JP4242779B2 - 動的ビーム方向操作要素を有する干渉計 - Google Patents

Description

本出願は、ヘンリー・エー・ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌ）による２００２年２月１２日出願の「ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲ ＷＩＴＨ ＤＹＮＡＭＩＣ ＢＥＡＭ ＳＴＥＥＲＩＮＧ ＥＬＥＭＥＮＴ ＲＥＤＩＲＥＣＴＩＮＧ ＩＮＰＵＴ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＢＥＡＭ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＡＮＤ ＯＵＴＰＵＴ ＲＥＦＥＲＥＮＣＥ ＢＥＡＭ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ」と題された米国特許仮出願第６０／３５６，３９３号明細書に対して、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ第１１９（ｅ）条に基き優先権を主張する。本仮出願の内容は参照により本明細書に援用する。

本発明は干渉計、例えば、リソグラフィ用のスキャナまたはステッパ・システムにおけるマスク・ステージまたはウェハ・ステージなどの測定対象の角度および線形の変位を測定する変位測定および分散干渉計に関する。

変位測定干渉計は、光干渉信号に基いて基準対象を基準とした測定対象の位置の変化をモニタする。干渉計は、測定対象から反射される測定ビームに基準対象から反射される基準ビームを重ね合わせ、かつ、干渉させることによって光干渉信号を発生する。

多くの実用例において、測定ビームおよび基準ビームは直交する偏光および異なる周波数を有する。異なる周波数は、例えばレーザ・ゼーマン分離により、音響光学変調により、または、複屈折要素を使用してレーザの内部に生成し得る。直交偏光は、偏光ビーム・スプリッタが、測定ビームおよび基準ビームをそれぞれ測定対象および基準対象に差し向け、反射された測定ビームおよび基準ビームを結合させて、重なり合った外出測定ビームおよび外出基準ビームを形成することを可能にする。重なり合った外出ビームは出力ビームを形成した後、偏光板を通過する。

偏光板は、外出測定ビームおよび外出基準ビームの偏光を混合して、混合ビームを形成する。混合ビーム中の外出測定ビームおよび外出基準ビームの成分は互いに干渉し、そのため、混合ビームの強度は外出測定ビームおよび外出基準ビームの相対位相によって変化する。検出器は混合ビームの時間依存強度を測定し、その強度に比例する電気干渉信号を生成する。測定ビームおよび基準ビームが異なる周波数を有するため、その電気干渉信号は、外出測定ビームと外出基準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。例えば測定対象を含むステージを移動させることによって、もし測定経路と基準経路の長さが相対的に変化しつつあれば、測定されるビート周波数は２νｎｐ／λに等しいドプラ・シフトを含み、ここで、νは測定対象と基準対象の相対速度であり、λは測定ビームおよび基準ビームの波長であり、ｎは光ビームが進行する媒体、例えば空気または真空の屈折率であり、ｐは基準対象および測定対象への経路の数である。測定対象の相対位置の変化は、測定される干渉信号の位相の変化に対応し、２πの位相変化はλ／（ｎｐ）の距離変化Ｌに実質的に等しく、ここで、Ｌは往復の距離変化、例えば測定対象を含むステージへ、および、そのステージからの距離の変化である。

残念ながら、この同等性は常に正確であるわけではない。加えて、測定される干渉信号の振幅は可変であることがある。可変振幅は測定された位相変化の精度徐々に低減することがある。多くの干渉計は「繰り返し誤差」として知られているものなどの非線形性を含む。繰り返し誤差は測定された干渉信号の位相および／または強度への寄与として表し得、光路長ｐｎＬの変化への正弦的依存性を有し得る。特に、位相における第１高調波繰り返し誤差は（２πｐｎＬ）／λへの正弦的依存性を有し、位相における第２高調波繰り返
し誤差は２（２πｐｎＬ）／λへの正弦的依存性を有する。より高次の高調波繰り返し誤差も存在し得る。

基準ビーム成分および測定ビーム成分の波面が波面誤差を有する時、干渉計の出力ビームの基準ビーム成分と測定ビーム成分との間の横方向変位（すなわち、「ビーム・シア」）の変化により引き起こされるものなどの「非繰り返し非線形性」もある。このことは以下に説明する。

干渉計光学機器における不均一性は基準ビームおよび測定ビームにおける波面誤差を引き起こすことがある。基準ビームおよび測定ビームが互いに共線形的にそのような不均一性を介して伝播する時、結果として得られる波面誤差は同一であり、干渉分析信号へのそれらの寄与は互いに消去し合う。しかし、さらに一般的には、出力ビームの基準ビーム成分および測定ビーム成分は互いに横方向に移動している。すなわち、両成分は相対ビーム・シアを有する。このようなビーム・シアは、波面誤差に、出力ビームから導出される干渉分析信号に対して誤差の原因になる。

さらに、多くの干渉分析システムにおいて、ビーム・シアは、測定対象の位置または角度上の向きが変化するにつれて変化する。例えば、相対ビーム・シアの変化は平面ミラー測定対象の角度上の向きの変化により導入され得る。したがって、測定対象の角度上の向きの変化は、干渉分析信号において対応する誤差を発生させる。

ビーム・シアおよび波面誤差の効果は、成分の偏光状況に関した出力ビームの成分を混合するため、および、電気干渉信号を発生するために混合出力ビームを検出するため、に使用される手順に依存する。混合出力ビームは、例えば検出器上への混合ビームのいかなる焦点合わせもない検出器により、検出器上に焦点合わせされたビームとして混合出力ビームを検出することにより、または、シングル・モードもしくはマルチ・モードの光ファイバに混合出力ビームを入射して光ファイバにより伝送される混合出力ビームの一部を検出することにより検出可能である。もし混合出力ビームを検出するための手順においてビーム停止板が使用されていれば、ビーム・シアおよび波面誤差の効果は、ビーム停止板の特性にも依存する。一般に、検出器に混合出力ビームを伝送するために光ファイバが使用される時、干渉分析信号の各誤差は混合される。

測定された干渉信号の振幅の変化性は、多くのメカニズムの正味の結果となり得る。１つのメカニズムは、例えば測定対象の向きの変化の結果である出力ビームの基準成分および測定成分の相対ビーム・シアである。

分散測定の実用例において、光路長測定は複数の波長、例えば５３２ｎｍおよび１，０６４ｎｍで行われ、距離測定干渉計の測定経路における気体の分散を測定するために使用される。分散の測定は、距離測定干渉計により測定された光路長を物理的な長さに変換する上で使用可能である。このような変換は重要である。なぜなら、測定された光路長の変化が、気体の擾乱により、および／または、測定対象への物理的距離が変化していなくても測定アーム内の気体の平均密度の変化により引き起こされ得るからである。

上記に説明した干渉計は、しばしば、半導体ウェハ上に集積回路を生産するためのリソグラフィにおいて使用されるスキャナ・システムおよびステッパ・システムの重要な構成部分となる。このようなリソグラフィ・システムは、ウェハを支持および固定するための移動可能なステージ、ウェハ上に放射ビームを差し向けるために使用される合焦光学機器、露光ビームを基準としてステージを移動させるためのスキャナまたはステッパ・システム、および、１つ以上の干渉計に一般に含まれる。各干渉計は、ステージに装着された平面ミラーに測定ビームを差し向け、このミラーから反射測定ビームを受光する。各干渉計
は自身の反射測定ビームに、対応する基準ビームを干渉させ、干渉計は、総体的に、放射ビームを基準としたステージの位置の変化を正確に測定する。干渉計は、ウェハのどの領域が放射ビームに露光されるのかをリソグラフィ・システムが精密に制御することを可能にする。
米国特許第５，８０１，８３２号 米国特許第６，２７１，９２３号 米国特許第６，３１３，９１８Ｂ１号 米国実用特許出願第１０／２２６，５９１号

多くのリソグラフィ・システムおよび他の実用例において、測定対象は、各干渉計から測定ビームを反射するための１つ以上の平面ミラーからなる。測定対象の角度上の向き、例えばステージのピッチおよびヨーの小さな変化は、平面ミラーから反射された各測定ビームの方向を偏光し得る。もし補償されずに放置されれば、偏光された測定ビームは各対応する干渉計における外出測定ビームおよび外出基準ビームの部分的重なりを低減する。さらに、これらの外出測定ビームおよび外出基準ビームは互いに平行には伝播せず、また、混合ビームを形成する時に両者の波面は位置合わせされない。その結果、外出測定ビームと外出基準ビームの間の干渉は混合ビームの横方向プロファイルにわたって変化し、それにより、検出器により測定された光強度に符号化された干渉情報を劣化させる。

