JP4583759B2 - 多自由度干渉計 - Google Patents

Description

本発明は、平面ミラー測定対象物の複数の自由度を測定する干渉計のような複数自由度測定干渉計を特徴とする。
（関連出願の相互参照）
本出願は、次の米国仮特許出願の優先権を主張するものである。Ｈｅｎｒｙ Ａ． Ｈｉｌｌによる「多自由度測定平面ミラー干渉計アセンブリ」と題する２００２年１月２８日出願（Ｚ−３９１）の米国特許出願第６０／３５２，３４１号、Ｈｅｎｒｙ Ａ． Ｈｉｌｌによる「多自由度高安定平面ミラー干渉計」と題する２００２年４月１１日出願（Ｚ−４０８）の米国特許出願第６０／３７１，８７２号、及びＨｅｎｒｙ Ａ． Ｈｉｌｌによる「多自由度高安定平面ミラー干渉計」と題する２００２年５月１３日出願（Ｚ−４２２）の米国特許出願第６０／３７９，９８７号。参照される上記仮特許出願の各々は、本明細書において参照により引用される。

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。更に、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。

干渉計の基準ビーム成分及び測定ビーム成分が、波面誤差を含む場合、出力ビームの基準ビーム成分及び測定ビーム成分との間の横方向変位（すなわち「ビームずれ」）の変化により生じるような「非周期的非線形性」も存在する。この現象は、次のように説明できる。

干渉計光学系の不均質性は、基準ビーム及び測定ビームに波面誤差を生じさせる。基準ビーム及び測定ビームがこのような不均質性により互いに共線的に伝搬する場合、その結果として生じる波面誤差は同じとなり、干渉信号に対するこれらの寄与が互いに相殺し合う。しかしながらより一般的には、出力ビームの基準ビーム成分及び測定ビーム成分は横方向に互いに変位する、すなわちこれらの成分は相対ビームずれを有する。このようなビームずれによって波面誤差が生じて、誤差が出力ビームから生じる干渉信号に影響する。

また、多くの干渉計システムにおいて、ビームずれは、測定対象物の位置または角度配向（ａｇｎｕｌａｒ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）が変わると変化する。例えば、相対ビームずれの変化が平面ミラー測定対象物の角度配向の変化により生じる。従って、測定対象物の角度配向の変化により、対応する誤差が干渉信号に生じる。

ビームずれ及び波面誤差の影響は、成分偏光状態に関連する出力ビームの成分を混合し、混合出力ビームを検出して、電気干渉信号を生成するために使用する手順に依存することになる。混合出力ビームは、例えば混合ビームを検出器に集光させることなく検出器により、混合出力ビームを検出器に集光するビームとして検出することにより、または混合出力ビームをシングルモードまたはマルチモード光ファイバの中に向けて射出し、光ファイバが搬送する混合出力ビームの一部を検出することにより検出することができる。ビームずれ及び波面誤差による影響はまた、仮にビームストップを混合出力ビームを検出する手順に使用するとした場合、ビームストップの性能にも依存することになる。一般的に、干渉信号の複数の誤差は、光ファイバを使用して混合出力ビームを検出器に送信するときに混合される。

測定干渉信号の振幅変動は、多数のメカニズムによる正味の結果である。一つのメカニズムは、出力ビームの基準成分及び測定成分の相対ビームずれであり、このビームずれは、例えば測定対象物の姿勢の変化の結果である。

分散測定の適用においては、光路長測定は複数の波長、例えば５３２ｎｍ及び１０６４ｎｍで行なわれ、この測定を使用して距離測定干渉計の測定経路に在るガスの分散を測定する。分散測定は、距離測定干渉計で測定する光路長を物理長に変換する際に使用することができる。このような変換は、測定対象物までの物理距離は変化しない場合であっても測定光路長の変化がガス乱流により及び／又は測定アーム中のガスの平均密度の変化により生じるので重要となる。

上述の干渉計は多くの場合、リソグラフィに使用して半導体ウェハに集積回路を形成するためのスキャナシステム及びステッパシステムの不可欠な構成要素である。このようなリソグラフィシステムは、通常、ウェハを支持し、固定する移動可能なステージ、照射ビームをウェハ上に方向付けるために使用する集光光学系、ステージを露光ビームに対して移動させるスキャナまたはステッパシステム、及び一つ以上の干渉計を含む。各干渉計は、測定ビームをステージに取り付けた平面ミラーに方向付け、また反射測定ビームを平面ミラーから受光する。各干渉計は、その反射測定ビームを該当する基準ビームと干渉させ、全体として干渉計は照射ビームに対するステージの位置の変化を正確に測定する。干渉計によってリソグラフィシステムは、ウェハのどの領域が照射ビームに晒されるかについて正確に制御することができる。

多くのリソグラフィシステム及び他の用途において、測定対象物は、各干渉計からの測定ビームを反射する一つ以上の平面ミラーを含む。測定対象物の角度配向の小さな変化、例えばステージのピッチング及びヨーイングは、平面ミラーが反射する各測定ビームの方向を変えることができる。補償しないままにしておくと、これらの変化した測定ビームは、各該当する干渉計における射出測定ビーム及び射出基準ビームのオーバーラップを小さくしてしまう。また、これらの射出測定ビーム及び射出基準ビームは、互いに平行に伝搬しないか、または混合ビームを形成するときにそれらの波面が一致しない。その結果、射出測定ビームと射出基準ビームとの間の干渉が、混合ビームの進行方向に垂直な面内において変化するので、検出器が測定する光強度の中に符号化されている干渉情報が壊れる。

この問題に対処するために、多くの従来の干渉計は再帰性反射体を含み、この再帰性反射体は、測定ビームの向きを変えて平面ミラーに戻すので、測定ビームは、干渉計と測定対象物との間の経路を「２回通過する」。再帰性反射体を設けることにより射出測定ビームの方向が確実に測定対象物の角度配向の変化に対して鈍感になる。平面ミラー干渉計において実施する場合、この構成は、一般的に高安定性平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）と呼ばれるものになる。しかしながら、再帰性反射体を設けるとしても、射出測定ビームの横方向位置は、依然として測定対象物の角度配向の変化に敏感なままである。また、干渉計内の光学系を通過する測定ビームの経路も、依然として測定対象物の角度配向の変化に敏感なままである。

実際、干渉計システムを使用してウェハステージの位置を複数の測定軸に沿って測定する。例えば、ウェハステージがｘ−ｙ平面に位置する直交座標系を定義すると、測定は、通常、ウェハステージがｘ−ｙ平面に沿って移動するに従って、ステージのｘ及びｙ位置だけでなくｚ軸に対するステージの角度配向に関しても行なわれる。また、ｘ−ｙ平面の面外のウェハステージの傾きもモニターすることが望ましい。例えば、そのような傾きの正確な特徴づけはｘ及びｙ位置のアッべオフセットエラーを計算するために必要となる。従って、所望の用途に応じて、最大５つの測定すべき自由度が存在する。また、幾つかの用途では、ｚ軸に対するウェハステージの位置もモニターして６つの自由度をモニターすることが望ましい。

各自由度を測定するために、干渉計を使用して距離変化を該当する測定軸に沿ってモニターする。例えば、ステージのｘ及びｙ位置だけでなくｘ，ｙ及びｚ軸に対するステージの角度配向を測定するシステムでは、少なくとも３つの空間的に分離された測定ビームをウェハステージの一方のサイドで反射し、少なくとも２つの空間的に分離された測定ビームをウェハステージの他方のサイドで反射する。例えば、「５つの測定軸を使用して基板にマスクパターンを繰り返し結像する方法及び装置」と題する米国特許第５，８０１，８３２号を参照されたい。ここで、この文献の内容を参照により援用する。各測定ビームを基準ビームと再合成して該当する測定軸に沿った光路長変化をモニターする。異なる測定ビームがウェハステージに異なる位置で接触するので、ウェハステージの角度配向は光路長測定を適切に組み合わせることにより得ることができる。従って、各自由度をモニターするために、システムはウェハステージに接触する少なくとも一つの測定ビームを含む。また上述のように、各測定ビームがウェハステージを２回通過するのでウェハステージの角度配向の変化による干渉信号の劣化を防止することができる。測定ビームは、物理的に独立した干渉計または複数の測定ビームを生成する多軸干渉計により生成することができる。

例えば、複数の干渉計を単一の光学アセンブリに組み込むことができる。測定対象物位置の変化についての情報は複数の出力ビームから生成され、これらの出力ビームの各々は、測定対象物への１つの通路を共通測定ビーム経路に沿って形成する成分を含む。その結果、このような干渉計システムでは、測定される自由度の内の或る自由度に関する非周期誤差が小さくなり、この場合、非周期誤差は、種々の原因、例えば、該当する異なるコサインまたはコセカント補正係数の形で生じる複数の測定ビームの相対的なずれ、ビームずれ存在下での波面誤差、ビームずれ存在下でのガラス中の不均質性、及び温度勾配から生じる。また、平面ミラー測定対象物に接触する測定ビームの内の幾つかの空間的な間隔を、一つ以上の再帰性反射体の位置によって設定する必要はない。また干渉計システムは概して、少数の光学素子を含む。

干渉計システムは、測定される複数の自由度が平面ミラー測定対象物の角度変位及び／又は直線変位に基づくように構成される。
干渉計システムは、複数自由度測定干渉計への入力ビームの方向が一つ以上の動的ビーム操作素子によって制御されて平面ミラー測定対象物が傾いたときの干渉計内での、及び検出器でのビームずれを小さくする（例えば実質的に無くす）ので非周期誤差の一つの原因を無くすことができる。干渉計システムはまた、複数自由度測定干渉計に向かう入力ビーム、及び複数自由度測定干渉計からの出力ビームの方向の両方が一つ以上のビーム操作素子によって制御されて、平面ミラー測定対象物が傾いたときの検出器での出力ビームの入射角のビームずれ及び変化が小さくなる（例えば実質的に無くなる）ように構成することもできる。

多軸干渉計システムを半導体チップ製造用のリソグラフィシステムに組み込むことができる。多軸干渉計システムをビーム書込みシステムに組み込むこともできる。
次に、本発明の種々の態様及び特徴について要約する。

