JP4216728B2 - 干渉計内のガスの時変光学的性質を補償するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は干渉計測定ビーム（および／または基準ビーム）の経路内のガスの時変光学的性質に対する干渉計による測定を補償するための方法およびシステムを特徴とする。
（関連出願との相互参照）
本出願は、２００２年１月２４日付けの「干渉計内のガスの乱流効果を補償するための非分散形方法および装置」（ＮＯＮ−ＤＩＳＰＥＲＳＩＶＥ ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ ＯＦ ＴＵＲＢＵＬＥＮＣＥ ＥＦＦＥＣＴＳ ＯＦ ＧＡＳ ＩＮ ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲＹ）という名称の仮特許出願第６０／３５２，０６１号の優先権を主張する。上記仮特許出願の全文は、引用によって本明細書の記載に援用する。

変位測定干渉計は、光学的な干渉信号に基づいて、基準物体に対する測定対象物の位置の相対的な変化をモニタする。干渉計は、測定対象物から反射した測定ビームと、基準物体から反射した基準ビームとを重ね合わせ、干渉させることによって光学的な干渉信号を生成する。

多くの応用例では、測定および基準ビームの偏光は直交しており、周波数は異なっている。異なる周波数は、たとえば、レーザによるゼーマン分裂または音響光学変調によって、あるいは複屈折素子などを使用してレーザ内部で生成し得る。偏光が直交していることで、偏光ビーム・スプリッタにより測定および基準ビームがそれぞれ測定および基準物体に方向づけられ、反射した測定および基準ビームが合成されて、重なり合う射出測定および基準ビームが形成され得る。この重なり合う射出ビームが出力ビームを形成し、その後で偏光子を通過する。

偏光子は、測定および基準射出ビームの偏光を混合して、混合ビームを形成する。混合ビーム中の測定および基準射出ビームの成分は互いに干渉して、測定および基準射出ビームの相対位相に応じて混合ビームの強度が変化する。検出器が、この混合ビームの時間依存性強度を測定し、この強度に比例した電気的な干渉信号を生成する。測定および基準ビームの周波数は異なるので、この電気的な干渉信号は、測定および基準射出ビームの周波数の差に等しいビート周波数を有する「ヘテロダイン」信号を含む。たとえば、測定対象物を含むステージを並進移動させることによって、測定および基準経路長が相互に変化する場合、ビート周波数の測定値は、２νｎｐ／λに等しいドップラー・シフトを含む。ここで、νは測定および基準物体の相対速度、λは測定および基準ビームの波長、ｎは光ビームが通過する空気または真空などの媒質の屈折率、ｐは基準および測定物体まで通過した回数である。測定対象物の相対位置の変化は、干渉信号の測定値の位相変化に相当し、２πの位相変化が、ほぼλ／（ｎｐ）の距離の変化Ｌに等しい。ここで、Ｌは往復距離の変化、たとえば、測定対象物を含むステージに至り、それから戻るまでの距離の変化である。

残念ながら、この等式は必ずしも正確ではない。さらに、干渉信号測定値の振幅は変化し得る。振幅が変化すると、後続の位相変化測定値の精度が低くなり得る。多くの干渉計には、「周期誤差」として知られているような非線形性を含む。この周期誤差は、干渉信号測定値の位相および／または強度として表すことが可能であり、光路長ｐｎＬの変化に対する正弦波依存性を有する。具体的には、位相の第１高調波周期誤差は（２πｐｎＬ）／λに対する正弦波依存性を有しており、位相の第２高調波周期誤差は２×（２πｐｎＬ）／λに対する正弦波依存性を有する。より高次の高調波周期誤差が存在する可能性もある。

誤差の別の原因は、空気の乱れ及び干渉計の環境内におけるガスの異方性分散など環境の影響に関連するものである。たとえば、エヌ・ボブロフ（Ｎ． Ｂｏｂｒｏｆｆ）の「Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｅｒｒｏｒｓ Ｉｎ Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ Ｆｒｏｍ Ａｉｒ Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ Ａｎｄ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ」という名称のＡｐｐｌ． Ｏｐｔ． ２６（１３）、２６７６〜２６８２ページ、１９８７年の論文と、エヌ・ボブロフ（Ｎ． Ｂｏｂｒｏｆｆ）の「Ｒｅｃｅｎｔ Ａｄｖａｎｃｅｓ Ｉｎ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」という名称のＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈ． ４（９）、９０７〜９２６ページ、１９９３年の論文とを参照されたい。上記引用参照文献に記載されているように、気体中での干渉変位測定は、環境の不確定性、特に、空気圧および温度の変化、たとえば湿度変化及び／又は付加ガスの存在から生じる空気組成の不確定性、および気体中の乱れの影響を受けやすい。ビーム経路におけるガスの時変光学的性質によって、変位測定に使用される光の波長を変化させる。通常の条件下では、たとえば空気の屈折率は、約１．０００３であり、そのばらつきは１×１０^-5〜１×１０^-4程度である。多くの応用例では、空気の屈折率は、０．１ｐｐｍ（百万分率）未満〜０．００１ｐｐｍ未満の相対精度であると理解されるべきである。この２つの相対精度は、１ｍの干渉変位測定に対して、それぞれ１００ｎｍおよび１ｎｍ未満の変位測定確度に相当する。

屈折率の変動を検出する一方法は、測定経路に沿って圧力および温度変化を測定し、それらが測定経路の光路長に及ぼす影響を計算することである。測定経路にわたって変動する屈折率の影響を検出するよりもより直接的な別の方法は、複数波長による距離測定によるものである。この基本原理は、以下のように理解されよう。干渉計およびレーザ・レーダでは、ほとんどの場合、解放空気の状態で基準と対象の間の光路長を測定する。光路長は、屈折率と、測定ビームが横切る物理的な経路との積の積分値である。屈折率は波長に応じて変化するが、物理的な経路は波長に無関係なので、装置が少なくとも２つの波長を用いるとすれば、一般に、光路長から、具体的には、屈折率の変動とともに物理的な経路長を求めることが可能である。波長に応じて屈折率が変動することは、当技術分野では分散として周知であり、この技術をしばしば、分散技術または分散干渉法と称する。

上記したように、干渉計ビーム経路内のガスの時変光学的性質は、干渉計測定を不確実なものにする。何故なら、すべての構成要素が変化しないとしても、ガスの屈折率が変化する恐れがあるからである。このような変動が起こると、測定中の物理経路の長さが変化しなくても、測定した光路長の値が変化する恐れがある。光路長に影響を与える他に、ガスの時変光学的性質は、また測定ビーム（および／または基準ビーム）の伝搬方向にも影響を与える。しかし、ガスの光学的性質の変動が光路長に影響を与える大きさは、その変動がビーム伝搬方向に影響を与える程度に関連している。それ故、この関係が分かれば、ビームの伝搬方向の測定値を、光路長の測定値に対するガスの時変効果を補償するために使用することができる。

干渉計の複数の構成要素が変動する場合には、この状況はさらに複雑なものになる。より詳細に説明すると、多くの干渉計（例えば、単光束平面鏡干渉計）においては、測定対象物の向きが変化すると、ビームの伝搬方向に変化が起こる。追加情報（例えば、測定対象物の向きが変化する大きさ）がない場合には、ガスの時変光学的性質による伝搬方向の変化を、測定対象物の方向の変化による伝搬方向の変化から切り離すことができない。例えば、干渉計システムが、ウェハの露光中移動するウェハ・ステージの位置を監視するために使用されるフォトリソグラフィ・システムのような、多くの干渉計の用途の場合にも同じことが言える。

従って、いくつかの局面においては、本発明は、干渉計システムの１つまたはそれ以上の構成要素が移動できる場合に、ビーム経路内のガスの時変光学的性質を補償するシステムおよび方法を特徴とする。

ガスの光学的性質は、それぞれが時間の関数として変化することができる多数の物理的パラメータにより決定される。これらのパラメータとしては、ガス乱流、ガス組成、およびガスの熱力学的性質等がある。それ故、本発明のシステムおよび方法は、干渉計測定の際のこれらパラメータのうちの１つまたはそれ以上の変動の影響を補償することができる。

上記システムおよび方法は、リソグラフィ・ツールに適用することができる。
本発明の種々の態様については以下に説明する。
１つの態様においては、本発明は、第１および第２の各経路に沿って測定対象物までの第１および第２の光路長を干渉法により測定することを含む方法を特徴とする。この場合、光路長を測定することは、測定対象物から反射させるように第１および第２の測定ビームを方向付けること、第１および第２の測定ビームの伝搬方向を測定すること、第１および第２の測定した光路長および第１および第２の測定した伝搬方向に基づいて、第１の経路内のガスの時変光学的性質に対して、第１の測定した光路長を補償することを含む。