この問題に対処するために、多くの従来の干渉計は、測定ビームを平面ミラーに再差し向けして戻し、そのため、測定ビームが干渉計と測定対象との間の経路を「二重に通過」する遡及反射器を含む。遡及反射器の存在は、外出測定の方向が測定対象の角度上の向きの変化には感受性がないことを保証する。平面ミラー干渉計に実装された時、この配置構成は、高安定性平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）と一般に呼ばれるものをもたらす。しかし、遡及反射器があっても、外出測定ビームの横方向の位置は測定対象の角度上の向きの変化には敏感なままである。さらに、干渉計内の光学機器を介した測定ビームの経路も測定対象の角度上の向きの変化に敏感なままである。

実際には、干渉分析システムは複数の測定軸に沿ったウェハ・ステージの位置を測定するために使用される。例えばウェハ・ステージがｘ−ｙ平面に置かれているデカルト座標系を定義して、測定は、ウェハ・ステージがｘ−ｙ平面に沿って移動される間に、ステージのｘおよびｙの位置ならびにｚ軸に関したステージの角度上の向きについて一般に行われる。さらに、ｘ−ｙ平面の外へのウェハ・ステージの傾きもモニタすることが望ましいこともある。例えば、そのような傾きの正確な特性決定はｘ位置およびｙ位置におけるアッベのオフセット誤差を計算するために必要であることもある。したがって、所望の実用例によっては、最大５つの測定すべき自由度がある可能性がある。さらに、いくつかの実用例において、ｚ軸に関したステージの位置をモニタすることも望ましく、第６の自由度をもたらす。

各自由度を測定するために、干渉計は、対応する度量衡軸に沿った距離変化をモニタするために使用される。例えば、ステージのｘおよびｙの位置、ならびに、ｘ、ｙ、および、ｚの各軸に関したステージの角度上の向きを測定するシステムにおいて、少なくとも３つの空間的に分離された測定ビームがウェハ・ステージの１つの側面から反射し、少なくとも２つの空間的に分離された測定ビームがウェハ・ステージの他の側面から反射する。例えば、内容を本願明細書に援用する「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅｌｙ Ｉｍａｇｉｎｇ ａ Ｍａｓｋ Ｐａｔｔｅｒｎ ｏｎ ａ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｕｓｉｎｇ Ｆｉｖｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ａｘｅｓ」と題された米国特許第５，８０１，８３２号明細書を参照されたい。各測定ビームは、対
応する度量衡軸に沿った光路長の変化をモニタするために、基準ビームと再結合される。異なる測定ビームが異なる位置でウェハ・ステージに接触するため、ウェハ・ステージの角度上の向きは光路長の測定値の適切な組み合わせから導出可能である。したがって、モニタされる各自由度について、システムはウェハ・ステージに接触する少なくとも１つの測定ビームを含む。さらに、上記に説明したように、各測定ビームは、ウェハ・ステージの角度上の向きの変化が干渉分析信号を劣化させることを防止するために、ウェハ・ステージを二重に通過してもよい。測定ビームは、物理的に分離された干渉計または複数の測定ビームを発生する多軸干渉計から発生させてもよい。

好ましい実施形態において、本発明は、入力ビームの測定ビーム成分を差し向け、入力ビームの基準ビーム成分は差し向けず、かつ、出力ビームの戻り基準ビーム成分を差し向け、出力ビームの戻り測定ビームは差し向けない動的ビーム方向操作要素を有する干渉計システムを特徴とする。電子制御回路は、測定対象（例えば、リソグラフィ用ステージのステージ・ミラー）の向きの変化に応じてビーム方向操作要素の向きを動的に調整する。電子制御回路と共に、ビーム方向操作要素は、測定ビームを下流の干渉計において垂直な入射角で測定対象に接触させる伝播方向を有するために、入力ビームの測定ビーム成分を「状態調整する」。ビーム方向操作要素は、出力ビームの戻り基準ビーム成分も再差し向けし（しかし、戻り測定ビーム成分にはしない）、そのため、出力ビームの基準ビーム成分および測定ビーム成分は検出器（または、検出器への光ファイバ・ピックアップ（ＦＯＰ））において互いに平行に伝播させ得る。

特に、基準ビームが出力ビームの一部となるまでは基準ビームはビーム方向操作要素に接触しないため、基準ビームは、ステージ・ミラーの向きに応じては干渉計においてシアを受けず、戻り経路上のビーム方向操作要素と検出器（または、ＦＯＰ）の間の（一般的に小さな）経路長に基いた検出器における小さな量のシアのみを受ける。さらに、戻り測定ビーム成分と戻り基準ビーム成分の間の相対シアは、ステージ・ミラーの角度上の向きの範囲にわたってさえ、検出器（または、ＦＯＰ）においてゼロにし得る。例えば、測定ビーム成分にとっての干渉計までの経路長を、戻り測定ビーム成分にとっての干渉計からの経路長に等しくすることにより、戻り測定ビーム成分はステージ・ミラーの向きに応じて僅かなシアを認めるか、または、シアを認めない。なぜなら、測定ビームは垂直な入射角でステージ・ミラーに接触させられるからである。検出器またはＦＯＰにおける測定ビーム成分と基準ビーム成分の間の相対シアの低減は、干渉分析測定の誤差を実質的に低減する。さらに、干渉計内での基準ビーム経路におけるシアの低減は非繰り返し誤差を実質的に低減する。

加えて、システムは単一経路干渉計を採用してもよく、それにより、単一経路設計の長所（例えば、ステージ上の小さな占有面積、より速い回転速度など）を享受する。さらに、システムは、検出器（または、ＦＯＰ）における基準ビーム成分および測定ビーム成分の相対的な横方向の向きを維持するように設計可能である。つまり、ビーム成分間に画像反転がない。さらに、システムは、複数の測定軸を、例えば状態調整された入力ビーム測定成分を複数の測定ビームに分離することにより、提供するために明瞭な方法で延長可能である。

一般に、１つの態様において、本発明は、ｉ）入力ビームを第１のビームと第２のビームに分離するために定置される第１の偏光ビームスプリッタ、ｉｉ）第２のビームではなく第１のビームを差し向けるために定置されるビーム方向操作要素であって、第１のビームはビーム方向操作要素に接触する要素、ｉｉｉ）第１および第２のビームの１つを受光し、測定対象にそのビームを差し向けるために定置される干渉計であって、この干渉計は測定戻りビームを規定するためにそのビームを反射し、かつ、干渉計は第１および第２の
ビームの他の１つを受光し、基準対象にそのビームを差し向けるためにさらに定置され、この干渉計は参照戻りビームを規定するためにそのビームを反射する干渉計、および、ｉｖ）ビーム方向操作要素に結合される電子制御回路であって、動作中に制御回路は測定対象の角度上の向きの変化に応じてビーム方向操作要素の向きを調整する回路を含む干渉分析システムを特徴とする。ビーム方向操作要素は、第１のビームから導出される戻りビームではなく第２のビームから導出される戻りビームを差し向けるためにさらに定置され、第２のビームから導出される戻りビームはビーム方向操作要素に接触する。第１の偏光ビーム・スプリッタは、出力ビームを形成するために戻りビームを再結合するために定置される。

干渉分析システムの実施形態は以下の特徴のいずれかを含んでよい。
システムは入力ビームを生成するためのソースをさらに含んでよく、入力ビームは第１および第２のビームに対応する直交偏光成分間にヘテロダイン周波数分裂を含む。

システムは出力ビームにおける干渉分析情報を測定するための検出器システムをさらに含んでよい。例えば、検出器システムは光ファイバ・ピックアップ（ＦＯＰ）および光検出器を含んでよく、ＦＯＰは出力ビームを光検出器に結合させるために定置される。

干渉計は測定対象に接触させるために第１のビームを差し向けてよく、第１のビームは測定ビームを規定し、干渉計は基準対象に接触させるために第２のビームを差し向けてよく、第２のビームは基準ビームを規定する。

システムは、測定ビームがビーム方向操作要素に接触した後に、かつ、干渉計が測定ビームおよび基準ビームを再差し向けする前に測定ビームおよび基準ビームを再結合し、干渉計の後に、かつ、戻り基準ビームがビーム方向操作要素に接触する前に戻り測定ビームおよび戻り基準ビームを分離するために定置される第２の偏光ビーム・スプリッタをさらに含んでよい。

例えば、測定ビームおよび基準ビームは第２の偏光ビーム・スプリッタから干渉計まで第１の経路に沿って進行可能であり、戻り測定ビームおよび戻り基準ビームは干渉計から第２の偏光ビーム・スプリッタまで第２の経路に沿って進行可能であり、第１と第２の経路は異なってよい。

さらに、測定ビームおよび戻り基準ビームはビーム方向操作要素の同じ側面に接触してよい。同様に、第２の経路は、曲折をもたらす光学系を含んでよい。例えば、曲折は、出力ビームの測定ビーム成分および基準ビーム成分に測定対象の角度上の向きの範囲にわたって互いに平行に伝播させるように選択可能である。

