JP4091486B2 - リソグラフィ装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線の投影ビームを供給する放射線システムと、所望するパターンに従って投影ビームをパターン化するパターニング手段を支持する支持構造と、基板を保持する基板テーブルと、パターン化されたビームを基板の目標部分に投影する投影システムと、１８０°相対回転されるアライメントマークの２つの重なり合う像を投影する自己参照干渉計を備えたアライメントシステムとにより構成されるリソグラフィ投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここに使用する「パターニング手段」なる用語は、入射する放射線ビームに、基板の目標部分に作り出されるべきパターンと一致するパターン化断面を与えるために使用し得る手段に当たるものとして広義に解釈されるべきである。また、「ライトバルブ」なる用語もこうした状況において使用される。一般的に、上記のパターンは、集積回路や他のデバイス（以下を参照）であるような、デバイスにおいて目標部分に作り出される特別な機能層に相当する。そのようなパターニング手段には以下が含まれる。すなわち、
− マスク。マスクの概念はリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、様々なハイブリッドマスクタイプのみならず、バイナリマスク、レベンソンマスク、減衰位相シフトマスクといったようなマスクタイプも含まれる。放射線ビームにこのようなマスクを配置することにより、マスクに照射する放射線の、マスクパターンに従う選択的透過（透過性マスクの場合）や選択的反射（反射性マスクの場合）を可能にする。マスクの場合、その支持構造は一般的に、入射する放射線ビームの所望する位置にマスクを保持しておくことが可能であり、かつ、必要な場合、ビームに対して運動させることの可能なマスクテーブルである。
− プログラマブルミラーアレイ。このようなデバイスの一例として、粘弾性制御層および反射面を有するマトリクスアドレス可能面があげられる。こうした装置の基本的原理は、（例えば）反射面のアドレスされた領域は入射光を回折光として反射するが、アドレスされていない領域は入射光を非回折光として反射するといったことである。適切なフィルタを使用することにより、回折光のみを残して上記非回折光を反射ビームからフィルタすることが可能である。この方法において、ビームはマトリクスアドレス可能面のアドレスパターンに従ってパターン形成される。プログラマブルミラーアレイのまた別の実施形態では小さな複数のミラーのマトリクス配列を用いる。そのミラーの各々は、適した局部電界を適用することによって、もしくは圧電作動手段を用いることによって、軸を中心に個々に傾けられている。もう一度言うと、ミラーはマトリクスアドレス可能であり、それによりアドレスされたミラーはアドレスされていないミラーとは異なる方向に入射の放射線ビームを反射する。このようにして、反射されたビームはマトリクスアドレス可能ミラーのアドレスパターンに従いパターン形成される。必要とされるマトリクスアドレッシングは適切な電子手段を用いて実行される。前述の両方の状況において、パターニング手段は１つ以上のプログラマブルミラーアレイから構成可能である。ここで言及するミラーアレイの詳細は例えば、米国特許第ＵＳ５，２９６，８９１号および同第ＵＳ５，５２３，１９３号、並びに、ＰＣＴ特許種出願第ＷＯ９８／３８５９７および同ＷＯ９８／３３０９６に記載されている。プログラマブルミラーアレイの場合、上記支持構造は、例えばフレームもしくはテーブルとして具体化され、これは必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となる。
− プログラマブルＬＣＤアレイ。このような構成の例が、米国特許第ＵＳ５，２２９，８７２号に詳細に説明されているので参照されたい。上記同様、この場合における支持構造も、例えばフレームもしくはテーブルとして具体化され、これも必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となる。簡潔化の目的で、本文の残りを、特定の箇所において、マスクおよびマスクテーブルを必要とする例に限定して導くものとする。しかし、こうした例において論じられる一般的な原理は、既に述べたようなパターニング手段として広義に理解するべきである。
【０００３】
リソグラフィ投影装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造において使用可能である。この場合、パターニング手段はＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成する。そして、放射線感光原料（レジスト）の層が塗布された基板（シリコンウェーハ）上の目標部分（例えば１つあるいはそれ以上のダイから成る）にこのパターンを像形成することが出来る。一般的に、シングルウェーハは、投影システムを介して１つずつ順次照射される近接目標部分の全体ネットワークを含んでいる。マスクテーブル上のマスクによるパターニングを用いる現在の装置は、異なる２つのタイプのマシンに区分される。リソグラフィ投影装置の一タイプでは、全体マスクパターンを目標部分に１回の作動にて露光することによって各目標部分が照射される。こうした装置は一般的にウェーハステッパと称されている。ステップアンドスキャン装置と称される別の装置では、所定の基準方向（「スキャニング」方向）にマスクパターンを投影ビーム下で徐々にスキャニングし、これと同時に基板テーブルをこの方向と平行に、あるいは非並行にスキャニングすることにより、各目標部分が照射される。一般的に、投影装置は倍率係数Ｍ（一般的に、＜１）を有することから、基板テーブルが走査される速度Ｖは、マスクテーブルが走査される速度の係数Ｍ倍となる。ここに記載を行ったリソグラフィデバイスに関するさらなる情報は、参考までに記載を行うと、例えば、米国特許第ＵＳ６，０４６，７９２号から得ることが出来る。
【０００４】
リソグラフィ投影装置を使用する製造工程において、パターン（例えばマスクにおける）は少なくとも部分的に放射線感光材（レジスト）の層で覆われた基板上に像形成される。この像形成ステップに先立ち、基板は、プライミング、レジスト塗布、およびソフトベークといったような各種の工程を経る。露光後、基板は、ポストベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベーク、および結像フューチャの測定／検査といったような他の工程を通る。この工程の配列は、例えばＩＣといったような素子の個々の層をパターン化するための基準として使用される。このようなパターン形成された層は、それから、全て個々の層を仕上げる目的である、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械的研磨等といった種々のプロセスを経る。数枚の層が必要とされる場合には、全体工程、もしくはその変形をそれぞれの新しい層に繰り返す必要がある。最終的に、素子のアレイが基板（ウェーハ）上に形成される。次に、これらの素子はダイシングやソーイングといったような技法で相互より分離される。それから個々の素子は、キャリアに装着されたり、ピンに接続されたりし得る。こうした工程、例えば、１９９７年にマグローヒル出版会社より刊行された、Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ著、「マイクロチップ製造：半導体処理に対する実用ガイド」という名称の書籍（“Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”）の第３版、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４に詳細に説明されている。
【０００５】
簡潔化の目的で、これより投影システムを「レンズ」と称するものとする。しかし、この用語は、例えば屈折光学システム、反射光学システム、および反射屈折光学システムを含むさまざまな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。放射線システムはまた、放射線の投影ビームの誘導、成形、あるいは制御を行う、こうした設計タイプのいずれかに応じて稼動する構成要素も備えることが出来る。こうした構成要素もまた以降において集約的に、あるいは単独的に「レンズ」と称する。さらに、リソグラフィ装置は２つあるいはそれ以上の基板テーブル（および、あるいは２つもしくはそれ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものである。このような「多段」デバイスにおいては、追加のテーブルが並列して使用される。もしくは、１つ以上の他のテーブルが露光に使用されている間に予備工程が１つ以上のテーブルにて実行される。例えば、デュアルステージリソグラフィ装置が、米国特許第ＵＳ５，９６９，４４１号および国際特許出願第ＷＯ９８／４０７９１号に開示されている。
【０００６】
リソグラフィ工程における重要なステップは、マスクパターンの投影像が基板上の正確な位置となるようにリソグラフィ装置に基板の位置を合わせることである。リソグラフィの技法により製造される半導体および他のデバイスは、デバイスに多重層を形成する目的に多重露光を行う必要があり、それらが正確に整列していることが重要である。より小さいフィーチャが結像されるようになり、オーバレイ要求がより厳密となり、したがいアライメント工程において要求される精度がより厳密なものになっている。
【０００７】
欧州特許第ＥＰ−Ａ−０ ９０６ ５９０号において詳述されている１つの既知のアライメントシステムにおいて、基板上のマーカは、１つがＸであり、１つがYである、２つのペアの基準格子から成り、このペアになった２つの格子はわずかに異なる周期を有する。格子は空間的コヒーレント光により照射され、回折光が集光されて検出器アレイに結像される。異なる回折次数が分けられ、それにより対応する正次数と負次数が干渉する。アレイにおける各々の検出器は基準格子と光検出器から成る。基板が走査されると、検出器の出力は正弦波状に変化する。両方のペアの格子からの信号は同時にピークをむかえ、マーカが整列される。このタイプのシステムは大きなダイナミックレンジを提供し、かつ、高い回折次数を用いることで、マーカの非対称性に無感応である。しかし、異なる周期を有する２つの格子を設ける必要により、基板上のアライメントマーカに必要とされるスペース量が増す。アライメントマーカに充てられるこうした「シリコンのリアルエステート（スペース）」は最小限に抑えられることが望ましく、よって、デバイス製造には利用出来ない。
【０００８】
欧州特許第ＥＰ−Ａ−１，１４８，３９０号に詳述されている他の既知のシステムにおいては、９０°と−９０°の回転を行う２つの重なり合う像を生成するコンパクトな自己参照干渉計を使用する。この２つの重なり合う像は瞳面において干渉させられる。光学システムおよび空間フィルタは第一次数ビームを選択、分離し、それらを検出器に再結像する。このシステムは多数の長所を有するが、アライメントマーカにおける１８０°対称が要求される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、単一のアライメントマークを使用して、および／または非対称アライメントマークを調整して、好ましくはアライメント位置を捕捉することの可能な改良されたアライメントシステムを提供すること目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本目的および他の目的は冒頭の段落において特定したようなリソグラフィ装置において、本発明に従って達成される。ここで、上記のアライメントシステムは、上記の自己参照干渉計の瞳面における異なる複数の位置にて光強度を検出するための検出システムをさらに備えていることを特徴とする。
【００１１】
瞳面における強度を検出することにより、本アライメントシステムは可能な情報を最大限に利用する。例えば、瞳面における複数の回折次数の位置における強度変化を検出することで、非常に微細な位置情報を得ることが可能である。この情報はマーカが走査されるときの強度変化における相対位相から得られる。すなわち、異なる回折次数は異なる空間周波数により強度が変化する。いくつかの強度が一致してピークになるとき、中心アライメント位置が決定出来る。代替案として、あるいはこれに加え、回折次数の両サイドに厳密に一定の間隔をとった２つの位置で強度を計測することにより、粗い位置あるいはキャプチャが、２つの強度信号間のビート周波数を検出することによって得られる。キャプチャ範囲サイズは検出器のスペーシングにより判断される。すなわち、検出器がより近いと、キャプチャ範囲がより大きくなる。さらには、瞳面の暗い領域における位相変化を検出することによりマーカにおける非対称性が検出可能であり、こうした非対称性により生じるアライメント位置のエラー補正に用いられる。
【００１２】
本発明のアライメントシステムは特に、従来技術において既知のマーカを含めたさまざまに異なる形状のマーカとの使用を可能とし、過去にさかのぼっての互換性を提供し得ることにその長所を有する。本発明のアライメントシステムはまた、従来技術によるアライメントシステムと直接的互換性を有し、エンドユーザはそれ以前のシステムに使用されていたマーカの配置やプロセスを修正することなくそれを利用することが可能である。さらに本アライメントシステムは、追加のフューチャと、より高精度のアライメントを可能にする。
【００１３】
本発明は、従来技術におけるよりも高い空間周波数を有する新しいアライメントマーカを使用することも可能であり、改善されたローバスト性とアライメント精度を達成する。さらに、単一周波数の短い格子を使用することが可能であり、アライメントマーカに充てられるスクライブレーンのリアルエステート（スペース）量を減らす。
【００１４】
本発明の実施形態において、マーカのフィルタされていないカメラ画像が提供され得る。この画像はより鮮鋭であり、キャプチャリングといったような追加の機能に使用され得る。
【００１５】
本発明はモジュール方式の形態でも具体化することが可能である。この場合、前部は安定性要求が厳格であり、後部は安定性要求においてそれほど厳格ではない。後部は前部を変更することなく修正やアップグレードが可能である。
【００１６】
本発明のさらなる態様に基づいて、デバイスの製造方法が提供される。該デバイスの製造方法は、放射線感光材料の層により少なくとも部分的に覆われた基板を提供し、放射線システムを用いて放射線の投影ビームを供給し、パターニング手段を用いて投影ビームのその断面にパターンを与え、放射線感光材料の層の目標部分に放射線のパターン化されたビームを投影し、上記の投影ステップの前あるいは後に、１８０°相対回転される上記アライメントマークの２つの重なり合う像を投影する自己参照干渉計を用いて上記基板のアライメントマークに対するアライメントを実行するステップとを有することを特徴とし、ここで、該アライメントのステップは、上記アライメントマークの上記像のフーリエ変換が干渉する瞳面における複数の異なる位置にて光の強度を計測することから成ることを特徴とする。
【００１７】
本発明による装置の使用法に関して、本文ではＩＣの製造において詳細な参照説明を行うものであるが、こうした装置が他の多くの用途においても使用可能であることは明確に理解されるべきである。例えば、本発明による装置は、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用ガイダンスおよび検出パターン、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用され得る。こうした代替的な用途においては、本文にて使用した「レチクル」、「ウェーハ」、「ダイ」といった用語は、それぞれ「マスク」、「基板」、「目標部分」といった、より一般的な用語に置き換えて使用され得ることは当該技術分野の専門家にとって明らかである。
【００１８】
本明細書において使用した「放射線」および「ビーム」という用語は、イオンビーム、電子ビーム、またＸ線といったような粒子ビームのみならず、紫外線（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）、およびＥＵＶ（極紫外線、例えば５ｎｍ−２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含む、あらゆるタイプの電磁放射線を網羅するものである。
【００１９】
本発明の実施の形態についての詳細説明を、添付の図面を参照に、例示の方法においてのみ行うものとする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施形態１
図１は、本発明の特別な実施形態に基づいたリソグラフィ投影装置を示したものである。この装置は、特別な本実施形態において放射線源ＬＡも備えた、放射線の投影ビームＰＢ（例えばＤＵＶ放射線）を供給する放射線システムＥｘ、ＩＬと、マスクＭＡ（例えばレクチル）を保持するマスクホルダーを備え、かつ、品目ＰＬに対して正確にマスクの位置決めを行う第一位置決め手段に連結を行った第一オブジェクト・テーブル（マスクテーブル）ＭＴと、基板Ｗ（例えば、レジスト塗布シリコンウェーハ）を保持する基板ホルダーを備え、かつ、品目ＰＬに対して正確に基板の位置決めを行う第二位置決め手段に連結を行った第二オブジェクト・テーブル（基板テーブル）ＷＴと、マスクＭＡの照射部分を、基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つあるいはそれ以上のダイから成る）に像形成する投影システム（「レンズ」）ＰＬ（例えば屈折レンズシステム）とにより構成されている。ここで示しているように、この装置は透過タイプ（すなわち透過マスクを有する）である。しかし、一般的には、例えば反射マスクを有する反射タイプのものも可能である。あるいは、本装置は、上記に関連するタイプであるプログラマブルミラーアレイといったような、他の種類のパターニング手段も使用可能である。
【００２１】
ソースＬＡ（例えばエキシマレーザー）は放射線のビームを作り出す。このビームは、直接的に、あるいは、例えばビームエキスパンダーＥｘといったようなコンディショニング手段を横断した後に、照明システム（照明装置）ＩＬに供給される。照明装置ＩＬは、ビームにおける強度分布の外部かつ／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒに相当する）を設定する調整手段ＡＭから成る。さらに、照明装置ＩＬは一般的に積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯといったような、他のさまざまな構成要素を備える。このようにして、マスクＭＡに照射するビームＰＢは、その断面に亘り所望する均一性と強度分布とを有する。
【００２２】
図１に関して、ソースＬＡはリソグラフィ装置のハウジング内にある（これは例えばソースが水銀ランプである場合に多い）が、しかし、リソグラフィ投影装置から離して配置することも可能であることを注記する。この場合、ソースＬＡが作り出す放射線ビームは（適した誘導ミラーにより）装置内に導かれる。この後者のシナリオでは、ソースＬＡがエキシマレーザーである場合が多い。本発明および請求項はこれら両方のシナリオを網羅するものである。
【００２３】
続いてビームＰＢはマスクテーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡと衝突する。ビームＰＢはマスクＭＡを横断して基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームＰＢの焦点を合わせるレンズＰＬを通過する。第二位置決め手段（および干渉計測手段ＩＦ）により、基板テーブルＷＴは、例えばビームＰＢの経路における異なる目標部分Ｃに位置を合わせるために正確に運動可能である。同様に、第一位置決め手段は、例えばマスクライブラリからマスクＭＡを機械的に検索した後に、あるいは走査運動の間に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするように使用可能である。一般的に、オブジェクト・テーブルＭＴおよびオブジェクト・テーブルＷＴの運動は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）にて行われる。これについては図１に明示を行っていない。しかし、ウェーハステッパの場合（ステップアンドスキャン装置とは対照的に）、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に連結されるだけであるか、あるいは固定される。
【００２４】
ここに表した装置は２つの異なるモードにて使用可能である。
