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JP6080970B2 - 位置測定システム、位置測定システムの格子及び方法 - Google Patents

位置測定システム、位置測定システムの格子及び方法 Download PDF

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Description

（関連出願の相互参照）
[001] 本出願は、２０１２年１１月１９日出願の米国仮出願第６１／７２８，０７１号の利益を主張し、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
[002] 本発明は、位置測定システム、位置測定システムの格子及び方法に関する。
[003] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば１つ又は幾つかのダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが与えられる隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行に同期的にスキャンしながら、パターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することが可能である。
[004] 公知のリソグラフィ装置では、可動基板支持体及び可動パターニングデバイス支持体などの可動オブジェクトが使用される。これらの可動オブジェクトは高精度に移動することができる。可動オブジェクトの位置を決定するために、高精度に位置測定が可能な位置測定システムが提供される。例えば、リソグラフィ装置内での可動オブジェクトの高精度の位置測定のために干渉計システム及びエンコーダ測定システムが提供されている。
[005] エンコーダタイプの測定システムは、少なくとも１つのエンコーダヘッドと、例えば、基準板又はその他の基準要素上に配置された格子と、を含む。エンコーダヘッドは、格子の読み取りが可能な任意のタイプのエンコーダセンサであってもよい。
[006] エンコーダヘッドは第１オブジェクト上に搭載されることが可能であり、格子は第２オブジェクト上に搭載されることが可能である。格子は格子線の周期的なアレイを含み、エンコーダヘッドは、相対的な移動中に通過する格子線をカウントすることで第２オブジェクトに対する第１オブジェクトの相対的な位置の変化を決定するために格子線の周期的なアレイを読み取るように構成されている。幾つかの実施形態では、エンコーダヘッドは、比較的少数の格子線の範囲内で、格子線のこの範囲に対する絶対位置を決定することができる。グローバルには、エンコーダヘッドは絶対位置ではなく格子に対するエンコーダヘッドの位置の変化のみを決定することができるため、第２オブジェクトに対する第１オブジェクトの絶対的なグローバル位置の決定を可能にするために、格子に対するエンコーダヘッドのゼロ位置又は開始位置を知ることが望ましい。
[007] 格子は、少なくとも２つの測定方向で使用することができるように構成される２次元格子であってもよい。そのような２次元格子は、第１方向の第１格子線のアレイと第２方向の第２格子線のアレイとを含み、第１格子線のアレイと第２格子線のアレイとは重なり合う。第１方向と第２方向とは互いに垂直である。第１格子線のアレイ及び第２格子線のアレイは、格子に入射する測定ビームを第１方向の少なくとも１つの第１回折ビームと第２方向の少なくとも１つの第２回折ビームとに回折させる。少なくとも１つの第１回折ビーム及び／又は少なくとも１つの第２回折ビームは、エンコーダヘッドによって受光され、それぞれ、第１方向及び第２方向の位置測定に使用される。
[008] 格子は、格子平面内の異なる測定方向を有する異なるエンコーダセンサを使用することができる。
[009] ２次元格子を有する公知のエンコーダタイプの位置測定システムでは、位置測定システムの全体の精度を増加させるのに望ましいエンコーダヘッド数の増加と共に、エンコーダヘッドを適切に使用するためにより多くのレーザ出力が望まれる。このレーザ出力は、１つ以上のレーザ源、例えば、レーザボックスによって提供される。レーザ出力を増加させるには、増加した出力を有するレーザ源又は複数のレーザ源が必要である。増加した出力を有するレーザ源又は複数のレーザ源は、大幅に、コスト、重量及び１つ以上のレーザ源を組み込むための容量を増加させる。複数のレーザ源では、異なるレーザ減の同期化がさらに必要である。
[0010] さらに、公知のエンコーダタイプの位置測定システムでは、公知の格子は、絶対的なグローバル位置が測定される位置での高精度の測定へ悪影響を与えることなく、格子に対するエンコーダヘッドの絶対的なグローバル位置を決定するのに適していない。
[0011] 公知の位置測定システムのある実施形態では、格子に対するエンコーダヘッドの絶対位置を決定するように構成された別個の絶対位置センサが提供される。絶対位置センサは、格子に対する固定位置に配置されたマークを読み取るように構成されたセンサを含む。
[0012] 別の公知の実施形態では、格子それ自体がローカルマークを有する。位置測定システムのエンコーダヘッドがこのローカルマークに整列すると、エンコーダヘッドはマークの存在を決定し、その結果、格子に対するエンコーダヘッドの絶対位置を決定することができる。しかしながら、そのようなローカルマークの存在はローカルマークの区域での高精度の測定に悪影響を与える。したがって、そのようなローカルマークは、高精度の測定が望ましい区域での絶対位置の決定には好適でない。
[0013] 一般に、改良型の位置測定システム、特に、回折格子を備え、利用可能な測定ビームの出力を効率的に使用するエンコーダタイプの測定システムを提供することが望ましい。さらに、位置測定システムの所望の精度に関連する必要なレーザ出力を低減することが望ましい。また、位置測定システムのエンコーダヘッドにゼロイング位置を提供する格子を提供することが望ましい。
