DE3788158T2

DE3788158T2 - Vorrichtung für die Erkennung von Vergrösserungsfehlern in einem optischen Abbildungssystem.

Info

Publication number: DE3788158T2
Application number: DE3788158T
Authority: DE
Inventors: Antonius H.M. Nl-5656 Aa Eindhoven Akkermans; Gijsbertus Nl-5656 Aa Eindhoven Bouwhuis; Guido C.R.M. Nl-5656 Aa Eindhoven Van De Looy
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 1986-05-21
Filing date: 1987-05-12
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2007-05-13
Also published as: US4772119A; EP0247665A1; EP0247665B1; DE3788158D1; NL8601278A; JPH0482175B2; JPS631031A

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Abbildungssystem mit einem Hauptlinsensystem, um eine Objektebene und eine Bildebene einander zuzuordnen, wobei das Hauptlinsensystem an einer Seite telezentrisch ist.
Ein solches System kann zur maßgenauen Abbildung eines äußerst feindetaillierten Objektes verwendet werden und ist besonders für die Verwendung in einem Apparat zur wiederholten Abbildung eines Maskenmusters auf ein Substrat geeignet, der bei der Fertigung integrierter Schaltungen oder ICs benutzt wird.
Ein solcher Apparat, häufig als "Waferstepper" bezeichnet, wird unter anderem in dem Beitrag "Optical aspects of the Silicon Repeater" in "Philips Technical Review", Band 41,1983/84, Nr. 9, S. 268-278 beschrieben. Dieser Beitrag beschreibt einen Apparat zur wiederholten, verkleinerten Abbildung eines Maskenmusters, beispielsweise der Struktur einer integrierten Schaltung, auf dasselbe Substrat, wobei das Maskenmuster und das Substrat relativ zueinander in zwei zueinander senkrechten Richtungen in einer zur Substratebene parallelen Ebene zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungen bewegt werden.
Integrierte Schaltungen werden mit Hilfe von Diffusions- und Maskentechniken hergestellt. Bei diesem Prozeß werden mehrere Masken mit unterschiedlichen Maskenmustern nacheinander auf dieselbe Stelle auf ein Halbleitersubstrat abgebildet. Zwischen aufeinanderfolgenden Abbildungsvorgängen auf dieselbe Stelle muß das Substrat den gewünschten physikalischen und chemischen Veränderungen unterworfen werden. Hierzu muß das Substrat aus dem Apparat entfernt werden, und nachdem es den gewünschten Prozeßschritten unterworfen worden ist, sollte es wieder an derselben Stelle in den Apparat eingesetzt werden, damit es über ein zweites Maskenmuster belichtet werden kann usw. Während des Prozesses muß unter anderem dafür gesorgt werden, daß das Bild des zweiten Maskenmusters und der nachfolgenden Maskenmuster exakt bezüglich des Substrats positioniert sind.
Diffusions- und Maskentechniken können auch bei der Fertigung anderer Strukturen mit Detailabmessungen von der Größenordnung einiger Mikrometer verwendet werden. Beispiele hierfür sind Strukturen integrierter optischer Systeme oder Leitungs- und Detektionsmuster in Speichern mit magnetischen Domänen.
Angesichts der Vielzahl elektronischer Komponenten pro Flächeneinheit des Substrats und der resultierenden kleinen Abmessungen dieser Komponenten werden stets strengere Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit für integrierte Schaltungen gestellt. Daher erfordert die wiederholte Abbildung eines Maskenmusters auf ein Substrat den Einsatz eines Projektionslinsensystems sehr hoher Qualität. Der in dem oben genannten Beitrag beschriebene bekannte Apparat verwendet ein an beiden Seiten telezentrisches Projektionslinsensystem, d. h. ein System, das sowohl an der Objekt- oder der Maskenseite oder an der Bild- als auch der Substratseite telezentrisch ist. Ein Linsensystem ist an einer bestimmten Seite telezentrisch, wenn an dieser Seite die Ebene der Pupille, d. h. der Eintritts- oder der Austrittspupille, im Unendlichen liegt. Das heißt, daß das Bild der tatsächlichen Pupille, das von den an dieser Seite vor der tatsächlichen Pupille liegenden Linsenelementen erzeugt wird, im Unendlichen liegt. An einer telezentrischen Seite des Linsensystems trifft der Hauptstrahl eines Strahlenbündels, d. h. der durch den Mittelpunkt der Pupille tretende Strahl, immer senkrecht auf die dieser Seite entsprechende Objektebene oder Bildebene auf. Bei der bekannten Projektionsvorrichtung, die ein zu beiden Seiten telezentrisches Linsensystem enthält und deren Objektebene im Idealfall mit der Ebene des Maskenmusters zusammenfällt, führt eine Verschiebung des Maskenmusters oder des Substrats entlang der optischen Achse relativ zu dem Projektionslinsensystem nicht zu einem Vergrößerungsfehler.
Der in dem genannten Beitrag in "Philips Technical Review", Band 41, Nr. 9, S. 268-278 beschriebene Apparat für die wiederholte Abbildung von Maskenmustern hat sich für die wiederholte Erzeugung von Bildern mit einem bestimmten Bildformat und mit kleinsten Details oder Linienbreiten in der Größenordnung 1 Mikrometer und weniger als sehr geeignet erwiesen. Es herrscht jedoch eine zunehmende Nachfrage nach integrierten Schaltungen mit mehr elektronischen Funktionen. Solche Schaltungen benötigen jedoch nicht nur eine größere Oberfläche, sondern ihre Komponenten haben auch noch kleinere Abmessungen. Daher gibt es einen steigenden Bedarf für einen Apparat, der wiederholte Abbildungen mit größerem Bildformat und mit Details oder Linienbreiten kleiner als 1 Mikrometer erzeugen kann. Das Projektionslinsensystem für einen solchen Apparat muß eine sehr hohe Auflösung haben, wobei das Bildfeld verhältnismäßig groß sein sollte, beispielsweise mit einem Durchmesser von etwa 23 mm. Ein solches Linsensystem, das seit kurzem verfügbar ist, ist an der Bildseite telezentrisch, aber nicht an der Objektseite.
Bei Verwendung dieses Projektionslinsensystems kann ein bisher unwichtiges Problem eine bedeutende Rolle spielen. Dieses Problem besteht darin, daß das Verhalten des Linsensystems von Umgebungseinflüssen abhängt. Im Falle sich ändernder Umgebungsparameter, insbesondere des Luftdrucks, können sich die relativen Brechzahlen in dem Projektionslinsensystem in einem solchen Ausmaß ändern, daß sich unter anderem die Vergrößerung dieses Systems ändert. Daher entsteht die Notwendigkeit, den Vergrößerungsfehler zu detektieren, um ihn korrigieren zu können.
Zusätzlich zu dem infolge von Abweichungen in dem Projektionslinsensystem selbst auftretenden Vergrößerungsfehler können auch während der Abbildung des Maskenmusters auf das Substrat Abmessungsfehler auftreten, die den gleichen Effekt wie Vergrößerungsfehler haben. Diese Abmessungsfehler können von durch Temperaturschwankungen und Maskenverformungen verursachte Maßveränderungen in dem Maskenmuster und von thermischer Ausdehnung der Aufhängungen des Projektionslinsensystems und der Maske in dem Belichtungsapparat herrühren. Außerdem haben auch Maßveränderungen in dem Substrat, die auch in dem bekannten Apparat eine Rolle spielen, einen wesentlichen Einfluß auf die Qualität des Maskenmusterbildes.
Das Problem einer variierenden Vergrößerung unter Einfluß von Umgebungsbedingungen kann auch in anderen optischen Systemen auftreten, mit denen regelmäßige Muster mit hoher Maßgenauigkeit abgebildet werden müssen.
Im allgemeinen werden in einem Werk zur Fertigung integrierter Schaltungen mehrere Apparate der hier genannten Art zur wiederholten Abbildung eines Maskenmusters auf ein Substrat, auch als Belichtungsapparate bezeichnet, installiert sein. Es kann beispielsweise wünschenswert sein, die für die verschiedenen Prozeßschritte erforderlichen Belichtungen eines bestimmten Substrats mittels unterschiedlicher Apparate durchzuführen. Auch wenn im Prinzip die einzelnen Belichtungen eines Substrats mit Hilfe desselben Belichtungsapparates durchgeführt werden sollen, sollte es möglich sein, auf einen anderen Apparat überzuwechseln, falls der erste gewartet werden muß oder ausgefallen ist. Wenn für dasselbe Substrat mehrere Belichtungsapparate verwendet werden, sollte es möglich sein, die Abbildungsmaße dieser Apparate einander gleich zu machen.
Zwischen einer ersten und einer folgenden Belichtung desselben Substrats mittels desselben Belichtungsapparates kann eine erhebliche Zeitdauer liegen. In der Zwischenzeit kann sich die Vergrößerung dieses Apparates verändert haben. Es sollte dann möglich sein, die Vergrößerung des Apparates auf denselben Wert einzustellen, mit dem die bereits auf dem Substrat erzeugte Struktur abgebildet worden ist.
Im allgemeinen sollte der Belichtungsapparat eine Möglichkeit zur Einstellung der Vergrößerung haben, um dafür zu sorgen, daß die Bildabmessungen der auf dem Substrat nacheinanderfolgend mit Hilfe desselben Apparates oder mehrerer Apparate erzeugten Bilder die gleichen sind. Um eine solche Einstellung durchführen zu können, sollte es möglich sein, einen Vergrößerungsfehler zu detektieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Vergrößerungsfehlersignals zu verschaffen, das als Steuersignal in einem Servosystem zur Beseitigung dieses Vergrößerungsfehlers verwendet werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vergrößerungsfehler-Detektionsvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Objektgitter, die in der Objektebene liegen und über das Hauptlinsensystem auf ein erstes bzw. zweites Bildgitter abgebildet werden sollen, die in der Bildebene liegen und eine Gitterperiode proportional zu der des zugehörigen Objektgitters haben, umfaßt sowie eine Strahlungsquelle zur Beleuchtung der Gitter, ein erstes und ein zweites, im Weg eines von dem ersten Objektgitter und von dem ersten Bildgitter stammenden Beleuchtungsstrahlenbündels bzw. im Weg eines von dem zweiten Objektgitter und von dem zweiten Bildgitter stammenden Beleuchtungsstrahlenbündels angeordnetes strahlungsempfindliches Detektionssystem zum Umwandeln dieser Strahlenbündel in zwei elektrische Signale sowie Mittel zur Zeitmodulation der Detektorsignale, wobei die Phasendifferenzen der Detektorsignale für den Vergrößerungsfehler repräsentativ sind.
Wenn die Vergrößerung, mit der das Hauptlinsensystem die Objektgitter auf die Bildgitter abbildet, oder umgekehrt, korrekt ist, passen die Bilder der Objektgitter genau auf die Bildgitter. Wenn die Vergrößerung nicht korrekt ist, ist das nicht der Fall, und hinter den Gittern erscheint ein Moir -Muster, d. h. dunkle und helle Streifen, wobei die Periode dieses Musters davon abhängt, wie weit die Bilder der Objektgitter genau auf die Bildgitter passen. Wenn sich die Vergrößerung ändert, verändert sich die Frequenz des Moir -Musters, d. h. die Anzahl Streifen pro Längeneinheit, so daß es scheint, als ob sich die Streifen relativ zu den zugehörigen festen strahlungsempfindlichen Detektionssystemen bewegen, deren strahlungsempfindliche Flächen eine Breite haben, die kleiner ist als die der Moir - Streifen.
Damit der Vergrößerungsfehler sehr genau und unabhängig von allen möglichen Veränderungen in dem Meßsystem, wie Intensitätsschwankungen der Strahlungsquelle, lokale Reflexions- oder Transmissionsunterschiede in den Gittern oder andere optische Komponenten, bestimmt werden kann, wird dafür gesorgt, daß die Detektorsignale periodische Signale sind, die sich mit der Zeit ändern und deren Phasendifferenzen von dem Vergrößerungsfehler abhängen. Durch Messung der Phasendifferenzen können Positionsabweichungen, die kleiner als 1 Gitterperiode sind, bestimmt werden. Phasendifferenzen können sehr genau mit elektronischen Mitteln bestimmt werden, unter anderem infolge des hohen möglichen Interpolationsgrades.
Um die periodischen Detektorsignale zu erhalten, kann das erfindungsgemäße optische System weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, daß die Mittel zur Zeitmodulation der Detektorsignale Bewegungsmittel zur periodischen Bewegung von Gitterstreifen eines Objektgitters und Gitterstreifen eines zugehörigen Bildgitters relativ zueinander in einer zu der Längsrichtung der Gitterstreifen senkrechten Richtung sind.
Wegen dieser periodischen Bewegung bewegt sich das Moir -Muster zweier zueinander gehörender Gitter periodisch relativ zu dem zu diesen Gittern gehörenden Detektionssystem. Nach jeder Verlagerung des sich effektiv bewegenden Gitters um einen seiner Gitterperiode gleichen Abstand hat das von diesem Detektionssystem kommende Signal ein Maximum und ein Minimum durchlaufen. Wenn die Gitterperiode klein genug ist, ist das Detektorsignal nahezu sinusförmig. Wenn die Periode des Moir -Musters unendlich groß ist, d. h. die Gitter mit korrekter Vergrößerung aufeinander abgebildet werden, sind die Detektorsignale in Phase; ist die Vergrößerung nicht korrekt, dann treten zwischen den Detektorsignalen Phasendifferenzen auf.
Um die periodische Bewegung der Gitterstreifen des Objektgitters und des Bildgitters relativ zueinander zu erreichen, kann das optische System dadurch gekennzeichnet sein, daß die Bewegungsmittel Antriebsmittel sind, um entweder das Paar Objektgitter oder das Paar Bildgitter in bezug auf das andere Paar periodisch zu bewegen.
