JP2007292735A - 変位測定システム、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誤差を生じにくく、多くの空間を占有しない、改良された精密測定システムを提供する。
【解決手段】測定システムに入力された第１の放射ビームが、第１の回折格子によって、１次および負の１次回折放射ビームに分割され、１次および負の１次回折放射ビームが、第２の回折格子によってさらに回折され、続いて再結合されて、第２の放射ビームを形成するように構成されており、この測定システムはさらに、１次回折放射ビームに由来する第２のビームの第１の成分と負の１次回折放射ビームに由来する第２のビームの第２の成分との間の位相差の決定から、第１の格子と第２の格子の相対変位を決定する。
【選択図】 なし

Description

[0001] 本発明は、変位測定システム、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法に関する。

[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板、通常は基板のターゲット部分に与える機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造で使用することができる。その場合には、マスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層に形成する回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェーハ）のターゲット部分（例えばダイの一部、あるいは１つまたは複数のダイを含む部分）に転写することができる。このパターンの転写は一般に、基板に塗布された放射感応性材料（レジスト）の層に結像させることによって達成される。一般に単一の基板は、連続してパターニングされた隣接するターゲット部分のネットワークを含む。周知のリソグラフィ装置には、１つのターゲット部分にパターン全体を一度に露光することによってそれぞれのターゲット部分に照射するいわゆるステッパ、放射ビームのパターンを所与の方向（「スキャン」方向）にスキャンし、同時にこの方向に平行にまたは逆平行に基板を同期スキャンすることによってそれぞれのターゲット部分に照射するいわゆるスキャナなどがある。パターンを基板にインプリントすることによってパターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。

[0003] より高い構成密度を有するデバイスを製造しようとする持続する意欲は、このようなデバイスを製造するリソグラフィプロセスが、より小さな構成を生み出すことができることを求める止まない要求があることを意味している。このことの帰結は、リソグラフィ装置内のコンポーネントの位置をより正確に制御することが望ましいということである。例えば、基板上に形成される最も小さな構成のサイズが低下するにつれ、基板の位置をより精密に制御することが望ましい。

[0004] 干渉計などの従来から知られている精密センサは、正確な位置測定を提供する。しかし、従来の干渉計の正確さは、干渉計の放射ビームがその中を通過する空気の外乱によって制限される。このような外乱には例えば乱気流および熱変動が含まれる。したがって、従来の干渉計の正確さは、このような外乱をできるだけ低く抑えることによってのみ向上させることができる。しかし、乱気流を低下させ、および／または空気の温度を必要な値に安定させるための遅延を導入するなどして、このような外乱を最小限に抑える方策は、リソグラフィ装置のスループットを低減させ、したがってリソグラフィ装置を使用するコストを増大させる。

[0005] また、どんな測定システムも、結局は、リソグラフィ装置内の有限の空間体積を占有する。

[0006] 誤差を生じにくく、多くの空間を占有しない、改良された精密測定システムを提供することが望ましい。

[0007] 本発明の一実施形態によれば、第１の回折格子と第２の回折格子の間の変位を測定するように構成された変位測定システムが提供される。この測定システムは、測定システムに入力された第１の放射ビームが、第１の回折格子によって、１次および負の１次回折放射ビームに分割され、１次および負の１次回折放射ビームが、第２の回折格子によってさらに回折され、続いて再結合されて、第２の放射ビームを形成するように、構成されており、この測定システムはさらに、１次回折放射ビームに由来する第２のビームの第１の成分と負の１次回折放射ビームに由来する第２のビームの第２の成分との間の位相差の決定から、第１の格子と第２の格子の相対変位を決定するように構成されたセンサを含み、この測定システムはさらに、第２の放射ビームの第１および第２の成分を直線偏光し、それらの向きを互いに直角の方向に向けるように構成された少なくとも１つの直線偏光子を含む。

[0008] 本発明の一実施形態によれば、第１および第２のコンポーネントの間の変位を測定するように構成された変位測定システムが提供される。第１のコンポーネントは、その細長い方向が第１の方向に平行となるように向きが定められた第１の細長い回折格子であり、またはこのような第１の細長い回折格子に取り付けられており、第２のコンポーネントは、その細長い方向が第１の方向とは平行でない第２の方向に平行となるように向きが定められた第２の細長い回折格子であり、またはこのような第２の細長い回折格子に取り付けられており、この測定システムはさらに、第１および第２の細長い回折格子による少なくとも１つの放射ビームの回折によって生成された放射パターンを検出するように構成されたセンサを含み、この放射パターンは、第１および第２の方向の両方に垂直な第３の方向の第２の細長い回折格子に対する第１の細長い回折格子の変位を表す。

[0009] 本発明の一実施形態によれば、第１の物体の第２の物体に対する移動を測定する変位測定システムが提供される。このシステムは、第１の物体に取り付けられた第１の平面回折格子と、第２の物体に取り付けられた、第１の回折格子に実質的に平行な第２の平面回折格子と、第１の放射ビームを提供するソースとを含み、第１の放射ビームは第１の回折格子上の第１の点に入射し、このビームは、１次および負の１次回折放射が第２の回折格子に入射するように回折され、第２の回折格子は、第１の回折格子からの１次放射の少なくとも一部分が、第２の回折格子によってさらに回折され、第１の回折格子上の第２の点に入射し、第１の回折格子からの負の１次放射の少なくとも一部分が、第２の回折格子によってさらに回折され、第１の回折格子上の第２の点に入射するように、構成されており、第１の回折格子からの１次回折放射に由来する放射、および第１の回折格子からの負の１次回折放射に由来する放射はともに、第１の回折格子によってさらに回折され、第１の格子上の第２の点から、共通の方向に、第２の放射ビームとして伝搬し、この変位測定システムはさらに、第１の回折格子上の第２の点から出射し、回折格子の平面に平行で且つ回折格子の溝(striation)に垂直な方向の２つの回折格子の相対移動を表す放射パターンを検出するセンサを含む。

[0010] 本発明の一実施形態によれば、第１の物体の第２の物体に対する移動を測定する変位測定システムが提供される。この測定システムは、第１のプリズムに接続され、第１の物体に取り付けられた第１の平面回折格子と、第２のプリズムに接続され、第２の物体に取り付けられた第２の平面回折格子と、第１の放射ビームを提供するソースとを含み、第１の放射ビームは、第１の回折格子上の第１の点に入射し、このビームは、１次および負の１次回折放射が第１のプリズムを透過するように回折され、第２の回折格子は、第１の格子によって回折された１次および負の１次回折放射が、第２の回折格子上の第１および第２の点に入射し、第２の回折格子によって回折され、第２のプリズム内へ伝搬するように、配置されており、第２のプリズムは、第２の回折格子上の第１および第２の点から伝搬した放射が反射され、この放射が、それぞれ第２の回折格子上の第３および第４の点に、第２の回折格子上の第１および第２の点から伝搬した放射に平行な角度で入射するように、構成されており、第２の回折格子上の第３および第４の点に入射した放射は、第２の回折格子によってさらに回折され、第１のプリズムを通過し、第１の回折格子上の第２の点に入射し、この放射はさらに、第１の回折格子によって最初に回折された１次および負の１次放射に由来する放射が、第１の回折格子上の第２の点から、共通の方向に、第２の放射ビームとして伝搬するように、回折され、この変位測定システムはさらに、回折格子の平面に平行で且つ回折格子の溝(striation)に垂直な方向の２つの回折格子の相対移動を表す放射パターンを検出するセンサを含む。

[0011] 次に、添付の概略図を参照して本発明の実施形態を、単に例として説明する。図中、対応する参照記号は対応する部分を指示する。

[0026] 図１に、本発明の一実施形態に基づくリソグラフィ装置を概略的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射またはＥＵＶ放射）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するように構築された支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴであって、パターニングデバイスをある種のパラメータに従って正確に配置するように構成された第１のポジショナＰＭに接続された支持構造ＭＴと、基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構築された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴであって、基板をある種のパラメータに従って正確に配置するように構成された第２のポジショナＰＷに接続された基板テーブルＷＴと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを、基板Ｗの（例えば１つまたは複数のダイを含む）ターゲット部分Ｃの表面に投影するように構成された投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳとを含む。

[0027] 照明システムは、放射を誘導、成形または制御する屈折、反射、磁気、電磁気、静電気光学コンポーネントまたは他のタイプの光学コンポーネント、あるいはこれらの組合せなど、さまざまなタイプの光学コンポーネントを含むことができる。

[0028] 支持構造はパターニングデバイスを支持する。すなわちパターニングデバイスの重量を支える。支持構造は、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置の設計、および例えばパターニングデバイスが真空環境中に保持されるか否かなどの他の条件に応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。支持構造は、機械式、真空、静電気または他のクランプ技法を使用してパターニングデバイスを保持することができる。支持構造は、例えば必要に応じて固定または可動とすることができるフレームまたはテーブルとすることができる。支持構造は、パターニングデバイスが例えば投影システムに対して所望の位置にあることを保証することができる。本明細書では用語「レチクル」または「マスク」を、より一般的な用語「パターニングデバイス」と同義と考えてよい。

[0029] 本明細書で使用する用語「パターニングデバイス」は、例えば基板のターゲット部分にパターンを生成するために放射ビームの断面にパターンを付与する目的に使用することができる任意のデバイスを指すものと広く解釈しなければならない。例えばパターンが位相シフト特徴またはいわゆるアシスト特徴を含む場合には、放射ビームに付与されるパターンが、基板のターゲット部分の所望のパターンに正確に一致するわけではないことに留意されたい。一般に、放射ビームに付与されるパターンは、ターゲット部分に生み出される集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応する。

[0030] パターニングデバイスは透過型または反射型とすることができる。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルなどがある。マスクはリソグラフィにおいてよく知られており、これには、バイナリ、Alternating位相シフト、減衰位相シフトなどのマスクタイプ、ならびにさまざまなハイブリッドマスクタイプが含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例では、入射放射ビームをさまざまな方向に反射するようにそれぞれを個別に傾けることができる小さなミラーのマトリックス配置を使用する。この傾けられたミラーが、このミラーマトリックスによって反射される放射ビームにパターンを付与する。

[0031] 本明細書で使用する用語「投影システム」は、使用している露光放射、または液浸液の使用、真空の使用などの他の因子に対して適当な、屈折、反射、反射屈折、磁気、電磁気および静電気光学システムまたはこれらの組合せを含む、任意のタイプの投影システムを包含するものと広く解釈しなければならない。本明細書における用語「投影レンズ」の使用はより一般的な用語「投影システム」と同義と考えてよい。

[0032] 図１に示すとおり、この装置は（例えば透過マスクを使用する）透過型の装置である。あるいはこの装置を、（例えば先に参照したタイプのプログラマブルミラーアレイを使用し、または反射マスクを使用する）反射型の装置とすることもできる。

[0033] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）またはそれ以上の基板テーブル（および／あるいは２つ以上のマスクテーブル）を有するタイプの装置とすることができる。このような「マルチステージ」機械では、複数の追加のテーブルを並行して同時に使用することができ、あるいは、１つまたは複数のテーブルを露光に使用している間に他の１つまたは複数のテーブル上で準備ステップを実施することができる。

[0034] このリソグラフィ装置はさらに、基板の少なくとも一部分を、比較的に高い屈折率を有する液体、例えば水で覆って、投影システムと基板の間の空間を満たすことができるタイプの装置とすることができる。液浸液は、例えばマスクと投影システムの間など、リソグラフィ装置内の他の空間に与えることもできる。液浸技法は、投影システムの開口数を増大させるために当技術分野でよく知られている。本明細書で使用される用語「液浸」は、基板などの構造体を液体の中に沈めなければならないことを意味するものではなく、むしろ、露出中に投影システムと基板の間に液体が位置することを意味する。

