JP2019516133A - 位置測定システム、較正方法、リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

位置測定システム、較正方法、リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、オブジェクト（ＧＲ）の位置を測定するように構成された位置測定システム（ＰＭＳ）であって、放射源（１０）から第１の測定波（１２）及び第２の測定波（１３）を取得し、第１及び第２の測定波の少なくとも１つとオブジェクトとの相互作用後に第１及び第２の測定波が少なくとも部分的に互いに干渉して、第１の検出ビーム（１５）を形成できるようにするための光学系と、第１の検出ビームを受け取るための第１の検出器（１１０）と、第１の検出器からの出力を受け取り、出力からオブジェクトの位置を表す信号を決定するように構成された処理装置と、を含み、光学系が、第１の測定波と第２の測定波との位相差を変調するように構成された位相変調器（１５０）を含む、位置測定システムに関する。【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
[01] 本出願は、２０１６年５月９日に出願され、参照により全体として本明細書に取り入れられる欧州特許出願第１６１６８７２４．９号の優先権を主張するものである。
[02] 本発明は、位置測定システム、位置測定システムに関する較正方法、このような位置測定システムを含むリソグラフィ装置、及びこのような位置測定システムが使用されるデバイス製造方法に関する。
[03] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスク又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の個々の層上に形成すべき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）上のターゲット部分（例えば１つ又は幾つかのダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが付与される隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行に同期的にスキャンしながら、パターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナと、を含む。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とパターンを転写することが可能である。
[04] リソグラフィ装置は通常、複数の可動コンポーネントを含み、そのコンポーネントの位置はターゲット部分へのパターンの正確な転写を取得するために非常に正確に把握する必要がある。位置を取得する際の要諦は位置測定システムである。適用例及び必要な正確さ次第で、位置測定システムは、２つの測定波の少なくとも１つが可動コンポーネント上のオブジェクト、例えばターゲットと相互作用した後に２つの測定波を互いに干渉させて測定波（複数も可）の位相を変更するという原理に基づくことができる。干渉後に強度を検出することにより、測定波間の位相差を表す信号を取得することができる。従って、この信号は可動コンポーネントの位置も表す。
[05] しかしながら、例えばオブジェクト位置に対する周期的依存性を有する測定エラーを回避するために、位置測定システムを較正する必要がある。補償すべき影響は時間及び動作点につれて変動する傾向があるので、較正は規則正しく繰り返す必要がある。現在、位置測定システムは、較正中に可動コンポーネントが相当な距離を移動することを要求し、その結果、コンポーネントの通常動作の大幅な中断が発生する。
[06] 較正による通常動作の中断をあまり必要としない位置測定システムを提供することが望ましい。
[07] 本発明の一実施形態により、オブジェクトの位置を測定するように構成された位置測定システムであって、
放射源から第１の測定波及び第２の測定波を取得し、第１及び第２の測定波の少なくとも１つとオブジェクトとの相互作用後に第１及び第２の測定波が少なくとも部分的に互いに干渉して、第１の検出ビームを形成できるようにするための光学系と、
第１の検出ビームを受け取るための第１の検出器と、
第１の検出器からの出力を受け取り、出力からオブジェクトの位置を表す信号を決定するように構成された処理装置と、を含み、
光学系が、第１の測定波と第２の測定波との位相差を変調するように構成された位相変調器を含む、位置測定システムが提供される。
[08] 本発明の他の実施形態により、本発明による位置測定システムに関する較正方法であって、
ａ）位相変調器によって第１の測定波と第２の測定波との間に加えられた位相差を１つ以上の異なる値に適合させるステップと、
ｂ）１つ以上の異なる値のそれぞれに関して検出器出力データを取得するステップと、
ｃ）取得した検出器出力データから、オブジェクトの位置に対する周期的依存性を有する測定エラーを補償するための少なくとも１つの補償パラメータを決定するステップと、
を含む、較正方法が提供される。
[09] 本発明の更に他の実施形態により、本発明による位置測定システムを含むリソグラフィ装置が提供される。
[10] 本発明の更なる実施形態により、本発明による位置測定システム又は本発明によるリソグラフィ装置が使用されるデバイス製造方法が提供される。
[11] 対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照しながら以下に本発明の実施形態について説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。
本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を図示している。 本発明の一実施形態による位置測定システムを概略的に図示している。 本発明の他の実施形態による位置測定システムを概略的に図示している。 本発明の一実施形態による位置測定システムの処理装置を図示している。