Bei dieser Ausführungsform ist es im Prinzip ausreichend, für jedes Gitterpaar nur einen strahlungsempfindlichen Detektor zu verwenden. Es kann jedoch der Fall eintreten, daß die Detektorsignale in Phase sind, obwohl die Bildgitter um gut eine volle Gitterperiode relativ zu dem zugehörigen Objektgitter verschoben sind. Um diesen Nachteil zu beseitigen, können die vorliegenden Ausführungsformen der Erfindung weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, daß mindestens eines der Detektionssysteme zwei Detektoren enthält, wobei eine Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen dieser Detektoren einen gröberen Vergrößerungsfehler anzeigt, der einer Verlagerung der Gitterstreifen eines Gitters relativ zu denen eines darauf abgebildeten Gitters um mindestens eine halbe Gitterperiode entspricht. Dieser Schritt ermöglicht eine Voreinstellung der zu erhaltenden Vergrößerung. Außerdem kann im Falle einer Verschiebung des abgebildeten Gitters gegenüber einem zugehörigen Gitter um beispielsweise drei Viertel der Gitterperiode das Vorzeichen des Vergrößerungsfehlers ermittelt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei zueinander gehörende Gitter relativ zueinander bewegt werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß dieses zu bewegende Gitter und das zugehörige strahlungsempfindliche Detektionssystem zusammen durch eine Reihenanordnung aus strahlungsempfindlichen Detektoren gebildet sind, wobei sich die genannte Reihenanordnung über m Gitterperioden des darauf abgebildeten Gitters erstreckt und n Detektoren für jede Gitterperiode enthält, und daß jeder Detektor der laufenden Nummer i mit einem Detektor der laufenden Nummer i + n verbunden ist, mit i = 1, 2, 3, . . . n(m-1), wobei die Detektor-Reihenanordnung ein bewegendes Gitter simuliert und die Gitterstreifenbewegungsmittel bildet.
Durch eine spezielle elektronische Verarbeitung der Detektorsignale ist es möglich, ein bewegendes Gitter zu simulieren, und schließlich können zwei Signale erhalten werden, deren Phasendifferenz von dem Vergrößerungsfehler abhängt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in Transmission oder in Reflexion arbeiten. Die mit durchgelassener Strahlung arbeitende Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Objektgitter und die Bildgitter Transmissionsgitter sind, daß die Strahlungsquelle auf einer Seite des Hauptlinsensystems, vor den an dieser Seite liegenden Gittern angeordnet ist und daß die strahlungsempfindlichen Detektionssysteme auf der anderen Seite dieses Linsensystems, hinter den sich an dieser anderen Seite befindlichen Gittern angeordnet sind.
Die mit reflektierter Strahlung arbeitende Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Bildgitter oder die Objektgitter Reflexionsgitter und die anderen Gitter Transmissionsgitter sind, daß die strahlungsempfindlichen Detektionssysteme an der von den Reflexionsgittern abgewandten Seite der Transmissionsgitter angeordnet sind, und daß in jedem der Beleuchtungsstrahlenbündel ein Strahlteiler angeordnet ist, um ein von dem Reflexionsgitter stammendes Strahlungsbündel, das das Hauptlinsensystem zweimal durchquert hat, von dem Beleuchtungsstrahlenbündel zu trennen, und um das von dem Reflexionsgitter stammende Strählungsbündel auf das strahlungsempfindlichen Detektionssystem zu richten.
In den bisher beschriebenen Ausführungsformen haben die Beleuchtungsstrahlenbündel einen relativ großen Öffnungswinkel, so daß die von den Gittern in verschiedene Beugungsordnungen gebeugten Teilbündel einander überlagern und nicht gesondert detektiert werden.
Eine andere Kategorie von Ausführungsformen hat die gemeinsame kennzeichnende Eigenschaft, daß die Beleuchtungsstrahlenbündel einen Öffnungswinkel haben, der kleiner als der Beugungswinkel ist, unter dem die Teilbündel erster Ordnung, b&sub1;, b&sub2;, b&sub2;) von den Gittern gebeugt werden und daß für jedes Beleuchtungsstrahlenbündel mindestens zwei strahlungsempfindliche Detektoren vorhanden sind, wobei der erste Detektor im Weg sowohl des Teilbündels der Ordnung (0, +1) als auch eines der Teilbündel der Ordnung (+1, 0) und der Ordnung (+1, -1) angeordnet ist, während der andere Detektor im Weg sowohl des Teilbündels der Ordnung (0, -1) als auch eines der Teilbündel der Ordnung (-1, 0) und der Ordnung (-1, +1) angeordnet ist, wobei sich die erste und die zweite Ziffer auf das erste bzw. das zweite im Weg des entsprechenden Beleuchtungsstrahlenbündels liegende Gitter beziehen.
Die Objektgitter und die Bildgitter können im Endeffekt die gleiche Gitterperiode haben, d. h. daß die Gitterperiode der Bildgitter gleich der der Objektgitter ist, multipliziert mit M, wobei M der Vergrößerungsfaktor des Hauptlinsensystems ist, beispielsweise 1/5 oder 1/10. In diesem Fall werden für die Vergrößerungsfehlerdetektion die Teilbündel der Ordnungen (0, +1) und (+1, 0) und die Teilbündel der Ordnungen (0, -1) und (-1, 0) verwendet.
Geeigneterweise ist die Vorrichtung jedoch weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Periode eines Objektgitters 2/M-mal so groß wie die des zugehörigen Bildgitters ist, wobei M die Vergrößerung des Hauptlinsensystems ist, und daß die Detektoren im Weg der Teilbündel der Ordnungen (+1, -1) und (0, +1) bzw. im Weg der Teilbündel der Ordnungen (-1 +1) bzw. (0, -1) liegen. Unregelmäßigkeiten in den Gitterstrukturen oder die Tatsache, daß die Breite der Gitterstreifen nicht gleich der der dazwischenliegenden Streifen ist, können das Detektorsignal dann nicht mehr beeinflussen.
Um zeitmodulierte Detektorsignale zu erhalten, kann die Vorrichtung, in der die Teilbündel verschiedener Beugungsordnungen verwendet werden, weiterhin durch ein Antriebsmittel zur periodischen Bewegung eines von zwei zueinander gehörenden Objektgittern und Bildgittern relativ zueinander gekennzeichnet werden.
Vorzugsweise verwendet die Vergrößerungsfehler-Detektionsvorrichtung jedoch andere Möglichkeiten zur Zeitmodulation der Detektorsignale, so daß ein Hin- und Herbewegen eines Bildgitters oder Objektgitters nicht notwendig ist. Die Vorrichtung ist dann dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zeitmodulation der Detektorsignale ein in dem Weg jedes der Beleuchtungsstrahlenbündel in dem von dem ersten Gitter stammenden Teilbündel nullter Ordnung angeordnetes v·λ/2-Plättchen enthalten, wobei v eine ungerade Zahl und λ die Wellenlänge der verwendeten Strahlung ist, um den Polarisationszustand dieses Teilbündels in den zum Polarisationszustand der von diesem Gitter stammenden Teilbündel erster Ordnung orthogonalen Polarisationszustand umzusetzen.
In dem allgemeinsten Fall zweier elliptisch polarisierter Strahlenbündel wird unter orthogonalen Polarisationszuständen verstanden, daß:
a. der Azimut der Polarisation des einen Strahlenbündels relativ zu dem anderen Strahlenbündel um 90º gedreht ist,
b. die Ellipsenformen der Polarisationen identisch sind, und
c. die Drehrichtung der Polarisationen entgegengesetzt ist.
In dem Spezialfall zweier linear polarisierter Strahlenbündel bedeutet Orthogonalität, daß die Polarisationsrichtungen senkrecht aufeinander stehen.
Demzufolge wird es möglich, orthogonal polarisierte Strahlenbündel in den Detektionszweigen der Vorrichtung zu erhalten, d. h. in denjenigen Teilen der Strahlungswege, die von den Beleuchtungsstrahlenbündeln durchlaufen werden, nachdem diese Strahlenbündel ein Paar zueinander gehörender Gitter durchquert haben, wobei die Strahlenbündel nach weiterer Verarbeitung eine von dem Vergrößerungsfehler abhängige Phasendifferenz aufweisen. Außerdem ist es dann auch möglich, einen Fokussierungsfehler und einen Justierfehler zu entdecken. Ein Justierfehler ist ein Fehler bei der Ausrichtung zweier zueinander gehörender Gitter in bezug aufeinander.
Eine erste Ausführungsform mit v·λ/2-Plättchen ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zeitmodulation der Detektorsignale außerdem jeweils zwei λ/4-Plättchen und einen rotierenden Polarisationsanalysator enthalten, die in dem Weg jedes der Beleuchtungsstrahlenbündel zwischen dem zuletzt durchquerten Gitter und den zugehörigen Detektoren angeordnet sind.
Geeigneterweise wird die Zeitmodulation der Detektorsignale jedoch elektronisch erhalten. Dies erfolgt in einer Vorrichtung, die weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mittel zur Zeitmodulation der Detektorsignale außerdem folgendes umfassen:
- Strahlungsquellenmittel zum Verschaffen von Beleuchtungsstrahlenbündeln, die jeweils zwei Komponenten mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen und unterschiedlichen Strahlungsfrequenzen haben,
- vier strahlungsempfindliche Detektoren für jedes Beleuchtungsstrahlenbündel und
- Elemente zur Polarisationstrennung, die in dem Strahlungsweg der Teilbündel zwischen dem zuletzt durchquerten Gitter und den Detektoren angeordnet sind.
In dem Detektionszweig erzeugen die beiden Frequenzen eines Beleuchtungsstrahlenbündels ein Signal mit einer Schwebungsfrequenz, dessen Phase von einem Vergrößerungsfehler abhängt.
Eine andere Ausführungsform, bei der die Zeitmodulation der Detektorsignale elektronisch erhalten wird, ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zeitmodulation der Detektorsignale außerdem folgendes umfassen:
- Strahlungsquellenmittel zum Verschaffen von Beleuchtungsstrahlenbündeln, die linear polarisiert sind und deren Polarisationsrichtung periodisch zwischen zwei zueinander senkrechten Ebenen wechselt,
- vier strahlungsempfindliche Detektoren für jedes Beleuchtungsstrahlenbündel,
- Elemente zur Polarisationstrennung, die in dem Strahlungsweg der Teilbündel zwischen dem zuletzt durchquerten Gitter und den Detektoren angeordnet sind.
Bisher wurde angenommen, daß das v·λ/2-Plättchen in dem Strahlungsweg zwischen einem Bildgitter und einem Objektgitter angeordnet ist. Dies kann in der Praxis bedeuten, daß dieses Plättchen in dem Hauptlinsensystem angeordnet werden muß, was den Entwurf und die Herstellung dieses Linsensystems komplizieren kann. Dieses Problem wird in einer Ausführungsform der Erfindung ausgeschlossen, die weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß die Gitterperiode eines Objektgitters k/M-mal so groß wie die Gitterperiode des zugehörigen Bildgitters ist, wobei k eine Zahl kleiner als eins und M die Vergrößerung des Hauptlinsensystems ist, und daß in dem Detektionszweig für jedes Beleuchtungsstrahlenbündel in jedem Teilbündel, das von dem zuletzt durchquerten Gitter in einer ersten Ordnung gebeugt wird, folgendes in dieser Reihenfolge angeordnet ist: das n·λ/2-Plättchen, mit n ungeradzahlig, eine Linse, die die Ebene des Gitters auf ein zwischen dieser Linse und den Detektoren liegendes Hilfsgitter abbildet, und ein zwischen dem Hilfsgitter und den Detektoren liegendes Element zur Polarisationstrennung.
Die Erfindung betrifft nicht nur ein optisches Abbildungssystem mit einer Vergrößerungsfehler-Detektionsvorrichtung, sondern auch einen Apparat für die wiederholte Abbildung eines Maskenmusters auf ein Substrat, mit einem Maskentisch, einem Substrattisch und einem sich zwischen diesen Tischen befindenden Projektionslinsensystem, in welchem Apparat das optische Abbildungssystem mit der Vergrößerungsfehler-Detektionsvorrichtung vorteilhaft eingesetzt werden kann. Dieser Apparat ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptlinsensystem das Projektionslinsensystem enthält und die axiale Position des Maskentisches mit Hilfe eines von der Vergrößerungsfehler-Detektionsvorrichtung gelieferten Vergrößerungsfehlersignals relativ zum Projektionslinsensystem einstellbar ist.
Geeigneterweise ist der Apparat weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle für die Vergrößerungsfehler-Detektionsvorrichtung von der für die wiederholte Abbildung des Maskenmusters auf das Substrat verwendeten Strahlungsquelle gebildet wird.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben, wobei als Beispiel ihr Einsatz in einem Apparat zur wiederholten Abbildung eines Maskenmusters auf ein Substrat beschrieben werden soll. Es zeigen:
Fig. 1 einen bekannten Apparat für die wiederholte Abbildung eines Maskenmusters auf ein Substrat,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung von Vergrößerungsfehlern in dem genannten Apparat,
Fig. 3a, 3b und 3c die Wirkungsweise dieser Vorrichtung,
Fig. 4 ein strahlungsempfindliches Detektionssystem, das in dieser Vorrichtung verwendet werden kann, sowie das Intensitätsmuster eines auf diesem Detektionssystem erzeugten Gitterbildes,
Fig. 5 ein Beispiel einer elektronischen Schaltung zur Verarbeitung der aus diesem Detektionssystem kommenden Detektorsignale,
Fig. 6 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 7a und 7b eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer schmale Beleuchtungsstrahlenbündel verwendenden Vorrichtung,
Fig. 8 einen Detektionszweig dieser Vorrichtung,
Fig. 9a und 9b eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer schmale Beleuchtungsstrahlenbündel mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen verwendenden Vorrichtung,
Fig. 10 und 11 einen Detektionszweig einer ersten und einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung,
Fig. 12 eine Vorrichtung, in der die Bildgitter im Endeffekt eine andere Gitterperiode haben als die Objektgitter,
Fig. 13 einen Detektionszweig dieser Vorrichtung, und
Fig. 14 eine Vorrichtung mit einem elektronisch simulierten Gitter, die mit reflektierter Strahlung arbeitet.