上記方法のいくつかの実施形態は、下記の機能および／または他の態様の機能のうちの１つまたはそれ以上を含むことができる。
第１の測定した光路長を補償することは、さらに、第１および第２の光路長および第１および第２の伝搬方向の前の測定値に基づいて、第１の測定した光路長を補償することを含むことができる。第１の測定した光路長を補償することは、さらに、第１および第２の経路内のガスの速度に基づいて、第１の測定した光路長を補償することを含むことができる。測定した光路長を補償することは、下式により、補正した光路長ｘ_1,0を決定することを含むことができる。

ここで、ｘ₁およびｘ₂は、それぞれ第１および第２の測定した光路長であり、θ₁およびθ₂は、それぞれ第１および第２の伝搬方向であり、ｂは、第１および第２の測定ビーム間の距離であり、ｕは、ビームに垂直で、ビームの面内のガス速度の成分である。

第１および第２の測定ビームの伝搬方向は、干渉法により測定することができる。
本発明の方法は、入力ビームから第１および第２の測定ビームを入手することを含むことができ、入力ビームの伝搬方向は、第１または第２の測定ビームの伝搬方向の変動に基づいて調整することができる。

他の態様においては、本発明は、第１の経路に沿って測定対象物までの光路長を干渉計により測定することを含む方法を特徴とする。この場合、光路長を測定することは、測定対象物から反射するように測定ビームを方向付けることを含む。本発明の方法は、さらに、測定ビームの伝搬方向を測定する（例えば、干渉法による測定）こと、測定した伝搬方向に基づいて、第１の経路内のガスの時変光学的性質に対して、測定した光路長を補償することを含む。

この方法のいくつかの実施形態は、下記の機能および／または他の態様の機能のうちの１つまたはそれ以上を含むことができる。
測定した光路長を補償することは、第１の経路内のガスの速度に基づいて、測定した光路長を補償することを含むことができる。

この方法は、測定対象物までの第２の光路長を第１の経路にほぼ平行な第２の経路に沿って測定することを含むことができる。さらに、この方法は、第２の測定ビームの伝搬方向を測定することを含むことができる。第２の測定ビームの伝搬方向は、干渉計により測定することができる。測定した光路長を補償することは、第２の測定ビームの測定した伝搬方向および第２の経路内のガスの速度に基づいて、測定した光路長を補償することを含むことができる。測定した光路長は、また前の光路長および測定ビーム伝搬方向の測定値に基づいて補償することができる。いくつかの実施形態の場合には、測定した光路長を補償することは、下式により、補正した光路長ｘ_1,0を決定することを含む。

ここで、ｘ₁およびｘ₂は、それぞれ第１および第２の測定した光路長であり、θ₁およびθ₂は、それぞれ第１および第２のビームの方向であり、ｂは、第１および第２の測定ビーム間の距離であり、ｕは、ビームに垂直で、ビームの面内のガス速度の成分である。

測定ビームの伝搬方向は、測定ビームが奇数回（例えば、１回）測定対象物から反射した後で測定することができる。
光路長を測定することは、測定ビームからヘテロダイン信号を発生することと、ヘテロダイン信号から干渉位相を決定することとを含むことができる。

測定対象物までの第２の光路長を第１の経路にほぼ平行な第２の経路に沿って測定することを含むいくつかの実施形態の場合には、第１の測定した光路長を、第２の測定した光路長および第１および第２の測定ビーム間の距離に基づいて、測定対象物の方向の変動に対して補償することができる。

この方法は、入力ビームから測定ビームを入手することを含むことができる。入力ビームの伝搬方向は、第１の測定ビームの伝搬方向の変動に基づいて調整することができる。
他の態様においては、本発明は、上記方法で実施するように構成されている干渉計システムを特徴とする。

１つの態様においては、本発明は、測定対象物から反射するように測定ビームを方向付け、測定対象物までの光路長を、反射測定ビームに基づいて、第１の経路に沿って干渉計により測定するように構成されている干渉計と、反射測定ビームの伝搬方向を測定するように構成されている角変位干渉計とを含む干渉計システムを特徴とする。干渉計システムは、また、干渉計および角変位干渉計と連絡しているコントローラを含む。この場合、動作中、コントローラは、測定した光路長および測定した伝搬方向に基づいて、第１の経路内のガスの時変光学的性質に対して、測定した光路長を補償する。

干渉計システムの実施形態は、他の態様の機能を含むことができ、および／または他の態様の方法を実施するように構成することもできる。
他の態様においては、本発明は、ウェハ上に集積回路を形成する際に使用するためのリソグラフィ方法を特徴とする。このリソグラフィ方法は、可動ステージ上にウェハを支持することと、ウェハ上に空間的にパターン化された放射線を画像形成することと、上記ステージの位置を調整することと、上記方法のうちの１つによりステージの位置を監視することとを含む。

もう１つの態様においては、本発明は、集積回路の形成の際に使用するためのリソグラフィ方法を特徴とする。このリソグラフィ方法は、空間的にパターン化された放射線を形成するために、マスクを通して入力放射線を照射することと、入力放射線に対してマスクを位置決めすることと、上記方法のうちの１つを使用して、入力放射線に対するマスクの位置を監視することと、ウェハ上に空間的にパターン化した放射線を画像形成することとを含む。

もう１つの態様においては、本発明は、ウェハ上に集積回路を形成するためのリソグラフィ方法を特徴とする。このリソグラフィ方法は、空間的にパターン化された放射線でウェハを露光するために、リソグラフィ・システムの第２の構成要素に対して、リソグラフィ・システムの第１の構成要素を位置決めすることと、上記方法のうちの１つにより第２の構成要素に対する第１の構成要素の位置を監視することとを含む。

もう１つの態様においては、本発明は、集積回路を形成するための方法を特徴とする。この方法は、上記リソグラフィ方法のうちの１つを含む。
もう１つの態様においては、本発明は、リソグラフィ・マスクを形成する際に使用するためのビーム書込み方法を特徴とする。この方法は、基板をパターン化するために、基板に書込みビームを照射することと、書込みビームに対して基板を位置決めすることと、上記干渉計方法のうちの１つにより書込みビームに対する基板の位置を監視することとを含む。

もう１つの態様においては、本発明は、ウェハ上に集積回路を形成する際に使用するためのリソグラフィ・システムを特徴とする。このシステムは、ウェハを支持するステージと、空間的にパターン化された放射線をウェハ上に画像形成する照明システムと、画像形成された放射線に対してステージの位置を調整する位置決めシステムと、画像形成された放射線に対するウェハの位置を監視する上記干渉計システムとを含む。

もう１つの態様においては、本発明は、ウェハ上に集積回路を形成する際に使用するためのリソグラフィ・システムを特徴とする。このシステムは、ウェハを支持するステージと、放射線源を含む照明システムと、マスクと、位置決めシステムと、レンズ・アセンブリと、上記干渉計システムとを含む。リソグラフィ・システムの動作中、放射線源は、空間的にパターン化された放射線を生成するために、マスクを通して放射線を方向付け、位置決めシステムは、放射線源からの放射線に対するマスクの位置を調整し、レンズ・アセンブリは、ウェハ上に空間的にパターン化された放射線を画像形成し、干渉計システムは、放射線源からの放射線に対するマスクの位置を監視する。

もう１つの態様においては、本発明は、リソグラフィ・マスクを形成する際に使用するビーム書込みシステムを特徴とする。このシステムは、基板をパターン化するために、書込みビームを供給する放射線源と、基板を支持するステージと、基板に書込みビームを供給するビーム照射アセンブリと、相互に対してステージおよびビーム照射アセンブリを位置決めする位置決めシステムと、ビーム照射アセンブリに対するステージの位置を監視する上記干渉計システムとを含む。

本発明のいくつかの実施形態は、下記の利点のうちの任意の利点を含むことができる。
これら実施形態は、単一波長干渉計技術（すなわち、非分散形干渉計技術）により、測定および／または基準ビーム内のガスの時変光学的性質の存在下で、正確な干渉計測定を行うことができる。これら実施形態は、ガスの組成を監視しなくても、ガス内の組成の変化の光学的影響を補償することができる。同様に、これら実施形態は、ガスの熱力学的性質を監視しなくても、測定経路に沿って温度および圧力のようなガスの熱力学的性質の変動による光学的影響を補償することができる。

これら実施形態は、屈折率が変動し、および／または測定経路の物理的長さが変化するかもしれない場合に、線形および角変位に関する測定経路内のガスの時変効果を測定し、補償するための非分散形方法および装置を提供することができる。測定経路の物理的長さが変化するかもしれない実施形態としては、例えば、フォトリソグラフィ・システムで移動ウェハ・ステージの位置を監視するために干渉計システムを使用する実施例などがある。

