JP2016539356A - 偏光非依存干渉計 - Google Patents

Abstract

【解決手段】装置、システムおよび方法は、偏光非依存干渉計を用いて基板上のフィーチャのアライメントを検出するために用いられる。装置、システムおよび方法は、基板上のマークから回折または散乱された光を受ける光学素子を含む。光学素子は、回折光を一以上の検出器により検出される多重のサブビーム光に分割してもよい。回折光は、光学的または検出後の処理の間に混合されてもよい。システムは、任意の偏光角または状態を有する回折光の受光結果に基づいてアライメントおよび／またはオーバレイを決定してもよい。【選択図】図４

Description

［関連出願へのクロスリファレンス］
本出願は、２０１３年１０月９日に出願された米国仮出願第６１／８８８，８０３号の利益を主張し、その全体が参照により本書に援用される。

本開示は、リソグラフィ工程などに用いられるアライメントセンサおよびアライメント方法に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、たいていは基板の目標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）の製造に用いられる。その場合、マスクまたはレチクルとも称されるパターニングデバイスがＩＣの個々の層に形成される回路パターンを生成するために使用されうる。このパターンは、基板（例えばシリコンウェーハ）上の（例えばダイの一部、一つのダイ、またはいくつかのダイを備える）目標部分に転写されることができる。パターンは典型的に基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層への結像により転写される。一般に、一枚の基板にはネットワーク状に隣接する目標部分が含まれ、これらは連続してパターン付与される。従来のリソグラフィ装置は、いわゆるステッパおよびスキャナを含む。ステッパでは、パターン全体を目標部分に一回で露光することで各目標部分が照射される。スキャナでは、放射ビームに対してパターンを所与の方向（「スキャン」方向）にスキャンするとともに、この方向に平行または反平行に基板を同期させてスキャンすることにより各目標部分が照射される。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へパターンを転写することが可能である。

典型的に、基板上に形成されるフィーチャを正確に位置決めするため、基板上にはアライメントマークが設けられる。アライメントセンサは、マーク、例えばアライメントマークの位置またはアライメントマークの形状を測定する。この測定は、プロセスばらつき（例えば、層の厚さのばらつき、層の誘電率のばらつき、焦点のばらつき、ドーズのばらつきなど）に関する情報も生成しうる。リソグラフィ装置は、フィーチャを正確に位置決めするための測定を用いる。センサに応じて、Ｘ，Ｙの測定が同時または別個になされる。一例では、自己参照干渉計をアライメントセンサに用いることができる。

別のアライメント技術は、アライメントマークを照明することと、高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次または−１次の回折次数）からの干渉パターンをゼロ次を遮断した状態で得ることとを備える。しかし、１次の回折効率はアライメントマークのコントラストが低下するにつれて減少する。つまり、１次の信号はだんだんと弱くなる。また、回折放射から等しい強度の二つの像を生成するために、高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次または−１次の回折次数）の偏光は４５度の向きに偏光されなければならない。

任意の偏光角および／または偏光状態を有する回折放射を測定する、つまり偏光に依存しないアライメントセンサを提供することが望ましい。

一つの実施の形態において、リソグラフィ装置は、放射ビームを調整するように構成される照明システムと、マークを有する基板を保持するように構成される基板テーブルと、基板に放射ビームを投影するように構成される投影システムとを含む。リソグラフィ装置は、基板からの任意の偏光を有する回折または散乱放射ビームを光学システムを通過する光路に沿って受けて第１および第２ビームを出力するように構成される光学システムも含む。光学システムは、光路に沿って配置される干渉計サブシステムを備える。干渉計サブシステムは、回折または散乱放射ビームを分割して第１および第２ビームを形成するように構成されるビームスプリッタを備える。光学システムは、第１および第２ビームに基づくマークの位置に関する情報を含む第１および第２アライメント信号のそれぞれを検出するように構成される検出器サブシステムも備える。

さらなる実施の形態において、アライメントセンサは、基板表面からの任意の偏光を有する回折または散乱放射ビームを光学システムを通過する光路に沿って受け、第１および第２複合ビームを出力するように構成される光学システムを含む。光学システムは、光路に沿って配置される干渉計サブシステムを備える。干渉計サブシステムは、回折または散乱放射ビームの偏光に影響を及ぼさない実質的に無偏光の偏光ビームスプリッタを備える。無偏光型ビームスプリッタは、回折または散乱放射ビームを分割して第１および第２複合ビームを生成する。光学システムは、光学システムを通過する光路に沿って配置される検出器サブシステムも備える。検出器サブシステムは、対応する第１および第２複合ビームに基づくマークの位置に関する情報を含む第１および第２アライメント信号のそれぞれを検出するように構成される。

さらに別の実施の形態において、アライメントセンサは、基板上のマークからの任意の偏光を有する回折または散乱放射ビームを受けるように構成される光学システムを含む。光学システムは、回折または散乱放射ビームを第１偏光ビームと、第１偏光ビームとは異なる第２偏光ビームとに分離するように構成される第１偏光ビームスプリッタを備える。光学システムは、光学システムを通過する光路に沿って配置され、第１および第２偏光ビームを受け、対応する第１および第２偏光ビームに基づく第１および第２複合ビームのそれぞれを出力するように構成される干渉計サブシステムも備える。光学システムは、光学システムを通過する光路に沿って配置される検出器サブシステムをさらに備える。検出器サブシステムは、第１および第２複合ビームに基づくマークの位置に関する情報を含む第１および第２アライメント信号のそれぞれを検出するように構成される。

本発明のさらなる特徴および利点は、様々な実施の形態の構造および動作とともに添付の図面を参照して以下に詳述される。本発明は、本書に説明される特定の実施の形態に限定されないことに留意される。こうした実施の形態は説明を目的として本書に提示されるにすぎない。追加の実施の形態は、本書に含まれる教示に基づき当業者に明らかであろう。

本書に含まれ明細書の一部を形成する添付の図面は、本記載とともに本発明を説明し、さらに本発明の本質を説明するために役立つとともに、当業者が本発明を実施または使用することを可能にする。

本発明のある実施の形態に係る反射型リソグラフィ装置を模式的に示す図である。

本発明のある実施の形態に係る透過型リソグラフィ装置を模式的に示す図である。

出力光学系を含む偏光依存干渉計のシステムを模式的に示す図である。

入力および出力を含む偏光依存干渉計を模式的に示す図である。

本発明の第１実施形態に係る偏光非依存干渉計を模式的に示す図である。

本発明の第１実施形態に係る入力および出力を含む偏光非依存干渉計を模式的に示す図である。

本発明の第２実施形態に係る偏光非依存干渉計を模式的に示す図である。

本発明の第３実施形態に係る偏光非依存干渉計を模式的に示す図である。

本発明のある実施の形態に係る任意の偏光または状態を有する回折または散乱放射を検出する方法を示すフローチャートである。

本発明の別の実施の形態に係る任意の偏光または状態を有する回折または散乱放射を検出する方法を示すフローチャートである。

本発明の別の実施の形態に係る任意の偏光または状態を有する回折または散乱放射を検出する方法を示すフローチャートである。

本発明の特徴および利点は、図面とともに後述される詳細な記載を参照したときにより明らかになるであろう。たいていの場合、ある要素が最初に現れる図面が対応する符号の左端の桁により示される。

この明細書は、本発明の特徴を含む一以上の実施の形態を開示する。開示される実施の形態は、本発明を例示のみする。本発明の範囲は、開示される実施の形態に限定されない。本発明は、本書に添付される請求項によって定義される。

本書における「一つの実施の形態」、「ある実施の形態」、「ある例示的な実施の形態」などといった言及は、その説明される実施の形態がある特定の特徴、構造、又は性質を含んでもよいことを表すが、その特定の特徴、構造、又は性質がどの実施の形態にも必ず含まれうることを表すものではない。また、こうした言い回しは同一の実施の形態に言及するものでは必ずしもない。さらに、ある特定の特徴、構造、又は性質がある実施の形態と結びつけて説明されるとき、そうした特徴、構造、又は性質を他の実施の形態と結びつけてもたらすことはそれが明示的に説明されているか否かにかかわらず当業者の知識の範囲内にあるものと理解される。