[12] 図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示したものである。この装置は、
放射ビームＢ（例えばＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を調節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、特定のパラメータに従って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た第１のポジショナＰＭに接続された支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成され、特定のパラメータに従って基板を正確に位置決め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（例えばウェーハテーブル）ＷＴａ又はＷＴｂ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のターゲット部分Ｃ（例えば１つ以上のダイを含む）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、
を備える。
[13] 照明システムＩＬは、放射を誘導し、整形し、又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらの任意の組み合わせなどの様々なタイプの光学コンポーネントを含むことができる。
[14] 支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡを支持、すなわちその重量を支えている。支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡの配向、リソグラフィ装置の設計及び、例えばパターニングデバイスＭＡが真空環境で保持されているか否か等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。支持構造ＭＴは、機械式、真空式、静電式又はその他のクランプ技術を用いて、パターニングデバイスＭＡを保持することができる。支持構造ＭＴは、例えば、必要に応じて固定又は可動式にできるフレーム又はテーブルであってもよい。支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡが例えば投影システムＰＳに対して確実に所望の位置に来るようにしてもよい。本明細書において「レチクル」又は「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。
[15] 本明細書において使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板Ｗのターゲット部分にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを付与するために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに付与されるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板Ｗのターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。
[16] パターニングデバイスＭＡは透過性又は反射性でよい。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、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）位相シフトマスク、ハーフトーン型（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）位相シフトマスクのようなマスクタイプ、更には様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例として、小型ミラーのマトリクス配列を使用し、ミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射ビームにパターンを付与する。
[17] 本明細書で使用する「放射ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍもしくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）紫外線（ＵＶ）放射及び（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）極端紫外線（ＥＵＶ）放射を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。
[18] 本明細書において使用する「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁気光学システム及び静電光学システム、又はその任意の組み合わせを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これは更に一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。
[19] 本明細書で示すように、本装置は、（例えば透過マスクを使用する）透過タイプである。あるいは、装置は、（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、又は反射マスクを使用する）反射タイプでもよい。