別段の定義がない限り、本明細書で使用するすべての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術の通常の当業者が通常理解するのと同じ意味を有する。本明細書に記載するすべての刊行物、特許出願、特許および他の参照文献の全文は、引用によって本明細書の記載に援用する。競合する場合には、定義を含む本明細書が優先する。

本発明の１つまたはそれ以上の実施形態の詳細を添付の図面に示し、以下に説明する。説明および図面および特許請求の範囲を見れば、本発明の他の特徴、目的および利点を理解することができるだろう。

干渉計システムは、極めて正確な測定値を提供し得る。このようなシステムは、コンピュータ・チップなどの大規模集積回路の製作に用いられるリソグラフィ応用分野で特に有用となり得る。リソグラフィは、半導体製造産業を推進する基盤技術である。リソグラフィでは、１００ｎｍ以下の線幅（デザイン・ルール）を実現するための最も難しい５つの課題の１つが重ね合わせの向上である。たとえば、「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｒｏａｄｍａｐ」、８２ページ、１９９７年を参照されたい。リソグラフィに関する一般の参照文献については、たとえば、ジェイ・アール・シーツ（Ｊ．Ｒ． Ｓｈｅａｔｓ）、ビー・ダブリュー・スミス（Ｂ．Ｗ． Ｓｍｉｔｈ）の「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ： Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、マーセル・デッカー社（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ， Ｉｎｃ．）、米国ニューヨーク州所在、１９９８年も参照されたい。これらの内容を本願明細書に援用する。

重ね合わせは、ウェハおよびレチクル（またはマスク）ステージの位置決めに使用する距離測定干渉計の性能、すなわち確度および精度に直接依存する。リソグラフィ機器は、１年に５千万〜１億ドルの製品を生産し得るので、距離測定干渉計の性能向上から生じる経済的な価値は非常に大きい。リソグラフィ機器の歩留まりがそれぞれ１％向上すると、集積回路製造業者にとっては１年に約１００万ドルの経済上の利益となり、リソグラフィ機器供給業者にとっては大きな競争上の利点になる。

リソグラフィ機器の機能は、フォトレジストを被覆したウェハ上に空間的にパターン化した放射を方向づけることである。この工程は、ウェハのどの位置で放射を受け取るかを決め（位置合わせ）、その位置でフォトレジストに放射する（露光）ことを含む。

図１を参照すると、一般に、露光システムとも称するリソグラフィ・システム１００は、照明系１１０およびウェハ位置決めシステム１２０ならびにレチクル・ステージ１３０を含む。照明系１１０は、紫外、可視、Ｘ線、電子またはイオン放射などの放射を提供する放射源１１２を含む。レチクル・ステージ１３０は、マスクとも称するパターン化されたレチクル１３２を支持する。以下では、これらの用語は交換可能に用いる。レチクル１３２は、照明系１１０からの放射にパターンを付与し、それによって空間的にパターン化された放射を生成する。縮小リソグラフィの場合には、リソグラフィ・システム１００は、ウェハ１２２上に空間的にパターン化した放射を結像する縮小レンズ１４０も含む。ウェハ位置決めシステム１２０は、露光中にウェハ１２２を位置決めし支持するウェハ・ステージ１４２を含む。ウェハ位置決めシステム１２０は、たとえば圧電トランスデューサ素子およびそれに対応する制御用電子回路も含み得る。放射を結像させて、ウェハ上に被覆したレジストを露光する。この放射により、レジスト内で光化学作用が始まり、それによって、放射パターンがレジスト内で潜像に変換される。

縮小リソグラフィを実施する実施形態とは異なり、プロキシミティ印刷を利用する実施形態では、散乱放射が、ウェハに到達する前に短い距離（典型的には数ミクロン程度）を伝播してレチクル・パターンの１：１画像を生成する。

リソグラフィ・システム１００は、ウェハ供給システム１６０およびレチクル交換器１７０も含む。ウェハ供給システム１６０は、バッチ単位のウェハを備え、ウェハ・ステージ上に自動的にウェハを載せ、ウェハが露光された後でそれを取り出す。レチクル交換器１７０は、各露光ごとに適切なレチクルを選択し、レチクル・ステージ１３０上で選択したレチクルを位置決めする。

ウェハを正しく位置決めするために、ウェハは、その上に専用センサによって測定し得る位置合わせマークを含む。位置合わせマーク位置の測定をして、機器内でウェハ位置を定義する。この情報とウェハ表面の所望のパターン化仕様から、空間的にパターン化した放射に対して相対的にウェハを案内して位置合わせを行う。このような情報に基づいて、フォトレジストを被覆したウェハを支持する並進可能なウェハ・ステージがウェハを移動させて、放射がウェハの正しい位置に晒される。

リソグラフィ・システム１００は、露光中にウェハの環境を制御し得るチャンバ１０１内に収容される。アクセス・ポート１０５から、露光装置、ウェハ供給システムおよびレチクル・チャンバにアクセスする。チャンバ１０１は、それぞれ１種（または複数種）の処理用のガスをチャンバに導入し、またそれから排気するためのガス吸気口１８０およびガス排気口１８２も含む。チャンバ１０１は、露光放射を散乱かつ／または吸収し、ウェハのところで光のパターンを劣化し得る汚染物（たとえば、塵または望ましくないガス）を少なくする。このチャンバにより、ウェハに接する雰囲気の組成を制御することも可能である。空気が露光放射を大きく吸収または散乱するときに、これは特に重要である。たとえば、ＵＶ放射は酸素によって大きく吸収されるので、空気など酸素を豊富に含む雰囲気はＵＶシステムには望ましくない。一般に、密閉型リソグラフィ・システムでは、露光放射波長により適した窒素その他のガスまたはガスの混合物が流される。

リソグラフィ・システム１００は、リソグラフィ・システム内でウェハの位置を正確に測定する干渉計システムも含む。この干渉計システムは、干渉計１５０および測定対象物１５２を含む。干渉計１５０は、ウェハ位置決めシステム１２０に装着され、測定対象物１５２は、ウェハ・ステージ１４２に装着される。測定対象物１５２は、たとえば、干渉計１５０によってステージに方向づけられる測定ビーム１５５を反射する平面ミラーを含む。この測定ビームは反射して干渉計１５０に戻る。

リソグラフィ・システムの他の実施形態では、１つまたは複数の上記干渉計システムを使用して、たとえばウェハおよびレチクル（またはマスク）ステージ（ただし、これらに限定されるものではない）に関連する複数の軸および角度に沿って距離を測定し得る。また、ＵＶレーザ・ビームではなく、たとえば、Ｘ線ビーム、電子ビーム、イオン・ビームおよび可視光ビームを含めて、他のビームを用いてウェハを露光し得る。

実施形態では、このリソグラフィ・システムは、当技術分野でコラム基準として知られているものを含み得る。このような実施形態では、干渉計１５０は、放射ビームを方向づける何らかの構造物、たとえば縮小レンズ１４０上に装着された（図示しない）基準ミラーに至る外部基準経路に沿って、（図示しない）基準ビームを方向づける。この基準ミラーは、基準ビームを反射して干渉計システムに戻す。測定対象物１５２から反射した測定ビーム１５５と縮小レンズ１４０上に装着された基準ミラーから反射した基準ビームとを合成した後で、この干渉計システムによって生成される干渉信号は、放射ビームに対する相対的なステージ位置の変化を示す。

以下に適切な干渉計システムの例を説明する。ここで説明する実施形態には含まれないが、１つまたは複数の干渉計システムを使用して、レチクル・ステージの位置だけでなく、リソグラフィ構造物を製作する工程において位置を正確にモニタしなければならない他の移動可能な要素を正確に測定することも可能である（上記のシーツ（Ｓｈｅａｔｓ）、スミス（Ｓｍｉｔｈ）の「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ： Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」を参照されたい）。

一般に、干渉計システムを用いて、ウェハ・ステージおよびレチクル・ステージのそれぞれの位置を、レンズ・アセンブリ、放射源または支持構造など露光システムの他の構成要素に対して正確に測定し得る。このような場合、ここで説明する実施形態の場合と同様に、静止構造に干渉計を装着し、移動可能な要素、たとえばマスクおよびウェハ・ステージの１つに測定対象物を装着する。あるいは、この状況を逆にすることも可能であり、移動可能な物体に干渉計システムを装着し、静止物体に測定対象物を装着する。