第１の経路の光路長は第２の経路の光路長と等しくてよい。
第２の経路の光路長を基準とした第１の経路の光路長は出力ビームの基準ビーム成分と測定ビーム成分の間の差分シアを最小に抑えるように選択してよい。

測定対象は平面ミラーを含んでよい。
干渉計は、１回だけ測定対象に接触させるために測定ビームを差し向ける単一通過干渉計であってよい。

干渉計は、測定ビームを測定対象に、および、基準ビームを基準対象に差し向けるために定置される偏光ビーム・スプリッタを含んでよい。干渉計は、干渉計の偏光ビーム・スプリッタと基準対象の間に定置される基準１／４波長位相差板、および、干渉計の偏光ビーム・スプリッタと測定対象の間に定置される測定１／４波長位相差板をさらに含んでよ
い。

動作中、制御回路は、測定対象の角度上の向きの範囲にわたって垂直な入射角で測定対象に接触させるために、ビーム方向操作要素に測定ビームを差し向けさせ得る。
動作中、制御回路は、測定戻りビームおよび参照戻りビームに対応する出力ビーム中の成分間の伝播方向の差に対応する誤差信号に基きビーム方向操作要素の向きを調整可能である。例えば、制御回路は誤差信号を最小に抑えるためにビーム方向操作要素の向きを調整可能である。電子制御回路は誤差信号を発生するように配置構成される差分角度変位干渉計を含んでよい。

一般に、他の態様において、本発明は、ｉ）入力ビームを第１のビームと第２のビームに分離する工程であって、第１および第２のビームは直交に偏光される工程と、ｉｉ）第２のビームではなく第１のビームを差し向けるためにビーム方向操作要素を使用する工程であって、第１のビームはビーム方向操作要素に接触する工程と、ｉｉｉ）第１および第２のビームの１つを測定対象に差し向ける工程であって、測定対象は、測定戻りビームを規定するためにこのビームを反射する工程と、ｉｖ）第１および第２のビームの他の１つを基準対象に差し向ける工程であって、基準対象は、参照戻りビームを規定するためにそのビームを反射する工程と、ｖ）第１のビームから導出される戻りビームではなく、第２のビームから導出される戻りビームを差し向けるためにビーム方向操作要素を使用する工程であって、第２のビームから導出される戻りビームはビーム方向操作要素に接触する工程と、ｖｉ）出力ビームを形成するために戻りビームを結合する工程と、ｖｉｉ）測定対象の角度上の向きの変化に応じてビーム方向操作要素の向きを調整するために電子制御回路を使用する工程と、からなる干渉分析法を特徴とする。

干渉分析法の実施形態は、干渉分析システムについて上記に説明した特徴のいずれかに対応する方法のいずれかの特徴を含んでよい。
他の態様において、本発明はウェハ上での集積回路の作成での使用のためのリソグラフィ・システムを特徴とする。リソグラフィ・システムは、ウェハを支持するためのステージと、ウェハ上で空間的にパターニングされた放射光を結像するための発光システムと、結像された放射光を基準としてステージの位置を調整するための位置決めシステムと、結像された放射光を基準としてウェハの位置をモニタするための上記に説明した干渉分析装置のいずれか、とからなる。

他の態様において、本発明はウェハ上での集積回路の作成での使用のための他のリソグラフィ・システムを特徴とする。このリソグラフィ・システムは、ウェハを支持するためのステージと、放射光源、マスク、位置決めシステム、レンズアセンブリ、および、上記に説明した干渉分析装置のいずれかを含む発光システムとを含む。動作中、光源は、空間的にパターニング放射光を生成するために放射光をマスクを介して差し向け、位置決めシステムは光源からの放射光を基準としてマスクの位置を調整し、レンズアセンブリは空間的にパターニングされた放射光をウェハ上に結像し、干渉分析システムは光源からの放射光を基準としてマスクの位置をモニタする。

他の態様において、本発明はリソグラフィ用マスクの作成での使用のためのビーム書き込みシステムを特徴とする。ビーム書き込みシステムは、基板をパターニングするための書き込みビームを供給する光源と、基板を支持するステージと、書き込みビームを基盤に送るためのビーム差し向けアセンブリと、ステージとビーム差し向けアセンブリを互いを基準として位置決めするための位置決めシステムと、ビーム差し向けアセンブリを基準としてステージの位置をモニタするための上記に説明した干渉分析装置と、からなる。

他の態様において、本発明はウェハ上での集積回路の作成での使用のためのリソグラフ
ィ法を特徴とする。リソグラフィ法は、可動ステージ上のウェハを支持する工程と、ウェハ上に空間的にパターニングされた放射光を結像する工程と、ステージの位置を調整する工程と、上記に説明した干渉分析法のいずれかを使用してステージの位置をモニタする工程と、からなる。

他の態様において、本発明は集積回路の作成での使用のための他のリソグラフィ法を特徴とする。このリソグラフィ法は、空間的にパターニングされた放射光を生成するためにマスクを介して入力放射光を差し向ける工程と、入力放射光を基準としてマスクを位置決めする工程と、上記に説明した干渉分析法のいずれかを使用して入力放射光を基準としてマスクの位置をモニタする工程と、空間的にパターニングされた放射光をウェハ上に結像する工程と、からなる。

他の態様において、本発明は、空間的にパターニングされた放射光にウェハを露光させるためのリソグラフィ・システムの第２の構成部分を基準としてリソグラフィ・システムの第１の構成部分を位置決めする工程と、上記に説明した干渉分析法のいずれかを使用して第２の構成部分を基準として第１の構成部分の位置をモニタする工程と、からなるウェハ上に集積回路を作成するための第３のリソグラフィ法を特徴とする。

他の態様において、本発明は集積回路を作成するための方法を特徴とし、この方法は上記に説明したリソグラフィ法のいずれかを含む。
他の態様において、本発明は集積回路を作成するための方法を特徴とし、この方法は上記に説明したリソグラフィ・システムのいずれかを使用する工程を含む。

他の態様において、本発明はリソグラフィ用マスクを作成するための方法を特徴とし、この方法は、基板をパターン形成するために基板に書き込みビームを差し向ける工程と、書き込みビームを基準として基板を位置決めする工程と、上記に説明した干渉分析法のいずれかを使用して書き込みビームを基準として基板の位置をモニタする工程と、からなる。

他に定義されない限り、本明細書において使用される全ての技術的および科学的な用語は、本発明が所属する分野の当業者により一般に理解されているものと同じ意味を有する。出版物、特許出願、特許、および、本願明細書に援用する他の参照と反する場合は、定義を含めて、本明細書が支配する。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に述べる。本発明の他の特徴、目的、および、長所は説明および図面、ならびに、特許請求の範囲から明らかとなる。

様々な図面における同じ参照記号は同じ要素を示す。

図１に、入力ビーム１２０の測定ビーム成分１２２を状態調整するための動的ビーム方向操作要素１１０（例えば、電子的に制御された向きを有するミラー）を含む干渉分析システム１００を示す。図１はデカルト座標軸１０２により示されるｘ軸に沿って見下ろした干渉分析システム１００の平面図である。以下にさらに説明するように、電子制御回路が、下流の干渉計１５０に対して、平面ミラー測定対象１５４（例えば、リソグラフィ・システム用のステージ・ミラー）の向きの変化に応じてビーム方向操作要素１１０の向きを調整する。電子制御回路は、干渉計１５０の測定ビーム１５２（測定ビーム１５２は入力ビーム測定成分１２２から導出される）に平面ミラー１５４の角度の向きの範囲にわたって垂直な入射角で平面ミラー１５４に接触させるために、ビーム方向操作要素１１０に
測定ビーム成分１２２を再差し向けさせる。

図１を再び参照すると、入力ビーム１２０はヘテロダイン干渉分析に適する周波数分裂を有する直交に偏光された成分を含む。第１の偏光ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）１３０は入力ビーム１２０を入力測定ビーム成分１２２と入力基準ビーム成分１２４に分離する。続いて、ビーム方向操作要素１１０は測定ビーム成分１２２を第２の偏光ビーム・スプリッタ１３２に向けて再差し向けし、第２の偏光ビーム・スプリッタ１３２は、基準ビーム成分がミラー１２６により第２のＰＢＳに差し向けられた後に、中間入力ビーム１２８を形成するために測定ビーム成分１２２を基準ビーム成分１２４と再結合する。上記に説明したように、ビーム方向操作要素１１０は、測定ビーム１５２に平面ミラーの角度上の向きの範囲に対して垂直な入射角で平面ミラー１５４に接触させる伝播方向を有するために、中間入力ビーム１２８の測定ビーム成分を電子制御回路の制御のもとで「状態調整する」。

ＰＢＳ１３２に続いて、中間入力ビーム１２８は菱形１４０に接触し、菱形１４０はビーム１２８を他のｙ−ｚ平面に下げる。ｘ−ｙ平面内の菱形１４０の側面図を図２ａに示す。続いて、直角プリズム１４２はビーム１２８を単一通過平面ミラー干渉計１５０に差し向ける。干渉計は第３のＰＢＳ１６０、１／４波長板１６２、１６４、および、平面参照ミラー１６６を含む。