Fig. 1 zeigt einen bekannten Apparat für die wiederholte Abbildung eines Maskenmusters auf ein Substrat. Die Hauptbestandteile dieses Apparates sind eine Projektionssäule, in der ein abzubildendes Maskenmuster C angebracht ist, und ein bewegbarer Substrattisch WT, mit dessen Hilfe das Substrat in bezug auf das Maskenmuster C positioniert werden kann.
Die Projektionssäule enthält ein Belichtungssystem, das eine Lampe LA, beispielsweise eine Quecksilberdampflampe, einen Spiegel EM, ein Element IN, auch als Integrator bezeichnet, das für eine homogene Strahlungsverteilung in dem Projektionsstrahlenbündel PB sorgt, und eine Kondensorlinse CO umfassen kann. Das Strahlenbündel PB belichtet das in der Maske MA vorhandene Maskenmuster C, wobei die Maske sich auf einem Maskentisch MT befindet.
Das durch das Maskenmuster C tretende Strahlenbündel PB durchquert ein in der Projektionssäule angeordnetes, nur schematisch dargestelltes Projektionslinsensystem PL, das ein Bild des Musters C auf dem Substrat W erzeugt. Das Projektionslinsensystem hat eine Vergrößerung von beispielsweise M = 1/10, eine numerische Apertur N.A. = 0,42 und ein beugungsbegrenztes Bildfeld mit einem Durchmesser von 23 mm.
Das Substrat W befindet sich auf einem Substrattisch WT, der beispielsweise auf einem Luftkissen gelagert ist. Das Projektionslinsensystem PL und der Substrattisch WT sind in einem Gehäuse HO angeordnet, das an der Unterseite durch eine Bodenplatte BP, beispielsweise aus Granit, und an der Oberseite durch den Maskentisch MT abgeschlossen wird.
Zum Ausrichten der Maske und des Substrats relativ zueinander, wie in Fig. 1 gezeigt, enthält die Maske MA zwei Justiermarken M&sub1; und M&sub2;. Geeigneterweise enthalten diese Marken Beugungsgitter, aber sie können alternativ auch andere Marken, wie Quadrate oder Streifen enthalten, die sich optisch von ihrer Umgebung unterscheiden. Diese Justiermarken sind zweidimensional, d. h. sie enthalten Teilmarken in zwei zueinander senkrechten Richtungen, der X- und der Y-Richtung in Fig. 1. Das Substrat W, auf das das Muster C mehrere Male nebeneinander abgebildet werden soll, umfaßt eine Anzahl Justiermarken, vorzugsweise auch zweidimensionale Beugungsgitter, von denen die beiden Gitter P&sub1; und P&sub2; in Fig. 1 abgebildet sind. Die Marken P&sub1; und P&sub2; liegen außerhalb der Bereiche auf dem Substrat W, auf denen die Bilder des Musters C erzeugt werden sollen. Geeigneterweise sind die Gittermarken P&sub1; und P&sub2; Phasengitter und die Gittermarken M&sub1; und M&sub2; Amplitudengitter.
Ein Apparat wie in Fig. 1, der geeignet ist, um Bilder auf dem Substrat zu erzeugen, deren Details oder Linienbreiten kleiner als 1 um sind, beispielsweise 0,7 um, umfaßt ein Projektionslinsensystem PL, das an der Bildseite, d. h. der Seite des Substrats W, telezentrisch ist, aber an der Objektseite, d. h. der Seite der Maske MA, nicht telezentrisch ist, so daß während des Abbildens Vergrößerungsfehler auftreten können, falls keine weiteren Maßnahmen getroffen werden. Diese Vergrößerungsfehler können durch Bewegen des Maskentisches MT in Richtung der optischen Achse des Projektionslinsensystems relativ zu diesem System PL und dem Substrattisch WT beseitigt werden. Für die gewünschte äußerst genaue Steuerung dieser Verlagerung muß ein Signal, als Vergrößerungsfehlersignal bezeichnet, erzeugt werden, das die Größe der Abweichung zwischen der tatsächlichen und der gewünschten Vergrößerung sehr genau festlegt und auch die Richtung dieser Abweichung angibt.
Erfindungsgemäß ist es möglich, dieses Vergrößerungsfehlersignal zu erhalten, wenn zwei auf genau definiertem Abstand von einander in der Maske angeordnete Gitter und zwei ebenfalls auf genau definiertem Abstand von einander in dem Substrat selbst oder in dem Substrattisch angeordnete Gitter mit Hilfe des Hauptlinsensystems PL aufeinander abgebildet werden. Die Vergrößerungsfehlermessung und, falls notwendig, die axiale Bewegung des Maskentisches relativ zum Linsensystem PL und dem Substrattisch werden vor Beginn der wiederholten Abbildung des Maskenmusters C ausgeführt. Wie häufig diese Messung durchgeführt wird, hängt von der Änderung der Umgebungsparameter ab.
Wenn an einem Tag nahezu keine Änderungen zu erwarten sind, kann es genügen, eine einzige Messung zu Beginn dieses Tages auszuführen. Bei mehr Änderungen kann der Vergrößerungsfehler beispielsweise jedesmal gemessen werden, wenn ein neues Maskenmuster angebracht wird, mit dessen Hilfe eine große Anzahl Substrate belichtet werden soll. Die Vergrößerungsfehlermessung kann auch erfolgen, wenn zu erwarten ist, daß die Substrate Änderungen unterliegen oder wenn das Substrat bereits von einem anderen Belichtungsapparat erzeugte Strukturen aufweist.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der einfachsten Ausführungsform, die, sofern die Konstruktion des Belichtungsapparates es zuläßt, vorzugsweise verwendet wird. Die Objektgitter umfassen die Gitter RG&sub1; und RG&sub2; in einer Testmaske MAT, und die Bildgitter umfassen die Gitter WG&sub1; und WG&sub2; in dem Substrattisch WT. Die Gitter werden durch kurze vertikale Linien dargestellt. Tatsächlich verlaufen die Gitterstreifen in einer zur Zeichenebene senkrechten Richtung. Die Gitter sind Amplitudengitter oder tiefe Phasengitter, die sich wie Amplitudengitter verhalten. Das Projektionslinsensystem wird schematisch durch zwei Linsen L&sub1; und L&sub2; dargestellt, tatsächlich umfaßt dieses Linsensystem eine große Anzahl Linsenelemente. Die optische Achse 00' wird mit gestrichelten Linien dargestellt.
Das Linsensystem PL bildet das Gitter RG&sub1; auf das Gitter WG&sub1; und das Gitter RG&sub2; auf das Gitter WG&sub2; ab. Für das Strahlenbündel 132, das RG&sub2; auf WG&sub2; abbildet, werden zusätzlich zu dem Hauptstrahl zwei Randstrahlen gezeigt, während für das Strahlenbündel b&sub1;, das RG&sub1; auf WG&sub1; abbildet, nur der Hauptstrahl dargestellt wird. Diese Strahlenbündel können zu einem einzigen breiten Strahlenbündel gehören, das geeigneterweise das gleiche Strahlenbündel wie das Bündel, PB in Fig. 1, ist, das anschließend das Maskenmuster C auf das Substrat abbildet. Das Linsensystem ist nämlich nur für die bestimmte Wellenlänge, z. B. 365 nm, des Belichtungsstrahlenbündels aberrationskorrigiert. Wenn für Vergrößerungsmessungen andere Wellenlängen verwendet werden, können in den Gitterbildern kleine Abweichungen auftreten. In der Praxis sind diese Abweichungen jedoch so klein, daß sie als konstant betrachtet werden können. Demzufolge ist es möglich, diese durch diese Abweichungen verursachte Nullpunktverschiebung in der das Vergrößerungsfehlersignal darstellenden Kurve zu korrigieren.
Ein strahlungsempfindliches Detektionssystem D&sub1; bzw. D&sub2; ist im Weg jedes der durch die Gitter WG&sub1; und WG&sub2; tretenden Strahlenbündel b&sub1; und b&sub2; angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform umfassen die Detektionssysteme einfache Detektoren. Die Detektoren sind in dem Substrattisch angeordnet.
Wenn die Gitter RG&sub1; und RG&sub2; mit der korrekten Vergrößerung M, beispielsweise 1/10, auf die Gitter WG&sub1; und WG&sub2; abgebildet werden, sind die Perioden der Gitterbilder RG'&sub1; und RG'&sub2; gleich denen der Gitter WG&sub1; und WG&sub2;, wie in Fig. 3 angegeben wird. Die Detektoren D&sub1; und D&sub2; empfangen dann eine bestimmte Strahlungsmenge, die für beide Detektoren dieselbe ist, wenn die Gitter relativ zueinander korrekt ausgerichtet sind. Wenn ein Vergrößerungsfehler auftritt, passen das abgebildete Gitter RG&sub1; und das Substratgitter WG&sub1; nicht mehr genau aufeinander, wie in Fig. 3b gezeigt wird. Dies führt zu einem Moir -Muster, mit I&sub2; bezeichnet, d. h. einem Muster aus hellen und dunklen Bereichen, die in der Praxis ineinander übergehen und deren Periode PMR wesentlich größer als die Perioden PRG'&sub1; und PWG&sub1; der Gitter RG'&sub1; und WG&sub1; ist. Die Größe der Periode PMR wird durch den Vergrößerungsfehler bestimmt. Wenn der Vergrößerungsfehler null ist, ist die Periode des Moir -Musters unendlich, wie durch die Linie I&sub1; in Fig. 3a angegeben wird.
Damit der Vergrößerungsfehler bestimmt werden kann, werden die Maskengitter und die Substratgitter periodisch relativ zueinander in der X-Richtung bewegt. Hierzu kann, wie in Fig. 2 schematisch gezeigt wird, der Substrattisch WT mit einem Antriebsmittel DR zur periodischen Bewegung dieses Tisches in X-Richtung gekoppelt werden. Dieses Antriebsmittel kann aus einem bereits in dem Belichtungsapparat vorhandenen Antriebsmittel bestehen, mit der Aufgabe, das Bild der Gitter P&sub1; und P&sub2; aus Fig. 1 mit den Gittern M&sub1; und M&sub2; in Deckung zu bringen, um so die Maske und das Substrat relativ zueinander auszurichten. Die Ausrichteinrichtung des Belichtungsapparates wirkt mit einem in Fig. 1 mit IF bezeichneten Interferometersystem zusammen. Dieses Interferometersystem kann auch zur Steuerung der periodischen Bewegung des Substrattisches zur Vergrößerungsfehlermessung verwendet werden.
Wegen der periodischen Bewegung des Substratgitters WG&sub1; relativ zu dem abgebildeten Maskengitter RG&sub1; variieren die auf den Detektor D&sub1; einfallende Strahlungsmenge und dementsprechend das von diesem Detektor abgegebene Signal S&sub1; periodisch. Im Falle genügend kleiner Gitterperioden PRG'&sub1; und PWG&sub1; ist das Detektorsignal S&sub1; als Funktion der Position X des Substrattisches WT nahezu sinusförmig, wie in Fig. 3c gezeigt wird. Der Detektor D&sub2; liefert auch ein periodisches Signal S&sub2; mit der gleichen Wellenform wie das Signal S&sub1;. Bei Vorhandensein eines Vergrößerungsfehlers und dementsprechend eines Moir -Musters mit endlicher Periode tritt zwischen den Signalen S&sub1; und S&sub2; eine Phasendifferenz ΔΦ auf. Die Signale werden einer Phasenvergleichsschaltung FC zugeführt, deren Ausgangssignal das Vergrößerungsfehlersignal SME bildet. Dieses Signal wird zu einer derartigen Korrektur der axialen Position des Substrattisches verwendet, daß die Signale S&sub1; und S&sub2; nahezu in Phase sind. Die Periode des Moir -Musters ist dann unendlich und der Vergrößerungsfehler ist dann auf nahezu null reduziert.
Die Phasenvergleichsschaltung kann in ähnlicher Weise konstruiert werden wie die, die zur Messung linearer Verschiebungen eines Objektes mit Hilfe von Gittern in "Philips Technical Review", Bd. 30, 1969, Nr. 6/7, S. 149-160 beschrieben wird. Wie in diesem Beitrag dargelegt wird, ermöglicht ein Vergleich der Phasen der von aufeinander abgebildeten Gittern stammenden Strahlenbündel, Verlagerungen dieser Gitter relativ zueinander sehr genau und unabhängig von Veränderungen im Meßsystem zu ermitteln.
Wenn eine Phasendifferenz Δφ = &epsi; zwischen S&sub1; und S&sub2; mit elektronischen Mitteln noch genau gemessen werden kann und wenn der nach der Korrektur der Vergrößerung noch verbleibende Vergrößerungsfehler zu einem Positionsfehler führt, der am Rand des Substratbereichs, in dem das Maskenmuster wiederholt abgebildet werden soll, nicht größer als 0,05 um ist, dann gilt die folgende Beziehung:
&epsi;/2π PWG&sub1; ≤ 2·0,05 um
Der Faktor 2 im rechten Teil dieser Gleichung folgt aus der Tatsache, daß die Positionsfehler für die beiden Substratgitter entgegengesetzte Vorzeichen haben. Wenn PWG&sub1; = 2 um, dann ist die Phasendifferenz &epsi; ≤ 0,31 rad.
Die minimale Phasendifferenz, die detektierbar sein sollte, ist dann ungefähr 18º, was ungefähr 1/20 der Periode der Signale S&sub1; und S&sub2; entspricht. Diese ziemlich große Phasendifferenz kann schon mit Hilfe von Gittern detektiert werden, die sich über eine nur einige Male der Gitterperiode entsprechende Länge erstrecken. Der Hub der periodischen Substrattischbewegung kann dann auf einige Zehn Mikrometer begrenzt bleiben. Bei Verwendung längerer Gitter ist es möglich, noch kleinere Phasenfehler zu entdecken.
Die gewünschte Zeitmodulation des Detektorsignals kann durch eine periodische Bewegung der Substratgitter relativ zu den Maskengittern erhalten werden, aber auch durch Ersetzen jedes der Substratgitter und des zugehörigen Detektors durch eine Reihenanordnung strahlungsempfindlicher Detektoren in Form von Photodioden. Die Detektor-Reihenanordnung kann so aufgebaut sein, daß in einer einzigen Periode des Gitterbildes RG'&sub1;, das wegen der feinen Details der Gitterstruktur wieder als sinusförmig angenommen wird, beispielsweise vier Photodioden vorhanden sind, wie in Fig. 4 gezeigt wird. Die ersten vier Detektoren haben die Bezugszeichen 1, 2, 3 und 4 und bilden eine erste Gruppe. Dieser Gruppe folgt eine zweite Gruppe und weitere Gruppen von jedesmal vier Detektoren. Der Einfachheit halber sind in Fig. 4 nur zwei Detektorgruppen dargestellt. Die Detektoren der ersten Gruppe sind mit den entsprechenden Detektoren der zweiten Gruppe und denen der folgenden Gruppen verbunden. Einander entsprechende Detektoren der Gruppen haben gleiche Bezugszeichen.
Da vier Detektoren genau in eine einzige Periode des Intensitätsprofils eines abgebildeten Gitters passen, ist die Phasendifferenz zwischen den Signalen zweier aufeinanderfolgender Detektoren π/2 rad. Daher können die Detektorsignale durch