[0014] 本発明のある実施形態によれば、第２オブジェクトに対する第１オブジェクトの位置を決定するように構成された位置測定システムであって、第１オブジェクト上に搭載されたエンコーダヘッドと、第２オブジェクト上に搭載された格子と、を備え、格子が、第１及び第２アレイに入射する測定ビームを、第１方向の少なくとも１つの第１回折ビームと、第２方向の少なくとも１つの第２回折ビームと、に回折させる第１方向の第１格子線のアレイと、第２方向の第２格子線のアレイと、を備え、少なくとも１つの第１回折ビームが第１方向の位置測定に使用され、少なくとも１つの第２回折ビームが第２方向の位置測定に使用され、測定ビームが出力量を有し、格子が少なくとも１つの第１回折ビームと少なくとも１つの第２回折ビームとに不均一に出力量を分散させるように構成された位置測定システムが提供される。
[0015] 本発明のある実施形態によれば、位置測定システムの格子であって、格子が、第１及び第２アレイに入射する測定ビームを、第１方向の少なくとも１つの第１回折ビームと、第２方向の少なくとも１つの第２回折ビームと、に回折させる第１方向の第１格子線のアレイと第２方向の第２格子線のアレイとを含み、少なくとも１つの第１回折ビームが第１方向の位置測定に使用され、少なくとも１つの第２回折ビームが第２方向の位置測定に使用され、測定ビームが出力量を有し、格子が少なくとも１つの第１回折ビームと少なくとも１つの第２回折ビームとに不均一に出力量を分散させるように構成された格子が提供される。
[0016] 本発明のある実施形態によれば、第２オブジェクトに対する第１オブジェクトの位置を決定する方法であって、第１オブジェクト上にエンコーダヘッドを提供することと、第２オブジェクト上に格子を提供することであって、格子が、第１及び第２アレイに入射する測定ビームを、第１方向の少なくとも１つの第１回折ビームと、第２方向の少なくとも１つの第２回折ビームと、に回折させる第１方向の第１格子線のアレイと第２方向の第２格子線のアレイと、を含み、少なくとも１つの第１回折ビームが第１方向の位置測定に使用され、少なくとも１つの第２回折ビームが第２方向の位置測定に使用されることと、エンコーダヘッドによって、格子上に測定ビームを投影することであって、測定ビームが出力量を有し、格子が少なくとも１つの第１回折ビームと少なくとも１つの第２回折ビームとに不均一に出力量を分散させるように構成されることと、エンコーダヘッドによって、少なくとも１つの第１回折ビームと少なくとも１つの第２回折ビームとを受光することと、少なくとも１つの第１回折ビーム及び／又は少なくとも１つの第２回折ビームに基づいて、第２オブジェクトに対する第１オブジェクトの位置を決定することとを含む方法が提供される。
対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図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。
[0017]本発明の実施形態によるリソグラフィ装置を示す。 [0018]エンコーダヘッド及び２次元格子の概略側面図を示す。 [0019]エンコーダヘッド及び２次元格子の概略上面図を示す。 [0020]従来技術の２次元格子の概略上面図を示す。 [0021]基板ステージが様々な位置にあるリソグラフィ装置の位置測定システムの上面図を示す。 [0021]基板ステージが様々な位置にあるリソグラフィ装置の位置測定システムの上面図を示す。 [0022]本発明のある実施形態による２次元格子の概略上面図を示す。 [0023]本発明のある実施形態による２次元格子の概略上面図を示す。
[0024] 図１は、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を概略的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射又は任意の他の適切な放射）を調節するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイスＭＡを支持するように構築され、一定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１位置決めデバイスＰＭに接続された支持構造又はパターニングデバイス支持体（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、を含む。この装置はまた、基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構築され、一定のパラメータに従って基板Ｗを正確に位置決めするように構成された第２位置決めデバイスＰＷに接続された基板テーブルＷＴ（例えば、ウェーハテーブル又は基板支持体）を含む。さらに、この装置は、基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つ以上のダイを含む）上にパターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを投影するように構成された投影システムＰＳを含む。
[0025] 照明システムＩＬは、放射の誘導、整形、又は制御を行うための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型等の光学コンポーネント、又はそれらの任意の組合せなどの種々のタイプの光学コンポーネントを含んでいてもよい。