しかしながら、このような実施の形態を詳細に記載する前に、本発明の実施の形態が実施されうる例示的な環境を示すことが有益である。

［反射型および透過型リソグラフィシステム例］
図１Ａおよび１Ｂは、本発明の実施の形態が実装されうるリソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’をそれぞれ模式的に示す図である。リソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’はそれぞれ以下を含む。放射ビームＢ（例えばＤＵＶまたはＥＵＶ放射）を調整するよう構成される照明システム（イルミネータ）ＩＬと；パターニングデバイス（例えばマスク、レチクルまたはダイナミックパターニングデバイス）ＭＡを支持するように構成され、パターニングデバイスを正確に位置決めするように構成される第１位置決めシステムＰＭに接続されるサポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと；基板（例えば、レジストコートされたウェハ）Ｗを保持するように構成され、基板Ｗを正確に位置決めするように構成される第２位置決めシステムＰＷに接続される基板テーブル（例えば、ウェハテーブル）ＷＴと；を含む。リソグラフィ装置１００および１００’は、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されるパターンを基板Ｗの（例えば一以上のダイを備える）目標部分Ｃに投影する投影システムＰＳを有する。リソグラフィ装置１００において、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳは反射型である。リソグラフィ装置１００’において、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳは透過型である。

照明システムＩＬは、放射Ｂを方向付け、成形し、または制御するための屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、静電型、あるいは他の種類の光学素子といった各種光学素子、またはこれらの任意の組合せを含んでもよい。

サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡの向き、リソグラフィ装置１００および１００’の設計および例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されるか否かといった他の条件に応じた方法でパターニングデバイスＭＡを保持する。サポート構造ＭＴは、機械式、真空式、静電式または他の固定技術を用いてパターニングデバイスＭＡを保持してもよい。サポート構造ＭＴは、フレームまたはテーブルであってもよく、例えばこれらは要求に応じて固定式であっても可動式であってもよい。サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスが、例えば投影システムＰＳに対して、所望の位置にあることを確実にしてもよい。

「パターニングデバイス」ＭＡの用語は、例えば基板Ｗの目標部分Ｃにパターンを生成するために放射ビームＢの断面にパターンを付与するのに使用可能な任意のデバイスを指し示すものと広義に解釈されるべきである。放射ビームＢに付与されるパターンは、目標部分Ｃに生成される集積回路等のデバイスにおける特定の機能層に対応することができる。

パターニングデバイスＭＡは、（図１Ｂのリソグラフィ装置１００’のように）透過型であってもよいし、（図１Ａのリソグラフィ装置１００のように）反射型であってもよい。パターニングデバイスＭＡの例には、マスクや、プログラマブルミラーアレイ、プログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィにおいて周知であり、バイナリマスク、レベンソン型位相シフトマスク、減衰型位相シフトマスク、さらには多様なハイブリッド型マスクなどのマスク型を含む。プログラマブルミラーアレイは例えば、小型ミラーのマトリックス配列で構成され、各ミラーは、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個別に傾けることが可能である。傾けられたミラーは、ミラーマトリックスにより反射された放射ビームＢにパターンを付与する。

「投影システム」ＰＳの用語は、用いられる露光放射や、液浸液の使用または真空環境の使用などの他の要素に応じて、屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、静電型の光学システムまたはこれらのいかなる組合せを含む、いかなる種類の投影システムを包含することができる。真空環境はＥＵＶまたは電子ビーム放射のために用いることができる。他のガスは非常に多くの放射または電子を吸収しうるからである。したがって、真空環境は真空壁および真空ポンプの助けによりビーム経路の全体に与えることができる。

リソグラフィ装置１００および／またはリソグラフィ装置１００’は、二つの基板テーブル（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／または二つ以上のマスクテーブル）ＷＴを有する種類の装置であってもよい。このような「マルチステージ」の機械において、追加の基板テーブルＷＴが並行して使用されてもよいし、一以上のテーブルが露光のために使用されている間に一以上の他の基板テーブルＷＴで準備工程が実行されてもよい。

図１Ａおよび１Ｂに示されるように、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯからの放射ビームを受け取る。放射源ＳＯおよびリソグラフィ装置１００，１００’は、例えば放射源ＳＯがエキシマレーザである場合に、分離して存在してもよい。このような場合、放射源ＳＯはリソグラフィ装置１００または１００’の部分を形成するものではないとみなされ、放射ビームＢは、例えば適切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（図１Ｂ）の助けにより、ビーム放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと通過する。その他の場合、例えば放射源ＳＯが水銀ランプである場合、放射源ＳＯはリソグラフィ装置１００，１００’の一体化された部分であってもよい。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに投影システムとみなされてもよい。

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ように構成されるアジャスタＡＤ（図１Ｂ）を含んでもよい。たいていの場合、イルミネータの瞳面における強度分布の外側半径範囲および／または内側半径範囲（それぞれσアウタおよびσインナと通常呼ばれる）の少なくとも一方を調整できる。さらにイルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなどの様々な他の要素（図１Ｂ）を備えてもよい。イルミネータＩＬは、放射ビームＢを調整し、ビーム断面において所望の均一性および強度分布を有するように用いられてもよい。

図１Ａを参照すると、放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴに保持されるパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに入射し、パターニングデバイスＭＡによりパターンが付与される。リソグラフィ装置１００において、放射ビームＢはパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡで反射される。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡで反射された後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、放射ビームＢが基板Ｗの目標部分Ｂに集光される。第２位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ２（例えば、干渉計装置、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）の助けを借りて、例えば放射ビームＢの経路上に異なる目標部分Ｃを位置させるように、基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。同様に、第１位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサＩＦ１を用いて、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めすることができる。パターニングデバイス（例えばマスク）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Ｐ１、Ｐ２を用いて位置合わせされることができる。

図１Ｂを参照すると、放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブルＭＴ）に保持されるパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスによりパターンが付与される。マスクＭＡを通過すると、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過して基板Ｗの目標部分Ｃに集光される。投影システムは、照明システムの瞳ＩＰＵと共役の瞳ＰＰＵを有する。放射の一部は、照明システムの瞳ＩＰＵでの強度分布から生じ、照明システムの瞳ＩＰＵにて強度分布像を生成するマスクパターンでの回折による影響なしにマスクパターンを通過する。

第２位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計装置、リニアエンコーダまたは静電容量センサ）の助けを借りて、例えば放射ビームＢの経路上に異なる目標部分Ｃを位置させるように基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。同様に、第１位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサ（図１Ｂに図示せず）を用いて、（例えばマスクライブラリの機械検索後やスキャン中において）放射ビームの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。

一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１位置決め装置ＰＭの一部を形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）の助けにより実現されてもよい。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２位置決め装置ＰＷの一部を形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用いて実現されてもよい。（スキャナと対照的に）ステッパを用いる場合、マスクテーブルＭＴは、ショートストロークアクチュエータのみに接続または固定されることができる。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Ｐ１、Ｐ２を用いて位置合わせされてもよい。基板アライメントマークは、図示されるように専用の目標部分を占めているが、目標部分の間のスペースに位置していてもよい（これは、スクライブラインアライメントマークとして知られている）。同様に、マスクＭＡに一以上のダイが設けられる場合には、マスクアライメントマークはダイの間に位置してもよい。

マスクテーブルＭＴおよびパターニングデバイスＭＡは、真空チャンバ内にあってもよい。真空チャンバ内では、マスクなどのパターニングデバイスを真空チャンバの内外で移動するための真空内ロボットＩＶＲを用いることができる。または、マスクテーブルＭＴおよびパターニングデバイスＭＡが真空チャンバの外側にある場合、真空内ロボットＩＶＲと同様、様々な輸送作業に真空外ロボットを用いることができる。真空内および真空外ロボットの双方は、任意の積荷（例えばマスク）の円滑な搬送のため、搬送ステーションの固定されたキネマティックマウントに対して較正される必要がある。

リソグラフィ装置１００および１００’は、以下のモードの少なくとも一つで使用されることができる。

１．ステップモードでは、放射ビームＢに付与されたパターン全体が１回の照射で一つの目標部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは実質的に静止状態とされる（すなわち単一静的露光）。そして、基板テーブルＷＴはＸ方向および／またはＹ方向に移動され、異なる目標部分Ｃが露光される。

２．スキャンモードでは、放射ビームＢに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期してスキャンされる（すなわち単一動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）率および像反転特性により定められる。

３．別のモードでは、放射ビームＢに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とされ、基板テーブルＷＴは移動またはスキャンされる。パルス放射源ＳＯを用いることができ、プログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴが移動するたびに、または連続する放射パルスの間に必要に応じてスキャン中に更新される。この動作モードは、本書に記載されるプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに直ちに適用できる。