１． ステップモードにおいて、マスクテーブルＭＴは基本的に静止状態に保たれている。そして、マスクの像全体が１回の作動（すなわち１回の「フラッシュ」）で目標部分Ｃに投影される。次に基板テーブルＷＴがｘ方向および／あるいはｙ方向にシフトされ、異なる目標部分ＣがビームＰＢにより照射され得る。
２． スキャンモードにおいて、基本的に同一シナリオが適用されるが、但し、ここでは、所定の目標部分Ｃは１回の「フラッシュ」では露光されない。代わって、マスクテーブルＭＴが、速度ｖにて所定方向（いわゆる「走査方向」、例えばｙ方向）に運動可能であり、それによってビームＰＢがマスクの像を走査する。これと同時に、基板テーブルＷＴが速度Ｖ＝Ｍｖで、同一方向あるいは反対方向に運動する。ここで、ＭはレンズＰＬの倍率（一般的にＭ＝１／４あるいは１／５）である。このように、解像度を妥協することなく、比較的大きな目標部分Ｃを露光することが可能となる。
【００２５】
露光が基板上に正しく配置されてなされるように、リソグラフィ装置には、基板Ｗ上に設けられたアライメントマークＷＭの位置を正確に計測することの可能なアライメントセンサー１０が備わっている。実際においてアライメントセンサーは固定されており、アライメントマーカＷＭがアライメントセンサーによって捕捉されるまで、基板テーブルＷＴ上に保持された基板Ｗはアライメントセンサーの下で走査される。次に、基板上のアライメントマーカがアライメントセンサーによって正確なアライメントにあるとされたとき、基板テーブルの位置が記録される。アライメントセンサー１０がオフアクシスセンサーであり、すなわちアライメントマーカを照射し、そして反射光を、投影システムＰＬを通してではなく、直接的に検出することを意味する。アライメントセンサー１０は露光ステーションあるいは分離した計測ステーション、もしくはこの両方に配設される。後者の場合、アライメントセンサーは、基板テーブルＷＴに固定して設けられた基準マーカ（フィデューシャル）に対する基板上のアライメントマークの位置を計測するために使用される。一旦基板テーブルが露光ステーションに移されると、投影システムＰＬに対する基板テーブルの基準マークの位置が計測され、この基準マークから投影レンズに対する基板マーカの位置が得られる。アライメントセンサーが露光ステーションに配設されている場合にもこの手順が使用され得るが、投影レンズに対するアライメントセンサーにおける基準位置が正確に知らされ、それにより基板上のアライメントマークの位置が直接的にも判断される。一般的には、基板上の少なくとも２つのアライメントマーカの位置が計測されて、基板の正確な位置および方向が判断される。走査が正確な位置で実行されていることを確認するために、アライメントシステムは走査露光の開始時および終了時にも使用され得る。
【００２６】
図２はアライメントシステム１０全体の略図である。光源１１は、放射線を正の回折次数＋ｎと負の回折次数−ｎに反射するマーカＷＭを照射する放射線の空間的コヒーレントビームを放射する。これらは対物レンズ１２により並行となり、自己参照干渉計１３に入射する。対物レンズ１２は例えば０．６といった高ＮＡを有し、８５０ｎｍの波長を有する照明放射線により、１．５μｍの小ピッチでマークの検出を可能にする。自己参照干渉計は、１８０°相対回転した、重なり合い、ゆえに干渉させられることが可能な２つの入力の像を出力する。瞳面１４において、分離した異なる回折次数を有する、これらの像の重なり合うフーリエ変換が見られ、干渉させることが可能である。以下に詳細に記載するように、瞳面における検出器１５は干渉回折次数を検出して位置情報を供給する。図２の右手側の部分は重なり合う像の情報を示している。すなわち、１つの像＋ｎ’、−ｎ’が、入力次数＋ｎ、−ｎに対して＋９０°回転され、第２の像＋ｎ”、−ｎ”が−９０°回転されている。
【００２７】
像回転装置および干渉計１３はアライメントシステムの心臓部を形成し、図２においてブラックボックスとして示されている。この部分の詳細説明を以下にて行う。アライメントシステム１０は、瞳面全体１４における位相情報の利用を可能とし、かつ適切な検出器アレイ１５によって計測が可能であるという長所を有する。その結果、マーカ選択の自由をもたらす。すなわち、アライメントシステムは、ほぼ１８０°の回転対称をなすどのマーカ上でも整列可能である。実際に、以下に論じるように、非対称のある特定の量が調整、かつ検出可能である。
【００２８】
アライメントシステム１０の他の特筆すべきフューチャは、図３に示すようにそのモジュール性である。自己参照干渉計１３および対物レンズ１２は安定性が要求される１つのコンパクトな装置（前部１０ａ）を形成する。この前部１０ａは位置情報を含む２つの重なり合う波面を生成する。瞳面１４における位相差の実際の計測はセンサーの後部１０ｂにて行われる。位置情報が前部１０ａにおいてすでに符号化されていることから、この後部１０ｂは安定性に関しその仕様はそれほど高くない。それほど重要ではない後部１０ｂには、検出器構成１５、光源マルチプレクサ１１、および波長デマルチプレクサ１６が含まれており、多波長を使用することを可能にする。この構成によってエンドユーザに利用可能な機能性を決定する。
【００２９】
この重要な長所は、後部１０ｂにおける設計変更が、重要な前部１０ａに何も影響を及ぼさないという事実である。例えば異なる波長あるいは異なる格子周期が必要な場合、前部１０ａは１回だけ設計される必要があり、あとは再設計を必要としない。
【００３０】
前部１０ａには、干渉計１３、照射ビームのビームスプリッタ１７、４分の１波長板１８、および対物レンズ１２が含まれる。ビームスプリッタのかわりに、小さな中央のシルバーエリアを有する角度を設けた面プレートを使用し、照明ビームをアライメントマーカに反射させることも可能である。後部１０ｂはさまざまに異なる形態にて具体化され得るが、基本的には次の機能を実行するための構成要素、すなわち、干渉パターンを作り出す（重なり合うビームが直交偏光される）ための偏光器１９、プロダクトクロストークを回避するための開口絞り２０、検出器サイドにさまざまな波長を分割するためのデマルチプレクサ１６、および検出器アレイ１５ａ−１５ｂが含まれる。以下において説明を行うように、開口絞りの形状もまた次数間のクロストークを回避するように選択が可能である。
【００３１】
瞳面全体の有効利用性と後部のモジュール性はフレキシブルアライメントセンサーの構造を可能にする。それほど大きくない設計努力で新しい機能を追加することが可能であり、センサーは設置段階で他のアライメントセンサーとの互換性がもたせることが可能であることから、ユーザは、他のアライメントセンサーを使用する装置用に開発されたマスクおよび機械設定を含めたプロセスを使用し続けることが出来る。
【００３２】
自己参照干渉計１３は反対の重なり回折次数の干渉を達成する。この干渉計のドリフトや不安定度がアライメント精度を低下させることから、この干渉計は検出原理の重要部分である。干渉計１３の側面を図４において示している。この干渉計は、入射波面を分割、再合成するための偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１３１と、入射の波面を９０°で反射、回転させる２つのプリズム１３２、１３３の３つの主要部分から成る。反射され、回転された波面は横に置かれている。さらに、偏光は９０°まで回転される。ドリフトを最小限に抑えるために、干渉計１３は固体ガラスから出来ており、別々になった部分１３１、１３２、１３３は互いに接着される。実際に、干渉計１３は２つの固体ガラス部分から作られており、その各々はプリズム１３２、１３３のうちの１つと、ビームスプリッタ１３１の半分から成り、これらはビームスプリッタ１３１の反射面１３１ａに沿って互いに接着されている。
【００３３】
図４における先が太くなった矢印は、入射波面の単一ビームのレイトレースを示しており、白抜きの矢印は、偏光の面ではなく入射波面の方向を示している。レイトレースと波面の方向に従うと、両方のプリズムが時計回りに波面を９０°回転させることが分かる。２つの再合成された波面は互いに対して正味１８０°の回転が達せられ、直交面偏光される。
【００３４】
上記に関連して、欧州特許第ＥＰ−Ａ−１，１４８３９０号において回転プリズムの作用についてのさらなる詳細記載がなされている。プリズムはあらゆる入射ビームを映し出し、回転させる光学素子としてモデル化可能であることが示される。
【００３５】
干渉計の作用を説明するために、図６において、干渉計１３に入る矢印形の対象１３４を有する長方形の入力面を示している。入力対象１３４はビームスプリッタ１３１により分割され、２つの回転プリズム１３２、１３３に入る。便宜上、第二回転プリズム１３３も、幻像１３３´のビームスプリッタ面に映し出され示されている。第一プリズムによる「実像」と第二プリズムによる「虚像」分岐という２つの重なり合う干渉計分岐を有することから、このアプローチは説明が容易である。
【００３６】
干渉計１３の対称性により、両方のプリズム１３２、１３３の仮想ミラー面１３５は一致する。しかし、２つのプリズムの回転軸１３６、１３７は干渉計１３の中心線１３８をはさみ反対側にある。仮想ミラー面１３５は入力対象１３４の虚像１３４´を作り出す。映し出された像１３４´が図において白抜きの矢印で示されている。しかし、この像はここで便宜上示されているだけであり、２つのプリズムの追加の回転によるもので、実際は存在しない。
【００３７】
２つの回転軸１３６、１３７は干渉計分岐の中心をはさみ両側にある。結果、像は反対方向に回転される。＋９０°回転と−９０°回転はそれぞれクロスハッチの矢印１３９ａと斜線の矢印１３９ｂとなる。２つの矢印は反対方向を向き（ゆえに正味回転は実際１８０°）、矢印の足の部分がつながれている。これは、足部分の回転が干渉計の不変点であることを示している。
【００３８】
図７は、不変点の構造を図で示したものである。干渉計は幅ａと高さ２ａの長方形の入出力面を有している。干渉計に入るフィールドは干渉計（入力領域）の上半分を占め、対称中心線の下方に映し出されて、２つのプリズムにより＋９０°と−９０°回転される。これらの重なり合う視野は出力領域に存在する。図に示すように、回転軸が距離ａで分かれている。不変点ＩＰが入力領域の正確に中心にあることが図で容易に確認出来る。
【００３９】
不変点ＩＰの周りの同心円は、クロスハッチのスライスおよび斜線のスライスで示されているように、１８０°の相対回転によってそれ自身に結像される。入力および出力の距離ａ上の側方配置の利点は、アライメント放射線ソース（例えばレーザー）内への光フィードバックが回避されることである。
【００４０】
重なり合う回折次数がどのようにこの干渉計によって形成されるかが容易に理解出来よう。０次は回転不変点に投影され、図８に示すように偶数および奇数次数がこの点の周りを回転する。
【００４１】
熱光源およびガス放電光源は多くの光を放棄することによってのみ空間的コヒーレントを得ることが出来ることから、このアライメントシステム１０は空間的コヒーレント光源、好ましくはレーザーを必要とする。いくつかの干渉の問題を回避するため、短い一時的干渉性を有する光を使用することが望ましい。
【００４２】
従い、好ましい光源１１はレーザーダイオードであり、このようなダイオードは空間的コヒーレントであり、それらのコヒーレンス長は、流入電流にＲＦ変調を加えることにより容易にスポイルされることが出来る。例えば約５３２ｎｍ、６３５ｎｍ、７８０ｎｍ、および８５０ｎｍといったようないくつかの異なる周波数の照明を使用することが望ましい。こうした周波数で放射するダイオード同様、位相モジュレータによる周波数二倍Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（例えば、欧州特許番号第ＥＰ−Ａ−１ ０２６ ５５０号を参照）のような周波数二倍ソースや、ファイバーレーザーを使用することが可能である。
【００４３】
照明光学の設計は２つの相反する要求により推進されている。信号強度を最大にし、かつプロダクトクロストークを最小限に抑えるために、マーカのみを照射する小さなスポットが望ましい。一方で、小さなスポットはキャプチャリング工程を複雑にする。さらにアライメント精度はスポット位置変化に、より影響される。
【００４４】
プロダクトクロストークは開口絞りとハイパワーレーザーの有用により効果的に抑えられ、アライメント性能は信号強度によってほとんど制限されることがない。従い、照明スポットサイズは少なくともマーカサイズよりも大きい。マーカサイズが５０×５０μｍ2の次数であり、同一次数の要求キャプチャリング範囲であるとした場合、１００μｍの次数のスポット直径が適切である。
【００４５】
照明スポットの形状に関し、瞳面における照明ビームの角度範囲において相反する要求がまだある。マーカとして粗い格子が使用出来るよう、ビーム角度は出来るだけ小さく保たれなくてはならない。しかし、角度範囲が小さいと照明スポットが過度に大きくなるため、角度範囲とスポット形状との関係で最適な妥協点が見出されなくてはならない。１６μｍの第一次数は、λ＝６３３ｎｍの４０ラジアンの角度で回折される。こうした低い空間周波数を計測するため、照明ビームの角度サイズは直径約４０ｍｒａｄに制限される必要がある。
【００４６】
アライメントシステム１０において、照明スポットは円偏光され、図３に示すように、偏光ビームスプリッタ１７および０次４分の１波長板１８により照明および検出光の分割が可能となる。
【００４７】
照明ビームの波長よりもかなり大きいピッチの粗い格子に対しては、偏光の選択はそれほど重要ではない。しかし、マーカピッチが波長と同一次数のものである場合、回折効率は偏光によって左右される。また極端なケースでは、アライメントマーカを偏光成分のみを回折する偏光器として作用させることも可能である。このようなマーカには円偏光が有効である。直線偏光の場合、格子効率はある１つの特定の方向に対して非常に低いという可能性が常にある。円偏光は２つの直交偏光成分（９０°位相シフトによる）を含むため、効率的に光を回折する成分が常に１つある。
【００４８】
擬似反射を抑える目的で、偏光ビームスプリッタ１７および４分の１波長板１８に少しの傾きを加えることが出来る。傾斜角度は、この傾斜によって導かれる収差を最小限に抑えるように注意深く選択される必要がある。もちろん、対物レンズの設計においてこうした収差を修正することも可能である。
【００４９】
干渉計は、瞳Ｅ（ｋ）の２つの直交偏光（仮想）像を作り出す。ここで、ｋは空間周波数である。瞳面１４における合計光視野は、元の視野に、この視野の１８０°回転したコピーを加えたものである。瞳面における強度は以下となる。
【数１】
幅２Δｋを有する２つの検出器１５は、瞳面１４における位置ｋ＝ｋ0とｋ＝−ｋ0に配置されるとき、これらの検出器により捕捉される光パワーＰ1およびＰ2は以下の等式より求められる。
【数２】
【数３】
【００５０】
図５は信号の形状を図示したものである。ミラーの作用により、横線で示した領域が重なり合い、干渉する。また、斜線で示した領域が重なり合い、干渉する。２つの視野間の位相差は位置情報を含む。
【００５１】
瞳の２つの像は直交偏光および直線偏光される。ゆえに、これらの間の干渉は、強度変化の形態（フリンジ）では見えない。位相変化を強度変化に変換するために、瞳の２つの像は同一偏光を有していなくてはならない。この同一偏光は偏光光学素子により達せられる。偏光光学素子には、ダイクロイックシート偏光子、多層コーティングによる標準的偏光ビームスプリッタ、また、サバール板、ウォラストンプリズム、グランテーラービームスプリッタ、あるいはワイヤグリッド偏光器といったような複屈折ビームスプリッタが考えられる。
【００５２】
ダイクロイックシート偏光子はその制限された光学的品質のため好ましいものではなく、かつ、これらシート偏光子は近赤外線領域であまり効果を有しない場合がある。さらに、これらシート偏光子は光子の５０％を無駄にする。多層ビームスプリッタが格段に優れているが、満足のいく減衰率が達せられる波長範囲が限られている。複屈折ビームスプリッタは広い波長範囲において優れた減衰率を有するが、この複屈折ビームスプリッタは温度に依存することから、温度ドリフトをまねく可能性がある。
【００５３】
ビームスプリッタが偏光器１９として使用される場合、そのフィールド入射はジョーンズベクトルを有する。
【数４】
【００５４】
偏光ビームスプリッタはＥ（ｋ）およびＥ（−ｋ）の方向に対して４５°に合わせられる。よって、ビームスプリッタにより透過される強度Ｉ1（ｋ）と結合される強度Ｉ2（ｋ）は以下となる。
【数５】
【数６】
【００５５】
これから分かるように２つの強度は逆位相に変化し、合計強度はビームスプリッタに入射する強度に等しい。よって、両方の分岐は位置情報を含み、アライメントに使用可能である。これは、一方の分岐がｘ位置検出のためのものであり、もう一方の分岐がｙ位置検出のためのものであることを意味し、長方形の開口絞りを使用することによりプロダクトクロストークを回避することが可能である。あるいは、一方の分岐が微アライメントのための小さな開口絞りにより利用可能であり、もう一方の分岐が大きな開口絞りによりキャプチャリングに利用可能である。さらに別の案として、一方の分岐を１セットの波長に使用し、他方の分岐を他セットの波長に使用することも考えられる。
【００５６】
アライメントマーカはスクライブレーンにおいて、プロダクトクロストークを導きがちなプロダクト構造の非常に近くに配置されることがしばしばある。すなわち、プロダクトによって散乱される光はアライメント信号に影響を与える。プロダクトクロストークは十分に小さい照明ビームを使用することでかなり減衰させることが可能である。しかし、小さい照明ビームはさまざまな理由で好ましいものではない。小さな照明ビームでは、照明スポットの位置の安定性が非常に重要となる。例えば、スキャニングスポットの極端なケースでは、照明スポットのドリフトが直接アライメント位置のドリフトとなる。また、基板Ｗが基板テーブルＷＴに載置された後、マーカが不完全に照射される可能性がかなりあるため、キャプチャリングはより重要となる。結局、より大きい照明ＮＡが必要とされ、これにより粗い格子の検出がより必要となる。
【００５７】
従い、例えば最大マーカ直径の約３倍の１／ｅ2幅を有する、大きな照明スポットを用いることが望ましい。こうした大きなスポットを用いる結果、プロダクト構造が照射され、マーカ上の光パワーが減る。しかし後者の問題は、十分にパワフルな光源の装備が可能であり、それほど重要な問題ではない。
【００５８】
プロダクトクロストークの問題は、図９に示すように、マーカの中間像に配置される開口絞りにより解決可能である。アライメントシステム１０は空間フィルタリングを必要としないことから、対物レンズ１２の高ＮＡによってマーカの鮮鋭な像が保障され、開口絞り２０はプロダクトクロストークを非常に効果的に抑えることが出来る。
【００５９】
回転プリズムを有する干渉計により、２つのマーカ像、すなわち通常の像ＭＩ−１と反転像ＭＩ−２は開口絞り２０に投影される。マーカが走査されると、これらの像は反対方向に動く。走査方向において、開口絞り２０はマーカ全体を含むほど十分に長くなくてはならない。非走査方向（すなわちスクライブレーンに垂直）において、開口絞り２０を自由に狭くすることが可能である。開口の実際の幅はプロダクトクロストークと信号強度とのトレードオフとなる。
【００６０】
マーカ走査の間、マーカの像が開口（視野）絞りのエッジに重なり合うと、回折効果が生じる。これが生じるとき、検出信号はマーカの空中像の畳み込みであり、視野絞りの窓関数である。視野絞りがシャープエッジを有する場合、回折次数の部分は隣の回折次数に漏れ、クロストークを生じる。このクロストークは、走査方向における視野絞りのアポデイゼーションにより、すなわち、視野絞りに「ソフト」エッジをもたらすことにより抑えることが出来る。視野絞りに「ソフト」エッジをもたらす可能な方法に、フィールドエッジでの透過率勾配、フィールドエッジの鮫歯プロファイル、傾斜エッジ、あるいは丸いエッジが含まれる。鮫歯プロファイルが用いられる場合、非スキャニング方向における回折効果を回避するために空間周波数は十分に高くなくてはならない。傾斜エッジあるいは丸いエッジは非スキャニング方向において視野絞りよりも広くなるようにマーカを必要とするが、視野絞りもプロダクトクロストークを回避するためのものであるため、これは通常のケースとなろう。所望するそのような窓関数も視野絞りの形状の適した選択により達せられることから、傾斜エッジあるいは丸いエッジが望ましい。
【００６１】
基板Ｗが基板テーブルＷＴに載置された後、キャプチャリングに粗アライメントが必要とされる。ｙ−粗アライメントの間、Δｘである大きいｘオフセットが存在しており、これは図１０に示すような状況を導く。アウトラインで示すように、マーカＷＭおよびプロダクト構造ＰＳの実際の位置は、クロスハッチで示すように、期待位置からオフセットΔｘ異なる。開口絞り２０の幅がスクライブレーン幅ＳＬ−Ｗに等しい場合、プロダクト構造ＰＳからの光は開口絞り２０を通って漏れる。従い、開口絞り２０はスクライブレーン幅よりも小さい。