[0026] 支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡを支持、すなわちその重量を支えている。支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡの方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、例えばパターニングデバイスＭＡが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。この支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡを保持するために、機械式、真空式、静電式等のクランプ技術を使用することができる。支持構造ＭＴは、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡが例えば投影システムＰＳなどに対して確実に所望の位置にくるようにできる。
[0027] 本明細書において使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを与えるために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに与えられるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに与えられるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。「レチクル」又は「マスク」という用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。
[0028] パターニングデバイスＭＡは透過性又は反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型（alternating）位相シフトマスク、ハーフトーン型（attenuated）位相シフトマスクのようなマスクタイプ、さらには様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例として、小さなミラーのマトリクス配列を使用し、そのミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射ビームにパターンを与える。
[0029] 本明細書において使用する「投影システム」という用語は、使用する露光放射、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、屈折型光学システム、反射型光学システム、反射屈折型光学システム、磁気型光学システム、電磁気型光学システム及び静電型光学システム、又はそれらの任意の組合せを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。
[0030] 本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、又は反射マスクを使用する）。
[0031] リソグラフィ装置は２つ（デュアルステージ）又はそれ以上の基板テーブル又は「基板支持体」（及び／又は２つ以上のマスクテーブル又は「マスク支持体」）を有するタイプでよい。このような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブル又は支持体を並行して使用するか、又は１つ以上の他のテーブル又は支持体を露光に使用している間に１つ以上のテーブル又は支持体で予備工程を実行することができる。代替的に又は追加的に、装置は基板テーブルと測定テーブルとを有していてもよい。測定テーブルはセンサなどの測定装置を担持するように構成されている。測定テーブルは基板を保持するように構成されていなくてもよい。
[0032] リソグラフィ装置は、投影システムＰＳと基板Ｗとの間の空間を充填するように、基板Ｗの少なくとも一部を水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆えるタイプでもよい。液浸液は、例えばパターニングデバイスＭＡと投影システムＰＳとの間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。液浸技術は、投影システムＰＳの開口数を増加させるために使用することができる。本明細書で使用する「液浸」という用語は、基板Ｗなどの構造を液体に沈めなければならないという意味ではなく、露光中に投影システムＰＳと基板Ｗの間に液体が存在するというほどの意味である。
[0033] 図１を参照すると、照明システムＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源ＳＯ及びリソグラフィ装置は、例えば放射源ＳＯがエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源ＳＯはリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯから照明システムＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及び照明システムＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。
[0034] 照明システムＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するように設定されたアジャスタＡＤを備えていてもよい。通常、照明システムＩＬの瞳面における強度分布の少なくとも外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ-outer及びσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。また、照明システムＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。照明システムＩＬを用いて放射ビームを調節し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。