より一般には、このような干渉計システムを使用して、露光システムのいずれか１つの構成要素の位置を、露光システムの任意の他の構成要素に対して相対的に測定し得る。干渉計システムは、これらの構成要素の１つに装着するか、あるいはそれによって支持し、測定対象物は、他の構成要素に装着するか、あるいはそれによって支持する。

図２Ａに概略示す干渉計システム２００の一実施形態は、全体を参照番号２１０および２２０で示す２台のゼロ・シヤー単光路干渉計（ｚｅｒｏ−ｓｈｅａｒ ｓｉｎｇｌｅ−ｐａｓｓ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）を含む。動的ビーム・ステアリング素子（ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）７０を有するゼロ・シヤー単光路干渉計２１０および２２０の動作は、Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌの２００１年８月２３日付けの仮特許出願第６０／３１４，５７０号に記載されているが、以下に要約を示す。ゼロ・シヤー単光路干渉計は、共通の平面鏡測定対象物６０を有する。他の実施形態の場合には、他の形のゼロ・シヤー単光路干渉計を含む他の形の単光路干渉計を、両方ともＨｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌの２００１年８月２日付け、および２００１年８月２３日付けの仮特許出願第６０／３０９，６０８号および第６０／３１４，３４５号にそれぞれ記載されているような干渉計システムに内蔵させることができる。上記特許の内容は、引用によって本明細書の記載に援用する。

干渉計２１０は、１対の偏光ビーム・スプリッタ２１１および２１２と、再帰反射器２１３と、半波長板２１４と、四分の１波長板２１５とを含む。同様に、干渉計２２０は、偏光ビーム・スプリッタ２２１および２２２と、再帰反射器２２３と、半波長板２２４と、四分の１波長板２２５とを含む。

干渉計システムの動作中、放射線源２０１は、入力ビームを偏光ビーム・スプリッタ２１１の方向に照射し、偏光ビーム・スプリッタ２１１は、ビームを測定ビーム３０とその測定ビーム３０に対して直交偏光を有する基準ビームとに分割する。測定ビームは、偏光ビーム・スプリッタ２１１を透過した入力ビームの一部である。偏光ビーム・スプリッタ２１２は、測定ビーム３０を透過させ、測定ビーム３０は、平面鏡対象物６０から反射して、偏光ビーム・スプリッタ２１１および２１２の方向に戻る。四分の１波長板２１４は、ビーム・スプリッタ２１２を励起する平面偏光測定ビームを円偏光に変換する。同様に、四分の１波長板２１４は、平面鏡対象物６０から反射して戻った円偏光測定ビームを平面偏光に変換する。平面鏡対象物６０から反射する測定ビーム３０により、反射測定ビームの偏光面は、その元の偏光面に対して直角になり、そのため反射測定ビームは、偏光ビーム・スプリッタ２１２によりミラー２３５の方向に反射される。

偏光ビーム・スプリッタ２１１は、測定ビームに直角な入力ビームの成分を再帰反射器２１３の方向に反射する。この成分は基準ビームを形成する。再帰反射器２１３は、基準ビームを半波長板２１４を通して偏光ビーム・スプリッタ２１２の方向に向ける。半波長板２１４は、基準ビームの偏光面を９０度回転し、その結果、基準ビームは偏光ビーム・スプリッタ２１２を透過する。基準ビームは、測定ビームと重なりつつ干渉計２１０から出る。

重なっている測定および基準ビームは出力ビームを形成し、この出力ビームは、ミラー２３５により角変位干渉計５０および検出器４２の方向に向けられる。角変位干渉計５０は、測定ビーム３０の伝搬方向の変化を測定する。適当な角変位干渉計の一実施形態について以下に説明する。さらに、ビーム・スプリッタ２４０は、出力ビームの一部を検出器４０の方向に向け、検出器４０は干渉計２１０と平面鏡対象物６０との間の光路長に対応する線形変位を測定する。

干渉計２２０の動作は干渉計２１０の動作と類似している。ビーム・スプリッタ２０５およびミラー２０８は、入力ビームの一部を干渉計２２０の方向に向ける。干渉計２２０は、入力ビームを基準ビームと測定ビーム２３０とに分割し、測定ビーム２３０を平面鏡対象物６０から反射した後で、これらのビームを重ねて出力ビームにする。ミラー２４５およびビーム・スプリッタ２５０は、出力ビームの一部を角変位干渉計２５０および検出器２４２の方向に向け、他の部分を検出器２４０の方向に向ける。検出器２４０は、測定ビーム２３０の伝搬方向の変化、および干渉計２２０と平面鏡対象物６０との間の光路長に対応する線形変位の変化をそれぞれ測定する。

さらに、干渉計システム２００は、共通の動的ビーム・ステアリング素子７０を含む。ビーム・ステアリング素子７０は、平面鏡対象物６０の向きをサーボ制御して、干渉計を支持する構造に対して測定対象物が装着されるステージの角方向の範囲内で、測定対象物の面に対して測定ビーム３０および２３０を垂直に維持する。この実施形態の場合には、動的ビーム・ステアリング素子は、角変位干渉計５０からの出力ビームを検出する検出器４２から入手したサーボ信号に応答する。動的素子７０および干渉計システムでのその一般的な使用については、それぞれ２００１年８月７日および２００１年１１月６日付けの米国特許第６，２７１，９２３号および第６，３１３，８７６号に開示されている。これら米国特許の内容は、引用によって本明細書の記載に援用する。動的ビーム・ステアリング素子７０は、システムでのビーム・シヤー（ｂｅａｍ ｓｈｅａｒ）に関連する誤差を低減することができる。他の実施形態の場合には、これらの誤差を低減するために、代わりのまたは追加の構成要素／方法を使用することができる。例としては、単光路干渉計の代わりに高安定平面鏡干渉計（ＨＳＰＭＩ）の使用等がある。ＨＳＰＭＩの一実施形態について以下に説明する。

干渉計システム２００は、また検出器４０、４２、２４０および２４２に接続している電子プロセッサ２９９を含む。電子プロセッサ２９９は、これらの検出器から電気信号を受信し、１つまたはそれ以上のアルゴリズムによりこれらの信号を処理して平面鏡対象物６０の位置および向きを決める。電子プロセッサは、また、以下に記載する関係に基づいて、測定ビーム経路内のガスの時変効果に対して測定した位置および向きを補償する。

干渉計２１０は、測定ビーム３０により、平面鏡対象物６０上の第１の位置において線形変位ｘ₁および角変位θ₁を測定し、干渉計２２０は、測定ビーム２３０により、平面鏡対象物６０上の第２の位置において線形変位ｘ₂および角変位θ₂を測定する（図２Ａ参照）。線形変位ｘ₁およびｘ₂は、干渉計２１０および２２０と平面鏡対象物６０上の第１および第２の位置の間の光路長にそれぞれ対応する。線形変位は、それぞれ２つの項の合計として書き表すことができる。この場合、２つの項のうちの一方は、各測定経路内のガスの時変光学的性質を含む。それ故、下式のようになる。

ここで、

ここで、ｘ_1,0およびｘ_2,0は、それぞれ第１および第２の位置での平面鏡対象物６０の物理的変位であり、ｘ_1,Tおよびｘ_2,Tは、平面鏡対象物６０の線形変位ｘ₁およびｘ₂に対するガスの各影響であり、ｎは波長λでのガスの屈折率であり、λは干渉計アセンブリへの入力ビームの波長であり、ｄｓは、それぞれ測定ビーム３０および２３０の各光路ｐ₁およびｐ₂に沿った微小経路の長さである。図２Ａは、光路ｐ₁およびｐ₂を示す。

各角変位θ₁およびθ₂も、２つの項の合計として書き表すことができる。この場合、２つの項のうちの一方は、各測定経路内のガスの時変効果を含む。それ故、下式のようになる。

ここで、

αは、平面鏡対象物６０の角変位であり（図２Ａ参照）、（∂ｎ／∂ｒ）は、ｒに対する屈折率ｎの偏導関数であり、ｒは、図２Ａの平面内の曲線光路ｓに局部的に直交している座標である。ビームの伝搬方向に対する屈折率の勾配の影響については、例えば、ＪＯＳＡ５６、１６５５〜１６５９（１９６６）掲載の、Ｈ．Ａ．ＨｉｌｌおよびＣ．Ａ．Ｚａｎｏｎｉの「大気による横方向の色収差の補正」（Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｌａｔｅｒａｌ Ｃｏｌｏｒ Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）という名称の論文に記載されている。

角変位αに対する独立値は、測定した線形変位ｘ₁およびｘ₂の差から入手される。式（１）および（２）を使用して、αに対する独立値を下式のように書くことができる。

ここで、ｂは平面鏡対象物６０のところでのビーム３０および２３０間の距離である（図２Ａ参照）。θ₁およびθ₂の測定した角変位の差は、式（５）〜（８）により下式のように書くことができる。