概括すると、一態様において、本発明は装置を特徴とし、この装置は、反射測定対象物の相対位置を複数の自由度に関して測定する多軸干渉計を備え、干渉計は、複数の自由度の内の異なる一つの自由度に関する測定対象物の相対位置についての情報を各々が含む複数の出力ビームを生成するように構成される。各出力ビームは、測定対象物に共通経路に沿って少なくとも１回接触するビーム成分を含み、複数のビーム成分の内の少なくとも一つのビーム成分が、共通経路とは異なる第１経路に沿って測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行なう。

装置の実施形態は、次の特徴のいずれかを含むことができる。
共通経路に沿って、かつ第１経路に沿って測定対象物に接触するビーム成分を含む出力ビームは、測定対象物に接触しない第２ビーム成分を更に含む。

複数の自由度の内の一つの自由度は、第１測定軸に沿った測定対象物までの距離とすることができる。例えば、第１測定軸に沿った測定対象物までの距離についての情報を含む出力ビームは、共通経路に沿って、かつ第１経路沿って測定対象物に接触するビーム成分を含む。このような実施形態では、第１測定軸は、共通経路及び第１経路により定義される。例えば、第１測定軸上の各ポイントは、共通経路及び第１経路の上の該当するポイントまでの距離が等しい。

また、第１測定軸に沿った距離測定に加えて、ビーム成分の内の別のビーム成分は、共通経路とは異なる第２経路に沿って測定対象物に少なくとも２回目の接触を更に行なう。共通経路に沿って、かつ第２経路に沿って測定対象物に接触するビーム成分を含む出力ビームは、共通経路及び第２経路によって定義される第２測定軸に沿った測定対象物までの距離についての情報を含み、第２測定軸は、第１測定軸とは異なる。また、ビーム成分の内の第３のビーム成分は、共通経路とは異なる第３経路に沿って測定対象物に少なくとも２回目の接触を更に行なう。共通経路及び第３経路に沿って測定対象物に接触するビーム成分を含む出力ビームは、共通経路及び第３経路によって定義される第３測定軸に沿った測定対象物までの距離についての情報を含み、第３測定軸は、第１及び第２測定軸とは異なる。例えば、第１及び第２測定軸によって第１平面が定義され、そして第２及び第３測定軸によって第１平面とは異なる第２平面が定義される。

第１測定軸に沿った距離測定に加えて、出力ビームの内の第２出力ビームは、第１回転軸に対する測定対象物の角度配向についての情報を含む。例えば、第２出力ビームは、共通経路に沿って測定対象物に接触する第１に記載したビーム成分、及び第１ビーム成分とは異なる別のビーム成分を含み、別のビーム成分は、共通経路とは異なる第２経路に沿って測定対象物に接触する。第１経路は、第２経路とは異なる、または第１経路は、共通経路と同じとすることができる。第１回転軸は、共通経路及び第２経路によって定義される平面に垂直である。また、出力ビームの内の第３出力ビームは、第１回転軸とは異なる第２回転軸に対する測定対象物の角度配向についての情報を含む。第３出力ビームは、共通経路に沿って測定対象物に接触する第１に記載したビーム成分、及び第１ビーム成分とは異なる別のビーム成分を含み、第３出力ビームの別のビーム成分は共通経路とは異なる第３経路に沿って測定対象物に接触する。例えば、第２回転軸は、第１回転軸に直交する。

多軸干渉計は、複数の自由度の内の異なる自由度についての情報を各々が含む少なくとも４つの出力ビームを生成する。また、多軸干渉計は少なくとも５自由度に関する、または少なくとも７自由度に関する情報を供給する。

測定対象物は、平面ミラーを含むことができる。
装置は、入力ビームを多軸干渉計に方向付けるように構成される光源を更に備え、入力ビームは、分離ヘテロダイン周波数を有する２つの成分を含む。共通経路に沿って測定対象物に接触する各出力ビームは、入力ビームの成分の内の一つの成分から生成され、各出力ビームは、入力ビームの成分の内の他の成分から生成される第２成分を含む。例えば、入力ビームの成分は直交偏光を有する。

装置は、出力ビームを受信し、かつ異なる自由度に関する測定対象物の相対位置についての情報を示す電気信号を生成するように構成される検出器を更に備える。また、装置は、各検出器の手前に配置され、出力ビームの各々に含まれる成分の内の中間偏光成分を通過させるように構成される偏光解析器を更に備える。また、装置は、各出力ビームが該当する偏光解析器を通過した後に、各出力ビームを該当する検出器に入力する光ファイバピックアップを更に備える。

干渉計は、入力ビームから生成される第１ビームを共通経路に沿って測定対象物に接触するように方向付け、測定対象物に接触した後に第１ビームを複数のサブビームに分離するように構成され、サブビームは、共通経路に沿って測定対象物に接触する出力ビームのビーム成分に対応する。また干渉計は、サブビームの内の少なくとも一つのサブビームを第１経路に沿って測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行うように方向付けて、共通経路に沿って、かつ第１経路に沿って測定対象物に接触するビーム成分を形成するように構成される。また、干渉計は、入力ビームから別のサブビームを生成し、測定対象物に少なくとも２回接触するサブビームを別のサブビームと合成して出力ビームの内の第１出力ビームを生成するように構成され、第１出力ビームは、共通経路及び第１経路によって定義される測定軸に沿った測定対象物までの距離についての情報を含む。

また干渉計は、共通経路及び第１経路とは異なる第２経路に沿って測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を行うように、サブビームの内の少なくとも別のサブビームを方向付けるように構成される。例えば、干渉計は、入力ビームから別の組のサブビームを生成し、測定対象物に少なくとも２回接触するサブビームの各々を別の組のサブビームの内の該当するサブビームと合成して出力ビームの内の該当する出力ビームを生成するように構成される。

干渉計はまた、入力ビームから別の組のサブビームを生成し、測定対象物に少なくとも２回接触するサブビームを別の組のサブビームに含まれるサブビームの内の一つのサブビームと合成して出力ビームの内の一つの出力ビームを生成し、別の組のサブビームに含まれるサブビームの内の別のサブビームを共通経路とは異なる第２経路に沿って測定対象物に接触するように方向付け、共通経路に沿って測定対象物に接触するサブビームの内の別のサブビームを第２経路に沿って測定対象物に接触するサブビームと合成して出力ビームの内の別の出力ビームを生成するように構成される。

サブビームについて記載する実施形態のいずれかにおいて、干渉計は、（１）第１ビームが測定対象物に接触した後に第１ビームを主基準ビームと合成して中間ビームを形成し、（２）中間ビームを一組の副測定ビーム及び一組の副基準ビームに分離し、（３）副測定ビームの各々を測定対象物に接触するように方向付け、（４）各副測定ビームが測定対象物に接触した後に各副測定ビームを該当する副基準ビームの内の一つの副基準ビームと合成して出力ビームの内の該当する出力ビームを生成するように構成され、この場合サブビームの各々は副測定ビーム及び副基準ビームの内の異なるビームに対応する。

干渉計は、入力入射ビームから生成される主測定ビームを共通経路に沿って測定対象物に接触するように方向付けるべく配置された共通偏光ビームスプリッタと、主測定ビームを含む中間ビームを偏光ビームスプリッタから受信し、中間ビームを複数のビームに分離し、複数のビームを偏光ビームスプリッタに戻るように方向付けるべく構成される戻しビームアセンブリとを備える。偏光ビームスプリッタは、入力入射ビームから生成される主基準ビームを反射基準物体に接触するように方向付けるべく配置され、主測定ビーム及び主基準ビームは入力入射ビームの直交偏光成分に対応する。偏光ビームスプリッタは、主測定ビーム及び主基準ビームがそれぞれ測定対象物及び基準物体に接触した後に、主測定ビーム及び主基準ビームを再合成して中間ビームを形成するように配置される。

偏光ビームスプリッタは、（１）複数のビームを一組の副測定ビーム及び一組の副基準ビームに分離し、（２）副測定ビームの各々を測定対象物に接触するように方向付け、（３）副基準ビームの各々を基準物体に接触するように方向付け、（４）それらのビームがそれぞれ測定対象物及び基準物体に接触した後に、各副測定ビームを副基準ビームの内の該当する副基準ビームと再合成して出力ビームの内の該当する出力ビームを形成するように配置される。

このような実施形態では、各副測定ビームは、共通経路とは異なる経路に沿って測定対象物に接触する。また、干渉計は、基準物体を備える。別の構成として、基準物体は、差動平面ミラー干渉計における場合のように別の測定対象物に対応する。いずれの場合においても、基準物体は、平面ミラーを含む。

干渉計は、偏光ビームスプリッタと測定対象物との間に位置する測定用１／４位相差板を更に備え、また、偏光ビームスプリッタと基準物体との間に位置する基準用１／４位相差板を更に備える。

干渉計は、非偏光ビームスプリッタを含む入力ビーム光学アセンブリを更に備え、入力ビーム光学アセンブリは、入力入射ビームを、第１に記載の入力ビームと、第１入力ビームに平行に伝搬する第２入力ビームとに分離し、第１及び第２入力ビームを偏光ビームスプリッタに方向付けるように構成される。

戻しビームアセンブリは、少なくとも一組の折返し光学系と、中間ビームを複数のビームに分離するように配置される少なくとも一つの非偏光ビームスプリッタとを備える。例えば、一組の折返し光学系は、非偏光ビームスプリッタの内のいずれかの手前で中間ビームを受信するように配置される再帰性反射体を備える。戻しビームアセンブリは、少なくとも一つの非偏光ビームスプリッタを備えるビーム分離アセンブリを更に備え、ビーム分離アセンブリは、中間ビームを再帰性反射体から受信し、複数のビームを生成し、中間ビームの方向に平行な方向に沿って偏光ビームスプリッタに戻るように複数のビームを方向付ける。また、ビーム分離アセンブリは、複数の非偏光ビームスプリッタを備える。また、戻しビームアセンブリは、再帰性反射体とビーム分離アセンブリとの間に位置する位相差板を更に備え、位相差板は、再帰性反射体によって生じる中間ビームの偏光回転を小さくするように配向される。

他の実施形態では、一組の折返し光学系は、角度測定折返し光学系及び距離測定折返し光学系を含み、角度測定折返し光学系は、複数のビームの内の少なくとも一つのビームの偏光を回転させるように配置される１／２位相差板を備える。角度測定折返し光学系は、ペンタプリズムを更に備え、距離測定光学系は、再帰性反射体を備える。非偏光ビームスプリッタは、中間ビームを折返し光学系のいずれかの手前、または後ろで受信するように配置される。