[20] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）又はそれ以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスクテーブル）を有するタイプでよい。このような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルを並行して使用するか、１つ以上の他のテーブルを露光に使用している間に１つ以上のテーブルで予備工程を実行することができる。図１の例における２つの基板テーブルＷＴａ及びＷＴｂがこれを例示している。本明細書で開示される発明は、スタンドアロン型で使用可能であるが、特に、シングルステージ又はマルチステージのいずれかの装置の露光前測定ステージにおいて、追加の機能を提供することができる。基板サポートＷＴに加えて、リソグラフィ装置ＬＡは、測定ステージを備えることができる。測定ステージは、センサ及び／又は洗浄装置を保持するように構成される。センサは、投影システムＰＳの特性又は放射ビームＢの特性を測定するように構成することができる。測定ステージは、複数のセンサを保持することができる。洗浄装置は、リソグラフィ装置の一部、例えば投影システムＰＳの一部又は液浸液を提供するシステムの一部を洗浄するように構成することができる。測定ステージは、基板サポートＷＴが投影システムＰＳから離れているとき、投影システムＰＳの下を移動することができる。
[21] リソグラフィ装置は、投影システムＰＳと基板Ｗとの間の空間を充填するように、基板Ｗの少なくとも一部が相対的に高い屈折率を有する液体、例えば水によって覆えるタイプでもよい。液浸液は、例えばパターニングデバイスＭＡと投影システムＰＳとの間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。液浸技術は、投影システムの開口数を増やすための分野では周知である。本明細書で使用する「液浸」という用語は、基板Ｗなどの構造を液体に沈めなければならないという意味ではなく、露光中に投影システムＰＳと基板Ｗとの間に液体が存在するというほどの意味である。
[22] 図１を参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源ＳＯとリソグラフィ装置ＬＡとは、例えば放射源ＳＯがエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源ＳＯはリソグラフィ装置ＬＡの一部を形成すると見なされず、放射ビームＢは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源ＳＯがリソグラフィ装置ＬＡの一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。
[23] 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を備えていてもよい。一般に、イルミネータの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒ及びσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調節することができる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。イルミネータＩＬを用いて放射ビームを調節し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。
[24] 放射ビームＢは、支持構造ＭＴ（例えばマスクテーブル）上に保持されたパターニングデバイスＭＡ（例えばマスク）に入射し、パターニングデバイスＭＡによってパターン形成される。パターニングデバイスＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２のポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを、例えば様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めするように正確に移動できる。同様に、第１のポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイスＭＡを正確に位置決めできる。
[25] 第１のポジショナＰＭは、ロングストロークモジュールとショートストロークモジュールとを含むことができる。ショートストロークモジュールは、小さい移動範囲において高い精度で支持構造ＭＴをロングストロークモジュールに対して移動させるように配置される。ロングストロークモジュールは、大きい移動範囲において低い精度でショートストロークモジュールを投影システムＰＳに対して移動させるように配置される。ロングストロークモジュールとショートストロークモジュールとの組み合わせにより、第１のポジショナＰＭは、大きい移動範囲において高い精度で支持構造ＭＴを投影システムＰＳに対して移動させることができる。同様に、第２のポジショナＰＷは、ロングストロークモジュールとショートストロークモジュールとを含むことができる。ショートストロークモジュールは、小さい移動範囲において高い精度で基板サポートＷＴをロングストロークモジュールに対して移動させるように配置される。ロングストロークモジュールは、大きい移動範囲において低い精度でショートストロークモジュールを投影システムＰＳに対して移動させるように配置される。ロングストロークモジュールとショートストロークモジュールとの組み合わせにより、第２のポジショナＰＷは、大きい移動範囲において高い精度で基板サポートＷＴを投影システムＰＳに対して移動させることができる。
[26] ステッパの場合（スキャナと対照的に）、支持構造ＭＴをショートストロークアクチュエータのみに接続するか固定してもよい。パターニングデバイスＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。例示されている基板アライメントマークＰ１、Ｐ２は専用のターゲット部分を占有するが、これらはターゲット部分Ｃの間の空間に位置することができる。基板アライメントマークＰ１、Ｐ２がターゲット部分Ｃの間の空間に位置する場合、これら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、パターニングデバイスＭＡ上に２つ以上のダイが設けられる状況では、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２はダイ間に位置することができる。