[0035] 放射ビームＢは、支持構造ＭＴ上に保持されたパターニングデバイスＭＡに入射し、パターニングデバイスＭＡによってパターニングされる。パターニングデバイスＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２ポジショナＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ又は容量センサ）との助けを借りて、基板テーブルＷＴは、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めできるように正確に移動できる。同様に、第１ポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）とを用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイスＭＡを正確に位置決めすることができる。一般に、支持構造ＭＴの移動は、第１ポジショナＰＭの部分を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールの助けにより実現できる。ロングストロークモジュールは、ショートストロークモジュールを大きな範囲にわたって限界精度で移動するように構成されてもよい。ショートストロークモジュールは、ロングストロークモジュールに対して支持構造ＭＴを狭い範囲にわたって高精度に移動するように構成されてもよい。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２ポジショナＰＷの部分を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールを用いて実現することができる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、パターニングデバイス支持体ＭＴをショートストロークアクチュエータのみに接続するか、又は固定してもよい。パターニングデバイスＭＡ及び基板Ｗは、パターニングデバイスアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アライメントマークＰ１、Ｐ２は、専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分Ｃの間の空間に位置してもよい。同様に、パターニングデバイスＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、パターニングデバイスアライメントマークをダイ間に配置してもよい。
[0036] 図示の装置は、以下の３つのモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。
[0037] 第１モードは、いわゆるステップモードである。ステップモードでは、支持構造ＭＴ及び基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームに付与されたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一静的露光）。次に、別のターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴがＸ方向及び／又はＹ方向に移動される。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光で像が形成されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
[0038] 第２モードは、いわゆるスキャンモードである。スキャンモードでは、支持構造ＭＴ及び／又は基板テーブルＷＴは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに付与されるパターンがターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一動的露光）。支持構造ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分Ｃの（スキャン方向における）高さが決まる。
[0039] 第３モードでは、支持構造ＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持して基本的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴを移動又はスキャンさせながら、放射ビームに付与されたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは、一般にパルス状放射源を使用して、基板テーブルＷＴを移動させる毎に、又はスキャン中に連続する放射パルスの間で、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに容易に適用できる。
[0040] 上述した使用モードの組合せ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用することができる。
[0041] 図２は、本発明のある実施形態による位置測定システムのエンコーダヘッドＥＨ及び格子Ｇの側面図である。位置測定システムは、図１の実施形態で述べたように位置センサＩＦの一部であってもよい。図３は、エンコーダヘッドＥＨ及び格子Ｇの一部の上面図である。エンコーダヘッドＥＨは光学エンコーダヘッドであってもよい。