SI&sub1;(x) = I·cos(x + γf&sub1;) + I&sub1;
SI&sub2;(x) = I·sin(x + φ&sub1;) + I&sub2;
SI&sub3;(x) =-I·cos(x + φ&sub1;) + I&sub3;
SI&sub4;(x) =-I·sin(x + φ&sub1;) + I&sub4;
dargestellt werden, wobei der Phasenterm φ&sub1; von einer von einem Vergrößerungsfehler herrührenden Verschiebung des Maskenmusterbildes relativ zu den Detektoren verursacht wird und I&sub1; . . . I&sub4; Gleichstromterme sind, die im Prinzip gleich sind.
Fig. 5 zeigt schematisch die elektronische Verarbeitung der Signale der zu den Gitterbildern RG'&sub1; und RG'&sub2; gehörenden Detektor-Reihenanordnungen. Jede dieser Reihenanordnungen wird durch nur vier Detektoren dargestellt, so daß das Ausgangssignal jedes Detektors die Summe der Ausgangssignale mehrerer, der Anzahl Gruppen entsprechender Detektoren darstellt. Die Signale SI&sub1;(x) und SI&sub3;(x) werden einem Differenzverstarker 10 und die Signale SI&sub2;(x) und SI&sub4;(x) einem Differenzverstarker 11 zugeführt, was zu:
SI&sub5;(x) = SIi(x) - SI&sub3;(x) = 2·I·cos(x + φ&sub1;)
SI&sub6;(x) = SI&sub2;(x) - SI&sub4;(x) = 2·I·sin(x + φ&sub1;) führt.
Mit Hilfe der Multiplizierer 12 und 13, werden diese Signale mit dem von einem Oszillator 15 gelieferten Signal cos ω t bzw. sin ω t multipliziert. Diese Multiplizierer liefern die Signale:
SI&sub7;(x) = 2·I·cos (x + φ&sub1;)·cos ω t
SI&sub8;(x) = 2·I·sin (x + φ&sub1;)·sin ω t,
die den Eingängen eines Differenzverstärkers 14 zugeführt werden, mit dem Ausgangssignal:
SI&sub9;(x) = 2·I·cos(x + φ&sub1; + ωt)
Die Signale aus den die zu dem Gitterbild R'&sub2; gehörende Detektor-Reihenanordnung repräsentierenden Detektoren 1', 2', 3, und 4, werden in gleicher Weise mit Hilfe der Elemente 10', 11', 12', 13', 14' und 15' verarbeitet, was zu einem Signal SI'&sub9;(x) = 2·I·cos(x + φ&sub2; + ω t) führt.
In der Phasenvergleichsschaltung FC werden die Phasen φ&sub1; und φ&sub2; der Signale SI&sub9;(x) und SI'&sub9;(x) miteinander vergleichen, wobei ein Vergrößerungsfehlersignal SME erhalten wird.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform kann jeder der beiden Detektoren D&sub1; und D&sub2; durch zwei Detektoren ersetzt werden. Der Grund hierfür wird anhand von Fig. 6 erläutert, die eine Ausführungsform darstellt, die ebenfalls diesen Schritt einsetzt.
Wenn es unerwünscht oder unmöglich ist, im Substrattisch Detektoren anzuordnen, sollte die Messung des Vergrößerungsfehlers mit reflektierter anstelle mit durchgelassener Strahlung erfolgen. Die im folgenden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung arbeiten alle mit reflektierter Strahlung.
Die Bildgitter können von Gittern auf dem Substrattisch gebildet werden. Auf einem solchen Tisch können diese schmalen Gitter immer außerhalb des Substrats angeordnet werden. Alternativ können die Bildgitter jedoch auch auf dem Substrat selbst angeordnet werden. Dies ist vorzuziehen, wenn man beispielsweise darauf einspielen will, daß Verformungen des Substrats auftreten, oder wenn es wünschenswert ist, daß unterschiedliche Belichtungsapparate bei der Verarbeitung eines Substrats eingesetzt werden können.
Fig. 6 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vergrößerungsfehler- Detektionsvorrichtung, die mit reflektierter Strahlung arbeitet. Zwei Gitter RG&sub1; und RG&sub2; sind wieder auf der Maske MA in einem genau definierten Abstand d voneinander angeordnet, und zwei Gitter WG&sub1; und WG&sub2; sind in dem Substrat W in einem Abstand d' angebracht, der genau gleich d-mal der Vergrößerung M, beispielsweise 1/10, des Projektionslinsensystems ist. Die Gitter RG&sub1; und RG&sub2; sind Amplitudengitter und die Gitter WG&sub1; und WG&sub2; sind geeigneterweise ebenfalls Amplitudengitter. Die letztgenannten Gitter können auch Phasengitter sein. In diesem Fall müssen jedoch Maßnahmen ergriffen werden, um die Phasengitter als Amplitudengitter abzubilden. Hierzu können, wie in der europäischen Patentanmeldung 0.164.165 beschrieben wird, Polarisationsmittel und Strahlteilungsmittel verwendet werden, die dafür sorgen, daß zwei Teilbündel, die zueinander um eine halbe Gitterperiode verschoben sind, auf ein Phasengitter treffen und daß die von dem Phasengitter reflektierten Strahlenbündel wieder kombiniert werden.
Wenn die Gitterperiode der Phasengitter klein genug ist, verursachen diese Gitter Beugungen unter so großen Winkeln, daß ein wesentlicher Teil der Strahlung nicht in das Projektionslinsensystems tritt. In diesem Fall können für die Vergrößerungsfehlermessung Phasengitter auf dem Substrat auch ohne Umwandlung der Phasengitter in Amplitudengitter verwendet werden.
Wie in Fig. 6 gezeigt wird, tritt ein Beleuchtungsstrahlenbündel b&sub1; mit einem schmalen Öffnungswinkel α durch das Maskengitter RG&sub1;. Geeigneterweise wird dieses Strahlenbündel auf den Mittelpunkt der Eintrittspupille IP des Projektionslinsensystems PL gerichtet, weil dadurch von diesem System verursachte Aberrationen minimiert werden. Das Bündel b&sub1; durchläuft das Projektionslinsensystem PL und fällt auf das Substratgitter WG&sub1;. Ein Teil der Strahlung des Strahlenbündels b&sub1; wird reflektiert, durchläuft das Projektionslinsensystem noch einmal und fällt auf das Gitter RG&sub1;. Ein Teil der von diesem Gitter durchgelassenen Strahlung wird über einen Strahlteiler BS, beispielsweise einen halbdurchlässigen Spiegel, auf das Detektionssystem D&sub1; gerichtet. Die Hilfslinse L&sub3; sorgt dafür, daß das Gitter RG&sub1; auf die strahlungsempfindliche Fläche dieses Detektionssystems abgebildet wird. Mit Hilfe eines zweiten Strahlenbündels b&sub2;, von dem der Einfachheit halber nur der Hauptstrahl dargestellt wird, wird das Substratgitter WG&sub2; auf das Maskengitter RG&sub2; abgebildet. Ein Teil der von diesem Gitter durchgelassenen Strahlung wird von dem Detektionssystem D&sub2; aufgefangen.
Diese Vorrichtung arbeitet in ähnlicher Weise wie die aus Fig. 2; infolge der periodischen Bewegung des Substrats in X-Richtung werden periodische Detektorsignale erzeugt, und durch Phasenvergleich dieser Signale wird festgestellt, ob ein Moir -Muster mit nicht-unendlicher Periode auftritt. Anschließend wird die Vergrößerung durch Bewegung der Maske entlang der optischen Achse 00' des Projektionslinsensystems, relativ zu diesem System und relativ zum Substrat, angepaßt, bis die Detektorsignale in Phase sind.
Vorzugsweise haben die Beleuchtungsstrahlenbündel b&sub1; und b&sub2; die gleiche Wellenlänge wie das Projektionsstrahlenbündel PB in Fig. 1. Die Strahlenbündel b&sub1; und b&sub2; können durch Teile des Projektionsstrahlenbündels gebildet sein. Da der Öffnungswinkel α der Strahlenbündel b&sub1; und b&sub2; bezüglich des Feldwinkels oder Betrachtungswinkels β des Projektionslinsensystems klein ist, können die Detektionssysteme D&sub1; und D&sub2; wirksam gegenüber von der Vorderseite der Maske reflektierter Strahlung abgeschirmt werden, wenn eine Blende mit kleinem Öffnungswinkel im Strahlungsweg hinter den beiden Gittern angeordnet wird. Eine solche Blende kann von dem Strahlteilerspiegel BS gebildet werden, wenn die reflektierende Fläche dieses Spiegels klein ist.
Wenn eine abgebildete Substratmaske infolge eines Vergrößerungsfehlers um einen Abstand gleich der Periode des Maskengitters bezüglich eines Maskengitters verschoben wird, entspricht dies einer Phasenverschiebung 2π rad in einem Detektorsignal. Wenn gefordert wird, daß, nach Detektion und Korrektur, der resultierende Vergrößerungsfehler zu einer maximalen Verschiebung einer auf dem Substrat abgebildeten Linie um 0,05 um führen darf, und wenn die noch detektierbare Phasendifferenz zwischen den Detektorsignalen genau &epsi; rad ist, dann sollte die folgende Bedingung erfüllt sein:
&epsi;/2π PR ≤ 2·10·0,05 um für eine Vergrößerung M = 1/10.
Folglich muß bei einer Gitterperiode PR = 20 um gelten:
&epsi; ≤ 0,31 rad.
Dies entspricht 18º oder 1/20 der Periode der Detektorsignale. Eine solche Phasendifferenz kann elektronisch noch korrekt gemessen werden, wenn Gitter mit einer einigen Gitterperioden entsprechenden Länge verwendet werden. Die Verlagerung des Substratgitters in der X-Richtung kann auf diese Anzahl Perioden der Substratgitter begrenzt werden, d. h. auf einige Zehn Mikrometer.
Im Prinzip können die strahlungsempfindlichen Detektionssysteme D&sub1; und D&sub2; jeweils nur einen Detektor umfassen. Geeigneterweise umfassen diese Systeme jedoch je zwei Detektoren D'&sub1;, D''&sub1; und D'&sub2;, D''&sub2;. Durch Phasenvergleich der Signale aus den Detektoren D'&sub1;, und D''&sub2; kann ermittelt werden, ob die von diesen Detektoren wahrgenommenen Teile des Maskengitters und die darauf abgebildeten Substratgitter exakt zusammenfallen. Wenn dies der Fall ist, ist es immer noch möglich, daß die Gitter relativ zueinander um eine ganze Gitterperiode verschoben sind. Bei einem Mittenabstand von beispielsweise 60 mm zwischen den Gittern RG&sub1; und RG&sub2; und einem Abstand von 5 mm zwischen den Detektoren D'&sub1;, und D''&sub1; führt eine solche Verschiebung zu einer Phasendifferenz zwischen den aus den Detektoren D'&sub1;, und D''&sub1; kommenden Signalen, die 1/12 der Periode der Signale der Detektoren D'&sub1;, und D''&sub2; beträgt und diese Phasendifferenz kann selbst noch einfacher als die oben erwähnte Phasendifferenz von 1/20 einer Periode gemessen werden. Daher kann die Verschiebung um eine ganze Gitterperiode durch Phasenvergleich der aus den Detektoren D'&sub1;, und D''&sub1; oder den Detektoren D'&sub2;, und D''&sub2; kommenden Signale erkannt werden.
Ein axialer Positionsfehler der Maske, der größer als die Schärfentiefe des Linsensystems L&sub1; L&sub2; ist, verursacht eine Abweichung des Gleichspannungspegels des Detektorsignals und eine Abweichung in der Modulationstiefe dieser Signale. Einer dieser Parameter kann zur Detektion eines Fokussierungsfehlers verwendet werden, der größer ist als die Schärfentiefe. Durch Bewegung des Substrats relativ zu dem Projektionslinsensystem in axialer Richtung kann ein Fokussierungsfehler beseitigt werden. Die Vergrößerungsfehlermessung mit Hilfe der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung wird von einem Fokussierungsfehler nicht beeinflußt.
Bekannterweise wird ein auf ein Gitter fallendes Strahlungsbündel von diesem Gitter in mehrere Teilbündel unterschiedlicher Beugungsordnung aufgespalten, nämlich in ein nicht gebeugtes Teilbündel nullter Ordnung, zwei Teilbündel erster Ordnung, die unter einem bestimmten, von der Gitterperiode bestimmten Winkel gebeugt werden, zwei Teilbündel zweiter Ordnung, die unter einem zweimal so großen Winkel gebeugt werden und Teilbündel höherer Ordnung. Wenn, wie bei der Beschreibung anhand der Fig. 2 und 6 angenommen wird, die Strahlenbündel b&sub1; und b&sub2; einen Öffnungswinkel α haben, der im Vergleich zu dem Winkel, unter dem die Teilbündel gebeugt werden, groß ist, dann überlagern die Teilbündel der verschiedenen Beugungsordnungen einander und können die Teilbündel nicht gesondert detektiert werden. In den im folgenden beschriebenen Ausführungsformen werden die Gitter jedoch von Strahlenbündeln beleuchtet, die einen wesentlich kleineren Öffnungswinkel haben, beispielsweise zehnmal kleiner. In diesem Fall können die Teilbündel gesondert detektiert werden, so daß zusätzlich zu dem Vergrößerungsfehlersignal ein Fokussierungsfehlersignal erzeugt werden kann. Auch ist es dann möglich, verschiedene Verfahren zur Erzeugung von zeitmodulierten Detektorsignalen einzusetzen.
Die Fig. 7a und 7b zeigen eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer diese Möglichkeit nutzenden Vorrichtung. In dieser Vorrichtung können die Beleuchtungsstrahlenbündel b&sub1; und b&sub2; nicht mehr über die Maskengitter RG&sub1; und RG&sub2; in die Bildsysteme gelangen, da der erste Durchgang durch diese Gitter ebenfalls zu Beugungsordnungen führen würde, so daß nach Beugung durch die Substratgitter WG&sub1; und WG&sub2; und weiterer durch den zweiten Durchgang durch die Maskengitter verursachter Beugung so viele verschiedene Beugungsordnungen auftreten würden, daß diese nicht mehr gesondert detektiert werden können. Aus diesem Grund treten die Strahlenbündel b&sub1; und b&sub2; über einen Spiegel MR in das Abbildungssystem ein, wie in Fig. 7a gezeigt wird. Diese Figur erläutert nur, wie das Strahlenbündel b&sub1; eingekoppelt wird. Das Strahlenbündel b&sub2;, das vor oder hinter der Zeichenebene von Fig. 7 liegt, wird über den gleichen Spiegel MR eingekoppelt.