[0035] 図１を参照すると、イルミネータＩＬは放射ソースＳＯから放射ビームを受け取る。例えば放射ソースがエキシマレーザであるときには、放射ソースとリソグラフィ装置とを別個の実体とすることができる。このような場合、放射ソースは、リソグラフィ装置の一部を構成するとはみなされず、放射ビームは、例えば適当な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤを用いて放射ソースＳＯからイルミネータＩＬに渡される。この他の場合、例えば放射ソースが水銀ランプであるときには、放射ソースをリソグラフィ装置と一体の部分とすることができる。放射ソースＳＯおよびイルミネータＩＬ、ならびに必要な場合にビームデリバリシステムＢＤを合わせて放射システムと呼ぶ。

[0036] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを含むことができる。一般に、少なくともイルミネータの瞳面における強度分布の外側および／または内側半径範囲（普通はそれぞれσ−outerおよびσ-innerと呼ばれる）を調整することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ、コンデンサＣＯなどの他のさまざまなコンポーネントを含むことができる。このイルミネータを使用して、所望の断面均一性および断面強度分布を有するように放射ビームを調整することができる。

[0037] 放射ビームＢは、支持構造（例えばマスクテーブルＭＴ）上に保持されたパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射し、このパターニングデバイスによってパターニングされる。マスクＭＡを横切った後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過する。投影システムＰＳは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にこのビームを集束させる。第２のポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダまたは容量センサ）を用いて、基板テーブルＷＴを、例えば放射ビームＢの通り道に別のターゲット部分Ｃが配置されるように正確に移動させることができる。同様に、第１のポジショナＰＭおよび他の位置センサ（図１には明示されていない）を使用して、例えばマスクＭＡをマスクライブラリから機械的に取り出した後に、またはスキャン中に、マスクＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に配置することができる。マスクテーブルＭＴの移動は一般に、第１のポジショナＰＭの一部分を構成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）を用いて実現することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２のポジショナＰＷの一部分を構成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使用して実現することができる。ステッパの場合には（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴをショートストロークアクチュエータにだけ接続し、またはマスクテーブルＭＴを固定することができる。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰｌ、Ｐ２を使用して位置合せすることができる。図示の基板アライメントマークは専用のターゲット部分を占めているが、これらのマークはターゲット部分間の空間に配置することができる（これらはスクライブレーンアライメントマークとして知られている）。同様に、２つ以上のダイがマスクＭＡ上に提供される状況では、マスクアライメントマークはダイとダイの間に配置することができる。

[0038] 図示の装置は下記の少なくとも１つのモードで使用することができる。

[0039] １．ステップモードでは、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを本質的に静止した状態に保ち、放射ビームに付与されたパターン全体を、１つのターゲット部分Ｃの表面に一度に投影する（すなわち１回の静的露光）。次いで、別のターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴをＸおよび／またはＹ方向に移動させる。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の静的露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズを限定する。

[0040] ２．スキャンモードでは、マスクテーブルＭＴと基板テーブルＷＴとを同時にスキャンし、放射ビームに付与されたパターンをターゲット部分Ｃに投影する（すなわち１回の動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は例えば、投影システムＰＳの拡大（縮小）倍率および像反転特性によって決まる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向の）幅を限定し、スキャン運動の長さがターゲット部分の（スキャン方向の）高さを決定する。

[0041] ３．他のモードでは、プログラマブルパターニングデバイスを保持したマスクテーブルＭＴを本質的に固定し、放射ビームに付与されたパターンをターゲット部分Ｃに投影する間、基板テーブルＷＴを移動させまたはスキャンする。このモードでは一般に、パルス放射ソースを使用し、基板テーブルＷＴを移動させるごとに、またはスキャン中の連続する放射パルスとパルスの間に、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、先に参照したタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。

[0042] 上で説明した使用モードの組合せおよび／または変形を使用し、あるいは全く異なる使用モードを使用することもできる。

[0043] 本発明の一実施形態の変位測定システムは、参照によって本明細書に組み込まれるSPIES, A., "Linear and Angular Encoders for the High-Resolution Range", Progress in Precision Engineering and Nanotechnology, Braunschweig, 1997に記載の原理に対応する。図１３に、このような変位測定システム２００の比較的に単純な一形態を示す。このシステムは、第１の物体に取り付けられた第１の回折格子２０１および第２の物体に取り付けられた関連する第２の回折格子２０２を含む。例えば、一方の回折格子は、リソグラフィ装置内の基準フレームに取り付けられ、他方の回折格子は、変位測定システムによって基準フレームに対する位置を測定しようとするリソグラフィ装置のコンポーネントに取り付けられる。

[0044] 第１および第２の回折格子２０１、２０２は平面的であり、回折格子の平面が互いに実質的に平行になるように配置される。加えて、格子を形成するために使用されるそれぞれの回折格子の溝(striation)も互いに実質的に平行である。加えて、これらの回折格子は、一方の格子からの回折放射が他方の格子に受け取られるように配置される。

[0045] 回折格子の平面に実質的に平行で且つ回折格子の溝に実質的に垂直な平面内の方向２０３における一方の格子の他方の格子に対する位置は、サブナノメートルの正確さを有する測定値を得ることができる干渉測定原理を使用して、高い信頼性で測定することができる。第１の回折格子が第２の回折格子に対して前記測定方向に移動すると、他方の回折格子から回折された放射を受け取るように配置された回折格子によって放射の位相差が生成される。これらの生成された位相差は、一方の回折格子の他方の回折格子に対する変位に比例する。

[0046] 一般的な配置では、放射ソース２０４が、測定方向に実質的に垂直な平行放射ビームを供給し、このビームは第１の回折格子２０１に入射し、そこで回折される。この正および負の１次放射は、第１の回折信号として、第２の回折格子２０２に伝わる。第２の回折格子２０２で、第１の回折光信号はさらに回折され、反射されて、第２の回折信号を形成する。この第２の回折信号は第１の回折格子２０１上で干渉し、さらに回折されて、第３の回折信号を形成する。第３の回折信号は、例えば上で論じた位相差を測定し、したがって相対変位を決定するために使用される３つのフォトディテクタ２０５、２０６、２０７を有するセンサに導かれる。

[0047] 図１４に、本発明の一実施形態に基づく変位測定システムの一配置を概略的に示す。図１４の描写は、変位測定システムの諸コンポーネントの物理的な配置に必ずしも合致しないが、本発明の一実施形態に基づく変位測定システムの動作原理を説明するのには便利である。

[0048] 示されているように、放射ソースからの放射ビーム２１０は、第１の回折格子２１１によって、それぞれ１次および負の１次回折放射に対応する第１および第２の放射ビーム２１２、２１３に分割される。第１および第２の放射ビーム２１２、２１３は第２の回折格子２１４によってさらに回折され、次いで例えば第１の回折格子２１１で再結合されて、情報を含んだ再結合放射ビーム２１５を形成する。放射ビーム２１５は、第１および第２の回折格子２１１、２１４の相対変位を決定するためのセンサ２１６に入力される。先に論じたとおり、センサ２１６は、第１および第２の回折格子２１１、２１４の相対変位を、１次および負の１次回折放射２１２、２１３の間に生じた位相差から決定する。本発明の一実施形態によれば、１次および負の１次回折放射２１２、２１３を区別するため、１次放射の直線偏光の向きが負の１次回折放射の直線偏光放射の向きに対して実質的に直角になるように放射を直線偏光させる。例えば、図１４に示された配置において、１次および負の１次回折放射を互いに直角な方向に直線偏光させるために、第１の回折格子２１１と第２の回折格子２１４の間に、直線偏光子２１７、２１８を配置する。直線偏光子を使用する利点は、それらを細長いコンポーネントとして製造することが比較的に容易なことである。したがって、直線偏光子を都合よく使用して、大きな動作範囲を有する変位測定システムを形成することができる。

[0049] 図１４では、直線偏光子２１７、２１８が、第１および第２の回折格子２１１、２１４の間だけに描かれており、１次および負の１次回折放射２１２、２１３が第２の回折格子２１４に到達する前に直線偏光子２１７、２１８を通過するようにしか示されていないが、１次および負の１次回折放射２１２、２１３は、第２の回折格子２１４によって回折された後、第１の回折格子２１１で再結合されて情報を含んだ放射ビーム２１５を形成する前の２度目に直線偏光子２１７、２１８を通過してもよいことを理解されたい。

[0050] したがって、情報を含んだ放射ビーム２１５は、それぞれ１次および負の１次回折放射に由来する放射を含み、それぞれの成分は、他方に対して実質的に直角な向きに直線偏光されており、それぞれの成分は、他方に対して平行であり、共通の軸を有する。これらの２つの成分間の位相差は、第１および第２の回折格子２１１、２１４の相対変位を表す。

[0051] センサ２１６は、情報を含んだ放射ビーム２１５を、少なくとも第１および第２の情報を含んだ放射サブビーム２２１、２２２に分割する非偏光ビームスプリッタ２２０を含む。これらの放射サブビーム２２１、２２２は、強度が両者間で分割されていることを除き、情報を含んだ放射ビーム２１５と同じ特性を有することができる。図１４に示されているように、放射サブビーム２２１、２２２はともに、情報を含んだ放射ビーム２１５の両方の成分の直線偏光放射の向きに対して偏光軸が実質的に４５°傾くように配置された偏光子２２３に導かれる。それぞれの放射サブビームに対してこのような偏光子を別々に提供することができることを理解されたい。第１の放射サブビーム２２１の場合には、ビームスプリッタ２２０から偏光子２２３へ直接に導くことができる。第２の放射サブビーム２２２の場合には、偏光子２２３に到達する前に、ビームスプリッタ２２０からの放射が波長板２２４に通される。波長板２２４は、波長板の速い軸および遅い軸が、情報を含んだ放射ビーム２１５の成分の直線偏光放射の向きに実質的に平行となるように向きが決められる。偏光子２２３を通過した後、放射サブビームは、それぞれの光強度ディテクタ２２５、２２６に導かれる。

[0052] センサ２１６は、情報を含んだ放射ビーム２１５の、１次および負の１次回折放射２１２、２１３に対応する成分間の位相差を決定するように構成されている。この位相差は、第１および第２の回折格子２１１、２１４の相対変位によって決まり、φで示される。波長板を通過しなかった放射サブビーム２２１に対応する、第１の放射強度ディテクタ２２５によって検出される放射の強度は、φが０＋２ｎπ（ｎは整数）のとき最大強度を有する。第１の回折格子２１１が第２の回折格子２１４に対して移動すると、位相φが変化し、その結果、第１の放射強度ディテクタ２２５によって検出される強度が変化する。したがって、放射強度検出２２５によって検出される強度の振動を監視することによって、第１の回折格子２１１の第２の回折格子２１４に対する変位を検出することができる。

[0053] 第２の放射強度ディテクタ２２６は対応する信号を検出する。しかし、波長板２２４は、θ＋２ｍπ（ｍは整数）の位相シフトを導入するように構成されている。したがって、回折格子が互いに対して移動したときに放射強度センサ２２５、２２６によって検出される信号が例えば９０度位相がずれるように、θを選択することができる。その結果、第１と第２の両方の放射強度ディテクタ２２５、２２６によって検出される強度を監視すると、第１の回折格子２２１の第２の回折格子２１４に対する変位の大きさだけでなく、変位の方向をも決定することができる。さらに、両方の信号の監視は測定の正確さを向上させる。例えば、第１の回折格子２１１が第２の回折格子２１４に対して移動するにつれて、一方の放射強度センサ２２５、２２６によって検出される放射の強度が最大に達し、第１および第２の回折格子２１１、２１４の所与の相対移動に対してそのディテクタによって検出される強度の変化は小さくなって、その放射強度センサの出力だけを考慮することによって可能な正確さを低減させる。しかし、２つの放射強度センサ２２５、２２６からの信号の位相は異なるので、他方の放射強度センサは、同じ時に最大放射強度を検出せず、したがって、第１および第２の回折格子２１１、２１４の相対変位の正確な測定を提供することができる。