[0042] エンコーダヘッドＥＨは、第１オブジェクト、例えば、基板ステージＷＳ上に搭載されることが可能であり、格子Ｇは、第２オブジェクト、例えば、メトロロジーフレーム上に搭載される。ある実施形態では、第１オブジェクト上に複数のエンコーダヘッドＥＨを搭載して格子Ｇと協働させてもよく、複数の格子Ｇを提供して、１つ以上のエンコーダヘッドＥＨと協働して使用できる。あるいは、少なくとも１つの格子Ｇが基板ステージＷＳ上に搭載され、少なくとも１つのエンコーダヘッドＥＨが基準フレーム上に搭載される。基準フレームは投影システムＰＳに対して実質的に静止している。基準フレームは投影システムＰＳを支持していてもよい。基板ステージＷＳは、第１表面と、第２表面と、を含んでもよい。第１表面は、基板ステージＷＳの上側にある。第２表面は、基板ステージＷＳの下側にある。第１表面は、ウェーハを保持するように構成されることが可能である。第２表面は、格子を保持するように構成されることが可能である。
[0043] 図２及び図３では、格子Ｇのごく一部しか示されていない。ある実施形態では、格子Ｇはより大きな範囲にわたっていてもよく、格子Ｇに対するエンコーダヘッドＥＨの運動をこの大きな範囲にわたって決定することができる。
[0044] エンコーダヘッドＥＨは、格子Ｇへ向けて測定ビームＭＢを発するように構成されている。格子Ｇは、第１方向の第１格子線のアレイと第２方向の第２格子線のアレイとを重なり合うように含み、第１及び第２アレイに入射する測定ビームＭＢを第１方向の少なくとも１つの第１回折ビーム１ＤＢと第２方向の少なくとも１つの第２回折ビーム２ＤＢとに回折させる。２．第１アレイは、第１アレイに入射する測定ビームを少なくとも１つの第１回折ビーム２ＤＢに回折させるように構成されることが可能である。第２アレイは、第２アレイに入射する測定ビームを少なくとも１つの第２回折ビーム２ＤＢに回折させるように構成されることが可能である。少なくとも１つの第１回折ビーム１ＤＢ及び少なくとも１つの第２回折ビーム２ＤＢは、エンコーダヘッドＥＨによって受光され、格子Ｇに対するエンコーダヘッドＥＨの位置の変化を決定するために使用される。少なくとも１つの第１回折ビーム１ＤＢは、第１方向の位置測定のためにそれぞれのエンコーダヘッドＥＨによって使用されるすべての回折ビームを備え、少なくとも１つの第２回折ビーム２ＤＢは、第２方向の位置測定のためにそれぞれのエンコーダヘッドＥＨによって使用されるすべての回折ビームを含む。
[0045] なお、格子Ｇはまた、測定ビームＭＢを、位置測定に用いない別の回折ビームＦＤＢにも回折させる。別の回折ビームＦＤＢはエンコーダヘッドＥＨによって観測されない。少なくとも１つの第１回折ビーム１ＤＢ及び少なくとも１つの第２回折ビーム２ＤＢは、例えば、１次回折ビームであり、一方、別の回折ビームＦＤＢは、例えば、高次ビーム又は第１方向又は第２方向以外の方向に進行する１次回折ビームを含んでいてもよい。
[0046] 図４は、従来技術の格子Ｇの上面図を示す。格子Ｇは、第１方向１Ｄの第１格子線のアレイ１ＧＬと、第２方向２Ｄの第２格子線のアレイ２ＧＬと、を含む。格子線１ＧＬ及び格子線２ＧＬは、重なり合うように相互に垂直に配置され、したがって、第１アレイの単一の格子線は第２方向に進行し、第２アレイの単一の格子線は第１方向に進行する。
[0047] 格子線１ＧＬ、２ＧＬは、格子Ｇ上での測定ビームＭＢの回折を得るのに好適な任意のタイプであってもよい。格子線は、例えば、格子板の材料とは異なる屈折率を有する材料を充填された格子板表面に加工されたスロットによって形成されてもよい。なお、第１格子線のアレイ１ＧＬと、第２格子線のアレイ２ＧＬとは互いに交差している。その結果、単一の格子線は連続的なスロットなどの連続的な線ではなく、間欠的に中断する線、例えば、格子線のアレイの方向に垂直な方向に進展する一連のスロットによって形成される。
[0048] 第１格子線のアレイ１ＧＬは第１周期Ｐｅ１を有し、第２格子線のアレイ２ＧＬは第２周期Ｐｅ２を有する。第１周期Ｐｅ１と第２周期Ｐｅ２とは同じである。すなわち、第１アレイ及び第２アレイの後続の格子線は等間隔に配置されている。
[0049] 第１格子線のアレイ１ＧＬは第１デューティサイクルを有し、第２格子線のアレイ２ＧＬは第２デューティサイクルを有する。
[0050] 格子のデューティサイクルは、格子線の周期に対する格子線の幅、例えば、スロット幅の比率、すなわち、２つの隣接する格子線間の周期的な距離である。
[0051] 図４の従来技術の実施形態では、第１格子線のアレイ１ＧＬの第１デューティサイクルと、第２格子線のアレイＧＬ２の第２デューティサイクルと、は同じである。
[0052] その結果、格子Ｇの特性は第１方向と第２方向とで同じである。特に、測定ビームが第１方法と第２方向とに均一に回折する時には、測定ビームの出力は、第１方向の少なくとも１つの第１回折ビームと第２方向の少なくとも１つの第２回折ビームとに均一に分割される。その結果、１つ以上の第１及び第２回折ビームの出力に依存する限り、両方の方向の測定精度は実質的に等しい。
[0053] しかしながら、すべての状況又は用途においてではないが、両方の測定方向、すなわち、第１方向及び第２方向は等しく重要である。第１方向及び第２方向の一方が主要な測定方向であり、第１方向及び第２方向の他方がサブ測定方向であることが多い。そのような場合、主要な測定方向のみで高精度測定が要求される。
[0054] 例えば、図５及び図６は、リソグラフィ装置の基板ステージＷＳのエンコーダタイプの測定システムの上面図を示す。基板ステージＷＳは、基板テーブルＷＴと、第２ポジショナＰＷとを含む。位置測定システムは、各々が２次元格子を含む８つの格子板ＧＰを含む。格子板ＧＰは、メトロロジーフレームなどの実質的に静止したフレームに搭載されている。基板ステージＷＳは、異なる位置の間で格子板ＧＰに対して移動可能である。
[0055] 図５では、上側に、基板ステージＷＳがリソグラフィ装置の露光側の露光位置に配置され、露光位置で、基板ステージＷＳによって支持された基板Ｗがパターン付放射ビームを基板Ｗ上に投影する投影システムＰＳに整列する。図５の下側に、基板ステージＷＳがリソグラフィ装置の測定側の測定位置に（破線で）示されている。この測定側で、基板Ｗの表面を測定して基板Ｗの表面マップを得ることができる。露光中にこの表面マップを使用して、投影システムＰＳに対する基板Ｗの位置決め精度を高めることができる。