概括すると、別の態様において、本発明は方法を特徴とし、この方法は、異なる自由度に関する測定対象物の相対位置についての情報を各々が含む複数の出力ビームを干渉法により生成することを含む。各出力ビームは、共通経路に沿って測定対象物に少なくとも１回接触するビーム成分を含む。また、ビーム成分の内の少なくとも一つのビーム成分は、共通経路とは異なる第１経路に沿って少なくとも測定対象物に対して２回目の接触を更に行なう。

この方法の実施形態は、装置に関して上記した特徴に対応する特徴の内のいずれかを更に含む。
概括すると、別の態様において、本発明は装置を特徴とし、この装置は、複数の自由度に関する反射測定対象物の相対位置を測定する多軸干渉計を備え、干渉計は、複数の自由度の内の異なる一つの自由度に関する測定対象物の相対位置についての情報を各々が含む複数の出力ビームを生成するように構成されている。各出力ビームは共通経路に沿って測定対象物に少なくとも１回接触するビーム成分を含む。出力ビームの内の少なくとも一つの出力ビームは、第１に記載したビーム成分とは異なる別のビーム成分を含む。別のビーム成分は、共通経路とは異なる第１経路に沿って測定対象物に少なくとも１回接触する。

第２に記載した装置の実施形態は、次の特徴の内のいずれかを含む。
共通経路に沿って測定対象物に接触する第１ビーム成分と第１経路に沿って測定対象物に接触する別のビーム成分とを含む出力ビームは、第１回転軸に対する測定対象物の角度配向についての情報を含む。例えば、第１回転軸は、共通経路及び第１経路によって定義される平面に垂直である。また、出力ビームの内の第２出力ビームは、第１回転軸とは異なる第２回転軸に対する測定対象物の角度配向についての情報を含み、第２出力ビームは、共通経路に沿って測定対象物に接触する第１に記載のビーム成分と、第１ビーム成分とは異なる別のビーム成分とを含み、第２出力ビームの別のビーム成分は、共通経路とは異なる第２経路に沿って測定対象物に接触する。例えば、第２回転軸は、第１回転軸に直交する。

第２に記載した装置の別の実施形態は、第１に記載した装置について上記した追加の特徴の内のいずれかを含む。
概括すると、別の態様において、本発明は方法を特徴とし、この方法は、各々が異なる自由度に関する測定対象物の相対位置についての情報を含む複数の出力ビームを干渉法により生成することを含み、各出力ビームは、共通経路に沿って測定対象物に少なくとも１回接触するビーム成分を含む。複数の出力ビームの内の少なくとも一つの出力ビームは、第１に記載したビーム成分とは異なる別のビーム成分を含む。別のビーム成分は、共通経路とは異なる第１経路に沿って測定対象物に少なくとも１回接触する。

第２に記載した方法の実施形態は、第１に記載し、そして第２に記載した装置について上記した特徴に対応する特徴の内のいずれかを更に含む。
別の態様において、本発明は、集積回路をウェハの上に製造する際に使用する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、ウェハを支持するステージと、空間的にパターン化された照射線をウェハの上に結像する照明システムと、結像した照射線に対するステージの位置を調整するポジショニングシステムと、結像した照射線に対するウェハの位置をモニターする上記の干渉計装置の内のいずれかとを備える。

別の態様において、本発明は、集積回路をウェハの上に製造する際に使用する別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、ウェハを支持するステージと、照射源、マスク、ポジショニングシステム、レンズアセンブリ、及び上記の干渉計装置のいずれかを含む照明システムとを備える。動作状態において、照射源は、照射線をマスクを通して方向付けて空間的にパターン化された照射線を生成し、ポジショニングシステムは、照射源からの照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、空間的にパターン化された照射線をウェハの上に結像し、干渉計システムは、照射源からの照射線に対するマスクの位置をモニターする。

別の態様において、本発明は、リソグラフィマスクを製造する際に使用するビーム書込みシステムを特徴とする。このビーム書込みシステムは、書込みビームを照射して基板にパターンを形成する照射源と、基板を支持するステージと、書込みビームを基板に方向付けるビーム方向付けアセンブリと、ステージ及びビーム方向付けアセンブリを互いに対して配置するポジショニングシステムと、ビーム方向付けアセンブリに対するステージの位置をモニターする上記の干渉計装置の内のいずれかとを備える。

別の態様において、本発明は、集積回路をウェハの上に製造する際に使用するリソグラフィ法を特徴とする。このリソグラフィ法は、ウェハを移動可能なステージの上に支持すること、空間的にパターン化された照射線をウェハの上に結像すること、ステージの位置を調整すること、ステージの位置を上記の干渉法による方法の内のいずれかを使用してモニターすることを含む。

別の態様において、本発明は、集積回路の製造に使用する別のリソグラフィ法を特徴とする。このリソグラフィ法は、入力照射線をマスクを通して方向付けて空間的にパターン化された照射線を生成すること、マスクを入力照射線に対して位置決めすること、入力照射線に対するマスクの位置を上記の干渉法による方法の内のいずれかを使用してモニターすること、空間的にパターン化された照射線をウェハの上に結像することを含む。

別の態様において、本発明は集積回路をウェハの上に製造する第３のリソグラフィ法を特徴とし、このリソグラフィ法は、リソグラフィシステムの第１構成要素をリソグラフィシステムの第２構成要素に対して位置決めしてウェハを空間的にパターン化された照射線で露光すること、第２構成要素に対する第１構成要素の位置を上記の干渉法による方法の内のいずれかを使用してモニターすることを含む。

別の態様において、本発明は、上記のリソグラフィ法の内のいずれかを含む集積回路の製造方法を特徴とする。
別の態様において、本発明は、上記のリソグラフィシステムの内のいずれかを使用する操作を含む集積回路の製造方法を特徴とする。

別の態様において、本発明は、リソグラフィマスクの製造方法を特徴とし、この方法は、書込みビームを基板に方向付けて基板にパターンを形成すること、基板を書込みビームに対して位置決めすること、書込みビームに対する基板の位置を上記の干渉法による方法の内のいずれかを使用してモニターすることを含む。

特別に定義しない限り、本明細書に使用する全ての技術的及び科学的用語は本発明が属する技術分野の当業者が共通して理解するのと同じ意味を有するものとする。刊行物、特許出願、特許、及び本明細書において参照されることにより本発明の開示に組み入れられる上述の他の参考文献と相容れない事態が生じる場合には、定義を含む本明細書が優先する。

本発明の一つ以上の実施形態についての詳細は、添付の図面及び以下の記載に開示される。本発明の他の特徴、目的及び利点は記載及び図面から、そして請求項から明らかになるであろう。

なお、種々の図面における同様な参照符号は同様の素子を示す。

図１は、干渉計システムの概略図であり、このシステムにより、平面ミラー測定対象物９２の直線変位及び角度変位を測定し、モニターする。図１に示すように、干渉計システムは、照射源１０、多数の干渉計タイプの一つとして構成し、配置することができる干渉計１４、検出器７０、及びデータ処理を実行するために公知の方法でプログラムされた電子プロセッサ兼コンピュータ９０を備える。各タイプにおいては、別個の実施形態として以下に詳述するように、干渉計ビームは、ミラー９２に向かって、またはミラー９２から、２０として示す光路にほぼ沿う形で進み、出力ビームは、干渉計１４から検出器７０に向かって６０で示す光路に沿って進む。出力ビームは、検出器７０により検出されて電気干渉信号を生成し、これらの信号は電子プロセッサ兼コンピュータ９０に信号８０として送信される。通常、偏光子または偏光「解析器」（図示せず）を使用して検出器７０による検出の前に、出力ビームの測定ビーム成分及び基準ビーム成分の偏光を混合する。幾つかの実施形態においても、光ファイバピックアップ（図示せず）を使用して偏光混合出力ビームをリモート検出器に入射させる。

入力ビーム１２は、照射源１０から供給される２成分ビームである。２つの成分は、異なる周波数を有し、直交する平面偏光である。異なる周波数は、照射源１０で、例えばレーザゼーマン分裂、音響光学変調、または複屈折素子などを使用してレーザの内部により生成することができる。

干渉計１４の第１の実施形態を図２ａの斜視図に示すが、この実施形態は、符号１１４としてその全体を示された統合光学アセンブリ内に２つの平面ミラー干渉計を含む。干渉計１１４については、干渉計１４の動作として記載することとする。測定ビーム１２２，１２４及び１２６の経路は、図１の符号２０で示す経路に対応する。２つの平面ミラー干渉計は、平面ミラー測定対象物９２への１つの通路を形成するための共通測定ビーム経路を有する。共通測定ビーム経路は、測定ビーム１２２の経路に対応する。

ビーム１２は、偏光ビームスプリッタインターフェイス１３０に入射し、基準ビーム成分及び測定ビーム成分を含むビーム１４０としてビームスプリッタ１３０を出て行く。入力ビーム１２の２つの成分の偏光面は、ビームスプリッタインターフェイス１３０でのビーム１２の入射面に対してそれぞれ平行であり、直交する。ビーム１４０の測定ビーム成分は、ビームスプリッタ１３０及び平面ミラー９２によって反射され、ビームスプリッタ１３０を透過し、１／４位相差板１３２を２回透過する。位相差板１３２を２回通過することにより、測定ビームの偏光面が、９０度回転する。ビーム１４０の基準ビーム成分は、ビームスプリッタ１３０を透過し、平面ミラー１９４及びビームスプリッタ１３０によって反射され、１／４位相差板１３４を２回透過する。位相差板１３４を２回通過することにより、基準ビームの偏光面が９０度回転する。

ビーム１４０の第１及び第２部分をそれぞれ２つの平面ミラー干渉計のビームとして使用し、この場合第１及び第２部分は、測定ビーム成分を有し、これらの測定ビーム成分は、平面ミラー測定対象物９２への一つの通路を形成する共通測定ビーム経路を有する。ビーム１４０は、プリズム１５４を透過し、再帰性反射体１５０によってビーム１４２として反射される。ビーム１４０の第１部分に対応するビーム１４２の第１部分は、非偏光ビームスプリッタインターフェイス１５２をビーム１４４として透過し、ビーム１４０の第２部分に対応するビーム１４２の第２部分は、ビームスプリッタインターフェイス１５２及びプリズム１５４によってビーム１４６として反射される。