【００６２】
実際に、ｘ方向およびｙ方向の長方形の開口絞りを有することが望ましい。偏光ビームスプリッタ１９の２つの出力は上述したようにこれら２つの方向に対して使用可能である。あるいは、例えばＬＣＤアレイのような、空間光変調器（ＳＬＭ）はプログラム可能開口絞りとして使用出来る。位置情報が干渉計において既に符号化されていることから、空間光変調器（ＳＬＭ）の光学品質は重要ではない。
【００６３】
本発明に基づき、検出アレイ１５は瞳面に、好ましくは開口絞り２０の後の瞳面２２に配備される。最も簡単な検出器構成を図１１に示している。簡略化のため、最も低い３次数と１波長のみを示している。さらに０次も示していない。２つのマルチモード検出ファイバー２３は互いから光を集める。これらの２つのファイバーを通過する光は１つのマルチモードファイバー２４内に結合されて、リモートフォト検出器２５に送られる。
【００６４】
このアプローチは単純であり、従来センサーと互換性のある機能性を提供する。しかし、対物レンズ１２のＮＡを高くすることが可能であるため、特別な機能性は、特別な波長出力または特別な次数を与えることにより容易に追加可能である。
【００６５】
マーカピッチに対してよりフレキシブルとなるため、かつボックスあるいはフレームといったような非周期マーカの計測を可能にするために、検出器アレイの使用が可能である。この検出器アレイは、以下に論じるように、非対称の正確な検出も可能にする。検出器アレイに対して、一束のマルチモードファイバー、チャネルごとのディスクリートピン検出器、あるいはＣＣＤまたはＣＭＯＳ（線形）アレイといった多くのオプションが可能である。
【００６６】
一束のマルチモードファイバーの使用することにより、分散する素子を安定性の理由から遠隔に配置することが可能である。ディスクリートピン検出器は大きなダイナミックレンジを提供するが、しかし、各々は別々のプリアンプを必要とする。ゆえに素子数は限定される。ＣＣＤリニアアレイは高速での読み出しが可能な多くの素子を提供するが、位相ステッピング検出が用いられる場合に特に有益である。
【００６７】
最大フレキシビリティのために２次元データ取得が必要とされる場合、高い平行度が要求され、電子の複雑さを増す。データ取得が２つの直交する方向に制限されると、多大なフレキシビリティが可能であり、それによりリニア検出器アレイが使用可能である。
【００６８】
上記で述べたように、マーカは、別々に検出される必要のあるいくつかの異なる波長により照射されることが望ましい。異なる色の分離においてダイクロイック光学の使用が可能である。あるいは、分光素子としてブレーズド格子も使用可能であり、特別の波長を加えることにおいてのフレキシビリティを提供する。ブレーズド格子は鮫歯格子形状を成し、ブレーズド格子はただ１つの次数において光のほとんどを回折するという特性を有する。ブレーズド格子２６を使用する装置を図１２に示している。再度述べると、検出器１５は瞳面２２に配置される。弱い０次はカメラ２７の入力として利用可能である。ブレーズド格子が第一次に対して最適化され、ピッチＰｂを有する場合、第一次の回折角度は以下となる。
【数７】
【００６９】
格子ピッチの選択は必要とされる波長分離により決定される。波長分離がΔλである場合、対応する角度波長分散は以下となる。
【数８】
【００７０】
開口２０の有限幅Ｗは次の角度分散を生じる。
【数９】
【００７１】
回折（Δθd＞Δθw）により、波長拡散は角度分散よりも大きくなくてはならないという要求を含むと次のようになる。
【数１０】
【００７２】
最も短い波長は、波長分離における最も高度な要求を生じる。例えば、ｗ＝２０μｍである場合、さまざまに異なる波長の波長分離は次のテーブル１に表される。
【表１】
【００７３】
ブレーズド角度は通常１つの中心波長の周辺で最適化される。この場合、中心波長は（５３２＋８５０）／２＝６９１ｎｍである。波長範囲（５３２ｎｍおよび８５０ｎｍ）の極端な値では格子の効率は減じられる。しかし、これらの波長における可能なレーザー出力が非常に高いことから、これは容認される。さらに、これらの波長で生じる０次回折はカメラ画像に使用され得る。
【００７４】
マーカは位相格子アライメントの間、通常通りに走査される。この走査動作は、一時的周波数２ｋxｖxでキャリアに位相差をつける。
【数１１】
【００７５】
この信号を復調すると、以下に基づくマーカ位置が得られる。
【数１２】
マーカが走査されると、マーカは開口に沿って動く。結果、スクライブレーン内にあって、マーカに隣接する構造は検出開口に向って動き、それがアライメント信号を歪める。この歪みはプロダクトクロストークに類似するものであり、スクライブレーンにおける（メトロロジー）マーカ間の適した分離により回避することが可能である。
【００７６】
しかし、走査は、正確な位相計測に必要とされるキャリア周波数を導くためだけに必要とされる。可変リターダを使用することにより、位相情報φk−φ-kを抽出するために位相変調干渉計も同様に使用され得る。この技法において、マーカは静止状態にあり、既知の位相変化Ψ（ｔ）を瞳面の干渉パターンに適応させるためにリターダが使用される。
【数１３】
【００７７】
実際に、２つの形式の位相変調を用いることが可能である。すなわち、フーリエ変換干渉計となる等距離位相ステッピングおよび同調位相変調Ψ（ｔ）＝Ψ＾ｃｏｓ（Ωｔ）である。
【００７８】
位相変調干渉計の使用により、スクライブレーンにおけるメトロロジー構造（アライメントマーカのような）の高密パッキングが可能となる。位相変調干渉計はアライメントセンサーの他の形態においても使用可能であることを注記する。
【００７９】
これより記載を行うものとするが、瞳面における光の位相からマーカの非対称性を計測することも可能である。最初に理論的な背景を説明し、それからいくつかの例示結果と実際上の実行方法を説明する。
【００８０】
マーカによって反射される合成近視野は次となる。
【数１４】
Ｅill（ｘ）は、固定照明ビームの合成光視野であり、ｒ（ｘ−ｘ0）はオフセットｘ0を有するマーカの合成振幅反射率である。このオフセットはアライメントマーカによって計測されなくてはならない未知のマーカ位置である。
【００８１】
合成反射近視野は常にオフセットｘ0による対称（＝偶数）関数および非対称（＝奇数）関数に分解可能である。よって、一般性を損なうことなく次を導くことが出来る。
【数１５】
【００８２】
下付文字の‘ｅ’および‘０’はそれぞれ偶関数および奇関数を示している。定義により、これら関数はｆe（ｘ）＝ｆe（−ｘ）、およびｆ0（ｘ）＝ｆ0（−ｘ）の特性を有する。近視野のこの式は全く一般的なものであり、何らかの制限は加えられていない。言い換えると、近視野の上記説明はあらゆるプロセッシング効果と照明の不完全をカバーする。
【００８３】
瞳面における視野Ｅp（ｋ，ｘ0）はＥnf（ｘ，ｘ0）のフーリエ変換（ＦＴ）である。すなわち、
【数１６】
【００８４】
偶関数のＦＴは偶数であり、かつ実数である。また、奇関数のＦＴは奇数であり、かつ虚数である。これらの基本的な特性から瞳面における視野に関して次の式が得られる。
【数１７】
【００８５】
実数値関数Ａe（ｋ）、Ａ0（ｋ）、Ｂe（ｋ）およびＢ0（ｋ）は、関数ａe（ｋ）、ａ0（ｋ）、ｂe（ｋ）およびｂ0（ｋ）のフーリエ変換である。この等式はこの一般的な式においてはまったく意味をなさない。しかし、対称振幅対象（ａe（ｘ）≠０を除いて全ての項はゼロである）、対称合成対象、あるいは非対称合成対象（全ての項≠０）といったような、多くの特別なケースを考察することにより、Ｅp（ｋ，ｘ0）の有用な特性をいくつか導き出すことが出来る。
【００８６】
対称振幅マーカの瞳面における視野は、
【数１８】
【００８７】
瞳面における位相φはｋにより線形に変化する。また、この位相φはマーカ位置ｘ0のみの関数である。
【数１９】
【００８８】
振幅Ａe（ｋ）はｋの偶関数であり、マーカ位置とは関係がない。この特別に単純なマーカタイプにおいて、Ｅp（ｋ，ｘ0）の位相の傾斜を計測することによりその位置を明確に決定することが出来る。
【数２０】
【００８９】
合成反射係数を有する対称マーカにおいて、瞳面における視野は次となる。
【数２１】
【００９０】
強度Ｉe（ｋ）と位相Ψe（ｋ）は両方とも以下の式から得られる偶関数である。
【数２２】
【数２３】
【００９１】
瞳の位相はもはや直線ではない。よって、瞳面における２つの任意の点間の位相計測が必要な位置の正確な計測になるとは限らない。しかし、瞳面ｋおよび−ｋにおける共役点間の位相差がマーカ形状に関係なく、マーカ位置によってのみ決定されることが即ぐに判る。よって、アライメントシステム１０の瞳面における強度は次のようになる。
【数２４】
【００９２】
この等式は、反対の空間周波数を有する点どうしが正確に重なり合っているという理想的な状況を表したものであることに注意しなくてはならない。アライメントシステム１０において、マーカが傾けられると、瞳面において重なり合う視野は反対方向に動く。よって、マーカの小さな傾斜がある（もしくは不完全なセンサー調整の）場合、瞳の強度に関して以下が分かる。
【数２５】
【００９３】
偶関数の導関数は常に奇関数であり、偶数位相変化がパラボリック成分を有する場合、特別な線形位相変化が導かれることが分かる。この線形位相変化はアライメントオフセットを生み出す。この所見は基本的に焦点依存効果の別の説明である。マーカの焦点が合っていないとき、瞳面における視野はパラボリック位相変化を得て、マーカが傾けられるとアライメントオフセットが作られる。
【００９４】
合成反射係数を有する非対称マーカに関して、瞳面における視野は次となる。
【数２６】
非対称部分の振幅は次より得られる。
【数２７】
この等式は、振幅が偶関数にならなくてはいけないことから、｜Ｚ0e（ｋ）｜＝｜Ｚ0e（−ｋ）｜となるべきであることを示している。位相Ψiは次によって得られる。
【数２８】
Ａ0（ｋ）およびＢ0（ｋ）の奇数特性により、位相Ψiは次の特性を有する。
【数２９】
非対称性により瞳面における視野の振幅は変化し、特別な位相項φ（ｋ）が導かれる。
【数３０】
【００９５】
図１３において、いかにＺが構成されるかを明らかにしている。また、この図では、いかに追加の位相項φ（ｋ）が非対称成分Ｚ0（ｋ）により導かれるかも示している。図１３において、位相項φ（ｋ）は、
という特性を有することから、φ（ｋ）は常に奇数成分およびおそらく小さい（しかし関連のない）偶数成分を含むことを示している。
【００９６】
非対称のタイプに何らかの制限を加えず、位相項φ（ｋ）と振幅Ｚ（ｋ）を次のように表すことが出来る。
【数３１】
【数３２】
【００９７】
非対称性の特性について仮定がまだ立てられていないことから、これらの等式はかなり複雑である。これらの等式の使用を明確にする２つの特別な状況がある。第一のケースにおいて、Ｚe（ｋ）はＺ0e（ｋ）に垂直である。この場合、次のようになる。
【数３３】
これより次が導かれる。
【数３４】
【数３５】
この状況において、位相と振幅に関して次のように表される。
【数３６】
【数３７】
【００９８】
よって、計測が空間周波数ｋにてなされるとき、位相はアライメントエラーを導く純粋な奇関数である。この第一のケースを図１４において示している。
【００９９】
第二の特別なケースにおいて、Ｚe（ｋ）はＺ0（ｋ）に並行であり、よって、
【数３８】
これより次が導かれる。
【数３９】
【０１００】
この状況において、非対称性は反対称位相項を導かない（よって位相エラーはない）。しかし振幅の非対称となる。これを図１５において示している。
【０１０１】
φ（ｋ）の等式は複雑すぎ、これを使用し続けることは出来ない。しかし、前に述べたように、これを対称部分と反対称部分に分解することが可能である。
【数４０】
【０１０２】
奇数位相変化のみが検出されるため、偶数位相変化は無関係である。さらに、前に述べたように、位置情報は瞳面における正味の位相の傾斜に含まれる。よって、ｋにより線形に変化する位相項を考慮に入れる必要を有するのみである。
【０１０３】
アライメントシステム１０により検出された合計の位相変化Ψd（ｋ）は次のようになる。
【数４１】
【０１０４】
この等式は、アライメントにおけるマーカの非対称性の、重要かつ非常に基本的な問題を提示している。すなわち、瞳面における位相の傾斜はもはや明らかにマーカ位置ｘ0からは決定されないが、項ｃ1により未知の非対称性によっても決定される。
【０１０５】
幸運にも、計測された位相Ψd（ｋ）の高い次数の項（ｃ3 ，ｃ5等）は未知の非対称の関数だけであり、ここではこの問題の解決法を見出す。高い次数の項の大きさにより線形非対称項ｃ1が決定される。
【０１０６】
多くの場合、瞳における視野は明るい領域（大きな振幅｜Ｚ｜）と暗い領域（小さい振幅｜Ｚ｜）から成る。例えば、明るい領域は５０％衝撃係数格子の奇数回折次数にあたる。このような格子の偶数次数は暗い領域である。明るい領域においては｜Ｚe｜>>｜Ｚ0e｜となり、非対称から導かれる位相変化は小さく、以下により概算が可能である。
【数４２】
【０１０７】
通常、φ（ｋ）は非常に小さく、プロセスの変化により生じる非対称における小さな変化によりわずかに変化する。原理上、これらの明るい領域は高い次数項を計測するために使用され得るが、計測の正確さはかなり限定される。
【０１０８】
しかし、瞳面の視野の暗い領域におき、状況は全般に異なる。これらの暗い領域においては
となり、次の式により、プロセス変化による非対称の小さな変化は位相の大きな変化を生じる。
【数４３】
【０１０９】
これから分かるように、Ｚ0e（ｋ）は、Ｚe（ｋ）と比較し、値において比較可能であるとき、位相はｋによりかなり変化する。
【０１１０】
非対称検出の理論を１次元の例を参照に、さらに説明を行う。マーカは図１６に示された強度プロファイルに従い照射される。入射ビームの光パワーは１ｍＷであり、全幅は約１００μｍである。照明ビームの波長は６３３ｎｍである。
【０１１１】
図１７に示すように、マーカは深度４０ｎｍを有する分離した２μｍ幅のバーである。その中心はｘ＝２５０μｍに置かれている。この例は１次元であるため、バーはｙ方向に無限に伸長する。このバーの反射係数は１つである。周期的構造（すなわち格子）に対するこのマーカの伸長については後述する。
【０１１２】
このバーは位相深度が比較的小さく、また照明スポット幅に比較して非常に小さい（図１６と図１７における異なる縮尺に注意されたい）。従い、反射光は非常に強い正反射を有し、非常に少ない量の光のみが回折される。図１８に示すように、これは遠視野の強度分布から明らかである。
【０１１３】
強い正反射のピークがはっきりと見てとれ、これは１．５×１０-4Ｗ／１．３ｍｒａｄのピーク強度に達する。正反射の全体幅は２０ｍｒａｄであり、実際に全ての入射パワーが正反射される集積によって変えることが可能である。回折光はわずか１．５×１０-7Ｗ／１．３ｍｒａｄのピーク強度に達し、よって、５ｍｒａｄの開口を有する検出器は合計光パワーわずか０．６μＷを捕捉する。この２μｍ幅バーが４μｍ周期で繰り返されるとすると、第二回折次数の位置である、
となり、強度はゼロである。
【０１１４】
マーカは完全に対称であり、よって、アライメントシステム１０により検出される位相差は、マーカ位置に比例した傾斜を有する完全な直線となるべきである。これは、計測された位相を遠視野角の関数として示した図１９においてはっきりと見てとれる。
【０１１５】
小さなスパイクはゼロ強度のポイントに置かれた数値異常である。実際に、これらのポイントはゼロ強度の領域において生じる位相特異性にあたる。これらの数値結果を別として、位相は、マーカが整列した位置にあることを示すゼロ傾斜を有する直線であることがはっきりと分かる。
【０１１６】
しかし、古典的なルーフトップを追加することで、わずかな非対称を導く。例として、図２０に示すマーカの形状となる４ｎｍのルーフトップを用いるものとする。
【０１１７】
図２１は瞳面における光の強度を示す。対称の場合と比較した場合、形状はわずかに変化した。しかし、暗い領域における強度が著しく増した。瞳面の暗い領域における変化は非対称（に変化する）のよいインジケータであることはすでに示した。
【０１１８】
暗い領域における強度は最小で約２×１０-11Ｗ／１．３ｍｒａｄに達する。これは強度としては非常に低く、この領域の計測を可能にするために、計測の間どれくらいの光子が実際に捕捉されるかを計算することが有益である。検出角度が１ｍｒａｄ、かつ、取得時間が３０ｍｓであると仮定して、４．６×１０-13Ｊの合計光子エネルギーが捕捉される。よって、１プロトンのエネルギーは、約３．１３×１０-19Ｊであるので検出器に入射する光子の合計量は次となる。
【数４４】
【０１１９】
この計算は、暗い領域における正確な位相計測が可能であることを示している。アライメントシステムにより計測された位相変化を図２２に示している。
【０１２０】
対称の場合と比較して、計測された位相は劇的に変化した。明るい領域において、位相はアライメントオフセットが原因となるほとんど線形の傾斜を得た。例えば、グラフにて示すように、ｓｉｎ（θ）＝０．１６で、０．０５８ラジアンの小さな位相エラーが生じる。瞳のこのポイントは、マーカが４μｍ周期で繰り返される場合に存在する第１次の場所にあたる。位相エラーは小さいが、あいにく次の大きなアライメントエラーΔｘが現れる。
【数４５】
【０１２１】
幸運にも、このオフセットを原因とする非対称は瞳面の暗い領域において非常に明確に検出され得る。計測された位相において、約ｓｉｎ（θ）＝０．３２の領域で、極端に大きい、かつ非線形の変化があることを示していることがはっきりと分かる。図２３は検出される干渉信号のコントラストを示したものである。
【０１２２】
図２３のコントラストカーブは、正確な位相計測を可能とするほど十分にコントラストが高いことを示している。しかし、コントラストを著しく低下させる他の非対称タイプが存在しうることを強調せねばならない。
【０１２３】
実際に、非対称における変化（すなわちプロセス変化）を検出可能にすることが、おそらく、なお重要である。図２４は１ｎｍのルーフトップの変化に対する位相変化を示したものである。これは、１８ｎｍ／４＝４．５ｎｍのプロセス変化に相当する。結果の位相変化は、光子統計に基づいて計測される０．１ラジアンの次数のものである。
【０１２４】
実際に、上記で論じた分離構造は周期的に繰り返され、離散回折次数における散乱光を集中させる。しかし、この周期的な繰り返しは偶数位相分布Ψe（ｋ）と、瞳面における視野の振幅｜Ｚ（ｋ）｜に影響を与えるだけであることから、この周期的な繰り返しは非対称計測の概念を変えることはない。また、非対称により導かれる奇数位相変化は変わらない。
【０１２５】
分離構造の合成反射係数はｒ（ｘ）であり、この構造は瞳における合成視野Ｚ（ｋ）となる。周期ＸPによる左にＮ回、右にＮ回の、この構造の周期的な繰り返しはｒ（ｘ）の２Ｎ＋１の複製での格子を作り出す。
【数４６】
【０１２６】
この式をフーリエ変換し、フーリエシフト定理を使用することにより、瞳における合成視野Ｚg（ｋ）が求められる。
【数４７】
【０１２７】
Ｚg（ｋ）は、実数値偶関数ｆ（ｋ）とＺ（ｋ）を掛けることで求められることが分かる。この関数は負となり、Ｚg（ｋ）における位相ジャンプを生じさせる。しかし、これらの位相ジャンプは常に対称をなす。Ｚg（ｋ）の振幅は、ｋＸP＝ｍ２πのときにピークとなる。ここでｍは整数である。空間周波数ｋは次の式により求められるため、これは単に格子原理の数式である。
【数４８】
【０１２８】
図２５は、５回繰り返される４−ｎｍルーフトップを有するマーカの遠視野における強度を示したものである。第１回折次数と第３回折次数がグラフにてはっきりと分かる。これらの次数間の強度比は、回折されたフィールドにおけるホイヘンスオブリクィティファクター［１＋ｃｏｓ（θ）］／２により生じる期待（１／３）2比率よりもわずかに高い。弱い奇数次数の強度も著しく増した。次数間において強度はあわただしい振動を呈する。しかし、ピーク強度はかなりの量の光子に相当する。
【０１２９】
瞳面における奇数位相変化を図２６に示している。再びこのグラフは暗い領域における同一の大きな位相偏位を示している。しかし、分離オブジェクトの場合と比較して、説明を行う必要のある違いが多少ある。
【０１３０】
１５ｎｍのマーカシフトに相当する特別な小さい線形の傾きと、小さなスパイクは実際の実施形態においては生じないものである。Ψdの厳密な検査では、わずかな段階的な変化を示すことが分かる。これは、マーカの不均一な照明によって生じる。図２７で明らかなように、２００μｍに照明ビーム幅が増すことで再びΨdはなめらかに変化する。
【０１３１】
このグラフにより非対称計測における照明プロファイルの重要性が明らかである。理想的には有限幅を有する均一な照明プロファイルが望ましい。しかし、この要求は、照明ビーム角度の開きが小さくなくてはならないという要求と相反する。
【０１３２】
