的結(jié)構(gòu)。該掩模干涉儀與圖1中掩模干涉儀的區(qū)別在于，取代圖1中反射器MI的后向反射器87，被安置在λ/4波片8和基片反射器RM之間。此外，參考光束的光路包括λ/4波片46，而且附加的反射鏡88被安置后向反射器7的上方。來(lái)自基片反射器上P2位置的測(cè)量光束bm，由分束器5的界面10反射給后向反射器87。在該反射器的斜交側(cè)面上經(jīng)過(guò)反射，此測(cè)量光束被傳送給后向反射器6。該反射器隨后將測(cè)量光束通至掩模反射器RM。在該反射器上P4位置反射的測(cè)量光束，被界面10反射給基片干涉儀。依次在P5和P6位置上被基片反射器反射之后，測(cè)量光束b′m經(jīng)過(guò)反射鏡86和85被傳送給探測(cè)器90。來(lái)自基片干涉儀的參考光束br，由界面10通向后向反射器7，并由其再反射給界面10。然后此界面將參考光束反射給后向反射器6，并由其再將此參考光束反射給界面10。其后該界面將參考光束反射給反射鏡88。由反射鏡88反射的參考光束，然后由界面10通向基片干涉儀。
圖24表示圖23中實(shí)施例的比較方案，其中掩模干涉儀中的后向反射器7和87已被五棱鏡部件92和反射器MI取代。來(lái)自基片干涉儀的測(cè)量光束bm被界面10反射給反射器MI，并由其再將測(cè)量光束反射給部件92。該部件則將測(cè)量光束反射到掩模反射器RM上的P4位置。來(lái)自P4位置的測(cè)量光束，被界面10反射向基片干涉儀。來(lái)自基片干涉儀的參考光束br由界面10通向反射鏡88，并由其再將此光束反射給界面。然后該界面將參考光束反射給部件92，并由其再將參考光束傳送給界面。其后該界面將此光束反射給反射鏡88，并由其經(jīng)過(guò)界面10將此光束傳送給基片干涉儀。
圖25表示通過(guò)在掩模干涉儀中采用奇數(shù)次反射進(jìn)行所述補(bǔ)償?shù)男Ч?。該圖表示干涉儀信號(hào)對(duì)比度作為基片反射器旋轉(zhuǎn)(毫弧度)的函數(shù)。曲線95適用于沒(méi)有補(bǔ)償?shù)那闆r，而且曲線96適用于采取上述補(bǔ)償?shù)那闆r。
所描述的對(duì)于基片反射器傾斜或旋轉(zhuǎn)的補(bǔ)償，不但能被用在差分干涉儀系統(tǒng)中，而且能被用在單個(gè)系統(tǒng)中，即只有一個(gè)干涉儀部件的干涉儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)被用在例如步進(jìn)平版印刷投影裝置中，其中僅利用干涉儀系統(tǒng)測(cè)量基片夾持器的位置和運(yùn)動(dòng)。圖26a，26b和26c以不同的截面表示這種干涉儀系統(tǒng)的實(shí)施例。
如圖26b所示，進(jìn)來(lái)的測(cè)量光束，經(jīng)過(guò)分束器1的界面9上反射U1首先通到基片反射器RW，其在該處的U2位置上被反射。隨后測(cè)量光束經(jīng)過(guò)后向反射器4上U3和U4位置上的反射而通過(guò)分束器1，以便隨后被基片反射器U5位置上再來(lái)一次反射，此后它經(jīng)過(guò)界面9上的反射而離開(kāi)分束器。參考光束依次在U7，U3，U4，U6和U8位置上被反射，尤其是經(jīng)過(guò)λ/4波片131在參考反射鏡130上兩次被反射。來(lái)自分束器1的測(cè)量光束和參考光束，其后在圖26a中的U9，U10和U11的位置上分別被棱鏡125和120的表面126，127和121反射，而后這些光束再進(jìn)入分束器1。如圖26c所示，測(cè)量光束隨后在基片反射器的U13和U14位置上被反射。來(lái)自分束器的測(cè)量光束和參考光束，因而在其重新進(jìn)入分束器之前經(jīng)歷3次反射。
上文中曾經(jīng)假定，掩模和基片的位置只能在一個(gè)方向(掃描方向或者X方向)上被測(cè)量。如歐洲專利申請(qǐng)0498499所述，帶有5個(gè)測(cè)量軸的基片干涉儀系統(tǒng)可被用在分步平版印刷投影裝置中，不但用來(lái)測(cè)量X位置，而且用來(lái)測(cè)量Y位置、基片繞光軸Z的旋轉(zhuǎn)，以及基片繞X和Y軸的傾斜。例如兩個(gè)干涉儀部件然后被利用，其中之一帶有3個(gè)測(cè)量軸，另一部件帶有2個(gè)測(cè)量軸。而且差分干涉儀系統(tǒng)可被擴(kuò)展到5個(gè)測(cè)量軸，該系統(tǒng)例如既在基片位置上又在掩模位置上帶有5個(gè)測(cè)量軸，而且例如沿所有這些軸的差分測(cè)量出現(xiàn)。
當(dāng)上述差分干涉儀系統(tǒng)被用在分步掃描平版印刷投影裝置中時(shí)，以下的優(yōu)點(diǎn)可以獲得該干涉儀測(cè)量對(duì)于裝置中的不穩(wěn)定性是不敏感的；這些測(cè)量對(duì)于投影透鏡組位置的不穩(wěn)定是不敏感的；這些測(cè)量對(duì)于象掩模干涉儀和基片干涉儀之間空氣湍流之類的干擾是不敏感的；在掩模圖案掃描成象時(shí)沒(méi)有電子延時(shí)問(wèn)題發(fā)生；這些測(cè)量對(duì)于基片夾持器的旋轉(zhuǎn)或傾斜是不敏感的；這些測(cè)量的分辨率可以提高，以及所需要的干涉儀數(shù)可減少。