ビーム１４４は、ビームスプリッタインターフェイス１３０に入射し、基準ビーム成分及び測定ビーム成分を含むビーム１６０としてビームスプリッタインターフェイス１３０を出て行く。入力ビーム１４４の測定ビーム成分は、ビームスプリッタインターフェイス１３０を透過し、平面ミラー９２及びビームスプリッタインターフェイス１３０によって反射され、１／４位相差板１３２を２回透過する。ビーム１４４の基準ビーム成分は、ビームスプリッタインターフェイス１３０及び平面ミラー１９４により反射され、ビームスプリッタインターフェイス１３０を透過し、１／４位相差板１３４を２回透過する。

ビーム１４６は、ビームスプリッタインターフェイス１３０に入射し、基準ビーム成分及び測定ビーム成分を含む出力ビーム１６２としてビームスプリッタインターフェイス１３０を出て行く。ビーム１４６の測定ビーム成分は、ビームスプリッタインターフェイス１３０を透過し、平面ミラー９２及びビームスプリッタインターフェイス１３０によって反射され、１／４位相差板１３２を２回透過する。ビーム１４６の基準ビーム成分は、ビームスプリッタインターフェイス１３０及び平面ミラー９４により反射され、ビームスプリッタインターフェイス１３０を透過し、１／４位相差板１３４を２回透過する。

出力ビーム１６０及び１６２は、検出器７０により検出されて２つの電気干渉信号を含む信号８０を生成する。検出器７０は、出力ビーム１６０及び１６２の基準ビーム成分及び測定ビーム成分を混合する偏光子を備える。信号８０の電気干渉信号は、電子プロセッサ兼コンピュータ９０に送信され、それぞれ干渉計測定軸ｘ₁及びｘ₁₀に沿ったミラー９２の変位に関する情報について処理される。変位ｘ₁及びｘ₁₀の変化の平均は、電子プロセッサ兼コンピュータ９０によってミラー９２の直線変位の変化として計算され、電子プロセッサ兼コンピュータ９０が差（ｘ₁₀−ｘ₁）の変化を使用して、ミラー９２の角度変位の変化をａｔａｎ［（ｘ₁−ｘ₁₀）／ｂ₁］として計算する。この場合ｂ₁は２つの干渉計の測定軸の空間間隔である（図２ｂ参照）。測定される角度配向の変化は、２つの測定軸が形成する平面内にある。

測定ビーム１２２，１２４及び１２６の相対位置を図２ｂに示す。図２ｂには、測定軸ｘ₁及びｘ₁₀の相対位置及び測定軸間隔ｂ₁も示されている。
再帰性反射体１５０の位置は、ビーム１４０に対するビーム１４４の位置に影響するが、ビーム１４４及び１４６の空間間隔には影響しない。ビーム１４４及び１４６の空間間隔は、ビームスプリッタインターフェイス１５２及びプリズム１５４の反射面が形成する菱面体の特性により決まり、軸ｘ₁₀及びｘ₁の間隔ｂ₁に対応する。該当する特性とは、菱面体の配置が測定軸ｘ₁₀とｘ₁の間隔に影響しないことである。

再帰性反射体１５０を、固体キューブコーナー型再帰性反射体として図１に示す。キューブコーナー型再帰性反射体の場合、ビームのどの部分もキューブコーナーのセクタ境界と交差しないように使用されるビーム最大径または最大円形クリアアパーチャは、キューブコーナー型再帰性反射体の入力ビームと出力ビームの間隔の１／２である。しかしながら、他の光学素子、例えばビームスプリッタインターフェイス１５２、プリズム１５４及びビームスプリッタインターフェイス１３０の最大クリアアパーチャは、キューブコーナーの入力ビームと出力ビームとの間隔に等しくすることができる。この１／２という係数は、従来の高安定性平面ミラー干渉計、ＨＳＰＭＩを備えてなる干渉計システムに使用することができる最大径における係数２の損失を表す。これに較べて、第１の実施形態の干渉計１１４は、キューブコーナー型再帰性反射体を使用する際に第１の実施形態がこの損失係数を有さないように構成することができる。

ビーム１４４及び１４６に対するビーム１４０の位置は、軸ｘ₁₀及びｘ₁の空間間隔に影響しない。この結果、キューブコーナー型再帰性反射体１５０のサイズは、間隔ｂ₁を変えることなく、干渉計のクリアアパーチャの直径を決める光学素子とは別に選択することができる。

再帰性反射体１５０を、図２ａに固体キューブコーナー型再帰性反射体として示す。キューブコーナー型再帰性反射体１５０は、反射面を有し、この反射面は、信号８０の電気干渉信号の周期誤差の発生を減らすようにコーティングが施されるが、この方法は、例えばＨｅｎｒｙ Ａ． Ｈｉｌｌによる「ヘテロダイン干渉計の再帰性反射体コーティング」と題する２００２年４月１１日出願（Ｚ−４１０）の米国仮出願第６０／３７１，８６８号に記載されており、この出願の内容が本明細書において参照により引用される。再帰性反射体１５０は、別の構成として、本発明の技術範囲及び技術思想から逸脱しない範囲で周期誤差の発生を減らす偏波面保存再帰性反射体を備えることができ、この構成は、例えばＨｅｎｒｙ Ａ． Ｈｉｌｌによる「偏光維持光学システム」と題する、同じ出願人が保有する米国特許出願第６，１９８，５７４Ｂ１号に記載されている。引用される米国特許の内容は、本明細書において参照により引用される。また、偏波面保存再帰性反射体によってキューブコーナー型再帰性反射体等の干渉計システムの有効クリアアパーチャが小さくなるということはない。

第１の実施形態の利点は、一つの再帰性反射体のみが測定対象物の２自由度を測定する２つのダブルパス（２回通過）干渉計に使用されることである。この特性は、更に強固でコンパクトな低コストの集積光学アセンブリに寄与する。

第１の実施形態の別の利点は、２つのダブルパス干渉計のビームに対応する再帰性反射体１５０の光路が同じであることである。この特性により、第１の実施形態の２つの干渉計の光路の差が小さくなるが、この構成を使用しない場合には、そのような差は、２つの別個の再帰性反射体を有する２つの従来のＨＳＰＭＩを備える該当する干渉計システムにおいて生じることになる。光路の差は、ガラスの非均質性及び干渉計の温度勾配の結果として生じる。２つの別個の再帰性反射体を有する２つの平面ミラー干渉計、例えば従来のＨＳＰＭＩを備える干渉計システムの場合、２つの別個の再帰性反射体を使用すると通常、非周期誤差が生じる。再帰性反射体の製造誤差が原因で生じる、２つのダブルパス干渉計の第２通過測定ビームの間の相対的なずれは、干渉計位相測定の変化を直線変位の変化に変換する際に、異なるコサインまたはコセカント補正係数の形で周期誤差を生じさせる。

２つのダブルパス干渉計のビームに対応する再帰性反射体１５０における光路が同じである結果として得られる第１の実施形態の別の利点は、平面ミラー測定対象物の姿勢の変化に起因するビームずれの存在下において波面誤差から生じる非周期誤差の該当部分が両方の電気干渉信号に共通であり、２つの直線変位の変化から角度変位の変化を計算する際に相殺されることである。波面誤差は、例えば光学素子の複屈折、及びビームが反射される、または透過する光学面の形状の結果として生じる。

第１の実施形態の別の利点は、再帰性反射体１５０の配置が２つのダブルパス干渉計の測定軸間の間隔に影響しないことである。従ってこの間隔は、集積光学アセンブリの組立て中の再帰性反射体の配置ではなく、単一光学素子の製造によって決まる。

第１の実施形態の別の利点は、ビームスプリッタインターフェイス１５２及び反射プリズム１５４の偏光インターフェイスが構成する菱面体の配置が２つのダブルパス干渉計の測定軸の間隔に影響しないことである。従ってこの間隔は、集積光学アセンブリの組立て中の菱面体の配置ではなく、単一光学素子、すなわち菱面体の製造によって決まる。

第１の実施形態の別の利点は、ビームスプリッタインターフェイス１５２及び反射プリズム１５４の偏光インターフェイスが構成する菱面体の配置が２つのダブルパス干渉計の電気干渉信号の振幅に影響しないことである。

第１の実施形態の別の利点は、測定対象物ミラーでの測定ビームが所定の最大間隔２ｂ₁を有する場合、ビームが再帰性反射体のセクタ境界を通過しないキューブコーナー型再帰性反射体を使用する従来のＨＳＰＭＩのような２つの平面ミラー干渉計の場合に可能なクリアアパーチャよりも大きなクリアアパーチャを適応することができることである。

第１の実施形態の別の利点は、２つのダブルパス干渉計の変位の差から得られる角度変位は温度勾配に対して感度が低いことである。
第１の実施形態では、測定ビーム１２２は「第１」ビームまたは「主」測定ビームと考えることができ、このビームは平面ミラー測定対象物に到達するための第１通路を形成し、続いて、偏光ビームスプリッタインターフェイス１３０、並びに、再帰性反射体１５０、ビーム分離インターフェイス１５２及びミラー１５４を備える「戻しビームアセンブリ」によって複数の「サブビーム」に分離される。第１の実施形態では、これらのサブビームは測定ビーム１２４及び１２６に対応し、更に、これらのサブビームが測定ビーム１２２に対応する経路とは異なる経路に沿って平面ミラー測定対象物への第２通路を形成することから「副」測定ビームと考えることができる。従って第１の実施形態では、各サブビームは出力ビームの内の一つの成分に対応し、この成分は測定ビーム１２２（測定ビーム１２２の一部であるとき）が定義する共通経路に沿って測定対象物に対して第１の接触を行ない、共通経路とは異なる別の経路に沿って測定対象物に対して第２の接触を行なう。また、偏光ビームスプリッタインターフェイス１３０によって基準平面ミラー１９４に向けて反射される入力ビーム１２の基準部分は「主」基準ビームと考えることができ、この主基準ビームは基準平面ミラーへの第１通路を形成し、続いて、（測定ビームが平面ミラー測定対象物への第１通路を形成した後に）測定ビーム１２２と再合成されて「中間」ビームを形成し、この中間ビームは続いて戻しビームアセンブリによってビーム１４４及び１４６に対応する「複数の」ビームに分離される。次に偏光ビームスプリッタインターフェイス１３０は、複数のビームを一連の副測定ビーム（測定ビーム１２４及び１２６に対応する）及び一連の副基準ビーム（平面ミラー基準物体１９４への第２通路を形成する基準ビームに対応する）に分離する。同様な用語を次に示す実施形態の各々に適用する。