[27] 図示されたリソグラフィ装置ＬＡは、少なくともスキャンモードで使用できる。スキャンモードにおいては、支持構造ＭＴ及び基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付与されたパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一動的露光）。支持構造ＭＴに対する基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂの速度及び方向は、投影システムＰＳの（縮小）拡大率及び像反転特性によって決めることができる。スキャンモードにおいては、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光時のターゲット部分の幅（非スキャン方向）が限定される一方、スキャン動作の長さによって、ターゲット部分の高さ（スキャン方向）が決まる。
[28] スキャンモードに加えて、図示された装置は、以下のモードのうちの少なくとも１つで使用することができる。
１．ステップモードでは、放射ビームに付与されたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される間、支持構造ＭＴ及び基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂは本質的に定常に維持される（すなわち単一静的露光）。次いで基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂがＸ及び／又はＹ方向にシフトされるため、異なるターゲット部分Ｃを露光することができる。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズが単一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。
２．その他のモードでは、支持構造ＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持しながら本質的に定常に維持され、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影される間、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂは移動又はスキャンされる。このモードでは、一般にパルス放射源が使用され、プログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂの各動きの後、又はスキャン中の連続する放射パルス間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、前述のような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可能である。
[29] 上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。
[30] リソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルＷＴａ及びＷＴｂと、露光ステーション及び測定ステーションという２つのステーションと、を有し、その２つのステーション間で基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂを交換できる、いわゆるデュアルステージタイプである。露光ステーションにおいて一方の基板テーブルＷＴａ上の１つの基板を露光している間に、測定ステーションにおいてもう一方の基板テーブルＷＴｂに他の基板Ｗを装填し、様々な予備工程を実行することができる。予備工程としては、レベルセンサＬＳを使用して基板Ｗの表面をマッピングすることと、アライメントセンサＡＳを使用して基板Ｗ上の基板アライメントマーカＰ１、Ｐ２の位置を測定することと、を含むことができる。これにより、リソグラフィ装置ＬＡのスループットの実質的な増加が可能になる。基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂが測定ステーション並びに露光ステーションにある間に位置センサＩＦが基板テーブルの位置を測定できない場合、基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂの位置を両方のステーションで追跡できるようにするために第２の位置センサを設けてもよい。
[31] リソグラフィ装置ＬＡは、上記の様々なアクチュエータ及びセンサの移動及び測定をすべて制御する制御ユニットＬＡＣＵを更に含む。制御ユニットＬＡＣＵは、リソグラフィ装置ＬＡの動作に関連する所望の計算を実現するための信号処理及びデータ処理能力も含む。実際には、制御ユニットＬＡＣＵは、それぞれが装置内のサブシステム又はコンポーネントのリアルタイムデータ取得、処理、及び制御を処理する多くのサブユニットからなるシステムとして実現される。例えば、１つの処理サブシステムを基板ポジショナＰＷのサーボ制御専用にすることができる。別々のユニットで粗動アクチュエータと微動アクチュエータ又は種々の軸を扱うこともできる。他のユニットを位置センサＩＦの読み出し専用にすることも可能である。これらのサブシステム処理装置、オペレータ、リソグラフィ製造プロセスに関係するその他の装置と通信する中央演算処理装置により、装置の全体的な制御を制御することができる。
[32] リソグラフィ装置ＬＡのコンポーネント、例えば投影システムＰＳ内のレンズ又はミラーのような光学コンポーネントの位置を測定するために、リソグラフィ装置ＬＡは１つ以上の位置測定システムを含む。図２は、本発明の一実施形態による位置測定システムＰＭＳを概略的に図示している。
