JP6420802B2 - リソグラフィ装置 - Google Patents

Description

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、２０１１年３月２２日出願の先のドイツ特許出願第１０ ２０１１ ０５５ ８８５．０号に基づくものであり、かつその優先権の利益を主張し、その全ての内容は、引用によって本明細書に組み込まれる。

本発明は、リソグラフィ装置の構造要素上にセンサレセプタクル（receptacle）を用いて装着されたセンサを含むリソグラフィ装置に関する。

そのようなリソグラフィ装置は、例えば、集積回路すなわちＩＣの製造中にマスク上のマスクパターンを例えばシリコンウェーハのような基板上に結像するのに使用される。この場合、一例として、照明装置によって生成された光ビームが、マスクを通過して基板上に向けられる。光ビームを基板上にフォーカスさせるために、例えばミラー及び／又はレンズ要素のような複数の光学要素で構成することができる露光レンズが設けられる。光学要素の僅かな位置ずれであっても、製造される集積回路内の欠陥をもたらす場合がある結像パターンの劣化をもたらす場合があるので、個々の光学要素は、その向きに関して可能な限り正確に位置決めされることになる。この理由から、多くの場合に、リソグラフィ装置は、光学要素の位置を検出するためのセンサを含み、更に、光学要素の位置を再調節することを可能にするアクチュエータを含む。

公開特許出願ＤＥ １０１ ３４ ３８７ Ａ１は、この文脈において、荷重支持構造上に配置された複数の光学要素と、光学要素の位置を検出する位置センサが配置された測定構造とを含む半導体リソグラフィのための露光レンズを開示している。測定構造は、荷重除去構造とは独立に具現化され、その結果、高い測定精度を可能にすることが意図されている。

公開特許出願ＤＥ １０２ ５９ １８６Ａ１は、測定計器、特に干渉計を支持するための装置であって、非常に低い熱膨張係数を有する複数の相互接続した構造要素から形成された装置を開示している。

更に、ＷＯ ２００５／０８１０６０ Ａ２は、少なくとも２つの自由度で移動可能な少なくとも１つの光学要素と、光学要素を調節するための少なくとも１つのアクチュエータとを含み、かつ光学要素に関してアクチュエータの斜向かい側に配置されたセンサも含む光学装置を開示している。

リソグラフィ装置において生じる１つの問題は、温度によって決定される（temperature-dictated）構造要素及び光学要素の膨張（すなわち、温度変化によってもたらされる膨張）である。露光装置の作動中に生じる熱に起因して、リソグラフィ装置において構造要素及び光学要素の熱膨張をもたらす温度変化が発生する可能性がある。この温度変化は、例えば、リソグラフィ装置内の温度を可能な限り一定に保つ冷却器を用いた温度調整によってある程度まで相殺することができる。更に、既に上記に挙げたＤＥ １０１ ３４ ３８７ Ａ１は、基準フレームとして機能する測定構造を例えばインバー（Invar）（登録商標）又はゼロデュア（Zerodur）（登録商標）のような可能な限り低い熱膨張係数を有する材料から製造することを提案している。

しかし、結像される構造の益々進む小型化により、センサ精度の要求基準もまた高まっている。

ＤＥ １０１ ３４ ３８７ Ａ１ ＤＥ １０２ ５９ １８６ Ａ１ ＷＯ ２００５／０８１０６０ Ａ２

従って、本発明の目的は、センサの測定結果がリソグラフィ装置内の温度変化によって影響を受ける又は損なわれることが可能な限りほとんどないセンサを含むリソグラフィ装置を提供することである。

本発明の一態様により、この目的は、構造要素と、構造要素に対する少なくとも１つの検出方向の物理量を検出するための検出領域を有するセンサと、センサを構造要素に装着するためのセンサレセプタクルとを含み、センサレセプタクルの温度の変化時に、構造要素に対する検出領域の検出方向の最大変位が、それに対して直交してセンサが配置された場合、言い換えれば、センサが９０°だけ回転した配置の場合の検出領域の検出方向の最大変位よりも大きくないようにセンサが配置されるリソグラフィ装置によって達成される。本発明の一態様により、この目的は、構造要素と、構造要素に対する少なくとも１つの検出方向の物理量を検出するための検出領域を有するセンサと、センサを構造要素に装着するためのセンサレセプタクルとを含み、センサレセプタクルの温度の変化時に、構造要素に対する検出領域の検出方向の変位が、その検出方向に対して直交する、構造要素に対する検出領域の変位よりも大きくないようにセンサが配置されるリソグラフィ装置によって達成される。

これは、より高い測定精度を達成することができるように、センサレセプタクルの温度変化がセンサの測定結果により低い程度までしか影響を及ぼさないことを確実にする。

この場合、センサレセプタクルの温度の変化時に、検出領域は、構造要素に対して検出方向に実質的に変位せず、これは、取りわけ、センサレセプタクルの所定の温度変化値による温度の変化時に、検出領域が構造要素に対して検出方向に所定の絶対変位値を超えて変位しないことを意味することができる。この場合、所定の温度変化値は、１０ｍＫ、好ましくは、１００ｍＫ、特に好ましくは、１Ｋとすることができる。所定の絶対変位値は、例えば、１００ｎｍ、好ましくは、１０ｎｍ、特に好ましくは、１ｎｍ、取りわけ好ましくは、０．１ｎｍとすることができる。