干渉計１４の第２の実施形態を図３ａの斜視図に示すが、この第２の実施形態は、その全体を符号２１４として示す集積光学アセンブリに設けられた３つの平面ミラー干渉計を備える。干渉計２１４を干渉計１４の動作として記載することとし、ミラー９２の一方向の直線変位の変化及び２つの直交平面における角度配向の変化を測定し、モニターするように構成する。測定ビーム２２２，２２４，２２６及び２２８の経路は図１の符号２０で示す経路に対応する。３つの平面ミラー干渉計は平面ミラー測定対象物９２への一つの通路を形成する共通測定ビーム経路を有する。共通測定ビーム経路は測定ビーム２２２の経路に対応する。

第２の実施形態の多くの素子は第１の実施形態の素子と同じ機能を実行する。同じ機能を実行する第１及び第２の実施形態の素子は１００だけ違う符号で示される。
ビーム１２は、偏光ビームスプリッタインターフェイス２３０に入射し、基準ビーム成分及び測定ビーム成分を含むビーム２４０としてビームスプリッタ２３０を出て行く。入力ビーム１２の２つの成分の偏光面は、ビームスプリッタインターフェイス２３０でのビーム１２の入射面に対してそれぞれ平行であり、直交する。ビーム２４０の３つの部分をそれぞれ３つの平面ミラー干渉計のビームとして使用し、この場合これらの３つの部分は、平面ミラー測定対象物９２への１つの通路を形成する共通測定ビーム経路を有する測定ビーム成分を有する。ビーム２４０に関する残りの記載は、第１の実施形態のビーム１４０に関して記載した該当する部分と同じである。

ビーム２４０の３つの部分の内の第１部分は、順次、プリズム２５４、再帰性反射体２５０及びビームスプリッタインターフェイス２５２をビーム２４４として透過する。３つの部分の内の第２部分は、ビームスプリッタインターフェイス２５２が反射するビーム２４０の第２部分の第１部分に対応し、プリズム２５４で反射された後にビームスプリッタインターフェイス１２５２をビーム２４６として透過する。３つの部分の内の第３部分は、ビームスプリッタインターフェイス２５２が反射するビーム２４０の第２部分の第２部分に対応し、プリズム２５６で反射された後にビームスプリッタインターフェイス１２５２によってビーム２４８として反射される。

ビーム２４４は、ビームスプリッタインターフェイス２３０に入射し、基準ビーム成分及び測定ビーム成分を含むビーム２６０としてビームスプリッタインターフェイス２３０を出て行く。出力ビーム２６０についての残りの記載は、第１の実施形態の出力ビーム１６０に関して記載した該当する部分と同じである。ビーム２４６は、ビームスプリッタインターフェイス２３０に入射し、基準ビーム成分及び測定ビーム成分を含むビーム２６２としてビームスプリッタインターフェイス２３０を出て行く。出力ビーム２６２についての残りの記載は、第１の実施形態の出力ビーム１６２に関して記載した該当する部分と同じである。ビーム２４８は、ビームスプリッタインターフェイス２３０に入射し、基準ビーム成分及び測定ビーム成分を含むビーム２６４としてビームスプリッタインターフェイス２３０を出て行く。ビーム２４８の測定ビーム成分及び基準ビーム成分が光学素子を通過して伝搬してビーム２６４を形成する様子についての記載は、ビーム１４４が伝搬して第１の実施形態のビーム１６０を形成する様子を記載した該当する部分と同じである。

経路２０に沿って伝搬する測定ビーム２２４，２２６及び２２８はそれぞれ、出力ビーム２６０，２６２及び２６４に関連する。測定ビーム２２２及び２２４は、測定軸ｘ₂に関連し、測定ビーム２２２及び２２６は、測定軸ｘ₂₀に関連し、測定ビーム２２２及び２２８は、測定軸ｘ₂₀₀に関連する（図３ｂ参照）。ｘ₂₀とｘ₂の空間間隔はｂ₂であり、ｘ₂₀₀と、ｘ₂₀及びｘ₂のなす平面との空間間隔はｂ₂₀である。

測定ビーム２２２，２２４，２２６及び２２８の相対位置を図３ｂに示す。図３ｂには、測定軸ｘ₂，ｘ₂₀及びｘ₂₀₀の相対位置、並びに測定軸間隔ｂ₂及びｂ₂₀も示す。
３つの測定直線変位、及びｂ₂及びｂ₂₀の測定特性を使用して電子プロセッサ兼コンピュータ９０によってミラー９２の３自由度の変化を計算する。

コンパクトで強固な光学アセンブリ、低コスト、クリアアパーチャ、再帰性反射体２５０の配置、間隔ｂ₂及びｂ₂₀の設定、及び小さな非周期誤差の影響などに関する第２の実施形態の特徴及び利点は、本発明の第１の実施形態に関して記載した該当する特徴及び利点と同じである。

第２の実施形態の変形例を図１０に示す。第２の実施形態の変形例は４軸平面ミラー干渉計であり、この干渉計は、インターフェイス２３０を備える同じサイズの偏光ビームスプリッタの場合、図３ａに示す第２の実施形態の測定ビームクリアアパーチャよりも大きな測定ビームクリアアパーチャを有する。クリアアパーチャは、本明細書ではキューブコーナー再帰性反射体１２５０のセクタ境界のような光学面の境界により定義される。

第２の実施形態の変形例は通常、大きな測定ビームクリアアパーチャの結果として、波面誤差及びビームずれによって生じる小さな非周期的非線形誤差を示す。
別の構成として、波面誤差及びビームずれにより生じる非周期的非線形誤差が所定の大きさを有する場合に、第２の実施形態の変形例における干渉計のサイズを第２の実施形態の該当する干渉計のサイズよりも小さくすることができる。

第２の実施形態の変形例の最終使用用途において見られるアッベオフセット誤差を第２の実施形態の同じ最終使用用途において見られる該当するアッベオフセット誤差よりも小さくすることができる。

第２の実施形態の変形例の光学角度解像度を一平面内において、第２の実施形態の同じ最終使用用途における同じ平面内での光学角度解像度よりも高くすることができる。
同じ符号が付された第２の実施形態の変形例における素子及び第２の実施形態における素子は同様な機能を実行する。図１０を参照すると、インターフェイス１２５６の２つのセクションは、コーティングが施されて、ビーム２２４４及び２２４６として反射されるビームの反射インターフェイスとして機能する。インターフェイス１２５６の中央セクションは、ビーム２４０を透過させるためにコーティングが施されず、この場合透過ビームは、続いて位相差板１２３２及びキューブコーナー再帰性反射体１２５０をビーム１２４２として透過する。ビーム１２４２は、ビームスプリッタインターフェイス２２５２に入射し、ビーム１２４２の第１部分は、透過し、ビーム１２４２の第２部分は、反射される。透過第１部分は、ビームスプリッタインターフェイス３２５２に入射し、透過第１部分の第１部分は、ビーム１２４４として透過し、透過第１部分の第２部分は、インターフェイス１２５６の反射セクションにより反射された後に反射されてビーム２２４４を形成する。ビームインターフェイス２２５２により反射された反射第２部分の一部分は、反射インターフェイス１２５４により反射された後にビームスプリッタインターフェイス３２５２を透過してビーム１２４６を形成し、ビームインターフェイス２２５２により反射された反射第２部分の別の部分は、インターフェイス１２５４、及びインターフェイス１２５６の反射セクションにより反射された後にビームスプリッタインターフェイス３２５２よって反射されてビーム２２４６を形成する。

ビーム１２４４は、ビームスプリッタインターフェイス２３０に入射し、基準ビーム成分及び測定ビーム成分を含む出力ビーム２６４としてビームスプリッタインターフェイス２３０を出て行く。出力ビーム１２６４についての残りの記載は、第２の実施形態の出力ビーム２６０に関して記載した該当する部分と同じである。ビーム１２４６は、ビームスプリッタインターフェイス２３０に入射し、基準ビーム成分及び測定ビーム成分を含む出力ビーム１２６６としてビームスプリッタインターフェイス２３０を出て行く。出力ビーム１２６６についての残りの記載は、第２の実施形態の出力ビーム２６０に関して記載した該当する部分と同じである。ビーム２２４４は、ビームスプリッタインターフェイス２３０に入射し、基準ビーム成分及び測定ビーム成分を含むビーム２２６４としてビームスプリッタインターフェイス２３０を出て行く。ビーム２２４４の測定ビーム成分及び基準ビーム成分が光学素子を通過して伝搬してビーム２２６４を形成する様子についての記載は、ビーム２４４が伝搬して第２の実施形態のビーム２６０を形成する様子を記載した該当する部分と同じである。ビーム２２４６は、ビームスプリッタインターフェイス２３０に入射し、基準ビーム成分及び測定ビーム成分を含む出力ビーム２２６６としてビームスプリッタインターフェイス２３０を出て行く。ビーム２２４６の測定ビーム成分及び基準ビーム成分が光学素子を通過して伝搬してビーム２２６６を形成する様子についての記載は、ビーム２４６が伝搬して第２の実施形態のビーム２６２を形成する様子を記載した該当する部分と同じである。

測定ビーム２２２は、ビーム２２２の個々の部分が４つの測定軸の各々に対応する測定対象物９２に到達するための第１通過測定ビームとして機能するので、主測定ビームとして分類される。経路２０に沿って伝搬する測定ビーム１２２４，２２２４，１２２６及び２２６６はそれぞれ出力ビーム１２６４，２２６４，１２６６及び２２６６に関連する。

図１０に示すように、出力ビーム１２４２及びキューブコーナー再帰性反射体１２５０からの該当する入力ビームと、出力ビーム１２４２及び再帰性反射体１２５０に向かう該当する入力ビームによって定義される平面はそれぞれ、ビーム２４０の測定ビーム成分及び基準ビーム成分の偏光状態により定義される平面に対して約４５度の角度を有する。その結果、キューブコーナー再帰性反射体１２５０への入力ビームの基準ビーム成分及び測定ビーム成分の偏光状態により定義される平面は、キューブコーナー再帰性反射体１２５０の速軸及び遅軸とされる軸には一致しない。キューブコーナー再帰性反射体１２５０への入力ビームの基準ビーム成分及び測定ビーム成分の偏光状態により定義される平面と、キューブコーナー再帰性反射体１２５０の速軸及び遅軸とされる軸との相対回転の影響を補償するために、位相差板１２３２をキューブコーナー再帰性反射体１２５０への入力ビームの経路に配置し、この場合位相差板１２３２の速軸は、キューブコーナー再帰性反射体１２５０の速軸に平行であるか、または直交する。