非対称計測技術の精度における非常に基本的な限界はマーカの表面の粗さである。表面の粗さは、干渉パターンの暗い領域における大きくかつノイジーな位相変化を導くランダム非対称のフォームが考慮され得るため、これは驚くことではない。これは、以下の例において、前段で使用されたものと同一の格子の例で明らかとなる。しかし、今回、０．５ｎｍの表面の粗さに１μｍの平均グレインサイズが付加される。この照明スポットは２００μｍの幅を有する。
【０１３３】
図２８は、遠視野において計測された位相を示しており、表面の粗さの影響がかなりはっきりと見られる。一見したところこれはかなり深刻に見える。幸運なことに、実際のケースにおいてはノイズがそれほど深刻にはならない理由がいくつかある。第一に、大きなスパイクはゼロ強度のポイント（特異点）にあたる。検出器は常に有限空間領域を有することから、これらの効果は検出にて抑えられるであろう。第二に、この特別な例において、照明スポットサイズは格子幅に比較して大きいため、センサーは重要でない領域にて数多くの粗さの影響を「見る」。この議論は、最適な照明スポットの重要性を再度強調することになる。
【０１３４】
計測された位相Ψdの線形項は位置情報を含む。しかし、この位置は非対称の存在に影響される。この非対称の寄与を知るため、出来るだけ正確に非対称の「形状」を知る必要がある。計測された位相Ψdの非線形変化は非対称についての情報を与える。各非対称はそれ独自のフィンガープリントを有する。
【０１３５】
計測した傾斜にプロセス修正を導く目的に、２つの異なるアプローチを使用することが可能である。すなわち、予測手法のようなアプローチと散乱測定のようなアプローチである。予測手法アプローチにおいては、統計技術の使用を可能にするより多くのデータが利用可能であることから、本発明にさらに多くの可能性を与える。特に有益なアプローチは、散乱測定アプローチでも用いられる「逆問題」を使用することである。
【０１３６】
非対称の計測は、ＣＤ（限界寸法）メトロロジーアプリケーションの散乱測定と多くの類似性を有する。後者の場合、非常に複雑な方法における、特定の未知のレジストプロファイルに関連する偏光データが計測される。逆問題技術はここではレジストパターンを回復させるために適用される。このタイプの計測問題はまさに非対称計測に相当する。
【０１３７】
好ましくはアライメントセンサーはマーカの位置で非常にシャープなピークとなる局部的信号を生成すべきである。しかし、狭いピークは大きな計測帯域幅を必要とするため、このようなセンサーの実現において、信号対雑音比といったような多くの実際上の問題をまねく。精度およびダイナミックレンジの理由から、位相格子アライメントセンサーがしばしば使用される。これらのセンサーは狭帯域時限同調信号を生成するためである。
【０１３８】
残念ながら、正弦波信号はマルチプル極大値を含み、よってマーカ位置は１つのシングルピークで独自に明確にされない。この理由として、位相格子アライメントセンサーは、どのピークがマーカ位置にあたるかを決定する「キャプチャリング」機構を必要とするからである。本発明において、２つのキャプチャリング機構が可能である。その第一は、上記で論じたように、０次から可能なカメラ画像を利用する。第二は、瞳面において検出される信号を使用し、かつ分割フォトダイオードを必要とする。この両方の方法は１つだけの短い格子を必要とする。
【０１３９】
アライメントセンサー１０により、全ての可能な波長を同時に用いてマーカのシャープな像を作り出すことはきわめて容易である。多重波長の使用により、マーカ深度が小さすぎないかぎりマーカは常に見えるべきである、ということを保障する。対物レンズ１２は例えば０．６の大きなＮＡを有する。また、空間フィルタリングがないことで、アドバンスド画像処理技術を用いて、さまざまなカメラベースのキャプチャリングアルゴリズムを十二分に可能にする１−２μｍの次数の解像を有する「鮮明な」像をもたらす。
【０１４０】
アライメントセンサー１０により２つの異なるタイプの像を生成することが可能である。すなわち、別々の偏光器により作り出されたカメラ画像はマーカの２つの個々の像を示すことが可能であるのに対して、偏光ビームスプリッタの後のカメラ画像には、重なり合い、かつシフトしたマーカの２つの像が含まれる。像の第一のタイプでは、互いに対して１８０°回転された２つの像をもたらす。部分的に重なり合うマーカの像の輪郭の形状がマーカ位置に関する正確な情報をもたらすことから、これはキャプチャリングアルゴリズムに有効である。しかし、プリアライメントエラーがスクライブレーン幅を超過すると、一方の像のマーカは他方の像のプロダクト構造に投影される。プロダクト構造が画像処理アルゴリズムのローバスト性を低下させるノイズ源として作用することから、これはローバスト性問題を導くことがある。
【０１４１】
本発明は既知の技術を利用することも可能である。それにより、わずかに異なる周期を有する２つの格子が、わずかに異なる周波数を有する２つの同調アライメント信号を生成する。２つの信号の２つのピークが一致する位置がマーカ位置として限定される。このアプローチは、十分に大きなキャプチャリング範囲に対しローバスト技術となることを証明した。
【０１４２】
しかし、上記で述べたように、本発明は、広い回折次数を有する短いマーカに特に適合する他のキャプチャリング代替案を提供する。この技術は、瞳面全体が利用可能であるという事実に基づくものである。しかし、照明スポットがマーカ長よりも大きい場合にのみ作用する。この技術の主たる長所は、２つの別々の格子の代わりに１つの格子のみを必要とすることである。この技術についてさらに説明を行う。
【０１４３】
周期Ｘgおよび幅Ｗ＝Ｎ．Ｘg．を有する格子を考察する。ここで、Ｎは格子線の数である。第一回折次数は次の空間周波数ｋ1を有する。
【数４９】
【０１４４】
回折次数はｓｉｎ（ｋ）／ｋ形状を有し、メインローブの全体幅は次のようになる。
【数５０】
【０１４５】
この格子の第一回折次数のアライメント信号は分割検出器により計測される。各検出素子はメインローブの２分の１を捕捉する。２つの素子間の中心線は、回折次数のピークに中心をおく。これらの２つの検出器により捕捉される平均空間周波数は約、
【数５１】
両方の検出器は空間周波数のわずかな違いを有する信号を計測する。これら２つの信号の有効波長は、
【数５２】
よって、キャプチャリング範囲は±Ｗに等しい。
【０１４６】
実施形態２
本発明の第二実施形態ではファイバーアレイを使用して光を瞳面から検出器アレイに導くが、その他は第一実施形態と同様であり、同様の方法で使用可能である。
【０１４７】
図２９は第二実施形態におけるアライメントシステムの検出器部分を示したものである。自己参照干渉計（図２９では示しておらない）からの光は、偏光ビームスプリッタ１９により２つの分岐に分割され、そのうち一方の光はキャプチャリングの目的にカメラに導かれ、もう一方の光は微アライメント計測に使用される。微アライメント分岐は、例えばフォトダイオードのアレイやＣＣＤといったようなリモート検出器アレイに光を導く光ファイバーのアレイ３５に、自己参照干渉計の瞳面を再結像するレンズ３１、３３の光学システムから成る。レンズ３１もまた、開口絞りとして作用する像面フィルタ３２が配置される位置にマーカの中間像を作り出す。
【０１４８】
ファイバー束３５は、束の終端部に検出器の適したアレイを配列することが可能であり、それにより、２つの像が重なり合い、干渉する瞳面における複数の異なる位置における強度が決定され得る。結果のデータは必要な位置情報を得るように処理可能である。特に、幾つかのエラーを取り消すために、検出分岐の光軸の両側にあるペアになったファイバーからの信号が付加される。これは、同一光検出器のペアエンドの両方のファイバーを有することにより、あるいは電子的に、ペアのファイバーを結合することで成される。検出器アレイは、個々のファイバーに連結された複数のディスクリート検出器、あるいはペアのファイバー、あるいはＣＣＤアレイのような位置感知検出器から成る。もちろん、ファイバー束の入力端よりもむしろ検出器アレイそれ自身が瞳面に配置されよう。しかしファイバー束は、検出器アレイ、および、例えばプリアンプといったようなその関連するエレクトロニクスを装置の温度感知部分から離して配置することを可能にする。さらなる空間フィルタ３４は第０次を取り除く。
【０１４９】
キャプチャリングを行うカメラの使用法を図３０において示している。この図では、マーカのさまざまな位置における、マーカの２つの像を上２行に示し、同様に、カメラで見られる合成像を下の行に示している。列Ａにおいてマーカは粗く整列されており、カメラで見られる像はコントラストの高い暗いラインと明るいラインを有する。マーカがアライメントから離れるにつれて、像は反対方向に動き、最初に列Ｂに示した、均一にグレーになった像を導き、次に、列Ｃに示した、ラインパターンを導くが余分なラインと外側にあまりコントラストのないラインを有する。さらなる動きにより、列Ｄに示したグレーの象を再度導き、そして、さらにラインが追加された、列Ｅに示すようなラインの像を導く。像認識ソフトウェアにより最小ライン数と最大コントラストにより容易に像を検出することが可能である。
【０１５０】
実施形態３
本発明の第三実施形態は、検出分岐の構成を除き第一実施形態と同様であり、これを図３１に示している。
【０１５１】
第三実施形態の検出ブランチは、第二実施形態と同様、偏光器（図３１には示しておらない）、光学システム３１、３３、および像面フィルタ３２を含んでいる。しかし、第三実施形態においては、ファイバーアレイおよび検出器に代わり、瞳面の部分を選択するようにプログラムされた、例えばＬＣＤアレイ（ライトバルブ）やマイクロミラーアレイといったような空間光モジュレータ３９を配備している。空間光モジュレータ３９からの光はレンズ４０によりファイバー４１に集められ、ファイバー４１によりフォト検出器４２に導かれる。
【０１５２】
空間光モジュレータ３９は、マーカ像の重なり合ったフーリエ変換から特定の次数の２つのビームを選択するようにプログラムされている。マーカが走査されると、その強度は検出器４２によって計測可能となり、所望する位置情報が得られる。ここで、マーカは多重波長光源によって照射され、異なる波長が分離され、検出器４２において別々に検出され得る。
【０１５３】
第三実施形態は多くの長所を有するが、それにおける原理は、本アライメントシステムはハードウェアの修正を必要とせずに、１８０°回転対称をなすどのようなマーカにも使用可能であるということである。必要なことは、同一基板上に異なるマーカを整列させることでさえも可能とするよう、空間光モジュレータが最適にプログラムされ、それが進行中に実行可能であるということだけである。よって、第三実施形態のアライメントシステムは、格子、チェッカーボード、ボックス、フレーム、シェブロン等の既知のマーカとの互換性も有する。また、完全な瞳面をサンプル化することが可能であり、また、それを空間光モジュレータ３９の異なる設定により、マーカの繰り返しの走査により分析することが可能である。
【０１５４】
重なり合う像間にて必要な干渉を作り出すために偏光ビームスプリッタが使用されると、上に記載を行っているように、位置情報を含んだ２つのビームが作り出され、図３１に示した構成要素が別の分岐にも同じく設けられ、２つの次数の同時検出を可能にする。さらに、２つ以上のミラー位置を有するマイクロミラーアレイといったような、光を複数の異なる方向に選択的に再誘導することの可能な空間光モジュレータが、対応する多数の集光レンズ、ファイバー、および検出器と共に使用され、単一分岐における多次数の検出を可能にする。第二実施形態と同様、ファイバー４１を使用しないことも可能であり、集光レンズ４０の焦点にて検出器を配置することが可能ではある。しかし、ファイバー４１を使用することで、熱発生あるいはかさばる検出器を熱に弱い構成要素から離して配置することが可能であり、より多くのスペース利用が可能である。
【０１５５】
次数結合プリズム
本発明の実施形態において使用され得る次数結合プリズムを図３２および図３３において示している。図３２はプリズムを分解した形で示しており、図３３は組み合わせた形状で示している。
【０１５６】
この組み合わせた形状にて、次数結合プリズム５０の基本形状は、底面の入射面５５と、側面の出射面５６を有する三角プリズムである。このプリズムは対角ジョイントにて半分ずつ２つ（第一ハーフ５１、第二ハーフ５２）に分けられている。図３２において明確に示されているように、正の次数＋ｎは第一ハーフ５１の底面に入射し、側面５８からジョイント５７に向かって全内部反射を作る。正の次数は、ビームスプリッタ面として作用するジョイント５７から、プリズム５０の背面に取り付けられた１／４波長板とミラーとに後方反射する。１／４波長板とミラーは正の次数の偏光を回転させ、ジョイントであるビームスプリッタ面５７を通ってこれを返し、プリズムの前面５６から出射させる役割を有する。
【０１５７】
一方、負の次数は第二ハーフの底部に入射し、第二側面５９とジョイントであるビームスプリッタ面５７から全内部反射し、前面５６を通って出射する。
【０１５８】
図３３は、プリズムが、正と負の次数（＋１から＋４の次数と−１から−４の次数が示されている）をその中心において対称に受け取るように配置される場合、対応する＋次数と−次数は結合されるが、第一、第二、等の次数は別々に保たれる。
【０１５９】
次数結合プリズムは、本発明の実施形態の瞳面において使用されて、基本的に検出のための同一情報を搬送する反対次数を結合する。次数結合プリズムを使用することにより、検出される信号の強度が２倍となることから低出力光源を使用することが可能となる。加えて、対称配置の結果、正と負の回折次数間の非対称誘導差を平均化する。本発明の次数結合プリズムは非常に小型であり、使用可能なスペースが限られているような状況において特に有益である。
【０１６０】
次数結合プリズムは、自己参照干渉計関連に基づくアライメントシステムの瞳面における使用以外の他の使用法が有り、単一面に置かれた回折次数を結合することが望まれるような配列において特に使用されることが理解されよう。例えばその２つのサイドにおける光パス長を等しくするようにプリズムを修正することも可能である。
【０１６１】
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明を上記以外の方法でも具体化できることは当業者にとって明らかである。ここに行った詳細説明は本発明を制限する意図ではない。例えば、上記説明のアライメントシステムは、基板同様にマスクあるいはテーブルに設けられたマーカに対するアライメントにも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に基づくリソグラフィ装置を示したものである。
【図２】その作用概念を説明するため、本発明の第一実施形態におけるアライメントシステムの選択された部分を示したものである。
【図３】図２のアライメントシステムの異なるモジュールを示したものである。
【図４】図２および図３のアライメントシステムにおいて使用される自己参照干渉計の簡略側面図である。
【図５】図４の自己参照干渉計の瞳面における干渉を説明する図である。
【図６】図４の自己参照干渉計の機能を説明する図である。
【図７】不変点を示した干渉計の入出力面の図である。
【図８】出力における回折次数の回転を示した、干渉計の入出力面の図である。
【図９】プロダクト構造からのクロストークを除去するための開口絞りの使用法を説明するための、アライメントシステムにおける光学素子の図である。
【図１０】開口絞りの輪郭を示した、マーカとプロダクト構造の図である。
【図１１】本発明の第一実施形態のアライメントシステムにおける検出装置を示したものである。
【図１２】本発明の第一実施形態のアライメントシステムにおける色分離のための可能な配列を示したものである。
【図１３】非対称マーカの検出を説明するベクトル図である。
【図１４】非対称マーカの検出を説明するベクトル図である。
【図１５】非対称マーカの検出を説明するベクトル図である。
【図１６】本発明の作用例における、１次元マークを照射するために使用される強度プロファイルのグラフである。
【図１７】本発明の例における１次元マーカの図である。
【図１８】本発明の例においての遠視野における強度分布グラフである。
【図１９】本発明の例における遠視野角の関数として計測された位相のグラフである。
【図２０】本発明の作用の第２例における非対称マークの図である。
【図２１】本発明の第２例の遠視野における強度のグラフである。
【図２２】第２例における遠視野角の関数として計測された位相のグラフである。
【図２３】第２例における遠視野角における角度の関数としての干渉信号のコントラストのグラフである。
【図２４】本発明の作用の第３例における位相変化のグラフである。
【図２５】本発明の第４例おける、遠視野における強度のグラフである。
【図２６】第４例における遠視野角の関数として計測された位相のグラフである。
【図２７】図２７Ａおよび図２７Ｂは、照明ビーム幅を変えることによる影響を示したグラフである。
照明ビーム幅を変えることによる影響を示したグラフである。
【図２８】本発明の第５例における角度の関数として計測された位相のグラフである。
【図２９】本発明の第二実施形態のアライメントシステムにおける検出装置を示したものである。
【図３０】本発明の第二実施形態におけるキャプチャーのためのカメラの機能を説明する図である。
【図３１】本発明の第三実施形態のアライメントシステムにおける検出装置を示したものである。
【図３２】本発明の実施形態において使用可能な次数結合プリズムの分解図である。
【図３３】反対次数の結合を示した、図３２のプリズムを組み合わせた形状の次数結合プリズム図である。
尚、図面において、一致する参照符合はその一致する部分を示すものとする。
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線の投影ビームを供給する放射線システムと、所望するパターンに従って投影ビームをパターン化するパターニング手段を支持する支持構造と、基板を保持する基板テーブルと、パターン化されたビームを基板の目標部分に投影する投影システムと、１８０°相対回転されるアライメントマークの２つの重なり合う像を投影する自己参照干渉計を備えたアライメントシステムとにより構成されるリソグラフィ投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここに使用する「パターニング手段」なる用語は、入射する放射線ビームに、基板の目標部分に作り出されるべきパターンと一致するパターン化断面を与えるために使用し得る手段に当たるものとして広義に解釈されるべきである。また、「ライトバルブ」なる用語もこうした状況において使用される。一般的に、上記のパターンは、集積回路や他のデバイス（以下を参照）であるような、デバイスにおいて目標部分に作り出される特別な機能層に相当する。そのようなパターニング手段には以下が含まれる。すなわち、
− マスク。マスクの概念はリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、様々なハイブリッドマスクタイプのみならず、バイナリマスク、レベンソンマスク、減衰位相シフトマスクといったようなマスクタイプも含まれる。放射線ビームにこのようなマスクを配置することにより、マスクに照射する放射線の、マスクパターンに従う選択的透過（透過性マスクの場合）や選択的反射（反射性マスクの場合）を可能にする。マスクの場合、その支持構造は一般的に、入射する放射線ビームの所望する位置にマスクを保持しておくことが可能であり、かつ、必要な場合、ビームに対して運動させることの可能なマスクテーブルである。
− プログラマブルミラーアレイ。このようなデバイスの一例として、粘弾性制御層および反射面を有するマトリクスアドレス可能面があげられる。こうした装置の基本的原理は、（例えば）反射面のアドレスされた領域は入射光を回折光として反射するが、アドレスされていない領域は入射光を非回折光として反射するといったことである。適切なフィルタを使用することにより、回折光のみを残して上記非回折光を反射ビームからフィルタすることが可能である。この方法において、ビームはマトリクスアドレス可能面のアドレスパターンに従ってパターン形成される。プログラマブルミラーアレイのまた別の実施形態では小さな複数のミラーのマトリクス配列を用いる。そのミラーの各々は、適した局部電界を適用することによって、もしくは圧電作動手段を用いることによって、軸を中心に個々に傾けられている。もう一度言うと、ミラーはマトリクスアドレス可能であり、それによりアドレスされたミラーはアドレスされていないミラーとは異なる方向に入射の放射線ビームを反射する。このようにして、反射されたビームはマトリクスアドレス可能ミラーのアドレスパターンに従いパターン形成される。必要とされるマトリクスアドレッシングは適切な電子手段を用いて実行される。前述の両方の状況において、パターニング手段は１つ以上のプログラマブルミラーアレイから構成可能である。ここで言及するミラーアレイの詳細は例えば、米国特許第ＵＳ５，２９６，８９１号および同第ＵＳ５，５２３，１９３号、並びに、ＰＣＴ特許種出願第ＷＯ９８／３８５９７および同ＷＯ９８／３３０９６に記載されている。プログラマブルミラーアレイの場合、上記支持構造は、例えばフレームもしくはテーブルとして具体化され、これは必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となる。