センサは、センサの検出方向が、温度変化時のセンサの検出領域におけるセンサレセプタクルの熱膨張方向に対して実質的に直交するように、すなわち、この熱膨張方向に対して直交する直交範囲内にあるように配置することができる。一例として、センサの検出方向は、検出領域におけるセンサレセプタクルの熱膨張方向と９０°±１０°、好ましくは、９０°±１°、特に好ましくは、９０°±０．１°、取りわけ好ましくは、９０°±０．０１°の角度を形成することができる。この角度が９０°に近い程、センサレセプタクルの熱膨張に起因する測定誤差は小さい。

センサの検出領域は、所定の温度の変化時に、構造要素に対していかなる方向にも所定の絶対膨張値を超えて変位しないセンサレセプタクルの場所に配置することができる。従って、言い換えれば、センサの検出領域を温度不変点（temperature-invariant point）に配置することができる。温度不変点は、センサレセプタクルの均一な温度変化時に構造要素に対して変位しないセンサレセプタクルの面における点である。上述の場合と同様に、この場合、所定の温度変化値は、例えば、１０ｍＫ、好ましくは、１００ｍＫ、特に好ましくは、１Ｋとすることができ、所定の絶対変位値は、例えば、１００ｎｍ、好ましくは、１０ｎｍ、特に好ましくは、１ｎｍ、取りわけ好ましくは、０．１ｎｍとすることができる。センサの検出領域を温度不変点に配置した結果として、この場合も測定結果に対する温度変化の影響を最小にすることができる。

リソグラフィ装置は、第１の検出方向の物理量を検出するための第１の検出領域を有する第１のセンサと、第２の検出方向の物理量を検出するための第２の検出領域を有する第２のセンサとを含むことができ、第１のセンサは、センサレセプタクルの温度の変化時に第１の検出領域が構造要素に対して第１の検出方向に実質的に変位しないように配置され、第２のセンサは、センサレセプタクルの温度の変化時に第２の検出領域が構造要素に対して第２の検出方向に実質的に変位しないように配置される。その結果、より省スペースの配置が可能となるようにセンサレセプタクル上に２つのセンサが配置されたリソグラフィ装置が提供される。更に、この配置の場合に、センサレセプタクルの個数を低減することができることが有利である。更に、両方のセンサの測定結果に対する温度変化の影響が最小にされる。

２つのセンサの第１の検出方向と第２の検出方向は実質的に直交するものとすることができ、すなわち、互いに対して直交する直交範囲内にあるとすることができ、すなわち、例えば、９０°±１０°、好ましくは、９０°±１°、特に好ましくは、９０°±０．１°、取りわけ好ましくは、９０°±０．０１°の角度を形成することができる。その結果、リソグラフィ装置内の光学要素の位置を２つの自由度に関して検出するセンサ装置を提供することができる。

第１及び／又は第２のセンサは、所定の温度変化値による温度の変化時に、構造要素に対していかなる方向にも所定の絶対膨張値を超えて変位しないセンサレセプタクルの領域に配置することができる。この場合、所定の温度変化値及び所定の絶対膨張値は、上述したようなものとすることができる。

更に、温度変化時に、構造要素に対して方向に依存せずに所定の絶対膨張値を超えないで変位するセンサレセプタクルの位置に配置された２つの検出方向の物理量を検出するようにされたセンサを提供することができる。この場合、所定の温度変化値及び所定の絶対膨張値は、上述したようなものとすることができる。そのようなセンサは、リソグラフィ装置内の光学要素の位置を２つの自由度に関して検出するセンサ装置を可能とする。検出領域を温度不変点に配置した結果として、測定結果に対する温度変化の影響を最小にすることができる。

センサレセプタクルは、構造要素から熱的に分離することができる。これは、センサレセプタクルが構造要素とは異なる熱膨張係数、特に構造要素よりも大きい熱膨張係数を有する装置を可能とする。

構造要素は、測定フレームとすることができる。そのような測定フレームは、リソグラフィ装置内の光学要素の位置の検出において基準として機能することができ、特に、温度変化及び振動などに関して不動である。

センサは、リソグラフィ装置の光学要素の位置を検出する位置センサとして具現化することができる。一例として、センサは、光学要素上のエンコーダパターンを検出する光検出器を含むことができる。

添付図面を参照して更に別の例示的な実施形態を説明する。

別途示さない限り、図内の同一参照符号は、同一な又は機能的に同一な要素を指している。

第１の例示的な実施形態によるリソグラフィ装置の概略図である。 光学要素の位置の検出及び調整を略例示する図である。 第１の例示的な実施形態によるセンサ装置の平面図である。 第１の例示的な実施形態の変形における検出領域の配置を示す図である。 比較例における検出領域の配置を示す図である。 第２の例示的な実施形態によるリソグラフィ装置のセンサ装置の平面図である。 第３の例示的な実施形態によるリソグラフィ装置のセンサ装置の平面図である。

第１の例示的な実施形態
図１は、第１の例示的な実施形態によるリソグラフィ装置１００の概略図を示している。リソグラフィ装置１００は、少なくとも１つの光学要素１３０を装着するための保持フレーム１２０と、センサ装置２００を装着するための測定フレーム１４０とがその上に設けられた底板１１０を含む。リソグラフィ装置１００は、典型的には複数の光学要素を含む。しかし、図１には、リソグラフィ装置１００の機能を概略的に解説するために、一例として光学要素１３０を１つしか示していない。