[0054] 放射ビームスプリッタ２２０からさらなる放射サブビームを得て、この追加の放射サブビームを、第２の放射サブビーム２２２と同じ方法で、ただしそれぞれの放射サブビームが、異なる位相差に対応する異なる厚さの波長板を有するように配置することによって、正確さをさらに向上させることができる。例えば、３つの放射サブビームを有する配置では、第２および第３の放射強度ディテクタ（すなわちそれらのビーム経路上に波長板を含むディテクタ）が、第１の放射強度ディテクタによって検出される信号とそれぞれ約１２０°および２４０°位相がずれるように、センサ２１６を構成する。都合のよい任意の数の放射サブビームを使用することができることを理解されたい。

[0055] 上述のエンコーダは、第１の回折格子からの１次回折放射に起因する放射と第１の回折格子からの負の１次回折放射に起因する放射との間の位相差を効果的に測定する。この位相差は、これらの２つの格子の相対位置によって決まり、一方の格子が他方の格子に対して移動するにつれて変化する。しかし、一方のビーム経路の他方のビーム経路に対する環境条件の違いが、測定の正確さを低減させる可能性がある。これは特に、これらのビームが別々の経路をたどる経路長が、変位測定センサ内での放射の総経路長のかなりの割合を占めるためである。

[0056] したがって、本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを提案した。この変位測定システムを図２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄに示す。これらはそれぞれ、システムの上面図、システムの側面図、システムの正面図およびシステムの透視図である。

[0057] 放射ソース１１によって第１の放射ビーム１０が供給される。放射ソース１１は放射ビーム１０を生成するためのコンポーネントを含むことができることを理解されたい。あるいは、この放射ビームは、この変位測定システムの外部（この変位測定システムがリソグラフィ装置の一部として使用される場合には、もしかするとリソグラフィ装置自体の外部）で生成され、その場合、ソース１１は、その放射を必要に応じて誘導しおよび／または調整して、放射ビーム１０を供給する。

[0058] 示されているように、放射１０ビームは、第１の反射器１２を経由して第１の回折格子１３へ導かれる。第１の放射ビーム１０は、第１の回折格子１３の点１４に入射する。回折格子１３は透過型であり、第１の回折格子１３からの正の１次回折放射に対応する第１の放射サブビーム１５、および第１の格子１３からの負の１次回折放射に対応する第２の放射サブビーム１６が第２の格子１７に入射する。第２の格子１７は反射型である。これらの１次回折放射および負の１次回折放射に対応する放射サブビーム１５、１６は、第２の回折格子１７によって反射され、回折される。具体的には第２の回折格子は、第１の格子１３によって回折された正の１次放射１５に由来する回折放射１８が、第２の回折格子１７から反射されて、第１の回折格子１３上の第２の点２０に到達するように構成されている。同様に、第１の格子１３によって回折された負の１次放射１６に由来する回折放射１９は、第２の回折格子１７によって回折され、反射されて、第１の回折格子１３上の第２の点２０に到達する。両方のサブビーム放射１８、１９は続いて、第１の回折格子１３によってさらに回折され、効果的に再結合されて、第２の放射ビーム２１を形成する。したがって、正の１次回折放射に対応する放射および負の１次回折放射に対応する放射は、それらのそれぞれの経路長の一部分について別々の経路をたどったが、それらが別々の経路をたどった経路長は、従来の変位測定システムに比べて相対的に短い。具体的には、本発明のこの実施形態に基づく配置では、経路長全体のうち、１次および負の１次回折放射が別々の経路をたどる経路の割合が、従来の配置よりもはるかに短い。したがって、図２ａ〜ｄに示された本発明の実施形態に基づくシステムは、乱流、熱変動など、ビームが通過する空気中での変動に対して相対的に敏感でない。

[0059] 第１の格子からの正の１次回折放射に由来する放射と負の１次回折放射に由来する放射とが、第２の格子によって回折された後に第１の格子上で一致することを保証するように第１および第２の回折格子を構成する便利な方法は、第２の回折格子のピッチが第１の回折格子のピッチの約半分となるように第１および第２の回折格子を選択することである。

[0060] 図２ａ〜ｄの実施形態に示されているように、第２の放射ビーム２１は、第２の反射器２２によってコーナキューブ２３に反射させることができる。コーナキューブ２３は、この第２の放射ビームを、第２の放射ビームがコーナキューブに供給された方向と実質的に平行な方向に沿って、第２の反射器２２へ戻す。第２の放射ビーム２１は続いて、第２の反射器２２によって再び反射され、したがって第１の格子１３上へ再び導かれる。

[0061] したがって、第２の放射ビーム２１は第１の放射ビーム１０と同じ過程を経る。すなわち、第２の放射ビーム２１は第１の回折格子１３によって回折され、第２の回折格子１７によって反射、回折され、第１の回折格子１３による最初の回折に起因する１次および負の１次回折放射に対応する放射は、第１の回折格子上の単一の点２４に入射し、そこでさらに回折され、結合されて、単一の第３の放射ビーム２５を形成し、第３の放射ビーム２５は、第１の反射器１２によってセンサ２６へ反射され、センサ２６は、第１の回折格子１３と第２の回折格子１７の相対移動を従来の方法で決定する。

[0062] 第２の放射ビーム２１が、回折格子１３、１７からなるシステムによって２度リダイレクトされる結果、このシステムは、１つのコンポーネントの他のコンポーネントに対する回転によって引き起こされる誤差、例えば第１の回折格子１３の第２の回折格子１７に対する回転によって引き起こされる誤差に対して相対的に敏感でなくなる。

[0063] 図２ｄに示された変位測定システムのこの実施形態の透視図は、回折格子１３、１７の溝の向きを示している。従来の変位測定システムと同じく、変位測定システムによって測定される移動の方向は、回折格子の平面に実質的に平行で、回折格子の互いに平行な溝の方向に実質的に垂直な方向の２つの回折格子１３、１７の相対移動であることを理解されたい。

[0064] 先に示唆したとおり、本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを使用して、リソグラフィ装置内の１つのコンポーネントの他のコンポーネントに対する変位を測定することができる。例えば、実施形態１に示され、上で説明した変位測定システムを使用して、リソグラフィ装置内の基板テーブルの基準フレームに対する変位を測定することができる。この変位から、基板テーブルの基準フレームに対する位置を決定することができる。したがって、投影システムなどのリソグラフィ装置内の他のコンポーネントに対する基板テーブルの位置を決定することが可能である。このような状況では、第１の回折格子１３ならびに第１および第２の反射器１２、２２を例えば基板テーブルの縁に接続し、第２の回折格子１７およびコーナキューブ２３を基準フレームに接続することができる。したがって、第２の回折格子１７の第１の回折格子１３に対する変位の測定は、基板テーブルの基準フレームに対する変位に対応する。放射ソース１１およびセンサ２６も基準フレームに取り付けることができる。

[0065] 図１３および１４に示された本発明の実施形態に関する前述の方法では、本発明のこの実施形態の変位測定システムにおいて、第１の回折格子からの回折された負の１次放射と正の１次放射のうちの少なくとも一方の偏光を偏光させることができる。図４（変位測定システムの図２ｃおよび３ｃに対応する部分正面図）に示された都合のよい配置では、第２の格子１７上に偏光子３５、３６を都合よく提供することができる。図４に示されているように、所望ならば、吸収体３８を配置して、ゼロ次放射を吸収することができる。第１の回折格子１３からの回折された１次および負の１次放射３１、３２にそれぞれ対応する偏光子３５、３６は、放射を互いに直角方向に偏光させることが好ましい。

[0066] 図３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄはそれぞれ、本発明の第２の実施形態に基づく変位測定システムの上面図、側面図、正面図および透視図を示す。図３ａ〜ｄの実施形態の多くは図２ａ〜ｄの実施形態と同一であり、その説明を繰り返すことはしない。図３ａ〜ｄの実施形態は、コーナキューブ２３がプリズム３０に置き換えられている点が図２ａ〜ｄの実施形態とは異なる。

[0067] キューブコーナの代わりにプリズムを使用する利点は、プリズムは、例えば図３ｂに示されている断面などの断面を有し、それが取り付けられた物体の全長にわたって延びる細長いコンポーネントとして形成することができる点である。対照的にキューブコーナは細長い形態に作ることができない。したがって、キューブコーナは第２の回折格子と同じ物体に取り付けなければならないのに対して、プリズムは、いずれの物体にも取り付けることができ、第１の物体に取り付けられる場合には、細長いプリズムとして形成される。例えば、リソグラフィ装置の文脈では、基板テーブルの一辺の長さ全体にわたって延びるプリズムを基板テーブルに取り付けることが可能であり、それに対して、キューブコーナは基準フレームに取り付けられる必要があるだろう。前者の配置は、基板テーブルの回転に対して相対的に敏感でない変位測定センサを提供する。

[0068] プリズムを使用した変位測定システムのさらなる利点は、図３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄには示されていないが、第１の回折格子を透過したゼロ次放射を感知するように、変位測定システムをさらに構成することができる点である。ゼロ次放射と第１の回折格子によって回折された１次および負の１次放射のうちのいずれか一方の放射との間の経路長の差は、第１および第２の回折格子の平面に対して実質的に垂直な方向の第１および第２の回折格子の離隔距離によって決まる。したがって、ゼロ次放射と、正の１次および負の１次放射のうちの少なくとも一方の放射の経路長を比較するようにセンサを構成することによって、本発明の一実施形態の変位測定システムは、回折格子の平面に実質的に平行で且つ回折格子の溝に実質的に垂直な方向の変位を測定することに加えて、回折格子の平面に実質的に垂直な方向の回折格子（したがって回折格子が取り付けられたコンポーネント）の離隔距離を測定することが可能である。

[0069] 図４に示されているように、変位測定システムが、格子の平面に実質的に垂直な方向の回折格子の変位を測定するようにする場合には、第２の格子上に追加の偏光子３７を配置し、偏光子３７の向きを、ゼロ次放射３４と、１次および負の１次放射のうちの格子の平面に垂直な変位を検出するために使用されている方の放射３３とが実質的に互いに直角方向に偏光されるように、定めることができる。

[0070] 図５ａに、本発明の一実施形態に基づく変位測定システムの側面図を示す。この実施形態は図３ａ〜ｄの実施形態に類似しており、したがって、これらの２つの実施形態間の違いだけを説明する。示されているとおり、図３ａ〜ｄの実施形態の反射器およびコーナプリズムは、単一のプリズム４０に置き換えられている。プリズム４０の単一の面４１は、図３ａ〜ｄの実施形態の反射器群に代わるものである。同様に、プリズム４０の他の２つの面４２、４３間のコーナは、図３ａ〜ｄの実施形態のコーナプリズムに代わるものである。他の利点として、第１の格子１３を、プリズム４０の第４の面４４に形成することができる。この変位測定システムを、例えばリソグラフィ装置内の基板テーブルの変位を測定するために使用する場合、この実施形態は特に有益である。これは、単一のコンポーネントだけ、すなわちプリズム４０だけを、例えば基板テーブルの縁に取り付ければよいためである。これは、リソグラフィ装置の製造を容易にするだけでなく、リソグラフィ装置内における変位測定システムの空間要件を最小化し、変位測定システムのコンポーネントの変位測定システム内の他のコンポーネントに対する位置の変動によって誤差が導入される可能性を最小化する。

