JP2005509147A - 干渉周期誤差の補償 - Google Patents

Abstract

本発明は、共通源から導出された２つのビームを異なる光路に沿って導く工程と、該２つのビームの各々の第１の部分から導出された第１の出力ビーム（Ｉ１）を生成する工程と、該２つのビームの各々の第２の部分から導出された第２の出力ビーム（Ｉ２）を生成する工程と、該第１の出力ビームから導出された第１の信号（Ｓ１）と該第２の出力ビームから導出された第２の信号（Ｓ２）の積（３２０）を計算する工程とを含む干渉方法を特徴とする。

Description

本発明は、例えば変位を測定する干渉計、リソグラフィ・スキャナあるいはステッパ・システムにおけるマスク・ステージあるいはウェハ・ステージなどの測定対象物の変位を測定する分散干渉計、および気体の波長をモニタし、かつ、固有特性を決定する干渉計に関する。

本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下に、本願明細書にその内容を援用する、２００１年１１月５日に出願した、ヘンリー・エー・ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌ）に対する「ＣＹＣＬＩＣ ＥＲＲＯＲ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＲＥＳＯＬＵＴＩＯＮ ＥＮＨＡＮＣＥＭＥＮＴ」という名称の仮特許出願第６０／３３７，４７８号の優先権を主張するものである。

変位測定干渉計は、光干渉信号に基づいて、基準対象物に対する測定対象物の位置の変化をモニタする。この干渉計は、測定対象物で反射した測定ビームと基準対象物で反射した基準ビームを重ね合わせ、かつ、干渉させることによって光干渉信号を生成する。

多くのアプリケーションでは、測定ビームおよび基準ビームは、直交偏光および異なる周波数を有する。この異なる周波数は、例えば、レーザ・ゼーマン分割あるいは音響光学変調によって生成され、もしくは複屈折素子などを使用してレーザの内部で生成される。直交偏光により、偏光ビーム・スプリッタによる測定対象物および基準対象物への測定ビームおよび基準ビームの方向付けが可能であり、また、反射した測定ビームおよび基準ビームを結合して、重畳退出測定ビームおよび基準ビームを形成することが可能である。重畳退出ビームは、続いて偏光子を通過する出力ビームを形成する。偏光子は、退出測定ビームおよび基準ビームの偏光を混合して混合ビームを形成する。混合ビーム中の退出測定ビームおよび基準ビームの成分が互いに干渉し合うため、混合ビームの強度は、退出測定ビームおよび基準ビームの相対位相によって変化する。検出器は、混合ビームの時間依存強度を測定し、測定した強度に比例した電気干渉信号を生成する。測定ビームおよび基準ビームは異なる周波数を有するため、この電気干渉信号には、退出測定ビームの周波数と退出基準ビームの周波数の差に等しいうなり周波数を有する「ヘテロダイン」信号が含まれる。例えば測定対象物を含んだステージの移動によって、測定光路および基準光路の長さが互いに対して変化する場合、測定したうなり周波数には、２νｎｐ／λに等しいドップラー・シフトが含まれる。νは、測定対象物と基準対象物の相対速度であり、λは、測定ビームと基準ビームの波長である。また、ｎは、光ビームが移動する媒体、例えば空気または真空の屈折率であり、ｐは、基準対象物および測定対象物への通路数である。測定対象物の相対位置の変化は、測定した干渉信号における位相の変化に対応しており、２πの位相変化は、λ／（ｎｐ）である距離変化Ｌに実質的に等しい。Ｌは、往復距離、例えば測定対象物を含んだステージまでの往復距離の変化を表す。

残念ながら、この等式は必ずしも正確ではない。多くの干渉計には、「周期誤差」として知られる非線形性が含まれる。この周期誤差は、測定した干渉信号の位相および／または強度に対する負荷として表現することが可能であり、光路長ｐｎＬの変化に対する正弦波依存性を有する。詳細には、一次周期位相誤差は、（２πｐｎＬ）／λに対する正弦波依存性を有しており、二次周期位相誤差は、２（２πｐｎＬ）／λに対する正弦波依存性を有する。より高次の周期誤差が存在する可能性もある。

周期誤差は、「ビーム混合」によって生成され、名目上、基準ビームを形成する入力ビームの一部が測定光路に沿って伝搬し、かつ／または、名目上、測定ビームを形成する入力ビームの一部が基準光路に沿って伝搬する。このようなビーム混合は、入力ビームの偏光の楕円性によるものであり、また、干渉計コンポーネントの不完全性、例えば、それぞれの基準光路および測定光路に沿って直交偏光された入力ビームを導くために使用される偏光ビーム・スプリッタの不完全性によるものである。ビーム混合およびビーム混合によって生じる周期誤差のため、測定した干渉信号の位相変化と、基準光路と測定光路の間の相対光路長ｐｎＬとの間には厳密な線形関係は存在していない。補償しない場合、ビーム混合によって生じる周期誤差により、干渉計によって使用される距離変化の精度が制限される可能性がある。また、周期誤差は、望ましくない多重反射を干渉計の内部で生成する透過表面の不完全性によって、また、干渉計内のビーム中に望ましくない楕円性を生成する逆反射体および／または位相波長板などのコンポーネントの不完全性によっても生成される。周期誤差の理論的な根拠に関する一般的な参考として、例えばシー・ダブリュー・ウー（Ｃ．Ｗ．Ｗｕ）およびアール・ディー・デスラッツ（Ｒ．Ｄ．Ｄｅｓｌａｔｔｅｓ）、「Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｉｎ ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、３７、６６９６−６７００、１９９８を参照されたい。

分散測定アプリケーションでは、複数の波長、例えば５３２ｎｍおよび１０６４ｎｍの波長で光路長が測定され、距離測定干渉計の測定光路内における気体の分散の測定に使用される。距離測定干渉計を使用して測定した光路長を、分散測定を使用して物理的な長さに変換することが可能である。測定した光路長の変化は、気体の攪乱および／または測定アーム内における気体の平均密度の変化によるものであるため、たとえ測定対象物までの物理的な距離が不変であってもこのような変換は重要である。外因性分散測定に加えて、物理的な長さへの光路長の変換には、気体に固有の値についての知識が必要である。係数Γは、適切な固有値であり、また、分散干渉計に使用される波長に対する気体の逆分散力である。この係数Γは、個別に測定することが可能であり、あるいは文献値に基づくことが可能である。また、干渉計における周期誤差は、分散測定および係数Γの測定にも寄与する。さらに、周期誤差は、ビームの波長の測定および／またはモニタに使用される干渉測定を低下させる。

本発明は、集積回路を製造するためのマイクロリソグラフィ・システムに使用される干渉測定などの干渉測定における周期誤差の補償に関する。干渉測定には、対象物の線形変位変化、対象物の角度配向変化および／または光ビームの伝搬方向の変化が含まれる。多くの実施形態にはヘテロダイン干渉が含まれており、また、対応する、直交線形偏光を有する干渉出力ビームの強度測定から導出される２つの信号の積に対応するスーパーヘテロダイン信号の計算が含まれる。スーパーヘテロダイン信号の位相から、干渉出力ビームの基準ビーム成分および測定ビーム成分が移動した異なる光路に関する情報（例えば、変位および／または角度測値）が得られる。スーパーヘテロダイン信号を計算することにより、その位相中の一次周期誤差項が除去され、あるいは実質的に低減され、それにより、スーパーヘテロダイン信号の位相から導出される情報の精度が向上する。

また、一次周期誤差によるスーパーヘテロダイン位相に対する負荷の除去あるいは低減は、スーパーヘテロダイン信号の生成に使用されるエレクトロニクスの多くの態様には無関係である。このような態様には、出力ビームの強度を測定するために使用される検出器の感度の差、および出力ビームの強度および関連する下流側の信号を増幅する前置増幅器および／または増幅器の利得の差が含まれる。また、スーパーヘテロダイン信号を計算することにより、干渉計システムの位相分解能が２倍に向上する。

例えば、一実施形態では、本発明は、ｉ）共通源から導出された、直交偏光およびヘテロダイン周波数分だけ異なる周波数を有する２つのビームを、干渉計内の異なる光路に沿って導き、ｉｉ）２つのビームの各々の一部から導出された、第１の共通偏光を有する第１の出力ビームを生成し、ｉｉｉ）２つのビームの各々の一部から導出された、第１の共通偏光に対して実質的に直交する第２の共通偏光を有する第２の出力ビームを生成し、ｉｖ）第１および第２の出力ビームの強度測定からそれぞれ導出された第１および第２の信号を生成し、ｖ）第１の信号と第２の信号の積に対応するスーパーヘテロダイン信号を計算して第１および第２の信号中に存在する一次周期誤差を少なくともある程度除去し、ｖｉ）スーパーヘテロダイン信号の位相を抽出して干渉計内における異なる光路に関する情報を提供することを含む方法を特徴とする。例えば、異なる光路に関する情報は、異なる光路のうちの１つの光路内における対象物の位置の変化であり、あるいは干渉計内にビームが導出される入力ビームの角度偏差である。また、第１および第２の信号の生成は、測定した強度の各々に高域通過フィルタを通過させることを含んでもよい。

より一般的には、一態様では、本発明は、共通源から導出された２つのビームを異なる光路に沿って導き、２つのビームの各々の第１の部分から導出された第１の出力ビームを生成し、２つのビームの各々の第２の部分から導出された第２の出力ビームを生成し、第１の出力ビームから導出された第１の信号と第２の出力ビームから導出された第２の信号の積を計算することを含む干渉方法を特徴とする。

この方法の実施形態には、以下に示す何らかの特徴が含まれる。
２つのビームを距離測定干渉計、例えば単一パス距離測定干渉計または二重パス距離測定干渉計内の異なる光路に沿って導いてもよい。別法としては、２つのビームを角度測定干渉計内の異なる光路に沿って導いてもよい。例えば角度測定干渉計にビーム・シャーリング・アセンブリを設けてもよい。

第１の信号と第２の信号の積を計算することにより、計算した積から第１および第２の信号中に存在する一次周期誤差を少なくともある程度除去し得る。
この方法は、計算した積から異なる光路に関する情報を抽出することを更に含んでもよい。例えば、この情報は、異なる光路のうちの１つの光路内における対象物の位置の変化に対応させてもよい。別法としては、入力ビームから２つのビームを導出し、情報を入力ビームの角度偏差に対応させてもよい。

第１の部分に第１の共通偏光を持たせ、第２の部分に、第１の共通偏光とは異なる第２の共通偏光を持たせてもよい。例えば、第１および第２の共通偏光は、実質的に直交させてもよい。また、第１および第２の出力ビームの生成は、２つのビームを結合し、結合したビームを偏光ビーム・スプリッタに導いて第１および第２の出力ビームを生成することを含んでもよい。他の実施形態では、第１および第２の出力ビームの生成は、２つのビームを結合し、結合したビームを非偏光ビーム・スプリッタに導いて第１および第２の中間ビームを生成し、中間ビームの各々を偏光子に導いて第１および第２の出力ビームを生成することを含む。さらに他の実施形態では、第１および第２の出力ビームの生成は、２つのビームの各々を第１の共通偏光を有する部分および第２の共通偏光を有する部分に分割し、第１の共通偏光を有する部分を結合して第１の出力ビームを生成し、第２の共通偏光を有する部分を結合して第２の出力ビームを生成することを含む。