ＰＢＳ１６０はビーム１２８を（入力測定ビーム成分１２２から導出される）測定ビーム１５２と（入力基準ビーム成分１２４から導出される）基準ビーム１５６に分離し、平面測定ミラー１５６に接触させるために測定ビーム１５２を差し向け、平面参照ミラー１６６に接触させるために基準ビーム１５６を差し向ける。ミラー１５４および１６６からのそれぞれの反射に続いて、ＰＢＳ１６０は戻りビーム１７０を形成するために基準ビームと測定ビームを再結合する。基準ビームおよび測定ビームがそれぞれ１／４波長板１６４および１６２を二重に通過するため、戻りビーム１７０は中間入力ビーム１２８とは異なる経路に沿って伝播する。

続いて、戻りビーム１７０は光学アセンブリ１８０に遭遇し、光学アセンブリ１８０は戻り経路に曲折を導入し、ビームを本来のｙ−ｚ平面に上昇させ、ビームを第２のＰＢＳ１３２に差し向け戻す。ｘ−ｙ平面内の光学アセンブリ１８０の側面図を図２ｂに示す。光学アセンブリ１８０は光学的平坦部１８２、Ｐｏｒｒｏプリズム１８４と、直角プリズム１８６と、からなる。

ＰＢＳ１３２は戻りビーム１７０を偏光成分に分離し、それにより、（基準ビーム１５６から導出される）戻り基準ビーム１７４をビーム方向操作要素１１０に、および、（測定ビーム１５２から導出される）戻り測定ビーム１７２をミラー１２６に差し向ける。したがって、ＰＢＳ１３２とＰＢＳ１３０の間で、戻り測定ビーム成分は入力基準ビーム成分に対応する戻り経路に沿って進行し、戻り基準ビーム成分は入力測定ビーム成分に対応する経路に沿って進行する。ビーム方向操作要素１１０およびミラー１２６からのそれぞれの反射に続いて、ＰＢＳ１１０は出力ビーム１９０を形成するために戻り基準ビーム成分および戻り測定ビーム成分を再結合する。

続いて、検出器システム１９２は出力ビーム１９０中の戻り基準ビーム成分と戻り測定ビーム成分の間の干渉から導出される干渉分析信号を測定する。これを行うために、検出器システムは、出力ビーム１９０中の戻り基準ビーム成分および戻り測定ビーム成分の直交偏光を混合するための偏光板位置を一般に含む。検出器システム１９２は、出力ビームを距離光検出器に結合するための（図示しない）光ファイバ・ピックアップ（ＦＯＰ）をさらに含んでよい。測定ミラー１５４の向きの変化が戻りビーム１７０の戻り測定成分お
よび戻り参照成分に互いに角度を持って伝播させてよいが、出力ビーム１９０の戻り測定成分および戻り参照成分は、戻り基準ビーム１７４がビーム方向操作要素１１０に接触した後に互いに平行にされる。

干渉計１５０は出力ビーム１９０の測定ビーム成分と基準ビーム成分の間に移相φ_１を導入する。移相φ_１の規模は以下の式による測定経路と参照経路の往復の物理的長さ２Ｌ_１の差に関連する。

φ_１＝２ｋ_１Ｌ_１ｎ_１ （１）
ここで、ｎ_１は測定経路内の気体の屈折率の平均値である。検出器システム１９２は電気干渉信号またはヘテロダイン位相φ_１を含むヘテロダイン信号２４８を発生する。ヘテロダイン信号２４８は分析器２５４に伝送される。分析器２５４は、位相メータおよび入力ビーム１２０のソースからの参照位相を使用してヘテロダイン位相φ_１を取得する位相メータを含む。分析器２５４は、式（１）を使用してミラー１５４の変位の変化を計算するプロセッサをさらに含む。

図１を参照すると、出力ビームが戻り経路上のビーム方向操作要素１１０に接触する時に、出力ビームを形成するためにＰＢＳ１３０が戻り基準ビームと戻り測定ビームを再結合する直前まで、基準ビーム成分（すなわち、中間入力ビーム１２８の基準ビーム成分、基準ビーム１５４、および、戻り基準ビーム成分１７４）がステージ・ミラー１５４の向きに応じたいかなるシアも経験しないことが注目される。したがって、ステージ・ミラーの角度上の向きに応じて、例えばＰＢＳ１３２、菱形１４０、干渉計１５０、および、光学系１８０におけるガラスの異なる領域を介して進行する基準ビーム成分に関連した誤差はない。さらに、ステージ・ミラー１５４の向きに応じた検出器１９２における出力ビーム１９０の基準ビーム成分のシア（すなわち、横方向変位）は比較的小さい（例えば、約５０ミクロン未満）。なぜなら、ビーム方向操作要素１１０と戻り経路上の検出器１９２の間の経路長を小さくし得るからである。

さらに重要なことに、出力ビーム１９０の基準ビーム成分と測定ビーム成分の間の差分シアは非常に小さくし得る（例えば、約１ミクロン未満）。例えば、図１の実施形態において、ＰＢＳ１３２から測定ミラー１５４までの測定ビーム成分に対する経路長は、測定ミラー１５４からＰＢＳ１３２へ戻る測定ビーム成分に対する経路長に等しい。その結果、かつ、測定ビーム１５２がステージ・ミラーの向きの範囲にわたって垂直な入射角で測定ミラー１５４に接触するため、ＰＢＳ１３２における測定ビーム成分の位置とＰＢＳ１３２における戻り測定ビーム成分の位置の間にシアはない。つまり、入力測定ビーム成分１２２および戻り測定ビーム１７２はステージ・ミラーの向きの範囲にわたってＰＢＳ１３２の同じ点に接触する。ミラー１２６からＰＢＳ１３０および検出器１９２への戻り測定ビーム１７２のその後の伝播は、ビーム方向操作要素１１０により戻り基準ビーム１７４に分け与えられたシアを整合する。

さらに、システム１００は、検出器１９２において出力ビーム１９０の測定ビーム成分と基準ビーム成分の横方向プロファイルを互いに基準として反転せず、そのため、誤差の他の発生源を最小にする。

光学系１８０の目的が戻りビーム（特に、戻りビームの測定成分）の経路に曲折を設けることであることに注目される。曲折のため、および、入力測定ビーム成分および戻り基準ビームがビーム方向操作要素１１０の同じ側面に接触するという事実のために、ビーム方向操作要素は、出力ビーム１９０の基準ビーム成分および測定ビーム成分に互いに平行に伝播させる。曲折がなければ、ビーム方向操作要素は、出力ビームの基準ビーム成分および測定ビーム成分に、測定ミラー１５４の角度上の向きに応じた中央光軸からの等しいが逆側の角度により発散させる。さらに、出力ビームの基準ビーム成分および測定ビーム成分の各々が同じ回数だけ（すなわち、図１の実施形態の場合では１回）ビーム方向操作要素１１０に接触するそれぞれのビームから導出されるために、ビーム方向操作要素の向きの変化は測定成分と参照成分の間には経路長の差を（向きの変化において少なくとも低い次数に対しては）導入しない。

上記に説明したように、光学系１８０は、ｘ軸に関して戻りビーム１７０の高さを調整
することにより曲折を導入する。したがって、菱形１４０は中間入力ビーム１２８の経路に相補的な高さ調整を提供する。さらに、菱形１４０および直角プリズムにおけるガラス経路長は光学系１８０におけるガラス経路長（したがって、ガラス平坦部１８２の存在）に等しく選択される。等しいガラス経路の結果として、測定ビーム成分にとっての干渉計１５０への、および、戻り測定ビーム成分にとっての干渉計１５０からの光路長は、（ガラスの屈折率を変化させる）温度変化により引き起こされる光路長の全体的な変化にもかかわらず、一定に留まる。参照成分および測定成分にとってのガラスにおける等しい光路長は、ＰＢＳ１３０および１３２に関しても見出される。したがって、干渉分析システム１００は温度の変動に比較的感受性がない。

他の実施形態において、異なる光学要素は菱形１４０、直角プリズム１４２、および、光学系１８０を置き換え得る。しかし、重要なことは、（例えば、戻りビームの経路中に曲折を導入することにより）出力ビームの基準ビーム成分および測定ビーム成分に、角度上の向きの範囲にわたって互いに平行に伝播させるために、十分な要素が導入されることである。さらに、測定ビーム成分のシアを最小に抑えるために、干渉計への測定ビーム成分の光路が干渉計からの戻り測定ビーム成分の光路に等しいことが好ましい。さらに、その最小に抑えられたシアの温度不感受性を提供するために、ガラス中の干渉計への測定ビーム成分の経路が干渉計からの戻り測定ビーム成分の経路に等しいことが好ましい。加えて、光干渉測定に対して温度不感受性を提供するために、（システム１００における場合のように）ガラス中の測定ビーム成分および戻り測定ビーム成分の経路が、基準ビーム成分および戻り基準ビーム成分の経路に等しいことも好ましい。