図示の例では、光学要素１３０の下に、ウェーハ１７０、例えば、シリコンウェーハを支持することができるウェーハレセプタクル（ウェーハホルダ）１６０が設けられる。ウェーハレセプタクル１６０は、例えば、露光中にかつ同じく露光休止時に底板１１０に対してステップ−バイ−ステップでウェーハ１７０を移動するステップ−アンド−スキャンシステムとして具現化することができる。

図１に示す光学要素１３０は、レンズ要素系、すなわち、レンズ要素の組合せ、又はレンズ要素及びミラーの組合せを含む。光学要素１３０の上方には、照明装置１８０が設けられ、照明装置１８０は、ウェーハ１７０の露光のための放射ビームを発生させる。照明装置１８０から射出した光ビームは、この図では概略的にしか示していないマスク１９０を通過し、マスク１９０内に設けられたパターンがウェーハ１７０上に縮小されて結像されるように光学要素１３０のレンズ要素システムによって集中させられる。この実施形態に対する代替として、光学要素１３０はまた、照明装置１８０から射出した光を集中させるミラー配列として、すなわち、ミラーの組合せ又はそうでなければミラー及びレンズ要素の組合せとして具現化することができる。

高い光学分解能を確実にするために、各露光工程中に、光学要素１３０は、最適な位置及び最適な向きに正確に配置されなければならない。この目的のために、光学要素１３０の向きを６つ全ての自由度に関して検出する複数のセンサが設けられる。６つの自由度は、３つの空間軸に沿った並進移動と３つの空間軸の回りの回転移動とを含む。本例では、簡略化の目的で、図は、光学要素１３０の位置を１つの自由度に関して検出する１つのセンサが設けられたセンサ装置２００のみを示している。

測定フレーム１４０は、リソグラフィ装置１００の構造要素であり、保持フレーム１２０とは独立して設けられた独立基準フレームとして機能する。測定フレーム１４０は、底板１１０上に、例えば、バネ手段及び／又はダンパーを介して装着することができる。その結果、作動中に発生する振動が減衰し、測定フレーム１４０と保持フレーム１２０の間のほぼ完全な機械的分離が可能になる。この減衰は、能動的減衰とすることができる。

図２は、光学要素１３０の位置の検出及び調整を略示している。

光学要素１３０のセンサ装置２００に面する側には、エンコーダパターン１３２が設けられる。このエンコーダパターン１３２は、例えば、バーコード又は線格子と類似の暗いバーと明るいバーのシーケンスから構成される。センサ装置２００上に配置されたセンサ２２０は、パターン領域１３４内のエンコーダパターン１３２を検出する。センサ２２０は、例えば、光検出器として具現化することができ、特に、センサ２２０の検出方向に沿って配置されたフォトダイオードアレイを有することができる。フォトダイオードは、パターン領域１３４から反射された光をセンサ２２０内の構成要素（具体的には示していない）によって処理される電気信号に変換し、得られるセンサ信号を評価デバイス２３０に渡す。

センサ信号に基づいて、評価デバイス２３０は、センサ２２０に対する光学要素１３０の検出方向の位置を決定する。図２に示す例では、検出方向はｙ方向である。更に、評価デバイス２３０は、光学要素１３０の検出方向の位置を調整するアクチュエータ２４０に制御信号を出力する。その結果、センサ２２０と評価デバイス２３０とアクチュエータ２４０とは、光学要素１３０の位置を１つの自由度に関して調整し、すなわち、この場合、ｙ方向の並進を調整する調整システムを形成する。光学要素１３０の向きを６つ全ての自由度に関して正確に定めることができるように、６つ全ての自由度に対して対応する調整システムが設けられる。更に、リソグラフィ装置１００に配置された複数の光学要素１３０に対して対応する調整システムを設けることができる。従って、リソグラフィ装置が、例えば、照明装置から射出した光を集中させるために５つのミラーを含む場合には、対応する個数のミラー位置センサを有する合計で３０個の説明した調整システムを設けることができる。

エンコーダパターンは、必ずしも光学要素１３０自体の上に設ける必要はなく、例えば、光学要素を支持するためのフレームのような光学要素１３０に固定接続した構成要素上に設けることができることが考慮されなければならない。しかしながら、熱膨張に起因する測定誤差を最大限可能な程度で回避するために、エンコーダパターンを可能な限り光学要素１３０の近くに設けることが有利である。

センサ２２０は、光学要素１３０の移動方向、すなわち、図２のｙ方向の位置変化に反応する。以下では、センサ２２０が感度を有する方向を「検出方向」とも呼ぶ。それとは対照的に、センサ２２０は、検出方向に直交する方向、すなわち、例えば図２のｘ方向の光学要素１３０の移動に対しては比較的感度が低い。光学要素１３０が例えばｘ方向に移動した場合には、エンコーダパターン１３２上のパターン領域１３４は、エンコーダパターン１３２に関して反対の方向、すなわち、図示の例では負のｘ方向に変位するが、この変位は、検出されるパターンの変化を引き起こさず、従って、センサ２２０によって出力されるセンサ信号も変更されないままに留まる。