また、この方法は、第１および第２の出力ビームの生成に先立って、方向付けされたビームのうちの一方のビームに第１の偏光子を通過させ、もう一方のビームには第１の偏光子を通過させないことを更に含んでもよい。例えば、第１の共通偏光を線形偏光にし、また、第１の偏光子を第１の共通線形偏光に対して４５度で配向してもよい。この方法は、第１および第２の出力ビームの生成に先立って、方向付けされたビームのうちのもう一方のビームに第２の偏光子を通過させることを含んでもよい。例えば、第１および第２の偏光子を配向して直交線形偏光を通過させるようにしてもよい。

また、この方法は、共通源から導出された入力ビームを偏光ビーム・スプリッタに導いて異なる光路に沿って導かれる２つのビームを生成することを含んでもよい。
異なる光路に沿って導かれる２つのビームには、ヘテロダイン周波数分だけ異なる周波数を持たせるようにしてもよい。このような実施形態では、第１の信号と第２の信号の積はスーパーヘテロダイン項を含む。さらに、この方法は、スーパーヘテロダイン信号の位相を抽出することを含んでもよい。

また、この方法は、第１の出力ビームの強度を測定することによって第１の信号を生成し、第２の出力ビームの強度を測定することによって第２の信号を生成することを含んでもよい。さらに、第１および第２の信号の生成は、測定した強度の各々に高域通過フィルタを通過させることを含んでもよい。

他の態様では、本発明は、ウェハ上への集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ方法を特徴とする。このリソグラフィ方法は、ウェハを可動ステージ上でサポートし、空間的にパターン化された放射をウェハ上に結像させ、ステージの位置を調整し、上記干渉方法を使用してステージの位置を測定することを含む。

他の態様では、本発明は、集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ方法を特徴とする。このリソグラフィ方法は、マスクを通して入力放射を導いて空間的にパターン化された放射を生成し、マスクを入力放射に対して位置決めし、上記干渉方法を使用して、入力放射に対するマスクの位置を測定し、空間的にパターン化された放射をウェハ上に結像することを含む。

他の態様では、本発明は、ウェハ上に集積回路を製造するためのリソグラフィ方法を特徴とする。このリソグラフィ方法は、リソグラフィ・システムの第１のコンポーネントをリソグラフィ・システムの第２のコンポーネントに対して位置決めしてウェハを空間的にパターン化された放射に露光し、上記干渉方法を使用して、第２のコンポーネントに対する第１のコンポーネントの位置を測定することを含む。

他の態様では、本発明は、集積回路を製造するための方法を特徴とする。この方法は、上で説明したいずれかリソグラフィ方法を含む。
他の態様では、本発明は、リソグラフィ・マスクの製造に使用するためのビーム書込み方法を特徴とする。この方法は、書込みビームを基板に導いて基板をパターン化し、基板を書込みビームに対して位置決めし、上記干渉方法を使用して、書込みビームに対する基板の位置を測定することを含む。

一般的には、他の態様では、本発明は、ｉ）共通源から導出された２つのビームを異なる光路に沿って導き、かつ、２つのビームの各々の第１の部分から導出された第１の出力ビームと、２つのビームの各々の第２の部分から導出された第２の出力ビームとを生成するように構成された干渉計と、ｉｉ）第１および第２の出力ビームの強度をそれぞれ測定するように配置された第１および第２の検出器と、ｉｉｉ）第１および第２の検出器に結合され、動作中、第１の出力ビームの強度から導出される第１の信号と第２の出力ビームの強度から導出される第２の信号の積を計算する電子プロセッサとを含む干渉システムを特徴とする。

この干渉システムの実施形態には、以下に示す何らかの特徴が含まれる。
干渉計は、距離測定干渉計、例えば単一パス距離測定干渉計または二重パス距離測定干渉計を含んでもよい。別法としては、干渉計は角度測定干渉計を含んでもよい。例えば、角度測定干渉計は、ビーム・シャーリング・アセンブリを含んでもよい。

電子プロセッサによって計算される積によって、第１および第２の信号中に存在する一次周期誤差を少なくともある程度除去し得る。
また、動作中、電子プロセッサが、計算した積から干渉計内における異なる光路に関する情報を抽出してもよい。この情報は、例えば、異なる光路のうちの１つの光路内における対象物の位置の変化に対応させてもよい。他の実施形態では、例えば、干渉計は、入力ビームから２つのビームを導出するように構成され、電子プロセッサによって抽出される情報は、入力ビームの角度偏差に対応する。

干渉計は、第１の部分に第１の共通偏光を持たせ、第２の部分に、第１の共通偏光とは異なる第２の共通偏光を持たせるように構成することが可能である。例えば、第１および第２の共通偏光は、実質的に直交させてもよい。

各種実施形態では、干渉計は偏光ビーム・スプリッタを含み、異なる経路に沿って２つのビームを導いた後、その２つのビームを結合し、かつ、結合したビームを偏光ビーム・スプリッタに導いて第１および第２の出力ビームを生成するように構成されている。他の実施形態では、干渉計は、１つの非偏光ビーム・スプリッタおよび２つの偏光子を備えており、異なる経路に沿って２つのビームを導いた後、その２つのビームを結合し、結合したビームを非偏光ビーム・スプリッタに導いて第１および第２の中間ビームを生成し、かつ、中間ビームの各々を２つの偏光子のうちの対応する偏光子に導いて第１および第２の出力ビームを生成するように構成されている。さらに他の実施形態では、干渉計は、２つのビームの各々を第１の共通偏光を有する部分および第２の共通偏光を有する部分に分割し、第１の共通偏光を有する部分を結合して第１の出力ビームを生成し、かつ、第２の共通偏光を有する部分を結合し第２の出力ビームを生成するように構成されている。

また、干渉計が第１の偏光子を含み、干渉計を、第１および第２の出力ビームの生成に先立って、方向付けされたビームのうちの一方のビームに第１の偏光子を通過させ、もう一方のビームには第１の偏光子を通過させないように構成してもよい。例えば、第１の共通偏光を線形偏光にし、また、第１の偏光子を第１の共通線形偏光に対して４５度で配向するようにしてもよい。また、干渉計が第２の偏光子を含み、干渉計を、第１および第２の出力ビームの生成に先立って、方向付けされたビームのうちのもう一方のビームに第２の偏光子を通過させるように構成してもよい。例えば、第１および第２の偏光子は、直交線形偏光を通過させるように配向するようにしてもよい。

干渉計は、入力ビームを受け取り、かつ、異なる光路に沿って導かれる２つのビームを生成するように配置された偏光ビーム・スプリッタを含んでもよい。
干渉計システムには共通源を含んでもよい。この共通源は、例えば、干渉計によって異なる光路に沿って導かれる２つのビームの間にヘテロダイン周波数差を導入するように構成してもよい。また、電子プロセッサによって計算される積がスーパーヘテロダイン項を含んでもよい。さらに、動作中、電子プロセッサがスーパーヘテロダイン信号の位相を抽出してもよい。また、電子プロセッサが高域通過フィルタを含み、動作中、電子プロセッサが第１および第２の出力ビームの各々を測定された強度で該高域通過フィルタを通過させて第１および第２の信号を生成するようにしてもよい。

他の態様では、本発明は、ウェハ上への集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ・システムを特徴とする。このリソグラフィ・システムは、ウェハをサポートするためのステージと、空間的にパターン化された放射をウェハ上に結像させるための照射システムと、結像した放射に対するステージの位置を調整するための位置決めシステムと、上記した、結像した放射に対するウェハの位置をモニタするための干渉システムとを含む。

他の態様では、本発明は、ウェハ上への集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ・システムを特徴とする。このリソグラフィ・システムは、ウェハをサポートするためのステージと、放射源、マスク、位置決めシステム、レンズ・アセンブリおよび上記した干渉システムを含む照射システムとを含み、動作中、放射源がマスクを通して放射を導いて空間的にパターン化された放射を生成し、位置決めシステムが放射源からの放射に対するマスクの位置を調整し、レンズ・アセンブリが空間的にパターン化された放射をウェハ上に結像させ、干渉システムが放射源からの放射に対するマスクの位置をモニタする。

他の態様では、本発明は、リソグラフィ・マスクの製造に使用するためのビーム書込みシステムを特徴とする。このシステムは、基板をパターン化するための書込みビームを提供する光源と、基板をサポートするためのステージと、書込みビームを基板に供給するためのビーム方向付けアセンブリと、ステージおよびビーム方向付けアセンブリを相互に位置決めするための位置決めシステムと、上記した、ビーム方向付けアセンブリに対するステージの位置をモニタするための干渉システムとを備える。

添付の図面および以下の説明は、本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細を示したものである。本発明の他の特徴、目的および利点については、以下の説明および図面から、また、特許請求の範囲の各請求項から明らかになるであろう。

以下、本発明について、添付の図面を参照して、単なる実施例によって詳細に説明する。
類似の参照記号は、全図を通して類似の構成要素を表す。

図１は、対象物の線形変位変化の測定、対象物の角度配向変化の測定および／または光ビームの伝搬方向の変化の測定などの干渉測定に対する一次周期誤差の負荷を低減する干渉システム１０を示したものである。システム１０には、光源１２、干渉計１４、一対の検出器１６、１８および電子プロセッサ２０が含まれる。

光源１２は、干渉計１４内の光ビームとして原始ビーム、例えば入力ビーム２２を提供する。光源１２は、ヘテロダイン周波数を画定する周波数差ｆ₁を有する２つの直交偏光ビーム成分を含んだ入力ビーム２２を生成する。ヘテロダイン周波数差を生成するために、光源１２は、例えば、当分野で公知であるように、ゼーマン分割レーザあるいは音響光学変調器を備えてもよい。

干渉計１４は、入力ビーム２２から２つの干渉計ビーム（例えば、測定ビームおよび基準ビーム）を導出し、それらを干渉計内の異なる光路に沿って導く。この２つの干渉計ビームは、通常、異なる周波数を有する直交偏光ビーム成分に対応する。例えば、干渉計１４は、入力ビームをその直交偏光ビーム成分に分割して２つの干渉計ビームを形成する偏光ビーム・スプリッタを備えてもよい。各種実施形態では、干渉計１４は、一方の干渉計ビームをその光路に沿って導く（例えば反射によって）測定対象物の位置の変化を測定するように構成されている。他の実施形態では、干渉計は、測定対象物の角度配向の変化を測定するように構成されている。さらに他の実施形態では、干渉計は、干渉計への入力ビームの伝搬角度の変化を測定するように構成されている。このような実施形態では、光源１２からの光は、通常、入力ビーム２２として干渉計１４に入射する前に１つまたは複数の光学系によって方向が変化するため、干渉計の目的は、入力ビームの方向を変える１つまたは複数の光学系に関する角度配向情報を決定することである。

干渉計ビームを異なる光路に導くと、干渉計１４は、第１の共通偏光を有する２つの干渉ビームの各々の第１の部分から導出された第１の出力ビーム２４と、第１の共通偏光に対して実質的に直交する第２の共通偏光を有する２つのビームの各々の第２の部分から導出された第２の出力ビーム２６とを生成する。例えば、各種実施形態では、干渉計１４は、２つの干渉計ビームを再結合し、再結合したビームをいずれか一方の干渉計ビームの線形偏光状態に対して一定の角度で配向された偏光ビーム・スプリッタに導く（つまり、干渉計ビームの偏光を混合するために）。その結果、偏光ビーム・スプリッタは、直交偏光を有し、かつ、それぞれが干渉計ビームの各々からの成分を含んだ２つの出力ビームを生成する。