− プログラマブルＬＣＤアレイ。このような構成の例が、米国特許第ＵＳ５，２２９，８７２号に詳細に説明されているので参照されたい。上記同様、この場合における支持構造も、例えばフレームもしくはテーブルとして具体化され、これも必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となる。簡潔化の目的で、本文の残りを、特定の箇所において、マスクおよびマスクテーブルを必要とする例に限定して導くものとする。しかし、こうした例において論じられる一般的な原理は、既に述べたようなパターニング手段として広義に理解するべきである。
【０００３】
リソグラフィ投影装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造において使用可能である。この場合、パターニング手段はＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成する。そして、放射線感光原料（レジスト）の層が塗布された基板（シリコンウェーハ）上の目標部分（例えば１つあるいはそれ以上のダイから成る）にこのパターンを像形成することが出来る。一般的に、シングルウェーハは、投影システムを介して１つずつ順次照射される近接目標部分の全体ネットワークを含んでいる。マスクテーブル上のマスクによるパターニングを用いる現在の装置は、異なる２つのタイプのマシンに区分される。リソグラフィ投影装置の一タイプでは、全体マスクパターンを目標部分に１回の作動にて露光することによって各目標部分が照射される。こうした装置は一般的にウェーハステッパと称されている。ステップアンドスキャン装置と称される別の装置では、所定の基準方向（「スキャニング」方向）にマスクパターンを投影ビーム下で徐々にスキャニングし、これと同時に基板テーブルをこの方向と平行に、あるいは非並行にスキャニングすることにより、各目標部分が照射される。一般的に、投影装置は倍率係数Ｍ（一般的に、＜１）を有することから、基板テーブルが走査される速度Ｖは、マスクテーブルが走査される速度の係数Ｍ倍となる。ここに記載を行ったリソグラフィデバイスに関するさらなる情報は、参考までに記載を行うと、例えば、米国特許第ＵＳ６，０４６，７９２号から得ることが出来る。
【０００４】
リソグラフィ投影装置を使用する製造工程において、パターン（例えばマスクにおける）は少なくとも部分的に放射線感光材（レジスト）の層で覆われた基板上に像形成される。この像形成ステップに先立ち、基板は、プライミング、レジスト塗布、およびソフトベークといったような各種の工程を経る。露光後、基板は、ポストベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベーク、および結像フューチャの測定／検査といったような他の工程を通る。この工程の配列は、例えばＩＣといったような素子の個々の層をパターン化するための基準として使用される。このようなパターン形成された層は、それから、全て個々の層を仕上げる目的である、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械的研磨等といった種々のプロセスを経る。数枚の層が必要とされる場合には、全体工程、もしくはその変形をそれぞれの新しい層に繰り返す必要がある。最終的に、素子のアレイが基板（ウェーハ）上に形成される。次に、これらの素子はダイシングやソーイングといったような技法で相互より分離される。それから個々の素子は、キャリアに装着されたり、ピンに接続されたりし得る。こうした工程、例えば、１９９７年にマグローヒル出版会社より刊行された、Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ著、「マイクロチップ製造：半導体処理に対する実用ガイド」という名称の書籍（“Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”）の第３版、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４に詳細に説明されている。
【０００５】
簡潔化の目的で、これより投影システムを「レンズ」と称するものとする。しかし、この用語は、例えば屈折光学システム、反射光学システム、および反射屈折光学システムを含むさまざまな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。放射線システムはまた、放射線の投影ビームの誘導、成形、あるいは制御を行う、こうした設計タイプのいずれかに応じて稼動する構成要素も備えることが出来る。こうした構成要素もまた以降において集約的に、あるいは単独的に「レンズ」と称する。さらに、リソグラフィ装置は２つあるいはそれ以上の基板テーブル（および、あるいは２つもしくはそれ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものである。このような「多段」デバイスにおいては、追加のテーブルが並列して使用される。もしくは、１つ以上の他のテーブルが露光に使用されている間に予備工程が１つ以上のテーブルにて実行される。例えば、デュアルステージリソグラフィ装置が、米国特許第ＵＳ５，９６９，４４１号および国際特許出願第ＷＯ９８／４０７９１号に開示されている。
【０００６】
リソグラフィ工程における重要なステップは、マスクパターンの投影像が基板上の正確な位置となるようにリソグラフィ装置に基板の位置を合わせることである。リソグラフィの技法により製造される半導体および他のデバイスは、デバイスに多重層を形成する目的に多重露光を行う必要があり、それらが正確に整列していることが重要である。より小さいフィーチャが結像されるようになり、オーバレイ要求がより厳密となり、したがいアライメント工程において要求される精度がより厳密なものになっている。
【０００７】
欧州特許第ＥＰ−Ａ−０ ９０６ ５９０号において詳述されている１つの既知のアライメントシステムにおいて、基板上のマーカは、１つがＸであり、１つがYである、２つのペアの基準格子から成り、このペアになった２つの格子はわずかに異なる周期を有する。格子は空間的コヒーレント光により照射され、回折光が集光されて検出器アレイに結像される。異なる回折次数が分けられ、それにより対応する正次数と負次数が干渉する。アレイにおける各々の検出器は基準格子と光検出器から成る。基板が走査されると、検出器の出力は正弦波状に変化する。両方のペアの格子からの信号は同時にピークをむかえ、マーカが整列される。このタイプのシステムは大きなダイナミックレンジを提供し、かつ、高い回折次数を用いることで、マーカの非対称性に無感応である。しかし、異なる周期を有する２つの格子を設ける必要により、基板上のアライメントマーカに必要とされるスペース量が増す。アライメントマーカに充てられるこうした「シリコンのリアルエステート（スペース）」は最小限に抑えられることが望ましく、よって、デバイス製造には利用出来ない。
【０００８】
欧州特許第ＥＰ−Ａ−１，１４８，３９０号に詳述されている他の既知のシステムにおいては、９０°と−９０°の回転を行う２つの重なり合う像を生成するコンパクトな自己参照干渉計を使用する。この２つの重なり合う像は瞳面において干渉させられる。光学システムおよび空間フィルタは第一次数ビームを選択、分離し、それらを検出器に再結像する。このシステムは多数の長所を有するが、アライメントマーカにおける１８０°対称が要求される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、単一のアライメントマークを使用して、および／または非対称アライメントマークを調整して、好ましくはアライメント位置を捕捉することの可能な改良されたアライメントシステムを提供すること目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本目的および他の目的は冒頭の段落において特定したようなリソグラフィ装置において、本発明に従って達成される。ここで、上記のアライメントシステムは、上記の自己参照干渉計の瞳面における異なる複数の位置にて光強度を検出するための検出システムをさらに備えていることを特徴とする。
【００１１】
瞳面における強度を検出することにより、本アライメントシステムは可能な情報を最大限に利用する。例えば、瞳面における複数の回折次数の位置における強度変化を検出することで、非常に微細な位置情報を得ることが可能である。この情報はマーカが走査されるときの強度変化における相対位相から得られる。すなわち、異なる回折次数は異なる空間周波数により強度が変化する。いくつかの強度が一致してピークになるとき、中心アライメント位置が決定出来る。代替案として、あるいはこれに加え、回折次数の両サイドに厳密に一定の間隔をとった２つの位置で強度を計測することにより、粗い位置あるいはキャプチャが、２つの強度信号間のビート周波数を検出することによって得られる。キャプチャ範囲サイズは検出器のスペーシングにより判断される。すなわち、検出器がより近いと、キャプチャ範囲がより大きくなる。さらには、瞳面の暗い領域における位相変化を検出することによりマーカにおける非対称性が検出可能であり、こうした非対称性により生じるアライメント位置のエラー補正に用いられる。
【００１２】
本発明のアライメントシステムは特に、従来技術において既知のマーカを含めたさまざまに異なる形状のマーカとの使用を可能とし、過去にさかのぼっての互換性を提供し得ることにその長所を有する。本発明のアライメントシステムはまた、従来技術によるアライメントシステムと直接的互換性を有し、エンドユーザはそれ以前のシステムに使用されていたマーカの配置やプロセスを修正することなくそれを利用することが可能である。さらに本アライメントシステムは、追加のフューチャと、より高精度のアライメントを可能にする。
【００１３】
本発明は、従来技術におけるよりも高い空間周波数を有する新しいアライメントマーカを使用することも可能であり、改善されたローバスト性とアライメント精度を達成する。さらに、単一周波数の短い格子を使用することが可能であり、アライメントマーカに充てられるスクライブレーンのリアルエステート（スペース）量を減らす。
【００１４】
本発明の実施形態において、マーカのフィルタされていないカメラ画像が提供され得る。この画像はより鮮鋭であり、キャプチャリングといったような追加の機能に使用され得る。
【００１５】
本発明はモジュール方式の形態でも具体化することが可能である。この場合、前部は安定性要求が厳格であり、後部は安定性要求においてそれほど厳格ではない。後部は前部を変更することなく修正やアップグレードが可能である。
【００１６】
本発明のさらなる態様に基づいて、デバイスの製造方法が提供される。該デバイスの製造方法は、放射線感光材料の層により少なくとも部分的に覆われた基板を提供し、放射線システムを用いて放射線の投影ビームを供給し、パターニング手段を用いて投影ビームのその断面にパターンを与え、放射線感光材料の層の目標部分に放射線のパターン化されたビームを投影し、上記の投影ステップの前あるいは後に、１８０°相対回転される上記アライメントマークの２つの重なり合う像を投影する自己参照干渉計を用いて上記基板のアライメントマークに対するアライメントを実行するステップとを有することを特徴とし、ここで、該アライメントのステップは、上記アライメントマークの上記像のフーリエ変換が干渉する瞳面における複数の異なる位置にて光の強度を計測することから成ることを特徴とする。
【００１７】
本発明による装置の使用法に関して、本文ではＩＣの製造において詳細な参照説明を行うものであるが、こうした装置が他の多くの用途においても使用可能であることは明確に理解されるべきである。例えば、本発明による装置は、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用ガイダンスおよび検出パターン、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用され得る。こうした代替的な用途においては、本文にて使用した「レチクル」、「ウェーハ」、「ダイ」といった用語は、それぞれ「マスク」、「基板」、「目標部分」といった、より一般的な用語に置き換えて使用され得ることは当該技術分野の専門家にとって明らかである。
【００１８】
本明細書において使用した「放射線」および「ビーム」という用語は、イオンビーム、電子ビーム、またＸ線といったような粒子ビームのみならず、紫外線（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）、およびＥＵＶ（極紫外線、例えば５ｎｍ−２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含む、あらゆるタイプの電磁放射線を網羅するものである。
【００１９】
本発明の実施の形態についての詳細説明を、添付の図面を参照に、例示の方法においてのみ行うものとする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施形態１
図１は、本発明の特別な実施形態に基づいたリソグラフィ投影装置を示したものである。この装置は、特別な本実施形態において放射線源ＬＡも備えた、放射線の投影ビームＰＢ（例えばＤＵＶ放射線）を供給する放射線システムＥｘ、ＩＬと、マスクＭＡ（例えばレクチル）を保持するマスクホルダーを備え、かつ、品目ＰＬに対して正確にマスクの位置決めを行う第一位置決め手段に連結を行った第一オブジェクト・テーブル（マスクテーブル）ＭＴと、基板Ｗ（例えば、レジスト塗布シリコンウェーハ）を保持する基板ホルダーを備え、かつ、品目ＰＬに対して正確に基板の位置決めを行う第二位置決め手段に連結を行った第二オブジェクト・テーブル（基板テーブル）ＷＴと、マスクＭＡの照射部分を、基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つあるいはそれ以上のダイから成る）に像形成する投影システム（「レンズ」）ＰＬ（例えば屈折レンズシステム）とにより構成されている。ここで示しているように、この装置は透過タイプ（すなわち透過マスクを有する）である。しかし、一般的には、例えば反射マスクを有する反射タイプのものも可能である。あるいは、本装置は、上記に関連するタイプであるプログラマブルミラーアレイといったような、他の種類のパターニング手段も使用可能である。
【００２１】
ソースＬＡ（例えばエキシマレーザー）は放射線のビームを作り出す。このビームは、直接的に、あるいは、例えばビームエキスパンダーＥｘといったようなコンディショニング手段を横断した後に、照明システム（照明装置）ＩＬに供給される。照明装置ＩＬは、ビームにおける強度分布の外部かつ／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒに相当する）を設定する調整手段ＡＭから成る。さらに、照明装置ＩＬは一般的に積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯといったような、他のさまざまな構成要素を備える。このようにして、マスクＭＡに照射するビームＰＢは、その断面に亘り所望する均一性と強度分布とを有する。
【００２２】
図１に関して、ソースＬＡはリソグラフィ装置のハウジング内にある（これは例えばソースが水銀ランプである場合に多い）が、しかし、リソグラフィ投影装置から離して配置することも可能であることを注記する。この場合、ソースＬＡが作り出す放射線ビームは（適した誘導ミラーにより）装置内に導かれる。この後者のシナリオでは、ソースＬＡがエキシマレーザーである場合が多い。本発明および請求項はこれら両方のシナリオを網羅するものである。
【００２３】
続いてビームＰＢはマスクテーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡと衝突する。ビームＰＢはマスクＭＡを横断して基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームＰＢの焦点を合わせるレンズＰＬを通過する。第二位置決め手段（および干渉計測手段ＩＦ）により、基板テーブルＷＴは、例えばビームＰＢの経路における異なる目標部分Ｃに位置を合わせるために正確に運動可能である。同様に、第一位置決め手段は、例えばマスクライブラリからマスクＭＡを機械的に検索した後に、あるいは走査運動の間に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするように使用可能である。一般的に、オブジェクト・テーブルＭＴおよびオブジェクト・テーブルＷＴの運動は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）にて行われる。これについては図１に明示を行っていない。しかし、ウェーハステッパの場合（ステップアンドスキャン装置とは対照的に）、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に連結されるだけであるか、あるいは固定される。
【００２４】
ここに表した装置は２つの異なるモードにて使用可能である。
１． ステップモードにおいて、マスクテーブルＭＴは基本的に静止状態に保たれている。そして、マスクの像全体が１回の作動（すなわち１回の「フラッシュ」）で目標部分Ｃに投影される。次に基板テーブルＷＴがｘ方向および／あるいはｙ方向にシフトされ、異なる目標部分ＣがビームＰＢにより照射され得る。
２． スキャンモードにおいて、基本的に同一シナリオが適用されるが、但し、ここでは、所定の目標部分Ｃは１回の「フラッシュ」では露光されない。代わって、マスクテーブルＭＴが、速度ｖにて所定方向（いわゆる「走査方向」、例えばｙ方向）に運動可能であり、それによってビームＰＢがマスクの像を走査する。これと同時に、基板テーブルＷＴが速度Ｖ＝Ｍｖで、同一方向あるいは反対方向に運動する。ここで、ＭはレンズＰＬの倍率（一般的にＭ＝１／４あるいは１／５）である。このように、解像度を妥協することなく、比較的大きな目標部分Ｃを露光することが可能となる。
【００２５】
露光が基板上に正しく配置されてなされるように、リソグラフィ装置には、基板Ｗ上に設けられたアライメントマークＷＭの位置を正確に計測することの可能なアライメントセンサー１０が備わっている。実際においてアライメントセンサーは固定されており、アライメントマーカＷＭがアライメントセンサーによって捕捉されるまで、基板テーブルＷＴ上に保持された基板Ｗはアライメントセンサーの下で走査される。次に、基板上のアライメントマーカがアライメントセンサーによって正確なアライメントにあるとされたとき、基板テーブルの位置が記録される。アライメントセンサー１０がオフアクシスセンサーであり、すなわちアライメントマーカを照射し、そして反射光を、投影システムＰＬを通してではなく、直接的に検出することを意味する。アライメントセンサー１０は露光ステーションあるいは分離した計測ステーション、もしくはこの両方に配設される。後者の場合、アライメントセンサーは、基板テーブルＷＴに固定して設けられた基準マーカ（フィデューシャル）に対する基板上のアライメントマークの位置を計測するために使用される。一旦基板テーブルが露光ステーションに移されると、投影システムＰＬに対する基板テーブルの基準マークの位置が計測され、この基準マークから投影レンズに対する基板マーカの位置が得られる。アライメントセンサーが露光ステーションに配設されている場合にもこの手順が使用され得るが、投影レンズに対するアライメントセンサーにおける基準位置が正確に知らされ、それにより基板上のアライメントマークの位置が直接的にも判断される。一般的には、基板上の少なくとも２つのアライメントマーカの位置が計測されて、基板の正確な位置および方向が判断される。走査が正確な位置で実行されていることを確認するために、アライメントシステムは走査露光の開始時および終了時にも使用され得る。
【００２６】
図２はアライメントシステム１０全体の略図である。光源１１は、放射線を正の回折次数＋ｎと負の回折次数−ｎに反射するマーカＷＭを照射する放射線の空間的コヒーレントビームを放射する。これらは対物レンズ１２により並行となり、自己参照干渉計１３に入射する。対物レンズ１２は例えば０．６といった高ＮＡを有し、８５０ｎｍの波長を有する照明放射線により、１．５μｍの小ピッチでマークの検出を可能にする。自己参照干渉計は、１８０°相対回転した、重なり合い、ゆえに干渉させられることが可能な２つの入力の像を出力する。瞳面１４において、分離した異なる回折次数を有する、これらの像の重なり合うフーリエ変換が見られ、干渉させることが可能である。以下に詳細に記載するように、瞳面における検出器１５は干渉回折次数を検出して位置情報を供給する。図２の右手側の部分は重なり合う像の情報を示している。すなわち、１つの像＋ｎ’、−ｎ’が、入力次数＋ｎ、−ｎに対して＋９０°回転され、第２の像＋ｎ”、−ｎ”が−９０°回転されている。