[0071] 図５ｂおよび５ｃに、図５ａに示された変位測定システムに対応する変位測定システムの透視図を示す。

[0072] 示されているように、このシステムは、３つの変位測定システム５１、５２、５３を有する。第１および第３の変位測定システム５１、５３は、回折格子５４、５５の平面に対して実質的に垂直な方向の第１および第２の回折格子５４、５５の相対変位を測定する。第１および第３の変位測定システムは、それらの測定方向に実質的に垂直な方向に互いに離隔されているので、２つの回折格子５４、５５の相対回転を測定することも可能であることを理解されたい。第２の変位測定システム５２は、回折格子５４、５５の平面に実質的に平行で、それらの溝に実質的に垂直な方向の回折格子５４、５５の相対変位を測定するために使用される。

[0073] 図４に関して先に論じた方法に対応する方法で、偏光子５６、５７、５８、５９が提供され、第２の回折格子５５に取り付けられて、それぞれの変位測定システムに対して使用される放射の２つの部分を互いに直角方向に偏光する。示されているように、偏光子５６、５８は、偏光子５７、５９に直角の方向に放射を偏光する。第２の変位測定システム５２のゼロ次放射を吸収するために吸収体６０が提供される。

[0074] 図５ｄに、図５ａ、５ｂおよび５ｃの配置の一変形配置の断面を示す。この場合には、プリズム６５が、放射ソースからの放射が最初に入射するプリズムの面６５ａが放射ビームに対して実質的に垂直になるように配置される。その結果、放射は、空気とプリズムの面６０ａとの境界で屈折しない。

[0075] 図６ａ、６ｂ、６ｃおよび６ｄはそれぞれ、本発明の一実施形態に基づく変位測定システムの上面図、側面図、正面図および透視図を示す。この実施形態では両方の回折格子が反射型である。これは、吸収され易い放射とともに使用するのに特に有利である。これはさらに回折格子の製造を容易にする。追加の利点は、この場合に、変位測定方向が、ソースによって供給されるビーム放射の方向に実質的に平行である点である。

[0076] この場合、第１の放射ビーム７０は、第２の回折格子の第１および第２の部分７２、７３の間から第１の回折格子７１上へ導かれる。第２の回折格子は、完全に別個の２つの回折格子として形成され、または中央にすき間を有する単一の回折格子として形成することができる。第１の回折格子７１ならびに第２の回折格子の第１および第２の部分７２、７３は、第１の回折格子７１によって回折された１次回折放射が第２の回折格子の第１の部分７２に入射し、第１の回折格子７１によって回折された負の１次回折放射が第２の回折格子の第２の部分７３に入射するように構成されている。他の実施形態と同様に、第２の回折格子の第１および第２の部分７２、７３は、放射がそれぞれの部分で回折され、第１の回折格子７１上の共通の点へ反射されて共通のビームを形成し、それにより、第１の回折格子によって回折された１次放射と負の１次放射ができるだけ共通のビーム経路をたどるように構成される。

[0077] 図７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄはそれぞれ、本発明の一実施形態に基づく変位測定システムの上面図、側面図、正面図および透視図を示す。示されているように、放射ソース８０によって第１の放射ビーム８１が供給される。本発明の他の実施形態と同様に、放射ソース８０は、放射ビーム８１を生成するためのコンポーネントを含むことができることを理解されたい。あるいは、この放射ビームは、この変位測定システムの外部（この変位測定システムがリソグラフィ装置の一部として使用される場合には、もしかするとリソグラフィ装置自体の外部）で生成され、その場合、ソース８０は、その放射を必要に応じて誘導しおよび／または調整して、放射ビーム８１を供給する。

[0078] 図７ａから７ｄに示されているように、放射ビーム８１は、反射器８２を経由して第１の回折格子８３へ導くことができる。示されているように、第１の回折格子８３は透過型であり、第１のプリズム８４に接続されている。第１の回折格子８３と第１のプリズム８４との間にすき間があってもよいことを理解されたい。しかし、図７ａから７ｄに示されているように、第１の回折格子８３と第１のプリズム８４の間が離隔されていなくともよい。具体的には、第１の回折格子８３を第１のプリズム８４の表面に形成することができる。

[0079] この放射は、第１の回折格子８３上の第１の点に入射し、回折されて、１次および負の１次回折放射８５、８６を生成する。この１次および負の１次回折放射８５、８６は第１のプリズム８４の中を伝搬し、それぞれ第２の回折格子８７上の第１および第２の点に入射する。第２の回折格子８７も透過型であり、第２のプリズム８８に取り付けられている。第１の回折格子８３と第１のプリズム８４と同様に、第２の回折格子８７と第２のプリズム８８は、それらの間にすき間があるように、またはそれらの間にすき間がないように接続することができる。同様に、第２の回折格子８７を第２のプリズム８８の表面に形成することができる。

[0080] 第１の回折格子８３によって回折され、それぞれ第２の回折格子８７上の第１および第２の点に入射した、１次および負の１次回折放射８５、８６に由来する放射は、第２の回折格子８７によってさらに回折され、第２のプリズム８８の中を伝搬する。第２のプリズム８８は、第２の回折格子８７上の第１および第２の点から伝搬した放射がそれぞれ、第２の回折格子８７上の第３および第４の点に入射するような方法で、第２の回折格子８７上の第１および第２の点から伝搬した放射の伝搬方向と実施的に平行な方向に反射されるような、形状を有する。第２の回折格子８７の第３および第４の点に入射した放射は、続いて第２の回折格子８７によってさらに回折され、第１のプリズム８４の中を伝搬し、第１の回折格子８３上の第２の点に入射する。したがって、第１の回折格子８３によって最初に回折された１次および負の１次回折放射８５、８６に由来する放射はともに、第１の回折格子８３上の共通の点である第２の点に入射する。この放射は、第１の回折格子８３によってさらに回折され、第１の回折格子上の第２の点から共通の方向に、第２の放射ビーム８９として伝搬する。第２の放射ビーム８９はセンサ９０へ反射させることができる。続いて、先に論じた方法で、センサ９０は、第１および第２の回折格子８３、８７の相対移動を決定することができる。

[0081] 図７ａから７ｄには示されていないが、第１および第２の回折格子８３、８７の溝は、図７ｂに示された側面図の平面に対して実質的に垂直な方向に配置されていることを理解されたい。したがって、図５ａ〜ｄの実施形態は、放射ソースによって提供される放射ビームの方向に平行な方向の回折格子の相対変位を測定する変位測定システムを提供する。

[0082] 図７ｂに示されているように、第１のプリズム８４は、第１の回折格子８３が接続された第１のプリズム８４の第１の面８４ａが、１次および負の１次回折放射８５、８６が第２の回折格子８７に入射する前にそこから伝搬する第１のプリズム８４の第２の面８４ｂに平行になるように、配置することができる。第１のプリズム８４は長方形の断面を有すると都合がよい。

[0083] 第２の回折格子上の第３および第４の点にそれぞれ入射した反射された放射が第２の回折格子８７上の第１および第２の点から伝搬した放射と実質的に平行となるように、第２の回折格子８７上の第１および第２の点から伝搬した放射が反射されることを保証するため、第２のプリズム８８はコーナプリズムとすることができる。具体的には、図７ａ〜７ｄに示されているように、第２のプリズム８８を細長いコーナプリズムとし、それによって変位測定システムが、第２の回折格子８７に対する第１の回折格子８３の変位を、第２の回折格子８７（したがって第２のプリズム８８）の長さに沿った任意の点で測定することを可能にすることができる。

[0084] これらの図に示されているように、１次および負の１次回折放射は、ビーム経路の長さのかなりの割合に関して、別々のビーム経路をたどるが、１次および負の１次放射が分離されたビーム経路のかなりの部分に関しては、放射が、周囲の空気中ではなく、第１および第２のプリズム８４、８８の中を通過している。したがって、この実施形態に基づく配置では、経路長全体のうち、１次および負の１次放射が別々の経路をたどり、空気中を通過する部分の経路長が、例えば従来の配置に比べて相当に短いので、この変位測定システムは、乱流、熱変動など、ビームが通過する空気中での変動に対して相対的に敏感でない。

[0085] これまでに説明した実施形態と同様に、第１の回折格子８３を第１の物体に取り付け、第２の回折格子８７を第２の物体に取り付けることができることを理解されたい。したがって、第１の回折格子８３の第２の回折格子８７に対する変位の測定は、第１の物体の第２の物体に対する変位の測定を提供する。第１のプリズム８４を第１の物体に接続し、第２のプリズム８８を第２の物体に接続すると都合がよい。放射ソース８０、センサ９０および使用する場合には反射器８２はそれぞれ、第２の物体に接続することができる。

[0086] 図７ａから７ｄには示されていないが、この実施形態に基づく変位測定システムを、前述の方法に対応した方法で変更して、回折格子８３、８７の平面に対して実質的に垂直な方向の第１の回折格子８３の第２の回折格子８７に対する変位を測定する変位測定センサをさらに配置する。具体的には、示された配置と同様の配置であって、第１の回折格子８３によって回折された１次放射８５と負の１次放射８６を比較する代わりに、またはそれに加えて、１次および負の１次回折放射８５、８６のうちの一方を、第１の回折格子８３から伝搬したゼロ次放射と比較するように変更された配置を提供することができる。このような一配置では、ゼロ次放射の経路長と、１次および負の１次回折放射のうちの一方の経路長を比較することによって、第２の回折格子８７に対する第１の回折格子８３の変位を測定することができる。

[0087] 先に論じた実施形態と同様に、図７ａ〜ｄの実施形態の変位測定システムは、２つのビーム経路に由来する放射を比較することに依拠していることを理解されたい。したがって、先に論じた方法で、偏光子を配置し、これらの２つのビーム経路の放射を互いに実質的に直角の方向に偏光することができる。

[0088] 図７ｅに、図７ａから７ｄに示された変位測定システムの配置の一変形配置を示す。この変形配置では、図７ａから７ｄの配置の長方形の断面を有する第１のプリズム８４および反射器８２が、単一のプリズム１８４に置き換えられており、このプリズム１８４は、放射ソースによって供給された放射ビーム１８１がプリズム１８４の傾斜面１８４ａから反射されるように配置されている。第１の回折格子１８３は反射型であり、プリズム１８４の傾斜面１８４ａに配置されている。したがって、放射ビーム１８１は、回折格子１８３によって回折され、１次放射および負の１次放射１８５、１８６は、プリズム１８４の中を伝搬し、そして例えば第２の回折格子１８７に入射する前に、プリズム１８４の第２の面１８４ｂに配置されたそれぞれの偏光子１８８，１８９によって偏光されることができる。

[0089] 図７ｆに、図７ｅに示された変位測定システムの配置に対応する一変形配置であって、反射型回折格子１８３が、放射ビーム１８１’が最初に入射するプリズム１８４’の面１８４ｂ’に配置された透過型回折格子１８３’に置き換えられた配置を示す。したがって、放射ビーム１８１’は透過型回折格子１８３’によって回折され、１次および負の１次回折放射１８５’、１８６’がプリズム１８４’の中を伝搬し、プリズム１８４’の傾斜面１８４ａ’によって別々に反射され、例えば第２の回折格子１８７’に入射する前に、それぞれの偏光子１８８’，１８９’によって偏光される。

[0090] 図７ｅおよび７ｆに示した変位測定システムの配置は、以上に説明したことを除いて、図７ａから７ｄに示した配置と同じ配置とすることができる。

[0091] 図８ａ、８ｂおよび８ｃは、本発明の一実施形態に基づく変位測定システムの透視図を示す。図８ｄおよび８ｅは、この変位測定システムの一部分をより詳細に示す。この実施形態の変位測定システムは、前述の変位測定システムを組み合わせた例示的な配置を提供する。これまでに論じた変位測定システムの他の組合せも可能であり、このような組合せは本出願の範囲に含まれると考えるべきであることを理解されたい。