上記のモードを組み合わせて動作させてもよいし、モードに変更を加えて動作させてもよく、さらに全く別のモードを用いてもよい。

本書ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、本書に説明したリソグラフィ装置は他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。他の用途としては、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用案内パターン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がある。当業者であればこれらの他の適用に際して、本書における「ウェハ」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「目標部分」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。本書に言及された基板は露光前または露光後において、例えばトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、および／またはインスペクションツールにより処理されてもよい。適用可能であれば、本書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本書における基板という用語は既に処理されている多数の処理層を含む基板をも意味しうる。

別の実施の形態において、リソグラフィ装置１００は、ＥＵＶリソグラフィのためのＥＵＶ放射ビームを生成するように構成される極端紫外（ＥＵＶ）源を含む。一般にＥＵＶ源は、（後述の）放射システム中に構成され、対応する照明システムがＥＵＶ源のＥＵＶ放射ビームを調整するように構成される。

本書に記載される実施の形態において「レンズ」および「レンズ素子」という用語は、文脈上許されれば、屈折型、反射型、磁気型、電磁気型および静電型の光学要素を含む、様々なタイプの光学要素のいずれか又はその組合せを指すことができる。

さらに、本書で用いられる「放射」および「ビーム」の用語は、いかなる種類の電磁的な放射を包含し、可視放射（例えば４００−７８０ｎｍの範囲の波長λを有する）、紫外（ＵＶ）放射（例えば３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長λを有する）、極端紫外（ＥＵＶまたは軟Ｘ線）放射（例えば５−２０ｎｍの範囲の波長λを有し、例えば１３．５ｎｍ）または５ｎｍ未満で機能する硬Ｘ線を含むとともに、イオンビームや電子ビームといった粒子ビームをも含む。一般に、約７８０−３０００ｎｍ（またはそれ以上）の間の波長を有する放射はＩＲ放射とみなされる。ＵＶは約１００−４００ｎｍの波長を持つ放射を指す。リソグラフィにおいて「ＵＶ」の用語は水銀放電ランプにより生成できる波長（Ｇ線４３６ｎｍ；Ｈ線４０５ｎｍ；および／またはＩ線３６５ｎｍ）にも適用される。真空ＵＶまたはＶＵＶ（つまり空気で吸収されるＵＶ）は、一般に約１００−２００ｎｍの波長を有する放射を指す。深紫外（ＤＵＶ）は一般に１２６ｎｍから４２８ｎｍの範囲の波長を有する放射を指し、ある実施の形態において、リソグラフィ装置内に用いられるエキシマレーザはＤＵＶ放射を生成できる。例えば５−２０ｎｍ範囲の波長を有する放射は、少なくとも一部が５−２０ｎｍの範囲に含まれる特定の波長帯に関連することが理解されよう。

［偏光依存干渉計］
図２は、アライメントおよび／またはオーバレイの決定に用いる偏光依存干渉計のシステムを模式的に示す図である。一つの実施の形態において、このデータは任意の種類のアライメントセンサ、例えば米国特許第６，９６１，１１６号（その全体が参照により本書に援用される）に記載されるようなＳＭＡＳＨ（スマート−アライメント−センサ−ハイブリッド）センサを用いて得ることができる。１１６特許は、単一検出器と異なる４波長を用いる自己参照干渉計を採用し、アライメント信号をソフトウェアで抽出する。その他、米国特許６，２９７，８７６号（その全体が参照により本書に援用される）に記載されるように、７つ（またはそれ以上）の各回折次数をそれぞれ専用の検出器に向けてもよい。たいていの場合、Ｘ位置およびＹ位置を得るためにマークは別々に測定される。しかしながら、米国特許出願２００９／１９５７６８号（その全体が参照により本書に援用される）に記載される技術を用いて混合されたＸおよびＹ測定を実行することができる。

図２において、光は、アライメントマークといった基板上のマークから回折光２５０として回折される。回折光２５０は多重の回折次数を含むことができ、例えば高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−１次の回折次数）をゼロ次を遮断した状態で含むことができる。ゼロ次は、検出信号にて利用可能な変調深さの劣化を避けるために遮られてよい。回折光２５０は、自己参照干渉計２０４に入射する前に、光学的にまず半波長板２０２を通過する。自己参照干渉計２０４は、例えば回折光２５０の二つの像を出力する。これは相対的に１８０度回転した入力であり、これらが重なる結果、干渉されることができる。

一例において、回折光２５０は、等しい強度で検出される二つの像を生成するために４５度の偏光であるべきである。この目的において、半波長板２０２および半波長板２０６は任意である。半波長板２０２および２０６を用いる場合の位置に対して自己参照干渉計２０４および偏光ビームスプリッタ２０８が４５度の角度で配置される場合、半波長板は不要となる。

図３Ａおよび３Ｂに示されるように、自己参照干渉計２０４は、入力２０４．１にて回折光２５０を受ける。図３Ｃは、入力２０４．１にて自己参照干渉計２０４に入射する回折光２５０を描く。自己参照干渉計２０４内において、回折光２５０は二つのチャネルＡＢおよびＢＡに分割される。チャネルＢＡは図３Ａに示され、チャネルＡＢは図３Ｂに示される。チャネルＡＢおよびＢＡを通過する出力ビーム２５２．１および２５２．２の電界は、式（１）および（２）で示されるジョーンズ行列の項で特徴付けられてよい。

ここで、反時計回りの回転行列は式（３）で示される。

回折光２５０は、チャネルＡＢおよびＢＡを通じて自己参照干渉計２０４を通過すると、図３Ｄに示されるように出口２０４．２にて自己参照干渉計２０４を出る。図２は、図３の出力ビーム２５２．１および２５２．２を出力ビーム２５２として描いている。自己参照干渉計２０４は回折光２５０を空間的に分離された出力ビーム２５２．１および２５２．２に分割する。これらのビームは、互いに理想的に直交した偏光角である。図３Ｃでは、図面を単純化するため、アライメントマークに起因する一つの回折次数のみが示されている。一つの回折次数のみでは、干渉を、したがって（検出器での）アライメント信号の変調を生じさせるために不十分である。典型的に図３Ｃにおいて、正の高次の各回折次数に付随する負の高次の回折次数が１８０度回転させた位置に存在する。この付随する負の高次の回折次数は、図３Ｄにおいて追加のビームのペアを生じさせるであろう。これは、付随する正の高次の回折次数に起因するビームと少なくとも部分的に重なる。この少なくとも部分的に重なるビームは干渉を生じさせ、したがってアライメントマーク位置に依存する（またアライメントマーク形状に依存する）アライメント信号の変調を生じさせるであろう。

自己参照干渉計２０４が４５度の角度で回転していなければ、出力光２５２は半波長板２０６を通過して偏光ビームスプリッタ２０８に到達する。偏光ビームスプリッタ２０８は、出力光２５２を検出ビーム２５４および２５６（それぞれが光学素子２１２および２１０を通過する）に分割する。ある例において、これらの光学素子はレンズであってよい。説明を単純化する目的で、本書では光学素子をレンズとして説明するが、当業者であれば別の種類の光学素子が用いられてもよいことが理解されるであろう。レンズは、例えば光ファイバを介して、光を検出器２１４および２１６に向けて集光させる。検出器２１４および２１６は、異なる回折次数が干渉する瞳面、像面または瞳面と像面の間の位置に配置されてもよい。検出された干渉した回折次数は位置情報を提供する。

一例において、この構成は、十分に高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を確保するため回折光２５０が特定の偏光を有するという要件により制約される。例えば、基板上のサブセグメント化されたマークは偏光子として機能するかもしれず、基板への元の入射光の偏光とは異なる偏光の回折光２５０を生じさせる。この偏光の変化は、ターゲット／波長に依存するコントラストの損失を生じさせる。その結果、回折光２５０の回折次数が特定の偏光を有していなければ、検出信号における変調深さの低下といったコントラストの損失が結果として生じるであろう。

［偏光非依存干渉計の実施例］
図４は、第１実施形態に係る偏光非依存干渉計システム４００を模式的に示す。いいかえれば、システム４００はアライメントおよび／またはオーバレイを正確に決定するために特定の偏光を必要としない。図４は、光源と検出器の間の回折マークを介した光路を模式的に描いている。透過型の回折格子４０８として示されているが、システム４００が反射型の回折格子を用いてもよいことは当業者であれば理解されるであろう。説明を単純化するため、これは本書においてマーク４０８として参照されるであろう。