[33] 位置測定システムＰＭＳは、光源１０と、光学系２０と、第１の検出器１１０と、第２の検出器１２０と、第３の検出器１３０と、第４の検出器１４０と、を含む。位置測定システムＰＭＳは、この実施形態ではリソグラフィ装置のコンポーネントに取り付けられるか又はその上に設けられる格子ＧＲであるオブジェクトの位置を測定するように構成される。この場合、光源１０は必ずしも位置測定システムＰＭＳの一部を形成しないことは注目に値する。位置測定システムＰＭＳに放射ビームを提供するために別個の光源を使用することもできる。光源１０は、放射ビームを提供するための任意の適切なタイプの放射源にすることができる。
[34] 光源１０は、この実施形態では図面の平面に対して平行な直線偏光であるｐ偏光を有する光と、従って図面の平面に対して垂直な直線偏光であり、ｐ偏光と直交するｓ偏光を有する光と、を含む放射ビーム１１を提供する。ｐ偏光は参照符号ｐを有する矢印によって示され、この矢印はそれぞれのビームの伝搬方向に対して垂直であり、図面の平面内にある。ｓ偏光は参照符号ｓを有する小円によって示されている。これらの小円はそれぞれのビームの伝搬方向に対して垂直な矢印を表し、図面の面外にあり、それによりｐ偏光と直交する。
[35] 以下に記載する光学コンポーネントは、その入射面が図面の平面に対して垂直な方向を含むような向きを有する。
[36] 光学系２０は、放射ビーム１１を、ｐ偏光を有する第１の測定波１２とｓ偏光を有する第２の測定波１３とに分割する偏光ビームスプリッタ２２を含む。
[37] 第１の測定波１２は、４分の１波長板２８を通過している間にミラー２６に向かってそれを反射するために格子ＧＲに向かってミラー２４によって第１の光路に沿って誘導され、そのミラー２６は、もう一度４分の１波長板２８を通過している間に格子ＧＲに向かって第１の測定波を反射して戻し、その結果、第１の測定波はミラー２４を介して偏光ビームスプリッタ２２に戻り、４分の１波長板２８を２回通過することによって引き起こされたｓ偏光を有する。このために、４分の１波長板２８は、その主要複屈折軸のいずれか一方が入射測定波の偏光方向に平行に位置合わせされるように配向される。
[38] 第２の測定波１３は第１の光路とは異なる第２の光路に沿って誘導される。第２の測定波１３は、４分の１波長板３４を通過している間にミラー３２に向かってそれを反射するために格子ＧＲに向かってミラー３０によって誘導される。ミラー３２は、もう一度４分の１波長板３４を通過している間に格子ＧＲに向かって第２の測定波１３を反射して戻し、その結果、第２の測定波はミラー３０を介して偏光ビームスプリッタ２２に戻り、４分の１波長板３４を２回通過することによって引き起こされたｐ偏光を有する。
[39] 第１及び第２の測定波１２、１３両方の偏光状態の変化により、これらの測定波は偏光ビームスプリッタ２２後にもう一度結合されて、結合測定波１４を形成する。
[40] 結合測定波１４は通常のビームスプリッタ３６によって分割され、その結果、第１の測定波１２の第１部１２ａと第２の測定波１３の第１部１３ａは偏光ビームスプリッタ３８に向かって一緒に伝搬し、第１の測定波１２の第２部１２ｂと第２の測定波１３の第２部１３ｂは、最初に４分の１波長板４２を通過している間に偏光ビームスプリッタ４０に向かって一緒に伝搬する。
[41] ４分の１波長板４２は、第２の測定波１３の第２部１３ｂに対して第１の測定波１２の第２部１２ｂに９０度の追加の所定の位相シフトを加える。
[42] 偏光ビームスプリッタ３８及び４２は、光を、第１の偏光状態ｐ’を有する光と、第１の偏光状態ｐ’と直交する第２の偏光状態ｓ’を有する光と、に分割し、図中の点線の円４４内に示されているように初期のｐ偏光及びｓ偏光と４５度の角度をなすように、４５度の角度で配置されている。
[43] 図２の実施形態では、第１の偏光状態ｐ’を有する光は第１の検出器１１０に向かって誘導され、その結果、第１の測定波１２の第１部１２ａの第１の部分と第２の測定波１３の第１部１３ａの第１の部分との干渉によって形成された第１の検出ビーム１５が得られる。また、第１の偏光状態ｐ’を有する光は第３の検出器１３０にも向かって誘導され、その結果、第１の測定波１２の第２部１２ｂの第１の部分と第２の測定波１３の第２部１３ｂの第１の部分との干渉によって形成された第３の検出ビーム１６が得られる。
[44] 第２の偏光状態ｓ’を有する光は第２の検出器１２０に向かって誘導され、その結果、第１の測定波１２の第１部１２ａの第２の部分と第２の測定波１３の第１部１３ａの第２の部分との干渉によって形成された第２の検出ビーム１７が得られる。また、第２の偏光状態ｓ’を有する光は第４の検出器１４０にも向かって誘導され、その結果、第１の測定波１２の第２部１２ｂの第２の部分と第２の測定波１３の第２部１３ｂの第２の部分との干渉によって形成された第４の検出ビーム１８が得られる。
[45] 第１の検出器１１０、第２の検出器１２０、第３の検出器１３０、及び第４の検出器１４０はそれぞれ第１の検出ビーム１５、第２の検出ビーム１７、第３の検出ビーム１６、及び第４の検出ビーム１８を受け取り、それぞれ出力Ｃ＋、Ｓ＋、Ｃ−、Ｓ−を提供し、これらはそれぞれ第１の検出ビーム１５、第２の検出ビーム１７、第３の検出ビーム１６、及び第４の検出ビーム１８の強度を表し、その強度は第１及び第２の測定波１２、１３の間の位相差の±正弦及び±余弦を表す。位相差はＸ方向の格子の位置を表す。
[46] オフセット、利得誤差、及び余弦対正弦の角度誤差により、出力を基礎として決定された位相差は、実際の位相差から逸脱する可能性があり、従って、位相測定エラーがもたらされる。この逸脱は実際の位相差の周期（非直線）関数である。オフセット、利得誤差、及び余弦対正弦の角度誤差は更に時間変動する可能性がある。従って、オフセット、利得、及び角度の補償係数値をそれぞれの最適値に更新し、それにより位相測定エラーを回避するために、位置測定システムＰＭＳの規則正しい較正が必要になる。例えばリサージュ較正方法を使用して、位置測定システムＰＭＳを最適に較正するために、較正は好ましいことに、測定範囲が２πより小さい場合でも０〜２πの間に均等に分散された５つの異なる位相差について実行される。
[47] 図２の実施形態では、位置測定システムＰＭＳは、第１の測定波１２を操作するために第１の光路内に配置された位相変調器１５０、この場合は電気光学位相変調器を含む。