式（９）の右辺の第２の項は、空間積分により式（１０）の右辺に関連する。それ故、差θ₂−θ₁は、ガスの時変効果の影響を補償した測定した値αを得るために、第２の項の影響を補正するために使用することができる。

時点ｔに対する（θ₂−θ₁）の積分は下式の通りである。

ｔおよびｓに対する積分の順序を逆にすると、式（１１）をうまく近似して下式を得ることができる。

測定ビーム経路内でガスの屈折度が変化する速度は、図２Ａの平面内の測定ビーム経路に垂直なガス速度の成分に比例する。それ故、図２Ａの平面内に位置していて、測定ビーム経路に垂直な速度成分ｕによる非ゼロ・ガスフローの場合には、時間積分の式（１２）をその結果により空間積分に変換することができ、下式のようになる。

速度成分ｕは、多くの方法で決定することができる。例えば、ガス速度は、１つまたはそれ以上のガス流量計により経験的に監視することができる。ガス流量計からの情報は、電子プロセッサに入力して、リアルタイムで光路長の測定を補償するために使用することができる。リソグラフィ・システムのような、周期的にガスの流れのパターンを反復する環境内で干渉計システムを使用する場合には、例えば、１つの露光サイクルに対する経験的ガス速度データを以降のサイクルのために使用することができ、そのため継続的にガスを監視する必要がなくなる。

別の方法または追加的な方法として、計算による方法でガス速度データを決定することができる。計算による方法の一例としては、市販の計算流体力学プログラムによりガス速度を決定する方法がある。このようなプログラムの一例としては、ＣＤ ａｄａｐｃｏ Ｇｒｏｕｐ（ニューヨーク州メルビル）から販売されているＳｔａｒ ＣＤがある。一般的に、計算流体力学は、システム内の一組の離散的場所および時点で、流体のパラメータ（例えば、密度、温度）に関連する微分方程式の１つまたはそれ以上の組を解くことにより、複雑なシステム内の流体力学の問題を解く。例えば、非圧縮性流体の場合には、このような流体の流れを記述する基本偏微分方程式であるナヴィエ−ストークス方程式を使用することができる。よくメッシュと呼ばれる一組の離散的位置は、通常、システムの物理的構造により定義される。この微分方程式は、通常、問題を解く前に入力しなければならない、例えば、初期システム条件を記述する一組のユーザ定義境界値を必要とする。これらの式は、初期温度プロファイル、またはサイクル中の特定の時点でのメッシュのいくつかの部分の温度のような任意のパラメータに対する境界条件を含むことができる。それ故、適当なメッシュを決定し、露光サイクルのための条件を入力することにより、サイクル中のチャンバ内のいくつかの位置でのガス速度および／または他のパラメータの値を計算により決定することができる。

ガス速度データは、干渉計測定値そのものに基づいて決定することもできる。例えば、測定した値ｘ₁、θ₁、ｘ₂およびθ₂は、ガスの時変効果に依存する成分をそれぞれ有する。それ故、（ｘ₂−ｘ₁）の変化の速度および（θ₂−θ₁）の時間積分は、例えば、ガス乱流によるガス屈折度の変化に依存する成分を含む。それ故、ガス内の変化に関連する（ｘ₂−ｘ₁）の成分および（θ₂−θ₁）の時間積分を相互に関連づけることができる。それ故、速度成分ｕを（ｘ₂−ｘ₁）と（θ₂−θ₁）の時間積分との間で最善の相関係数を与える値として選択することができる。

式（１３）は（１／ｕ）項を含んでいるので、速度成分ｕは、正確な結果を供給するための上記補償技術に対してゼロであってはならない。それ故、干渉計システムは、測定ビーム経路がガスの流れの方向と平行にならないように、リソグラフィ・システム内に設置しなければならない。

ガスの時変効果を補償したαのための下式が、式（９）および（１３）を組み合わせることにより得られる。すなわち、下式のようになる。

ガスの時変効果を補償した角変位αは、図２Ａの平面内の動的ビーム・ステアリング素子７０の向きを制御するために、サーボ・コントローラ７２により信号として使用される。

次に、式（１４）によるαの測定した値が、ビーム３０の伝搬の方向に関するガスの時変効果θ_1,Tを入手するために、式（５）で使用される。すなわち、下式のようになる。

ｔについての式（１５）の以降の積分、積分の順序の変化、およびｒについての積分に対するｔについての積分の変化は、ビーム３０の測定した光路長に対するガスの時変効果の優れた近似を与える。すなわち下式のようになる。

ガスの時変効果を補償したｘ_1,0に対する下式は、式（１）および（１６）を組み合わせることにより入手される。

当業者であれば、ガスの時変効果を補償したｘ_2,0の測定値は、ｘ_1,0の決定のためのデータ処理類似のデータ処理により入手できることを理解することができるだろう。

ｘ_1,0およびαに対する測定した値は、ガス乱流の時変効果、均一または不均一なガス組成内の時変変化、およびビーム３０および２３０の光路に沿ったガスの熱力学的特徴の時変変化に対して補償されることに留意されたい。

いくつかの実施形態の場合には、式（１７）内の被積分関数は、例えば、ノイズにより整数が発散するのを防止するために、重み関数を含むことができる。重み関数の形は変化することができる。重み関数の一例としては、（例えば、現時点からカットオフ時間内で行った測定に対しては１に等しく、カットオフ時間前に行った測定の場合にはゼロに等しい）階段関数がある。他の例としては、ずっと以前に行った測定よりは、最新の測定をもっと大きく加重する指数関数、または幾何学的に減衰する関数などがある。

測定間の時間増分は、ガスの一団が測定ビーム間の空間を横切るのに要する時間の長さである約（ｕ／ｂ）より小さくなければならない。
上記実施形態の補償手順を、異方性ガスの流れのパターンを有するガスの時変効果を補償するように適合させることができる。異方性の流れのパターンは、ガス速度が、測定ビーム経路のいくつかの部分に沿って異なるパターンを含む。適合させた補償手順の場合には、各量の測定した値は、最初に、周波数空間、およびｉ＝１，２，．．．に対する流れ速度成分ｕ_iに関連する周波数スペクトルの一部にフーリエ変換される。上記部分は、次に、逆フーリエ変換され、その後で異方性ガスの流れパターンを有するガスの時変効果を補償するために、関連するｕ_iにより、式（１５）および（１７）に従って処理される。

ガスの時変効果について補償が行われる図２Ａの面に対して直角な面内の平面鏡対象物６０の向きの変化の測定を含む用途の場合には、修正干渉計アセンブリを形成するために、第３のゼロ・シヤー単光路干渉計および追加の角変位干渉計が、第１の実施形態の干渉計アセンブリに追加される。第３のゼロ・シヤー単光路干渉計および追加の角変位干渉計は、図２Ａの面に直角な面内の平面鏡対象物６０の角変位を測定するために、干渉計アセンブリに追加される。修正干渉計アセンブリが入手した情報の処理の説明は、ガスの時変効果について補償が行われる図２Ａの面に直角な平面鏡対象物６０の向きの変化を測定するための第１の実施形態の説明の対応する部分と同じである。

システム２００は単光路干渉計を含んでいるが、他の実施形態は、測定ビームが２回以上測定対象物と接触する干渉計を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態の場合には、干渉計システムは、高安定平面鏡干渉計（ＨＳＰＭＩ）を含むことができる。図２ＢはＨＳＰＭＩ３００の一例を示す。ＨＳＰＭＩ３００は、偏光ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）３１０と、基準ミラー３２０と、平面鏡測定対象物３３０と、再帰反射器３４０とを含む。ＰＢＳ３１０は、入力ビーム３０１を基準ビームと測定ビームに分割する。基準ビームの偏光は測定ビームの偏光に対して直角である。基準ミラー３２０は、測定ビームを反射する。ＰＢＳ３１０と基準ミラー３２０との間に位置する四分の１波長板３２５は、１回反射した基準ビームをビームの最初の偏光状態に対して直角方向に偏光させる。それ故、１回反射した基準ビームは、ＰＢＳ３１０を透過する。再帰反射器３４０は、基準ビームを元の基準ミラー３２０の方向に向ける。第２の反射および四分の１波長板３２５を通しての複光路により、基準ビームの偏光は元の状態に戻る。その後で、ＰＢＳ３１０は、干渉計から出てくる基準ビームを出力ビーム３０２の成分として反射する。