放射ビーム４５０は、マーク４０８が存在する基板の表面に向けて出力される。放射ビーム４５０は、図１Ａまたは１Ｂに示される放射源ＳＯなどの光源からファイバ光ケーブルを介して供給されてもよい。一つの実施形態において、放射ビーム４５０は、放射ビームに特定の偏光を与える偏光子４０２および１／４波長板４０４を通過する。例えば、偏光子４０２の通過後、放射ビーム４５０は電界４７０に示されるような直線偏光を有してもよい。一例において、１／４波長板４０４の通過後、放射ビーム４５０は電界４８０にで示されるような円偏光であってもよい。偏光子４０２および１／４波長板４０４の一方または双方の使用は、アライメントマークが任意の回転にて同様に測定されるのを可能にする均一な偏光を与える。実施の形態において、偏光子４０２および１／４波長板４０４はオプションである。説明する例において、放射ビーム４５０はコントラスト損失のない任意の状態の偏光を有する。偏光は、いくつかの限定されない例を挙げると、直線偏光（０度、４５度または９０度）、円偏光、楕円偏光、無偏光、部分偏光であってもよい。

一例において、放射ビーム４５０は光学系４０６を通過する。光学系４０６は単一レンズまたは投影システムＰＳであることができるがこれに限られない。光学系４０６は放射ビーム４５０をマーク４０８を含む基板の一以上の部分に集光させるよう動作する。放射ビーム４５０は、当業者であれば理解されるように、軸上（例えばアライメントマーク表面の法線と完全に平行）または軸外照明であってもよい。

一例において、放射ビーム４５０はマーク４０８から回折光４５２として回折する。図２に関して上述したように、回折光４５２は任意の偏光または状態の高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−１次の回折次数）といった多重の回折次数を含みうる。これは例えば楕円偏光、直線偏光、円偏光、部分偏光または無偏光の光を含みうる。ゼロ次は、任意の検出信号の変調深さとの干渉を防ぐために絞り４１２などにより遮断される。絞り４１２は高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−1次の回折次数）で構成される回折光４５２のみを許容する。回折光４５２はその後、光学系４１０に入射しうる。

ある実施の形態において、光学系４０６および光学系４１０は同一のレンズおよび／またはシステムであり、他の実施の形態において、光学系４０６および４１０はシステム全体またはシステムの組み合わせに含まれる別々の素子であってもよい。

一例において、回折光４５２は例えば無偏光ビームスプリッタに構成される自己参照干渉計４１４に入射する。ある実施の形態において、自己参照干渉計４１４は５０／５０のビームスプリッタであってもよい。図５Ａおよび５Ｂに示されるように、自己参照干渉計４１４は入力４１４．１にて回折光４５２を受ける。図５Ｃはまた、入力４１４．１にて自己参照干渉計４１４に入射する回折光４５２の一つのビームを描いている（なお、対応する図面の単純化および理解を助けるために、回折光の他のビームはここでは除外している）。回折光４５２は、例えば１８０度回転対称の構成における高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−１次の回折次数）であってよい。自己参照干渉計４１４内において、回折光４５２は４つのチャネルＡＢ、ＢＡ、ＡＡおよびＢＢに分割されてよい。自己参照干渉計４１４での内部反射は、図５Ｄおよび５Ｅで示される出力４１４．２および４１４．３の一つを出射する前に回折光４５２を異なる組み合わせで分割させてよい。なお、自己参照干渉計４１４のアセンブリは、一つのビームスプリッタ（例えば中性濃度（neutral density）または無偏光型）および二つの回転プリズムで構成される。また、図２，３，４，５および６において、これら二つの回転プリズムを描くために二次元簡略化が用いられる。

図５Ａに示されるように、一つの実施形態において一以上の高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−１次）を有する回折光４５２は、入力４１４．１を通じて入射すると、チャネルＢＡに沿った部分反射面の第１部分を通過し、自己参照干渉計４１４の内部にて一回以上反射し、チャネルＢＡに沿った部分反射面の第２部分に到達しうる。部分反射面の第２部分で反射する回折光４５２の一部は、チャネルＢＡに残り、図５Ｄに示される出力４１２．２での出力光線４５６．２として出射する。部分反射面の第２部分を透過する回折光４５２の一部は、チャネルＡＡに留まり、図５Ｅに示される出力４１４．３での出力光線４５４．１として出射する。

部分反射面の第１部分で反射する回折光４５２の一部は、チャネルＡＢに沿って伝搬し、自己参照干渉計４１４内の一以上の他の反射面に向かう。回折光４５２の一部が部分反射面の第２部分に到達するとき、一部はチャネルＡＢに沿って透過し、出力４１４．２での出力光線４５６．１として出射する。部分反射面の第２部分で反射する回折光４５２の一部は、チャネルＢＢに入射し、出力４１４．３での出力光線４５６．１として出射する。全体として、図５Ｄおよび５Ｅに示されるように、出力光線４５６．１および４５６．２の双方は出力４１４．２を通じて出力ビーム４５６として一緒に出射し、出力光線４５４．１および４５４．２の双方は出力４１４．３を通じて出力ビーム４５４として一緒に出射する。

図５Ｃにおいて、これら図面の単純化のため、アライメントマークに起因する一つの回折次数のみが示される。一つの回折次数のみでは、干渉を、したがって（検出器での）アライメント信号の変調を生じさせるために不十分である。典型的に図５Ｃにおいて、正の高次の各回折次数に付随する負の高次の回折次数が１８０度回転させた位置に存在する。この付随する負の高次の回折次数は、図５Ｄにおいて追加のビームのペアを生じさせるであろう。これは、付随する正の高次の回折次数に起因するビームと少なくとも部分的に重なる。この少なくとも部分的に重なるビームは干渉を生じさせ、その結果アライメントマーク位置に依存する（またアライメントマーク形状に依存する）アライメント信号の変調を生じさせるであろう。

ある実施の形態において、異なるチャネルＡＢ、ＢＡ、ＡＡおよびＢＢの光路長はおおよそ等しく、これらの間で経路長の差はない。経路長の差はアライメント信号のコントラストを低減させうるからである。

部分反射面は、異なるチャネル間の光路差を生じさせうる加熱のおそれを避けるため、とりわけ無損失ミラーで構成されてもよい。

出力ビーム４５６を生成するチャネルＡＢおよびＢＡと、出力ビーム４５４を生成するチャネルＡＡおよびＢＢは、無損失および反射やコーティングなどでの理想的な位相の振る舞いを仮定すると、式（４）から（７）で示されるジョーンズ行列の項で特徴付けられるかもしれない。

ここで、理想的な異なる角度値（パイの２倍を法とする）は例えば以下のように与えられる。

いったんビームが無偏光ビームスプリッタから出射されると、出力ビーム４５４はレンズ４１８により集光されてよい。ある実施の形態において、レンズ４１８は出力ビーム４５４をファイバ光ケーブル、例えば異なる回折次数からの光を集めるマルチモードファイバに集光させる。ファイバ光ケーブルは集められた光を検出器４２０に伝送してよい。検出器４２０は出力ビーム４５４に含まれるアライメント信号を検出する。当業者であれば理解されるように、他の種類の光学伝送および／または検出が利用可能であることが理解されよう。代わりに、出力ビーム４５４は検出器４２０に直接集光されてもよい。

一つの例において、検出器４２０は多重検出器（それぞれが光の特定の波長または波長域に専用の別個の検出器など）を意味してもよい。このような実施の形態において、出力ビーム４５４中に存在する異なる波長が別個の専用の検出器に到達する直前に分割されてもよい。このようにして、おおよそ５００ｎｍから９００ｎｍの範囲といった異なる波長域が検出される。これは、例えば検出器４２０とともに動作する１６波長分解検出器により実現されてよい。ある実施の形態において、検出器４２０はＣＣＤやＣＭＯＳアレイなどの一以上の光検出器またはチャネル毎に別個のｐｉｎ検出器を含んでもよい。一以上のマルチモードファイバは検出器４２０を好適な実装位置に移転させるために用いられてよい。当業者に理解されるであろうように、他の種類および数の検出器および／またはファイバが利用可能である。

同様にして、検出器４２２が検出器４２０と同様に構成されてよい場合、出力ビーム４５６は、ファイバ光ケーブルまたは検出器４２２へ直接のいずれかにレンズ４１６により集光されてよい。