[0092] このシステムは、先に論じた図５ｂおよび５ｃに示された第１および第２の変位測定システム５１、５２と同じ方法で機能する第１および第２の変位測定システム９１、９２を含む。したがって、第１および第２の変位測定システム９１、９２は第１の回折格子９３および第２の回折格子９４を使用し、それぞれ、回折格子９３、９４の平面内にあって、第１および第２の回折格子９３、９４の溝に実質的に垂直な第１の方向の第１の回折格子９３と第２の回折格子９４の相対変位、ならびに回折格子９３、９４の平面に実質的に垂直な第２の方向の第１の回折格子９３と第２の回折格子９４の相対変位を測定する。これらの方向はそれぞれ、図８ａにそれぞれ示されたｙおよびｚ方向に対応する。

[0093] このシステムはさらに、先に論じた図７ａ〜ｄの実施形態と同様の第３の変位測定システム９５を含み、第１、第２および第４の回折格子９３、９４、９７に実質的に平行で、第１の測定方向（これはさらに、第３および第４の回折格子９６、９７上の溝に実質的に垂直である）に実質的に垂直な方向の第４の回折格子９７に対する第３の回折格子９６の変位を測定する。これは図８ａに示されたｘ方向に対応する。

[0094] 図８ｄおよび８ｅはそれぞれ、図８ａ、８ｂおよび８ｃに示されたシステムの側面図および正面図を示し、これらの図には、第３の変位測定システム９５のビーム経路だけが示されている。図７ａ〜ｄの実施形態と同様に、放射ビームは、第３の回折格子９６（これは図７ａ〜ｄの実施形態の第１の回折格子に対応する）によって回折され、１次および負の１次回折放射が、第３の回折格子９６が接続されたプリズム９８の中を伝搬する。１次および負の１次回折放射は、第４の回折格子９７（これは図７ａ〜ｄの実施形態の第２の回折格子に対応する）上の第１および第２の点に入射し、第４の回折格子によってさらに回折され、第２のプリズム９９の中を伝搬する。第２のプリズム９９は、第３の回折格子９６によって回折された１次および負の１次回折放射に由来する放射を、それぞれ第４の回折格子９７上の第３および第４の点に入射するように、放射が第４の回折格子９７の第１および第２の点から伝搬した方向に実質的に平行な方向に、反射する。第４の回折格子９７上の第３および第４の点に入射した放射はさらに回折され、第１のプリズム９８の中を伝搬し、第３の回折格子９６上の第２の点に入射する。図７ａ〜ｄの実施形態と同様に、第３の回折格子９６によって回折された１次および負の１次回折放射に由来する放射は、第３の回折格子９６の共通の点、すなわち第２の点に戻る。第３の回折格子９６の第２の点に入射した放射は第３の回折格子９６によってさらに回折され、第３の変位測定システム９５の対応するセンサへ導かれる第２の放射ビームとして、共通の方向に伝搬する。

[0095] 図８ａから８ｅに示されているように、図８ａから８ｅに示されたシステムの第３の変位測定システム９５と、図７ａ〜ｄに示された実施形態の変位測定システムとの違いは、第３の回折格子９６が反射型である点、および第３の回折格子９６の第１の点に入射する第１の放射ビームが第３の回折格子９６に入射するために第１のプリズム９８の中を伝搬するように、第３の回折格子９６が取り付けられている点である。したがって、示されているように、第３の変位測定システム９５の第１のプリズム９８は、第１および第２の変位測定システム９１、９２に対して使用されるプリズムと同じプリズムとすることができる。

[0096] 示されているように、第３の変位測定システム９５は、それぞれ１次回折放射に由来する放射および負の１次回折放射に由来する放射を互いに実質的に直角方向に偏光するために配置された偏光子７８、７９を含むことができる。

[0097] 前述のとおり、第１の回折格子の、第１の回折格子に平行な第２の回折格子に対する、これら２つの回折格子の平面に実質的に平行で且つこれらの回折格子の溝に実質的に垂直な方向の、変位を測定することができる変位測定システムが提供される。さらに、これに代えてまたはこれに加えて、この変位測定システムを、２つの回折格子の平面に実質的に垂直な方向の第１の回折格子の第２の回折格子に対する変位を測定するように構成することもできる。第１の回折格子と同じ平面内に、第１の回折格子に隣接して、第１の回折格子の溝に実質的に垂直な溝を有する第３の回折格子を提供し、第２の回折格子と同じ平面内に、第２の回折格子に隣接して、第２の回折格子の溝に実質的に垂直な溝を有する第４の回折格子を提供することによって、回折格子の平面に実質的に平行で且つ第１の測定方向に実質的に垂直な方向の第２および第４の回折格子（これらはともに第２の物体に接続されている）に対する第１および第３の回折格子（これらはともに第１の物体に接続されている）の変位をさらに測定することができる変位測定システムを提供することが可能である。このようなシステムの使用は、１つ物体の他の物体に対する３次元の位置を測定することを可能にする。例えば、リソグラフィ装置において、このようなシステムを使用して、基板を支持するように構築された基板テーブルの基準フレームに対する３次元位置を測定することが可能である。

[0098] 図９に、基板テーブル１００用の可能な測定システムを示す。このシステムは、前述の４つの変位測定システム１０１、１０２、１０３、１０４を含む。第１の変位測定システム１０１は、基板テーブル１００に接続された回折格子１０１ａ、１０１ｂ、および基準フレーム１０５に接続された回折格子１０１ｃ、１０１ｄを含む。示されているように、回折格子１０１ａおよび１０１ｃは、図９に示されたｙ軸に実質的に平行な溝を有し、したがってこれらの回折格子を使用して、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｘ方向の移動を測定することができる。対照的に、回折格子１０１ｂ、１０１ｄは、ｘ軸に実質的に平行な溝を有し、したがってこれらの回折格子を使用して、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｙ方向の移動を測定することができる。

[0099] 第２、第３および第４の変位測定システム１０２、１０３、１０４は対応する構成を有する。したがって、４つの変位測定システムは全て、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｘ方向とｙ方向の両方の移動を測定する能力を有する。さらに、任意のまたは全ての変位測定システムを、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｚ方向の移動を測定するように構成することができる。例えば、熱膨張、収縮などの基板テーブル１００の変形に関する情報を得ることができるため、この情報冗長性は有益である。

[00100] これに代えて、またはこれに加えて、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の同じ方向の移動を測定する能力を有する複数の変位測定システムの提供を使用して、回転変位を決定することができる。例えば、変位測定システム１０１、１０３によって測定されたｚ方向の測定変位の差を使用して、ｙ軸に実質的に平行な軸のまわりの基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の回転変位を決定することができる。同様に、変位測定システム１０２、１０４によって測定された基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｚ方向の測定変位の差を使用して、ｘ軸に平行な軸のまわりの基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の回転変位を決定することができる。さらに、変位測定システム１０２、１０４による基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｘ方向の変位の測定の比較、および、これとは別個の、変位測定システム１０１、１０３によって測定された基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｙ方向の変位の測定の比較は、ｚ軸に平行な軸のまわりの基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の回転変位の測定を提供する。

[00101] 例えば、ｘ、ｙおよびｚ軸に平行な方向の基準フレーム１０５に対する基板１００の変位が測定される基板上の位置は一般に、実際に変位を知る必要がある基板１００上の点とは異なるため、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の回転の測定は重要である。例えば、基準フレーム１０５に対する変位を知りたい基板テーブル１００上の関心の点１０６は、基板を露光するためにリソグラフィ装置によって投影放射ビームが投影される点に対応する。したがって、関心の点１０６は一般に、リソグラフィ装置の投影システムに対して固定され、投影システムは基準フレーム１０５に対して固定することができることを理解されたい。したがって、関心の点１０６は基準フレーム１０５に対して固定されており、したがって、基板テーブル１００が基準フレーム１０５に対して移動すると、関心の点１０６は基板テーブルに対して移動する。したがって実際上、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の変位を測定する意図は、基板テーブル１００上における関心の点１０６の位置を決定することにある。

[00102] 図９の検討から理解されるとおり、基板テーブル１００の変位を関心の点１０６で直接に測定することは不可能である。その代わりに、先に論じたとおりに、変位測定システムの２つの回折格子が交差する点で変位が測定される。例えば、図９に示された配置では、第１の変位測定システム１０１が、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｙ軸に実質的に平行な方向の変位を、回折格子１０１ｂ、１０１ｄが交差する点１０１ｅで測定する。関心の点１０６における基板テーブル１００上の点のｙ軸に実質的に平行な方向の変位は、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｚ軸のまわりの角度変位に、第１の変位測定システム１０１の測定点１０１ｅと関心の点１０６の間のｘ方向の距離Ｄ１を掛けた積に、第１の変位測定システム１０１によって測定されたｙ軸に実質的に平行な方向の変位を加えたものに等しいことを理解されたい。したがって、関心の点１０６におけるｘ、ｙおよびｚ軸に平行な方向の正確な変位測定のためにはさらに、ｘ、ｙおよびｚ軸のまわりの角度変位を正確に決定することが望ましい。

[00103] 先に論じたとおり、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の角度変位は、２つの直線変位測定を比較することによって決定することができる。決定された角度変位の正確さは、直線変位の測定の正確さおよび測定された直線変位の測定点の離隔距離によって決まることを理解されたい。一般に、直線変位測定の測定方向と角度変位を決定しようとする軸の両方に垂直な方向の離隔距離が大きいほど、決定される角度変位の正確さは高くなる。したがって、先に論じたとおり、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｚ軸のまわりの角度変位を決定するためには、第１および第３の変位測定システム１０１、１０３によるｙ軸に実質的に平行な方向の変位測定、または第２および第４の変位測定システム１０２、１０４によるｘ軸に実質的に平行な方向の変位測定を比較すればよい。どちらの場合も、測定点間の離隔距離は少なくとも基板テーブル１００の幅である。例えば第１および第４の変位測定システム１０１、１０４によるｘまたはｙ方向に平行な方向の直線変位の測定を比較することによって、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｚ軸のまわりの角度変位を決定することも可能であろう。だだしこの場合には、それぞれの直線変位測定の測定点間の離隔距離は基板の幅の約半分であると考えられ、したがって正確さは相対的に低くなろう。

[00104] 角度変位を知ること自体のために、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の角度変位を測定することが望ましいことがあることを理解されたい。例えば、ｚ軸のまわりの角度変位の場合には、正確な重ね合せを保証するためにそれを使用することができる。しかし、先に論じたように、直線変位測定を調整して、直線変位の測定点と関心の点１０６の間の差を補償するために、角度変位の決定が必要となることもある。先に論じたとおり、直線変位測定に対する補正は、関心の点１０６と測定点１０１ｅの間の距離Ｄ１の積に対応する。したがって、角度変位の決定における誤差の補正、したがって誤差の影響を最小化するため、関心の点１０６と測定点１０１ｅの間の距離Ｄ１を最小化することが望ましいことがある。一般に、角度変位の補正を含む直線変位の測定の正確さは、角度変位を決定するために使用される測定点間の離隔距離の大きさを、補正されてない直線変位を決定するために使用される測定点１０１ｅと関心の点との間の離隔距離の大きさに対してできるだけ大きくすることによって、最大化することができる。前者の離隔距離が後者の離隔距離の少なくとも２倍である場合、十分な正確さを提供することができることがわかっている。