検出器１６および１８は、出力ビーム２４および２６の強度を測定し、それぞれ強度信号Ｉ₁およびＩ₂を生成する。電子プロセッサ２０は、これらの強度信号を受け取り、受け取った強度信号を処理して、Ｉ₁から導出される第１の信号とＩ₂から導出される第２の信号の積に対応するスーパーヘテロダイン信号を生成する。次に、電子プロセッサ２０は、スーパーヘテロダイン信号の位相ψ₁を抽出し、干渉計内の異なる光路間の光路長の差に関する情報を生成する。以下でさらに説明するように、スーパーヘテロダイン信号を計算することにより、強度信号中に存在する一次周期誤差が実質的に低減（例えば除去）され、それにより、スーパーヘテロダイン信号の位相から導出される情報の精度が向上する。スーパーヘテロダイン信号に先行する信号およびスーパーヘテロダイン信号自体の生成に関しては、電子プロセッサ２０に、ヘテロダイン周波数ｆ₁の干渉項とスーパーヘテロダイン周波数２ｆ₁の干渉項を分離するための帯域通過フィルタを設けてもよい。

次に図２ａを参照すると、干渉計１４の一実施形態は、偏光ヘテロダイン単一パス干渉計である線形変位干渉計２１４である。干渉計２１４は、周波数差ｆ₁を有する２つの線形直交偏光光ビーム成分を含んだ入力ビーム２２２を受け取る。２つの直交偏光成分の偏光面は互いに平行であり、それぞれ図２ａの面に対して直角をなす。

干渉計２１４は、基準逆反射体(reference retroreflector)２１０、対物逆反射体(object retroreflector)２１１、４分の１波長位相波長板２１２、２１３および偏光ビーム・スプリッタ２１５を備える。この構成は、偏光マイケルソン干渉計として当分野で公知である。対物逆反射体２１１の位置は、トランスレータ２１６によって制御される。

偏光ビーム・スプリッタ２１５は、入力ビーム２２２を、基準光路および測定光路に沿ってそれぞれ伝搬する基準ビーム２２８および測定ビーム２３０に分割する。基準ビームは、基準逆反射体２１０で反射し、４分の１波長板２１２を２回通過した後、図２ａの面に平行に線形偏光されて偏光ビーム・スプリッタ２１５から出ていく。測定ビームは、測定領域２１９を横断して対物逆反射体２１１で反射し、４分の１波長板２１２を２回通過した後、図２ａの面に直角に線形偏光されて偏光ビーム・スプリッタ２１５から出ていく。偏光ビーム・スプリッタ２１５を出た基準ビームおよび測定ビームには、それぞれ基準光路および測定光路の光路長に関する情報が入力ビームの波長λ₁にて含まれる。

以下で詳細に説明するが、周期誤差補償を強化し得る偏光の純度を高めるために、偏光ビーム・スプリッタ２１５を出た基準ビームおよび測定ビームは、偏光子２０５および２０６をそれぞれ通過する。偏光子を通過したビームは、ミラー２０７および偏光ビーム・スプリッタ２０８によって結合され、結合ビーム２２３が形成される。この結合ビームはアナライザ２３０に入射され、アナライザ２３０は基準ビームおよび測定ビームの偏光を混合し、かつ、出力ビーム２２４および２２６を生成するように配向されている。出力ビーム２２４および２２６は、図１に示す出力ビーム２４および２６にそれぞれ対応する。アナライザ２３０は、結合ビーム２２３の入射面が図２ａの面に対して実質的に一定の角度（例えば４５度）をなすように配向された偏光ビーム・スプリッタである。つまり、出力ビーム２２４は、図２ａの面に対して実質的に一定の角度（例えば４５度）で伝搬する。この出力ビーム２２４および２２６が対応する検出器に入射され、図１を参照して説明したように、強度信号Ｉ₁およびＩ₂がそれぞれ生成される。

干渉計２１４は、出力ビームの各々の基準ビーム成分と測定ビーム成分の間に移相ψ₁を導入する。移相ψ₁の大きさは、式によれば測定領域２１９の往復物理距離Ｌ₁に比例する。

ψ₁＝Ｌ₁ｐｋ₁ｎ₁ （１）
ｐは、それぞれの基準レグおよび測定レグを通過する回数であり、ｎ₁は測定領域２１９中の気体の屈折率である。また、ｋ₁は測定ビームの波数である。本発明の精神および範囲を逸脱することなく本発明を分かり易く説明するために、図２ａには単一パス干渉計すなわちｐ＝１である干渉計が示されている。他の実施形態では、干渉計には多重パス干渉計、例えば二重パス干渉計が使用される。

また、他の実施形態では、干渉計には図２ａに示す干渉計とは異なる単一パス干渉計が使用される。例えば、他の実施形態では、干渉計光路を出ていく基準ビームおよび測定ビームの偏光純度を高めるための偏光子２０５および２０６を組み込む必要がない。このような場合、例えば、対物逆反射体２１１の位置を入射測定ビームに対して直角をなす方向に沿って移動させ、それにより、基準ビームおよび測定ビームを偏光ビーム・スプリッタ２１５から共線をなして退出させることが可能である。このような実施形態では、偏光ビーム・スプリッタ２１５を出ていく基準ビームと測定ビームの重複によって、アナライザ２３０に入射する結合ビームが形成されるため、ミラー２０７およびビーム・スプリッタ２０８は不要である。

干渉計１４の他の実施形態は、図２ｂに示す高安定平面鏡干渉計（ＨＳＰＭＩ）２６４である。干渉計２６４は、偏光ビーム・スプリッタ２６５、４分の１波長板２６２、２６３、基準ミラー２６０、トランスレータ２６６に結合された測定ミラー２６１および共通逆反射体２６７を備える。動作中、偏光ビーム・スプリッタ２６５は入力ビーム２７２を受け取り、基準ビーム２７８および測定ビーム２８０に分割する。

図２ｂを参照すると、基準ビーム２７８は、基準ミラー２６０で反射し、４分の１波長板２６２を２回通過した後、偏光ビーム・スプリッタ２６５に戻る。４分の１波長板は、２回通過することによって基準ビームの線形偏光を９０度回転させるように配向されており、それにより基準ビームが偏光ビーム・スプリッタ２６５を透過して共通逆反射体２６７に達する。共通逆反射体は、基準ビームの方向を変え、偏光ビーム・スプリッタ２６５を通して基準ミラーの方へ戻す。基準ミラーは、戻された基準ビームがもう一度４分の１波長板２６２を２回通過した後、偏光ビーム・スプリッタ２６５へ戻す。４分の１波長板を２回通過することにより、基準ビームの線形偏光がもう一度９０度回転し、それにより、偏光ビーム・スプリッタ２６５は、今度は基準ビームを結合ビーム２７３の基準ビーム成分として反射する。

さらに図２ｂを参照すると、測定ビーム２８０は、測定領域２６９を通って伝搬し、測定ミラー２６１で反射して４分の１波長板２６３を２回通過した後、偏光ビーム・スプリッタ２６５に戻る。４分の１波長板は、２回通過することによって測定ビームの線形偏光を９０度回転させるように配向されており、それにより偏光ビーム・スプリッタ２６５は測定ビームを共通逆反射体２６７へ反射する。共通逆反射体は、測定ビームの方向を変え、偏光ビーム・スプリッタ２６５に戻す。偏光ビーム・スプリッタ２６５は、戻された測定ビームを反射し、測定領域２６９を通して測定ミラーに戻す。測定ミラーは、測定ビームがもう一度４分の１波長板２６２を２回通過した後、測定ビームを反射して偏光ビーム・スプリッタ２６５に戻す。４分の１波長板を２回通過することにより、測定ビームの線形偏光がもう一度９０度回転し、それにより、測定ビームが今度は結合ビーム２７３の測定ビーム成分として偏光ビーム・スプリッタ２６５を透過する。

この結合ビーム２７３がアナライザ２８０に入射し、図１に示す出力ビーム２４および２６に対応する出力ビーム２７４および２７６が生成される。図２ａに示す実施形態の場合と同様、アナライザ２８０は、基準ビームおよび測定ビームの偏光を混合し、かつ、出力ビームを生成するように配向される。例えば、アナライザ２８０には、結合ビーム２７３の入射面が図２ｂの面に対して実質的に一定の角度（例えば４５度）をなすように配向された偏光ビーム・スプリッタを使用することが可能である。式１を参照すると、ＨＳＰＭＩ２６４は、ｐ＝２である二重パス干渉計の一実施例である。

さらに他の実施形態では、干渉計１４は、複数の測定軸を提供する複数の測定ビームを包含することが可能であり、それらの組合せを使用して、測定対象物の角度配向の変化を決定することが可能である。干渉計の他の実施形態は、例えば、本願明細書にその内容を援用する、「Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ａｎｇｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」ｂｙシー・ザノニ（Ｃ．Ｚａｎｏｎｉ）、ＶＤＩ Ｂｅｒｉｃｈｔｅ Ｎｒ．７４９、９３−１０６（１９８９）という名称の論文に記載されているような差動平面鏡干渉計および／または類似のデバイスを包含することが可能である。また、干渉計の他の実施形態には、動的ビーム・ステアリング素子を有する干渉計あるいは受動ゼロ・シャー干渉計が含まれる。例えば、本願明細書にその内容を援用する、ヘンリー・アレン・ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａｌｌｅｎ Ｈｉｌｌ）による米国特許第６，２５２，６６７号、第６，２７１，９２３号および第６，３１３，８７６号に、動的ビーム・ステアリング素子を備えた干渉計が記載されている。また、本願明細書にその内容を援用する、いずれもヘンリー・アレン・ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａｌｌｅｎ Ｈｉｌｌ）による、２００１年８月２日に出願した「Ｐａｓｓｉｖｅ Ｚｅｒｏ Ｓｈｅａｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ」という名称の米国仮特許出願第６０／３０９，６０８号、および２００１年８月２３日に出願した「Ｐａｓｓｉｖｅ Ｚｅｒｏ Ｓｈｅａｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ ｕｓｉｎｇ Ａｎｇｌｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒｓ」という名称の米国仮特許出願第６０／３１４，３４５号に、受動ゼロ・シャー干渉計が記載されている。

他の実施形態では、出力ビームを異なるコンポーネントおよび／または配列を使用して生成することが可能である。例えば、結合ビームの入射面が図の面に対して実質的に４５度をなすように配向される、それぞれ図２ａおよび２ｂに示す偏光アナライザ２３０および２８０を使用する代わりに、２分の１波長板を配置することによって、アナライザの全段で、結合ビームの基準ビーム成分および測定ビーム成分の線形偏光を４５度回転させることが可能であり（この場合、出力ビームは図の面内を伝搬する）、この場合、アナライザは、入射面が図の面に対して直角になるように配向することが可能である。図２ｃは、このような実施形態を示したもので、２分の１波長板２９０および偏光ビーム・スプリッタ２９１（アナライザとして作用する）が、結合ビーム２９２から出力ビーム２９３および２９４を生成する。