出力ビーム４５４および４５６は、マーク４０８の位置に関する情報を有するアライメント信号を含む。ある実施の形態において、出力ビーム４５４および４５６の強度は、出力ビーム４５４および４５６が重なり合うまたは干渉する瞳面、像面または瞳面と像面の間の面における複数の異なる位置にて検出および決定される。このようにして、図４のアライメントセンサは、図２に示されるような従来のシステムと比較すると、マーク４０８に由来する偏光に関わりのないアライメント信号を生成する。さらに、様々な実施の形態に係る偏光非依存干渉計を用いることはマーカの回転およびサブセグメント化の柔軟性を増大させうる。一つの例において、この追加された柔軟性は、回折光に生じる偏光が最終結果を得るためにもはや重要ではないため生じる。また、例えば複製、コントラスト、回折効率、アライメントマークの非対称性感度などを最適化するより多様な照明偏光の使用も可能になる。

図６は、第２実施形態に係る偏光非依存干渉計システム６００を模式的に示す図である。一例において、システム６００は、図２の干渉計と同様の偏光の制限に影響されない。システム６００は、アライメントおよび／またはオーバレイの決定とともに、アライメントマークの非対称性および／またはプロセスばらつきの情報を決定するために用いることができる。

図６は、マークで回折された後に一以上のセンサに向かう光路を模式的に示す。マークへの入射後、放射ビームＢは回折光６５０として回折または散乱される。上述したように、また当業者に理解されるように、放射ビームＢはコントラスト損失のない任意の状態の偏光を有してもよい。図２に関して上述したように、回折光６５０は、任意の偏光または状態の高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−１次の回折次数）といった多重の回折次数を含んでもよい。これは、例えば楕円偏光、直線偏光、円偏光、部分偏光または無偏光の光を含んでもよい。ゼロ次は、任意の検出信号の変調深さとの干渉を防ぐために絞り（図６に図示せず）などにより遮断される。絞りは高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−1次の回折次数）で構成される回折光６５０のみを許容する。

一例において、回折光６５０は第１偏光ビームスプリッタ６０２に入射してもよい。ある実施の形態において、第１偏光ビームスプリッタ６０２は回折光を第１および第２偏光ビーム６５０．１および６５０．２に分割してもよい。当業者であれば理解されるように、第１および第２偏光ビーム６５０．１および６５０．２のそれぞれは、多重ビーム、例えば少なくとも回折光６５０の高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−１次の回折次数）に対応するビームを含んでもよい。高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−１次の回折次数）は、例えば１８０度回転対称の構成であってもよい。選択的に、第１および第２偏光ビーム６５０．１および６５０．２の一方または双方は、半波長板６０４（これは、オプションの半波長板６０８と協調してビームをさらに偏光させることができる）を例えば４５度および１３５度で通過してもよい。当業者に理解されるであろうように、他の偏光も可能である。

一例において、第１および第２偏光ビーム６５０．１および６５０．２は、自己参照干渉計６０６の第１および第２入力にそれぞれ入射する。自己参照干渉計６０６は、当業者に理解されるように、二つよりも多いまたは少ない入力または出力を有してもよいし、用いてもよい。さらに自己参照干渉計６０６は、代わりに二つの自己参照干渉計に置き換えられてもよい。ここで各自己参照干渉計は、詳細は後述するが、図７の自己参照干渉計７０６．１および７０６．２により示されるように、第１および第２偏光ビーム６５０．１および６５０．２の一方を受けてもよい。第１および第２偏光ビーム６５０．１および６５０．２は、自己参照干渉計６０６の第１および第２出射出口（図示せず）のそれぞれから出射ビーム６５２．１および６５４．１として出射する。図６に示されるように、出射ビーム６５２．１および６５４．１のそれぞれは、正の回折次数のそれぞれが対応する負の回折次数と少なくとも部分的に重なるようにして自己参照干渉計６０６により変更されるため、回折光６５０の高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−１次の回折次数）を含む。本開示の実施の形態によれば必要とされないが、上述のようにオプションで、出射ビーム６５２．１および６５４．１が別の半波長板６０８を通過してもよい。

自己参照干渉計６０６の出力から出射すると、出射ビーム６５２．１は、（出射ビーム６５２．１の一部を分割して出射ビーム６５２．２を生成する）第２偏光ビームスプリッタ６１０に入射してもよい。一例において、分割出射ビーム６５２．２は出射ビーム６５２．１とは異なる光路を通って、例えば二つの反射面６２２および６２４により向きが変えられる。同様に、自己参照干渉計６０６の出力から出射すると、出射ビーム６５４．１は、（出射ビーム６５４．１の一部を分割して出射ビーム６５４．２を生成する）第３偏光ビームスプリッタ６１２に入射してもよい。一例において、分割出射ビーム６５４．２は出射ビーム６５４．１とは異なる光路を通って、例えば二つの反射面６１８および６２０により向きが変えられる。当業者に理解されるであろうように、分割出射ビーム６５２．２および６５４．２の向きを変えるために、システムの要求に応じて二つよりも多いまたは少ない反射面が用いられてよい。追加または代替的に、出射ビーム６５２．１および６５４．１は、自己参照干渉計６０６からの元の出射経路とは異なる光路に沿って向きが変えられてもよい。

一例において、分割出射ビーム６５４．２および出射ビーム６５２．１の双方は、異なる光路に沿ってビームの一方または双方の向きが変えられた後、二つのビームを第１混合出射ビーム６５６に混合させうる第４偏光ビームスプリッタ６１４に入射する。

ある実施の形態において、混合出射ビーム６５４．１および６５２．１の個々のビームの光路長差（例えば４５４．１と４５４．２または４５６．１と４５６．２）の大きさを最小化するため、自己参照干渉計６０６の機械的および光学的コーティングの公差が用いる波長と比べて小さい状態に保たれてもよい。光路長差が小さい状態に保たれていなければ、結果として生じるアライメント信号のコントラスト損失が生じうる。理解されるであろうように、第１混合出射ビーム６５６は依然として、基板上のマークから回折または散乱された高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−１次の回折次数）またはより多いもしくはより少ない回折次数を含みうる。第１混合出射ビーム６５６は、レンズ６２６により、例えば異なる回折次数からの光を集め、集めた光を検出器６３０に伝送するファイバ光ケーブルに集光されてよい。代わりに、第１混合出射ビーム６５６は検出器６３０に直接集光されてよい。検出器６３０は、図４に関して上述したように、一以上の専用の検出器を用いて一以上の波長を検出してもよい。

一例において、分割出射ビーム６５２．２および出射ビーム６５４．１の双方は、ビームの一方または双方の向きが変えられた後、二つのビームを第２混合出射ビーム６５８に混合させる第５偏光ビームスプリッタ６１６に入射する。第２混合出射ビーム６５８は、基板上のマークから回折または散乱された高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−１次の回折次数）またはより多いもしくはより少ない回折次数を含んでもよい。第２混合出射ビーム６５８は、レンズ６２８によりファイバ光ケーブルに集光され、検出器６３２に伝送されてもよい。図４に関して上述したように、第２混合出射ビーム６５８の伝送および検出は異なる種類も可能である。ある実施の形態において、検出器６３０および６３２は、異なる混合出射ビームのそれぞれに専用の別々の検出器のアレイであってもよい。代わりに、検出器６３０および６３２は中央に配置される混合アレイであってもよく、混合アレイ上の異なる位置で異なる混合出射ビームを受けてもよい。いずれかの代替案において、検出器６３０および６３２が分かれており、第１および第２混合出射ビーム６５６および６５８のそれぞれに含まれる異なる波長を別々に検出してもよい。

第１および第２混合出射ビーム６５６および６５８は、基板上のマークの位置に関する情報を有するアライメント信号を含んでもよい。ある実施の形態において、第１および第２混合出射ビーム６５６および６５８の強度は、第１および第２混合出射ビーム６５６および６５８の像が重なって干渉する瞳面の複数の異なる位置において検出および決定される。このようにして、図２に示される従来のシステムでの状況であったような一つだけのモードの代わりに、システム６００のアライメントセンサが全ての回折光を捉えてもよい。

図７は、第３実施形態に係る偏光非依存干渉計システム７００を模式的に示す図である。システム７００は、図２の干渉計と同様の偏光の制限が課されなくてもよい。システム７００は、アライメントマークの非対称性および／またはプロセスばらつきの情報の決定とともに、アライメントおよび／またはオーバレイの決定に用いられてもよい。図７のいくつかの特徴は、図６と共通して用いられる。説明の簡単化のため、図６に関して上述したものと異なる要素についてのみ詳述する。