【００２７】
像回転装置および干渉計１３はアライメントシステムの心臓部を形成し、図２においてブラックボックスとして示されている。この部分の詳細説明を以下にて行う。アライメントシステム１０は、瞳面全体１４における位相情報の利用を可能とし、かつ適切な検出器アレイ１５によって計測が可能であるという長所を有する。その結果、マーカ選択の自由をもたらす。すなわち、アライメントシステムは、ほぼ１８０°の回転対称をなすどのマーカ上でも整列可能である。実際に、以下に論じるように、非対称のある特定の量が調整、かつ検出可能である。
【００２８】
アライメントシステム１０の他の特筆すべきフューチャは、図３に示すようにそのモジュール性である。自己参照干渉計１３および対物レンズ１２は安定性が要求される１つのコンパクトな装置（前部１０ａ）を形成する。この前部１０ａは位置情報を含む２つの重なり合う波面を生成する。瞳面１４における位相差の実際の計測はセンサーの後部１０ｂにて行われる。位置情報が前部１０ａにおいてすでに符号化されていることから、この後部１０ｂは安定性に関しその仕様はそれほど高くない。それほど重要ではない後部１０ｂには、検出器構成１５、光源マルチプレクサ１１、および波長デマルチプレクサ１６が含まれており、多波長を使用することを可能にする。この構成によってエンドユーザに利用可能な機能性を決定する。
【００２９】
この重要な長所は、後部１０ｂにおける設計変更が、重要な前部１０ａに何も影響を及ぼさないという事実である。例えば異なる波長あるいは異なる格子周期が必要な場合、前部１０ａは１回だけ設計される必要があり、あとは再設計を必要としない。
【００３０】
前部１０ａには、干渉計１３、照射ビームのビームスプリッタ１７、４分の１波長板１８、および対物レンズ１２が含まれる。ビームスプリッタのかわりに、小さな中央のシルバーエリアを有する角度を設けた面プレートを使用し、照明ビームをアライメントマーカに反射させることも可能である。後部１０ｂはさまざまに異なる形態にて具体化され得るが、基本的には次の機能を実行するための構成要素、すなわち、干渉パターンを作り出す（重なり合うビームが直交偏光される）ための偏光器１９、プロダクトクロストークを回避するための開口絞り２０、検出器サイドにさまざまな波長を分割するためのデマルチプレクサ１６、および検出器アレイ１５ａ−１５ｂが含まれる。以下において説明を行うように、開口絞りの形状もまた次数間のクロストークを回避するように選択が可能である。
【００３１】
瞳面全体の有効利用性と後部のモジュール性はフレキシブルアライメントセンサーの構造を可能にする。それほど大きくない設計努力で新しい機能を追加することが可能であり、センサーは設置段階で他のアライメントセンサーとの互換性がもたせることが可能であることから、ユーザは、他のアライメントセンサーを使用する装置用に開発されたマスクおよび機械設定を含めたプロセスを使用し続けることが出来る。
【００３２】
自己参照干渉計１３は反対の重なり回折次数の干渉を達成する。この干渉計のドリフトや不安定度がアライメント精度を低下させることから、この干渉計は検出原理の重要部分である。干渉計１３の側面を図４において示している。この干渉計は、入射波面を分割、再合成するための偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１３１と、入射の波面を９０°で反射、回転させる２つのプリズム１３２、１３３の３つの主要部分から成る。反射され、回転された波面は横に置かれている。さらに、偏光は９０°まで回転される。ドリフトを最小限に抑えるために、干渉計１３は固体ガラスから出来ており、別々になった部分１３１、１３２、１３３は互いに接着される。実際に、干渉計１３は２つの固体ガラス部分から作られており、その各々はプリズム１３２、１３３のうちの１つと、ビームスプリッタ１３１の半分から成り、これらはビームスプリッタ１３１の反射面１３１ａに沿って互いに接着されている。
【００３３】
図４における先が太くなった矢印は、入射波面の単一ビームのレイトレースを示しており、白抜きの矢印は、偏光の面ではなく入射波面の方向を示している。レイトレースと波面の方向に従うと、両方のプリズムが時計回りに波面を９０°回転させることが分かる。２つの再合成された波面は互いに対して正味１８０°の回転が達せられ、直交面偏光される。
【００３４】
上記に関連して、欧州特許第ＥＰ−Ａ−１，１４８３９０号において回転プリズムの作用についてのさらなる詳細記載がなされている。プリズムはあらゆる入射ビームを映し出し、回転させる光学素子としてモデル化可能であることが示される。
【００３５】
干渉計の作用を説明するために、図６において、干渉計１３に入る矢印形の対象１３４を有する長方形の入力面を示している。入力対象１３４はビームスプリッタ１３１により分割され、２つの回転プリズム１３２、１３３に入る。便宜上、第二回転プリズム１３３も、幻像１３３´のビームスプリッタ面に映し出され示されている。第一プリズムによる「実像」と第二プリズムによる「虚像」分岐という２つの重なり合う干渉計分岐を有することから、このアプローチは説明が容易である。
【００３６】
干渉計１３の対称性により、両方のプリズム１３２、１３３の仮想ミラー面１３５は一致する。しかし、２つのプリズムの回転軸１３６、１３７は干渉計１３の中心線１３８をはさみ反対側にある。仮想ミラー面１３５は入力対象１３４の虚像１３４´を作り出す。映し出された像１３４´が図において白抜きの矢印で示されている。しかし、この像はここで便宜上示されているだけであり、２つのプリズムの追加の回転によるもので、実際は存在しない。
【００３７】
２つの回転軸１３６、１３７は干渉計分岐の中心をはさみ両側にある。結果、像は反対方向に回転される。＋９０°回転と−９０°回転はそれぞれクロスハッチの矢印１３９ａと斜線の矢印１３９ｂとなる。２つの矢印は反対方向を向き（ゆえに正味回転は実際１８０°）、矢印の足の部分がつながれている。これは、足部分の回転が干渉計の不変点であることを示している。
【００３８】
図７は、不変点の構造を図で示したものである。干渉計は幅ａと高さ２ａの長方形の入出力面を有している。干渉計に入るフィールドは干渉計（入力領域）の上半分を占め、対称中心線の下方に映し出されて、２つのプリズムにより＋９０°と−９０°回転される。これらの重なり合う視野は出力領域に存在する。図に示すように、回転軸が距離ａで分かれている。不変点ＩＰが入力領域の正確に中心にあることが図で容易に確認出来る。
【００３９】
不変点ＩＰの周りの同心円は、クロスハッチのスライスおよび斜線のスライスで示されているように、１８０°の相対回転によってそれ自身に結像される。入力および出力の距離ａ上の側方配置の利点は、アライメント放射線ソース（例えばレーザー）内への光フィードバックが回避されることである。
【００４０】
重なり合う回折次数がどのようにこの干渉計によって形成されるかが容易に理解出来よう。０次は回転不変点に投影され、図８に示すように偶数および奇数次数がこの点の周りを回転する。
【００４１】
熱光源およびガス放電光源は多くの光を放棄することによってのみ空間的コヒーレントを得ることが出来ることから、このアライメントシステム１０は空間的コヒーレント光源、好ましくはレーザーを必要とする。いくつかの干渉の問題を回避するため、短い一時的干渉性を有する光を使用することが望ましい。
【００４２】
従い、好ましい光源１１はレーザーダイオードであり、このようなダイオードは空間的コヒーレントであり、それらのコヒーレンス長は、流入電流にＲＦ変調を加えることにより容易にスポイルされることが出来る。例えば約５３２ｎｍ、６３５ｎｍ、７８０ｎｍ、および８５０ｎｍといったようないくつかの異なる周波数の照明を使用することが望ましい。こうした周波数で放射するダイオード同様、位相モジュレータによる周波数二倍Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（例えば、欧州特許番号第ＥＰ−Ａ−１ ０２６ ５５０号を参照）のような周波数二倍ソースや、ファイバーレーザーを使用することが可能である。
【００４３】
照明光学の設計は２つの相反する要求により推進されている。信号強度を最大にし、かつプロダクトクロストークを最小限に抑えるために、マーカのみを照射する小さなスポットが望ましい。一方で、小さなスポットはキャプチャリング工程を複雑にする。さらにアライメント精度はスポット位置変化に、より影響される。
【００４４】
プロダクトクロストークは開口絞りとハイパワーレーザーの有用により効果的に抑えられ、アライメント性能は信号強度によってほとんど制限されることがない。従い、照明スポットサイズは少なくともマーカサイズよりも大きい。マーカサイズが５０×５０μｍ2の次数であり、同一次数の要求キャプチャリング範囲であるとした場合、１００μｍの次数のスポット直径が適切である。
【００４５】
照明スポットの形状に関し、瞳面における照明ビームの角度範囲において相反する要求がまだある。マーカとして粗い格子が使用出来るよう、ビーム角度は出来るだけ小さく保たれなくてはならない。しかし、角度範囲が小さいと照明スポットが過度に大きくなるため、角度範囲とスポット形状との関係で最適な妥協点が見出されなくてはならない。１６μｍの第一次数は、λ＝６３３ｎｍの４０ラジアンの角度で回折される。こうした低い空間周波数を計測するため、照明ビームの角度サイズは直径約４０ｍｒａｄに制限される必要がある。
【００４６】
アライメントシステム１０において、照明スポットは円偏光され、図３に示すように、偏光ビームスプリッタ１７および０次４分の１波長板１８により照明および検出光の分割が可能となる。
【００４７】
照明ビームの波長よりもかなり大きいピッチの粗い格子に対しては、偏光の選択はそれほど重要ではない。しかし、マーカピッチが波長と同一次数のものである場合、回折効率は偏光によって左右される。また極端なケースでは、アライメントマーカを偏光成分のみを回折する偏光器として作用させることも可能である。このようなマーカには円偏光が有効である。直線偏光の場合、格子効率はある１つの特定の方向に対して非常に低いという可能性が常にある。円偏光は２つの直交偏光成分（９０°位相シフトによる）を含むため、効率的に光を回折する成分が常に１つある。
【００４８】
擬似反射を抑える目的で、偏光ビームスプリッタ１７および４分の１波長板１８に少しの傾きを加えることが出来る。傾斜角度は、この傾斜によって導かれる収差を最小限に抑えるように注意深く選択される必要がある。もちろん、対物レンズの設計においてこうした収差を修正することも可能である。
【００４９】
干渉計は、瞳Ｅ（ｋ）の２つの直交偏光（仮想）像を作り出す。ここで、ｋは空間周波数である。瞳面１４における合計光視野は、元の視野に、この視野の１８０°回転したコピーを加えたものである。瞳面における強度は以下となる。
【数１】
幅２Δｋを有する２つの検出器１５は、瞳面１４における位置ｋ＝ｋ0とｋ＝−ｋ0に配置されるとき、これらの検出器により捕捉される光パワーＰ1およびＰ2は以下の等式より求められる。
【数２】
【数３】
【００５０】
図５は信号の形状を図示したものである。ミラーの作用により、横線で示した領域が重なり合い、干渉する。また、斜線で示した領域が重なり合い、干渉する。２つの視野間の位相差は位置情報を含む。
【００５１】
瞳の２つの像は直交偏光および直線偏光される。ゆえに、これらの間の干渉は、強度変化の形態（フリンジ）では見えない。位相変化を強度変化に変換するために、瞳の２つの像は同一偏光を有していなくてはならない。この同一偏光は偏光光学素子により達せられる。偏光光学素子には、ダイクロイックシート偏光子、多層コーティングによる標準的偏光ビームスプリッタ、また、サバール板、ウォラストンプリズム、グランテーラービームスプリッタ、あるいはワイヤグリッド偏光器といったような複屈折ビームスプリッタが考えられる。
【００５２】
ダイクロイックシート偏光子はその制限された光学的品質のため好ましいものではなく、かつ、これらシート偏光子は近赤外線領域であまり効果を有しない場合がある。さらに、これらシート偏光子は光子の５０％を無駄にする。多層ビームスプリッタが格段に優れているが、満足のいく減衰率が達せられる波長範囲が限られている。複屈折ビームスプリッタは広い波長範囲において優れた減衰率を有するが、この複屈折ビームスプリッタは温度に依存することから、温度ドリフトをまねく可能性がある。
【００５３】
ビームスプリッタが偏光器１９として使用される場合、そのフィールド入射はジョーンズベクトルを有する。
【数４】
【００５４】
偏光ビームスプリッタはＥ（ｋ）およびＥ（−ｋ）の方向に対して４５°に合わせられる。よって、ビームスプリッタにより透過される強度Ｉ1（ｋ）と結合される強度Ｉ2（ｋ）は以下となる。
【数５】
【数６】
【００５５】
これから分かるように２つの強度は逆位相に変化し、合計強度はビームスプリッタに入射する強度に等しい。よって、両方の分岐は位置情報を含み、アライメントに使用可能である。これは、一方の分岐がｘ位置検出のためのものであり、もう一方の分岐がｙ位置検出のためのものであることを意味し、長方形の開口絞りを使用することによりプロダクトクロストークを回避することが可能である。あるいは、一方の分岐が微アライメントのための小さな開口絞りにより利用可能であり、もう一方の分岐が大きな開口絞りによりキャプチャリングに利用可能である。さらに別の案として、一方の分岐を１セットの波長に使用し、他方の分岐を他セットの波長に使用することも考えられる。
【００５６】
アライメントマーカはスクライブレーンにおいて、プロダクトクロストークを導きがちなプロダクト構造の非常に近くに配置されることがしばしばある。すなわち、プロダクトによって散乱される光はアライメント信号に影響を与える。プロダクトクロストークは十分に小さい照明ビームを使用することでかなり減衰させることが可能である。しかし、小さい照明ビームはさまざまな理由で好ましいものではない。小さな照明ビームでは、照明スポットの位置の安定性が非常に重要となる。例えば、スキャニングスポットの極端なケースでは、照明スポットのドリフトが直接アライメント位置のドリフトとなる。また、基板Ｗが基板テーブルＷＴに載置された後、マーカが不完全に照射される可能性がかなりあるため、キャプチャリングはより重要となる。結局、より大きい照明ＮＡが必要とされ、これにより粗い格子の検出がより必要となる。
【００５７】
従い、例えば最大マーカ直径の約３倍の１／ｅ2幅を有する、大きな照明スポットを用いることが望ましい。こうした大きなスポットを用いる結果、プロダクト構造が照射され、マーカ上の光パワーが減る。しかし後者の問題は、十分にパワフルな光源の装備が可能であり、それほど重要な問題ではない。
【００５８】
プロダクトクロストークの問題は、図９に示すように、マーカの中間像に配置される開口絞りにより解決可能である。アライメントシステム１０は空間フィルタリングを必要としないことから、対物レンズ１２の高ＮＡによってマーカの鮮鋭な像が保障され、開口絞り２０はプロダクトクロストークを非常に効果的に抑えることが出来る。
【００５９】
回転プリズムを有する干渉計により、２つのマーカ像、すなわち通常の像ＭＩ−１と反転像ＭＩ−２は開口絞り２０に投影される。マーカが走査されると、これらの像は反対方向に動く。走査方向において、開口絞り２０はマーカ全体を含むほど十分に長くなくてはならない。非走査方向（すなわちスクライブレーンに垂直）において、開口絞り２０を自由に狭くすることが可能である。開口の実際の幅はプロダクトクロストークと信号強度とのトレードオフとなる。
【００６０】
マーカ走査の間、マーカの像が開口（視野）絞りのエッジに重なり合うと、回折効果が生じる。これが生じるとき、検出信号はマーカの空中像の畳み込みであり、視野絞りの窓関数である。視野絞りがシャープエッジを有する場合、回折次数の部分は隣の回折次数に漏れ、クロストークを生じる。このクロストークは、走査方向における視野絞りのアポデイゼーションにより、すなわち、視野絞りに「ソフト」エッジをもたらすことにより抑えることが出来る。視野絞りに「ソフト」エッジをもたらす可能な方法に、フィールドエッジでの透過率勾配、フィールドエッジの鮫歯プロファイル、傾斜エッジ、あるいは丸いエッジが含まれる。鮫歯プロファイルが用いられる場合、非スキャニング方向における回折効果を回避するために空間周波数は十分に高くなくてはならない。傾斜エッジあるいは丸いエッジは非スキャニング方向において視野絞りよりも広くなるようにマーカを必要とするが、視野絞りもプロダクトクロストークを回避するためのものであるため、これは通常のケースとなろう。所望するそのような窓関数も視野絞りの形状の適した選択により達せられることから、傾斜エッジあるいは丸いエッジが望ましい。
【００６１】
基板Ｗが基板テーブルＷＴに載置された後、キャプチャリングに粗アライメントが必要とされる。ｙ−粗アライメントの間、Δｘである大きいｘオフセットが存在しており、これは図１０に示すような状況を導く。アウトラインで示すように、マーカＷＭおよびプロダクト構造ＰＳの実際の位置は、クロスハッチで示すように、期待位置からオフセットΔｘ異なる。開口絞り２０の幅がスクライブレーン幅ＳＬ−Ｗに等しい場合、プロダクト構造ＰＳからの光は開口絞り２０を通って漏れる。従い、開口絞り２０はスクライブレーン幅よりも小さい。
【００６２】
実際に、ｘ方向およびｙ方向の長方形の開口絞りを有することが望ましい。偏光ビームスプリッタ１９の２つの出力は上述したようにこれら２つの方向に対して使用可能である。あるいは、例えばＬＣＤアレイのような、空間光変調器（ＳＬＭ）はプログラム可能開口絞りとして使用出来る。位置情報が干渉計において既に符号化されていることから、空間光変調器（ＳＬＭ）の光学品質は重要ではない。
【００６３】
本発明に基づき、検出アレイ１５は瞳面に、好ましくは開口絞り２０の後の瞳面２２に配備される。最も簡単な検出器構成を図１１に示している。簡略化のため、最も低い３次数と１波長のみを示している。さらに０次も示していない。２つのマルチモード検出ファイバー２３は互いから光を集める。これらの２つのファイバーを通過する光は１つのマルチモードファイバー２４内に結合されて、リモートフォト検出器２５に送られる。
【００６４】
このアプローチは単純であり、従来センサーと互換性のある機能性を提供する。しかし、対物レンズ１２のＮＡを高くすることが可能であるため、特別な機能性は、特別な波長出力または特別な次数を与えることにより容易に追加可能である。
【００６５】
マーカピッチに対してよりフレキシブルとなるため、かつボックスあるいはフレームといったような非周期マーカの計測を可能にするために、検出器アレイの使用が可能である。この検出器アレイは、以下に論じるように、非対称の正確な検出も可能にする。検出器アレイに対して、一束のマルチモードファイバー、チャネルごとのディスクリートピン検出器、あるいはＣＣＤまたはＣＭＯＳ（線形）アレイといった多くのオプションが可能である。
【００６６】
一束のマルチモードファイバーの使用することにより、分散する素子を安定性の理由から遠隔に配置することが可能である。ディスクリートピン検出器は大きなダイナミックレンジを提供するが、しかし、各々は別々のプリアンプを必要とする。ゆえに素子数は限定される。ＣＣＤリニアアレイは高速での読み出しが可能な多くの素子を提供するが、位相ステッピング検出が用いられる場合に特に有益である。
【００６７】
最大フレキシビリティのために２次元データ取得が必要とされる場合、高い平行度が要求され、電子の複雑さを増す。データ取得が２つの直交する方向に制限されると、多大なフレキシビリティが可能であり、それによりリニア検出器アレイが使用可能である。
【００６８】
上記で述べたように、マーカは、別々に検出される必要のあるいくつかの異なる波長により照射されることが望ましい。異なる色の分離においてダイクロイック光学の使用が可能である。あるいは、分光素子としてブレーズド格子も使用可能であり、特別の波長を加えることにおいてのフレキシビリティを提供する。ブレーズド格子は鮫歯格子形状を成し、ブレーズド格子はただ１つの次数において光のほとんどを回折するという特性を有する。ブレーズド格子２６を使用する装置を図１２に示している。再度述べると、検出器１５は瞳面２２に配置される。弱い０次はカメラ２７の入力として利用可能である。ブレーズド格子が第一次に対して最適化され、ピッチＰｂを有する場合、第一次の回折角度は以下となる。
【数７】
【００６９】
格子ピッチの選択は必要とされる波長分離により決定される。波長分離がΔλである場合、対応する角度波長分散は以下となる。
【数８】
【００７０】
開口２０の有限幅Ｗは次の角度分散を生じる。
【数９】
【００７１】