Wie in Fig. 7b gezeigt wird, durchläuft das Strahlenbündel b&sub1; das Projektionslinsensystem L&sub1;, L&sub2; und der Hauptstrahl dieses Strahlenbündels fällt senkrecht auf das Substratgitter WG&sub1;. Das von diesem Gitter reflektierte Strahlenbündel wird in ein Teilbündel b&sub1;(0) nullter Ordnung und zwei Teilbündel b&sub1;(+1) und b&sub1;(-1) erster Ordnung aufgespalten. Die Strahlenbündel höherer Beugungsordnungen können vernachlässigt werden, da ihre Intensität klein ist oder sie weitgehend nicht in die Pupille des Projektionslinsensystem treten, oder sie können nach Durchgang durch dieses Linsensystem herausgefiltert werden. Die von dem Gitter WG&sub1; reflektierte Strahlung durchquert das Linsensystem erneut und erreicht das Maskengitter RG&sub1;. Dieses Gitter spaltet die Teilbündel nullter und erster Ordnung jeweils wieder in ein Teilbündel nullter und zwei Teilbündel erster Ordnung auf. Diese Teilbündel werden in Fig. 8 dargestellt. In dieser Figur ist WG&sub1;' das Bild des Gitters WG&sub1;. Es kann vorkommen, daß die Ebene, in die dieses Gitter abgebildet wird, nicht mit der Ebene des Maskengitters zusammenfällt: Dann tritt ein Fokussierungsfehler ΔZ auf. Von den zahlreichen beim Durchgang durch das Maskengitter RG&sub1; erzeugten Teilbündeln werden nur vier verwendet, die paarweise auf einen der Detektoren D&sub1;&sub0; und D&sub1;&sub1; einfallen. Wie in Fig. 8 gezeigt wird, ist es möglich, dafür zu sorgen, daß mit Hilfe geeigneter Filter oder einer geeigneten Aufstellung der Detektoren der Detektor D&sub1;&sub0; beispielsweise von den Teilbündeln b&sub1; (+1, 0) und b&sub1; (0, +1) und der Detektor D&sub1;&sub1; von den Teilbündeln b&sub1; (-1, 0) und b&sub1;(0, -1) getroffen wird.
Wenn ein Fokussierungsfehler ΔZ auftritt, besteht zwischen den Teilbündeln b&sub1;(0) und b&sub1;(+1) oder b&sub1;(-1) infolge der unterschiedlichen von diesen Strahlenbündeln zwischen den Gittern WG'&sub1; und RG&sub1; zurückgelegten optischen Weglängen eine Phasendifferenz ΔΦ. Bei einer Weglängendifferenz ΔW beträgt diese Phasendifferenz:
ΔΦ = 2 π ΔW/λ
Aus Fig. 8 folgt
ΔW = ΔZ (1-cos R)
Für kleine Winkel R gilt:
ΔW = ΔZ R²/2
Im Fall einer periodischen Verlagerung des abgebildeten Gitters in der X-Richtung werden die aus den Detektoren kommenden Signale außerdem mit einer Zeitfrequenz
ω = 2π /PWG'&sub1;
moduliert, wobei die Geschwindigkeit in X-Richtung und PWG'1 die Gitterperiode des Bildgitters WG'&sub1; ist.
Ein Vergrößerungsfehler erzeugt eine zusätzliche Phasendifferenz zwischen den aus den Detektoren kommenden Signalen D&sub1;&sub0; und D&sub1;&sub1;.
Die von den Detektoren D&sub1;&sub0; und D&sub1;&sub1; gelieferten Wechselstromsignale können dargestellt werden durch:
SI&sub1;&sub0; = cos (ωt + γF + γM)
SI&sub1;&sub1; = cos (ωt - γF + γM)
Fig. 8 bezieht sich auf das Bild des Gitters WG&sub1;, das von dem Strahlenbündel b&sub1; auf dem Gitter RG&sub1; erzeugt worden ist. Natürlich gilt eine entsprechende Figur für die Abbildung des Gitters WG&sub2; auf das Gitter RG&sub2; mittels des Strahlenbündels b&sub2;. Wenn die Detektoren D&sub1;&sub2; und D&sub1;&sub3; der letztgenannten Figur an den Orten der Detektoren D&sub1;&sub0; und D&sub1;&sub1; in Fig. 8 angeordnet werden, gilt für die aus den Detektoren D&sub1;&sub2; und D&sub1;&sub3; kommenden Signale
SI&sub1;&sub2; = cos (ωt + γF - γM)
SI&sub1;&sub3; = cos (ω - γF - γM)
Hierin ist
ω = 2π /PWG'&sub1;
Der Phasenterm γF infolge des Fokussierungsfehlers wird gegeben durch:
γF = ½ ΔΦ = π·ΔZ/λR²
Für den Beugungswinkel R des Gitters gilt:
sin R = λ/PRG,
d. h. für kleine Winkel R ist dieser Winkel
R = λ/PRG
und dementsprechend:
γF = π·ΔZ·λ/PRG
Für die Schärfentiefe s des Projektionslinsensystems PL gilt:
s = λ/ π·NA²
wobei NA die numerische Apertur des Linsensystems, oder sin β, ist, siehe Fig. 7b. Für kleine Winkel β und R = C·β, wobei C eine Konstante kleiner als 1 ist, ergibt sich:
s = λ/π·C²/R², also
F = ΔZ/S C².
Ein Fokussierungsfehler, der einmal so groß wie die Schärfentiefe s ist, führt zu einer Phasendifferenz 2γF = 2 rad zwischen den Signalen SI&sub1;&sub0; und SI&sub1;&sub1; und zwischen den Signalen SI&sub1;&sub2; und SI&sub1;&sub3;, falls C = 1. Das bedeutet, daß Fokussierungsfehler, die kleiner als die Schärfentiefe des Projektionslinsensystems sind, detektiert werden können.
Da die Signale SI&sub1;&sub0; und SI&sub1;&sub1; nur hinsichtlich des Phasenterms γF voneinander abweichen, kann durch einen Phasenvergleich dieser Signale in einer Phasenvergleichsschaltung die Größe und die Richtung eines Fokussierungsfehlers detektiert werden.
Der Phasenterm γM wird durch den Vergrößerungsfehler bestimmt. Wenn ΔX der von dem Vergrößerungsfehler abhängige Abstand zwischen der tatsächlichen Position q und der Sollposition q' der Abbildung eines auf dem Substrat gelegenen Punktes p in der Maskenebene ist, dann ist die Phasendifferenz 2γM zwischen den Signalen SI&sub1;&sub0; und SI&sub1;&sub1; oder zwischen den Signalen SI&sub1;&sub1; und SI&sub1;&sub3; gleich
2·γM=4·π Δx/PRG,
wobei PRG die Periode der Maskengitter ist.
Wenn für ΔX ein Wert von 0,5 um zulässig und wenn PRG = 20 um ist, sollte es möglich sein, eine Phasendifferenz zwischen den Detektorsignalen von:
2 γM = 4 π 0,5/20 = 0,31 rad,
zu detektieren, was 1/20 der Periode der Signale SI&sub1;&sub0; und SI&sub1;&sub2; entspricht, was kein Problem darstellt. Der Vergrößerungsfehler kann durch Vergleich der Phasen der Signale SI&sub1;&sub0; und SI&sub1;&sub1; oder der Signale SI&sub1;&sub2; und SI&sub1;&sub3; in einer Phasenvergleichsschaltung detektiert werden.
Eine Verschiebung der Maske in Z-Richtung um einen Abstand ΔZ führt zu einer Verschiebung der Gitterbilder in der X-Richtung um
ΔX' = tan β·ΔZ
Da tan β = d&sub1;/Z, wobei d&sub1; der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Maskengitter ist, siehe Fig. 6, und Z der Abstand zwischen der Ebene der Pupille und der Ebene der Maske, siehe Fig. 7b, ergibt sich:
Δ X' = d&sub1;/Z&sub1;·ΔZ
Im Fall eines Abstandes d&sub1; = 65 mm und Z&sub1; = 384 mm führt eine Verschiebung Δ Z = 1 um zu einer Verschiebung um 0,17 um der in der Maskenebene abgebildeten Gitter. Angesichts der großen Scharfen tiefe (s = λ/2NA²) des Projektionslinsensystems, beispielsweise 200 um für NA = 0,32 und λ = 0,4 um, ist ein solcher Fokussierungsfehler vernachlässigbar. In diesem Projektionssystem ist die Vergrößerung kritischer als die Fokussierung.
Im vorstehenden ist angenommen worden, daß die Maskengitter eine Gitterperiode haben, die 1/M-mal so groß wie die Gitterperiode der Substratgitter ist. Die Maskengitter können auch eine zweimal so große Periode haben, d. h. 2/M-mal die Periode der Substratgitter. Der Detektor D&sub1;&sub0; oder D&sub1;&sub1; wird dann so angeordnet, daß er von den Teilbündeln b&sub1;(+1, -1) und b&sub1;(0, +1) bzw. den Teilbündeln b&sub1;(-1, +1) und b&sub1;(0, - 1) getroffen wird. Der Vorteil hiervon ist der, daß die Teilbündel zweiter Ordnung, die von dem Maskengitter erzeugt werden können, wenn die Breite der Gitterstreifen dieser Gitter nicht gleich der der dazwischen liegenden Streifen ist, oder die infolge von Verformungen dieser Gitter erzeugt werden können, sich nicht mehr mit dem Teilbündel nullter Ordnung und den Teilbündeln erster Ordnung am Ort der Detektoren überlagern können. Derartige Überlagerungen können zu einer geringen Verzerrung der Detektorsignale führen.
Statt durch eine periodische Bewegung des Substrats oder der Maske kann die Zeitmodulation der Detektorsignaie auch durch die Verwendung von zueinander senkrecht polarisierten Teilbündeln und durch Mittel zur Modulation der Phase zwischen diesen Bündeln erhalten werden. Die Modulation kann an der Detektorseite, d. h. im Detektionszweig, oder an der Objektseite erfolgen. Fig. 9a ist eine Draufsicht und Fig. 9b eine Seitenansicht einer mit polarisierten Teilbündeln arbeitenden Vorrichtung.
Diese Figuren unterscheiden sich von den Fig. 7a und 7b nur darin, daß λ/2- Plättchen HWP in dem Strahlungsweg zwischen den Substratgittern WG&sub1;, WG&sub2; und den Maskengittern RG&sub1;, RG&sub2; angeordnet sind, wobei λ die Wellenlänge der verwendeten Strahlung ist.
Die Wirkungsweise der polarisierte Strahlenbündel verwendenden Vorrichtung wird am besten anhand von Fig. 10 erläutert, die ein abgebildetes Substratgitter WG'&sub1; und das zugehörige Maskengitter RG&sub1; sowie die von diesen Gittern erzeugten Teilbündel zeigt. Die von dem Substratgitter stammenden Teilbündel b&sub1;(0), b&sub1;(+1) und b&sub1;(-1) sind linear polarisierte Strahlenbündel, deren Polarisationsrichtung, mit dem Pfeil 30 angedeutet, in der Zeichenebene liegt. Im Weg des Bündels erster Ordnung b&sub1;(0) ist ein λ/2-Plättchen HWP angeordnet, das die Polarisationsrichtung dieses Bündels um 90º in die durch den Pfeil 31 angegebene, senkrecht zur Zeichenebene stehende Richtung dreht. Demzufolge sind die Teilbündel b&sub1;(+1, 0) und b&sub1;(0, +1) ebenfalls senkrecht zueinander polarisiert, was auch für die Teilbündel b&sub1;(-1, 0) und b&sub1;(0, -1) gilt. Im Weg jedes Paares senkrecht zueinander polarisierter Teilbündel ist diagonal ein λ/4-Plättchen QWP angeordnet. Unter "diagonal" ist zu verstehen, daß die optische Achse dieses Plättchens mit den Polarisationsrichtungen 30 und 31 einen Winkel von +45º oder -45º bildet. Die Richtungen der optischen Achsen der Plättchen QWP&sub1; und QWP&sub2; werden in Fig. 10 durch die Pfeile a und b angedeutet. Der Einfachheit halber werden diese Pfeile in der Zeichenebene dargestellt; tatsächlich bilden sie mit der Zeichenebene einen Winkel von +45º und -45º. Das λ/4-Plättchen QWP&sub1; wandelt das Strahlenbündel b&sub1;(+1, 0) in ein rechtsdrehendes zirkular polarisiertes Strahlenbündel und das Strahlenbündel b&sub1;(0, +1) in ein linksdrehendes zirkular polarisiertes Strahlenbündel um, wie mit den Pfeilen 32 und 33 angedeutet wird. Das λ/4-Plättchen QWP&sub2; erfüllt die gleiche Funktion für die Strahlenbündel b&sub1;(-1, 0) und b&sub1;(0, -1). Da tatsächlich die beiden Teilbündel b&sub1;(+1,0) und b&sub1;(0, +1) und die Teilbündel b&sub1;(-1, 0) und b&sub1;(0, -1) praktisch zusammenfallen, bilden diese beiden entgegengesetzt zirkular polarisierten Teilbündel ein einziges linear polarisiertes Teilbündel, dessen Azimut der Polarisation durch die zwischen beiden Bündeln herrschende Phasendifferenz bestimmt wird. Bevor die linear polarisierten Teilbündel ihren jeweiligen Detektor D&sub1;&sub0; bzw. D&sub1;&sub1; erreichen, durchqueren sie einen Polarisationsanalysator AN, der mit einer Winkelgeschwindigkeit Ω·t rotiert, wodurch die Detektorsignale zeitmoduliert werden. Die Drehung des Analysators wird mit dem Pfeil 34 angedeutet, der die gleiche Richtung wie der Pfeil 32 hat. Die von dem Detektor kommenden Signale können jetzt durch
SI&sub1;&sub0; = cos(Ωt - γF + γM,1)
SI&sub1;&sub1; = cos(Ωt - γF + γM,1)
dargestellt werden. Fig. 10 bezieht sich auf das auf dem Gitter RG&sub1; mit Hilfe des Strahlenbündels b&sub1; erzeugte Bild des Gitters WG&sub1;. Natürlich gilt eine entsprechende Figur für das auf dem Gitter RG&sub2; mit Hilfe des Strahlenbündels b&sub2; erzeugte Bild des Gitters WG&sub2;. Wenn in der letztgenannten Figur Detektoren D&sub1;&sub2; und D&sub1;&sub3; an den Orten der Detektoren D&sub1;&sub0; und D&sub1;&sub1; aus Fig. 10 angeordnet werden, gilt für die Signale der erstgenannten Detektoren:
SI&sub1;&sub2; = cos (ΩT + γF - γM,2)
SI&sub1;&sub3; = cos (ΩT - γF - γM,2)
In diesem Ausdruck für die Detektorsignale ist
2 γF = 2π Δ X/λ R²
wieder die Phasendifferenz infolge eines Fokussierungsfehlers ΔZ, der wieder durch den Vergleich der Phasen beispielsweise der Signale SI&sub1;&sub0; und SI&sub1;&sub1; detektiert werden kann und durch Bewegung des Substrats relativ zum Projektionslinsensystem in axialer Richtung beseitigt werden kann.
Der Phasenterm γM,1 wird von einer Abweichung ΔX&sub1; zwischen der tatsächlichen Position q' und der Sollposition q des Bildes eines Punktes P des Substratgitters auf dem Maskengitter RG&sub1; verursacht. Der Phasenterm γM,2 wird von einer vergleichbaren Abweichung γX&sub2; am Ort des Maskengitters RG&sub2; verursacht. Diese Abweichung kann von einem Justierfehler beim Ausrichten eines Maskengitters bezüglich des zugehörigen Substratgitters oder von einem Vergrößerungsfehler verursacht werden. Der Vergrößerungsfehler kann durch Vergleich des Phasenterms γM,1 mit dem Phasenterm γM,2 detektiert werden. Durch Zuführen des so erhaltenen Vergrößerungsfehlersignals an ein Servosystem, mit dem die Maske relativ zu dem Projektionslinsensystem und relativ zum Substrat in axialer Richtung bewegt werden kann, kann der Vergrößerungsfehler beseitigt werden.
Nach Beseitigung des Vergrößerungsfehlers, und somit γM,1 = γM,2 = γM,0, kann der Justierfehler durch Vergleich des Wertes von γM,0 mit einem beispielsweise durch die Position des Analysators AN gegebenen Bezugswert detektiert werden. Der Justierfehler kann beseitigt werden, indem das Substrat bezüglich der Maske in X-Richtung bewegt wird. Bei Verwendung zweidimensionaler Gitter und zusätzlicher Detektoren ist es auch möglich, einen Justierfehler in Y-Richtung, senkrecht zur X-Richtung und in derselben Ebene wie die X-Richtung, zu detektieren und zu beseitigen.
Statt mit einem in dem Detektionszweig vorhandenen rotierenden Polarisator wird die Zeitmodulation der Detektorsignale vorzugsweise durch Verwendung einfallender Strahlenbündel b&sub1; und b&sub2; durchgeführt, die zwei senkrecht zueinander polarisierte Komponenten mit unterschiedlichen Frequenzen oder zeitvariierenden Phasen enthalten. Eine erste Möglichkeit, dies zu erreichen, ist die Verwendung eines Zeeman-Lasers, wie in dem Beitrag "Displacement measurement with a laser interferometer" in "Philips' Technical Review", Bd. 30, Nr. 6-7, S. 160- 166 beschrieben wird. Ein derartiger Laser erzeugt ein Strahlenbündel mit zwei entgegengesetzt zirkular polarisierten Bündelkomponenten mit unterschiedlichen Strahlungsfrequenzen ω&sub1; und ω&sub2;. In dem Detektionszweig wird eine Schwebungsfrequenz Δω = ω&sub1;-ω&sub2; erhalten, deren Phase von der zu messenden Größe abhängt.