[00105] 単一の方向の変位を測定するために使用される前述の変位測定システムのそれぞれの部分は、前述の任意の実施形態に従って構築することができることを理解されたい。また、この実施形態を、リソグラフィ装置内において基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の変位を測定することに関して説明したが、一般に、説明した変位測定システムを使用して、任意のコンポーネントの他のコンポーネントに対する変位を測定することができることを理解されたい。

[00106] 図１０に、例えばリソグラフィ装置内の基板テーブルの位置を測定するために使用することができる変位測定システムを示す。示されているように、このシステムの冗長性は、図９に関して先に論じたシステムよりも低い。具体的には、３つの変位測定システム１１０、１１１、１１２がある。第１の変位測定システム１１０は、基板テーブル１００に接続された第１の格子１１０ａおよび基準フレーム１０５に接続された第２の回折格子１１０ｂを有する。これらの格子はともに、ｙ軸に実質的に平行な向きに配置された溝を有する。したがって、第１の変位測定システム１１０を使用して、ｘ軸に実質的に平行な方向の基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の変位を測定することができる。第２の変位測定システム１１１は、基板テーブル１００に接続された第１の回折格子１１１ａおよび基準フレーム１０５に接続された第２の回折格子１１１ｂを有する。第２の変位測定システムの回折格子はともに、ｘ軸に平行な向きに配置された溝を有する。したがって、第２の変位測定システム１１１を使用して、ｙ軸に平行な方向の基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の変位を測定することができる。したがって、第１および第２の変位測定システムは、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｘ−ｙ平面内の変位を測定するための十分な情報を提供する。

[00107] 第３の変位測定システム１１２は、基板テーブル１００に接続された第１の回折格子１１２ａおよび基準フレーム１０５に接続された第２の回折格子１１２ｂを有する。第１の変位測定システム１１０と同様に、第３の変位測定システム１１２の回折格子１１２ａ、１１２ｂは、回折格子１１２ａ、１１２ｂの溝がｙ軸に実質的に平行となるような向きに配置されている。したがって、第３の変位測定システム１１２は、先に論じたように、第１の変位測定システム１１０とともに使用して、例えば基板テーブルのｘ方向の歪みを測定することができる。しかし、その代わりにまたはそれに加えて、基準フレーム１０５に接続された第１および第３の変位測定システム１１０、１１２の回折格子１１０ｂ、１１２ｂを、図１０に示すように接続することができる。この配置では、回折格子１１０ｂと１１２ｂが互いにずれて基準フレーム１０５に接続されている。具体的には、回折格子１１０ｂは、ｙ軸に沿って回折格子１１２ｂとは異なる位置で基準フレーム１０５に接続されている。その結果、第１の変位測定システム１１０と第３の変位測定システム１１２とによる基準フレームに対する基板テーブル１００のｘ方向の変位の測定値の差によって、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｚ軸のまわりの回転が識別される。

[00108] 図１０に示された配置では、第２の変位測定システム１１１の回折格子１１１ｂが、関心の点１０６と整列している。したがって、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の移動の如何に関わらず、第２の変位測定システム１１１によるｙ方向の変位の測定点１１１ｅは関心の点１０６と常に整列する。したがって、第２の変位測定システム１１１の測定位置１１１ｅと関心の点１０６の間のｘ方向の離隔距離はゼロであり、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｚ軸のまわりの回転は、ｙ軸に平行な方向の直線変位の測定の正確さに影響を及ぼさない。

[00109] 先に論じたとおり、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｚ軸のまわりの角度変位の決定の正確さは、第１および第３の変位測定システム１１０、１１２のｘ方向の直線変位の測定点１１０ｅと１１２ｅと間のｙ方向の離隔距離Ｄ２によって決定される。したがって、基準フレーム１０５に取り付けられた回折格子１１０ｂ、１１２ｂの位置を調整して離隔距離Ｄ２を増大させることによって、ｚ軸のまわりの角度変位の決定の正確さを増大させることができる。

[00110] 基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の角度変位の決定を、直線変位測定を補正するために使用して、関心の点１０６と測定点の間の位置の差を補償することを先に論じたが、状況によってはこれが必要ない。例えば、図１０に示された配置では、第１および第２の変位測定システム１１０、１１２のそれぞれの測定点１１０ｅ、１１２ｅが、関心の点１０６の両側に、関心の点１０６からｙ方向に沿って等距離にあるように、基準フレーム１０５に接続された第１および第３の変位測定システム１１０、１１２の回折格子１１０ｂ、１１２ｂが配置されている。したがって、ｚ軸のまわりの基板テーブル１００の角度変位の如何によらず、第１および第３の変位測定システム１１０、１１２によって測定されたｘ方向の直線変位の平均が、関心の点１０６のｘ方向の直線変位である。同様の配置を使用して、ｙおよびｚ方向の測定値に対して角度変位による誤差を生じにくい正確な直線変位測定を提供することができる。

[00111] 先に論じたとおり、変位測定システムの２つの回折格子のこれらの回折格子の平面に実質的に垂直な方向の相対変位を測定するように、変位測定システムを構成することができる。したがって、変位測定システム１１０、１１１、１１２を、これらのうちの１つまたは複数の変位測定システムが、そのそれぞれの回折格子のｚ軸に平行な方向の相対移動を測定することができるように構成することが望ましいことがある。このようなシステムでは、ｘ−ｙ平面内の変位に加えて、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｚ軸に平行な方向の変位を測定することが可能である。さらに、変位測定システム１１０、１１１、１１２のうちの２つの変位測定システムによって決定されたｚ方向の変位を比較することによって、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｘ軸およびｙ軸のまわりの回転を決定することができる。したがって、自由度６で変位を測定することができる測定システムを提供することが可能である。

[00112] 図１１に本発明の他の実施形態を示す。図１０に示した配置と同様に、この配置は、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｙ方向および任意選択でｚ方向の変位を測定する第１および第２の変位測定システム１２１、１２２、ならびに基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｘ方向の変位を測定する第３の変位測定システム１２０を含む。しかし、示されているように、図１１に示された配置と図１０に示された配置の違いは、基準フレーム１０５に接続された回折格子１２１ａ、１２２ａが、ｘ軸に実質的に平行な方向、すなわち回折格子の溝に実質的に平行な方向に細長くなるように、第１および第２の変位測定システム１２１、１２２が配置されていることである。同様に、基準フレーム１０５に接続された第１の変位測定システム１２０の回折格子１２０ａは、ｘ軸に実質的に平行な方向、このケースではその溝に実質的に垂直な方向に細長く、この方向に延びている。したがって、基準フレーム１０５からｙ軸に平行な方向に延びる変位測定システムのコンポーネントを有する必要はない。このような配置は、例えばリソグラフィ装置の他のコンポーネントとの争いを避けるために有益である。

[00113] 図１０に示された配置に優るこのような配置の他の利点は、ｚ軸に平行な軸のまわりの基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の回転変位の測定の正確さが向上することである。なぜならばこれは、この構成では、第１および第２の変位測定システム１２１、１２２の基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｙ方向の変位の測定点１２１ｅ、１２２ｅのｘ軸に実質的に平行な方向の離隔距離Ｄ３が、図１０に示された第１および第３の変位測定システム１１０、１１２の基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｘ方向の変位の測定点のｙ方向の離隔距離よりもかなり大きいためである。

[00114] 図１０に関して論じたｙ方向の変位を測定するための第２の変位測定システム１１１の配置に対応する方法で、図１１の配置では、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｚ軸のまわりの角度変位によってｘ方向の直線変位の測定が影響を受けないように、基準フレーム１０５に取り付けられた第３の変位測定システム１２０の回折格子１２０ｂが関心の点１０６と整列する。

[00115] 第１および第２の変位測定システム１２１、１２２による基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の第１の方向（この場合ｙ方向）の変位の測定が、測定方向に実質的に垂直な方向（この場合ｘ方向）に沿った方向に離隔された測定位置で実施される、図１１に示された配置などの配置の他の利点は、測定方向の変位の測定値の平均をとることによって、測定方向および測定位置が離隔された方向に実質的に垂直な軸（この場合ｚ軸）のまわりの回転変位によって導入される誤差が排除されることである。前述のとおり、２つの変位測定システムの測定点の離隔距離が大きいほど、正確さも大きくなる。この特徴は、本発明の他の実施形態によっても達成することができることを理解されたい。

[00116] 同様に、変位測定システムの全てのコンポーネントが基板テーブル１００からｙ軸に平行な方向に延び、ｘ軸に平行な方向には延びないように、このシステムを配置することができることを理解されたい。

[00117] 第７の実施形態の場合と同様に、第８の実施形態を、自由度６で変位を測定することができる測定システムを提供するように構成することができることは明白である。

[00118] 図１２に、本発明の第２の態様に関係した第９の実施形態に基づく他の代替配置を示す。

[00119] この配置は、第１および第２の変位測定システム１３０、１３１を含む。第１の変位測定システム１３０は、基板テーブル１００に接続された第１および第２の回折格子１３０ａ、１３０ｂを有する。第１の回折格子１３０ａは、その溝がｙ軸に実質的に平行になるように配置されている。第２の回折格子１３０ｂは、その溝がｘ軸に実質的に平行になるように配置されている。第１の変位測定システム１３０はさらに、基準フレーム１０５に接続された第３および第４の回折格子１３０ｃ、１３０ｄを含む。第３の回折格子１３０ｃは、その溝がｙ軸に実質的に平行になるように配置されており、したがって、第１の回折格子１３０ａとともに使用して、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｘ方向の変位を測定することができる。第４の回折格子１３０ｄは、その溝がｘ軸に実質的に平行になるように配置されており、したがって、第２の回折格子１３０ｂとともに使用して、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｙ軸に平行な方向の変位を測定することができる。

[00120] 第２の変位測定システム１３１は、基準フレーム１０５に接続された回折格子１３１ａを含み、回折格子１３１ａは、その溝がｙ軸に平行になるように配置されている。第２の変位測定システム１３１の回折格子１３１ａは、基板テーブル１００に関して、第１の変位測定システム１３０と同じ側に配置されている。したがって、第２の変位測定システム１３１の回折格子１３１ａは、第１の変位測定システムの第１の回折格子１３０ａとともに使用して、ｘ方向に実質的に平行な方向の基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００の変位の追加の測定を提供することができる。したがって、基板テーブルの一辺に変位測定システム全体が配置されており、したがって、基板テーブルの残りの３辺が、リソグラフィ装置の他のコンポーネントのために空けられているが、それでも、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｘ方向およびｙ方向の変位を測定することが依然として可能である。

[00121] さらに、第１および第２の変位測定システム１３０、１３１によるｘ方向の２つの変位測定を比較することによって、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｚ軸のまわりの回転を決定することができる。先に論じたとおり、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｚ軸のまわりの角度変位の決定の正確さは、第１および第２の変位測定システム１３０、１３１の測定点１３０ｅ、１３１ｅ間のｙ方向の離隔距離Ｄ４によって制限される。