回折（Δθd＞Δθw）により、波長拡散は角度分散よりも大きくなくてはならないという要求を含むと次のようになる。
【数１０】
【００７２】
最も短い波長は、波長分離における最も高度な要求を生じる。例えば、ｗ＝２０μｍである場合、さまざまに異なる波長の波長分離は次のテーブル１に表される。
【表１】
【００７３】
ブレーズド角度は通常１つの中心波長の周辺で最適化される。この場合、中心波長は（５３２＋８５０）／２＝６９１ｎｍである。波長範囲（５３２ｎｍおよび８５０ｎｍ）の極端な値では格子の効率は減じられる。しかし、これらの波長における可能なレーザー出力が非常に高いことから、これは容認される。さらに、これらの波長で生じる０次回折はカメラ画像に使用され得る。
【００７４】
マーカは位相格子アライメントの間、通常通りに走査される。この走査動作は、一時的周波数２ｋxｖxでキャリアに位相差をつける。
【数１１】
【００７５】
この信号を復調すると、以下に基づくマーカ位置が得られる。
【数１２】
マーカが走査されると、マーカは開口に沿って動く。結果、スクライブレーン内にあって、マーカに隣接する構造は検出開口に向って動き、それがアライメント信号を歪める。この歪みはプロダクトクロストークに類似するものであり、スクライブレーンにおける（メトロロジー）マーカ間の適した分離により回避することが可能である。
【００７６】
しかし、走査は、正確な位相計測に必要とされるキャリア周波数を導くためだけに必要とされる。可変リターダを使用することにより、位相情報φk−φ-kを抽出するために位相変調干渉計も同様に使用され得る。この技法において、マーカは静止状態にあり、既知の位相変化Ψ（ｔ）を瞳面の干渉パターンに適応させるためにリターダが使用される。
【数１３】
【００７７】
実際に、２つの形式の位相変調を用いることが可能である。すなわち、フーリエ変換干渉計となる等距離位相ステッピングおよび同調位相変調Ψ（ｔ）＝Ψ＾ｃｏｓ（Ωｔ）である。
【００７８】
位相変調干渉計の使用により、スクライブレーンにおけるメトロロジー構造（アライメントマーカのような）の高密パッキングが可能となる。位相変調干渉計はアライメントセンサーの他の形態においても使用可能であることを注記する。
【００７９】
これより記載を行うものとするが、瞳面における光の位相からマーカの非対称性を計測することも可能である。最初に理論的な背景を説明し、それからいくつかの例示結果と実際上の実行方法を説明する。
【００８０】
マーカによって反射される合成近視野は次となる。
【数１４】
Ｅill（ｘ）は、固定照明ビームの合成光視野であり、ｒ（ｘ−ｘ0）はオフセットｘ0を有するマーカの合成振幅反射率である。このオフセットはアライメントマーカによって計測されなくてはならない未知のマーカ位置である。
【００８１】
合成反射近視野は常にオフセットｘ0による対称（＝偶数）関数および非対称（＝奇数）関数に分解可能である。よって、一般性を損なうことなく次を導くことが出来る。
【数１５】
【００８２】
下付文字の‘ｅ’および‘０’はそれぞれ偶関数および奇関数を示している。定義により、これら関数はｆe（ｘ）＝ｆe（−ｘ）、およびｆ0（ｘ）＝ｆ0（−ｘ）の特性を有する。近視野のこの式は全く一般的なものであり、何らかの制限は加えられていない。言い換えると、近視野の上記説明はあらゆるプロセッシング効果と照明の不完全をカバーする。
【００８３】
瞳面における視野Ｅp（ｋ，ｘ0）はＥnf（ｘ，ｘ0）のフーリエ変換（ＦＴ）である。すなわち、
【数１６】
【００８４】
偶関数のＦＴは偶数であり、かつ実数である。また、奇関数のＦＴは奇数であり、かつ虚数である。これらの基本的な特性から瞳面における視野に関して次の式が得られる。
【数１７】
【００８５】
実数値関数Ａe（ｋ）、Ａ0（ｋ）、Ｂe（ｋ）およびＢ0（ｋ）は、関数ａe（ｋ）、ａ0（ｋ）、ｂe（ｋ）およびｂ0（ｋ）のフーリエ変換である。この等式はこの一般的な式においてはまったく意味をなさない。しかし、対称振幅対象（ａe（ｘ）≠０を除いて全ての項はゼロである）、対称合成対象、あるいは非対称合成対象（全ての項≠０）といったような、多くの特別なケースを考察することにより、Ｅp（ｋ，ｘ0）の有用な特性をいくつか導き出すことが出来る。
【００８６】
対称振幅マーカの瞳面における視野は、
【数１８】
【００８７】
瞳面における位相φはｋにより線形に変化する。また、この位相φはマーカ位置ｘ0のみの関数である。
【数１９】
【００８８】
振幅Ａe（ｋ）はｋの偶関数であり、マーカ位置とは関係がない。この特別に単純なマーカタイプにおいて、Ｅp（ｋ，ｘ0）の位相の傾斜を計測することによりその位置を明確に決定することが出来る。
【数２０】
【００８９】
合成反射係数を有する対称マーカにおいて、瞳面における視野は次となる。
【数２１】
【００９０】
強度Ｉe（ｋ）と位相Ψe（ｋ）は両方とも以下の式から得られる偶関数である。
【数２２】
【数２３】
【００９１】
瞳の位相はもはや直線ではない。よって、瞳面における２つの任意の点間の位相計測が必要な位置の正確な計測になるとは限らない。しかし、瞳面ｋおよび−ｋにおける共役点間の位相差がマーカ形状に関係なく、マーカ位置によってのみ決定されることが即ぐに判る。よって、アライメントシステム１０の瞳面における強度は次のようになる。
【数２４】
【００９２】
この等式は、反対の空間周波数を有する点どうしが正確に重なり合っているという理想的な状況を表したものであることに注意しなくてはならない。アライメントシステム１０において、マーカが傾けられると、瞳面において重なり合う視野は反対方向に動く。よって、マーカの小さな傾斜がある（もしくは不完全なセンサー調整の）場合、瞳の強度に関して以下が分かる。
【数２５】
【００９３】
偶関数の導関数は常に奇関数であり、偶数位相変化がパラボリック成分を有する場合、特別な線形位相変化が導かれることが分かる。この線形位相変化はアライメントオフセットを生み出す。この所見は基本的に焦点依存効果の別の説明である。マーカの焦点が合っていないとき、瞳面における視野はパラボリック位相変化を得て、マーカが傾けられるとアライメントオフセットが作られる。
【００９４】
合成反射係数を有する非対称マーカに関して、瞳面における視野は次となる。
【数２６】
非対称部分の振幅は次より得られる。
【数２７】
この等式は、振幅が偶関数にならなくてはいけないことから、｜Ｚ0e（ｋ）｜＝｜Ｚ0e（−ｋ）｜となるべきであることを示している。位相Ψiは次によって得られる。
【数２８】
Ａ0（ｋ）およびＢ0（ｋ）の奇数特性により、位相Ψiは次の特性を有する。
【数２９】
非対称性により瞳面における視野の振幅は変化し、特別な位相項φ（ｋ）が導かれる。
【数３０】
【００９５】
図１３において、いかにＺが構成されるかを明らかにしている。また、この図では、いかに追加の位相項φ（ｋ）が非対称成分Ｚ0（ｋ）により導かれるかも示している。図１３において、位相項φ（ｋ）は、
という特性を有することから、φ（ｋ）は常に奇数成分およびおそらく小さい（しかし関連のない）偶数成分を含むことを示している。
【００９６】
非対称のタイプに何らかの制限を加えず、位相項φ（ｋ）と振幅Ｚ（ｋ）を次のように表すことが出来る。
【数３１】
【数３２】
【００９７】
非対称性の特性について仮定がまだ立てられていないことから、これらの等式はかなり複雑である。これらの等式の使用を明確にする２つの特別な状況がある。第一のケースにおいて、Ｚe（ｋ）はＺ0e（ｋ）に垂直である。この場合、次のようになる。
【数３３】
これより次が導かれる。
【数３４】
【数３５】
この状況において、位相と振幅に関して次のように表される。
【数３６】
【数３７】
【００９８】
よって、計測が空間周波数ｋにてなされるとき、位相はアライメントエラーを導く純粋な奇関数である。この第一のケースを図１４において示している。
【００９９】
第二の特別なケースにおいて、Ｚe（ｋ）はＺ0（ｋ）に並行であり、よって、
【数３８】
これより次が導かれる。
【数３９】
【０１００】
この状況において、非対称性は反対称位相項を導かない（よって位相エラーはない）。しかし振幅の非対称となる。これを図１５において示している。
【０１０１】
φ（ｋ）の等式は複雑すぎ、これを使用し続けることは出来ない。しかし、前に述べたように、これを対称部分と反対称部分に分解することが可能である。
【数４０】
【０１０２】
奇数位相変化のみが検出されるため、偶数位相変化は無関係である。さらに、前に述べたように、位置情報は瞳面における正味の位相の傾斜に含まれる。よって、ｋにより線形に変化する位相項を考慮に入れる必要を有するのみである。
【０１０３】
アライメントシステム１０により検出された合計の位相変化Ψd（ｋ）は次のようになる。
【数４１】
【０１０４】
この等式は、アライメントにおけるマーカの非対称性の、重要かつ非常に基本的な問題を提示している。すなわち、瞳面における位相の傾斜はもはや明らかにマーカ位置ｘ0からは決定されないが、項ｃ1により未知の非対称性によっても決定される。
【０１０５】
幸運にも、計測された位相Ψd（ｋ）の高い次数の項（ｃ3 ，ｃ5等）は未知の非対称の関数だけであり、ここではこの問題の解決法を見出す。高い次数の項の大きさにより線形非対称項ｃ1が決定される。
【０１０６】
多くの場合、瞳における視野は明るい領域（大きな振幅｜Ｚ｜）と暗い領域（小さい振幅｜Ｚ｜）から成る。例えば、明るい領域は５０％衝撃係数格子の奇数回折次数にあたる。このような格子の偶数次数は暗い領域である。明るい領域においては｜Ｚe｜>>｜Ｚ0e｜となり、非対称から導かれる位相変化は小さく、以下により概算が可能である。
【数４２】
【０１０７】
通常、φ（ｋ）は非常に小さく、プロセスの変化により生じる非対称における小さな変化によりわずかに変化する。原理上、これらの明るい領域は高い次数項を計測するために使用され得るが、計測の正確さはかなり限定される。
【０１０８】
しかし、瞳面の視野の暗い領域におき、状況は全般に異なる。これらの暗い領域においては
となり、次の式により、プロセス変化による非対称の小さな変化は位相の大きな変化を生じる。
【数４３】
【０１０９】
これから分かるように、Ｚ0e（ｋ）は、Ｚe（ｋ）と比較し、値において比較可能であるとき、位相はｋによりかなり変化する。
【０１１０】
非対称検出の理論を１次元の例を参照に、さらに説明を行う。マーカは図１６に示された強度プロファイルに従い照射される。入射ビームの光パワーは１ｍＷであり、全幅は約１００μｍである。照明ビームの波長は６３３ｎｍである。
【０１１１】
図１７に示すように、マーカは深度４０ｎｍを有する分離した２μｍ幅のバーである。その中心はｘ＝２５０μｍに置かれている。この例は１次元であるため、バーはｙ方向に無限に伸長する。このバーの反射係数は１つである。周期的構造（すなわち格子）に対するこのマーカの伸長については後述する。
【０１１２】
このバーは位相深度が比較的小さく、また照明スポット幅に比較して非常に小さい（図１６と図１７における異なる縮尺に注意されたい）。従い、反射光は非常に強い正反射を有し、非常に少ない量の光のみが回折される。図１８に示すように、これは遠視野の強度分布から明らかである。
【０１１３】
強い正反射のピークがはっきりと見てとれ、これは１．５×１０-4Ｗ／１．３ｍｒａｄのピーク強度に達する。正反射の全体幅は２０ｍｒａｄであり、実際に全ての入射パワーが正反射される集積によって変えることが可能である。回折光はわずか１．５×１０-7Ｗ／１．３ｍｒａｄのピーク強度に達し、よって、５ｍｒａｄの開口を有する検出器は合計光パワーわずか０．６μＷを捕捉する。この２μｍ幅バーが４μｍ周期で繰り返されるとすると、第二回折次数の位置である、
となり、強度はゼロである。
【０１１４】
マーカは完全に対称であり、よって、アライメントシステム１０により検出される位相差は、マーカ位置に比例した傾斜を有する完全な直線となるべきである。これは、計測された位相を遠視野角の関数として示した図１９においてはっきりと見てとれる。
【０１１５】
小さなスパイクはゼロ強度のポイントに置かれた数値異常である。実際に、これらのポイントはゼロ強度の領域において生じる位相特異性にあたる。これらの数値結果を別として、位相は、マーカが整列した位置にあることを示すゼロ傾斜を有する直線であることがはっきりと分かる。
【０１１６】
しかし、古典的なルーフトップを追加することで、わずかな非対称を導く。例として、図２０に示すマーカの形状となる４ｎｍのルーフトップを用いるものとする。
【０１１７】
図２１は瞳面における光の強度を示す。対称の場合と比較した場合、形状はわずかに変化した。しかし、暗い領域における強度が著しく増した。瞳面の暗い領域における変化は非対称（に変化する）のよいインジケータであることはすでに示した。
【０１１８】
暗い領域における強度は最小で約２×１０-11Ｗ／１．３ｍｒａｄに達する。これは強度としては非常に低く、この領域の計測を可能にするために、計測の間どれくらいの光子が実際に捕捉されるかを計算することが有益である。検出角度が１ｍｒａｄ、かつ、取得時間が３０ｍｓであると仮定して、４．６×１０-13Ｊの合計光子エネルギーが捕捉される。よって、１プロトンのエネルギーは、約３．１３×１０-19Ｊであるので検出器に入射する光子の合計量は次となる。
【数４４】
【０１１９】
この計算は、暗い領域における正確な位相計測が可能であることを示している。アライメントシステムにより計測された位相変化を図２２に示している。
【０１２０】
対称の場合と比較して、計測された位相は劇的に変化した。明るい領域において、位相はアライメントオフセットが原因となるほとんど線形の傾斜を得た。例えば、グラフにて示すように、ｓｉｎ（θ）＝０．１６で、０．０５８ラジアンの小さな位相エラーが生じる。瞳のこのポイントは、マーカが４μｍ周期で繰り返される場合に存在する第１次の場所にあたる。位相エラーは小さいが、あいにく次の大きなアライメントエラーΔｘが現れる。
【数４５】
【０１２１】
幸運にも、このオフセットを原因とする非対称は瞳面の暗い領域において非常に明確に検出され得る。計測された位相において、約ｓｉｎ（θ）＝０．３２の領域で、極端に大きい、かつ非線形の変化があることを示していることがはっきりと分かる。図２３は検出される干渉信号のコントラストを示したものである。
【０１２２】
図２３のコントラストカーブは、正確な位相計測を可能とするほど十分にコントラストが高いことを示している。しかし、コントラストを著しく低下させる他の非対称タイプが存在しうることを強調せねばならない。
【０１２３】
実際に、非対称における変化（すなわちプロセス変化）を検出可能にすることが、おそらく、なお重要である。図２４は１ｎｍのルーフトップの変化に対する位相変化を示したものである。これは、１８ｎｍ／４＝４．５ｎｍのプロセス変化に相当する。結果の位相変化は、光子統計に基づいて計測される０．１ラジアンの次数のものである。
【０１２４】
実際に、上記で論じた分離構造は周期的に繰り返され、離散回折次数における散乱光を集中させる。しかし、この周期的な繰り返しは偶数位相分布Ψe（ｋ）と、瞳面における視野の振幅｜Ｚ（ｋ）｜に影響を与えるだけであることから、この周期的な繰り返しは非対称計測の概念を変えることはない。また、非対称により導かれる奇数位相変化は変わらない。
【０１２５】
分離構造の合成反射係数はｒ（ｘ）であり、この構造は瞳における合成視野Ｚ（ｋ）となる。周期ＸPによる左にＮ回、右にＮ回の、この構造の周期的な繰り返しはｒ（ｘ）の２Ｎ＋１の複製での格子を作り出す。
【数４６】
【０１２６】
この式をフーリエ変換し、フーリエシフト定理を使用することにより、瞳における合成視野Ｚg（ｋ）が求められる。
【数４７】
【０１２７】
Ｚg（ｋ）は、実数値偶関数ｆ（ｋ）とＺ（ｋ）を掛けることで求められることが分かる。この関数は負となり、Ｚg（ｋ）における位相ジャンプを生じさせる。しかし、これらの位相ジャンプは常に対称をなす。Ｚg（ｋ）の振幅は、ｋＸP＝ｍ２πのときにピークとなる。ここでｍは整数である。空間周波数ｋは次の式により求められるため、これは単に格子原理の数式である。
【数４８】
【０１２８】
図２５は、５回繰り返される４−ｎｍルーフトップを有するマーカの遠視野における強度を示したものである。第１回折次数と第３回折次数がグラフにてはっきりと分かる。これらの次数間の強度比は、回折されたフィールドにおけるホイヘンスオブリクィティファクター［１＋ｃｏｓ（θ）］／２により生じる期待（１／３）2比率よりもわずかに高い。弱い奇数次数の強度も著しく増した。次数間において強度はあわただしい振動を呈する。しかし、ピーク強度はかなりの量の光子に相当する。
【０１２９】
瞳面における奇数位相変化を図２６に示している。再びこのグラフは暗い領域における同一の大きな位相偏位を示している。しかし、分離オブジェクトの場合と比較して、説明を行う必要のある違いが多少ある。
【０１３０】
１５ｎｍのマーカシフトに相当する特別な小さい線形の傾きと、小さなスパイクは実際の実施形態においては生じないものである。Ψdの厳密な検査では、わずかな段階的な変化を示すことが分かる。これは、マーカの不均一な照明によって生じる。図２７で明らかなように、２００μｍに照明ビーム幅が増すことで再びΨdはなめらかに変化する。
【０１３１】
このグラフにより非対称計測における照明プロファイルの重要性が明らかである。理想的には有限幅を有する均一な照明プロファイルが望ましい。しかし、この要求は、照明ビーム角度の開きが小さくなくてはならないという要求と相反する。
【０１３２】
非対称計測技術の精度における非常に基本的な限界はマーカの表面の粗さである。表面の粗さは、干渉パターンの暗い領域における大きくかつノイジーな位相変化を導くランダム非対称のフォームが考慮され得るため、これは驚くことではない。これは、以下の例において、前段で使用されたものと同一の格子の例で明らかとなる。しかし、今回、０．５ｎｍの表面の粗さに１μｍの平均グレインサイズが付加される。この照明スポットは２００μｍの幅を有する。
【０１３３】
図２８は、遠視野において計測された位相を示しており、表面の粗さの影響がかなりはっきりと見られる。一見したところこれはかなり深刻に見える。幸運なことに、実際のケースにおいてはノイズがそれほど深刻にはならない理由がいくつかある。第一に、大きなスパイクはゼロ強度のポイント（特異点）にあたる。検出器は常に有限空間領域を有することから、これらの効果は検出にて抑えられるであろう。第二に、この特別な例において、照明スポットサイズは格子幅に比較して大きいため、センサーは重要でない領域にて数多くの粗さの影響を「見る」。この議論は、最適な照明スポットの重要性を再度強調することになる。
【０１３４】
計測された位相Ψdの線形項は位置情報を含む。しかし、この位置は非対称の存在に影響される。この非対称の寄与を知るため、出来るだけ正確に非対称の「形状」を知る必要がある。計測された位相Ψdの非線形変化は非対称についての情報を与える。各非対称はそれ独自のフィンガープリントを有する。
【０１３５】
計測した傾斜にプロセス修正を導く目的に、２つの異なるアプローチを使用することが可能である。すなわち、予測手法のようなアプローチと散乱測定のようなアプローチである。予測手法アプローチにおいては、統計技術の使用を可能にするより多くのデータが利用可能であることから、本発明にさらに多くの可能性を与える。特に有益なアプローチは、散乱測定アプローチでも用いられる「逆問題」を使用することである。
【０１３６】
非対称の計測は、ＣＤ（限界寸法）メトロロジーアプリケーションの散乱測定と多くの類似性を有する。後者の場合、非常に複雑な方法における、特定の未知のレジストプロファイルに関連する偏光データが計測される。逆問題技術はここではレジストパターンを回復させるために適用される。このタイプの計測問題はまさに非対称計測に相当する。
【０１３７】
好ましくはアライメントセンサーはマーカの位置で非常にシャープなピークとなる局部的信号を生成すべきである。しかし、狭いピークは大きな計測帯域幅を必要とするため、このようなセンサーの実現において、信号対雑音比といったような多くの実際上の問題をまねく。精度およびダイナミックレンジの理由から、位相格子アライメントセンサーがしばしば使用される。これらのセンサーは狭帯域時限同調信号を生成するためである。
【０１３８】
残念ながら、正弦波信号はマルチプル極大値を含み、よってマーカ位置は１つのシングルピークで独自に明確にされない。この理由として、位相格子アライメントセンサーは、どのピークがマーカ位置にあたるかを決定する「キャプチャリング」機構を必要とするからである。本発明において、２つのキャプチャリング機構が可能である。その第一は、上記で論じたように、０次から可能なカメラ画像を利用する。第二は、瞳面において検出される信号を使用し、かつ分割フォトダイオードを必要とする。この両方の方法は１つだけの短い格子を必要とする。
【０１３９】