また、図２ｄに示すような他の実施形態では、アナライザを非偏光ビーム・スプリッタ２９１’および一対の個別偏光子２９５、２９６に置き換えることが可能である。この非偏光ビーム・スプリッタによって、結合ビーム２９２が、基準ビーム成分および測定ビーム成分を含んだ２つのビーム２９７ａおよび２９７ｂにそれぞれ分割される。この場合、偏光子２９５および２９６は、ビーム２９７ａおよび２９７ｂをそれぞれ受け取るように配置され、ビーム２９７ａおよび２９７ｂに含まれる基準ビーム成分および測定ビーム成分を混合し、出力ビーム２９８および２９９をそれぞれ生成する。

さらに他の実施形態では、測定ビームおよび基準ビーム自体をそれぞれ２つの部分に分割し、次に、基準ビーム部分と測定ビーム部分の各々の対を結合し、その成分の偏光を混合して対応する出力ビームを生成することが可能である。

図１に示すように、測定した出力ビームの強度は、電子プロセッサ２０によって処理される。図３は、プロセッサ２０の例示的実施形態を示したもので、強度信号Ｉ₁およびＩ₂からヘテロダイン周波数ｆ₁成分を選択し、かつ、他の周波数成分を抑制するための高域通過フィルタ３１８が含まれる。高域通過フィルタ３１８によって生成された信号ｓ₁およびｓ₂は、次に、乗算器３２０によって互いに乗算され、スーパーヘテロダイン信号［ｓ₁×ｓ₂］が生成される。第２の高域通過フィルタ３２２は、スーパーヘテロダイン信号を受け取り、受け取った信号をフィルタリングして、スーパーヘテロダイン周波数２ｆ₁の成分を保持し、他の成分（ヘテロダイン周波数ｆ₁の成分など）を抑制する。次に、位相計３２４によってスーパーヘテロダイン項の位相ψ₁が抽出され、続いて、プロセッサ・コンポーネント３２６によって、その位相が干渉計内における測定ビームおよび基準ビームに関する情報（例えば、光学距離の変化あるいは入力ビームの伝搬方向の変化）に変換される。これらの個々の機能のための適切なディジタルおよび／またはアナログ電子コンポーネントについては、電子技術分野では公知である。

次に、出力ビームからの強度信号に対して実施される電子プロセッサによる数理演算について説明する。
信号ｓ₁およびｓ₂に対する、周期誤差などのあらゆる非線形寄与が存在しない場合、フィルタリングされた信号ｓ₁およびｓ₂の測定位相は、位相ψ₁とは無関係の（あるいは等価的に干渉計内における基準ビームと測定ビームとの間の光路長の差の変化に無関係の）位相オフセットと位相ψ₁との和に等しい。しかしながら、通常、干渉計は、測定した位相に対する、ビーム混合、多重反射および光学系の不完全性に起因する周期誤差の負荷を有する。フィルタリングされた信号ｓ₁およびｓ₂は、それぞれ次のように表すことが可能である。

ｇ₁およびｇ₂は、それぞれ検出器１６および１８の検出器感度および増幅器利得である。Ｅ₁およびＥ₂は、それぞれ測定ビームおよび基準ビームの一次電界すなわち非スプリアス電界の複素振幅である。ε_1,jおよびε_2,jは、フィルタリングされた信号ｓ₁およびｓ₂の測定位相中の周期誤差項を生成する、測定ビームおよび基準ビームのスプリアス・ビーム成分の複素電界振幅である。ｊは指数（複数のスプリアス・ビーム成分を表すための）である。ζ₁およびζ₂は、ψ₁とは無関係の位相オフセットである。Ｆ_1,jおよびＦ_2,jは、高域通過フィルタ３１８によるフィルタリングの結果としての信号ｓ₁およびｓ₂中のε_1,jおよびε_2,jに関連する個々の周期誤差項に付与される振幅低減係数である。式（２）および（３）中の項Ο（ε_1,iおよびε_2,j）は、ε_1,iとε_2,jの組合せにおける二次の項を表す。角度θ₁およびθ₂は、アナライザにおける結合ビームの入射面と結合ビームの非スプリアス測定ビーム成分の偏光面との間および非スプリアス基準ビーム成分の偏光面との間の角度である。角度θ₁ε_,jおよびθ₂ε_,jは、ｊ番目のスプリアス・ビームに対するアナライザにおける結合ビームの入射面と結合ビームのスプリアス測定ビーム成分の偏光面との間およびスプリアス基準ビーム成分の偏光面との間の角度である。周波数ω₁は、ω₁＝ｆ₁／２πによるヘテロダイン周波数に対応する。

通常、ε_1,jに対応するスプリアス・ビーム成分は、一次基準成分Ｅ₂の周波数と同じ周波数を有する成分であるが、スプリアス偏光混合によって一次測定ビーム成分と共線になる。逆に、ε_2,jに対応するスプリアス・ビーム成分は、一次測定成分Ｅ₁の周波数と同じ周波数を有する成分であるが、スプリアス偏光混合によって一次基準ビーム成分と共線になる。したがって、ε_1,jとＥ₁の相対位相はω₁ｔの項からなり、ε_2,jとＥ₂の相対位相もω₁ｔの項からなっている。また、Ｅ₁とＥ₂の相対位相もω₁ｔの項からなっている。しかし、ε_1,jとＥ₂の相対位相はω₁ｔの項からなっていない。また、ε_2,jとＥ₁の相対位相もω₁ｔの項からなっていない。このようなε_1,jおよびε_2,jの項の主な出所は、例えば、光源における２つの周波数成分の偏光に対する混合と、干渉計内の１つまたは複数の偏光ビーム・スプリッタの消衰係数に対する有限値である。

また、干渉計内の偏光ビーム・スプリッタにより、ε_1,jに対応するスプリアス・ビーム成分の偏光は、通常、Ｅ₁に対応する一次測定ビーム成分の偏光と同じであり、ε_2,jに対応するスプリアス・ビーム成分の偏光は、通常、Ｅ₂に対応する一次測定ビーム成分の偏光と同じである。上で説明したように、測定ビームおよび基準ビームの偏光の純度は、複数の偏光子を使用することによってさらに高めることが可能であり、したがって、通常、θ₁ε_,j＝θ₁およびθ₂ε_,j＝θ₂の条件が得られる。

式（２）および（３）における総和の各々の角括弧の中の表現式には、それらが第１の出力ビームに対応しているのか、あるいは第２の出力ビームに対応しているのかを示す添字が含まれていることに留意されたい。この区別は、異なる検出器によって強度信号中に導入されるあらゆる位相オフセット項に対応する。添字が含まれていない場合、個々の出力ビームが干渉計内の同じ一次基準ビームおよび一次測定ビームから導出されるため、これらの項は全く同じである。通常、これらの角括弧内の添字が含まれていない場合の全く同じ項の間のこの位相オフセット差は、些細な差である。

信号ｓ₁とｓ₂を乗算することにより、スーパーヘテロダイン信号［ｓ₁×ｓ₂］が生成される。

特に、ε_1,jおよびε_2,jにおける一次項であり、かつ、式（４）における第１および第４の総和に属する項は、θ₂およびθ₁εが余角であり、かつ、θ₁およびθ₂εが余角であることを条件として簡略化することが可能である。つまり、
θ₁ε＋θ₂＝π （５）
θ₂ε＋θ₁＝π （６）
式（５）および（６）で表される相補条件を満足する場合、式（４）は、

に短縮される。

また、異なる検出器によって導入されるあらゆる位相オフセットは、個々の項に存在することになるため、
［Ｅ₁ε^* _1,j＋Ｅ^* ₁ε_1,j］₁［Ｅ₁Ｅ^* ₂＋Ｅ^* ₁Ｅ₂］₂項によって、
［Ｅ₁ε^* _1,j＋Ｅ^* ₁ε_1,j］₂［Ｅ₁Ｅ^* ₂＋Ｅ^* ₁Ｅ₂］₁項が相殺され、同様に、
［Ｅ₁ε^* _2,j＋Ｅ^* ₁ε_2,j］₁［Ｅ₁Ｅ^* ₂＋Ｅ^* ₁Ｅ₂］₂項によって、
［Ｅ₁ε^* _2,j＋Ｅ^* ₁ε_2,j］₂［Ｅ₁Ｅ^* ₂＋Ｅ^* ₁Ｅ₂］₁項が相殺される。したがって、式（７）は、次のように表すことが可能である。

これは、式（４）の第１および第４の総和の周期誤差項が除去されることを示す。

式（５）および（６）によって表される相補条件は、精度の高い例えば０．００１ラジアンを使用して、例えば出力ビームの生成に使用されるアナライザの配向を調整することによって容易に達成することが可能である。相補条件を満足する角度の非制限の実施例は、θ₁＝θ₁ε_,j＝４５°、θ₂＝θ₂ε_,j＝１３５°である。相補条件は、干渉計内の測定ビームおよび基準ビームを偏光ビーム・スプリッタによって偏光フィルタリングすることによって、ある程度のレベルの精度まで満足する。上記したように、偏光フィルタリングの追加段を挿入することによって相補条件を満足することにより、より高いレベルの精度を達成することが可能である。

ε_1,jおよびε_2,jにおける一次項であり、かつ、式（４）の第２および第３の総和に属する周期誤差項の生成の有効性が相補条件によって損なわれることはない。しかしながら、これらの項の有効性は、通常、式（４）、（７）および（８）に存在する係数Ｆ_1,jおよびＦ_2,jによって反映されるこれらの項の周波数スペクトルによって減少する。

また、式（８）のスーパーヘテロダイン信号中の残りの周期誤差項には、式（８）の第１項に依存する２ω₁ｔに比べて線形のω₁ｔによる負荷を有する位相が含まれており、したがって、第２の高域通過フィルタ３２２によってこれらの残りのスプリアス一次項をさらに小さくすることが可能である。このようなフィルタリングに続いて、位相計３２４によってスーパーヘテロダイン信号の位相ψ₁が抽出される。距離測定アプリケーションでは、次に、プロセッサ・コンポーネント３２６によって、式（１）に基づいてψ₁から光路長Ｌ₁の変化が決定される。角度測定アプリケーションへのプロセッサ・コンポーネント３２６の適用については、以下で詳細に考察する。

したがって、２つの出力ビームから導き出される積項を生成し、続いてその積項を処理することにより、一次周期誤差による干渉距離および／または角度測定に対する負荷を除去することが可能である。この周期誤差は、入力ビームの光源および干渉計の両方の中で生じ得る二次ビーム汚染によるものであり、また、干渉計の光コンポーネント中の複屈折によるものである。また、複屈折による偏光面の回転による影響は、複数段の偏光フィルタを備えた実施形態によってさらに補償することが可能である。本明細書において説明した周期誤差補償後の残留周期誤差の制限量は、｜ε_1,j｜および／または｜ε_2,j｜における第２順位である。例えば、線形変位に振幅が１ｎｍの誤差をもたらす周期誤差項は、１ｐｍ程度の制限周期誤差振幅を有することになる。