さらなる実施形態において、干渉分析システムは、中間入力ビームを複数のビームに分離することにより複数の測定軸を提供するように構成可能であり、そのビームの各々は、干渉計、または、多軸干渉計の異なる軸を分離するための入力ビームを提供する。

上記に説明したように、電子制御回路は、干渉計１５０における測定ビーム１５２に（測定ビーム１５２は入力ビーム測定成分１２２から導出される）、平面ミラー１５４の角度上の向きの範囲にわたって垂直な入射角で平面ミラー１５４に接触させるために、ビーム方向操作要素１１０の向きを調整する。条件が満たされた時、かつ、戻り基準ビーム１７４もビーム方向操作要素１１０に接触するため、出力ビーム１９０の測定ビーム成分および基準ビーム成分は互いに平行に伝播し、その後に共線形的になる。一方、もし測定ビーム１５２が平面ミラー１５４の角度上の向きの範囲のいずれに対しても垂直な入射角で平面ミラー１５４に接触させられないなら、出力ビーム１９０の測定ビーム成分と基準ビーム成分の間には伝播角度に差ができる。

したがって、ビーム方向操作要素１１０にサーボ制御信号を供給するために、出力ビーム１９０の一部は第２の出力ビーム２３４として非偏光ビーム・スプリッタ１９１により反射される。続いて、出力ビーム２３４は差分角度変位干渉計２５０上に入射する。差分角度変位干渉計は、第２の出力ビームの測定ビーム成分および基準ビーム成分の伝播の方向α_１の差に関連する出力ビーム２３４の測定ビーム成分と基準ビーム成分の間の相対移相φ_２を導入する。差分変位干渉計２５０からの出力は、ヘテロダイン位相（φ_１＋φ_２）を含むヘテロダイン電気信号２５３である。差分角度変位干渉計の詳細はさらに以下に
詳細に説明する。

分析器２５４はヘテロダイン信号２５３から位相（φ_１＋φ_２）を抽出し、測定された位相（φ_１＋φ_２）および（ヘテロダイン信号２４８から導出される）φ_１の差からφ_２を計算する。次に、分析器２５４は計算された位相φ_２から角度α_１の差を計算する。測定された角度差α_１は、サーボ制御信号２８２を発生するために信号２６２としてサーボ制御器２８０に伝送される。サーボ制御信号２８２は、ビーム方向操作要素１１０の向きを制御するトランスデューサ２７０Ａおよび２７０Ｂに伝送される。したがって、ビーム方向操作要素１１０のサーボ制御の効果は、対象ミラー１５４の向きが変化し、それに従って測定ビーム１５２の方向が変化する間、
α_１＝０ （２）
を維持するために要素１１０の向きをサーボすることである。条件α_１＝０が満たされた時、測定ビーム１５２の伝播の方向は対象ミラー１５４の反射表面に垂直である。さらに、分析器は、ビーム方向操作要素１１０に送られたサーボ制御信号、および、測定ビーム１５２を測定対象１５４に垂直にするために必要なビーム方向操作要素の対応する向きに基き、測定対象の角度上の向きの変化を計算可能である。

さらなる実施形態において、ビーム方向操作要素１１０に対する電子制御回路における誤差信号は、差分角度変位干渉計以外のデバイスから導出可能である。例えば、求積検出器またはＣＣＤカメラは出力ビームの測定ビーム成分および基準ビーム成分の伝播方向の差を測定し、サーボ制御ループに対する誤差信号を発生するために使用可能である。さらに、追加の実施形態において、電子制御回路および動的ビーム方向操作要素は、全てを本願明細書に援用するヘンリー・エー・ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌ）に対し２００１年８月７日に発行された米国特許第６，２７１，９２３号明細書、ヘンリー・エー・ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌ）によるＰＣＴ／米国００／１２０９７に対応するＰＣＴ公開出願ＷＯ００／６６９６９、ヘンリー・エー・ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌ）他による米国特許第６，３１３，９１８Ｂ１号明細書、および、２００２年８月２３日に出願された「ＤＹＮＡＭＩＣ ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＩＮＰＵＴ ＢＥＡＭ」と題されたヘンリー・エー・ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌ）による米国実用特許出願第１０／２２６，５９１号明細書のいずれかに説明される対応する特徴のいずれかを含み得る。

差分角度変位干渉計２５０としての使用に適する差分角度変位干渉計の詳細を説明する。
差分角度変位干渉計１０は図３ａに概略を示す。入力ビーム１２はｆ_１の周波数の差を有する直交に偏光された２つの成分からなる。入力ビーム１２は、例えば図１の出力ビーム２３４に対応する。直交に偏光された２つの成分の偏光の平面は図３ａの平面に対して４５°の角度にある。入力ビーム１２の２つの成分の伝播の方向は同じまたは他方と異なる方向であってよい。入力ビーム１２は要素番号３０により一般に示す隙間ｄを備えたエタロンに当たる。エタロン３０の内部面における入力ビーム１２の第１および第２の成分の入射角はそれぞれθ_ｏ、１およびθ_ｏ、２である。角度θ_ｏ、１およびθ_ｏ、２は、エタロン３０による入力ビーム１２の第１および第２の成分の伝送がそれぞれｊ＝１，２に対してθ_ｏ、ｊ＝０において可能な伝送における最大値を除き実質的に最大値になるように選択される。第１の実施形態の場合、差の角度（θ_ｏ、２−θ_ｏ、１）は対応する伝送ピークの角度幅より非常に大きい。

入力１２の第１および第２の成分は出力ビーム２２の第１および第２の直交に偏光されたビーム成分として伝送される。出力ビーム２２は混合ビーム２６を形成するために偏光板３６によって伝送される。混合ビーム２６は検出器５８上の画像点にレンズ４６により合焦される。画像点を形成するビームは、（例えば図１のヘテロダイン信号２５３に対応
する）電気干渉信号２８として検出器５８により、好ましくは光電検出により検出される。

信号２８はｆ_１に等しいヘテロダイン周波数、入力ビーム１２の第１および第２の成分の周波数の差、および、ヘテロダイン位相φ_１、２を有するヘテロダイン信号である。ヘテロダイン位相φ_１、２は、例えば第１の実施形態における位相φ_２に、および、第２の実施形態における位相φ_２０に対応する。信号２８は、例えば分析器２５４（図１を参照）または他の適する電子プロセッサにより処理される。

レンズ４６における非アポダイズ方形開口部の非限定的実施例の場合、ヘテロダイン信号２８に責任を負うビーム２６の成分に対する図３ａの平面内の画像点における強度プロファイルＩ_ｈ、１は以下のように良好な近似に記載される。

δ’_１、２＝（δ’_２＋δ’_１）／２、ｐ_１、２＝（ｐ_２＋ｐ_１）／２、ｂは図３ａの平面内のレンズ４６における方形開口部の幅であり、Ｃ_ｈ、１は比例定数であり、Ｒ_１はエタロン３０の内部表面の強度反射率であり、ω_１＝２πｆ_１、および、ｋおよびｎはそれぞれ入力ビーム成分の波数およびエタロン３０の隙間内の媒体の屈折率である。角度θ_ｏ、１およびθ_ｏ、２は図３ｂに従って定義される。

ヘテロダイン信号２８は画像点にわたるＩ_ｈ、１の積分に比例する。伝送ピークにおいて、すなわち、ｑ_ｊが整数であるδ’_ｊ≒２ｑ_ｊπは一般に１より非常に大きく、かつ、φｊ≒２ｑ’ｊπであり、ここでｑ’_ｊは整数であり、θ_ｏ、１およびθ_ｏ、２の変化に対するヘテロダイン位相φ_１、２の感受性は以下のように記述可能である。

本発明の範囲または精神から逸脱せずに本発明の全体的な特性の表示における複雑さを低減するために、式（７）におけるより高い次数の項は省略された。

ヘテロダイン位相φ_１、２＝φ_２−φ_１は、ヒルベルト変換などを使用するなどの時間に基く位相分析手順の使用を介して得てもよい。
ｄ＝４ｍｍのエタロン間隔の場合、Ｒ_１＝０．９９、λ＝６３３ｎｍ、ｎ＝１．０００、かつ、［（θ_０、２＋θ_０、１）／２］＝０．０１２９ｒａｄであり、θ_０、１およびθ_０、２の変化に対する位相φ_１、２の感受性は以下のように表される。