一例において、第１および第２偏光ビーム６５０．１および６５０．２は、第１自己参照干渉計７０６．１および第２自己参照干渉計７０６．２の対応する入力に入射する。自己参照干渉計７０６．１および７０６．２のそれぞれは、当業者に理解されるように、一つだけよりも多くの入力および／または出力を有してもよいし、用いてもよい。第２偏光ビーム６５０．２用の第２自己参照干渉計７０６．２に対して第１偏光ビーム６５０．１用の別の第１自己参照干渉計７０６．１を用いることにより、クロストークが防がれてもよい。クロストークは二つの入出力を含みおよび用いる自己参照干渉計の信号間にて生じうるが、それは典型的に十分に小さくそのため大した問題ではない。もしクロストークがより大きな要素であれば、結果として得られるアライメント信号のコントラスト損失につながるであろう。クロストークのリスクにもかかわらず、自己参照干渉計７０６．１および７０６．２は、図６に関して上述したような単一の自己参照干渉計に代替的に置換されてもよい。

図６に示すシステム６００のアライメントセンサとは対照的に、図７のシステム７００のアライメントセンサは、第４および第５偏光ビームスプリッタ６１４および６１６を含まない。その代わりに、分割出射ビーム６５２．２は、分割出射ビーム６５２．２を集光して検出器７１８に向けて伝送させうるレンズ７０８に向けられる。同様に、分割出射ビーム６５４．２は、分割出射ビーム６５４．２を集光して検出器７２４に向けて伝送させうるレンズ７１６に向けられてもよい。なお、出射ビーム６５２．１および６５４．１は、分割出射ビーム６５２．２および６５４．２と混合される代わりに個別に検出されてもよい。例えば、レンズ７１０は出射ビーム６５２．１を集光して検出器７２０に向けて伝送させてもよく、レンズ７１２は出射ビーム６５４．１を集光して検出器７２２に向けて伝送させてもよい。上述のように、出射ビーム６５２．１，６５４．１および分割出射ビーム６５２．２，６５４．２は、当業者に理解されるであろうように、それぞれの検出器に伝送されるまでの間に図７に図示するものとは異なる光路を通過してもよい。

図７のこの構成の結果として、システム７００のアライメントセンサは、第２および第３偏光ビームスプリッタ６１０および６１２の４つの出力を４つのそれぞれの検出器７１８、７２０、７２２および７２４に直接的または非直接的に結像させうる。上述のように、検出器７１８、７２０、７２２および７２４のそれぞれは、図４および６に関して上述したような一以上の専用の検出器／検出器アレイを用いて一以上の波長を検出してもよい。

レーザノイズの正規化、低減および抑制が検出器７１８、７２０、７２２および７２４にて検出される信号に適用されてもよい。正規化は、米国特許第８，４４６，５６４号（その全体が参照により本書に援用される）に記載されるように、レーザノイズ低減のための既知の技術である。ある実施の形態において、フーリエ変換といった周波数変換が正規化およびノイズ低減に適用されてもよい。レーザノイズの正規化は、検出器のペア７１８および７２０と７２２および７２４からの出力に実行されてもよい。例えば：

これらの式において、Ｉ_align,oneは測定アライメント信号Ｉ_７１８およびＩ_７２０に対するノイズ正規化アライメント信号を示す一方、Ｉ_align,twoは測定アライメント信号Ｉ_７２２およびＩ_７２４に対するノイズ正規化アライメント信号を示す。

［動作方法の例］
図８は、ある実施の形態に係る方法８００のフローチャートである。例えば、方法８００は任意の偏光または状態を有する回折または散乱放射を検出するために用いられてよい。図示する動作の全てが必須ではなく、あるいは、図示する順序で実行されなくてもよいことが理解されよう。方法８００は、便宜のために上述する一以上のシステムに関して記載されるが、これらのシステムを用いる動作に限定されるとみなされるべきではない。

方法は、放射ビームＢといった放射ビームが基板Ｗのターゲット（例えばマーク４０８）に照明されるときにステップ８０２にて開始する。ある実施の形態において、放射ビームＢは任意の角度および／または状態の偏光を有してもよい。

ステップ８０４にて、放射ビームＢからの光が散乱または回折され、上述した偏光非依存干渉計システムの任意の一つなどのアライメントセンサシステムにより受光されてもよい。当業者に理解されるように、多重の回折次数、例えば高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−１次の回折次数）がゼロ次を遮断した状態でシステムにより受光されてもよい。

ステップ８０６にて、回折光が複数のビームに分割されてもよい。一つの実施形態において、回折光は、図４に図示される自己参照干渉計４１４に用いられる無偏光ビームスプリッタなどの無偏光ビームスプリッタにより分割されてもよい。別の実施の形態において、回折光は、偏光ビームスプリッタにより分割され、図６の自己参照干渉計６０６または図７の自己参照干渉計７０６．１および７０６．２のような一以上の自己参照干渉計に向けられてもよい。一以上の自己参照干渉計を含む実施の形態において、例えば上述の図６および図７に示されるように、複数のビームのそれ自身がさらに分割され、および／または、再結合されてもよい。さらに、任意の実施の形態において、複数のビームのうちの各ビームが検出のために波長により追加的に分割されてもよい。

ステップ８０８にて、ステップ８０６にて分割がなされた結果として生じる複数のビームを一以上の検出器が検出してもよい。検出器４２０は、一つの特定の波長、波長域または異なる光強度のスペクトル重み付けに特化した別々の検出器といった多重検出器であってもよい。検出した複数のビームを表す信号に対して信号処理が実行されてもよい。この信号処理は、照明強度ノイズといった測定ノイズを抑えるために実行されてもよい。信号処理は、当業者により理解されるであろうように、ステップ８０８の一部または追加のステップとして実行されてもよい。

ステップ８１０にて、偏光非依存干渉計システムは、ステップ８０８にて一以上の検出器により検出されたアライメント信号に含まれる情報を用いて、基板のフィーチャのオーバレイおよび／またはアライメントを決定してもよい。偏光非依存干渉計システムは、追加的または代替的にアライメントマークの非対称性および／またはプロセスに関する情報を決定してもよい。ある実施の形態において、ビーム強度は、像が重なり合うまたは干渉する瞳面、像面または瞳面と像面の間の面の複数の異なる位置で検出されてもよい。このようにして、偏光非依存干渉計システムは、一つだけのモードの代わりに回折光の全てを捉えてもよい。ステップ８１０にて生成される情報は、基板にパターン化される異なるフィーチャのミスアライメントを生じさせるであろう任意のハードウェアおよび／またはソフトウェアを配置および補正するために有用かもしれない。方法８００はその後終わる。

図９は、本発明の別の実施の形態に係る方法９００のフローチャートである。一例において、方法９００は、任意の偏光または状態を有する回折または散乱放射を検出するために用いることができる。示される全ての動作が必須ではなく、また、示される順序で実行されなくてもよいことが理解されよう。方法９００は、便宜のために上述の一以上のシステムに関して記載されるが、これらのシステムを用いる動作に限定されるとみなされるべきではない。

ある実施の形態において、方法９００は、図６の偏光非依存干渉計システム６００の動作の方法例であってもよい。方法８００と同様、ステップ９０２にて最初に基板上のマークが放射ビームＢで照明される。

ステップ９０４にて、偏光非依存干渉計システムは、基板上のマークから回折または散乱される光を受けてもよい。

ステップ９０６にて、回折光は、例えば図６の第１偏光ビームスプリッタ６０２により複数のビームに分割され、図６の自己参照干渉計６０６または図７の自己参照干渉計７０６．１および７０６．２といった一以上の自己参照干渉計に向けられてもよい。第１回折ビームおよび第２回折ビームがステップ９０６での分割から生じてもよい。二つの入力および二つの出力を含む単一の自己参照干渉計の別個チャネル、または、分割回折ビームと同じ数（例えば二つ）の自己参照干渉計の一つのチャネルが各ビームを処理してもよい。

ステップ９０８にて、自己参照干渉計を通過した後、第１回折ビームは、第２偏光ビームスプリッタにより第１および第２分割ビーム（図６のビーム６５２．１および６５２．２といったサブビームとして本書での説明のために記述される）に再度分割されてもよい。ステップ９１０にて、第２回折ビームは、第３偏光ビームスプリッタにより第３および第４サブビーム（図６のビーム６５４．１および６５４．２など）に分割されてもよい。ステップ９０８および９１０は、当業者に理解されるであろうように、同時に生じてもよいし、異なる時間に生じてもよい。