特に、周期誤差の補償は、入力ビームの強度を増すことなく達成することが可能である。また、周期誤差の補償は、単一の位相計のみを使用して達成することが可能であり、したがってコストが低減される。さらに、スーパーヘテロダイン信号が生成されるため、式（４）に示すように、位相の分解能が２倍に向上する。周期誤差補償の他の重要な特徴は、周期誤差補償が感度−利得パラメータｇ₁およびｇ₂に無関係であることである。したがって、出力ビームの強度を測定する検出器エレクトロニクスを丹念にバランスさせる必要はない。

他の実施形態では、図１に示す干渉計１４は角度測定干渉計である。図４ａは、角度測定干渉計４００を略図で示したものである。光源（図示せず）は、ｆ₁に等しい周波数差を有する２つの直交偏光成分を有する入力ビーム４０２を、入射角θ_input（通常、小さい角度）でビーム・シャーリング・アセンブリ４１０に導く。ビーム・シャーリング(shearing)・アセンブリは、入力ビームを直交偏光を有する２つの成分（例えば測定ビームおよび基準ビーム）に分割し、分割した成分を直交偏光成分の各々に対応し、かつ、横断分離（すなわちシャー(shear)）Ｓ₃を有する平行伝搬ビーム４１２および４１３として出現させている。図４ａに示すように、ビーム４１２は、図の面に平行の線形偏光であり、また、ビーム４１３は、図の面に対して直角の線形偏光を有する。シャーＳ₃のサイズおよびビーム・シャーリング・アセンブリ内における２つの成分の間の相対光路長は、入射角θ_inputによって変化する。ビーム４１２および４１３は、上で説明した、距離測定干渉計を備えた実施形態のアナライザと同様のアナライザ４２０に入射する。

シャード・ビーム４１２および４１３の各々の第１の共通偏光成分は、アナライザ４２０によって成分４２２および４２３としてそれぞれ透過され、また、シャード・ビーム４１２および４１３の各々の第２の共通偏光成分は、アナライザ４２０によって成分４３２および４３３としてそれぞれ反射される。例えば、図４ａに示す実施形態では、アナライザ４２０は、ビーム４１２および４１３の入射面が図４ａの面に対して実質的に４５度の角度をなすように配向された偏光ビーム・スプリッタである。したがって、ビーム４３２および４３３は、図４ａの面に対して実質的に４５度の角度で伝搬する。

ビーム４２２および４２３（第１の共通偏光に対応する）はレンズ４２４に入射し、レンズ４２４は、ビーム４２２および４２３を集束して重複させ、第１の出力ビーム４２５を形成する。次に図４ｂを参照すると（図４ｂの面は、図４ａの面に対して４５度をなす）、ビーム４３２および４３３（第２の共通偏光に対応する）はレンズ４３４に入射し、レンズ４３４は、ビーム４３２および４３３を集束して重複させ、第２の出力ビーム４３５を形成する。第１および第２の出力ビーム４２５および４３５は、図１に示す出力ビーム２４および２６に対応しており、検出器１６および１８によってその強度がそれぞれ測定される。

距離測定アプリケーションに関連して上記したように、追加角度測定の実施形態では、異なるコンポーネントおよび／または配列を組み込んで出力ビームを生成することが可能である。例えば、偏光アナライザ４２０に入射する前に、２分の１波長板を配置してシャード・ビーム４１２および４１３を受け取るようにすることが可能である。この場合も、図２ｃを参照して上記した修正と同様、アナライザ４２０の配向を修正することが可能である。また、他の実施形態では、図２ｄを参照して上記したように、アナライザを非偏光ビーム・スプリッタおよび一対の個別偏光子に置き換えることが可能である。

次に、上記したように、電子プロセッサ２０によって出力ビーム４２５および４３５の強度が処理され、それにより、干渉測定における一次周期誤差が低減（さらには除去）される。この実施形態では、出力ビーム４２５および４３５から導出されるスーパーヘテロダイン信号の位相は、ビーム・シャーリング・アセンブリ内におけるビームの相対光路長の差に対応しており、延いては、入力ビームの入射角に関連付けることが可能である。

次に、ビーム・シャーリング・アセンブリ４１０の特定の実施形態、それによって得られる、出力ビームの強度信号に対する計算、および入力角度情報の抽出について説明する。

図５ａを参照すると、一実施形態では、ビーム・シャーリング・アセンブリ４１０は、偏光ビーム・スプリッタ５３２、５３８、直角プリズム５３３、５３７、および切頭ポロ・プリズム５３５、５３６からなっている。図５ａの面内で偏光された入力ビーム４０２の成分（以下、ビーム５５０と呼ぶ）は、偏光ビーム・スプリッタ５３２を透過して直角プリズム５３３で反射し、切頭ポロ・プリズム５３６でその方向が変化した後、出力ビーム４１２として偏光ビーム・スプリッタ５３８で反射する。図５ａの面に対して直角に偏光された入力ビーム４０２の成分（以下、ビーム５５２と呼ぶ）は、偏光ビーム・スプリッタ５３２で反射し、切頭ポロ・プリズム５３５でその方向が変化し、直角プリズム５３７で反射した後、ビーム４１３として偏光ビーム・スプリッタ５３８を透過する。

本実施形態では、ビーム・シャーリング・アセンブリ４１０およびアナライザ４１０を通過する２つのビームの各々のガラス中における光路は同じであることに留意されたい。この特徴により、干渉計システムは、温度変化に対して極めて安定している。

出力ビーム４２５および４３５に対応するテロダイン強度信号は、電子プロセッサ内の第１の高域通過フィルタによるフィルタリングに続いて、ｓ₃およびｓ₄によってそれぞれ与えられる。周期誤差が存在しない場合、フィルタリングされた干渉信号ｓ₃およびｓ₄は、次のように表すことが可能である。

ｓ₃＝Ａ₃ｃｏｓ（ω₁ｔ＋ψ₃＋ζ₃） （９）
ｓ₄＝Ａ₄ｃｏｓ（ω₁ｔ＋ψ₃＋ζ₄） （１０）
上式で、
ψ₃＝２ｋ₁ｎ［ｄ₁ｃｏｓθ’₁＋ｄ₂ｃｏｓθ’₂−ｄ₃ｃｏｓθ’₃−ｄ₄ｃｏｓθ’₄］ （１１）
であり、ω₁＝２πｆ₁であり、ζ₃およびζ₄は、位相ψ₃に無関係の位相オフセットであり、ｋ₁＝２π／λ₁、λ₁は入力ビームの波長であり、θ’₁およびθ’₂は、直角プリズム５３３におけるビーム５５０の入射角および偏光ビーム・スプリッタ５３８におけるビーム５５０の入射角（図５ｂ参照）であり、θ’₃およびθ’₄は、偏光ビーム・スプリッタ５３２におけるビーム５５２の入射角および直角プリズム５３７におけるビーム５５２の入射角（図５ｂ参照）である。また、ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃およびｄ₄は、図５ｂに定義されている。本発明の範囲および精神を逸脱することなく、本発明の特徴を分かり易く立証するために、式（１１）では、ビーム・シャーリング・アセンブリ４１０内におけるすべての光路が同じ屈折率を有することが仮定される。非制限の実施形態では、ビーム・シャーリング・アセンブリは、ｄ₁＝ｄ₃、ｄ₂＝ｄ₄、θ’₁＋θ’₂＝π／２、およびθ’₃＋θ’₄＝π／２を満足するように構築されており、この場合、ψ₃を表す式（１１）は、次のようにより簡単な表現式に短縮される。

上で説明した距離測定実施形態の場合と同様、フィルタリングされた電気干渉信号はｓ₃およびｓ₄は、次に、電子プロセッサ内で乗算され、スーパーヘテロダイン信号［ｓ₃×ｓ₄］が生成される。次に、第２の高域通過フィルタによってスーパーヘテロダイン信号［ｓ₃×ｓ₄］がフィルタリングされ、位相計に向かって透過する。次に、位相計によってスーパーヘテロダイン信号［ｓ₃×ｓ₄］の位相が決定される。スーパーヘテロダイン信号［ｓ₃×ｓ₄］の位相は、２ψ₃に等しく、一次周期誤差による負荷が実質的に低減される。この位相２ψ₃は、式（１１）（角度θ’₁、θ’₂、θ’₃およびθ’₄は入力角に応じて変化するため）あるいは式（１１）の適当な形を使用して、対応する入力角の変化ｄθ_inputに変換される。周期誤差に対する補償の説明および位相の分解能が２倍に向上することについては、上記した通りである。一例として角度変位に振幅が２００ナノラジアンの誤差をもたらす周期誤差項の場合、制限周期誤差振幅は、０．２ナノラジアン程度になる。

次の式によれば、横シャーＳ₃は、ビーム・シャーリング・アセンブリ１３０の特性に関係する。

Φ₁およびΦ’₁は、偏光ビーム・スプリッタ５３２の入口ファセットにおける入力ビームのビーム成分５５０の入射角および屈折であり、Φ₃およびΦ’₃は、偏光ビーム・スプリッタ５３２の入口ファセットにおける入力ビームのビーム成分５５２の入射角および屈折である（図５ｂ参照）。ビーム・シャーリング・アセンブリの上記非制限実施例の場合、式（１３）は、次のように単純化される。

式（１３）および（１４）によるＳ₃の表現式は、ビーム・シャーの生成に使用される一次機構を表しているが、ビーム・シャーを導入するための、例えば入射角依存型移相（グース・ヘンヒェン効果）と結合した他の機構が存在する。

振幅Ａ₃（および同様にＡ₄）は、｜ｈ（ｐ₃）｜²のフーリエ変換のフーリエ成分に対する良好な近似に比例する。すなわち、

で表すことが可能である。ｈ（ｐ₃）は、レンズ４２４のひとみ関数が乗算された、レンズ４２４におけるビーム４２２または４２３のうちのいずれか１つの振幅のフーリエ変換である。

Ｐ_j＝ｓｉｎθ_o,j＋ｓｉｎθ_i,j 、 ｊ＝１，２．．． （１６）
であり、θ_o,jおよびθ_i,jの定義については図５ｃに示されている。角度θ_o,jおよびθ_i,jは、対象物におけるビームｊの主光線およびレンズ４２４の画像空間の共役角である。Ｐ_jの定義については図５ｄに示されている。

式（１１）および（１２）から、光ビームの方向変化の形での位相ψ₃の分解能が、長さ２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）の増加に伴って高くなることは明らかである。しかしながら、２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）の有効範囲は、式（１５）によって示されているように、｜ｈ（ｐ₃）｜²のフーリエ変換の空間周波数帯域によって画定される。

２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）の最適値は、通常、個々のひとみを透過するビームの特性空間寸法の約１／２に等しい。例えば、レンズ４２４におけるビーム４２２およびビーム４２３の両方に対する図５ａの面内の長方形のひとみの寸法がｂであり、かつ、ビーム４２２および４２３の振幅がそれぞれのひとみ全体に一様である場合を考察する。この場合、｜ｈ（ｐ₃）｜²は、二乗されたシンク関数すなわち（ｓｉｎ ｘ／ｘ）²であり、｜ｈ（ｐ₃）｜²のフーリエ変換は三角関数Λである。三角関数Λは、２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）＝０のとき、最大値が１になり、２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）≧ｂのとき、値が０になる。したがって振幅は、２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）≧ｂのとき、Ａ₃＝０であり、光ビームの方向変化の形での位相ψ₃の分解能は、２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）＝０のとき、０である。したがって、２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）の最適値は、この場合、約ｂ／２である。２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）の実際の最適値は、例えば信号対雑音比に対する最適動作条件を定義するために使用される基準によって決まる。入力ビーム４０２の成分がガウス強度プロファイルを有する場合、２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）の最適値はおおよそｗである。ｗは、入力ビーム４０２の強度が、その中心におけるビーム４０２の強度の１／ｅに等しい値になる半径である。