測定ビームの経路は、基準ビームの経路と類似している。ＰＢＳは、最初に測定ビームを透過して、平面鏡測定対象物３３０に送る。四分の１波長板３３５による遅れおよび測定対象物３３０からの反射は、測定ビームの偏光状態をその元の偏光状態に直角な状態に変換する。それ故、この時点で、反射測定ビームは、ＰＢＳ３１０により反射して再帰反射器３４０に達する。その後で、ＰＢＳ３１０は、測定対象物により現在２回反射している測定ビームが出力ビーム３０２の成分として干渉計から出る前に、測定ビームを元の測定対象物３３０の方に向ける。

測定対象物への複光路により、測定対象物の向きの変動を補償するための動的ビーム・ステアリング素子が存在しない場合でも、出力ビームは入力ビームに対して平行になる。測定対象物３３０の向きの変動に対して、出力ビーム３０２の伝搬方向は影響を受けないので、これらの変動に関する情報は、出力ビーム３０２により送られない。それ故、干渉計３００は、第２の出力ビーム３０３を角変位干渉計の方に向ける非分極性ビーム・スプリッタ（ｎｏｎ−ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ ｂｅａｍｓｐｌｉｔｔｅｒ）３５０を含む。第２の出力ビーム３０３は、測定対象物３３０に１回だけ接触しただけで、測定対象物の向きに関する情報を含んでいる測定ビーム成分を含む。しかし、出力ビームの基準ビーム成分の経路は、測定対象物３３０の向きの変動により影響を受けない。それ故、この実施形態の場合には、第２の出力ビーム３０３の基準ビーム成分は、角変位干渉計に到着する前に、偏光子３６０（例えば、吸収シート偏光子または偏光ビーム・スプリッタ）により除去される。それ故、ビームの伝搬方向の測定は、測定ビーム成分だけを使用して行われる。別の方法としては、角変位干渉計の代わりに、出力ビーム内の測定ビーム成分および基準ビーム成分の伝搬方向の差の変動を測定する微分角変位干渉計を使用することができる。このような実施形態の場合には、ビーム伝搬方向の測定は、第２の出力ビーム３０３の測定ビーム成分および基準ビーム成分の両方により行うことができる。２００２年１０月１５日付けのＨｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌの「光ビームの方向の変化を測定するための干渉計」（ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲ ＦＯＲ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＣＨＡＮＧＥＳ ＩＮ ＯＰＴＩＣＡＬ ＢＥＡＭ ＤＩＲＥＣＴＩＯＮＳ）という名称の米国特許出願第１０／２７２，０３４号に、微分角変位干渉計のいくつかの例が記載されている。

他の実施形態の場合には、システムは、測定ビームを測定対象物に３回以上接触させる干渉計を含むことができる。
図３について説明すると、この図は、予め定めた光学軸に対するビーム７１２の伝搬の方向の平均的な方向の１つの面内で角度測定を行う角度干渉計の一実施形態の略図である。第１の実施形態は、素子番号８３０でその全体を示すビーム・シヤーリング・アセンブリと、検光子８４０と、レンズ８４６と、検出器８６０と電子プロセッサ８７０とを備える。ヘテロダイン干渉計の場合には、入力ビーム７１２は、ｆ₁だけ周波数が違う２つの直交偏光ビーム成分を含む。これら２つの直交偏光成分の偏光面は、それぞれ平行であり、図３の面に直交している。

ビーム・シヤーリング・アセンブリ８３０は、それぞれ２つの直交偏光ビーム８５０および８５２の間に横シヤーＳ_a1を導入する（図３参照）。空間的にずれた各出力ビーム８５０および８５２の一部は、それぞれ成分８５４および８５６として検光子８４０を透過する。検光子８４０は、ビーム成分８５４および８５６の両方が、図３の面に対して４５度傾いている共通の面内で偏光されるように、方向付けられている。

次に、ビーム成分８５４および８５６は、レンズ８４６に入射する。この場合、レンズ８４６は、ビーム成分８５４および８５６の焦点を検出器８６０上の点に結び、好適には、量子光子検出器（ｑｕａｎｔｕｍ ｐｈｏｔｏｎ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）により検出されて、電気干渉信号８６２またはヘテロダイン信号ｓ₁が生成される。これらの焦点は、ほぼ重なっている。ヘテロダイン信号ｓ₁は、信号ｓ₁のヘテロダイン位相を決定するために、また図３の面内のビーム７１２の伝搬の対応する平均的方向を決定するために、電子プロセッサ８７０に送られる。

ビーム・シヤーリング・アセンブリ８３０は、偏光ビーム・スプリッタ８３２および８３８と、直角プリズム８３３および８３７と、切頭ポロプリズム（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ Ｐｏｒｒｏ ｐｒｉｓｍ）８３５および８３６とを備える。図８ａの面内で偏光されたビーム７１２の成分は、偏光ビーム・スプリッタ８３２を透過し、直角プリズム８３３により反射され、切頭ポロプリズム８３６により方向を変えられ、ビーム８５０として偏光ビーム・スプリッタ８３８により反射される。図３の面に直角に偏光されたビーム７１２の成分は、偏光ビーム・スプリッタ８３２により反射され、切頭ポロプリズム８３５により方向を変えられ、直角プリズム８３７により反射され、ビーム８５２として偏光ビーム・スプリッタ８３８を透過する。

ビーム・シヤーリング・アセンブリ８３０および検光子８４０を通しての各ビーム８５４および８５６に対するガラス内の光路は、好適には同じであることが好ましいことに留意されたい。第１の実施形態のこの装置の設計のこの機能により、温度の変化に対して高安定干渉計システムが形成される。

ヘテロダイン信号ｓ₁は、下式で表すことができる。

ここで、

ω₁＝２πｆ₁、ζ₁は、位相ψ₁に関連していないオフセット位相であり、ｋ₁＝２π／λ₁、λ₁は、入力ビーム７１２の波長であり、θ₁’およびθ₂’は、直角プリズム８３３および偏光ビーム・スプリッタ８３８にそれぞれ対するビーム８５０の入射角であり（図４参照）、θ₃’およびθ₄’は、偏光ビーム・スプリッタ８３２および直角プリズム８３７にそれぞれ対するビーム８５２の入射角であり、ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃およびｄ₄は、図４に定義されている。式（１９）の場合には、本発明の範囲および技術思想から逸脱することなしに、簡単な方法で本発明の機能を説明するために、ビーム・シヤーリング・アセンブリ３０内のすべての光路は同じ屈折率を有するものと仮定してきた。ｄ₁＝ｄ₃、ｄ₂＝ｄ₄、θ₁’＋θ₂’＝π／２およびθ₃’＋θ₄’＝π／２の場合には、式（１９）は、ψ₁に対して下記のようなもっと簡単な式になる。この例は本発明を制限するものではない。

横シヤー（ｌａｔｅｒａｌ ｓｈｅａｒ）Ｓ_a1は、下式によるビーム・シヤーリング・アセンブリ８３０の特性に関連する。

ここで、φ₁およびφ₁’は、偏光ビーム・スプリッタ８３２の入り口のファセットのところでのビーム８５０の入射角および屈折角であり、φ₃およびφ₃’は、偏光ビーム・スプリッタ８３２（図４参照）の入り口ファセットのところでのビーム８５２の入射角および屈折角である。本発明を制限するものではない例の場合には、下式のようになる。

式（２１）および（２２）によるＳ_a1に対して与えられた式は、ビーム・シヤーを発生させるために使用する主要な機構を示す。しかし、入射角に依存する位相シフト（例えば、Ｇｏｏｓ−Ｈａｅｎｃｈｅｎ効果）に関連するビーム・シヤーを導入する他の機構が存在する。

振幅Ａ₁は、｜ｈ（ｐ₁）｜²のフーリエ変換のフーリエ成分への精度の高い近似に比例する。すなわち、下式のようになる。

ここで、ｈ（ｐ₁）は、レンズ８４６のところでのビーム８５４または８５６のうちの一方の振幅のフーリエ変換にレンズ８４６の瞳孔関数を掛けたものである。

図５は、θ_o,jおよびθ_i,jの定義を示す。角度θ_o,jおよびθ_i,jは、レンズ８４６の対象物および画像空間内のビームｊの原光線の共役角である。図６はｐ_jの定義を示す。

式（１９）および（２０）から、光ビームの方向の変化による位相ψ₁の分解能は、長さ２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）が増大するにつれて増大することは明らかである。しかし、２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）に対して使用できる範囲は、式（２３）が示すように、｜ｈ（ｐ₁）｜²のフーリエ変換の空間周波数帯域幅により定義される。