図３は、センサ装置２００の平面図を示している。

センサ装置２００は、センサレセプタクル（センサホルダ）２１０と、センサレセプタクル２１０上に支持又は装着されたセンサ２２０とを含む。センサレセプタクル２１０は、例えば、約１４０ｍｍ長及び１００ｍｍ幅のものとすることができる例えば矩形の板の形をした底板２１１を有することができる。センサ２２０は、例えば、底板２１１上に固定され、例えば、ねじ止めすることができ、もしくは底板２１１内に設けられた切り欠きに固定することができる。底板２１１内には、センサ２２０への接続部をセンサレセプタクル２１０の後側に誘導する貫通孔（図示せず）を更に設けることができる。

センサレセプタクル２１０は、例えば、鋼鉄から製造することができ、低い熱膨張係数を有する例えば「インバー」又は適切なセラミックから製造された測定フレーム１４０よりも高い熱膨張係数をセンサ２２０と同じく有する。センサ２２０が測定フレーム１４０上に面固定された場合には、異なる熱膨張係数は、高い機械的応力をもたらし、更に、測定結果を損ねる場合があるセンサ２２０の変形をもたらすことになる。この理由から、センサ２２０は、熱的に分離されたマウントを用いて測定フレーム１４０に固定される。この目的のために、センサレセプタクル２１０の３つの場所に四角形の切り欠きが設けられる。この切り欠きの内部には、それぞれの板バネ２１３が設けられる。図示の例では、板バネ２１３は、四角形の切り欠きの片側の中心の領域からその反対側まで延びている。この板バネ２１３は帯形のものであり、センサレセプタクル２１０と同じ材料から製造される。従って、本例では、センサレセプタクル２１０全体は一体的なものである。板バネ２１３の中心の領域内には、円筒形肥厚部２１５が設けられる。センサレセプタクル２１０と板バネ２１３と肥厚部２１５とは、同じ材料から一体的に製造することができ、その結果、ドリフトを回避することができる。センサレセプタクル２１０の図示の形態及びセンサレセプタクル２１０内の板バネ２１３の配置は、単なる例に過ぎないことが考慮されなければならない。

肥厚部２１５には、センサレセプタクル２１０を測定フレーム１４０に固定し、例えば、ねじ止めすることができる固定手段（図面内には示していない）が設けられる。従って、センサレセプタクル２１０は、測定フレーム１４０に３つの場所で堅固に固定される。

リソグラフィ装置１００の作動中には、例えば、照明装置１８０によって放出される熱に起因して、温度変動が発生する可能性がある。更に、センサ２２０も、作動中に主にセンサレセプタクル２１０を加熱する更なる熱源を構成する。測定フレーム１４０の材料は、非常に低い熱膨張係数を有するので、その位置は、作動中に発生する温度範囲にわたって固定されたものと見なすことができる。従って、測定フレーム１４０は、光学要素の位置の測定のための基準フレームとして機能する。それとは対照的に、センサレセプタクル２１０は、センサフレーム１４０における基準点に対して膨張する。この膨張は、センサレセプタクル２１０の温度不変点２１７から距離Δｘ、２．Δｘ、３．Δｘ等に位置する図３に示す膨張線２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ等によって明らかである。これらの円形の膨張線２１６の各々は、センサレセプタクル２１０の均一な温度増大時に、温度不変点２１７から半径方向に同じ絶対値だけ後退する線形領域を印している。均一な温度変化時には、これらの同一の変位の領域は、３次元センサレセプタクル２１０を通る円柱の側面として拡がっている。膨張線２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ等は、これらの円柱側面とセンサレセプタクル２１０の面との交差線を表している。

従って、膨張線２１６ａに沿った点は、温度増大ΔＴの時に温度不変点２１７から絶対膨張値Δｘだけ変位し、膨張線２１６ｂに沿った点は、均一な温度増大ΔＴの時に温度不変点２１７から絶対膨張値の２倍２・Δｘだけ変位し、等々となる。ここで、温度不変点２１７と線２１６ａの間の距離は、線２１６ａと２１６ｂの間の距離と同じであると仮定する。

特定の温度の変化時の温度不変点に対するセンサ２２０の変位が所定の絶対膨張値Δｘよりも小さい温度不変点２１７の周囲の実質的に円形の領域は、実質的に温度不変な領域と見なすことができる。図３に示す例では、この絶対膨張値Δｘは、３Ｋの温度増大ΔＴの時に、例えば、約０．３μｍとすることができる。それに応じて、膨張線２１６ａ上の点は、この温度増大の後に、温度不変点２１７から約０．３μｍ更に離れて位置し、膨張線２１６ｂ上の点は、０．６μｍ更に離れて位置し、等々となる。

固定手段は、測定フレーム１４０に堅固に固定されるので、固定手段と膨張するセンサレセプタクル２１０との間で相対変位が発生し、これらの相対変位は、板バネ２１３によって補償される。板バネ２１３は、センサレセプタクル２１０の膨張時に若干内向きに屈曲する。この場合、板バネ２１３と垂直にセンサレセプタクル２１０の内部に作用するバネ力が生じる。温度不変点２１７は、センサレセプタクル２１０の面において、センサレセプタクル２１０の均一な温度変化時に構造要素１４０に対して変位しない点である。