[0056] 図６で、基板ステージＷＳが、リソグラフィ装置の露光側と測定側との間の転写位置に示されている。
[0057] 位置測定システムは、基板ステージＷＳ上に搭載された４つのエンコーダヘッドＥＨを含む。エンコーダヘッドＥＨの各々は、エンコーダヘッドＥＨの各々において矢印で示された測定方向を含む。
[0058] なお、エンコーダヘッドＥＨはまた、格子板ＧＰの測定面に垂直な又は実質的に垂直な方向の格子板ＧＰに対するエンコーダヘッドＥＨの位置を決定するようにも構成されることが可能である。
[0059] 露光位置及び測定位置で、通常、格子線の小さい範囲内の局所的な高精度の絶対位置の決定を含む、基板ステージＷＳの高精度の位置測定が要求される。
[0060] 転写位置で、位置測定の精度レベルは露光位置及び測定位置の精度レベルよりも低くてもよい。例えば、転写位置では、格子線に対する位置のグローバルな変化が測定される一方、格子線の小さい範囲内の局所的な高精度の絶対位置は決定されない。
[0061] 図５及び図６では、格子の第１方向及び第２方法はそれぞれ、実線の矢印と破線の矢印とで示されている。図５に示す基板ステージＷＳの露光位置及び測定位置で、エンコーダヘッドＥＨの測定方向は、それぞれのエンコーダヘッドＥＨが整列する格子板ＧＰの格子の第１方向に平行であることが分かる。しかしながら、図６に示すように、基板ステージＷＳの転写位置で、エンコーダヘッドＥＨの測定方向は、第２方向に平行である。エンコーダヘッドＥＨ及び格子板ＧＰのこの構成のために、格子板ＧＰの各々の第１方向の位置測定はその第２方向の位置測定よりも重要である。したがって、第１方向は主要な測定方向であり、第２方向はサブ測定方向である。
[0062] 本発明のある実施形態は、測定ビームＭＢの出力量、例えば、レーザ測定ビームのレーザ出力を、少なくとも１つの第１回折ビーム１ＤＢと少なくとも１つの第２回折ビーム２ＤＢとに不均一に分散させることを提案する。図５及び図６に示す位置測定では、第１方向に回折する少なくとも１つの第１回折ビーム１ＤＢは、第２方向に回折する少なくとも１つの第２回折ビーム２ＤＢよりも比較的多くの出力を受け取ることが望ましい。これは、より高い測定精度が要求される位置では、エンコーダヘッドＥＨの測定方向はそれぞれの格子の第１方向に平行なためである。
[0063] 測定ビーム、普通はレーザビームの比較的より多くの出力を第１方向に回折させることで、第１方向のエンコーダヘッドの測定精度を向上させることができる。例えば、信号対雑音比を向上させることができる。
[0064] あるいは、出力を第１方向と第２方向とに均一に分散させる場合、第１方向の出力は第１方向の高精度の位置測定にとって十分であり、第１方向に比較的より多くの出力を向けて、高精度の位置測定に必要な総レーザ出力を低減することができる。その結果、単一のエンコーダヘッドＥＨに提供される総出力は低減され、例えば、より多くのエンコーダヘッドＥＨを単一のレーザ源に接続することができる。これは、エンコーダヘッドＥＨの総数を増加させる必要がある場合に、単一のレーザ源のレーザ出力を増加させ、又は複数のレーザ源を提供することで利用可能なレーザ出力を増加させる必要を解消する。
[0065] 図７は、少なくとも１つの第１回折ビーム１ＤＢと少なくとも１つの第２回折ビーム２ＤＢとの間の出力分散が不均一である格子Ｇのある実施形態を概略的に示す。格子Ｇは、第１方向の第１格子線のアレイ１ＧＬと第２方向の第２格子線のアレイ２ＧＬとを含む。第１及び第２アレイは重なり合っている。
[0066] 第１方向の格子線１ＧＬは周期Ｐｅ１を有する。格子Ｇの第２方向の格子線２ＧＬは周期Ｐｅ２を有する。周期Ｐｅ１と周期Ｐｅ２とは同じであり、したがって、少なくとも１つの第１回折ビームと少なくとも１つの第２回折ビームの回折角度は対応する。
[0067] しかしながら、第１方向の格子線１ＧＬは第１デューティサイクルを有し、第２方向の格子線２ＧＬは第２デューティサイクルを有する。２つの隣接する格子線の間の周期的な距離と比較した第１方向及び第２方向の格子線を形成する格子要素の長さ／幅によって概略が示されるように、第１デューティサイクルと第２デューティサイクルとは異なっている。
[0068] 第１デューティサイクルと第２デューティサイクルとは、少なくとも１つの第１回折ビーム及び少なくとも１つの第２回折ビーム内の測定ビームＭＢの回折中の出力分散が不均一になるように選択される。特に、第２回折ビーム２ＤＢよりも第１回折ビーム１ＤＢへより多くのレーザ出力が向けられる。
[0069] 第１格子線のアレイ１ＧＬの第１デューティサイクルと第２格子線のアレイ２ＧＬの第２デューティサイクルとの差は、格子Ｇの全体にわたって実質的に同じであり、したがって、少なくとも１つの第１回折ビームと少なくとも１つの第２回折ビームとの間の実質的に同じ不均一な出力分散が格子Ｇの各測定位置で得られる。
[0070] 別の実施形態では、少なくとも１つの第１回折ビーム１ＤＢと少なくとも１つの第２回折ビーム２ＤＢとの間の出力分散は格子Ｇの幾つかの区域では均一であってもよく、格子Ｇの別の範囲では不均一であってもよい。また、少なくとも１つの第１回折ビームと少なくとも１つの第２回折ビームとの間の出力分散の比率は、格子Ｇの異なる区域で異なっていてもよい。
[0071] なお、格子Ｇ、特に格子線を改変して、少なくとも１つの第１回折ビーム１ＤＢと少なくとも１つの第２回折ビーム２ＤＢとに測定ビームの出力を不均一に分散させる改変を適用することができる。格子の第１デューティサイクル及び／又は第２デューティサイクルの改変に加えて、又はそれに代えて、第１及び第２方向の格子線を形成するスロットの深さを改変し、及び／又はスロット壁の角度を改変してもよい。第１方向の位置測定に用いる第１回折ビーム１ＤＢと、第２方向の位置測定に用いる第２回折ビーム２ＤＢとにわたる不均一な出力分散を得るその他の任意の手段も適用することができる。