ステップ９１２にて、第１および第４サブビームは、第１複合または混合ビームを形成するために第４偏光ビームスプリッタにより混合されてもよい。これは、基板上のマークから当初回折された光の少なくとも高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−１次の回折次数）を依然として含んでよい。ステップ９１４にて、第２および第３サブビームは、第２複合または混合ビームを形成するために第５偏光ビームスプリッタにより混合されてもよい。これもまた、回折光の高次／非ゼロ次の回折次数（例えば＋１次および−１次の回折次数）を少なくとも含んでもよい。ステップ９１２および９１４は、当業者に理解されるであろうように、同時に生じてもよいし、異なる時間に生じてもよい。

ステップ９１６にて、第１複合ビームおよび第２複合ビームは、一以上の検出器により上述のように像が重なって干渉する複数の異なる位置にて検出されてもよい。各複合ビームは、入射する放射ビームＢを回折または散乱したマークに関するアライメント情報を含んでよい。このようにして、干渉計の出力は、検出器サブシステムの一以上の検出器により検出される前に強度空間にて混合されてよい。検出された複合ビームを表す信号に対して信号処理が実行されてもよい。この信号処理は、照明強度ノイズといった測定ノイズを抑えるために実行されてもよい。信号処理は、当業者に理解されるであろうように、ステップ９１６の一部として実行されてもよいし、追加のステップとして実行されてもよい。

ステップ９１８にて、検出ビームの強度は回折を生じさせたマークのオーバレイおよび／またはアライメントを決定するために用いられてもよい。偏光非依存干渉計システムは、その結果、一つだけのモードの代わりに回折光の全てを捉えてもよい。方法９００は、その後終わる。

図１０は、本発明の別の代替的な実施の形態に係る方法１０００のフローチャートである。方法１０００は、任意の偏光または状態を有する回折または散乱放射の検出に用いることができる。示される全ての動作が必須ではなく、示される順序で実行されてなくてもよいことが理解されよう。方法１０００は、簡便のために上述の一以上のシステムに関して記載されるが、これらのシステムを用いる動作に限定されるとみなされるべきではない。

ある実施の形態において、方法１０００は、図７の偏光非依存干渉計システム７００の動作の方法例であってよい。方法８００および／または９００と同様、ステップ１００２にて最初に基板上のマークが放射ビームＢで照明される。

ステップ１００４にて、偏光非依存干渉計システムは、基板上のマークから回折または散乱される光を受けてもよい。

ステップ１００６にて、回折光は、例えば図６の第１偏光ビームスプリッタ６０２により複数のビームに分割され、図６の自己参照干渉計６０６または図７の自己参照干渉計７０６．１および７０６．２といった一以上の自己参照干渉計に向けられてもよい。第１回折ビームおよび第２回折ビームはステップ１００６での分割から生じてもよい。二つの入力および二つの出力を含む単一の自己参照干渉計の別個チャネル、または、分割回折ビームと同じ数（例えば二つ）の自己参照干渉計の一つのチャネルが各ビームを処理してもよい。

ステップ１００８にて、自己参照干渉計を通過した後、第１回折ビームは、第２偏光ビームスプリッタにより第１および第２分割ビーム（図６のビーム６５２．１および６５２．２といったサブビームとして本書での説明のために記述される）に再度分割されてもよい。

ステップ１０１０にて、第２回折ビームは、第３偏光ビームスプリッタにより第３および第４サブビーム（図６のビーム６５４．１および６５４．２など）に分割されてもよい。

ステップ１００８および１０１０は、当業者に理解されるであろうように、同時に生じてもよいし、異なる時間に生じてもよい。

方法９００のようにサブビームを光学的に混合する代わりに、方法１０００は異なるサブビームを別個に検出し、画像の処理中または処理後のいずれかにそれぞれから得られる情報を混合してもよい。信号処理は、検出されたサブビームを示す信号に対して実行されてもよい。この信号は、照明強度ノイズといった測定ノイズを抑えるために実行されてよい。信号処理は、当業者に理解されるように、ステップ１０１２または１０２０の一部として実行されてもよいし、追加のステップとして実行されてもよい。第１実施形態において、方法１０００は、ステップ１０１２にて複数のサブビームを一以上の検出器および／または検出器システムを用いて複数の異なる位置（上述のようにマークから回折された像が重なって干渉する場所）にて検出してもよい。

検出後、ステップ１０１４にて、処理前または処理後の代わりに処理中に第１および第４サブビームからの情報が混合されてもよい。

同様に、ステップ１０１６にて、処理中に第２および第３サブビームからの情報が混合されてもよい。

ステップ１０１４および１０１６は、当業者に理解されるであろうように、同時に生じてもよいし、異なる時間に生じてもよい。このようにして、干渉計の出力が例えば強度空間または位置空間にて検出後に混合される。

代替的に、方法１０００は代わりに、ステップ１０２０にて複数のサブビームを一以上の検出器および／または検出器システムを用いて複数の異なる位置（上述のようにマークから回折された像が重なって干渉する場所）にて検出し、検出したビームに含まれる情報の処理とともに進行してよい。

この代替的な実施の形態にて処理の完了後、ステップ１０２２にて、方法１０００はその後、検出した第１および第４サブビームから得られた情報を混合する。

同様に、方法１０００はその後、ステップ１０２４にて、検出した第２および第３サブビームから得られた情報を混合する。

ステップ１０２２および１０２４は、当業者に理解されるであろうように、同時に生じてもよいし、異なる時間に生じてもよい。このようにして、干渉計の出力が検出および処理の後に位置空間にて混合されてもよい。

いずれかの実施の形態における処理後、方法１０００はステップ１０１８に進み、回折を生じさせたマークのオーバレイおよび／またはアライメントを決定するために検出および処理されたサブビームの強度が用いられてもよい。このようにして、偏光非依存干渉計システムは、一つだけのモードの代わりに、回折光の全てを捉えてもよい。方法１０００はその後終わる。

上記は例示を意図したものであり、限定を意図していない。したがって、当業者であれば、説明された本発明に対して以下に記載される請求項の権利範囲から逸脱することなく改変がなされてもよいことが理解されるであろう。

「発明の概要」および「要約」の欄ではなく、「発明を実施するための形態」の欄が請求項の解釈に用いられることが意図されると理解されるべきである。「発明の概要」および「要約」の欄は、本発明者によって予期される一以上の、しかしながら全てではない本発明の例示的な実施の形態を説明しうるものであり、したがって、本発明および添付の請求項を限定することを決して意図しない。

本発明は、特定の機能および関係性の実装を説明する機能構成ブロックの助けを用いて上述された。これら機能構成ブロックの境界は、説明を分かりやすくするために本書において恣意的に定義されている。特定の機能および関係性が適切に実行される限りにおいて、代わりの境界を定義することができる。

特定の実施の形態に係る上述の記載は、公知技術の範囲内での知識を適用することにより、過度の実験をすることなく、本発明の一般概念から逸脱することなく、特定の実施の形態を様々な用途に合わせて他者が簡単に改良および／または変化させることのできる本発明の概略的な特質を十分に明らかにするであろう。したがって、本書に示される教示および助言に基づくこのような改良および変更は、本開示の実施の形態の意義およびこれらと同等のものの範囲内にあることが意図される。本書における表現および学術用語は、説明を目的とし、限定を目的とするものではなく、本明細書の表現または学術用語は、教示および助言の観点から当業者によって解釈されるべきであることが理解されよう。

本発明の幅ないし範囲は、いかなる上述の例示的な実施の形態によっても限定されるべきでなく、以下の請求項およびそれと同等のものに従ってのみ定義されるべきである。

Claims (22)