[48] 位相変調器を追加することの利点は、格子ＧＲの位置とは無関係に第１及び第２の測定波１２、１３間の位相差を適合できることである。位相変調器１５０は、格子ＧＲの位置とは無関係に第１の測定波１２と第２の測定波１３との位相差を変調するように構成される。このため、格子ＧＲが取り付けられるコンポーネントは、特にそのコンポーネントが動作中に静止して保持されるものである場合でも、依然として動作することができる。インライン較正が可能になるので、較正間の時間は容易に減少させることができ、その結果、周期的な非直線性が発現し始める前に位相差の決定に使用されるパラメータを更新することができる。これは平均精度を増すことになる。インライン較正は、位置測定システムＰＭＳの動作使用時に実質的な中断なしに行うことができる較正である。
[49] 更なる利点は、動作中の移動範囲が使用される光の１周期より大幅に小さいときに較正を改善できることである。例えば、移動範囲により、出力Ｃ＋、Ｓ＋、Ｃ−、Ｓ−は正弦又は余弦の周期の何分の１かに過ぎなくなる可能性がある。位相変調器１５０はより大きい移動範囲をエミュレートできるので、より高品質の較正を達成することができる。
[50] 更に他の利点は、始動位置から外れて剛体位置制御を得ることができることである。始動位置では、オブジェクトはエンドストップ又はその付近にある可能性がある。エンドストップは特定の方向の移動をブロックするので、オブジェクトの移動は制限される。位相変調器はその特定の方向の移動をエミュレートすることができ、従って、初期補償パラメータセットの決定を可能にし、これはボディ位置制御システムが位置測定システムＰＭＳに基づいて確実に動作できるようにするための必要条件である。
[51] 図３は、本発明の他の実施形態による位置測定システムＰＭＳを図示している。図２の実施形態に関していくつかの類似点が存在し、それについて以下に簡単に説明する。より細密な説明のために、図２及びそれに対応する説明を参照する。
[52] 位置測定システムＰＭＳは、光源１０及び光学系２０を含み、格子ＧＲの位置を測定するように構成される。光源１０からの光は最終的に偏光ビームスプリッタ２２に提供され、その偏光ビームスプリッタ２２がその光を、ｐ偏光を有する第１の測定波１２とｓ偏光を有する第２の測定波１３とに分割する。偏光ビームスプリッタ２２の後の光学系２０は図２の実施形態と同様のものである。最終的に、光学系２０は、４つの対応する検出器１１０、１２０、１３０、１４０によって検出される４つの異なる検出ビーム１５、１６、１７、１８を導出する。
[53] 図３の実施形態と図２の実施形態との間の主な違いは、光源１０と偏光ビームスプリッタ２２との間にある光学系２０の一部並びに位相変調器１５０の位置である。
[54] 光源１０は光ファイバ１６０に提供される放射ビーム１１を出力し、その光ファイバ１６０は放射ビーム１１の偏光ＰＯが光ファイバ１６０の遅い軸と速い軸の両方に対して４５度に向けられるような複屈折材料を含む。従って、ファイバ１６０からの光は遅い軸と位置合わせされたｐ偏光を有する放射を含み、これはその後第１の測定波１２を形成することになる。ｓ偏光を有する放射は速い軸と位置合わせされ、これはその後第２の測定波１３を形成することになり、第１の測定波１２に対する未知の時間変動する位相差を伴う。
[55] 従って、位置測定システムＰＭＳは基準位相差検出システム（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｐｈａｓｅ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）１７０を含む。放射ビーム１１の一部分κを基準位相差検出システム１７０に向かって誘導するためにビームスプリッタ６０が設けられる。一部分κは好ましくは比較的小さいものであり、例えば１０％未満又は５％未満である。
[56] この実施形態では、基準位相差検出システム１７０は偏光ビームスプリッタ２２の下流の光学系２０と同様のものであり、アポストロフィで補足された同じ参照記号を同様の部分に付与することによって示されている。これは、格子ＧＲとの相互作用前の位相差及び格子ＧＲとの相互作用後の位相差が同一のやり方で決定されるという利点を有する。
[57] 図２に関連して既に述べた利点に加えて、図３の実施形態の利点は、格子ＧＲから比較的遠い距離に光源１０及び位相変調器１５０を配置できることであり、従って、例えば光源１０及び位相変調器１５０は非真空環境に配置することができ、格子はリソグラフィ装置ＬＡの真空環境に配置される。
[58] 図４は、図３の位置測定システムＰＭＳの第１〜第４の検出器１１０、１２０、１３０、１４０の出力Ｃ＋、Ｃ−、Ｓ＋、Ｓ−を処理するため、基準位相差検出システム１７０の第１の検出器１１０’、第２の検出器１２０’、第３の検出器１３０’、及び第４の検出器１４０’の出力Ｃ＋‘、Ｃ−’、Ｓ＋’、Ｓ−‘を処理するため、並びに位相変調器１５０によって加えられた追加の位相差φｍを処理するために適した処理装置ＰＵを概略的に図示している。
[59] 位置測定システムＰＭＳの第１〜第４の検出器のＣ＋、Ｃ−、Ｓ＋、Ｓ−は、格子ＧＲとの相互作用後の第１及び第２の測定波１２、１３間の位相差を決定するために使用される。基準位相差検出システム１７０の第１の検出器１１０’、第２の検出器１２０’、第３の検出器１３０’、及び第４の検出器１４０’の出力Ｃ＋‘、Ｃ−’、Ｓ＋’、Ｓ−‘は、格子ＧＲとの相互作用前の第１及び第２の測定波１２、１３間の位相差を決定するために使用され、その結果、格子ＧＲとの相互作用によって引き起こされ、Ｘ方向の格子ＧＲの位置を表す位相差φ１２を決定することができる。
[60] 位相変調器１５０によって加えられた追加の位相差φｍは、処理装置ＰＵを較正するために使用される。位相差φｍは、位相変調器１５０に提供される出力である場合もあれば、位相変調器１５０によって処理装置ＰＵに提供される入力である場合もあれば、両方である場合もある。
[61] 一実施形態では、処理装置ＰＵは、位相変調器１５０によって加えられた第１及び第２の測定波１２、１３間の位相差を表す情報φｍを受け取り、その情報を使用して、位相変調器１５０によって加えられた上記位相差に関する位置を表す信号φ１２を補償するように構成される。