２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）の最適値は、一般的に、各瞳孔を透過したビームの特徴的な空間寸法の約半分に等しい。例えば、レンズ８４６のところの両方のビーム８５４および８５６に対する図３の面内の寸法ｂの長方形の瞳孔の場合を考察する。ビーム８５４および８５６の振幅は、各瞳孔間で均一である。この場合、｜ｈ（ｐ₁）｜²は、平方した正弦関数、すなわち（ｓｉｎ ｘ／ｘ）²であり、｜ｈ（ｐ₁）｜²のフーリエ変換は、三角関数Λである。三角関数Λは、２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）＝０に対して１という最大値を有し、２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）≧ｂに対して０の値を有する。それ故、２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）≧ｂに対する振幅Ａ₁＝０および光ビームの方向の変化で表した位相ψ₁の分解能は、２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）＝０に対して０である。それ故、２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）に対する最適値は、この場合、約ｂ／２である。２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）に対する実際の最適値は、例えば、信号対雑音比に対する最適動作条件を定義するのに使用する基準に依存する。ビーム７１２の成分がガウス輝度プロファイルを有する場合には、２^3/2（ｄ₁−ｄ₂）に対する最適値は、約ｗである。この場合、ｗは、ビーム７１２の輝度が、その中心のところにおいて、ビーム７１２の輝度の１／ｅに等しい値を有する半径である。

２ｗ＝５．０ｍｍ、θ₁＝４５度およびλ₁＝６３３ｎｍを含むガウス輝度プロファイルを有するビームの例の場合には、微分の形で表したｄφ₁およびｄφ₃の変化に対する位相ψ₁の感度は、下式で表される。

式（２５）から明らかなように、角度ｄφ₁およびｄφ₃の変化に対する位相ψ₁の変化の感度は、屈折率ｎに依存しないことに留意されたい。これは角干渉計の第１の実施形態の重要な特性である。より詳細に説明すると、角度ｄφ₁およびｄφ₃の変化に対する位相ψ₁の変化の感度は、ビーム・シヤーリング・アセンブリ８３０の光学素子の屈折率の温度による変化に一次的に依存しないで、ビーム・シヤーリング・アセンブリ８３０の光学素子の熱膨張率だけに依存する温度変化に対して感度を有する。ビーム・シヤーリング・アセンブリ８３０の素子の熱膨張率は、０．５ｐｐｍ／℃より小さくなるように選択することができる。類似の理由により、ψ₁のゼロ値も、ビーム・シヤーリング・アセンブリ８３０の温度の変化に対応する低い感度を示す。

第１の実施形態が収容することができる平均値［ｄφ₁＋ｄφ₃］／２の範囲を制限する２つの主要な数量は、差の大きさ［ｄφ₁−ｄφ₃］／２と検出器８６０の感度領域の大きさである。ヘテロダイン信号の振幅は、ｗｋ₁［［ｄφ₁−ｄφ₃］／２］≒１である場合には、約２の係数により低減する。式（２５）から除外してあるｄφ₁およびｄφ₃内の高次の項は、特定の最終使用用途のために必要な場合には、式（１９）から容易に決定することができる。

図８は、ビーム・シヤーリング・アセンブリ８３０の第２の実施形態の略図であるが、この第２の実施形態は、２つのプリズム８３３０および８３３２と、偏光ビーム・スプリッタ・インタフェース８３４０とを備える。入力ビーム７１２の第１の成分は、偏光ビーム・スプリッタ・インタフェース８３４０を２回透過し、プリズム８３３０および８３３２のファセットにより反射して出力ビーム８３５０を形成する。入力ビーム７１２の第２の成分は、偏光ビーム・スプリッタ・インタフェース８３４０で２回反射し、プリズム８３３０および８３３２のファセットで反射して、出力ビーム８３５２を形成する。

２つのプリズム８３３０および８３３２および偏光ビーム・スプリッタ・インタフェース８３４０は、ビーム７１２の伝搬方向およびビーム８３５０および８３５２の伝搬方向の関係に関して、ペンタプリズム（Ｐｅｎｔａ ｐｒｉｓｍ）と同じ特性を示す。プリズム８３３０および８３３２は、好適には、ビーム８３５０および８３５２間にビーム・シヤーＳ_a3を導入するために選択した大きさに関して同じ形をしていることが好ましい。屈折媒体内の光路は、ビーム８３５０および８３５２に対してほぼ同じである。ビーム８３５０および８３５２の残りの説明は、シヤーＳ_a1をシヤーＳ_a3で置き換えた第１の実施形態のビーム８５０および８５２に関する説明の対応する部分と同じである。図８の入力ビーム７１２の説明は、図８の第１の実施形態の入力ビーム７１２の説明と同じである。

その内容を引用によって本明細書の記載に援用する、２０００年１１月９日付けのＨｅｎｒｙ Ａ．ＨｉｌｌのＰＣＴ公開番号ＷＯ００／６６９６９、および上記米国特許出願第１０／２７２，０３４号に、追加の角変位干渉計の詳細が開示されている。さらに、２００２年１１月５日付けのＨｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌの「干渉計の巡回誤差の補償」（ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＩＣ ＣＹＣＬＩＣ ＥＲＲＯＲ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ）という名称の米国特許出願第１０／２８７，８９８号に記載の技術を、本発明の範囲および技術思想から逸脱することなしに、平面鏡対象物６０の線形および角変位を決定するために使用するゼロ・シヤー単光路干渉計の出力ビームの巡回誤差を補償するために上記実施形態に内蔵させることができる。

リソグラフィは、半導体装置を作成する製造方法の重要な一部である。たとえば、米国特許第５，４８３，３４３号にはそのような製造方法の工程が概述されている。これらの工程について、図９および図１０に関して以下で記述する。図９は、半導体チップ（ＩＣまたはＬＳＩなど）、液晶パネル、またはＣＣＤなど、半導体装置を製造する順序のフロー・チャートである。工程１１５１は、半導体装置の回路を設計する設計過程である。工程１１５２は、回路パターン設計に基づくマスクの製造過程である。工程１１５３は、シリコンなどの材料を使用することによってウェハを製造する過程である。

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

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

図１０は、ウェハ過程の詳細を示すフロー・チャートである。工程１１６１は、ウェハの表面を酸化させる酸化過程である。工程１１６２は、絶縁膜をウェハ表面の上に形成するＣＶＤ過程である。工程１１６３は、蒸着によってウェハの上に電極を形成する電極形成過程である。工程１１６４は、イオンをウェハに注入する注入過程である。工程１１６５は、レジスト（感光材料）をウェハに加えるレジスト過程である。工程１１６６は、露光（すなわちリソグラフィ）によって、上記で記述した露光装置により、マスクの回路パターンをウェハの上に印刷する露光過程である。再び、上記で記述したように、本明細書で記述する干渉分光システムおよび方法を使用することにより、そのようなリソグラフィ工程の精度および分解能は向上する。

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

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

例として、ビーム書込みシステム１２００の図１１に概略的に示されている。チャンバ１２０１は、ビーム書込みシステム１２００を収容する。ソース１２１０は、書込みビーム１２１２を生成する。ビーム集束部品１２１４は、放射ビームを、可動ステージ１２１８によって支持された基板１２１６に向ける。ステージの相対位置を決定するために、干渉分光システム１２２０は、基準ビーム１２２２をビーム集束部品１２１４の上に取り付けられたミラー１２２４に向け、測定ビーム１２２６をステージ１２１８の上に取り付けられたミラー１２２８に向ける。基準ビームはビーム収束部品上に搭載されたミラーと接触するので、ビーム書込みシステムは、コラム基準を用いるシステムの例である。干渉分光システム１２２０は、以前に説明した干渉分光システムのいずれかとすることが可能である。干渉分光システムによって測定された位置の変化は、基板１２１６上における書込みビーム１２１２の相対位置の変化に対応する。干渉分光システム１２２０は、基板１２１６上における書込みビーム１２１２の相対位置を表す測定信号９３２を制御装置１２３０に送信する。制御装置１２３０は、出力信号９３４を、ステージ１２１８を支持し、かつ位置決めするベース１２３６に送信する。さらに、書込みビームが、基板の選択位置のみにおいて光物理的変化または光化学的変化が生じるのに十分な強度で基板１２１６に接触するように、書込みビーム１２１２の強度を変化させるために、または書込みビーム１２１２を遮断するために、制御装置１２３０は、信号１２３８をソース１２１０に送信する。制御装置１２３０は、チャンバ１２０１内に収容するか、チャンバの外部に搭載するか、あるいはチャンバ１２０１から離れた位置に配置することができる。