位相差板１２３２により生じる位相シフト差は、キューブコーナー再帰性反射体１２５０により生じる位相遅延を補償して周期誤差の発生が減り、かつ信号８０の電気干渉信号の振幅損失が小さくなるように、選択される。

別の構成として、位相差板１２３２をキューブコーナー再帰性反射体１２５０からの出力ビーム１２４２の経路に配置することができる。別の構成として、位相遅延特性の補償は、キューブコーナー再帰性反射体１２５０の入力ビーム及び出力ビームの両方の経路に位相差板を配置することにより行なうことができる。

位相差板１２３２の特性は、キューブコーナー再帰性反射体１２５０の位相遅延特性に従って決定される。市販の干渉計に普通に見られる、銀でコーティングしたキューブコーナー再帰性反射体の場合、銀コーティングキューブコーナー再帰性反射体の速軸及び遅軸を、銀コーティングキューブコーナー再帰性反射体の入力ビーム及び出力ビームの方向により定義される平面に対して約３度回転させる。また、約１８０度の位相シフトを生じさせて（位相シフトの正弦値の大きさは約０．１である）、キューブコーナー再帰性反射体がほぼ１／２位相差板として動作するようにする。位相差板１２３２により生じる位相シフトは、キューブコーナー再帰性反射体１２５０の位相シフト特性を補償するように選択され、補償しなければ生じると考えられる周期誤差を減らす。

Ｈｅｎｒｙ Ａ． Ｈｉｌｌによる「ヘテロダイン干渉計の再帰性反射体コーティング」と題する本出願人が共通に保有する、前に引用した２００２年４月１１日出願の米国仮特許出願第６０／３７１，８６８号に記載されているように、他のコーティングをキューブコーナー再帰性反射体１２５０に施すことができ、上記仮出願の内容が本明細書において参照により引用される。引用した仮出願に記載されたコーティングの場合、コーティングされたキューブコーナー再帰性反射体１２５０は、入力ビーム及び出力ビームの偏光状態の関係に関して高精度の１／２位相差板特性を有する。位相差板特性はこの場合、位相差板特性１２３２として使用する標準１／２位相差板により補償される。

第２の実施形態の変形例の利点は、第２の実施形態の変形例における測定ビームの有効クリアアパーチャが、第２の実施形態における測定ビームの有効クリアアパーチャに対して大きくなっていることである。この大きくなっていることは、主測定ビーム２２２が、測定ビーム２２２４と２２２６との間の途中の中央位置にシフトする結果の一部である。シフトする結果、ビーム２２２４及び２２２６の有効クリアアパーチャを等しくすることができ、これによってこの有効クリアアパーチャが測定ビーム２２６によって決まる第２の実施形態におけるビームの有効クリアアパーチャに対して大きくなっていることが示される。

第２の実施形態の変形例において有効クリアアパーチャが大きくなるのは、キューブコーナー再帰性反射体１２５０の速軸及び遅軸が、ビーム２４０の基準／測定ビーム成分の偏光面に対して約４５度回転する結果の一部でもある。速軸及び遅軸がそのように回転する場合、キューブコーナー再帰性反射体１２５０のセクタ境界の対応する回転が、測定ビームの２つの直交する独立自由度の約１５度以内であり、これに対して、従来の高安定性平面ミラー干渉計では３０度及び６０度である。従って、ビーム２４０の測定ビーム成分のビームずれが及ぶほぼ矩形の空間に対してキューブコーナー再帰性反射体１２５０のセクタ境界が約１５度の角度で相対的に整合し、それに伴って有効クリアアパーチャが大きくなる。

主測定ビーム２２２を測定ビーム２２２４と２２２６との間の途中の中央位置にシフトさせることは、キューブコーナー再帰性反射体１２５０のクリアアパーチャを小さくすることなく、出力ビーム１２４２をキューブコーナー再帰性反射体１２５０への入力ビームに対して垂直方向及び水平方向の両方に変位させることにより行なわれる。

測定ビームのクリアアパーチャが大きくなると通常、第２の実施形態の変形例に別の利点を生じさせる基礎が形成される。所与のビームずれの大きさ及び光学面の表面形状仕様に対して、クリアアパーチャが大きくなると通常、該当する非周期的非線形誤差が小さくなる。

また、ビーム２２２から離れて基準物体２９４に向かう方向に位置する表面に対する第２の実施形態の変形例におけるアッベオフセットは、主ビーム２２２をインターフェイス２３０を有する偏光ビームスプリッタの該当するエッジに一層近接するように変位させることにより、小さくすることができる。該当するエッジに一層近接する変位は、第２の実施形態の変形における有効クリアアパーチャを小さくすることなく生じさせることができる。何故なら、主ビーム２２２が遭遇するビームずれは測定ビーム１２２４，２２２４，１２２６及び２２２６が遭遇するビームずれの２分の１であるからであり、この場合ビームずれは測定対象物９２の姿勢の変化の結果として生じる。第２の実施形態の変形例におけるこの特徴は別の利点となる。

第２の実施形態の変形例の別の利点は、ビーム１２２６及び２２２６により定義される平面内の角度変位解像度が、主ビーム２２２をインターフェイス２３０を有する偏光ビームスプリッタの該当するエッジに一層近接するように変位させることにより高くなることである。

第２の実施形態の変形例の残りについての記載は、第２の実施形態について記載した該当する部分と同じである。
この技術分野の当業者であれば、本発明の技術範囲及び技術思想から逸脱することなく、反射面１２５４の位置をシフトさせることにより、測定ビーム１２２６の位置を、例えばビーム１２２４の方向に図１０に示すビーム１２２６及び１２２４の位置の間の途中の位置にまで、かつ入力ビーム１２に並ぶ形でシフトさせることができることは明らかであろう。

干渉計１４の第３の実施形態を図４ａの斜視図に示すが、この実施形態は、符号３１４によりその全体を示された集積光学アセンブリに設けられた３つの平面ミラー干渉計を備える。干渉計３１４を干渉計１４の動作として記載することとし、ミラー９２の一方向における直線変位の変化及び２つの直交平面における角度配向の変化を測定し、モニターするように構成する。測定ビーム３２２，３２４，３２６，１３２２及び１３２４の経路は図１の符号２０で示す経路に対応する。３つの平面ミラー干渉計の内の２つは平面ミラー測定対象物９２への一つの通路のための共通測定ビーム経路を有する。共通測定ビーム経路は測定ビーム３２２の経路に対応する。

第３の実施形態の多くの素子は第２の実施形態の素子と同じ機能を実行する。同じ機能を実行する第２及び第３の実施形態の素子は１００だけ違う符号で示される。
ビーム１２は、ビームスプリッタインターフェイス３５８に入射し、ビーム１２の第１部分はプリズム３５９により反射された後、入力ビーム３１２として反射される。ビーム１２の第２部分は、ビームスプリッタインターフェイス３５８を入力ビーム１３１２として透過する。入力ビーム３１２は、偏光ビームスプリッタインターフェイス３３０に入射し、干渉計３１４を出力ビーム３６０及び３６２として出て行く。出力ビーム３６０及び３６２に関連する測定ビームは、３２２，３２４及び３２６である。入力ビーム１３１２は、ビームスプリッタインターフェイス３３０に入射し、干渉計３１４を出力ビーム１３６４として出て行く。出力ビーム１３６４に関連する測定ビームは、１３２２及び１３２４である。

入力ビーム３１２が干渉計３１４を通って伝搬して測定ビーム３２２，３２４及び３２６、及び出力ビーム３６０及び３６２を形成する様子についての記載は、入力ビーム１２が干渉計１１４を通って伝搬して測定ビーム１２２，１２４及び１２６、及び出力ビーム１６０及び１６２を形成する第１の実施形態の該当する記載と同じである。

再帰性反射体１３５０、並びに、測定ビーム１３２２及び１３２４及び出力ビーム１３６４に関連する偏光ビームスプリッタインターフェイス３３０を備える干渉計は従来のＨＳＰＭＩである。従って、入力ビーム１３１２が干渉計３１４を通って伝搬して測定ビーム１３２２及び１３２４、及び出力ビーム１３６４を形成する様子についての記載は、ビームがＨＳＰＭＩを通って伝搬する様子についての該当する記載と同じである。

測定ビーム３２２及び３２４は測定軸ｘ₃に関連し、測定ビーム３２２及び３２６は測定軸ｘ₃₀に関連し、測定ビーム１３２２及び１３２４は測定軸ｘ₃₀₀に関連する（図４ｂ参照）。ｘ₃₀とｘ₃との空間間隔はｂ₃であり、ｘ₃₀₀とｘ₃₀との空間間隔はｂ₃₀である。

測定ビーム３２２，３２４，３２６，１３２２及び１３２４の相対位置を図４ｂに示す。図４ｂには、測定軸ｘ₃，ｘ₃₀及びｘ₃₀₀の相対位置、並びに測定軸間隔ｂ₃及びｂ₃₀も示す。

ミラー９２の３自由度の変化を電子プロセッサ兼コンピュータ９０によって３つの測定直線変位、並びにｂ₃及びｂ₃₀の測定特性を使用して計算する。
コンパクトで強固な集積光学アセンブリ、低コスト、クリアアパーチャ、再帰性反射体３５０の配置、間隔ｂ₃の設定、及び小さな非周期誤差による影響などに関する第３の実施形態の特徴及び利点は、本発明の第１の実施形態に関して記載した該当する特徴及び利点と同じである。

干渉計１４の第４の実施形態を図５ａの斜視図に示すが、この実施形態は、符号４１４によりその全体を示された集積光学アセンブリに設けられた４つの平面ミラー干渉計を備える。干渉計４１４を干渉計１４の動作として記載することとし、ミラー９２の一方向における直線変位の変化、２つの直交平面における角度配向の変化、及び平均傾斜の差を測定し、モニターするように構成する。測定ビーム４２２，４２４，４２６，１４２２及び１４２６の経路は図１の符号２０で示す経路に対応する。４つの平面ミラー干渉計の内の２つは平面ミラー測定対象物９２への一つの通路を形成する共通測定ビーム経路を有し、４つの平面ミラー干渉計の内の残りの２つはミラー９２への一つの通路を形成する共通測定ビーム経路を有する。共通測定ビーム経路は測定ビーム３２２及び１３２２の経路に対応する。