または、位相φ_１、２の測定された変化から（ｄθ_０、２−ｄθ_０、１）に対して推定される値の感受性に関して表せば、以下のようになる。

第１の実施形態に対して、第１と第２のビーム成分の間の測定された位相差が第１および第２のビーム成分の双方に共通の周波数シフトの影響に対し第１次では敏感でない光学差分技術に、角度（ｄθ_０、２−ｄθ_０、１）の差の測定が基くことは明らかである。

入力ビーム成分の伝播の方向の相対的変化の測定における改良された正確さは第１と第２のビーム成分の間での低周波数分裂で動作することにより取得可能である。特定の最終用途実用例において低周波数分裂を使用するという選択肢は、入力ビーム１２の成分の伝播の相対的方向の変化を測定およびモニタするために使用されるヘテロダイン信号２８の位相における第１次入力ビーム周波数シフト効果の不在の直接的な結果である。

入力ビームの伝播の方向の変化を測定およびモニタするために使用される電気干渉信号の位相は、説明されるヘテロダイン技術または周波数ｆ_１≒０の時のホモダイン技術のいずれかを使用して決定可能である。

差分角度変位干渉計１０は式（８）におけるｄφ_１，２の係数の正確な知識なしにゼロ検出器として使用可能である。式（８）におけるｄφ_１，２の係数を較正すれば、この係数は、対応する伝送ピークの幅より小さい入力ビーム１２の第１および第２の成分の伝播の方向の相対的変化を測定するために使用可能である。

上記に説明した干渉分析システムは高度に正確な測定値を提供する。このシステムはコンピュータ用チップなどの大規模集積回路の作成に使用されるリソグラフィの実用例において特に有用となり得る。リソグラフィは、半導体製造業界にとって、キー・テクノロジの駆動体である。重ね合わせの改善は１００ｎｍの線幅（設計ルール）への、かつ、それ
以下の線幅への５つの困難な挑戦の１つであり、例えば、「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｎｔｏｒ
Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｒｏａｄｍａｐ」（１９９７）の８２頁を参照されたい。

重ね合わせは、ウェハおよびレチクル（または、マスク）のステージを定置するために使用される距離測定干渉計の性能、すなわち、正確さおよび精密さに直接依存する。１台のリソグラフィ機器は５千万〜１億ドル／年の製品を生産可能であるため、性能が改良された距離測定干渉計からの経済的価値は多大である。リソグラフィ機器の生産高の各１％の増加は、集積回路製造業者に約百万ドル／年の経済的利益を、かつ、リソグラフィ機器の販売業者に競争上の多大な有利をもたらす。

リソグラフィ機器の機能はフォトレジストがコーティングされたウェハ上に空間的にパターン形成された放射光を差し向けることである。工程は、ウェハのどの位置が放射光を受光すべきかを決定する工程（位置合わせ）と、その位置においてフォトレジストに放射光を印加する工程（露光）と、からなる。

ウェハを適切に定置するために、ウェハは、専用のセンサにより測定可能であるウェハ上の位置合わせマークを含む。位置合わせマークの特定された位置は機器内でのウェハの位置を規定する。この情報は、ウェハ表面の所望のパターン形成の仕様と共に、空間的にパターン形成された放射光を基準としてウェハの位置合わせを案内する。このような情報に基き、フォトレジストがコーティングされたウェハを支持する移動可能なステージは、放射光がウェハの正しい位置を露光するように、ウェハを移動する。

露光中に、放射光源はパターン形成されたレチクルを照らし、レチクルは、空間的にパターン形成された放射光を生成するために放射光を散乱させる。レチクルはマスクとも呼ばれ、これらの用語は、以下、交換可能に使用される。縮小リソグラフィの場合において、縮小レンズは散乱された放射光を収集し、レチクルのパターンの縮小画像を結像する。代案として、近接印刷の場合において、散乱された放射光は、レチクルのパターンの１：１画像を結像するためにウェハに接触する前に、（一般にミクロンの桁の）短い距離を伝播する。放射光は、放射光のパターンをレジスト内の潜像に変換するレジストにおける光化学工程を開始する。

干渉分析システムは、ウェハおよびレチクルの位置を制御し、ウェハ上にレチクルの画像を登録する位置決め機構の重要な構成部分である。もしこのような干渉分析システムが上記に説明した特徴を含んでいれば、距離測定への誤差の寄与が最小に抑えられるに従い、システムにより測定される距離の正確さは上昇する。

一般に、露光システムとも呼ばれるリソグラフィ・システムは、発光システムおよびウェハ位置決めシステムを一般に含む。発光システムは、紫外線、可視光、Ｘ線、電子線、または、イオン放射線などの放射光を供給するための放射光源、および、放射光にパターンを与えるためのレチクルまたはマスクを含み、これらにより、空間的にパターン形成された放射光を生成する。加えて、縮小リソグラフィの場合、発光システムはウェハ上に空間的にパターン形成された放射光を結像するためのレンズアセンブリを含み得る。結像した放射光はウェハ上にコーティングされたレジストを露光する。発光システムは、マスクを支持するためのマスク・ステージ、および、マスクを介して差し向けられた放射光を基準としてマスク・ステージの位置を調整するための位置決めシステムも含む。ウェハ位置決めシステムはウェハを支持するためのウェハ・ステージ、および、結像した放射光を基準としてウェハ・ステージの位置を調整するための位置決めシステムを含む。集積回路の作成は複数の露光工程を含み得る。リソグラフィに関する一般的な参照のために、例えば、内容を本願明細書に援用する「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（マーセル・デッカー・インコーポレイテッド社（Ｍａ
ｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．）、ニューヨーク、１９９８）におけるジェイ・アール・シーツ（Ｊ．Ｒ．Ｓｈｅａｔｓ）およびビー・ダヴリュ・スミス（Ｂ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈ）を参照されたい。

上記に説明した干渉分析システムは、レンズアセンブリ、放射光源、または、支持構造体などの露光システムの他の構成部分を基準としてウェハ・ステージおよびマスク・ステージの各々の位置を精密に測定するために使用可能である。そのような場合、干渉分析システムは据付けの構造体に装着可能であり、測定対象はマスク・ステージおよびウェハ・ステージのうちの１つなどの可動要素に装着可能である。代案として、干渉分析システムが可動な対象に装着され、測定対象が固定された対象に装着されても、状況は保全可能である。

より全体的に、このような干渉分析システムは、干渉分析システムが構成部分の１つに装着されるか、または、それにより支持され、測定対象が他の構成部分に装着されるか、または、それにより支持される露光システムの他のいずれかの構成部分を基準として、露光システムのいずれかの１つの構成部分の位置を測定するために使用可能である。

干渉分析システム１１２６を使用するリソグラフィ・スキャナ１１００の実施例を図４ａに示す。干渉分析システムは露光システム内の（図示しない）ウェハの位置を精密に測定するために使用される。ここで、ステージ１１２２は露光ステーションを基準としてウェハを定置および支持するために使用される。スキャナ１１００は、他の支持構造体およびこれらの構造体上に積載される様々な構成部分を積載するフレーム１１０２を含む。露光基部１１０４はその頂部上にレンズ筐体１１０６を搭載し、レンズ筐体１１０６の頂部にはレチクルまたはマスクを支持するために使用されるレチクルまたはマスク・ステージ１１１６が搭載される。露光ステーションを基準としてマスクを位置決めするための位置決めシステムは、要素１１１７により概略を示す。位置決めシステム１１１７は、例えば圧電トランスデューサ要素および対応する制御電子回路を含み得る。この説明する実施形態に含まれてはいないが、上記に説明した干渉分析システムの１つ以上は、マスク・ステージの位置、ならびに、位置がリソグラフィによる構造体を作成するための工程中で正確にモニタされなければならない他の可動要素の位置を精密に測定するためにも使用可能である（前出のシーツ（Ｓｈｅａｔｓ）およびスミス（Ｓｍｉｔｈ）「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」を参照されたい）。

露光基部１１０４の下方に懸垂されるのはウェハ・ステージ１１２２を積載する支持基部１１１３である。ステージ１１２２は干渉分析システム１１２６によりステージに差し向けられる測定ビーム１１５４を反射するための平面ミラー１１２８を含む。干渉分析システム１１２６を基準としてステージ１１２２を位置決めするための位置決めシステムは要素１１１９により概略を示す。位置決めシステム１１１９は、例えば圧電トランスデューサ要素および対応する制御電子回路を含み得る。測定ビームは、露光基部１１０４上に搭載される干渉分析システムに反射し戻される。干渉分析システムは既に説明した実施形態のいずれかとし得る。

動作中、放射光ビーム１１１０、例えば（図示しない）紫外線（ＵＶ）レーザからのＵＶビームは、ビーム整形光学アセンブリ１１１２を通過し、ミラー１１１４から反射した後、下方に進行する。その後、放射光ビームはマスク・ステージ１１１６により積載される（図示しない）マスクを通過する。（図示しない）マスクは、レンズ筐体１１０６内に積載されるレンズアセンブリ１１０８を介してウェハ・ステージ１１２２上で（図示しない）ウェハ上に結像される。基部１１０４およびこれに支持される様々な構成部分はバネ１１２０により示される緩衝システムにより環境による振動から遮蔽される。