例えばビームが、２ｗ＝５．０ｍｍ、θ₁＝４５度およびλ₁＝６３３ｎｍのガウス強度プロファイルを有する場合、ｄΦ₁およびｄΦ₃の変化に対する、式（１２）に基づく位相２ψ₃の感度は、微分形式で次の式によって表すことが可能である。

式（１７）は、入力ビームの直交偏光成分が共線ではない場合を含んだ状況を一般化したものであり、そうでない場合、ｄθ_input＝ｄΦ₁＝ｄΦ₃に従って式（１７）をさらに単純化することが可能であることに留意されたい。また、式（１７）は、角度変化ｄΦ₁およびｄΦ₃に対する位相ψ₃の変化の感度が屈折率ｎに無関係であることを示していることに留意されたい。これは重要な特性である。詳細には、角度変化ｄΦ₁およびｄΦ₃に対する位相ψ₃の変化の感度は、ビーム・シャーリング・アセンブリの光素子の屈折率の変化によって誘導される熱にはとりわけ無関係であり、ビーム・シャーリング・アセンブリの光素子の熱膨張係数にのみ依存する温度変化に対する感度を有する。ビーム・シャーリング・アセンブリ４１０の光素子の熱膨張係数は、一般的には０．５ｐｐｍ／度Ｃ以下になるように選択することが可能である。同じ理由で、ψ₃のゼロ値も、ビーム・シャーリング・アセンブリの温度変化に対する、対応する低感度を示す。

第１の実施形態によって適応し得る、平均値［ｄΦ₁＋ｄΦ₃］／２の範囲を制限する２つの主な量は、差［ｄΦ₁−ｄΦ₃］／２の大きさと、１つまたは複数の検出器の感応面積のサイズである。信号ｓ₃およびｓ₄の振幅は、

である場合、約半分に低減することが可能である。式（１７）では省略されているｄΦ₁およびｄΦ₃におけるより高次の項は、個々の最終使用アプリケーションの必要に応じて、式（１１）から容易に決定することが可能である。

図５ｅは、ビーム・シャーリング・アセンブリ４１０の第２の実施形態を図で示したもので、２つのプリズム５３３０、５３３２および偏光ビーム・スプリッタ界面５３４０からなっている。入力ビーム４０２の第１の成分は、偏光ビーム・スプリッタ界面５３４０を２回透過し、プリズム５３３０および５３３２のファセットで反射してシャード・ビーム５３５０を生成する。入力ビーム４０２の第２の成分は、偏光ビーム・スプリッタ界面５３４０で２回反射し、かつ、プリズム５３３０および５３３２のファセットで反射してシャード・ビーム５３５２を生成する。

２つのプリズム５３３０、５３３２および偏光ビーム・スプリッタ界面５３４０は、入力ビーム４０２の伝搬方向とビーム５３５０および５３５２の伝搬方向の関係に対して、ペンタ・プリズムの特性と同じ特性を示す。プリズム５３３０および５３３２は、同形であり、ビーム５３５０と５３５２の間にビーム・シャーＳ_a3を導入するように選択された相対サイズを有することが好ましい。屈折媒体中におけるビーム５３５０および５３５２の光路は、実質的に同じである。ビーム５３５０および５３５２は、図４ａに示すシャード・ビーム４１２および４１３にそれぞれ対応しており、後続するこれらのビームの処理も、シャーＳ₃がシャーＳ_a3に置き換わっただけで、上記した実施形態の処理と類似している。

上記した干渉分光システムは、高度に精確な測定を提供し、コンピュータ・チップなどの大規模な集積回路を製造する際に使用されるリソグラフィの応用分野において特に有用である。リソグラフィは、半導体製造産業では枢要な技術推進力である。オーバーレイの改良は、１００ｎｍの線幅（設計基準寸法）まで、およびそれより下に下げる５つの最も困難な課題の１つである（たとえば、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｒｏａｄｍａｐ、ｐ８２（１９９７）参照）。

オーバーレイは、ウエハおよびレチクル（またはマスク）のステージを位置決めするために使用される距離測定干渉計の性能、すなわち正確さおよび精度に直接依存する。リソグラフィ・ツールは、＄５０〜１００Ｍ／年の製品を生産することが可能であるので、改良型性能距離測定干渉計の経済価値は膨大である。リソグラフィ・ツールの歩留まりが１％増大するたびに、集積回路製造業者にとって約＄１Ｍ／年の経済利益が得られ、リソグラフィ・ツールの販売業者にとっては、競争にかなり有利である。

リソグラフィ・ツールの機能は、空間的にパターン化された放射をフォトレジスト被覆ウエハの上に向けることである。この過程には、ウエハのどの位置が、放射を受け取るかを決定すること（位置合わせ）と、放射をその位置においてフォトレジストに加えること（露光）とが含まれる。

ウエハを適切に位置決めするために、ウエハは、専用センサによって測定することが可能である位置合わせマークをウエハの上に含む。位置合わせマークの測定位置は、ツール内におけるウエハの位置を確定する。この情報は、ウエハ表面の望ましいパターン化の仕様と共に、空間的にパターン化された放射に対するウエハの位置合わせを誘導する。そのような情報に基づいて、フォトレジスト被覆ウエハを支持する並進可能ステージが、放射がウエハの正確な位置を露光させるように、ウエハを移動させる。

露光中、放射ソースが、パターン化されたレチクルを照明し、レチクルは、空間的にパターン化された放射を生成するように、放射を散乱させる。レチクルはマスクとも呼ばれ、これらの用語は、以下では区別なく使用される。リダクション・リソグラフィの場合では、リダクション・レンズが、散乱放射を収集して、レチクル・パターンのリダクション画像を形成する。代替として、プロキシミティ印刷の場合では、散乱放射は、短い距離（通常ミクロンの大きさ）を伝播した後、ウエハに接触して、レチクル・パターンの１：１画像を作成する。放射は、レジストにおいて光化学過程を開始し、放射パターンをレジスト内の潜像に変換する。

干渉分光システムは、ウエハおよびレチクルの位置を制御し、かつレチクル像をウエハの上に登録する位置決め機構の重要な構成要素である。そのような干渉分光システムが上記で記述した特徴を含む場合、システムによって測定される距離の正確さは、距離測定に対するエラー負荷が最小限に抑えられるので、増大する。

一般に、露光システムとも呼ばれるリソグラフィ・システムは、通常、照明システムおよびウエハ位置決めシステムを含む。照明システムには、紫外線、可視光線、ｘ線、電子、またはイオンの放射などの放射を提供する放射ソースと、パターンを放射に付与して、それにより空間的にパターン化された放射を生成するためのレチクルまたはマスクとが含まれる。さらに、リダクション・リソグラフィの場合では、照明システムは、空間的にパターン化された放射をウエハの上に撮像するためのレンズ部品を含むことが可能である。撮像放射は、ウエハの上に被覆されたレジストを露光させる。照明システムには、また、マスクを支持するマスク・ステージと、マスクを通して向けられた放射に対してマスク・ステージの位置を調節するための位置決めシステムとが含まれる。ウエハ位置決めシステムには、ウエハを支持するためのウエハ・ステージと、撮像放射に対してウエハ・ステージの位置を調節するための位置決めシステムとが含まれる。集積回路の製造は、複数の露光工程を含むことが可能である。リソグラフィに関する一般的な参考文献については、たとえば、本願明細書に援用するＵ．Ｒ．シーツ（Ｓｈｅａｔｓ）、Ｂ．Ｗ．スミス（Ｓｍｉｔｈ）、「Ｍｉｃｒｏｌｉｇｈｏｇｒａｐｈｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｏｎｏｌｏｇｙ（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．，ニューヨーク、１９９８）を参照されたい。

上記した干渉分光システムを使用して、レンズ部品、放射ソース、または支持構造など、露光システムの他の構成要素に対するウエハ・ステージおよびマスク・ステージのそれぞれの位置を正確に測定することが可能である。そのような場合、干渉分光システムは、静止構造に取り付けることが可能であり、測定物体は、マスク・ステージおよびウエハ・ステージの一方など、可動要素に取り付けることが可能である。代替として、状況を逆にして、干渉分光システムを可動物体に取り付け、測定物体を静止物体に取り付けることが可能である。

より一般的には、そのような干渉分光システムを使用して、露光システムのあらゆる他の構成要素に対する露光システムのいずれか１つの構成要素の位置を測定することが可能である。露光システムにおいては、干渉分光システムは、構成要素の１つに取り付けられる、または構成要素の１つによって支持される、あるいは構成要素の他によって支持される。

干渉分光システム１１２６を使用するリソグラフィ・スキャナ１１００の例を図６ａに示す。干渉分光システム１１２６を使用して、露光システム内におけるウエハ（図示せず）の位置を正確に測定する。ここでは、ステージ１１２２を使用して、露光ステーションに対してウエハを位置決めして、支持する。スキャナ１１００は、フレーム１１０２を含み、フレーム１１０２は、他の支持体構造およびそれらの構造の上に搭載された様々な構成要素を搭載する。露光ベース１１０４には、その上にレンズ・ハウジング１１０６が取り付けられ、レンズ・ハウジングの上には、レチクルまたはマスクを支持するために使用されるレチクルステージまたはマスク・ステージ１１１６が取り付けられる。マスクを露光ステーションに対して位置決めする位置決めシステムを、要素１１１７によって概略的に示す。位置決めシステム１１１７は、たとえば、圧電変換器要素および対応する制御電子機器を含むことが可能である。上記実施形態には含まれていないが、一つ以上の上記した干渉分光システムを用いて、マスク・ステージならびにリソグラフィ構造を製作する過程において位置を精確に監視しなければならない他の可動要素の位置を正確に測定することも可能である（シーツ及びスミス、「Ｍｉｃｒｏｌｉｇｈｏｇｒａｐｈｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｏｎｏｌｏｇｙ」を参照）。

露光ベース１１０４の下には、ウエハ・ステージ１１２２を搭載する支持ベース１１１３が吊り下げられている。ステージ１１２２は、干渉分光システム１１２６によってステージ１１２２に向けられた測定ビーム１１５４を反射する平面ミラー１１２８を含む。干渉分光システム１１２６に対してステージ１１２２を位置決めする位置決めシステムを、要素１１１９によって概略的に示す。位置決めシステム１１１９は、たとえば、圧電変換器要素および対応する制御電子機器を含むことが可能である。測定ビームは、露光ベース１１０４の上に取り付けられている干渉分光システム１１２６に向けて後方反射される。干渉分光システム１１２６は、以前に記述した干渉分光システムの例のいずれかを含むことが可能である。