[62] 一実施形態では、処理装置ＰＵは、情報φｍを使用して、位相変調器１５０によって加えられた位相差について基準位相差検出システム１７０を補償するように更に構成される。
[63] 図２及び図３の位置測定システムＰＭＳの較正は、
ａ）位相変調器によって第１の測定波と第２の測定波との間に加えられた位相差を１つ以上の異なる値に適合させるステップと、
ｂ）１つ以上の異なる値のそれぞれに関して検出器出力データを取得するステップと、
ｃ）取得した検出器出力データから、オブジェクトの位置に対する周期的依存性を有する測定エラーを補償するための少なくとも１つの補償パラメータを決定するステップと、
を含むことができる。
[64] 一実施形態では、オブジェクトは較正方法中に静止して保持される。
[65] 更に、較正中に位相変調器によって少なくとも５つの異なる値を加えることができる。
[66] 一実施形態では、基準位相差検出システムについて同様の較正が実行される。基準位相差検出システムの較正は、基準位相差検出システムの上流の光学系及び検出器の較正と並行して実行することができる。
[67] 示されている諸実施形態は単一の位置測定システムについて記述しているが、図３の実施形態は、光源及び位相変調器が複数の位置測定システムによって共用され、光が複数のファイババンドル及びファイバカップラからなる階層木によって分散される、同様の位置測定システムと組み合わせて使用するのに特に適している。
[68] 上記の諸実施形態では、第１及び第２の測定波１２、１３は格子ＧＲに入射する。従って、上記の位置測定システムＰＭＳはエンコーダシステムであると見なすことができる。更なる実施形態では、第１及び第２の測定波１２、１３は格子ＧＲの代わりにミラーに入射する。第１及び第２の測定波１２、１３は、例えばコンポーネントの回転位置を測定するために、同じミラー又は同じコンポーネント上の複数のミラーに入射してもよい。代替的に、第１及び第２の測定波１２、１３のうちの一方はコンポーネントに結合されたミラーに入射し、第１及び第２の測定波１２、１３のうちのもう一方はコンポーネントに結合されていない基準ミラーに入射する。例えば、基準ミラーは基準フレームに結合することができる。位置測定システムＰＭＳが格子ＧＲの代わりに少なくとも１つのミラーを有する実施形態は干渉計システムと見なすことができる。
[69] 本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用ガイダンス及び検出パターン、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である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジーツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板プロセスツールに適用することができる。更に基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。
[70] 光リソグラフィの分野での本発明の実施形態の使用に特に言及してきたが、本発明は文脈によってはその他の分野、例えばインプリントリソグラフィでも使用することができ、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内のトポグラフィが基板上に作成された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は基板に供給されたレジスト層内に刻印され、電磁放射、熱、圧力又はそれらの組み合わせを適用することでレジストは硬化する。パターニングデバイスはレジストから取り除かれ、レジストが硬化すると、内部にパターンが残される。
[71] 以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。例えば、本発明は、上記で開示したような方法を述べる機械読み取り式命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラム、又はこのようなコンピュータプログラムを内部に記憶したデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光ディスク）の形態をとることができる。
[72] 上記の説明は例示的であり、限定的ではない。それ故、下記に示す特許請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。

Claims (15)

  1. オブジェクトの位置を測定するように構成された位置測定システムであって、
    放射源から第１の測定波及び第２の測定波を取得し、前記第１の測定波及び前記第２の測定波の少なくとも１つと前記オブジェクトとの相互作用後に前記第１の測定波及び前記第２の測定波が少なくとも部分的に互いに干渉して、第１の検出ビームを形成できるようにするための光学系と、
    前記第１の検出ビームを受け取るための第１の検出器と、
    前記第１の検出器からの出力を受け取り、前記出力から前記オブジェクトの前記位置を表す信号を決定するように構成された処理装置と、を含み、
    前記光学系が、前記第１の測定波と前記第２の測定波との位相差を変調するように構成された位相変調器を含む、位置測定システム。
  2. 前記第１の測定波と前記第２の測定波の両方が、互いに干渉する前に前記オブジェクトと相互作用する、請求項１に記載の位置測定システム。
  3. 前記オブジェクトが、格子又はミラーである、請求項１又は２に記載の位置測定システム。
  4. 前記光学系が、第１の光路に沿って前記第１の測定波を誘導し、前記第１の光路とは異なる第２の光路に沿って前記第２の測定波を誘導するように構成され、
    前記位相変調器が、前記第１の測定波及び前記第２の測定波が互いに干渉する前の位置で前記第１及び／又は第２の光路内に配置される、請求項１から３のいずれか一項に記載の位置測定システム。