エンコーダパターンは、センサ２２０の測定点において検出される。この検出は、特定の寸法を有し、従って、点状（点形）のものではない光検出器によって行われるので、この測定点は、エンコーダパターンを検出するための光検出器が内部に配置された検出領域２２５に対応する。図３には、この検出領域２２５を概略的にしか示しておらず、この検出領域２２５は、エンコーダパターンの検出に寄与する光検出器の実際の膨張に必ずしも対応するわけではない。図３に示す検出領域２２５は、光信号を取り出すために必要とされる取り出し窓のサイズにほぼ対応する。この場合、図に示す偏菱形状は、その形状又は寸法のいずれに関しても実際の検出領域２２５に対応せず、単に概略的な説明のためのものである。検出領域２２５は、例えば、検出方向にそれに直交する方向のものよりも大きい長さを有することができる。光検出器を保護するために、この検出領域２２５は、ガラス板などで覆うことができる。

図３に示すセンサ２２０の検出方向はｙ方向である。従って、この検出方向は、検出領域２２５の場所において、膨張線２１６と垂直に延びる膨張方向に直交する。これは、測定が、温度によって決定されるセンサレセプタクル２１０の膨張によって可能な限りほとんど影響を受けないことを確実にする。具体的には、センサ２２０及びその検出領域２２５の位置が、センサレセプタクル２１０の加熱時に負のｘ方向に変位した場合には、光学要素１３０上のパターン領域１３４もｘ方向に変位するが、エンコーダパターンのｘ方向の膨張は、センサ２２０の場所における温度によって決定されるセンサレセプタクル２１０の最大膨張よりも大きいので、エンコーダパターンの検出は、この変位によって影響を受けない。

センサ２２０の検出領域２２５は、所定の温度変化ΔＴの時に、構造要素に対して検出方向に所定の絶対変位値を超えないで変位するセンサレセプタクル２１０の場所に配置される。温度変化ΔＴは、例えば、リソグラフィ装置の作動中に発生する可能性がある最大温度変化、すなわち、例えば、１０ｍＫ、好ましくは１００ｍＫ、又は特に好ましくは１Ｋに対応する。検出方向の最大絶対変位値は、温度変化ΔＴの時に、検出方向の変位が非常に小さく、測定値が特定の測定誤差、例えば、１０％、好ましくは、１％、特に好ましくは、０．１％、取りわけ好ましくは、０．０１％を超えては損なわれないように決定される。一例として、この検出方向の最大絶対変位値は、１００ｎｍ、好ましくは、１０ｎｍ、特に好ましくは、１ｎｍ、取りわけ好ましくは、０．１ｎｍとして定めることができる。この最大絶対変位値は、検出方向が膨張方向からずれることが最大限許される角度で表すことができる。特に、検出方向は、膨張方向に対して実質的に直交する。言い換えれば、検出方向は、膨張方向に対して直交するものとして、９０°±１０°、好ましくは、９０°±１°、特に好ましくは、９０°±０．１°、取りわけ好ましくは、９０°±０．０１°の特定の直交範囲内で定められる。

従って、図３に示す例示的な実施形態において、センサ２２０は、センサレセプタクル２１０又はセンサ２２０の温度の変化時にセンサ（検出方向）が膨張方向と平行に（すなわち、図３に示す配置に対して直交するように）配置された場合の検出方向の変位よりも小さい程度に検出領域２２５が測定フレーム１４０に対して検出方向（ｙ方向）に変位しないように配置される。この例では、センサ（検出方向）が膨張方向と平行に配置された場合には、検出方向はｘ方向になる。この比較事例では、検出方向がセンサの場所において膨張方向と対応するので、検出領域２２５の検出方向のかなりの変位が存在し、測定を歪ませることになる。言い換えれば、本実施形態の装置を使用すると、検出方向を膨張方向に対して直角に配置することにより、検出方向が例えば膨張方向と平行に配置されたセンサ装置と比較して、センサ精度の向上を達成することができる。

測定フレーム１４０に対する最小の変位は、上述の温度不変点２１７において生じる。従って、検出領域２２５が非変位点２１７に位置するようにセンサ２２０を配置することが有利である。この一例を温度変化時のセンサレセプタクル２１０又はセンサ２２０の温度不変点２１７の周囲の局所膨張を示す図４に示している。図３とは対照的に、図４の膨張度は方向に依存する。より正確には、温度変化時に、センサレセプタクル２１０は、ｘ方向よりもｙ方向に大きく膨張する。その結果、図４の破線の膨張線も、ｘ方向よりもｙ方向において互い近くに位置する。