本發(fā)明已經(jīng)參照其在制造集成電路時(shí)用來(lái)將掩模圖案分步掃描成象在基片上的裝置中的應(yīng)用進(jìn)行了描述。然而它可被替換性地用在制造集成光學(xué)系統(tǒng)、平面光學(xué)系統(tǒng)、用于磁疇存儲(chǔ)器的導(dǎo)向和檢測(cè)圖、或者液晶圖象顯示板的裝置中。這種投影裝置不但可以是平版印刷裝置，其中的投影光束例如是遠(yuǎn)紫外輻射之類的電磁輻射束，并且其中的投影系統(tǒng)是光學(xué)投影透鏡組，而且可以是另一類裝置，其中的投影輻射是帶電粒子的輻射，例如電子輻射、離子輻射或X-射線輻射，其中使用相關(guān)的投影系統(tǒng)例如電子透鏡系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量第一和第二個(gè)物體沿至少一個(gè)方向的相互位置和運(yùn)動(dòng)的干涉儀系統(tǒng)，至少對(duì)于所有可能的相互流動(dòng)方向之一來(lái)說(shuō)，上述系統(tǒng)包括與第一個(gè)物體相關(guān)聯(lián)的第一個(gè)干涉儀部件，配備有第一個(gè)分束器、第一個(gè)測(cè)量反射器和許多個(gè)第一反射器，以及與第二個(gè)物體相關(guān)聯(lián)的第二個(gè)干涉儀部件，配備有第二個(gè)分束器、第二個(gè)測(cè)量反射器和許多個(gè)第二反射器，其特征在于在工作中，測(cè)量光束既通過(guò)第一又通過(guò)第二個(gè)干涉儀部件，而且既被第一又被第二個(gè)測(cè)量反射器至少反射一次；第一和第二個(gè)干涉儀部件具有共同的輻射敏感探測(cè)器；與測(cè)量光束相關(guān)聯(lián)的參考光束，將與第一和第二個(gè)干涉儀部件之間的測(cè)量光束通過(guò)相同的路程。
2.如權(quán)利要求1所述的干涉儀系統(tǒng)，用來(lái)測(cè)量以速度V運(yùn)動(dòng)的第一個(gè)物體和以速度nv運(yùn)動(dòng)的第二個(gè)物體的相互位置，其中n為整數(shù)，其特征在于測(cè)量光束被與第一物體關(guān)聯(lián)的測(cè)量反射器反射的次數(shù)，和測(cè)量光束被與第二物體關(guān)聯(lián)的測(cè)量反射器反射的次數(shù)之比，等于n。
3.如權(quán)利要求1或2的干涉儀系統(tǒng)，其特征在于為了消除第一物體旋轉(zhuǎn)或傾斜對(duì)干涉儀信號(hào)影響，第二個(gè)干涉儀部件按這樣一種方式適配，使來(lái)自第一干涉儀部件的測(cè)量光束，在其返回到第一干涉儀部件之前于第二干涉儀部件中被反射m+1次，且m為大于2的偶數(shù)。
4.一種用來(lái)按照分步掃描原理將掩模圖案多重成象在基片上的裝置，該裝置包括安置在掩模工作臺(tái)上的掩模夾持器、安置在基片工作臺(tái)上的基片夾持器，以及安置在掩模工作臺(tái)和基片工作臺(tái)之間的投影系統(tǒng)，其特征在于如權(quán)利要求1，2或3所述的干涉儀系統(tǒng)，用來(lái)測(cè)量構(gòu)成第一和第二物體的掩模和基片的相互位置。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中的掩模圖案以放大倍率M被成象在基片上，其特征在于測(cè)量光束被與基片相關(guān)聯(lián)的測(cè)量反射器反射的次數(shù)，和測(cè)量光束被與掩模相關(guān)聯(lián)的測(cè)量反射器反射的次數(shù)之比，等于1/M。
6.如權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于與基片相關(guān)聯(lián)的測(cè)量反射器以及與掩模相關(guān)聯(lián)的測(cè)量反射器，是分別由基片夾持器和掩模夾持器的反射側(cè)面構(gòu)成的。
7.如權(quán)利要求4，5或6所述的裝置，其特征在于該干涉儀系統(tǒng)包括用來(lái)在某地點(diǎn)上測(cè)量投影系統(tǒng)位置的投影系統(tǒng)用干涉儀部件；投影系統(tǒng)則在上述地點(diǎn)上配備有附加的測(cè)量反射器。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，投影系統(tǒng)用的干涉儀部件是被上述參考光束通過(guò)的。
9.如權(quán)利要求4，5或6所述的裝置，其特征在于該投影系統(tǒng)在貼近掩模夾持器和貼近基片夾持器的兩個(gè)地點(diǎn)上分別配備另外兩個(gè)測(cè)量反射器；上述參考光束則被這兩個(gè)測(cè)量反射器反射。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于測(cè)量第一個(gè)物體(WH)和第二個(gè)物體(MH)相互位置和運(yùn)動(dòng)的差分干涉儀系統(tǒng),該系統(tǒng)包括帶有第一測(cè)量反射器(RW)的第一個(gè)干涉儀部件(1,2,3,4),和帶有第二測(cè)量反射器(RM)的第二個(gè)干涉儀部件(5,6,7,8)。由于測(cè)量光束(b
文檔編號(hào)G03F7/20GK1189898SQ97190435
公開(kāi)日1998年8月5日 申請(qǐng)日期1997年3月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月6日
發(fā)明者J·E·范德維爾夫, P·迪爾克森 申請(qǐng)人:菲利浦電子有限公司