  5. 前記光学系が、第１の偏光状態を有する前記第１の測定波の第１の部分と前記同じ第１の偏光状態を有する前記第２の測定波の第１の部分との干渉により前記第１の検出ビームを形成するように構成され、
    前記光学系が、前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する前記第１の測定波の第２の部分と前記同じ第２の偏光状態を有する前記第２の測定波の第２の部分との干渉により第２の測定ビームを形成するように更に構成され、
    前記位置測定システムが、前記第２の検出ビームを受け取るための第２の検出器を更に含み、
    前記処理装置が、前記第２の検出器からの出力を受け取り、前記第１及び第２の検出器の前記出力から前記オブジェクトの前記位置を表す信号を決定するように更に構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載の位置測定システム。
  6. 前記光学系が、前記第１の測定波を第１部と第２部とに分割し、前記第２の測定波を対応する第１部と第２部とに分割するように構成され、
    前記第１の検出ビームが、前記第１の測定波の前記第１部の第１の部分と前記第２の測定波の前記第１部の第１の部分との干渉によって形成され、
    前記第２の検出ビームが、前記第１の測定波の前記第１部の第２の部分と前記第２の測定波の前記第１部の第２の部分との干渉によって形成され、
    前記光学系が、前記第２の測定波の前記第２部に対して前記第１の測定波の前記第２部に追加の所定の位相シフトを加え、第１の偏光状態を有する前記第１の測定波の前記位相シフトされた第２部の第１の部分と前記同じ第１の偏光状態を有する前記第２の測定波の前記第２部の第１の部分との干渉により第３の検出ビームを形成し、前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する前記第１の測定波の前記位相シフトされた第２部の第２の部分と前記同じ第２の偏光状態を有する前記第２の測定波の前記第２部の第２の部分との干渉により第４の検出ビームを形成するように更に構成され、
    前記位置測定システムが、前記第３の検出ビームを受け取るための第３の検出器と、前記第４の検出ビームを受け取るための第４の検出器と、を更に含み、
    前記処理装置が、前記第３の検出器からの出力及び前記第４の検出器からの出力を受け取り、前記第１、第２、第３、及び第４の検出器の前記出力から前記オブジェクトの前記位置を表す信号を決定するように構成される、請求項５に記載の位置測定システム。
  7. 前記第１の測定波及び／又は前記第２の測定波と前記オブジェクトとの相互作用前に前記第１の測定波と前記第２の測定波との位相差を決定するための基準位相差検出システムを更に含み、
    前記処理装置が、前記基準位相差検出システムの出力を受け取り、前記基準位相差検出の前記出力からも前記オブジェクトの前記位置を表す前記信号を決定するように更に構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の位置測定システム。
  8. 前記位相変調器が、前記基準位相差検出システムの上流に配置される、請求項７に記載の位置測定システム。
  9. 前記処理装置が、前記位相変調器によって加えられた前記第１の測定波と前記第２の測定波との間の前記位相差を表す情報を受け取り、前記情報を使用して、前記位相変調器によって加えられた前記位相差に関する前記位置を表す前記信号を補償するように構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の位置測定システム。
  10. 前記処理装置が、前記位相変調器によって加えられた前記第１及び第２の測定波間の前記位相差を表す情報を受け取り、前記情報を使用して、前記位相変調器によって加えられた前記位相差に関する前記位置を表す前記信号を補償するように構成され、
    前記処理装置が、前記情報を使用して、前記位相変調器によって加えられた前記位相差について前記基準位相差検出システムを補償するように更に構成される、請求項７又は８に記載の位置測定システム。
  11. 請求項１に記載の位置測定システムに関する較正方法であって、
    ａ）前記位相変調器によって前記第１の測定波と前記第２の測定波との間に加えられた前記位相差を１つ以上の異なる値に適合させるステップと、
    ｂ）前記１つ以上の異なる値のそれぞれに関して検出器出力データを取得するステップと、
    ｃ）前記取得した検出器出力データから、前記オブジェクトの前記位置に対する周期的依存性を有する測定エラーを補償するための少なくとも１つの補償パラメータを決定するステップと、
    を含む、較正方法。
  12. リソグラフィ装置の一部であるオブジェクトの位置を測定するために請求項１から１０のいずれか一項に記載の位置測定システムを含む、リソグラフィ装置。
  13. 放射ビームを調節するように構成された照明システムと、
    パターニングデバイスを支持するように構築されたサポートであって、前記パターニングデバイスが前記放射ビームの断面にパターンを付与してパターン付き放射ビームを形成できる、サポートと、
    基板を保持するように構築された基板テーブルと、
    前記パターン付き放射ビームを前記基板のターゲット部分に投影するように構成された投影システムと、を含み、
    前記オブジェクトが、前記投影システムの光学素子上のターゲットである、請求項１２に記載のリソグラフィ装置。
  14. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の複数の位置測定システムを含み、
    前記複数の位置測定システムが、前記光源及び前記位相変調器を共用する、請求項１２又は１３に記載のリソグラフィ装置。
  15. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の位置測定システム又は請求項１２から１４のいずれか一項に記載の前記リソグラフィ装置が使用される、デバイス製造方法。
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