動作中、ＵＶレーザ（図示せず）からの紫外線（ＵＶ）ビームなどの放射ビーム１１１０は、ビーム成形光学機器部品１１１２を通過して、ミラー１１１４から反射された後、下方に進行する。その後、放射ビームは、マスク・ステージ１１１６に搭載されたマスク（図示せず）を通過する。マスク（図示せず）は、レンズ・ハウジング１１０６に搭載されたレンズ部品１１０８を介してウエハ・ステージ１１２２の上のウエハ（図示せず）の上に撮像される。ベース１１０４およびそれによって支持されている様々な構成要素は、ばね１１２０によって示したダンピング・システムによって、環境の変化から隔離される。

リソグラフィ・スキャナの他の例では、以前に記述した干渉分光システムの１つまたは複数を使用して、たとえば非限定的であるが、ウエハ・ステージおよびレチクル（またはマスク）ステージに関連する複数軸に沿った距離および角度を測定することが可能である。また、ＵＶレーザ・ビームではなく、ｘ線ビーム、電子ビーム、イオン・ビーム、および可視光ビームなどを含めて、他のビームを使用して、ウエハを露光させることが可能である。

いくつかの例では、リソグラフィスキャナは、列基準として知られるものを含むことが可能である。そのような例では、干渉分光システム１１２６は、基準ビーム（図示せず）を外部基準経路に沿って向け、外部基準経路は、放射ビームをレンズ・ハウジング１１０６などに向けるいくつかの構造の上に取り付けられた基準ミラー（図示せず）と接触する。基準ミラーは、基準ビームを干渉分光システム１１２６に後方反射する。干渉信号が、ステージ１１２２から反射された測定ビーム１１５４と、レンズ・ハウジングの上に取り付けられた基準ミラーから反射された基準ビームとを組み合わせることによって、干渉分光システム１１２５により生成される。干渉信号は、放射ビームに対するステージ１１２２の位置の変化を表す。さらに、他の例では、干渉分光システム１１２６は、スキャナ・システムのレチクル（またはマスク）・ステージ１１１６もしくは他の可動構成要素の位置の変化を測定するように位置決めすることが可能である。最後に、干渉分光システムは、スキャナの他に、またはスキャナの代わりに、ステッパを含むリソグラフィ・システムと共に同様の方式で使用することが可能である。

リソグラフィは、半導体装置を作成する製造方法の重要な一部である。そのような製造方法の工程が概述されている（たとえば、米国特許第５，４８３，３４３号参照）。これらの工程について、図６ｂおよび６ｃに関して以下で記述する。図６ｂは、半導体チップ（ＩＣまたはＬＳＩなど）、液晶パネル、またはＣＣＤなど、半導体装置を製造する順序のフロー・チャートである。工程１１５１は、半導体装置の回路を設計する設計過程である。工程１１５２は、回路パターン設計に基づくマスクの製造過程である。工程１１５３は、シリコンなどの材料を使用することによってウエハを製造する過程である。

工程１１５４は、予備過程と呼ばれるウエハ過程であり、準備したマスクおよびウエハを使用することによって、リソグラフィにより、回路をウエハの上に形成する。十分な空間分解能でマスク上の回路パターンに対応する回路をウエハの上に形成するために、ウエハに対するリソグラフィ・ツールの干渉分光による位置決めが必要である。本明細書で記述する干渉分光法およびシステムは、ウエハ過程において使用されるリソグラフィの有効性を向上させるのに特に有用であり得る。

工程１１５５は、工程１１５４によって処理されたウエハが半導体チップに形成される事後過程と呼ばれる組立て工程である。この工程は、組立て（方形切断および結合）および実装（チップ封止）を含む。工程１１５６は、検査工程であり、工程１１５５によって作成された半導体装置の動作性の検査、耐久性の検査などが実施される。これらの過程により、半導体装置は完成し、出荷される（工程１１５７）。

図６ｃは、ウエハ過程の詳細を示すフロー・チャートである。工程１１６１は、ウエハの表面を酸化させる酸化過程である。工程１１６２は、絶縁膜をウエハ表面の上に形成するＣＶＤ過程である。工程１１６３は、蒸着によってウエハの上に電極を形成する電極形成過程である。工程１１６４は、イオンをウエハに注入する注入過程である。工程１１６５は、レジスト（感光材料）をウエハに加えるレジスト過程である。工程１１６６は、露光（すなわちリソグラフィ）によって、上記で記述した露光装置により、マスクの回路パターンをウエハの上に印刷する露光過程である。再び、上記で記述したように、本明細書で記述する干渉分光システムおよび方法を使用することにより、そのようなリソグラフィ工程の精度および分解能は向上する。

工程１１６７は、露光ウエハを成長する成長過程である。工程１１６８は、成長レジスト像以外の部分を除去するエッチング過程である。工程１１６９は、エッチング過程を施された後にウエハ上に残留しているレジスト材料を分離するレジスト分離過程である。これらの過程を反復することによって、回路パターンがウエハの上に形成され、重ね合わされる。

上記した干渉分光システムは、物体の相対位置を正確に測定する必要がある他の応用分野において使用することも可能である。たとえば、基板またはビームが移動する際に、レーザ、ｘ線、イオン、または電子ビームなどの書込みビームが、基板の上にパターンをマーキングする応用分野では、干渉分光システムを使用して、基板と書込みビームとの相対運動を測定することが可能である。

図７を参照すると、ビーム書込みシステム１２００の例は、列基準を使用する干渉分光システム１２２０を含む。ソース１２１０は、書込みビーム１２１２を生成する。ビーム集束部品１２１４は、放射ビームを、可動ステージ１２１８によって支持された基板１２１６に向ける。ステージ１２１８の相対位置を決定するために、干渉分光システム１２２０は、基準ビーム１２２２をビーム集束部品１２１４の上に取り付けられたミラー１２２４に向け、測定ビーム１２２６をステージ１２１８の上に取り付けられたミラー１２２８に向ける。基準ビームはビーム収束部品上に搭載されたミラーと接触するので、ビーム書込みシステムは、列基準を用いるシステムの例である。干渉分光システム１２２０は、以前に説明した干渉分光システムのいずれかとすることが可能である。干渉分光システムによって測定された位置の変化は、基板１２１６上における書込みビーム１２１２の相対位置の変化に対応する。干渉分光システム１２２０は、基板１２１６上における書込みビーム１２１２の相対位置を表す測定信号１２３２を制御装置１２３０に送信する。制御装置１２３０は、出力信号１２３４を、ステージ１２１８を支持し、かつ位置決めするベース１２３６に送信する。さらに、書込みビームが、基板の選択位置のみにおいて光物理的変化または光化学的変化が生じるのに十分な強度で基板１２１６に接触するように、書込みビーム１２１２の強度を変化させるために、または書込みビーム１２１２を遮断するために、制御装置１２３０は、信号１２３８をソース１２１０に送信する。

さらに、いくつかの例では、制御装置１２３０は、ビーム集束部品１２１４に、たとえば信号１２４４を使用して、基板の領域にわたって書込みビームを走査させることが可能である。その結果、制御装置１２３０は、基板をパターン化するように、システムの他の要素を誘導する。パターン化は、通常、制御装置に記憶されている電子設計パターンに基づく。いくつかの応用例では、書込みビームは、基板の上に被覆されたレジストをパターン化し、他の応用例では、書込みビームは、基板をエッチングするなど、直接パターン化する。

そのようなシステムの重要な応用分野は、以前に記述したリソグラフィ方法において使用されるマスクおよびレチクルの製造である。たとえば、リソグラフィ・マスクを製作するために、電子ビームを使用して、クロミウム被覆ガラス基板をパターン化することが可能である。書込みビームが電子ビームであるような場合では、ビーム書込みシステムは、電子ビーム経路を真空に封入する。また、書込みビームが電子ビームまたはイオン・ビームである場合では、ビーム集束部品は、真空下において帯電粒子を基板上に集束させ、向けるための四重極レンズなどの電場生成装置を含む。書込みビームがｘ線、ＵＶ、または可視光線の放射などの放射ビームである他の場合では、ビーム集束部品は、放射を基板に集束させ、向けるための対応する光学機器を含む。

各種実施態様について、上記のように説明したが、各種の変更が本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われてもよい。従って、他の実施形態も、以下の請求項の範囲内にある。

一次周期誤差による負荷を実質的に低減する干渉システムの略図。 図１に示す干渉システムと共に使用するための距離測定干渉計の一実施形態の略図。 図１に示す干渉システムと共に使用するための距離測定干渉計の他の実施形態の略図。 図２ａおよび２ｂに示す干渉計におけるアナライザ・システムの代替実施形態の略図。 図２ａおよび２ｂに示す干渉計におけるアナライザ・システムのさらに他の代替実施形態の略図。 図１に示す電子プロセッサの一実施形態の略図。 図１に示す干渉システムと共に使用するための角度測定干渉計の略図。 図１に示す干渉システムと共に使用するための角度測定干渉計の他の略図。 図４ａおよび４ｂに示す角度測定干渉計と共に使用するためのビーム・シャーリング・アセンブリの一実施形態の略図。 図５ａに示すビーム・シャーリング・アセンブリ内のビーム光路を示す図。 図５ａに示すビーム・シャーリング・アセンブリ内のビーム光路を示す他の図。 図５ａに示すビーム・シャーリング・アセンブリ内のビーム光路を示す他の図。 図４ａおよび４ｂに示す角度測定干渉計と共に使用するためのビーム・シャーリング・アセンブリの他の実施形態の略図。 集積回路の製造に使用されるリソグラフィ・システムの略図。 集積回路を製造するための工程を示す流れ図。 集積回路を製造するための工程を示す他の流れ図。 ビーム書込みシステムの略図。

Claims (60)