図４に示す例では、センサ２２０は、帯形の検出領域２２５が、小さい方の膨張の方向に対して実質的に平行に、すなわち、ｘ方向と平行に配置されるように配置される。この場合、測定フレーム１４０に対する検出領域２２５の最大変位は、帯形の検出領域２２５の２つの端部において生じ、検出領域２２５の右手の端部における変位は、＋ｘ方向に約１．５Δａであり、検出領域２２５の左手の端部における変位は、−ｘ方向に約１．５Δａである。図５に示す比較例では、センサ２２０は、帯形の検出領域２２５が、大きい方の膨張の方向に対して実質的に平行に、すなわち、ｙ方向と平行に配置されるように配置される。この場合、測定フレーム１４０に対する検出領域２２５の最大変位は、帯形の検出領域２２５の２つの端部において生じ、検出領域２２５の上側端部における変位は、＋ｙ方向に２Δａよりも少し大きく、検出領域２２５の左手の端部における変位は、−ｙ方向に２Δａよりも少し大きく、すなわち、検出領域２２５が小さい方の膨張の方向に対して実質的に平行に配置された図４に示す場合のものよりも大きい。従って、言い換えれば、図４に示す配置の場合には、センサレセプタクル２１０の温度の変化時に、構造要素に対する検出領域２２５の検出方向（ｘ方向）の最大変位は、図５に示す配置の場合の、すなわち、図４に示す配置に対して直交するセンサ（又は検出領域）の配置の場合の構造要素に対する検出領域２２５の検出方向（ｙ方向）の最大変位よりも小さい。

図４の配置の場合の測定誤差は、センサ２２０（又は検出領域２２５）がそれに対して６０°、３０°、又は１０°の角度だけ回転された配置の場合の測定誤差よりも小さいことも直ちに明らかである。取りわけ、図４にあるようなセンサ２２０は、センサレセプタクルの温度の変化時に、構造要素に対する検出領域２２５の検出方向の最大変位がセンサ２２０のいかなる回転の場合におけるものよりも小さいように配置することができる。一例として、検出領域２２５の重心又は中心をセンサの回転における基準点として選択することができることに注意されたい。

図４及び図５から明らかなように、検出領域２２５、又はセンサレセプタクル２１０の対応する領域の拡大又は圧縮が大きい程、より多くの膨張線が検出領域２２５と交わる。従って、検出領域２２５を可能な限り少数の膨張線と交わるように配置することにより、測定誤差を最小にすることができる。

更に、図３に示すような等方的な膨張の場合には、温度不変点における検出領域２２５の好ましい配置は存在せず、従って、全ての向きに対して、測定フレーム１４０に対する検出領域２２５の検出方向の最大変位が、任意の角度だけ回転されたセンサの配置の場合、すなわち、例えば、それに対して直交する配置の場合よりも大きくないという条件が満たされることにも補足的に注意されたい。

リソグラフィ装置１００の作動中に、センサレセプタクル２１０の温度がセンサレセプタクル２１０全体にわたって必ずしも均一ではないことが考慮されなければならない。センサレセプタクル２１０の温度は局所的に変化する可能性があり、特にセンサ２２０における熱発生により、センサレセプタクル２１０の縁部領域においてよりも、センサ２２０が配置された領域において幾分高い場合がある。しかしながら、そのような温度変化を互いに重ね合わされた場所依存の局所温度変化と広域温度変化として考えることができる。この場合、局所温度変化は、例えば、センサ２２０における熱発生によって引き起こされ、広域温度変化は、例えば、周辺の温度変化によって引き起こされる、特定の絶対値の、センサレセプタクル２１０の場所に依存しない温度変化である。この場合、最大温度変化が、検出領域自体又はその近くにある場合には、検出領域の変位は、全く又はごく僅かしか発生しないので、センサ２２０における熱発生によって引き起こされる温度変化は、一般的により低い程度までしか測定結果に影響を及ぼさない。従って、「温度変化時」という表現は、特に、センサレセプタクルの温度が場所に依存しない均一に特定の絶対値だけ変化する広域温度変化を意味すると理解することができる。

第２の例示的な実施形態
図６は、第２の例示的な実施形態によるリソグラフィ装置のセンサ装置２００の平面図を示している。下記では、第１の例示的な実施形態の要素と構造的又は機能的に同一である要素を同じ参照符号に示し、詳細に説明しない。特に、図６に示すセンサ装置２００は、図１のリソグラフィ装置１００内で位置センサとして使用することができる。

この例示的な実施形態において、センサレセプタクル２１０内に光学要素１３０の位置を２つの自由度に関して決定するセンサ２５０が配置される。センサ２５０は、測定フレーム１４０に対する光学要素１３０のｘ方向及びｙ方向に関する位置を決定する。従って、センサ２５０は、センサが光学要素１３０の位置変化を検出する２つの検出方向を有する。この例示的な実施形態においても、センサ２５０は、この目的のために、エンコーダパターンから反射された光を電気信号に変換する光検出器を含むことができ、この電気信号からセンサ信号を生成する。この場合、光検出器は、検出領域２５５にわたって拡がる２次元アレイとして具現化することができ、両方の検出方向に実質的に同じ幅を有することができる。この場合、エンコーダパターンは、２次元バーコードと類似の２次元で符号化された情報を有することができる。第１の例示的な実施形態の場合と同様に、センサ信号は評価デバイスに供給され、それによって評価される。第１の例示的な実施形態とは対照的に、この場合、光学要素１３０は２つの方向に移動させられる。その結果、光学要素１３０の位置を２つの並進自由度に関して同時に調整することができる調整が提供される。

センサ２５０の検出領域２５５は、センサレセプタクル２１０の温度不変点２１７又は温度不変領域に配置される。これは、温度によって決定されるセンサレセプタクル２１０の膨張時に、検出領域２５５の位置が、基準として機能する測定フレーム１４０に対するいかなる変化も受けないことを確実にする。従って、検出領域２５５は、測定フレーム１４０に対して両方の検出方向に変位しない。