[0072] 図８は、第１方向及び第２方向のレーザ出力の不均一な分散を使用する別の例を示す。
[0073] 図７の実施形態では、少なくとも１つの第１回折ビーム１ＤＢが、位置測定にとって最も重要な第１方向に回折するために、格子Ｇが位置測定に用いられるこの少なくとも１つの第１回折ビーム１ＤＢに比較的より多くの出力を向けることが提案されている。
[0074] 別の方法では、少なくとも１つの第１回折ビーム１ＤＢが位置測定にとって最も重要なため、少なくとも１つの第２回折ビーム２ＤＢへ分散される出力の重要性は低いという結論になる。少なくとも１つの第２回折ビーム２ＤＢへ分散されるこの出力を別の用途に用いて、特に、格子内の絶対基準点、すなわち、ゼロイング位置を得ることもできる。
[0075] 上記のように、格子Ｇは、第１方向の第１格子線のアレイ１ＧＬと第２方向の第２格子線のアレイ２ＧＬとを含む。この実施形態では、第１方向が主要な測定方向であるため、第１方向の第１格子線のアレイ１ＧＬの周期Ｐｅ１などの特性は格子Ｇ全体にわたって同じである。その結果、格子Ｇ全体にわたって、第１方向の同じレベルの高精度の位置測定が得られる。
[0076] 第２格子線のアレイ２ＧＬの一部で、格子線２ＧＬのデューティサイクルが変化する。この部分の概略を図８のＭＣで示す。部分ＭＣのデューティサイクルは第２アレイの残りの部分のデューティサイクルとは異なる。
[0077] 測定ビームＭＢが、部分ＭＣを含む格子Ｇの一区域上に入射すると、第２方向の第２格子線のアレイ２ＧＬが格子に入射した測定ビームＭＢを、格子Ｇの他の区域内と同じ出力を有する少なくとも１つの第１回折ビーム１ＤＢと、格子Ｇの他の区域と比較して低減した出力を有する少なくとも１つの第２回折ビーム２ＤＢと、少なくとも１つ以上の別の回折ビームＦＤＢとに回折させる。
[0078] １つ以上の別の回折ビームＦＤＢは第１及び／又は第２方向に回折されることができるが、第１又は第２方向の位置測定には使用されない。
[0079] 別の回折ビームＦＤＢは、測定ビームが部分ＭＣへ向けられた時にのみ存在する新しいビームであってもよく、及び／又は、別の回折ビームＦＤＢは、格子Ｇの表面区域全体にわたって存在するが部分ＭＣで格子Ｇの他の区域と比較して増加した出力を有する別の回折ビームであってもよい。
[0080] 回折中の出力分散のこの変化の結果として、第２方向に測定するエンコーダヘッドＥＨは、エンコーダヘッドＥＨが部分ＭＣを通過する際に、少なくとも１つの第２回折ビーム２ＤＢの出力低下を観測する。この出力低下は、第２方向の格子Ｇに対するエンコーダヘッドＥＨの絶対位置を示す。したがって、部分ＭＣを絶対基準位置、すなわち、ゼロイング位置として用いて、位置測定システムによって得られる絶対位置を獲得し、検査し、修正し、及び／又はリセットすることができる。
[0081] これによって、位置測定システムのゼロイングのための別の絶対位置センサの必要性がなくなる。
[0082] 出力低下は、第２方向に関連する回折ビーム内でのみ発生するため、部分ＭＣの通過は、第１方向で得られる高精度の測定に大きな影響を与えない。
[0083] なお、本発明のある実施形態による格子は、例えば、図７に示す１つ以上の第１回折ビーム１ＤＢと１つ以上の第２回折ビーム２ＤＢとの間の出力分散のグローバルな差分と、例えば、図８の部分ＭＣに示す第２方向の格子線の局所的な変化との組み合わせを含んでもよい。
[0084] さらに、図５及び図６の実施形態では、格子板ＧＰの第１及び第２方向は格子板ＧＰによって異なる。したがって、格子板ＧＰに対するエンコーダヘッドの絶対位置を複数の方向で決定することができ、それによって、第２方向の測定値のみが使用される。
[0085] 代替的に又は追加的に、上記の位置測定システムを用いて、基板ステージＷＳ以外の可動オブジェクトの位置を決定することができる。その代わりに、例えば、エンコーダヘッドＥＨと格子Ｇの一方を支持構造ＭＴ上に搭載することで、支持構造ＭＴの位置を決定できる。
[0086] 以上から、少なくとも１つの第２回折ビームの出力を他の用途に使用できることが理解されよう。
[0087] 本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導及び検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造である。このような代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが、当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジーツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。
[0088] 光リソグラフィの分野での本発明の実施形態の使用に特に言及してきたが、本発明は文脈によってはその他の分野、例えばインプリントリソグラフィでも使用することができ、光リソグラフィに限定されないことを理解されたい。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイス内のトポグラフィが基板上に作成されたパターンを画定する。パターニングデバイスのトポグラフィは基板に供給されたレジスト層内に刻印され、電磁放射、熱、圧力又はそれらの組合せを印加することでレジストは硬化する。パターニングデバイスはレジストから取り除かれ、レジストが硬化すると、内部にパターンが残される。
[0089] 本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線光（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。