アライメントセンサー１０により、全ての可能な波長を同時に用いてマーカのシャープな像を作り出すことはきわめて容易である。多重波長の使用により、マーカ深度が小さすぎないかぎりマーカは常に見えるべきである、ということを保障する。対物レンズ１２は例えば０．６の大きなＮＡを有する。また、空間フィルタリングがないことで、アドバンスド画像処理技術を用いて、さまざまなカメラベースのキャプチャリングアルゴリズムを十二分に可能にする１−２μｍの次数の解像を有する「鮮明な」像をもたらす。
【０１４０】
アライメントセンサー１０により２つの異なるタイプの像を生成することが可能である。すなわち、別々の偏光器により作り出されたカメラ画像はマーカの２つの個々の像を示すことが可能であるのに対して、偏光ビームスプリッタの後のカメラ画像には、重なり合い、かつシフトしたマーカの２つの像が含まれる。像の第一のタイプでは、互いに対して１８０°回転された２つの像をもたらす。部分的に重なり合うマーカの像の輪郭の形状がマーカ位置に関する正確な情報をもたらすことから、これはキャプチャリングアルゴリズムに有効である。しかし、プリアライメントエラーがスクライブレーン幅を超過すると、一方の像のマーカは他方の像のプロダクト構造に投影される。プロダクト構造が画像処理アルゴリズムのローバスト性を低下させるノイズ源として作用することから、これはローバスト性問題を導くことがある。
【０１４１】
本発明は既知の技術を利用することも可能である。それにより、わずかに異なる周期を有する２つの格子が、わずかに異なる周波数を有する２つの同調アライメント信号を生成する。２つの信号の２つのピークが一致する位置がマーカ位置として限定される。このアプローチは、十分に大きなキャプチャリング範囲に対しローバスト技術となることを証明した。
【０１４２】
しかし、上記で述べたように、本発明は、広い回折次数を有する短いマーカに特に適合する他のキャプチャリング代替案を提供する。この技術は、瞳面全体が利用可能であるという事実に基づくものである。しかし、照明スポットがマーカ長よりも大きい場合にのみ作用する。この技術の主たる長所は、２つの別々の格子の代わりに１つの格子のみを必要とすることである。この技術についてさらに説明を行う。
【０１４３】
周期Ｘgおよび幅Ｗ＝Ｎ．Ｘg．を有する格子を考察する。ここで、Ｎは格子線の数である。第一回折次数は次の空間周波数ｋ1を有する。
【数４９】
【０１４４】
回折次数はｓｉｎ（ｋ）／ｋ形状を有し、メインローブの全体幅は次のようになる。
【数５０】
【０１４５】
この格子の第一回折次数のアライメント信号は分割検出器により計測される。各検出素子はメインローブの２分の１を捕捉する。２つの素子間の中心線は、回折次数のピークに中心をおく。これらの２つの検出器により捕捉される平均空間周波数は約、
【数５１】
両方の検出器は空間周波数のわずかな違いを有する信号を計測する。これら２つの信号の有効波長は、
【数５２】
よって、キャプチャリング範囲は±Ｗに等しい。
【０１４６】
実施形態２
本発明の第二実施形態ではファイバーアレイを使用して光を瞳面から検出器アレイに導くが、その他は第一実施形態と同様であり、同様の方法で使用可能である。
【０１４７】
図２９は第二実施形態におけるアライメントシステムの検出器部分を示したものである。自己参照干渉計（図２９では示しておらない）からの光は、偏光ビームスプリッタ１９により２つの分岐に分割され、そのうち一方の光はキャプチャリングの目的にカメラに導かれ、もう一方の光は微アライメント計測に使用される。微アライメント分岐は、例えばフォトダイオードのアレイやＣＣＤといったようなリモート検出器アレイに光を導く光ファイバーのアレイ３５に、自己参照干渉計の瞳面を再結像するレンズ３１、３３の光学システムから成る。レンズ３１もまた、開口絞りとして作用する像面フィルタ３２が配置される位置にマーカの中間像を作り出す。
【０１４８】
ファイバー束３５は、束の終端部に検出器の適したアレイを配列することが可能であり、それにより、２つの像が重なり合い、干渉する瞳面における複数の異なる位置における強度が決定され得る。結果のデータは必要な位置情報を得るように処理可能である。特に、幾つかのエラーを取り消すために、検出分岐の光軸の両側にあるペアになったファイバーからの信号が付加される。これは、同一光検出器のペアエンドの両方のファイバーを有することにより、あるいは電子的に、ペアのファイバーを結合することで成される。検出器アレイは、個々のファイバーに連結された複数のディスクリート検出器、あるいはペアのファイバー、あるいはＣＣＤアレイのような位置感知検出器から成る。もちろん、ファイバー束の入力端よりもむしろ検出器アレイそれ自身が瞳面に配置されよう。しかしファイバー束は、検出器アレイ、および、例えばプリアンプといったようなその関連するエレクトロニクスを装置の温度感知部分から離して配置することを可能にする。さらなる空間フィルタ３４は第０次を取り除く。
【０１４９】
キャプチャリングを行うカメラの使用法を図３０において示している。この図では、マーカのさまざまな位置における、マーカの２つの像を上２行に示し、同様に、カメラで見られる合成像を下の行に示している。列Ａにおいてマーカは粗く整列されており、カメラで見られる像はコントラストの高い暗いラインと明るいラインを有する。マーカがアライメントから離れるにつれて、像は反対方向に動き、最初に列Ｂに示した、均一にグレーになった像を導き、次に、列Ｃに示した、ラインパターンを導くが余分なラインと外側にあまりコントラストのないラインを有する。さらなる動きにより、列Ｄに示したグレーの象を再度導き、そして、さらにラインが追加された、列Ｅに示すようなラインの像を導く。像認識ソフトウェアにより最小ライン数と最大コントラストにより容易に像を検出することが可能である。
【０１５０】
実施形態３
本発明の第三実施形態は、検出分岐の構成を除き第一実施形態と同様であり、これを図３１に示している。
【０１５１】
第三実施形態の検出ブランチは、第二実施形態と同様、偏光器（図３１には示しておらない）、光学システム３１、３３、および像面フィルタ３２を含んでいる。しかし、第三実施形態においては、ファイバーアレイおよび検出器に代わり、瞳面の部分を選択するようにプログラムされた、例えばＬＣＤアレイ（ライトバルブ）やマイクロミラーアレイといったような空間光モジュレータ３９を配備している。空間光モジュレータ３９からの光はレンズ４０によりファイバー４１に集められ、ファイバー４１によりフォト検出器４２に導かれる。
【０１５２】
空間光モジュレータ３９は、マーカ像の重なり合ったフーリエ変換から特定の次数の２つのビームを選択するようにプログラムされている。マーカが走査されると、その強度は検出器４２によって計測可能となり、所望する位置情報が得られる。ここで、マーカは多重波長光源によって照射され、異なる波長が分離され、検出器４２において別々に検出され得る。
【０１５３】
第三実施形態は多くの長所を有するが、それにおける原理は、本アライメントシステムはハードウェアの修正を必要とせずに、１８０°回転対称をなすどのようなマーカにも使用可能であるということである。必要なことは、同一基板上に異なるマーカを整列させることでさえも可能とするよう、空間光モジュレータが最適にプログラムされ、それが進行中に実行可能であるということだけである。よって、第三実施形態のアライメントシステムは、格子、チェッカーボード、ボックス、フレーム、シェブロン等の既知のマーカとの互換性も有する。また、完全な瞳面をサンプル化することが可能であり、また、それを空間光モジュレータ３９の異なる設定により、マーカの繰り返しの走査により分析することが可能である。
【０１５４】
重なり合う像間にて必要な干渉を作り出すために偏光ビームスプリッタが使用されると、上に記載を行っているように、位置情報を含んだ２つのビームが作り出され、図３１に示した構成要素が別の分岐にも同じく設けられ、２つの次数の同時検出を可能にする。さらに、２つ以上のミラー位置を有するマイクロミラーアレイといったような、光を複数の異なる方向に選択的に再誘導することの可能な空間光モジュレータが、対応する多数の集光レンズ、ファイバー、および検出器と共に使用され、単一分岐における多次数の検出を可能にする。第二実施形態と同様、ファイバー４１を使用しないことも可能であり、集光レンズ４０の焦点にて検出器を配置することが可能ではある。しかし、ファイバー４１を使用することで、熱発生あるいはかさばる検出器を熱に弱い構成要素から離して配置することが可能であり、より多くのスペース利用が可能である。
【０１５５】
次数結合プリズム
本発明の実施形態において使用され得る次数結合プリズムを図３２および図３３において示している。図３２はプリズムを分解した形で示しており、図３３は組み合わせた形状で示している。
【０１５６】
この組み合わせた形状にて、次数結合プリズム５０の基本形状は、底面の入射面５５と、側面の出射面５６を有する三角プリズムである。このプリズムは対角ジョイントにて半分ずつ２つ（第一ハーフ５１、第二ハーフ５２）に分けられている。図３２において明確に示されているように、正の次数＋ｎは第一ハーフ５１の底面に入射し、側面５８からジョイント５７に向かって全内部反射を作る。正の次数は、ビームスプリッタ面として作用するジョイント５７から、プリズム５０の背面に取り付けられた１／４波長板とミラーとに後方反射する。１／４波長板とミラーは正の次数の偏光を回転させ、ジョイントであるビームスプリッタ面５７を通ってこれを返し、プリズムの前面５６から出射させる役割を有する。
【０１５７】
一方、負の次数は第二ハーフの底部に入射し、第二側面５９とジョイントであるビームスプリッタ面５７から全内部反射し、前面５６を通って出射する。
【０１５８】
図３３は、プリズムが、正と負の次数（＋１から＋４の次数と−１から−４の次数が示されている）をその中心において対称に受け取るように配置される場合、対応する＋次数と−次数は結合されるが、第一、第二、等の次数は別々に保たれる。
【０１５９】
次数結合プリズムは、本発明の実施形態の瞳面において使用されて、基本的に検出のための同一情報を搬送する反対次数を結合する。次数結合プリズムを使用することにより、検出される信号の強度が２倍となることから低出力光源を使用することが可能となる。加えて、対称配置の結果、正と負の回折次数間の非対称誘導差を平均化する。本発明の次数結合プリズムは非常に小型であり、使用可能なスペースが限られているような状況において特に有益である。
【０１６０】
次数結合プリズムは、自己参照干渉計関連に基づくアライメントシステムの瞳面における使用以外の他の使用法が有り、単一面に置かれた回折次数を結合することが望まれるような配列において特に使用されることが理解されよう。例えばその２つのサイドにおける光パス長を等しくするようにプリズムを修正することも可能である。
【０１６１】
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明を上記以外の方法でも具体化できることは当業者にとって明らかである。ここに行った詳細説明は本発明を制限する意図ではない。例えば、上記説明のアライメントシステムは、基板同様にマスクあるいはテーブルに設けられたマーカに対するアライメントにも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に基づくリソグラフィ装置を示したものである。
【図２】その作用概念を説明するため、本発明の第一実施形態におけるアライメントシステムの選択された部分を示したものである。
【図３】図２のアライメントシステムの異なるモジュールを示したものである。
【図４】図２および図３のアライメントシステムにおいて使用される自己参照干渉計の簡略側面図である。
【図５】図４の自己参照干渉計の瞳面における干渉を説明する図である。
【図６】図４の自己参照干渉計の機能を説明する図である。
【図７】不変点を示した干渉計の入出力面の図である。
【図８】出力における回折次数の回転を示した、干渉計の入出力面の図である。
【図９】プロダクト構造からのクロストークを除去するための開口絞りの使用法を説明するための、アライメントシステムにおける光学素子の図である。
【図１０】開口絞りの輪郭を示した、マーカとプロダクト構造の図である。
【図１１】本発明の第一実施形態のアライメントシステムにおける検出装置を示したものである。
【図１２】本発明の第一実施形態のアライメントシステムにおける色分離のための可能な配列を示したものである。
【図１３】非対称マーカの検出を説明するベクトル図である。
【図１４】非対称マーカの検出を説明するベクトル図である。
【図１５】非対称マーカの検出を説明するベクトル図である。
【図１６】本発明の作用例における、１次元マークを照射するために使用される強度プロファイルのグラフである。
【図１７】本発明の例における１次元マーカの図である。
【図１８】本発明の例においての遠視野における強度分布グラフである。
【図１９】本発明の例における遠視野角の関数として計測された位相のグラフである。
【図２０】本発明の作用の第２例における非対称マークの図である。
【図２１】本発明の第２例の遠視野における強度のグラフである。
【図２２】第２例における遠視野角の関数として計測された位相のグラフである。
【図２３】第２例における遠視野角における角度の関数としての干渉信号のコントラストのグラフである。
【図２４】本発明の作用の第３例における位相変化のグラフである。
【図２５】本発明の第４例おける、遠視野における強度のグラフである。
【図２６】第４例における遠視野角の関数として計測された位相のグラフである。
【図２７】図２７Ａおよび図２７Ｂは、照明ビーム幅を変えることによる影響を示したグラフである。
照明ビーム幅を変えることによる影響を示したグラフである。
【図２８】本発明の第５例における角度の関数として計測された位相のグラフである。
【図２９】本発明の第二実施形態のアライメントシステムにおける検出装置を示したものである。
【図３０】本発明の第二実施形態におけるキャプチャーのためのカメラの機能を説明する図である。
【図３１】本発明の第三実施形態のアライメントシステムにおける検出装置を示したものである。
【図３２】本発明の実施形態において使用可能な次数結合プリズムの分解図である。
【図３３】反対次数の結合を示した、図３２のプリズムを組み合わせた形状の次数結合プリズム図である。
尚、図面において、一致する参照符合はその一致する部分を示すものとする。
Claims (21)
- 放射線の投影ビームを供給する放射線システムと、所望するパターンに従って投影ビームをパターン化するパターニング手段を支持する支持構造と、基板を保持する基板テーブルと、パターン化されたビームを基板の目標部分に投影する投影システムと、１８０°相対回転されるアライメントマークの２つの重なり合う像を投影する自己参照干渉計を備えたアライメントシステムとにより構成されるリソグラフィ投影装置において、該アライメントシステムは、該自己参照干渉計の瞳面における複数の異なる位置にて光強度を検出するための検出システムをさらに備えていることを特徴とするリソグラフィ投影装置。
- 上記の複数の位置のうちの少なくとも２つの位置は、上記アライメントマーカにより作り出された異なる回折次数のほぼその位置に置かれていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記の複数の位置のうちの少なくとも２つの位置は、上記アライメントマーカにより作り出された回折次数からほぼ等距離で、かつその両サイドに置かれていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の装置。
- 上記の検出システムはほぼ上記瞳面に配置された複数の検出素子から成ることを特徴とする請求項１、請求項２、あるいは請求項３に記載の装置。
- 上記の検出システムは複数の光ファイバーを備えており、その各々は、ほぼ上記瞳面に配置された入力端と、ファイバーを通り複数の検出素子の１つに誘導される光を導く出力端とを有していることを特徴とする請求項１、請求項２、あるいは請求項３に記載の装置。
- 上記ファイバーの各々は、上記検出素子のそれぞれ１つに光を導くように配列されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
- 上記のファイバーはペアで配備されており、ペアのファイバーの入力端は上記瞳面に対称に配置されており、ペアのファイバーにより導かれる光は同一検出素子に導かれることを特徴とする請求項５に記載の装置。
- 上記の検出素子はフォトダイオードから成ることを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の装置。
- 上記の検出素子はＣＣＤアレイ素子であることを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の装置。
- 上記の検出システムは、上記瞳面の選択された部分から光の通過を制御可能とした、該瞳面に設けられた空間光モジュレータと、該空間光モジュレータにより通過された光を検出素子に集光するコレクタとから成ることを特徴とする請求項１、請求項２、あるいは請求項３に記載の装置。
- 上記のアライメントシステムは、複数の異なる波長の光によりアライメントマーカを照射する手段を備えており、上記の検出システムは、異なる波長の光を異なる検出素子に導くための波長デマルチプレックス手段を備えていることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
- 上記の波長デマルチプレックス手段はブレーズド格子から成ることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
- 上記のアライメントシステムは、上記の自己参照干渉計と上記の瞳面間に配置された像面における開口絞りを備えていることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
- 上記の開口絞りは制御可能な開口を有していることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
- 上記のアライメントシステムは自己参照干渉計により出力された光を２つのビームに導く偏光ビームスプリッタを備えており、ここで、該ビームのそれぞれ１つから光を受け取る２つの検出システムを有することを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
- 上記のアライメントシステムは自己参照干渉計により出力された光を２つのビームに導く偏光ビームスプリッタを備えており、該ビームの一方は上記検出システムにより受け取られ、もう一方のビームはカメラにより受け取られることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
- 上記の検出システムは、正の次数のセットと負の次数のその対応するセットとを入力面を通して受け取り、かつ、結合した次数のセットを該入力面に垂直な出力面を通して出力する次数結合プリズムを備えており、ここで、該プリズムは、上記入力面に垂直であり、かつ上記出力面に対して４５°であるビーム分割面で結合された第一ハーフおよび第二ハーフと、上記出力面に対向して記プリズムの該第一ハーフのさらなる面に隣接して設けられた１／４波長板およびミラーとから成ることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
- 放射線感光材料の層により少なくとも部分的に覆われた基板を提供し、放射線システムを用いて放射線の投影ビームを供給し、パターニング手段を用いて投影ビームのその断面にパターンを与え、放射線感光材料の層の目標部分に放射線のパターン化されたビームを投影し、上記の投影ステップの前あるいは後に、自己参照干渉計を用いて上記基板上のアライメントマークに対するアライメントを実行し１８０°相対回転される上記アライメントマークの２つの重なり合う像を投影するステップとから成るデバイス製造方法において、該アライメントのステップは、上記アライメントマークの上記像のフーリエ変換が干渉する瞳面における複数の異なる位置にて光強度を計測することから成ることを特徴とするデバイス製造方法。
- 上記の複数の異なる位置は、上記のフーリエ変換による異なる回折次数に該当する位置を含み、微細な位置情報が該回折次数の強度変化の相対位相から決定されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
- 上記の複数の異なる位置は、上記の瞳面における回折次数の両サイドに等距離にスペースをおいた２つの位置からなり、ここで、粗い位置情報が、回折次数の両サイドの２つの位置における強度変化の相対位相から決定されることを特徴とする請求項１８あるいは請求項１９に記載の方法。
- 上記瞳面の暗い領域における位相変化を計測して上記アライメントマーカにおける非対称性を検出するステップをさらに備えていることを特徴とする請求項１８、請求項１９あるいは請求項２０に記載の方法。
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