第４の実施形態の多くの素子は第１の実施形態の素子と同じ機能を実行する。同じ機能を実行する第１及び第４の実施形態の素子は３００または１３００だけ違う符号で示される。

ビーム１２は、ビームスプリッタインターフェイス４５８に入射し、ビーム１２の第１部分は、プリズム４５９により反射された後、入力ビーム４１２として反射される。ビーム１２の第２部分は、ビームスプリッタインターフェイス４５８を入力ビーム１４１２として透過する。入力ビーム４１２は、偏光ビームスプリッタインターフェイス４３０に入射し、干渉計４１４を出力ビーム４６０及び４６２として出て行く。出力ビーム４６０及び４６２に関連する測定ビームは、４２２，４２４及び４２６である。入力ビーム１４１２は、ビームスプリッタインターフェイス４３０に入射し、干渉計４１４を出力ビーム１４６０及び１４６２として出て行く。出力ビーム１４６０及び１４６２に関連する測定ビームは１４２２，１４２４及び１４２６である。

入力ビーム４１２が干渉計４１４を通って伝搬して測定ビーム４２２，４２４及び４２６、並びに出力ビーム４６０及び４６２を形成する様子についての記載は、入力ビーム１２が干渉計１１４を通って伝搬して第１の実施形態の測定ビーム１２２，１２４及び１２６、並びに出力ビーム１６０及び１６２を形成する様子についての該当する記載と同じである。入力ビーム１４１２が干渉計４１４を通って伝搬して測定ビーム１４２２，１４２４及び１４２６、並びに出力ビーム１４６０及び１４６２を形成する様子についての記載は、入力ビーム１２が干渉計１１４を通って伝搬して測定ビーム１２２，１２４及び１２６、並びに出力ビーム１６０及び１６２を形成する様子についての第１の実施形態の該当する記載と同じである。

測定ビーム４２２及び４２４は測定軸ｘ₄に関連し、測定ビーム４２２及び４２６は測定軸ｘ₄₀に関連し、測定ビーム１４２２及び１４２４は測定軸ｘ₄₀₀に関連し、測定ビーム１４２２及び１４２６は測定軸ｘ₄₀₀₀に関連する（図５ｂ参照）。ｘ₄₀とｘ₄との空間間隔はｂ₄であり、ｘ₄₀₀₀とｘ₄₀₀との空間間隔はｂ₄₀であり、ｘ₄₀₀₀とｘ₄₀との空間間隔はｂ₄₀₀である。

測定ビーム４２２，４２４，４２６，１４２２，１４２４及び１４２６の相対位置を図５ｂに示す。図５ｂには、測定軸ｘ₄，ｘ₄₀，ｘ₄₀₀及びｘ₄₀₀₀の相対位置、並びに測定軸間隔ｂ₄，ｂ₄₀及びｂ₄₀₀も示す。

ミラー９２の３自由度の変化及び平均傾斜の差を電子プロセッサ兼コンピュータ９０によって４つの測定直線変位の測定変化、並びにｂ₄及びｂ₄₀の測定特性を使用して計算する。ここでは傾斜の平均傾斜の変化を、表面の２つの直線変位の変化の差から求まる表面の角度配向の変化として使用する。平均傾斜の変化は直線変位の２つの測定変化が含まれる平面に在る。第４の実施形態では、平均傾斜に関する２つの独立した測定は、ａｔａｎ［（ｘ₄₀−ｘ₄）／ｂ₄］及びａｔａｎ［（ｘ₄₀₀₀−ｘ₄₀₀）／ｂ₄₀］として得られる。差、ａｔａｎ［（ｘ₄₀−ｘ₄）／ｂ₄］−ａｔａｎ［（ｘ₄₀₀₀−ｘ₄₀₀）／ｂ₄₀］により、距離ｂ₄₀₀に渡る平面からのミラー９２表面の変位が測定される。平均傾斜の測定差は、例えばリソグラフィツールのステージに搭載された平面ミラー対象物の表面をマッピングする手順に使用されるが、このマッピング方法は、例えばＨｅｎｒｙ Ａｌｌｅｎ Ｈｉｌｌ（Ｚ−４０２）による「ステージミラーマッピング方法及び装置」と題する本出願人がこの出願と共通に保有する２００２年４月９日出願の米国特許出願第６０／３７１，１７２号に記載されており、上記出願の内容が本明細書において参照により引用される。

別の実施形態は、上述の干渉計システムのいずれかを互いに組み合わせて追加の測定軸を更に設ける。例えば、図１０に示すものと同様な４軸及び３軸干渉計サブアセンブリを集積光学アセンブリ中に組み込んで図１１に示すように７つの測定軸を設ける。図１１の実施形態は、偏光ビームスプリッタインターフェイス２３０、測定１／４波長板２３２、基準１／４波長板２３４、基準平面ミラー２９４、位相差板１２３２、再帰性反射体１２５０、非偏光ビームスプリッタインターフェイス２２５２及び３２５２、並びにミラー１２５４及び１２５６を含む図１０の実施形態と共通する多くの素子を含む。

図１１を参照すると、（図１において照射源１０が生成するような）入力ビーム１１０１は、非偏光ビーム分離インターフェイス１１０３を含む入力ビーム分離アセンブリ１１０２に入射する。入力ビーム分離アセンブリは入力ビームを２つの副入力ビーム１１０４及び１１０５に分離する。副入力ビーム１１０４は図１０の実施形態における入力ビーム１２に対応し、干渉計を通って伝搬して出力ビーム１２６４，１２６６，２２６４及び２２６６を図１０の実施形態における場合と同様に生成する。副入力ビーム１１０５は、副入力ビーム１１０４に平行だが、その下方を伝搬する。副入力ビーム１１０５及びその成分は、副入力ビーム１１０４の伝搬と同様に干渉計内を伝搬して出力ビーム１２６６’，２２６４’及び２２６６’を生成する。このような出力ビームを生成するために、本実施形態は、ミラー１２５４’、非偏光ビーム分離インターフェイス２２５２’、及び第２再帰性反射体１２５０’を更に含む。本実施形態では、出力ビーム１２６４，１２６６，２２６４及び２２６６の測定ビーム成分は、出力ビーム１２６６’，２２６４’及び２２６６’に対応する測定ビーム成分が接触する平面ミラー測定対象物とは異なる平面ミラー測定対象物に接触する。また、本実施形態では、副入力ビーム１１０５から生成される第４出力ビームは必要ではなく、従ってビーム分離インターフェイス２２５２’の右側部分は単なるミラーである。

更に図１１を参照すると、本実施形態は、バッキングプレート２３３を更に示しており、異なる素子を一緒に単一の干渉計アセンブリに組み込む際に、このバッキングプレートを使用して、インターフェイス２３０に対応する偏光ビームスプリッタ光学系に１／４波長板２３２を固定する。本実施形態は、偏光漏れフィルタ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｌｅａｋａｇｅ ｆｉｌｔｅｒ）１１０７を更に示しており、この偏光漏れフィルタ１１０７は、一つが複屈折性を示すウェッジペアを備える。偏光漏れフィルタは副入力ビームの直交偏光成分間に伝搬方向の小さな差を生じさせるが、この差は最終的には出力ビームが偏光漏れフィルタを通過するときに補償される。偏光漏れフィルタは、偏光混合により生じる周期誤差及び干渉計光学系の不完全性により生じる他の影響を小さくする。偏光漏れフィルタの実施例については、Ｐｅｔｅｒ Ｊ． ｄｅ Ｇｒｏｏｔらによる「直交偏光入力ビーム成分の伝搬の角度差を利用する干渉計システム及び方法」と題する本出願人がこの出願と共通に保有する２００２年６月１７日出願の米国特許出願第１０／１７４，１４９号に詳細に記載されており、上記出願の内容が本明細書において参照により引用される。

上述の実施形態では、各出力ビームは特定の測定軸に関する測定対象物までの距離の変化についての情報を含む。上述のように、測定対象物の角度配向の変化についての情報を２つの異なる測定軸に対応する距離測定から算出することができる。以下に示す別の実施形態において、多軸干渉計は、測定対象物の光学的方位の変化を直接測定する一つ以上の出力ビームを生成することができる。このような実施形態では、「角度測定」出力ビームは、互いに離間するポイントで測定対象物に接触する２つの成分を含む。結果として得られる干渉信号は光学的差異に対応し、この光学的差異は特定の回転軸に関する測定対象物の角度配向の変化を示す。これらの実施形態は、一つ以上の異なる回転軸に関する角度配向の変化を測定する干渉計を含む。また、このような干渉計は、一つ以上の測定軸に沿った測定対象物までの距離の変化を測定する出力ビームを更に含むことができる。

次に図１２ａ〜ｅを参照すると多軸干渉計の実施形態が示されており、この干渉計は高安定性平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）及び角度変位干渉計を含む。ＨＳＰＭＩ及び角度変位干渉計は幾つかの光学要素を共有する。ＨＳＰＭＩを図１２ｂに模式図として示し、角度変位干渉計を図１２ｃに模式図として示す。ＨＳＰＭＩは第１出力ビーム１２７２を生成し、このビーム１２７２は、第１測定軸に沿った平面ミラー測定対象物４８０までの距離の変化についての情報を含み、角度変位干渉計は「角度測定」出力ビーム１２７３を生成し、このビーム１２７３は、第１回転軸に対する平面ミラー測定対象物の角度配向の変化についての情報を含む。

図１２ａを参照すると、照射源１０が、入力ビーム１２を生成し（図１を参照して説明したように）、ビーム１２を方向付けて偏光ビームスプリッタ１２８１に到達させ、このスプリッタ１２８１は、ビーム１２をビーム１２９１及び１２９２に分離する。ビーム１２９１は、「主」測定ビームと考えることができ、ビーム１２９２は、主基準ビームと考えることができる。主測定ビームは、偏光ビームスプリッタを透過し、平面ミラー測定対象物１２８０により反射され、次に１／４位相差板１２８２を２回通過した後に偏光ビームスプリッタに戻り、このプロセスによってビームの直線偏光が９０度回転する。２回通過により、偏光ビームスプリッタは、主測定ビームを戻しビームアセンブリ１２８５に向けて反射することとなる。主基準ビームは、偏光ビームスプリッタにより反射され、平面ミラー基準物体１２８３により反射され、次に１／４位相差板１２８４を２回通過した後に偏光ビームスプリッタに戻り、このプロセスによってビームの直線偏光が９０度回転する。２回通過により、偏光ビームスプリッタは主基準ビームを透過させることとなる。また、偏光ビームスプリッタは、主基準ビームを主測定ビームと再合成して中間ビーム１２９０を形成する。