更に、大きな温度変化の時でさえも温度不変点の変位は僅かであるので、検出領域２５５を温度不変点２１７に配置することは、温度変動に対して特に安定したセンサ装置を提供することを可能とする。

温度不変点は、必ずしもセンサレセプタクル２１０の重心又はその対称線上に位置しないことが考慮されなければならない。更に、温度不変点の位置は、３つの板バネ２１３の向き及びバネ定数に依存する。

第３の例示的な実施形態
図７は、第３の例示的な実施形態によるリソグラフィ装置のセンサ装置２００の平面図を示している。下記では、第１の例示的な実施形態の要素と構造的又は機能的に同一である要素を同じ参照符号に示し、詳細に説明しない。特に、図７に示すセンサ装置２００は、図１のリソグラフィ装置１００内で光学要素１３０の位置を検出するための位置センサとして使用することができる。

この例示的な実施形態において、センサレセプタクル２１０上には、２つのセンサ２２０ａ及び２２０ｂが配置される。センサ２２０ａ及び２２０ｂは、それぞれ、物理量を検出するための検出領域２２５ａ及び２２５ｂを有する。この例示的な実施形態において、センサ２２０ａ及び２２０ｂは、それぞれ、第１の例示的な実施形態からのセンサ２２０と構造的に同一であるとすることができ、その結果、同様に各場合にセンサ２２０ａ及び２２０ｂのそれぞれの検出方向に沿って配置されたフォトダイオードアレイを有することができる。

センサ２２０ａ及び２２０ｂは、光学要素１３０の位置を検出するための位置センサとして具現化することができる。この場合、センサ２２０ａの検出方向は、センサ２２０ｂの検出方向に対して直交するように配置され、センサ２２０ａの検出方向はｙ方向であり、センサ２２０ｂの検出方向はｘ方向である。更に、２つのセンサ２２０ａ及び２２０ｂの各々には、光学要素１３０上のエンコーダパターンが割り当てられる。これらのエンコーダパターンは、それぞれセンサ２２０ａ及び２２０ｂに対向して配置される。その結果、センサ２２０ａは、それに対向して配置されたエンコーダパターンを用いて光学要素１３０のｙ方向の変位を検出し、センサ２２０ｂは、それに対向して配置されたエンコーダパターンを用いて光学要素１３０のｘ方向の変位を検出する。

第１の例示的な実施形態のセンサと同様に、センサ２２０ａの検出方向は、検出領域２２５ａの場所における膨張方向に対して直交するように配置される。これは、測定が、温度によって決定されるセンサレセプタクル２１０の膨張によっても可能な限りほとんど影響を受けないことを確実にする。更に、センサ２２０ｂの検出領域２２５ｂは、センサレセプタクル２１０の温度不変点２１７又は温度不変領域に配置される。これは、温度によって決定されるセンサレセプタクル２１０の膨張時に、検出領域２５５ｂの位置が、基準として機能する測定フレーム１４０に対していかなる変化も受けないことを確実にする。言い換えれば、センサレセプタクル２１０の均一な加熱時に、両方のセンサ２２０ａ及び２２０ｂの位置は、検出方向において変化しない。

この実施形態に関して有利なのは、２つのセンサ２２０ａ及び２２０ｂが、センサレセプタクル２１０上に装着されることである。それによって１つのセンサレセプタクル２１０だけを測定フレーム１４０に対して位置合わせするだけでよいので、リソグラフィ装置１００内に設けられるセンサの装着が簡単になる。更に、この場合、省スペース配置が可能になる。

この例示的な実施形態の変形（具体的には図示しない）では、センサ２２０ａ及び２２０ｂは、センサ２２０ａの検出領域２２５ａとセンサ２２０ｂの検出領域２２５ｂのいずれも温度不変点２１７に位置しないようにセンサレセプタクル上に配置される。そのような構成は、例えば、図７のセンサ２２０ｂがセンサレセプタクル２１０上でｙ方向に変位した場合に生じる。センサ２２０ｂの検出方向はｘ方向であるので、この場合もセンサ２２０ｂの検出方向は、検出領域２２５ｂの場所において膨張方向に対して直交し、従って、温度によって決定されるセンサレセプタクル２１０の膨張に起因する測定誤差が最小にされる。この場合、センサ２２０ａ及び２２０ｂの検出方向は、必ずしも互いに対して直交する必要がない。それどころか、センサ２２０ａ及び２２０ｂの検出方向が互いに対して９０°に等しくない角度で配置され、これらの検出方向が各場合にそれぞれの検出領域２２５の場所における膨張線２１６の接線方向に対応する配置を考えることができる。

上述の実施形態は、一例としてのものに過ぎず、特許請求の範囲の保護の範囲の文脈において多様に変化する可能性があることが考慮されなければならない。

従って、例えば、センサレセプタクル上に２つよりも多いセンサを配置することもできる。一例として、冗長性の理由から、同じ検出方向を有する複数のセンサを設けることができる。更に、センサレセプタクル上に平行又は逆平行の検出方向を有する２つのセンサを配置し、センサ信号の対応する評価を用いて回転センサを提供するように考えることができる。