[0090] 以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。
[0091] 上記の説明は例示的であり、限定的ではない。したがって、請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。

Claims (14)

  1. 第２オブジェクトに対する第１オブジェクトの位置を決定する位置測定システムであって、
    前記第１オブジェクト上に搭載されたエンコーダヘッドと、
    前記第２オブジェクト上に搭載された格子と、を備え、
    前記格子が、第１方向の格子線の第１アレイ及び第２方向の格子線の第２アレイを備え、前記第１及び第２アレイに入射する測定ビームを、前記第１方向の少なくとも１つの第１回折ビーム及び前記第２方向の少なくとも１つの第２回折ビームに回折させ、前記少なくとも１つの第１回折ビームが前記第１方向の位置測定のためのものであり、前記少なくとも１つの第２回折ビームが前記第２方向の位置測定のためのものであり、
    前記測定ビームが出力量を有し、前記格子が、前記出力量を、前記少なくとも１つの第１回折ビームと前記少なくとも１つの第２回折ビームとに不均一に分散させ、
    前記第１方向が主要な測定方向であり、前記第２方向がサブ測定方向であり、前記格子が、前記少なくとも１つの第１回折ビームが前記少なくとも１つの第２回折ビームよりも大きな出力を有するように前記測定ビームの前記出力量を分散させる、位置測定システム。
  2. 前記第１アレイが第１周期と第１デューティサイクルとを備え、前記第２アレイが第２周期と第２デューティサイクルとを備え、前記第１周期と前記第２周期とが同じであり、前記第１デューティサイクルが前記第２デューティサイクルと異なる、請求項１に記載の位置測定システム。
  3. 前記第２方向の前記第２アレイの一部が、前記第２デューティサイクルとは異なる第３デューティサイクルを備え、前記位置測定システムが前記一部に対する前記エンコーダヘッドの絶対位置を決定する、請求項２に記載の位置測定システム。
  4. 前記一部が第３周期を有し、前記第２周期と前記第３周期とが同じである、請求項３に記載の位置測定システム。
  5. 前記格子が、前記格子の全体の前記出力量を、前記前記少なくとも１つの第１回折ビームと前記少なくとも１つの第２回折ビームとに不均一に分散させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の位置測定システム。
  6. 前記第１方向と前記第２方向とは互いに垂直である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の位置測定システム。
  7. 前記少なくとも１つの第１回折ビーム及び前記少なくとも１つの第２回折ビームが前記測定ビームの１次回折ビームである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の位置測定システム。
  8. パターンを含むパターニングデバイスを支持する支持構造と、
    前記パターンを基板上に投影する投影システムと、
    前記基板を保持する基板ステージと、
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の位置測定システムと、を備えるリソグラフィ装置であって、
    前記位置測定システムが、前記投影システムに対する前記支持構造及び前記基板ステージの一方の位置を決定する、リソグラフィ装置。
  9. 基準フレームを備え、前記格子が前記基板ステージ上に搭載され、前記エンコーダヘッドが前記基準フレーム上に搭載される、請求項８に記載のリソグラフィ装置。
  10. 前記基板ステージが第１表面と第２表面とを含み、前記第１表面が前記基板ステージの上側にあり、前記第２表面が前記基板ステージの下側にあり、前記第１表面が前記基板を保持し、前記第２表面が前記格子を保持する、請求項８に記載のリソグラフィ装置。
  11. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の位置測定システムでの使用のために構成される格子。
  12. 位置測定システムのための格子であって、前記格子が、第１方向の格子線の第１アレイ及び第２方向の格子線の第２アレイを備え、前記第１及び第２アレイに入射する測定ビームを、前記第１方向の少なくとも１つの第１回折ビーム及び前記第２方向の少なくとも１つの第２回折ビームに回折させ、前記少なくとも１つの第１回折ビームが前記第１方向の位置測定に使用され、前記少なくとも１つの第２回折ビームが前記第２方向の位置測定に使用され、前記測定ビームが出力量を有し、前記格子が、前記出力量を、前記少なくとも１つの第１回折ビームと前記少なくとも１つの第２回折ビームとに不均一に分散させ、前記第１方向が主要な測定方向であり、前記第２方向がサブ測定方向であり、前記格子が、前記少なくとも１つの第１回折ビームが前記少なくとも１つの第２回折ビームよりも大きな出力を有するように前記測定ビームの前記出力量を分散させる、格子。
  13. 前記第１アレイが第１周期と第１デューティサイクルとを備え、前記第２アレイが第２周期と第２デューティサイクルとを備え、前記第１周期と前記第２周期とが同じであり、前記第１デューティサイクルが前記第２デューティサイクルと異なる、請求項１２に記載の格子。
  14. 前記第２アレイの一部が、前記第２デューティサイクルとは異なる第３デューティサイクルを備える、請求項１３に記載の格子。
JP2015542227A 2012-11-19 2013-11-08 位置測定システム、位置測定システムの格子及び方法 Active JP6080970B2 (ja)

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