1. 共通源から導出された２つのビームを異なる光路に沿って導き、
   該２つのビームの各々の第１の部分から導出された第１の出力ビームを生成し、
   該２つのビームの各々の第２の部分から導出された第２の出力ビームを生成し、
   該第１の出力ビームから導出された第１の信号と該第２の出力ビームから導出された第２の信号の積を計算することを備える方法。
2. 前記２つのビームが距離測定干渉計内の異なる光路に沿って導かれる、請求項１に記載の方法。
3. 前記距離測定干渉計が単一パス干渉計である、請求項２に記載の方法。
4. 前記距離測定干渉計が二重パス干渉計である、請求項２に記載の方法。
5. 前記２つのビームが角度測定干渉計内の異なる光路に沿って導かれる、請求項１に記載の方法。
6. 前記角度測定干渉計が、ビーム・シャーリング・アセンブリを備える、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１および第２の信号の前記積を計算することにより、前記第１および第２の信号中に存在する一次周期誤差が前記計算された積から少なくともある程度除去される、請求項１に記載の方法。
8. 前記計算された積から前記異なる光路に関する情報を抽出することを更に備える、請求項１に記載の方法。
9. 前記情報が、前記異なる光路のうちの一方の対象物の位置の変化に対応する、請求項８に記載の方法。
10. 前記２つのビームが入力ビームから導出され、前記情報が該入力ビームの角度偏差に対応する、請求項８に記載の方法。
11. 前記第１の部分が第１の共通偏光を有し、前記第２の部分が、該第１の共通偏光とは異なる第２の共通偏光を有する、請求項１に記載の方法。
12. 前記第１および第２の共通偏光が実質的に直交する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１および第２の出力ビームを生成することが、前記２つのビームを結合し、該結合したビームを偏光ビーム・スプリッタに導いて前記第１および第２の出力ビームを生成することを備える、請求項１１に記載の方法。
14. 前記第１および第２の出力ビームを生成することが、前記２つのビームを結合し、該結合したビームを非偏光ビーム・スプリッタに導いて第１および第２の中間ビームを生成し、該中間ビームの各々を偏光子に導いて前記第１および第２の出力ビームを生成することを備える、請求項１１に記載の方法。
15. 前記第１および第２の出力ビームを生成することが、前記２つのビームの各々を、前記第１の共通偏光を有する部分と前記第２の共通偏光を有する部分に分割し、前記第１の共通偏光を有する該部分を結合して前記第１の出力ビームを生成し、前記第２の共通偏光を有する該部分を結合して前記第２の出力ビームを生成することを備える、請求項１１に記載の方法。
16. 前記第１および第２の出力ビームの生成に先立って、前記方向付けされたビームのうちの一方のビームに第１の偏光子を通過させ、もう一方のビームには該偏光子を通過させないことを更に備える、請求項１１に記載の方法。
17. 前記第１および第２の出力ビームの生成に先立って、前記方向付けされたビームのうちの前記もう一方のビームに第２の偏光子を通過させることを備える、請求項１６に記載の方法。
18. 前記第１および第２の偏光子が直交線形偏光を通過させるように配向されている、請求項１７に記載の方法。
19. 前記第１の共通偏光が線形偏光であり、前記第１の偏光子が該第１の共通線形偏光に対して４５度で配向されている、請求項１６に記載の方法。
20. 前記共通源から導出された入力ビームを偏光ビーム・スプリッタに導いて前記異なる光路に沿って導かれる前記２つのビームを生成することを備える、請求項１１に記載の方法。
21. 前記異なる光路に沿って導かれる前記２つのビームが、ヘテロダイン周波数分異なる周波数を有する、請求項１に記載の方法。
22. 前記第１の信号と前記第２の信号の前記積が、スーパーヘテロダイン項を備える、請求項２１に記載の方法。
23. 前記スーパーヘテロダイン信号の位相を抽出することを更に備える、請求項２２に記載の方法。
24. 前記第１の出力ビームの強度を測定することによって前記第１の信号を生成し、前記第２の出力ビームの強度を測定することによって前記第２の信号を生成することを更に備える、請求項２１に記載の方法。
25. 前記第１および第２の信号を生成することが、前記測定した強度の各々に高域通過フィルタを通過させることを更に備える、請求項２４に記載の方法。
26. 干渉測定における周期誤差の負荷を低減するための方法であって、
    共通源から導出された、直交偏光とヘテロダイン周波数分異なる周波数とを有する２つのビームを、干渉計内の異なる光路に沿って導き、
    ２つのビームの各々の一部から導出された、第１の共通偏光を有する第１の出力ビームを生成し、
    該２つのビームの各々の一部から導出された、該第１の共通偏光に対して実質的に直交する第２の共通偏光を有する第２の出力ビームを生成し、
    該第１および第２の出力ビームの強度測定からそれぞれ導出された第１および第２の信号を生成し、
    該第１の信号と第２の信号の積に対応するスーパーヘテロダイン信号を計算して、該第１および第２の信号中に存在する一次周期誤差を少なくともある程度除去し、
    該スーパーヘテロダイン信号の位相を抽出して、該干渉計内における該異なる光路に関する情報を提供することを備える方法。
27. 共通源から導出された２つのビームを異なる光路に沿って導き、かつ、該２つのビームの各々の第１の部分から導出された第１の出力ビームと、該２つのビームの各々の第２の部分から導出された第２の出力ビームとを生成するように構成された干渉計と、
    該第１および第２の出力ビームの強度をそれぞれ測定するように配置された第１および第２の検出器と、
    該第１および第２の検出器に結合され、動作中、該第１の出力ビームの該強度から導出された第１の信号と該第２の出力ビームの該強度から導出された第２の信号との積を計算する電子プロセッサとを備える装置。
28. 前記干渉計が、距離測定干渉計を備える、請求項２７に記載の装置。
29. 前記距離測定干渉計が単一パス干渉計である、請求項２８に記載の装置。
30. 前記距離測定干渉計が二重パス干渉計である、請求項２８に記載の装置。
31. 前記干渉計が、角度測定干渉計を備える、請求項２７に記載の装置。
32. 前記角度測定干渉計が、ビーム・シャーリング・アセンブリを備える、請求項３１に記載の装置。
33. 前記電子プロセッサによって計算された前記積により、前記第１および第２の信号中に存在する一次周期誤差が少なくともある程度除去される、請求項２７に記載の装置。
34. 動作中、前記電子プロセッサによって、前記計算された積から前記干渉計内における異なる光路に関する情報が抽出される、請求項２７に記載の装置。
35. 前記情報が前記異なる光路のうちの一方の光路内の対象物の位置の変化に対応する、請求項３４に記載の装置。
36. 前記干渉計が、入力ビームから前記２つのビームを導出するように構成され、前記電子プロセッサによって抽出される前記情報が、該入力ビームの角度偏差に対応する、請求項３４に記載の装置。
37. 前記干渉計が、前記第１の部分に第１の共通偏光を持たせ、前記第２の部分に、該第１の共通偏光とは異なる第２の共通偏光を持たせるように構成されている、請求項２７に記載の装置。
38. 前記干渉計が、偏光ビーム・スプリッタを備え、前記干渉計が、前記２つのビームを前記異なる光路に沿って導いた後、該２つのビームを結合し、続いて、該結合したビームを該偏光ビーム・スプリッタに導いて前記第１および第２の出力ビームを生成するように構成されている、請求項３７に記載の装置。
39. 前記干渉計が、非偏光ビーム・スプリッタと２つの偏光子とを備え、前記干渉計が、前記２つのビームを前記異なる光路に沿って導いた後、該２つのビームを結合し、該結合したビームを該非偏光ビーム・スプリッタに導いて第１および第２の中間ビームを生成し、かつ、該中間ビームの各々を該２つの偏光子のうちの対応する偏光子に導いて前記第１および第２の出力ビームを生成するように構成されている、請求項３７に記載の装置。
40. 前記干渉計が、前記２つのビームの各々を、前記第１の共通偏光を有する部分と前記第２の共通偏光を有する部分に分割し、前記第１の共通偏光を有する該部分を結合して前記第１の出力ビームを生成し、かつ、前記第２の共通偏光を有する該部分を結合して前記第２の出力ビームを生成するように構成されている、請求項３７に記載の装置。
41. 前記干渉計が、第１の偏光子を備え、前記干渉計が、前記第１および第２の出力ビームの生成に先立って、前記方向付けされたビームのうちの一方のビームに該第１の偏光子を通過させ、もう一方のビームには該第１の偏光子を通過させないように構成されている、請求項３７に記載の装置。
42. 前記干渉計が、第２の偏光子を備え、前記干渉計が、前記第１および第２の出力ビームの生成に先立って、前記方向付けされたビームのうちのもう一方のビームに該第２の偏光子を通過させるように構成されている、請求項４１に記載の装置。
43. 前記第１および第２の偏光子が直交線形偏光を通過させるように配向されている、請求項４２に記載の装置。
44. 前記第１の共通偏光が線形偏光であり、前記第１の偏光子が該第１の共通線形偏光に対して４５度で配向されている、請求項４１に記載の装置。
45. 前記干渉計が、入力ビームを受け取り、かつ、前記異なる光路に沿って導かれる前記２つのビームを生成するように配置された偏光ビーム・スプリッタを備える、請求項２７に記載の装置。
46. 共通源を更に備える、請求項２７に記載の装置。
47. 前記共通源が、前記干渉計によって前記異なる光路に沿って導かれた前記２つのビームの間にヘテロダイン周波数差を導入するように構成されている、請求項４６に記載の装置。
48. 前記電子プロセッサによって計算された前記積が、スーパーヘテロダイン項を備える、請求項４７に記載の装置。
49. 動作中、前記電子プロセッサが前記スーパーヘテロダイン信号の位相を抽出する、請求項４８に記載の装置。
50. 前記電子プロセッサが、高域通過フィルタを備え、動作中、前記電子プロセッサが、前記第１および第２の出力ビームの各々を測定された強度で該高域通過フィルタを通過させ前記第１および第２の信号を生成する、請求項４６に記載の装置。
51. ウェハ上への集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ方法であって、
    該ウェハを可動ステージ上でサポートし、
    空間的にパターン化された放射を該ウェハ上に結像させ、
    該ステージの位置を調整し、
    請求項１に記載の方法を使用して該ステージの位置を測定することを備える方法。
52. 集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ方法であって、
    マスクを通して入力放射を導いて空間的にパターン化された放射を生成し、
    該入力放射に対して該マスクを位置決めし、
    請求項１に記載の方法を使用して、該入力放射に対する該マスクの位置を測定し、
    該空間的にパターン化された放射をウェハ上に結像させることを備える方法。
53. ウェハ上に集積回路を製造するためのリソグラフィ方法であって、
    リソグラフィ・システムの第１のコンポーネントをリソグラフィ・システムの第２のコンポーネントに対して位置決めし、該ウェハを空間的にパターン化された放射に露光し、
    請求項１に記載の方法を使用して、該第２のコンポーネントに対する該第１のコンポーネントの位置を測定することを備える方法。
54. 請求項５１に記載のリソグラフィ方法を備える、集積回路を製造するための方法。
55. 請求項５２に記載のリソグラフィ方法を備える、集積回路を製造するための方法。
56. 請求項５３に記載のリソグラフィ方法を備える、集積回路を製造するための方法。
57. リソグラフィ・マスクの製造に使用するためのビーム書込み方法であって、
    基板に書込みビームを導いて基板をパターン化し、
    該書込みビームに対して該基板を位置決めし、
    請求項１に記載の干渉方法を使用して該書込みビームに対する該基板の位置を測定することを備える方法。
58. ウェハ上への集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ・システムであって、
    該ウェハをサポートするためのステージと、
    空間的にパターン化された放射を該ウェハ上に結像させるための照射システムと、
    結像した放射に対する該ステージの位置を調整するための位置決めシステムと、
    該結像した放射に対する該ウェハの位置をモニタするための請求項２７に記載の装置とを備えるシステム。
59. ウェハ上への集積回路の製造に使用するためのリソグラフィ・システムであって、
    該ウェハをサポートするためのステージと、
    放射源、マスク、位置決めシステム、レンズ・アセンブリおよび請求項１に記載の装置を備えた照射システムとを備え、
    動作中、該放射源が該マスクを通して放射を導いて空間的にパターン化された放射を生成し、該位置決めシステムが該放射源からの該放射に対する該マスクの位置を調整し、該レンズ・アセンブリが該空間的にパターン化された放射を該ウェハ上に結像させ、該干渉システムが該放射源からの該放射に対する該マスクの位置をモニタするシステム。
60. リソグラフィ・マスクの製造に使用するためのビーム書込みシステムであって、
    基板をパターン化するための書込みビームを提供する光源と、
    該基板をサポートするステージと、
    該基板に該書込みビームを供給するためのビーム方向付けアセンブリと、
    該ステージおよびビーム方向付けアセンブリを互いに位置付けるための位置付けシステムと、
    該ビーム方向付けアセンブリに対する該ステージの位置をモニタするための請求項１に記載の装置とを備えるシステム。

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