リソグラフィ用スキャナの他の実施形態において、既に説明した干渉分析システムの１つ以上は、例えばウェハおよびレチクル（または、マスク）ステージに限定されないが、これらに関連した複数の軸に沿った距離および角度を測定するために使用可能である。同じく、ウェハを露光するために、ＵＶレーザ・ビームよりむしろ、例えばＸ線ビーム、電子ビーム、イオン・ビーム、および、可視光ビームを含む他のビームが使用可能である。

いくつかの実施形態において、リソグラフィ用スキャナは当技術分野でカラム参照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において、干渉分析システム１１２６は、放射光ビームを差し向ける何らかの構造体、例えばレンズ筐体１１０６上に搭載される（図示しない）参照ミラーに接触する外部参照経路に沿った（図示しない）基準ビームを差し向ける。参照ミラーは干渉分析システムに基準ビームを差し向け戻す。ステージ１１２２から反射された測定ビーム１１５４とレンズ筐体１１０６上に搭載される参照ミラーから反射される基準ビームを結合する時に干渉分析システム１１２６により生成される干渉信号は、放射光ビームを基準としたステージの位置の変化を示す。さらに、他の実施形態において、干渉分析システム１１２６はレチクル（または、マスク）ステージ１１１６またはスキャナ・システムの他の可動構成部分の位置の変化を測定するために定置可能である。最後に、干渉分析システムは、スキャナに加えて、または、スキャナよりむしろステッパを含むリソグラフィ・システムで同様の方法で使用可能である。

当技術分野でよく知られているように、リソグラフィは半導体デバイスを作成するための製造方法の重要な部分である。例えば、米国特許第５，４８３，３４３号明細書はそのような製造方法のための工程を概説する。これらの工程は図４ｂおよび４ｃを参照して以下に説明する。図４ｂは半導体チップ（例えば、ＩＣまたはＬＳＩ）、液晶パネル、または、ＣＣＤなどの半導体デバイスを製造する順序のフローチャートである。工程１１５１は半導体デバイスの回路を設計するための設計工程である。工程１１５２は回路パターン設計に基きマスクを製造するための工程である。工程１１５３はシリコンなどの材料を使用することによりウェハを製造するための工程である。

工程１１５４は、そのために準備されたマスクおよびウェハを使用することにより、リソグラフィを介してウェハ上に回路が形成される前工程と呼ばれるウェハ工程である。マスク上のパターンの十分な空間的解像度に対応する回路をウェハ上に形成するためには、ウェハを基準とするリソグラフィ機器の干渉分析による位置決めが必要である。本明細書に説明する干渉分析の方法およびシステムはウェハ工程において使用されるリソグラフィの有効性を改善するために特に有用となり得る。

工程１１５５は、工程１１５４により処理されたウェハが半導体チップに形成される後工程と呼ばれる組立工程である。この工程は組立（ダイシングおよびボンディング）と、パッケージング（チップの密封）と、からなる。工程１１５６は工程１１５５により製造された半導体デバイスの動作性チェック、耐久性チェックなどが行われる検査工程である。これらの工程により、半導体デバイスは完成され、出荷される（工程１１５７）。

図４ｃはウェハ工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するための酸化工程である。工程１１６２はウェハの表面上に絶縁膜を形成するためのＣＶＤ工程である。工程１１６３は蒸着によりウェハ上に電極を形成するための電極形成工程である。工程１１６４はウェハにイオンを注入するためのイオン注入工程である。工程１１６５はウェハにレジスト（感光性材料）を塗布するためのレジスト工程である。工程１１６６は上記に説明した露光装置を介してウェハ上にマスクの回路パターンを露光（すなわち、リソグラフィ）により印刷するための露光工程である。再び、上記に説明したように、本明細書に説明する干渉分析のシステムおよび方法の使用はこのようなリソグラフィ工程の正確さおよび解像度を改善する。

工程１１６７は露光されたウェハを現像するための現像工程である。工程１１６８は現像されたレジスト画像以外の部分を除去するためのエッチング工程である。工程１１６９はエッチング工程を受けた後のウェハ上に残存するレジスト材料を剥離するためのレジスト剥離工程である。これらの工程を繰り返すことにより、回路パターンが形成され、ウェハ上に重ねられる。

上記に説明した干渉分析システムは、対象の相対位置が精密に測定される必要がある他の実用例においても使用可能である。例えば、レーザ、Ｘ線、イオン、または、電子ビームなどの書き込みビームが、基板またはビームのいずれかが移動する間に基板上にパターンを覆う実用例において、干渉分析システムは基板と書き込みビームの間の相対移動を測定するために使用可能である。

実施例として、ビーム書き込みシステム１２００の概略を図５に示す。光源１２１０は書き込みビーム１２１２を発生し、ビーム合焦アセンブリ１２１４は可動ステージ１２１８により支持される基板１２１６に放射光ビームを差し向ける。ステージの相対位置を決定するために、干渉分析システム１２２０は基準ビーム１２２２をビーム合焦アセンブリ１２１４上に搭載されるミラー１２２４に、かつ、測定ビーム１２２６をステージ１２１８上に搭載されるミラー１２２８に差し向ける。基準ビームがビーム合焦アセンブリ上に搭載されるミラーに接触するために、ビーム書き込みシステムはカラム参照を使用するシステムの実施例である。干渉分析システム１２２０は既に説明した干渉分析システムのいずれかとし得る。干渉分析システムにより測定される位置の変化は基板１２１６上の書き込みビーム１２１２の相対位置の変化に対応する。干渉分析システム１２２０は基板１２１６上の書き込みビーム１２１２の相対位置を示す測定信号１２３２を制御器１２３０に送る。制御器１２３０は出力信号１２３４をステージ１２１８を支持および定置する基部１２３６に送る。加えて、制御器１２３０は書き込みビーム１２１２の強度を変化させるため、または、書き込みビーム１２１２を阻止するために光源１２１０に信号１２３８を送り、そのため、書き込みビームは、基板の選択された位置でのみ光物理的または光化学的な変化を引き起こすために十分な強度で基板に接触する。

さらに、いくつかの実施形態において、制御器１２３０は、ビーム合焦アセンブリ１２１４に、基板の領域にわたって、例えば信号１２４４を使用して、書き込みビームを走査させ得る。その結果、制御器１２３０は基板にパターン形成するためにシステムの他の構成部分に指令を出す。パターン形成は制御器に保存される電子的な設計パターンに一般に基く。いくつかの実用例において、書き込みビームは基板上にコーティングされたレジストにパターンを形成し、他の実用例において、書き込みビームは基板に直接パターンを形成、例えばエッチングする。

このようなシステムの重要な実用例は既に説明したリソグラフィの方法において使用されるマスクおよびレチクルの作成である。例えば、リソグラフィ用マスクを作成するために、電子ビームはクロムでコーティングされたガラス基板にパターン形成するために使用可能である。書き込みビームが電子ビームである場合、ビーム書き込みシステムは電子ビームの経路を真空中に収容する。同様に、書き込みビームが、例えば電子またはイオン・ビームである場合、ビーム合焦アセンブリは、真空中の基板上に荷電粒子を合焦および差し向けするための四極レンズなどの電場発生器を含む。書き込みビームが、例えばＸ線、ＵＶ、または、可視の放射光である場合、ビーム合焦アセンブリは基板に放射光を合焦および差し向けするための対応する光学機器を含む。

本発明の多くの実施形態が説明された。にもかかわらず、様々な改変が本発明の精神および範囲から逸脱せずに行い得ることを理解されたい。したがって、他の実施形態は以下
の特許請求の範囲の範囲内となる。

ｘ軸に沿って見下ろした干渉分析システムの概略平面図。 図１のシステムにおいて使用される光学アセンブリ構成部分のｘ−ｙ平面における概略側面図。 図１のシステムにおいて使用される光学アセンブリ構成部分のｘ−ｙ平面における概略側面図。 図１のシステムにおいて使用される差分角度変位干渉計の概略図。 図１のシステムにおいて使用される差分角度変位干渉計の概略図。 集積回路を作成するために使用されるリソグラフィ・システムの概略図。 集積回路を作成するための工程を説明するフローチャート。 集積回路を作成するための工程を説明するフローチャート。 ビーム書き込みシステムの概略図。

Claims (33)