更に、上述のセンサ原理は例示的なものに過ぎず、少なくとも１つの検出方向の物理量を検出するのに使用される他のセンサ原理も可能である。従って、センサの代わりに、光学要素上のエンコーダパターンを検出する送受光器を含む装置を設けることができる。そのような装置の場合には、一例として、測定フレームに堅固に接続したレーザは、光学要素上に設けられたミラーから反射されてセンサの検出領域によって検出される光線を放出することができる。この場合、検出領域上の反射光の入射場所は、測定フレームに対する光学要素の位置に依存して変化する。従って、この場合も、センサは、検出方向によって特徴付けられ、検出方向に沿った入射場所は、１つの自由度に関する光学要素の位置に関する情報を含む。

検出方向によって同様に特徴付けられるレーザ干渉計及び容量センサが、センサについて更に別の構成として可能である。

１００ リソグラフィ装置
１１０ 底板
１２０ 保持フレーム
１３０ 光学要素
１３２ エンコーダパターン
１３４ パターン領域
１４０ 測定フレーム
１６０ ウェーハレセプタクル
１７０ ウェーハ
１８０ 照明装置
１９０ マスク
２００ センサ装置
２１０ センサレセプタクル
２１１ 底板
２１３ 板バネ
２１５ 肥厚部
２１６ａ．．．２１６ｄ 膨張線
２１７ 温度不変点
２２０、２２０ａ、２２０ｂ センサ
２２５、２２５ａ、２２５ｂ 検出領域
２３０ 評価デバイス
２４０ アクチュエータ
２５０ センサ

Claims (11)

1. リソグラフィ装置（１００）であって、
   構造要素（１４０）と、
   第１の検出方向の物理量を検出するための第１の検出領域（２２５ａ）を有する第１のセンサ（２２０ａ）と、
   第２の検出方向の物理量を検出するための第２の検出領域（２２５ｂ）を有する第２のセンサ（２２０ｂ）と、
   前記第１及び第２のセンサ（２２０ａ，２２０ｂ）を前記構造要素（１４０）に装着するためのセンサレセプタクル（２１０）と、
   を含み、
   前記第１のセンサ（２２０ａ）の配置は、前記センサレセプタクル（２１０）の所定の温度変化値による温度の変化時に、前記第１の検出方向の前記第１のセンサ（２２０ａ）の前記第１の検出領域（２２５ａ）の最大変位が、その配置に対して直交して前記第１のセンサ（２２０ａ）が配置された場合の前記第１の検出方向の前記第１のセンサ（２２０ａ）の前記第１の検出領域（２２５ａ）の最大変位よりも大きくないように配置され、
   前記第２のセンサ（２２０ｂ）の配置は、前記センサレセプタクル（２１０）の所定の温度変化値による温度の変化時に、前記第２の検出方向の前記第２のセンサ（２２０ｂ）の前記第２の検出領域（２２５ｂ）の最大変位が、その配置に対して直交して前記第２のセンサ（２２０ｂ）が配置された場合の前記第２の検出方向の前記第２のセンサ（２２０ｂ）の前記第２の検出領域（２２５ｂ）の最大変位よりも大きくないように配置される、
   ことを特徴とするリソグラフィ装置（１００）。
2. 前記第１及び第２のセンサ（２２０ａ，２２０ｂ）は、該第１及び第２のセンサ（２２０ａ，２２０ｂ）の前記第１及び第２の検出方向が、前記センサレセプタクル（２１０）の温度の変化時の該第１及び第２のセンサ（２２０ａ，２２０ｂ）の前記第１及び第２の検出領域（２２５ａ，２２５ｂ）での該センサレセプタクル（２１０）の熱膨張方向に対して実質的に直交するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置（１００）。
3. 前記第１の検出方向と前記第２の検出方向は、互いに対して実質的に直交することを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィ装置（１００）。
4. 前記第１及び／又は前記第２のセンサ（２２０ａ，２２０ｂ）は、所定の温度変化値による温度の変化時に、前記構造要素（１４０）に対していかなる方向にも所定の絶対膨張値を超えて変位しない前記センサレセプタクル（２１０）の領域に配置されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のリソグラフィ装置（１００）。
5. 前記第１及び第２のセンサ（２２０ａ，２２０ｂ）は、前記センサレセプタクル（２１０）の１０ｍＫ、好ましくは１００ｍＫ、特に好ましくは１Ｋの温度の変化時に、前記第１及び第２の検出領域（２２５ａ，２２５ｂ）が、前記構造要素（１４０）に対して前記検出方向に１００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ、特に好ましくは１ｎｍを超えずに変位するように配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置（１００）。
6. 前記センサレセプタクル（２１０）は、前記構造要素（１４０）よりも大きい熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置（１００）。
7. 前記センサレセプタクル（２１０）は、バネ要素を用いて前記構造要素（１４０）に固定されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置（１００）。
8. 前記センサレセプタクル（２１０）は、前記構造要素（１４０）から熱的に分離されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置（１００）。
9. 前記構造要素（１４０）は、測定フレームであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置（１００）。
10. 前記第１及び第２のセンサ（２２０ａ，２２０ｂ）は、リソグラフィ装置（１００）の光学要素（１３０）の位置を検出するようになっていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置（１００）。
11. 前記第１及び第２のセンサ（２２０ａ，２２０ｂ）は、少なくとも１つの光検出器を含むことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置（１００）。

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