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

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

本発明の各種実施態様について説明した。
しかし、本発明の技術思想および範囲から逸脱することなしに種々の変更を行うことができることを理解することができる。例えば、本発明の上記実施形態はリソグラフィ・システムを参照しているが、本発明の技術は、干渉計による測定の精度を干渉計測定および／または基準ビーム内のガスの時変光学的性質により妥協させることができる他の干渉計の用途に使用することができる。

さらに、上記干渉計システムは、２つの変位測定干渉計および２つの角変位干渉計を含むが、他の実施形態は２つを超えるかまたは２つより少ない変位測定干渉計、および２つの角変位干渉計を含むことができる。例えば、測定対象物の向きが変化しない実施形態の場合、または測定対象物の向きの変動が干渉計システムから独立して監視される実施形態の場合には、ガスの時変光学的性質の影響を１本の測定ビームを監視することにより補償することができる。

それ故、他の実施形態も特許請求の範囲内に含まれる。

干渉計システムを含むフォトリソグラフィ・システムの略図。 干渉計システムの略図。 高安定平面鏡干渉計（ＨＳＰＭＩ）の略図。 角変位干渉計の一実施形態の略図。 図４の角変位干渉計の一部を通るビームの経路を示す略図。 図３の角変位干渉計の他の部分を通るビームの経路を示す略図。 図３の角変位干渉計の他の部分を通るビームの経路を示す略図。 ビーム・シヤーリング・アセンブリの一実施形態の略図。 角変位干渉計のもう１つの実施形態の略図。 集積回路の製造ステップを説明するためのフローチャート。 集積回路の製造ステップを説明するためのフィローチャート。 干渉計システムを含むビーム書込みシステムの略図。

Claims (19)

1. 方法において、
   測定軸に沿って平面ミラー測定対象物の位置を干渉法により測定することであって、前記位置測定は、干渉計を用いて第１および第２の測定ビームを前記測定軸に対してほぼ平行な経路に沿ってガスを通過して前記測定対象物から反射するように方向付けること、前記第１および第２の測定ビームを第１および第２の基準ビームと合成して第１および第２の出力ビームを形成すること、前記第１および第２の出力ビームの干渉位相に基づいて前記干渉計と前記測定対象物との間の第１および第２の光路長をそれぞれ監視することを備える、前記平面ミラー測定対象物の位置を干渉法により測定すること、
   前記第１および第２の測定ビームの伝搬方向を測定すること、
   前記監視した第１および第２の光路長、前記測定した伝搬方向、及び前記第１および２の測定ビームの経路に対して垂直な方向のガスの速度に基づいてガスの時変光学的性質による前記監視した第１の光路長への影響を決定すること、
   前記決定された影響に基づいて、前記第１の測定ビームの前記経路内のガスの時変光学的性質に対して前記位置測定を補償することとを備える方法。
2. 前記位置測定を補償することが、下式により、補正した光路長ｘ _1,0 を決定することを含み、
   

   

   ここで、ｘ ₁ およびｘ ₂ は、それぞれ前記第１および第２の測定した光路長であり、θ ₁ およびθ ₂ は、それぞれ前記第１および第２の伝搬方向であり、ｂは、前記第１および第２の測定ビーム間の距離であり、ｕは、前記ビームに垂直な、前記ビームの面内のガスの速度の成分である、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１および第２の測定ビームの前記伝搬方向が、干渉法により測定される、請求項１に記載の方法。
4. 入力ビームから前記第１および第２の測定ビームを入手することを更に備える、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１または第２の測定ビームの前記伝搬方向の変動に基づいて、前記入力ビームの前記伝搬方向を調整することを更に備える、請求項４に記載の方法。
6. 前記測定ビームの伝搬方向が、前記測定ビームが奇数回前記測定対象物から反射した後で測定される、請求項１に記載の方法。
7. 前記測定ビームの伝搬方向が、前記測定ビームが前記測定対象物から１回反射した後で測定される、請求項６に記載の方法。
8. 前記光路長を測定することが、前記測定ビームのそれぞれからヘテロダイン信号を生成することと、前記ヘテロダイン信号のそれぞれから干渉位相を決定することを備える、請求項１に記載の方法。
9. 干渉計システムにおいて、
   ほぼ平行な第１および第２の測定経路に沿ってガスを通過して平面ミラー測定対象物から反射するように第１測定のビームおよび第２の測定ビームを方向付け、前記反射した第１および第２の測定ビームを第１および第２の基準ビームと合成して第１および第２の出力ビームをそれぞれ形成し、前記測定対象物と前記干渉計との間の前記第１および第２の経路に沿った第１および第２の光路長を、前記第１および第２の出力ビームの干渉位相に基づいてそれぞれ干渉法により測定するように構成された干渉計と、
   前記反射測定ビームの伝搬方向を測定するように構成された角変位干渉計と、
   前記干渉計および前記角変位干渉計と接続されたコントローラであって、動作中、前記監視した第１および第２の光路長、前記測定した伝搬方向、及び前記第１および２の測定ビームの経路に対して垂直な方向のガスの速度に基づいてガスの時変光学的性質による前 記監視した第１の光路長への影響を決定し、前記決定された影響に基づいて前記第１の経路内のガスの時変光学的性質に対して前記測定した第１の光路長を補償する前記コントローラとを備える、干渉計システム。
10. ウェハ上に集積回路を形成する際に使用するためのリソグラフィ方法であって、
    可動ステージ上に前記ウェハを支持すること、
    前記ウェハ上に空間的にパターン化された放射線を画像形成すること、
    前記ステージの位置を調整すること、
    請求項１に記載の方法により前記ステージの位置を監視することとを備えるリソグラフィ方法。
11. 集積回路の製造の際に使用するためのリソグラフィ方法であって、
    空間的にパターン化された放射線を形成するために、マスクを通して入力放射線を方向付けること、
    前記入力放射線に対して前記マスクを位置決めすること、
    請求項１に記載の方法により、前記入力放射線に対する前記マスクの位置を監視すること、
    ウェハ上に前記空間的にパターン化した放射線を画像形成することを備えるリソグラフィ方法。
12. ウェハ上に集積回路を形成するためのリソグラフィ方法であって、
    リソグラフィ・システムの第２の構成要素に対して、リソグラフィ・システムの第１の構成要素を位置決めして、空間的にパターン化された放射線で前記ウェハを露光すること、
    請求項１に記載の方法により、前記第２の構成要素に対する前記第１の構成要素の位置を監視することとを備えるリソグラフィ方法。
13. 集積回路を製造するための方法であって、請求項１０に記載のリソグラフィ方法を備える方法。
14. 集積回路を製造するための方法であって、請求項１１に記載のリソグラフィ方法を備える方法。
15. 集積回路を製造するための方法であって、請求項１２に記載のリソグラフィ方法を備える方法。
16. リソグラフィ・マスクを製造する際に使用するためのビーム書込み方法であって、
    前記基板に書込みビームを方向付けて基板をパターン化すること、
    前記書込みビームに対して前記基板を位置決めすること、
    請求項１に記載の干渉法による方法により前記書込みビームに対する前記基板の位置を監視することとを備える方法。
17. ウェハ上に集積回路を形成する際に使用するためのリソグラフィ・システムであって、
    前記ウェハを支持するステージと、
    前記ウェハ上に空間的にパターン化した放射線を画像形成する照明システムと、
    前記画像形成した放射線に対して前記ステージの位置を調整する位置決めシステムと、
    前記画像形成した放射線に対して、前記ウェハの位置を監視する請求項９に記載の前記干渉計システムとを備えるリソグラフィ・システム。
18. ウェハ上に集積回路を形成する際に使用するためのリソグラフィ・システムであって、
    前記ウェハを支持するステージと、
    放射線源と、マスクと、位置決めシステムと、レンズ・アセンブリと、請求項９に記載の前記干渉計システムとを含む照明システムとを備え、
    動作中、前記放射線源が、前記マスクを通して放射線を方向付け、空間的にパターン化された放射線を生成し、前記位置決めシステムが、前記放射線源からの放射線に対する前 記マスクの位置を調整し、前記レンズ・アセンブリが、前記ウェハ上に前記空間的にパターン化された放射線を画像形成し、前記干渉計システムが、前記放射線源からの前記放射線に対する前記マスクの位置を監視するリソグラフィ・システム。
19. リソグラフィ・マスクを製造する際に使用するためのビーム書込みシステムであって、
    基板をパターン化するために書込みビームを供給する放射線源と、
    前記基板を支持するステージと、
    前記基板に前記書込みビームを供給するビーム方向付けアセンブリと、
    相互に対して前記ステージおよびビーム方向付けアセンブリを位置決めする位置決めシステムと、
    前記ビーム方向付けアセンブリに対する前記ステージの位置を監視する請求項９に記載の前記干渉計システムとを備えるビーム書込みシステム。

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