1. 入力ビームを第１のビームと第２のビームに分離するために配置された第１の偏光ビーム・スプリッタと、
   第１のビームが入力し、該第１のビームを導くために配置されたビーム方向操作要素と、
   第１および第２のビームのうちの一方のビームを受けて測定対象に導き、測定対象から反射されて戻りビームを形成し、更に該第１および該第２のビームのうちの他方のビームを受けて基準対象に導き、基準対象から反射されて戻りビームを形成する、干渉計と、
   該ビーム方向操作要素に結合して、動作中に該測定対象の面の向きの変化に応じて該ビーム方向操作要素の向きを調整する電子制御回路と、からなり、
   該ビーム方向操作要素は、該第１のビームから得られる戻りビームではなく、該ビーム方向操作要素に入力した第２のビームから得られた戻りビームを導くために配置され、
   該第１の偏光ビーム・スプリッタは該戻りビームを再結合して、出力ビームを形成する、干渉分析システム。
2. 前記干渉計は、前記第１のビームを測定対象に導いて測定ビームを形成し、前記第２のビームを基準対象に導いて基準ビームを形成する請求項１に記載の干渉分析システム。
3. 前記出力ビーム中の干渉分析情報を測定するための検出器システムを更に備える請求項１に記載のシステム。
4. 前記検出器システムはファイバ光ピックアップ（ＦＯＰ）および光検出器を含み、該ＦＯＰは前記出力ビームを該光検出器に結合するために配置される請求項３に記載のシステム。
5. 前記ビーム方向操作要素に前記測定ビームが入力した後で、かつ、前記干渉計が前記測定ビームおよび前記基準ビームを導く前に、前記測定ビームおよび前記基準ビームを再結合し、前記干渉計の後に、かつ、前記戻り基準ビームが前記ビーム方向操作要素に接触する前に、前記戻り測定ビームおよび前記戻り基準ビームを分離するために配置される第２の偏光ビーム・スプリッタからさらになる請求項２に記載のシステム。
6. 前記測定ビームおよび前記基準ビームは前記第２の偏光ビーム・スプリッタから前記干渉計まで第１の経路に沿って進行し、前記戻り測定ビームおよび前記戻り基準ビームは前記干渉計から前記第２の偏光ビーム・スプリッタまで第２の経路に沿って進行し、かつ、前記第１と前記第２の経路は異なる請求項５に記載のシステム。
7. 前記測定ビームおよび前記戻り基準ビームは前記ビーム方向操作要素の同じ面に入力する請求項６に記載のシステム。
8. 前記第２の経路は曲折する光学系を含む請求項７に記載のシステム。
9. 前記曲折によって、前記出力ビームの測定ビーム成分および基準ビーム成分が前記測定対象の向きの変化範囲内では、互いに平行に伝播する請求項８に記載のシステム。
10. 前記第１の経路の光路長は前記第２の経路の光路長に等しい請求項８に記載のシステム。
11. 前記第２の経路を基準とした前記第１の経路の光路長は前記出力ビームの基準ビーム成分と測定ビーム成分の間の差分のビームシアを最小にすべく選択される請求項８に記載のシステム。
12. 動作中、前記制御回路は前記ビーム方向操作要素に前記測定対象の向きの変化範囲内では垂直な入射角で前記測定対象に接触すべく前記測定ビームを導く請求項２に記載のシステム。
13. 動作中、前記制御回路は、前記測定戻りビームおよび参照戻りビームに対応する前記出力ビームにおける成分間の伝播方向の差に対応する誤差信号に基き、前記ビーム方向操作要素の向きを調整する請求項２に記載のシステム。
14. 動作中、前記制御回路は前記誤差信号を最小にすべく前記ビーム方向操作要素の向きを調整する請求項１３に記載のシステム。
15. 前記電子制御回路は前記誤差信号を発生すべく配置構成される差分角度変位干渉計を含む請求項１３に記載のシステム。
16. 前記入力ビームを生成するための光源をさらに含み、該入力ビームは前記第１および前記第２のビームに対応する直交偏光成分間のヘテロダイン周波数分裂を含む請求項１に記載のシステム。
17. 前記測定対象は平面ミラーからなる請求項２に記載のシステム。
18. 前記干渉計は、測定ビームを前記測定対象に１回のみ接触すべく、前記測定ビームを導く単一経路干渉計である請求項２に記載のシステム。
19. 前記干渉計は、前記測定ビームを前記測定対象に、かつ、前記基準ビームを前記基準対象に導くために配置される偏光ビーム・スプリッタを含む請求項２に記載のシステム。
20. 前記干渉計は、前記干渉計における前記偏光ビーム・スプリッタと前記基準対象の間に配置される基準１／４波長位相差板、および、前記干渉計における前記偏光ビーム・スプリッタと前記測定対象の間に配置される測定１／４波長位相差板からさらになる請求項１９に記載のシステム。
21. 入力ビームを第１のビームと第２のビームに分離する工程であって、該第１および該第２のビームは直交に偏光される工程と、
    該第１のビームを導くためにビーム方向操作要素を使用し、該第１のビームは該ビーム方向操作要素に接触する工程と、
    該第１および該第２のビームの一方を測定対象に導き、該測定対象は測定戻りビームを形成するために該１つのビームを反射する工程と、
    該第１および該第２のビームの他方を基準対象に導き、該基準対象は基準戻りビームを形成するために該他の１つのビームを反射する工程と、
    該第１のビームから導出される該戻りビームではなく、該第２のビームから導出される該戻りビームを導くために該ビーム方向操作要素を使用する工程であって、該第２のビームから導出される該戻りビームは該ビーム方向操作要素に接触する工程と、
    出力ビームを形成するために該両戻りビームを結合する工程と、
    該測定対象が向きを変化させるのに応じて該ビーム方向操作要素の向きを調整するために電子制御回路を使用する工程と、からなる干渉分析法。
22. ウェハを支持するためのステージと、
    該ウェハ上に空間的にパターニングされた放射光を結像させるための発光システムと、
    該結像される放射光を基準として該ステージの位置を調整するための位置決めシステムと、
    該結像される放射光を基準として該ウェハの位置をモニタするための請求項１に記載のシステムと、からなるウェハ上に集積回路を作製するために使用されるリソグラフィ・システム。
23. ウェハを支持するためのステージと、
    放射光源、マスク、位置決めシステム、レンズアセンブリおよび請求項１に記載の前記システムを含む発光システムと、からなり、
    動作中、該光源は空間的にパターンニングされた放射光を生成するためにマスクを介して放射光を導き、該位置決めシステムは該光源からの該放射光を基準として該マスクの位置を調整し、該レンズアセンブリは該ウェハ上に該空間的にパターニングされた放射光を結像し、かつ、前記干渉分析システムは該光源からの該放射光を基準として該マスクの位置をモニタする、ウェハ上で集積回路を作製するために使用されるリソグラフィ・システム。
24. 基板にパターンを形成するための書き込みビームを供給する光源と、
    該基板を支持するステージと、
    該書き込みビームを該基板に送るためのビーム導出アセンブリと、
    該ステージと該ビーム差し向けアセンブリを、互いを基準として位置決めするための位置決めシステムと、
    該ビーム差し向けアセンブリを基準として該ステージの位置をモニタするための請求項１に記載の前記システムと、からなるリソグラフィ用マスクの作成に使用するためのビーム書き込みシステム。
25. 可動ステージ上にウェハを支持する工程と、
    該ウェハ上に空間的にパターニングされた放射光を結像する工程と、
    該ステージの位置を調整する工程と、
    請求項２１の前記方法を使用して該ステージの位置をモニタする工程と、
    からなるウェハ上での集積回路を作製するために使用されるリソグラフィ法。
26. 空間的にパターニングされた放射光を生成するためにマスクを介して入力放射光を導く工程と、
    該入力放射光を基準として該マスクを位置決めする工程と、
    請求項２１の方法を使用して該入力放射光を基準として該マスクの位置をモニタする工程と、
    ウェハ上に該空間的にパターニングされた放射光を結像する工程と、からなる集積回路の組立に使用するためのリソグラフィ法。
27. 空間的にパターニングされた放射光にウェハを露光するために、リソグラフィ・システムの第２の構成部分を基準として該リソグラフィ・システムの第１の構成部分を位置決めする工程と、
    請求項２１の方法を使用して該第２の構成部分を基準として該第１の構成部分の位置をモニタする工程と、からなるウェハ上に集積回路を作成するためのリソグラフィ法。
28. 請求項２５の前記リソグラフィ法を含む集積回路を作成するための方法。
29. 請求項２６の前記リソグラフィ法を含む集積回路を作成するための方法。
30. 請求項２７の前記リソグラフィ法を含む集積回路を作成するための方法。
31. 請求項２２の前記リソグラフィ・システムを使用する工程を含む集積回路を作成するための方法。
32. 請求項２３の前記リソグラフィ・システムを使用する工程を含む集積回路を作成するための方法。
33. 基板にパターンを形成するために該基板に書き込みビームを導く工程と、
    該書き込みビームを基準として該基板を位置決めする工程と、
    請求項２１に記載の前記干渉分析法を使用して該書き込みビームを基準として該基板の位置をモニタする工程と、からなるリソグラフィ・マスクを作成するための方法。

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