[00122] 前述のとおり、第１および第２の変位測定システムはともに、それらのそれぞれの格子のｚ方向の変位をさらに測定するように構成することができる。したがって、基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｚ方向の変位、ならびにｘおよびｙ軸のまわりの回転変位を測定することが可能である。例えばｘ軸のまわりの角度変位は、例えば測定点１３０ｅ、１３１ｅにおけるｚ方向の測定直線変位を比較することによって決定することができ、この場合、決定される角度変位の正確さはやはり、測定点１３０ｅ、１３１ｅ間のｙ方向の離隔距離Ｄ４によって決まる。基準フレーム１０５に対する基板テーブル１００のｙ軸のまわりの角度変位は、ｙ方向の変位を決定するためにも使用される回折格子１３０ｂ、１３０ｄを使用して第１の変位測定システムにより測定点１３０ｆで測定されたｚ方向の測定直線変位を、測定点１３０ｅ、１３１ｅで測定されたｚ方向のどちらかの測定直線変位と比較することによって決定することができる。しかし、この場合、決定される角度変位の正確さは、第１の測定点１３０ｆと他のどちらかの測定点１３０ｅ、１３１ｅとの間のｘ方向の離隔距離Ｄ５によって制限される。したがって、離隔距離Ｄ５は離隔距離Ｄ４よりもかなり小さいため、ｙ軸のまわりの角度変位の決定の正確さは、ｘ軸のまわりの角度変位の決定の正確さよりもかなり劣る可能性がある。

[00123] 本明細書ではＩＣ製造でのリソグラフィ装置の使用を特に参照するが、本明細書に記載のリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁区メモリの誘導および検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造など、この他の応用も有することを理解されたい。このような代替応用の文脈において、本明細書で使用される用語「ウェーハ」または「ダイ」はそれぞれ、より一般的な用語「基板」または「ターゲット部分」と同義であると考えることができることを当業者は理解されたい。本明細書で参照する基板は、例えばトラック（一般にレジストの層を基板に塗布し、露光後にレジストを現像するツール）、メトロロジーツールおよび／またはインスペクションツールで、露光の前または後に処理することができる。適用可能な場合、本明細書の開示を、このような基板処理ツールおよび他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、例えばマルチレイヤＩＣを製造するために基板を２回以上処理することができ、そのため、本明細書で使用される用語「基板」は、処理済みの複数の層をすでに含む基板を指すことがある。

[00124] 以上では、光リソグラフィの文脈における本発明の実施形態の使用を特に参照したが、本発明は、他の応用、例えばインプリントリソグラフィにおいても使用することができ、文脈が許す限り、光リソグラフィに限定されないことを理解されたい。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィが、基板上に生み出されるパターンを画定する。パターニングデバイスのトポグラフィを、基板に供給されたレジスト層にプレスすることができ、その後、このレジストは、電磁放射、熱、圧力またはこれらの組合せを与えることによって硬化される。レジストが硬化した後で、パターニングデバイスがレジストから移動され、そこにパターンを残す。

[00125] 本明細書で使用する用語「放射」および「ビーム」は、紫外（ＵＶ）放射（例えば波長３６５、３５５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍまたはその辺りの放射）、極端紫外（ＥＵＶ）放射（例えば５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する放射）、およびイオンビーム、電子ビームなどの粒子線を含む、全てのタイプの電磁放射を包含する。

[00126] 用語「レンズ」は、文脈が許す場合、屈折、反射、磁気、電磁気および静電気光学コンポーネントを含むさまざまなタイプの光学コンポーネントのうちの１つまたはこれらの組合せを指すことがある。

[00127] 以上に本発明の特定の実施例を説明したが、以上に説明した以外の方法でも本発明を実施できることを理解されたい。例えば、本発明は、以上に開示した方法を記述した１つまたは複数の機械読取可能命令シーケンスを含むコンピュータプログラム、あるいはこのようなコンピュータプログラムが記憶されたデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気または光ディスク）の形態をとることができる。

[00128] 以上の説明は例示を意図したものであって、限定を意図したものではない。したがって、前記請求項の範囲から逸脱することなく記載の発明に変更を加えることができることを当業者は理解されたい。

[0012]本発明の一実施形態に基づくリソグラフィ装置を示す図である。 [0013]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0013]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0013]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0013]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0014]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0014]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0014]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0014]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0015]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムの一部分の詳細を示す図である。 [0016]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0016]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0016]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0016]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0017]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0017]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0017]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0017]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0018]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0018]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0018]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0018]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0018]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0018]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0019]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0019]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0019]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0019]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0019]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムを示す図である。 [0020]リソグラフィ装置とともに使用することができる、本発明の一実施形態に基づく変位測定システムの配置を示す図である。 [0021]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムの配置を示す図である。 [0022]本発明の代替実施形態に基づく変位測定システムの配置を示す図である。 [0023]本発明の他の実施形態に基づく変位測定システムの配置を示す図である。 [0024]本発明の一実施形態に基づく比較的単純な変位測定システムを示す図である。 [0025]本発明の一実施形態に基づく変位測定システムおよびその中で使用されるセンサユニットの概略配置を示す図である。

Claims (47)