Fig. 11 zeigt die verschiedenen Polarisationsrichtungen und Frequenzen der zu dem Substratgitterbild WG'&sub1; und dem Maskengitter RG&sub1; gehörenden Teilbündel. Jedes der von dem, nicht dargestellten, Substratgitter WG&sub1; stammenden Teilbündel b&sub1;(0), b&sub1;(-1) und b&sub1;(+1) umfaßt zwei Bündelkomponenten mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen, angedeutet durch die Pfeile 30 und 31. Die Bündelkomponente mit der Polarisationsrichtung 30 hat eine Strahlungsfrequenz ω&sub1; und die Bündelkomponente mit der Polarisationsrichtung 31 hat eine Strahlungsfrequenz ω&sub2;. In dem Weg des Teilbündels nullter Ordnung b&sub1;(0) ist ein λ/2-Plättchen HWP angeordnet, das die Polarisationsrichtungen der Bündelkomponenten um 90º bezüglich der der entsprechenden Komponenten in den Teilbündeln b&sub1;(+1) und b&sub1;(-1) dreht. Daher werden die Polarisationsrichtungen der Bündelkomponenten mit den Frequenzen ω&sub1; und ω&sub2; der für die Detektion selektierten Teilbündel b&sub1;(0, +1) und b&sub1;(0, -1) bezüglich der Polarisationsrichtungen der entsprechenden Komponenten der Teilbündel b&sub1;(+1, 0) und b&sub1;(-1, 0) um 90º gedreht.
Um die verschiedenen Polarisationsrichtungen räumlich trennen zu können, können Polarisationsanalysatoren verwendet werden, die in zwei zueinander senkrechten Richtungen liegen, wobei die Richtungen der optischen Achsen den beiden Polarisationsrichtungen der Teilbündel entsprechen. Vorzugsweise werden jedoch Elemente zur Polarisationstrennung, wie polarisationstrennende Prismen oder Wollaston- Prismen verwendet. In Fig. 11 haben diese Wollaston-Prismen die Bezugszeichen 40 und 40', und die optischen Achsen dieser Prismen werden mit 41 und 42 bezeichnet. Diese Prismen spalten jedes der Teilbündel in zwei Teilbündelkomponenten mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen auf. In der vorliegenden Ausführungsform sind für jedes Beleuchtungstrahlenbündel b&sub1; und b&sub2; vier Detektoren D&sub2;&sub0;, D&sub2;&sub1;, D&sub2;&sub2; und D&sub2;&sub3; vorgesehen. Sowohl das Teilbündel b&sub1;(+1,0) als auch das Teilbündel b&sub1;(0, +1) treffen auf jeden der Detektoren D&sub2;&sub0; und D&sub2;&sub1;, und auf die Detektoren D&sub2;&sub2; und D&sub2;&sub3; treffen sowohl das Teilbündel b&sub1;(0,-1) als auch das Teilbündel b&sub1;(-1, 0).
Fig. 11 zeigt die Winkel, unter denen die Teilbündel von den Wollaston-Prismen abgelenkt werden und den Fokussierungsfehler ΔZ in vergrößertem Maßstab, aber tatsächlich sind diese Winkel und ΔZ viel kleiner. Für das Bild des auf dem Maskengitter RG&sub2; mittels des Strahlenbündels 132 gebildeten Substratgitters WG&sub2; gilt eine Fig. 11 entsprechende Figur, wobei wieder vier Detektoren D&sub2;&sub5;, D&sub2;&sub6;, D&sub2;&sub7; und D&sub2;&sub8; an den Orten der Detektoren D&sub2;&sub0;, D&sub2;&sub1;, D&sub2;&sub2; und D&sub2;&sub3; von Fig. 11 angeordnet sind. In gleicher Weise wie in der in den Fig. 8 und 10 gezeigten Vorrichtung können in der in Fig. 11 gezeigten Vorrichtung anstelle der oben genannten Teilbündel auch die Teilbündel b&sub1;(+1, -1), b&sub1;(0, +1) und die Teilbündel b&sub1;(-1, +1), b&sub1;(0, -1) für die Detektion verwendet werden.
Die von den Detektoren D&sub2;&sub0;, D&sub2;&sub1;, D&sub2;&sub2; und D&sub2;&sub3; kommenden zeitabhängigen Ausgangssignale können durch
SI&sub2;&sub0; = A cos (Δωt + γF - γM,1)
SI&sub2;&sub1; = A cos (Δωt - γF - γM,1)
SI&sub2;&sub2; = A cos (Δωt + γF - γM,1)
SI&sub2;&sub3; = A cos (Δωt - γF - γM,1)
dargestellt werden. Substitution von γM,1 durch γM,2 in diesem Ausdruck ergibt die Detektorsignale SI&sub2;&sub5;, SI&sub2;&sub6;, SI&sub2;&sub7; und SI&sub2;&sub8;. Aus den Signalen SI&sub2;&sub0;-SI&sub2;&sub3; und SI&sub2;&sub5;-SI&sub2;&sub7; kann die gleiche Information hergeleitet werden wie anhand von Fig. 10 beschrieben.
Anstelle eines Zeeman-Lasers kann man auch eine Strahlungsquelle verwenden, die ein linear polarisiertes Strahlenbündel liefert. In dem Weg dieses Strahlenbündels sollte dann ein Modulator MO, beispielsweise ein elastooptischer Modulator, angeordnet werden, wie in Fig. 9a angegeben. Es ist darauf geachtet worden, daß die Polarisationsrichtung des Strahlenbündels b&sub1; mit der optischen Achse des Modulators einen Winkel von 45º bildet. Wenn der Modulator mit einem periodischen Signal cos(ψt) erregt wird, ändert sich die Doppelbrechung δ des Modulators mit δ = δocos(ψt). Das aus dem Modulator kommende Strahlenbündel b&sub1; hat dann zwei Komponenten mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen und einer Phasendifferenz die entsprechend δo cos(ψt) zeitmoduliert ist. In gleicher Weise wie in Fig. 11 werden die nach Durchqueren der Gitter WG&sub1; und RG&sub1; aus diesem Strahlenbündel gebildeten Teilbündel nach ihren Polarisationsrichtungen getrennt und treffen auf vier Detektoren. Die Ausgangssignale dieser Detektoren sind jetzt:
SI&sub2;&sub0; = B cos (δo·cos (ψt) + γF - γM,1))
SI&sub2;&sub1; = B cos (δo·cos (ψt) - γF - γM,1))
SI&sub2;&sub2; = B cos (δo·cos (ψt) + γF γ γM,1))
SI&sub2;&sub3; = B cos (δo·cos (ψt) - γF - γM,1))
Substitution von γM, 1 durch γM,2 ergibt wieder die Signale SI&sub2;&sub5; bis SI&sub2;&sub8;. Wiederum enthalten die Signale SI&sub2;&sub0; bis SI&sub2;&sub4; und SI&sub2;&sub5; bis SI&sub2;&sub8; die gleiche Information wie die entsprechenden, mit Hilfe der in Fig. 11 gezeigten Vorrichtung erhaltenden Signale.
Eine Abwandlung der Ausführungsform, die mit den anhand der Fig. 9, 10 und 11 beschriebenen Ausführungsformen verwandt ist, soll jetzt anhand der Fig. 12 und 13 beschrieben werden. Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß das λ/2- Plättchen HWP nicht mehr zwischen dem Substrat und der Maske angeordnet zu sein braucht, so daß beim Entwurf des Projektionslinsensystems dieses Plättchen nicht berücksichtigt zu werden braucht und daß für die Vergrößerungsmessung kein Einkoppelspiegel MR im Weg des Projektionsstrahlenbündels PB zu liegen braucht.
Dann ist es jedoch notwendig, daß die Strahlungsquelle ein Strahlenbündel hoher Stärke erzeugt und daß die im folgenden zu beschreibenden Elemente mit hoher Genauigkeit im Detektionszweig positioniert werden können.
In der in den Fig. 12 und 13 gezeigten Vorrichtung haben die Maskengitter eine kleinere Periode als 1/M-mal die Periode der Substratgitter. Der Winkel, unter dem die Teilbündel erster Ordnung von einem Maskengitter gebeugt werden, ist dann größer als der Winkel, unter dem das Substratgitter die Teilbündel erster Ordnung beugt. Die Gitterperioden werden so gewählt, daß die am Substratgitter WG&sub1; gebildeten Teilbündel b&sub1;(+1) und b&sub1;(-1) gerade durch die Pupille PU des Projektionslinsensystems PL treten können. Die beim ersten Durchlaufen des Maskengitters RG&sub1; erzeugten Teilbündel erster Ordnung b'&sub1;(+1) und b'&sub1;(-1) können dann nicht mehr durch das Projektionslinsensystem treten. Daher werden die Substratgitter nur von den Teilbündeln nullter Ordnung b'&sub1;(0) und b'&sub2;(0) der von links auf die Maskengitter RG&sub1; und RG&sub2; treffenden Beleuchtungsstrahlenbündel b&sub1; und b&sub2; beleuchtet. Die Strahlenbündel b'&sub1;(0) und b'&sub2;(0) werden von den Substratgittern WG&sub1; und WG&sub2; wieder in ein Teilbündel nullter Ordnung und zwei Teilbündel erster Ordnung aufgespalten, so daß nach Durchlaufen der Maskengitter RG&sub1; und RG&sub2; jedes Strahlenbündel b&sub1;, b&sub2; wieder die gleiche Anzahl Beugungsordnungen wie in den in den Fig. 8, 10 und 11 gezeigten Vorrichtungen hat. Fig. 13 zeigt die für die Detektion verwendeten Teilbündel b&sub1;(0, +1), b&sub1;(+1, 0) und b&sub1;(-1, 0) und b&sub1;(0, -1). Diese Figur zeigt auch die in dem Detektionszweig verwendeten zusätzlichen Elemente.
Das Teilbündel nullter Ordnung b&sub1;(0) und die unter einem Winkel 0 gebeugten Teilbündel erster Ordnung b&sub1;(+1) und b&sub1;(-1) stammen wieder von dem nicht dargestellten Substratgitter. Jedes dieser Teilbündel hat zwei Komponenten mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen mit unterschiedlichen Strahlungsfrequenzen ω&sub1; und ω&sub2;, wenn als Strahlungsquelle ein Zeeman-Laser verwendet wird. Es ist wieder möglich, eine Kombination aus einer Strahlungsquelle mit linear polarisiertem Strahlenbündel und einem elastooptischen Modulator zu verwenden. Die Polarisationsrichtung jedes Teilbündels ändert sich dann periodisch mit der Zeit. Das Maskengitter RG&sub1; spaltet jedes der genannten Bündel in ein Teilbündel nullter Ordnung und zwei Teilbündel erster Ordnung auf. Da die Periode des Maskengitters k/M-mal so groß ist wie die Periode des Substratgitters, mit k kleiner als 1, beispielsweise 1/3, ist der Beugungswinkel R' des Maskengitters 1/k-mal so groß wie der Beugungswinkel des Substratgitters. Damit die Teilbündel b&sub1;(0, +1) und b&sub1;(+1, 0) sowie die Teilbündel b&sub1;(0, ω1) und b&sub1;(-1, 0) einander besser überlagern, können Ablenkelemente, beispielsweise Keile WE, WE' im Weg dieser Strahlenbündel angeordnet werden. Damit nur die gewünschten Teilbündel die Detektoren D&sub2;&sub0;, D&sub2;&sub1;, D&sub2;&sub2; und D&sub2;&sub3; erreichen, ist ein Filter FI vorhanden, das die Teilbündel b&sub1;(-1, -1), b&sub1;(+1, -1), b&sub1;(0, 0), b&sub1;(-1, +1) und b&sub1;(+1, +1) zurückhält. Die Ebene des Maskengitters RG&sub1; wird mit Hilfe einer Linse L&sub4; in die Ebene eines Hilfsgitters AG abgebildet. Die Gitterperiode dieses Gitters ist an die Periode des Interferenzmusters angepaßt, das am Ort dieses Gitters von den interferierenden Teilbündeln, die miteinander bestimmte Winkel bilden, erzeugt wird. Die Gitterperiode dieses Hilfsgitters sollte derart sein, daß der Beugungswinkel R' gleich dem Winkel (k'-1)·R zwischen den Strahlenbündeln b&sub1;(0, +1) und b&sub1;(+1, 0) ist. Diese Gitterperiode wird gegeben durch:
PAG = M&sub4;/sin(k'-1)·R
wobei M&sub4; die Vergrößerung der Linse L&sub4; und k' = 1/k ist. Ein λ/2-Plättchen HWP wird jetzt hinter dem Maskengitter RG&sub1; und nur in dem Weg der Teilbündel b&sub1;(0, +1) und b&sub1;(0, -1) angeordnet. Dieses Plättchen hat die gleiche Funktion wie das λ/2- Plättchen in der in den Fig. 9, 10 und 11 gezeigten Vorrichtung. Zwischen dem Hilfsgitter AG und den Detektoren ist ein Element zur Polarisationstrennung, beispielsweise ein Wollaston-Prisma WP, angeordnet, das die Bündelkomponenten mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen räumlich voneinander trennt, so daß diese Komponenten in gleicher Weise, wie in der in Fig. 11 gezeigten Vorrichtung, von gesonderten Detektoren empfangen werden können.
Die Detektorsignale SI&sub2;&sub0; bis SI&sub2;&sub3; und SI&sub2;&sub5; bis SI&sub2;&sub8; sind den entsprechenden, in der Vorrichtung von Fig. 11 erhaltenen Signalen analog.
Die anhand der Fig. 4 und 5 beschriebene Zeitmodulation der Detektorsignale für die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung kann auch in einer reflektierte Strahlung verwendenden Vorrichtung eingesetzt werden. Fig. 14 zeigt eine solche Vorrichtung. Diese Vorrichtung verwendet weder Maskengitter und Polarisationsmittel noch arbeitet sie mit Bewegungen der Gitter relativ zueinander. Die Substratgitter WG&sub1; und WG&sub2; werden über Fenster WI&sub1; und WI&sub2; in der Maske mit Hilfe der Strahlenbündel b&sub1; und b&sub2; beleuchtet. Die von den Substratgittern reflektierten Teilbündel unterschiedlicher Beugungsordnungen durchlaufen das Projektionslinsensystem PL und bilden die Gitter auf das Fenster ab. In den Wegen der Strahlenbündel b&sub1; und b&sub2; sind halbdurchlässige Spiegel BS&sub1; und BS&sub2; angeordnet, die einen Teil der von den Substratgittern reflektierten Strahlung auf eine Reihenanordnung aus strahlungsempfindlichen Detektoren DA&sub1; und DA&sub2; richten. Die Linsen L&sub5; und L&sub6; bzw. die Linsen L'&sub5; und L'&sub6; bilden die Substratgitter WG&sub1; und WG&sub2; auf die zugehörige Detektor-Reihenanordnung ab. Zwischen diesen Linsen sind Filter SF, SF' angeordnet, und diese lassen nur die gewünschten Beugungsordnungen durch. Die Detektor- Reihenanordnungen haben den gleichen Aufbau und die von den Detektoren kommenden Signale werden in gleicher Weise verarbeitet wie anhand der Fig. 2, 4 und 5 beschrieben.
Die Tatsache, daß diese Erfindung für eine Anwendung in einem Apparat für wiederholte Belichtung eines Substrats mit Hilfe eines Maskenmusters beschrieben worden ist, bedeutet keine Beschränkung hierauf. Die erfindungsgemäße Vergrößerungsfehlerdetektion kann in Systemen verwendet werden, in denen sehr feine Details mit hoher Maßgenauigkeit abgebildet werden sollen und bei denen Umgebungsparameter die Bildqualität beeinflussen können, und in Systemen, bei denen unterschiedliche Muster aufeinander abgebildet werden sollen.