1. 放射ビームを調整するように構成される照明システムと、
   マークを備える基板を保持するように構成される基板テーブルと、
   放射ビームを基板に投影するように構成される投影システムと、
   前記マークからの回折または散乱放射ビームを該光学システムを通過する光路に沿って受け、第１および第２ビームを出力するように構成される光学システムと、を備え、
   前記光学システムは、
   前記回折または散乱放射ビームを分割して前記第１および第２ビームを生成するビームスプリッタを備え、前記光路に沿って配置される干渉計サブシステムと、
   前記第１および第２ビームに基づく前記マークの位置に関する情報を含む第１および第２アライメント信号のそれぞれを検出するように構成される検出器サブシステムと、を備えることを特徴とするリソグラフィ装置。
2. 前記ビームスプリッタは、前記回折または放射ビームの偏光に顕著な影響を及ぼさない実質的に無偏光のビームスプリッタを備え、前記実質的に無偏光のビームスプリッタは、
   前記回折または散乱放射ビームを受けるように構成される第１入力と、
   前記第１ビームを含む第１複合ビームを出力するように構成される第１出力と、
   前記第２ビームを含む第２複合ビームを出力するように構成される第２出力と、を備え、
   前記検出器サブシステムは、前記第１複合ビームを検出するように構成される第１検出器と、前記第２複合ビームを検出するように構成される第２検出器と、を備え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。
3. 放射源からの前記放射ビームを受け、直線偏光ビームを出力するように構成される直線偏光子と、
   前記直線偏光ビームを受け、前記光路の軸に沿って円偏光ビームを出力するように構成される１／４波長板と、
   前記円偏光ビームを前記基板上のターゲットに投影し、前記ターゲットからの前記回折または散乱放射ビームを受けるように構成されるレンズと、をさらに備え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。
4. 前記回折または散乱放射ビームのゼロ次の回折次数を遮るように構成される開口絞りをさらに備え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。
5. 前記ビームスプリッタは、前記回折または散乱放射ビームを前記第１ビームを含む第１偏光ビームと前記第２ビームを含む第２偏光ビームとに分離するように構成される第１偏光ビームスプリッタを備え、前記第２偏光ビームが前記第１偏光ビームとは異なる偏光を有し、
   前記干渉計サブシステムは、前記第１および第２偏光ビームを受け、前記第１および第２偏光ビームの対応する一方に基づく第１および第２複合ビームのそれぞれを出力するようにさらに構成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。
6. 前記第１複合ビームを第３および第４複合ビームに分離する第２偏光ビームスプリッタと、前記第２複合ビームを第５および第６複合ビームに分離する第３偏光ビームスプリッタと、をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のリソグラフィ装置。
7. 前記検出器サブシステムは、
   前記第３および第４複合ビームに基づく前記マークの位置に関する情報を含む前記第１および第２アライメント信号のそれぞれを検出するように構成される第１および第２検出器と、
   前記第５および第６複合ビームに基づく前記マークの位置に関する情報を含む第３および第４アライメント信号のそれぞれを検出するように構成される第３および第４検出器と、
   前記第１、第２、第３および第４アライメント信号から得られる情報に基づいて、オーバレイ、アライメント、マーク非対称性およびプロセスばらつきの少なくとも一つを決定するように構成されるプロセッサと、をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のリソグラフィ装置。
8. 前記第４および第５複合ビームを混合して第１混合ビームを形成するように構成される第４偏光ビームスプリッタと、
   前記第３および第６複合ビームを混合して第２混合ビームを形成するように構成される第５偏光ビームスプリッタと、をさらに備え、
   前記検出器サブシステムは、
   前記第１および第２混合ビームに基づく前記第１および第２アライメント信号を個別に検出するように構成される第１および第２検出器と、
   前記第１および第２アライメント信号から得られる情報に基づいて、オーバレイ、アライメント、マーク非対称性およびプロセスばらつきの少なくとも一つを決定するように構成されるプロセッサと、をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のリソグラフィ装置。
9. 前記検出器サブシステムは、複数の検出器を備え、前記複数の検出器の各検出器は、前記複数の検出器の他の検出器とは異なる波長、異なる波長域または異なるスペクトル強度の重み付けで検出するように構成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。
10. 基板表面からの任意の偏光を有する回折または散乱放射ビームを該光学システムを通過する光路に沿って受け、第１および第２複合ビームを出力するように構成される光学システムを備え、前記光学システムは、
    前記回折または散乱放射ビームの偏光に影響を及ぼさない実質的に無偏光のビームスプリッタを備え、前記無偏光のビームスプリッタが前記回折または散乱放射ビームを分割して前記第１および第２複合ビームを形成するように構成され、前記光路に沿って配置される干渉計サブシステムと、
    前記光学システムを通過する前記光路に沿って配置され、対応する前記第１および第２複合ビームに基づくマークの位置に関する情報を含む第１および第２アライメント信号のそれぞれを検出するように構成される検出器サブシステムと、を備えることを特徴とするアライメントセンサ。
11. 放射源からのビームを受け、直線偏光ビームを出力するように構成される直線偏光子と、
    前記直線偏光ビームを受け、前記光路の軸に沿って円偏光ビームを出力するように構成される１／４波長板と、
    前記円偏光ビームを前記基板表面に投影し、前記基板からの前記回折または散乱放射ビームを受けるように構成されるレンズと、をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のアライメントセンサ。
12. 前記回折または散乱放射ビームのゼロ次の回折次数を遮るように構成される開口絞りをさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のアライメントセンサ。
13. 前記実質的に無偏光のビームスプリッタは、前記回折または散乱放射ビームを受けるように構成される第１入力と、前記第１複合ビームを出力するように構成される第１出力と、前記第２複合ビームを出力するように構成される第２出力とを備え、
    前記検出器サブシステムは、前記第１複合ビームを検出するように構成される第１検出器と、前記第２複合ビームを検出するように構成される第２検出器とを備えることを特徴とする請求項１０に記載のアライメントセンサ。
14. 前記検出器サブシステムは、複数の検出器を備え、前記複数の検出器の各検出器は、前記複数の検出器の他の検出器とは異なる波長、異なる波長域または異なるスペクトル強度の重み付けで検出するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載のアライメントセンサ。
15. 基板上のマークからの回折または散乱放射ビームを受けるように構成される光学システムを備え、前記光学システムは、
    前記回折または散乱放射ビームを、第１偏光ビームと、前記第１偏光ビームとは異なる第２偏光ビームとに分離するように構成される第１偏光ビームスプリッタと、
    前記光学システムを通過する光路に沿って配置され、前記第１および第２偏光ビームを受け、対応する前記第１および第２偏光ビームに基づく第１および第２複合ビームのそれぞれを出力するように構成される干渉計サブシステムと、
    前記光学システムを通過する前記光路に沿って配置され、前記第１および第２複合ビームに基づく前記マークの位置に関する情報を含む第１および第２アライメント信号のそれぞれを検出するように構成される検出器サブシステムと、を備えることを特徴とするアライメントセンサ。
16. 前記第１複合ビームを第３および第４複合ビームに分離するように構成される第２偏光ビームスプリッタと、
    前記第２複合ビームを第５および第６複合ビームに分離するように構成される第３偏光ビームスプリッタと、をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載のアライメントセンサ。
17. 前記検出器サブシステムは、
    前記第３および第４複合ビームに基づく前記マークの位置に関する情報を含む前記第１および第２アライメント信号のそれぞれを検出するように構成される第１および第２検出器と、
    前記第５および第６複合ビームに基づく前記マークの位置に関する情報を含む第３および第４アライメント信号のそれぞれを検出するように構成される第３および第４検出器と、
    前記第１、第２、第３および第４アライメント信号から得られる情報に基づいて、オーバレイ、アライメント、マーク非対称性およびプロセスばらつきの少なくとも一つを決定するように構成されるプロセッサと、をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のアライメントセンサ。
18. 前記第４および第５複合ビームを混合して第１混合ビームを形成するように構成される第４偏光ビームスプリッタと、
    前記第３および第６複合ビームを混合して第２混合ビームを形成するように構成される第５偏光ビームスプリッタと、をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のアライメントセンサ。
19. 前記検出器サブシステムは、
    前記第１および第２混合ビームに基づく前記第１および第２アライメント信号のそれぞれを検出するように構成される第１および第２検出器と、
    前記第１および第２アライメント信号から得られる情報に基づいて、オーバレイ、アライメント、マーク非対称性およびプロセスばらつきの少なくとも一つを決定するように構成されるプロセッサと、をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載のアライメントセンサ。
20. 前記干渉計サブシステムは、自己参照干渉計を備え、前記自己参照干渉計は、第１および第２入力と、前記第１および第２複合ビームに対応する第１および第２出力とを備えることを特徴とする請求項１５に記載のアライメントセンサ。
21. 前記干渉計サブシステムは、
    前記第１偏光ビームを受け、前記第１複合ビームを前記第２偏光ビームスプリッタへ出力するように構成される第１自己参照干渉計と、
    前記第２偏光ビームを受け、前記第２複合ビームを前記第３偏光ビームスプリッタへ出力するように構成される第２自己参照干渉計とを備え、
    第１および第２自己参照ビームスプリッタは、互いに区別されることを特徴とする請求項１６に記載のアライメントセンサ。
22. 前記検出器サブシステムは、複数の検出器を備え、前記複数の検出器の各検出器は、前記複数の検出器の他の検出器とは異なる波長、異なる波長域または異なる強度のスペクトル重み付けで検出するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載のアライメントセンサ。

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