1. 変位測定システムであって、
   （ａ）第１および第２の回折格子を含み、前記変位測定システムは、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子の間の変位を測定するように構成されており、前記測定システムは、
   （ｉ）前記測定システムに入力された第１の放射ビームが、前記第１の回折格子によって、１次および負の１次回折放射ビームに分割され、
   （ii）前記１次および負の１次回折放射ビームが、前記第２の回折格子によってさらに回折され、続いて再結合されて、第２の放射ビームを形成する
   ように構成されており、
   （ｂ）前記１次回折放射ビームに由来する前記第２のビームの第１の成分と前記負の１次回折放射ビームに由来する前記第２のビームの第２の成分との間の位相差の決定から、前記第１の格子と前記第２の格子の相対変位を決定するように構成されたセンサを含み、
   （ｃ）前記第２の放射ビームの前記第１および第２の成分を直線偏光し、それらの向きを互いに実質的に直角の方向に向けるように構成された少なくとも１つの直線偏光子を含む
   変位測定システム。
2. 前記１次回折放射ビームを直線偏光するように構成された第１の直線偏光子と、前記負の１次回折放射ビームを直線偏光するように構成された第２の直線偏光子とを含む、請求項１に記載の変位測定システム。
3. 前記少なくとも１つの直線偏光子が、前記第１の回折格子から伝搬した前記１次および負の１次回折放射ビームのうちの少なくとも一方の放射ビームが、前記第２の回折格子に入射する前に前記少なくとも１つの直線偏光子を通過するように配置された、請求項１に記載の変位測定システム。
4. 前記１次および負の１次回折放射ビームが再結合されて、前記第１の回折格子によって前記第２の放射ビームを形成する、請求項１に記載の変位測定システム。
5. 前記センサが、前記第２の放射ビームを少なくとも２つの放射サブビームに分割する放射ビームスプリッタを含み、前記少なくとも２つの放射サブビームがそれぞれ、前記第２の放射ビームの前記第１および第２のそれぞれの成分の部分を含み、
   前記少なくとも２つの放射サブビームの第１の放射サブビームが、前記放射ビームの前記第１および第２の成分の前記それぞれの部分の直線偏光の向きに対して約４５度の偏光軸を有するように構成された偏光子を通して、第１の放射強度ディテクタに渡され、
   前記少なくとも２つの放射サブビームの第２の放射サブビームが、波長板と、前記放射ビームの前記第１および第２の成分の前記それぞれの部分の直線偏光の向きに対して約４５度の偏光軸を有するように構成された偏光子とを通して、第２の放射強度ディテクタに渡される、
   請求項１に記載の変位測定システム。
6. 速い軸および遅い軸が前記放射ビームの前記第１および第２の成分の前記それぞれの部分の直線偏光の向きに実質的に平行となるように、前記波長板が構成されている、請求項５に記載の変位測定システム。
7. 前記放射ビームスプリッタが前記第２の放射ビームを３つの放射サブビームに分割し、
   第３の放射サブビームが、第２の波長板と、前記放射ビームの前記第１および第２の成分の前記それぞれの部分の直線偏光の向きに対して約４５度の偏光軸を有するように構成された偏光子を通して、第３の放射強度ディテクタに渡される、
   請求項５に記載の変位測定システム。
8. 前記第１および第２の波長板がそれぞれ、前記放射ビームの前記第１および第２の成分の前記それぞれの部分間の異なる位相シフトを前記第２および第３の放射サブビームに導入するような異なる厚さを、前記第１および第２の波長板が有する、請求項７に記載の変位測定システム。
9. 前記第２および第３の放射サブビームがそれぞれ、前記放射ビームの前記第１および第２の成分の前記それぞれの部分間に導入された、前記第１の放射サブビームに対する約１２０°および約２４０°の位相シフトを有する、請求項８に記載の変位測定システム。
10. 前記放射サブビームが共通の偏光子に通される、請求項５に記載の変位測定システム。
11. 第１コンポーネントおよび第２のコンポーネントの間の変位を測定するように構成された変位測定システムであって、
    第１および第２の細長い回折格子を含み、前記第１のコンポーネントは、その細長い方向が第１の方向に実質的に平行となるように向きが定められた前記第１の細長い回折格子であり、またはこのような前記第１の細長い回折格子に取り付けられており、前記第２のコンポーネントは、その細長い方向が前記第１の方向とは平行でない第２の方向に実質的に平行となるように向きが定められた前記第２の細長い回折格子であり、またはこのような前記第２の細長い回折格子に取り付けられており、
    前記第１および第２の細長い回折格子による少なくとも１つの放射ビームの回折によって生成された放射パターンを検出するように構成されたセンサを含み、
    前記放射パターンは、前記第１の方向と前記第２の方向の両方に実質的に垂直な第３の方向の前記第２の細長い回折格子に対する前記第１の細長い回折格子の変位を表す
    変位測定システム。
12. 前記放射パターンがさらに、前記第２の細長い回折格子に対する前記第１の細長い回折格子の前記第１の方向の変位を表す、請求項１１に記載の変位測定システム。
13. 前記第１および第２の回折格子の溝が前記第１の方向に実質的に垂直である、請求項１２に記載の変位測定システム。
14. 前記第１のコンポーネントに取り付けられ、その細長い方向が前記第１の方向に実質的に平行になるように向きが定められた第３の細長い回折格子と、
    前記第２および第３の細長い回折格子による少なくとも１つの放射ビームの回折によって生成された第２の放射パターンを検出するように構成された第２のセンサと
    をさらに含み、
    前記第２の放射パターンが、前記第１および第３の方向のうちの少なくとも一方の方向の前記第３の細長い回折格子に対する前記第１の細長い回折格子の変位を表す、
    請求項１２に記載の変位測定システム。
15. 前記第２の放射パターンが、前記第３の細長い回折格子に対する前記第１の細長い回折格子の前記第１の方向の変位を表し、
    前記変位測定システムが、前記第３の方向に実質的に平行な軸のまわりの前記第２のコンポーネントに対する前記第１のコンポーネントの回転変位を、前記第１および第２の放射パターンによって指示された前記第１の方向の変位の差から決定する、
    請求項１４に記載の変位測定システム。
16. 前記第２の放射パターンが、前記第３の細長い回折格子に対する前記第１の細長い回折格子の前記第３の方向の変位を表し、
    前記変位測定システムが、前記第１の方向に実質的に平行な軸のまわりの前記第２のコンポーネントに対する前記第１のコンポーネントの回転変位を、前記第１および第２の放射パターンによって指示された前記第３の方向の変位の差から決定する、
    請求項１４に記載の変位測定システム。
17. 前記第１のコンポーネントに取り付けられ、その細長い方向が前記第１の方向に実質的に平行になるように向きが定められた第４の細長い回折格子と、
    前記第２のコンポーネントに取り付けられ、その細長い方向が前記第２の方向に実質的に平行になるように向きが定められた第５の細長い回折格子と、
    前記第４および第５の細長い回折格子による少なくとも１つの放射ビームの回折によって生成された第３の放射パターンを検出するように構成された第３のセンサと
    をさらに含み、
    前記第３の放射パターンが、前記第１、第２および第３の方向のうちの少なくとも１つの方向の前記第５の細長い回折格子に対する前記第４の細長い回折格子の変位を表す、
    請求項１１に記載の変位測定システム。
18. 前記第３のパターンが、前記第５の細長い回折格子に対する前記第４の細長い回折格子の前記第３の方向の変位を表し、
    前記変位測定システムが、前記第２のコンポーネントに対する前記第１のコンポーネントの回転変位を、前記第１および第３の放射パターンによって指示された前記第３の方向の変位の差から決定する、
    請求項１７に記載の変位測定システム。
19. 前記第４および第５の回折格子の溝が前記第１の方向に実質的に垂直であり、
    前記第３の放射パターンが、前記第５の細長い回折格子に対する前記第４の細長い回折格子の前記第１の方向の変位を表す、
    請求項１７に記載の変位測定システム。
20. 前記第１の放射パターンが、前記第２の細長い回折格子に対する前記第１の細長い回折格子の前記第１の方向の変位を表し、
    前記変位測定システムが、前記第２のコンポーネントに対する前記第１のコンポーネントの前記第１の方向の変位を、前記第１および第３のパターンによって指示された前記第１の方向の変位の平均から決定する、
    請求項１９に記載の変位測定システム。
21. 前記第４および第５の細長い回折格子の溝が前記第２の方向に実質的に垂直であり、
    前記第３の放射パターンが、前記第５の細長い回折格子に対する前記第４の細長い回折格子の前記第２の方向の変位を表す、
    請求項１７に記載の変位測定システム。
22. 前記第１のコンポーネントに取り付けられ、その細長い方向が前記第２の方向に実質的に平行になるように向きが定められた第６の細長い回折格子と、
    前記第２のコンポーネントに取り付けられ、その細長い方向が前記第１の方向に実質的に平行になるように向きが定められた第７の細長い回折格子と、
    前記第６および第７の細長い回折格子による少なくとも１つの放射ビームの回折によって生成された第４の放射パターンを検出するように構成された第４のセンサと
    をさらに含み、
    前記第４の放射パターンが、前記第１、第２および第３の方向のうちの少なくとも１つの方向の前記第７の細長い回折格子に対する前記第６の細長い格子の変位を表す、
    請求項１１に記載の変位測定システム。
23. 前記第４のパターンが、前記第７の細長い回折格子に対する前記第６の細長い回折格子の前記第３の方向の変位を表し、
    前記変位測定システムが、前記第２のコンポーネントに対する前記第１のコンポーネントの回転変位を、前記第１および第４の放射パターンによって指示された前記第３の方向の変位の差から決定する、
    請求項２２に記載の変位測定システム。
24. 前記第６および第７の回折格子の溝が前記第１の方向に実質的に垂直であり、
    前記第４の放射パターンが、前記第７の細長い回折格子に対する前記第６の細長い回折格子の前記第１の方向の変位を表す、
    請求項２２に記載の変位測定システム。
25. 前記第６および第７の細長い回折格子の溝が前記第２の方向に実質的に垂直であり、
    前記第４の放射パターンが、前記第７の細長い回折格子に対する前記第６の細長い回折格子の前記第２の方向の変位を表す、
    請求項２２に記載の変位測定システム。
26. 前記第１の方向が前記第２の方向に実質的に垂直である、請求項１１に記載の変位測定システム。
27. 前記第２のコンポーネントに対する前記第１のコンポーネントの変位を自由度６で測定するように構成された、請求項１１に記載の変位測定システム。
28. パターニングデバイスから基板上へパターンを転写するように配置されたリソグラフィ装置であって、リソグラフィ装置の第２のコンポーネントに対するリソグラフィ装置の第１のコンポーネントの変位を測定するように構成された、請求項１１に記載の変位測定システムを含むリソグラフィ装置。
29. 第１の物体の第２の物体に対する移動を測定する変位測定システムであって、
    （ａ）前記第１の物体に取り付けられた第１の平面回折格子と、
    （ｂ）前記第２の物体に取り付けられた、前記第１の回折格子に実質的に平行な第２の平面回折格子と、
    （ｃ）第１の放射ビームを提供するソースと
    を含み、
    前記第１の放射ビームは、前記第１の回折格子上の第１の点に入射し、このビームは、１次および負の１次回折放射が前記第２の回折格子に入射するように回折され、
    前記第２の回折格子は、
    前記第１の回折格子からの前記１次放射の少なくとも一部分が、前記第２の回折格子によってさらに回折され、前記第１の回折格子上の第２の点に入射し、
    前記第１の回折格子からの前記負の１次放射の少なくとも一部分が、前記第２の回折格子によってさらに回折され、前記第１の回折格子上の前記第２の点に入射する
    ように構成されており、
    前記第１の回折格子からの前記１次回折放射に由来する放射、および前記第１の回折格子からの前記負の１次回折放射に由来する放射はともに、前記第１の回折格子によってさらに回折され、前記第１の格子上の前記第２の点から、共通の方向に、第２の放射ビームとして伝搬し、
    さらに
    （ｄ）前記第１の回折格子上の前記第２の点から出射した、前記回折格子の平面に平行で且つ前記回折格子の溝に垂直な方向の前記２つの回折格子の相対移動を表す放射パターンを検出するセンサ
    を含む、変位測定システム。
30. 前記第２の回折格子のピッチが前記第１の回折格子のピッチの約半分である、請求項２９に記載の変位測定システム。
31. 前記第２の回折格子が反射型である、請求項２９に記載の変位測定システム。
32. 前記第１の回折格子からの前記１次および前記負の１次回折放射のうちの一方の放射を偏光する第１の偏光子をさらに含む、請求項２９に記載の変位測定システム。
33. 前記偏光子が前記第２の回折格子に取り付けられた、請求項３２に記載の変位測定システム。
34. 前記第１の回折格子からの前記１次および前記負の１次回折放射のうち、前記第１の偏光子によって偏光されない方の放射を偏光する第２の偏光子をさらに含み、
    前記第１の偏光子が、第１の向きに放射を偏光するように構成されており、前記第２の偏光子が、前記第１の向きに実質的に直角な第２の向きに放射を偏光するように構成された、
    請求項３２に記載の変位測定システム。
35. 前記第２の放射ビームが再び前記第１の回折格子に入射し、前記第１の放射ビームと同じ方法で、前記第１の回折格子、前記第２の回折格子、次いで前記第１の回折格子によって回折されるように前記第２の放射ビームをリダイレクトして、第３の放射ビームを生成するように構成された１つまたは複数の光学コンポーネントをさらに含み、
    前記第３の放射ビームが前記センサに入射する、
    請求項２９に記載の変位測定システム。
36. 前記第２の放射ビームをリダイレクトするように構成された前記１つまたは複数の光学コンポーネントが、コーナキューブ、プリズムおよび平面反射器のうちの少なくとも１つを含む、請求項３５に記載の変位測定システム。
37. 前記第１および第２の回折格子が反射型であり、前記第２の回折格子が、前記第１の放射ビームがその間を通過するように２つの部分に分割されており、前記第１の回折格子からの前記１次回折放射が、前記第２の回折格子の前記第１の部分によって反射され、前記第１の回折格子からの前記負の１次回折放射が、前記第２の回折格子の前記第２の部分によって反射される、請求項２９に記載の変位測定システム。
38. 前記第１のビームが前記第１の回折格子に入射したときに生成されるゼロ次放射に由来する放射を検出し、前記検出された放射に基づいて、前記回折格子の平面に実質的に垂直な方向の前記格子の相対移動を、前記ゼロ次放射に由来する放射と前記１次および負の１次のうちの少なくとも一方に由来する放射のビーム経路長を比較することによって決定するように、前記センサが適合された、請求項２９に記載の変位測定システム。
39. 前記第１および第２の平面回折格子、前記ソース、ならびに前記センサが一体として、前記回折格子の平面に実質的に平行で且つ前記回折格子の溝に実質的に垂直な第１の方向の前記第１の回折格子と前記第２の回折格子の相対移動を測定する第１の変位測定センサを形成し、
    前記変位測定システムがさらに、第３および第４の平面回折格子を有する第２の変位測定センサを含み、前記第３および第４の平面回折格子が、それぞれ前記第１および第２の物体に、前記第１および第２の回折格子の平面に実質的に平行に、前記第１および第２の回折格子の溝が前記第３および第４の回折格子の溝に実質的に垂直になるように取り付けられており、前記第２の変位測定センサが、前記回折格子の平面に実質的に平行で且つ前記第１の方向に実施的に垂直な第２の方向の前記第３の回折格子と前記第４の回折格子の相対移動を測定する、
    請求項２９に記載の変位測定システム。
40. 前記第１および第２の変位測定センサが共通の放射ソースを共用する、請求項２９に記載の変位測定システム。
41. パターニングデバイスから基板上へパターンを転写するように配置されたリソグラフィ装置であって、リソグラフィ装置の第２のコンポーネントに対するリソグラフィ装置の第１のコンポーネントの移動を測定するように構成された請求項２９に記載の変位測定システムを含むリソグラフィ装置。
42. 第１の物体の第２の物体に対する移動を測定する変位測定システムであって、
    （ａ）第１のプリズムに接続され、前記第１の物体に取り付けられた第１の平面回折格子と、
    （ａ）第２のプリズムに接続され、前記第２の物体に取り付けられた第２の平面回折格子と、
    （ｃ）第１の放射ビームを提供するソースと
    を含み、
    前記第１の放射ビームは、前記第１の回折格子上の第１の点に入射し、このビームは、１次および負の１次回折放射が前記第１のプリズムを透過するように回折され、
    前記第２の回折格子は、前記第１の格子によって回折された前記１次および負の１次回折放射が、（ｉ）前記第２の回折格子上の第１および第２の点に入射し、（ii）前記第２の回折格子によって回折され、（iii）前記第２のプリズム内へ伝搬するように、配置されており、
    前記第２のプリズムは、前記第２の回折格子上の前記第１および第２の点から伝搬した放射が反射され、この放射が、それぞれ前記第２の回折格子上の第３および第４の点に、前記第２の回折格子上の前記第１および第２の点から伝搬した前記放射に実質的に平行な角度で入射するように、構成されており、
    前記第２の回折格子上の前記第３および第４の点に入射した前記放射は、前記第２の回折格子によってさらに回折され、前記第１のプリズムを通過し、前記第１の回折格子上の第２の点に入射し、この放射はさらに、前記第１の回折格子によって最初に回折された前記１次および前記負の１次放射に由来する放射が、前記第１の回折格子上の前記第２の点から、共通の方向に、第２の放射ビームとして伝搬するように、回折され、
    さらに、
    （ｄ）前記第１の回折格子上の前記第２の点から出射した、前記回折格子の平面に平行で且つ前記回折格子の溝に垂直な方向の前記２つの回折格子の相対移動を表す放射パターンを検出するセンサ
    を含む、変位測定システム。
43. 前記第２のプリズムがコーナプリズムである、請求項４２に記載の変位測定システム。
44. 前記第１のプリズムが長方形の断面を有し、前記第１の回折格子の平面が前記第１のプリズムの１つの面に実質的に平行である、請求項４２に記載の変位測定システム。
45. 前記第１および第２の回折格子の少なくとも一方がそれぞれ、前記第１および第２のプリズムの面に形成された、請求項４２に記載の変位測定システム。
46. 前記第２の回折格子上の前記第１の点と前記第３の点を結ぶ線、および前記第２の回折格子上の前記第２の点と前記第４の点を結ぶ線が、前記第１および第２の回折格子の溝に実質的に平行になるように、前記第２のプリズムが構成された、請求項４２に記載の変位測定システム。
47. パターニングデバイスから基板上へパターンを転写するように配置されたリソグラフィ装置であって、リソグラフィ装置の第２のコンポーネントに対するリソグラフィ装置の第１のコンポーネントの変位を測定するように構成された請求項４２に記載の変位測定システムを含む、リソグラフィ装置。