Claims

1. Optisches Abbildungssystem mit einem Hauptlinsensystem (PL), um eine Objektebene (MA, W) und eine Bildebene (W, MA) einander zuzuordnen, wobei das Hauptlinsensystem (PL) an einer Seite telezentrisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vergrößerungsfehler-Detektionsvorrichtung mit einem ersten (RG&sub1;, WG&sub1;) und einem zweiten Objektgitter (RG&sub2;, WG&sub2;), die in der Objektebene (MA, W) liegen und über das Hauptlinsensystem (PL) auf ein erstes (WG&sub1;, RG&sub1;) bzw. zweites (WG&sub2;, RG&sub2;) Bildgitter abgebildet werden sollen, die in der Bildebene (W, MA) liegen und eine Gitterperiode proportional zu der des zugehörigen Objektgitters haben, umfaßt sowie eine Strahlungsquelle (LA) zur Beleuchtung der Gitter, ein erstes und ein zweites, im Weg eines von dem ersten Objektgitter (RG&sub1;, WG&sub1;) und von dem ersten Bildgitter (WG&sub1;, RG&sub1;) stammenden Beleuchtungsstrahlenbündels (b&sub1;) bzw. im Weg eines von dem zweiten Objektgitter (RG&sub2;, WG&sub2;) und von dem zweiten Bildgitter (WG&sub2;, RG&sub2;) stammenden Beleuchtungsstrahlenbündels (132) angeordnetes strahlungsempfindliches Detektionssystem (D&sub1;, D&sub2;; D&sub1;&sub0;, D&sub1;&sub1;; D&sub2;&sub0;, D&sub2;&sub1;) zum Umwandeln dieser Strahlenbündel in zwei elektrische Signale (S&sub1;, S&sub2;) sowie Mittel zur Zeitmodulation der Detektorsignale (S&sub1;, S&sub2;), wobei die Phasendifferenzen der Detektorsignale für den Vergrößerungsfehler repräsentativ sind.

2. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zeitmodulation der Detektorsignale Bewegungsmittel zur periodischen Bewegung von Gitterstreifen eines Objektgitters (RG&sub1;, WG&sub1;, RG&sub2;, WG&sub2;) und Gitterstreifen eines zugehörigen Bildgitters (WG&sub1;, RG&sub1;, WG&sub2;, RG&sub2;) relativ zueinander in einer zu der Längsrichtung der Gitterstreifen senkrechten Richtung sind.

3. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsmittel Antriebsmittel (DR) sind, um entweder das Paar Objektgitter (RG&sub1;, RG&sub2;) oder das Paar Bildgitter (WG&sub1;, WG&sub2;) in bezug auf das andere Paar periodisch zu bewegen.

4. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 3, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Detektionssysteme zwei Detektoren (D&sub1;&sub0;, D&sub1;&sub1;, D&sub1;&sub2;, D&sub1;&sub3;, D&sub2;&sub1;, D&sub2;&sub2;, D&sub2;&sub3;, D&sub2;&sub4;) enthält, wobei eine Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen dieser Detektoren einen gröberen Vergrößerungsfehler anzeigt, der einer Verlagerung der Gitterstreifen eines Gitters (RG&sub1;, WG&sub1;, RG&sub2;, WG&sub2;) relativ zu denen eines darauf abgebildeten Gitters (WG&sub1;, RG&sub1;, WG&sub2;, RG&sub2;) um mindestens eine halbe Gitterperiode entspricht.

5. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 5, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß ein zu bewegendes Gitter (WG&sub1;, WG&sub2;) und das zugehörige strahlungsempfindliche Detektionssystem (D&sub1;, D&sub2;) zusammen durch eine Reihenanordnung aus strahlungsempfindlichen Detektoren (1, 2, 3, 4; 1', 2', 3', 4') gebildet sind, wobei sich die genannte Reihenanordnung über m Gitterperioden des darauf abgebildeten Gitters (RG&sub1;, RG&sub2;) erstreckt und n Detektoren für jede Gitterperiode enthält, und daß jeder Detektor der laufenden Nummer i mit einem Detektor der laufenden Nummer i+n verbunden ist, mit i = 1, 2, 3, . . . n(m-1), wobei die Detektor-Reihenanordnung ein bewegen des Gitter simuliert und die Gitterstreifenbewegungsmittel bildet.

6. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Objektgitter (RG&sub1;, RG&sub2;) und die Bildgitter (WG&sub1;, WG&sub2;) Transmissionsgitter sind, daß die Strahlungsquelle (LA) auf einer Seite des Hauptlinsensystems (PL), vor den an dieser Seite liegenden Gittern (RG&sub1;, RG&sub2;) angeordnet ist und daß die strahlungsempfindlichen Detektionssysteme (D&sub1;, D&sub2;) auf der anderen Seite dieses Linsensystems (PL), hinter den sich an dieser anderen Seite befindlichen Gittern (WG&sub1;, WG&sub2;) angeordnet sind.

7. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Bildgitter (WG&sub1;, WG&sub2;) oder die Objektgitter (RG&sub1;, RG&sub2;) Reflexionsgitter und die anderen Gitter Transmissionsgitter sind, daß die strahlungsempfindlichen Detektionssysteme (D&sub1;, D&sub2;) an der von den Reflexionsgittern (WG&sub1;, WG&sub2;) abgewandten Seite der Transmissionsgitter (RG&sub1;, RG&sub2;) angeordnet sind, und daß in jedem der Beleuchtungsstrahlenbündel (b&sub1;, b&sub2;) ein Strahlteiler (BS, BS') angeordnet ist, um ein von dem Reflexionsgitter (WG&sub1;, WG&sub2;) stammendes Strahlungsbündel, das das Hauptlinsensystem (PL) zweimal durchquert hat, von dem Beleuchtungsstrahlenbündel zu trennen, und um das von dem Reflexionsgitter stammende Strahlungsbündel auf das strahlungsempfindlichen Detektionssystem (D&sub1;, D&sub2;) zu richten.

8. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsstrahlenbündel (b&sub1;, b&sub2;) einen Öffnungswinkel (α) haben, der kleiner als der Beugungswinkel (O) ist, unter dem die Teilbündel erster Ordnung (b&sub1;(-1), b&sub1;(+1), b&sub2;(-1), b&sub2;(+1)) von den Gittern (RG&sub1;, RG&sub2;) gebeugt werden und daß für jedes Beleuchtungsstrahlenbündel (b&sub1;, b&sub2;) mindestens zwei strahlungsempfindliche Detektoren (D&sub1;&sub0;, D&sub1;&sub1;, D&sub1;&sub2;, D&sub1;&sub3;) vorhanden sind, wobei der erste Detektor (D&sub1;&sub0;) im Weg sowohl des Teilbündels der Ordnung (0, +1) als auch eines der Teilbündel der Ordnung (+1, 0) und der Ordnung (+1, -1) angeordnet ist, während der andere Detektor (D&sub1;&sub1;) im Weg sowohl des Teilbündels der Ordnung (0, -1) als auch eines der Teilbündel der Ordnung (-1, 0) und der Ordnung (-1, +1) angeordnet ist, wobei sich die erste und die zweite Ziffer auf das erste (WG&sub1;, WG&sub2;) bzw. das zweite (RG&sub1;, RG&sub2;) im Weg des entsprechenden Beleuchtungsstrahlenbündels (b&sub1;, b&sub2;) liegende Gitter beziehen.

9. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 8, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Periode eines Objektgitters (WG&sub1;, WG&sub2;) 2/M-mal so groß wie die des zugehörigen Bildgitters (RG&sub1;, RG&sub2;) ist, wobei M die Vergrößerung des Hauptlinsensystems ist, und daß die Detektoren (D&sub1;&sub0;, D&sub1;&sub1;) im Weg der Teilbündel der Ordnungen (+1, -1) und (0, +1) bzw. im Weg der Teilbündel der Ordnungen (-1, +1) bzw. (0, -1) liegen.

10. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 8 oder 9, weiterhin gekennzeichnet durch ein Antriebsmittel (DR) zur periodischen Bewegung eines von zwei zueinander gehörenden Objektgittern (WG&sub1;, WG&sub2;) und Bildgittern (RG&sub1;, RG&sub2;) relativ zueinander.

11. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 8 oder 9, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zeitmodulation der Detektorsignale (S&sub1;, S&sub2;) ein im Weg jedes der Beleuchtungsstrahlenbündel (b&sub1;, b&sub2;) in dem von dem ersten Gitter (RG&sub1;, RG&sub2;) stammenden Teilbündel nullter Ordnung (b&sub1;(0)) angeordnetes v·λ/2-Plättchen (HWP) enthalten, wobei v eine ungerade Zahl und λ die Wellenlänge der verwendeten Strahlung ist, um den Polarisationszustand dieses Teilbündels (b&sub1;(0)) in den zum Polarisationszustand der von diesem Gitter stammenden Teilbündel erster Ordnung (b&sub1; (+1), b&sub1; (-1)) orthogonalen Polarisationszustand umzusetzen.

12. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 11, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zeitmodulation der Detektorsignale (S&sub1;, S&sub2;) außerdem jeweils zwei λ/4-Plättchen (QWP&sub1;, QWP&sub2;) und einen rotierenden Polarisationsanalysator (AN) enthalten, die in dem Weg jedes der Beleuchtungsstrahlenbündel (b&sub1;, b&sub2;) zwischen dem zuletzt durchquerten Gitter und den zugehörigen Detektoren (D&sub1;&sub0;, D&sub1;&sub1;) angeordnet sind.

13. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 11, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zeitmodulation der Detektorsignale außerdem folgendes umfassen:

- Strahlungsquellenmittel zum Verschaffen von Beleuchtungsstrahlenbündeln (b&sub1;, b&sub2;), die jeweils zwei Komponenten mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen (30, 31) und unterschiedlichen Strahlungsfrequenzen (ω&sub1;, ω&sub2;) haben,

- vier strahlungsempfindliche Detektoren (D&sub2;&sub0;, D&sub2;&sub1;, D&sub2;&sub2;, D&sub2;&sub3;) für jedes Beleuchtungsstrahlenbündel

und

- Elemente zur Polarisationstrennung (40, 40'), die in dem Strahlungsweg der Teilbündel zwischen dem zuletzt durchquerten Gitter (RG&sub1;, RG&sub2;) und den Detektoren (D&sub2;&sub0;, D&sub2;&sub1;, D&sub2;&sub2;, D&sub2;&sub3;) angeordnet sind.

14. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 1 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zeitmodulation der Detektorsignale (S&sub1;, S&sub2;) außerdem folgendes umfassen:

- Strahlungsquellenmittel zum Verschaffen von Beleuchtungsstrahlenbündeln (b&sub1;, b&sub2;), die linear polarisiert sind und deren Polarisationsrichtung periodisch zwischen zwei zueinander senkrechten Ebenen wechselt,

- vier strahlungsempfindliche Detektoren (D&sub2;&sub0;, D&sub2;&sub1;, D&sub2;&sub2;, D&sub2;&sub3;) für jedes Beleuchtungsstrahlenbündel,

15. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 13 oder 14, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterperiode eines Objektgitters (WG&sub1;, WG&sub2;) k/M-mal so groß wie die Gitterperiode des zugehörigen Bildgitters (RG&sub1;, RG&sub2;) ist, wobei k eine Zahl kleiner als Eins und M die Vergrößerung des Hauptlinsensystems ist, und daß in dem Detektionszweig für jedes Beleuchtungsstrahlenbündel in jedem Teilbündel (b&sub1;(0, +1), b&sub1;(0, -1)), das von dem zuletzt durchquerten Gitter (RG&sub1;) in einer ersten Ordnung gebeugt wird, folgendes in dieser Reihenfolge angeordnet ist: das n λ/2-Plättchen (HWP), mit n ungeradzahlig, eine Linse (L&sub4;), die die Ebene des Gitters (RG&sub1;) auf ein zwischen dieser Linse (L&sub4;) und den Detektoren (D&sub2;&sub0;, D&sub2;&sub1;, D&sub2;&sub2;, D&sub2;&sub3;) liegendes Hilfsgitter (AG) abbildet, und ein zwischen dem Hilfsgitter (AG) und den Detektoren (D&sub2;&sub0;, D&sub2;&sub1;, D&sub2;&sub2;, D&sub2;&sub3;) liegendes Element zur Polarisationstrennung (WP).

16. Apparat für die wiederholte Abbildung eines Maskenmusters (C) auf ein Substrat (W), mit einem Maskentisch (MT), einem Substrattisch (WT) und einem sich zwischen diesen Tischen befindenden Projektionslinsensystem (PL), gekennzeichnet durch ein optisches Abbildungssystem mit einer Vergrößerungsfehler- Detektionsvorrichtung, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beschrieben, wobei das Hauptlinsensystem das Projektionslinsensystem (PL) enthält und die axiale Position des Maskentisches (MT) mit Hilfe eines von der Vergrößerungsfehler- Detektionsvorrichtung gelieferten Vergrößerungsfehlersignals (SME) relativ zum Projektionslinsensystem (PL) einstellbar ist.

17. Apparat nach Anspruch 16, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle für die Vergrößerungsfehler-Detektionsvorrichtung von der für die wiederholte Abbildung des Maskenmusters auf das Substrat verwendeten Strahlungsquelle (LA) gebildet wird.