戻しビームアセンブリ１２８５は、非偏光ビームスプリッタ１２８６を含み、このビームスプリッタ１２８６は、中間ビームを、ビーム１２９３及び１２９４を含む複数のビームに分離し、このビーム１２９３は、ビームスプリッタ１２８６を透過し、再帰性反射体１２８７によって方向付けられて偏光ビームスプリッタ１２８１に戻り、ビームスプリッタ１２８６により反射されるビーム１２９４は、ペンタプリズム１２８８によって偏光ビームスプリッタ１２８１に向かうように方向が変えられ、偏光ビームスプリッタに到達する前に１／２位相差板１２８９を透過する。１／２位相差板は、ビーム１２９４の測定成分及び基準成分の直線偏光を９０度回転させる姿勢となるように配置される。

ビーム１２９３は、距離測定出力ビーム１２７２の前駆体となる入射ビームであり、偏光ビームスプリッタは、ビーム１２９３の第１部分を平面ミラー測定対象物に向かって反射して副測定ビーム１２９５を形成し、ビーム１２９３の第２部分を平面ミラー基準物体に向かって透過させて副基準ビーム１２９６を形成する。ビーム１２９５及び１２９６はそれぞれの平面ミラーによって反射され、これらのビームのそれぞれの１／４位相差板を２回通過し、次に偏光ビームスプリッタにより再合成されて距離測定出力ビーム１２７２を形成する。ここで注目すべきは、副測定ビーム１２９５が、主測定ビーム１２９１から生成され、副基準ビーム１２９６が主基準ビーム１２９２から生成される。従って、距離測定出力ビーム１２７２の測定ビーム成分は、測定対象物に２回接触し、１回目は主測定ビームによって定義される共通経路に沿い、２回目は副測定ビーム１２９５によって定義される異なる経路に沿っている。次に距離測定出力ビームの測定成分及び基準成分の直交偏光を偏光子１２７４が混合し、結果として得られるビームの強度を検出器１２７５が測定する。図１２ｂはＨＳＰＭＩを構成し、距離測定出力ビームを生成する干渉計の各部分を示している。

ビーム１２９４は、角度測定出力ビーム１２７３の前駆体となる入射ビームであり、偏光ビームスプリッタはビーム１２９４の第１部分を平面ミラー測定対象物に向かって反射して別の副測定ビーム１２９７を形成し、ビーム１２９４の第２部分を平面ミラー基準物体に向かって透過させて別の副基準ビーム１２９８を形成する。ビーム１２９７及び１２９８は、それぞれの平面ミラーによって反射され、これらのビームのそれぞれの１／４位相差板を２回通過し、次に偏光ビームスプリッタにより再合成されて角度測定出力ビーム１２７３を形成する。ここで注目すべきは、１／２位相差板１２８９によって偏光が回転するので、副測定ビーム１２９７が主基準ビーム１２９２から生成され、副基準ビーム１２９８が主測定ビーム１２９１から生成される。従って、角度測定出力ビーム１２７３の第１成分は、共通経路に沿って測定対象物に主測定ビームの一部として１回接触し、次に基準物体に副基準ビーム１２９８の一部として１回接触し、角度測定出力ビーム１２７３の第２成分は、基準物体に主基準ビームの一部として接触し、次に測定対象物に共通経路とは異なる経路に沿って副測定ビーム１２９７の一部として１回接触する。次に角度測定出力ビームの第１成分及び第２成分の直交偏光を偏光子１２７６が混合し、結果として得られるビームの強度を検出器１２７７が測定する。図１２ｃは角度変位干渉計を構成し、角度測定出力ビームを生成する干渉計の各部分を示している。

角度変位干渉計は、図１２ａ及び１２ｃの平面内における平面ミラー測定対象物の角度配向の変化θ₂に対応する、角度変位干渉計の出力ビーム１２７３の成分の間の相対位相シフトφ₂を導入する。相対位相シフトφ₂及び角度変化θ₂は次式の関係を有する。

φ₂＝ｋ₂ｎ₂ｂ₂θ₂ （１）
上式において、ｂ₂は平面ミラーでの測定対象物上の基準ビームと測定ビームとの間隔（図１２ａ及び１２ｃ参照）、入力ビーム１１２の波長λ₂に対応する波数ｋ₂＝２π／λ₂、ｎ₂は基準ビーム経路及び測定ビーム経路におけるガスの屈折率である。

平面ミラー測定対象物１２８０上のビームスポットの配置を図１２ｄに示す。これらのスポットは直線アレイを形成し、この場合、直線変位干渉計の測定軸は角度変位干渉計の基準ビームと測定ビームに平行な線から外れ、かつこれらのビームの間の中央に位置する。図１２ａの実施形態において非制限的な意味での例として模式的に示された干渉計アセンブリの場合、変位は平面ミラーでの直線変位干渉計の測定ビームの間隔の２分の１に等しいとされる。

ミラーとして動作する非偏光ビームスプリッタ１２８６と、ペンタプリズム１２８８との組合せ（図１２ｃにおいてＲとして示される）は、単一反射面の画像反転特性を示す。その結果、図１２ａに示す角度変位干渉計は、主測定ビーム及び副測定ビームが測定対象物に法線方向でない方向から接触する場合でも角度測定出力ビームの成分が互いに平行に伝搬するように構成される。また角度変位干渉計は、角度変位干渉計内の角度測定出力ビームの成分の間の検出器１２９４または光ファイバピックアップにおける相対ビームずれが小さくなるように構成される。相対ビームずれは２α₂ｌ₂／ｎ^' ₂に等しく、ここでα₂は図１２ａの平面内における平面ミラー測定対象物の角度配向の変化であり、ｌ₂は単一平面ミラーから偏光ビームスプリッタ１２８１に至る基準ビーム及び測定ビームの物理長の差であり、この場合角度変位干渉計でそれらが合成され、ｎ^' ₂は、干渉計におけるガラスの屈折率である。長さｌ₂は平面ミラー測定対象物の直線変位には依存しない。また図１２ａに示す角度変位干渉計は、ガラス中の経路長が、異なる出力ビーム成分に関する経路長と同じになり、その場合に角度変位干渉計が角度変位干渉計の温度変化に鈍感になるように構成することができる。角度変位干渉計は更に、ガス中の経路長が、異なる出力ビーム成分に対して同じになり、その場合角度変位干渉計が該当するビーム経路におけるガス密度の環境変化に鈍感になるように構成することができる。

図１２ａの実施形態の利点は、角度変位の測定に使用するビームが平面ミラー測定対象物への単一通路（シングルパス）を形成することである。角度変位干渉計におけるシングルパス構成では、周期的非線形性の発生源の数が、マルチパス干渉計構成において考えられる発生源の数に比べて少ない。しかしながら、本発明において更に示す実施形態では角度変位干渉計は、角度変位干渉計に使用するビームが測定対象物に達するための複数通路（マルチパス）を形成するように構成することもできる。

図１２ａの実施形態の別の利点は、直線変位出力ビーム及び角度変位出力ビームは平面ミラー測定対象物への通路を形成するための共通測定ビーム経路を有することである。その経路は、主測定ビーム１２９１として偏光ビームスプリッタを透過する入力ビーム１１２の成分の経路に対応する。

図１２ａの実施形態の別の利点は、角度変位干渉計に使用する平面ミラー測定対象物上のビームの位置が、測定対象物の角度配向が変化してもずれないことである。これは、角度測定出力ビームの各成分がただ平面ミラー測定対象物に接触するだけであるということの結果として得られる。

ミラーとして動作する非偏光ビームスプリッタと図１２ｃにＲとして示すペンタプリズムとの組合せは、上述したように単一反射面の画像反転特性を示す。また、非偏光ビームスプリッタ及び図１２ｃにＲとして示すペンタプリズムによる反射を組み合わせることにより、図１２ｅに示す多面反射板の画像反転特性を実現する。図１２ｅに示す反射板は別の構成として反射板Ｒに替えて使用することができ、この場合図１２ｅに示す反射板の一ファセットは非偏光ビームスプリッタの機能を果たす。

追加の実施形態は、戻しビームアセンブリにおける反射面の他の組合せを含むことにより上述の単一反射面の画像反転特性を実現する。一般的に、一連の反射面は、反射面の各々での入射ビームと反射ビームとがなす角度の合計値がゼロまたは３６０度の整数倍になるように中間ビームの角度測定部分を反射し、この場合、各角度は入射ビームから反射ビームの方向に測定し、反時計回りの方向に測定したときに正の値を、時計回りの方向に測定したときに負の値を示す。多くの実施形態において、一の共通平面に複数の法線を有する複数の表面による反射の数は奇数になる。

図１３ａ，１３ｂ及び１３ｃは本発明の干渉計の別の実施形態を模式的に示している。本実施形態は、直線変位干渉計（例えばＨＳＰＭＩ）及び角度変位干渉計を含む点で図１２ａの実施形態と同様である。しかしながら本実施形態では、直線変位干渉計の測定ビームの平面及び角度変位を測定する平面が直交する。図１３ａ及び１３ｂの平面は平行であり、図１３ｃに示すように一方が他方に対して距離ｂ₃だけずれている。図１３ｃは干渉計アセンブリを側面から見たときの図を模式的に示している。干渉計の素子の多くは図１２ａの実施形態の素子と同じであり、同じ符号が付されている。

図１３ａ〜１３ｃの実施形態の直線変位干渉計は、ＨＳＰＭＩであり、図１２ａの実施形態のそれと同じである。ＨＳＰＭＩの基準ビーム及び測定ビームによって定義される平面は、図１３ａの平面内に在る。

図１３ａ〜１３ｃの実施形態の角度変位干渉計の動作は、図１２ａの実施形態における中間ビーム１２９０の生成までの動作と同じである。中間ビーム生成後の操作において、非偏光ビームスプリッタ１３８６がビームスプリッタ１２８６に、ペンタプリズム１３８８がペンタプリズム１２８８に置き替わる。また、偏光ビームスプリッタ１３８１が偏光ビームスプリッタ１２８１に置き替わる。

次に図１３ａ〜１３ｃを参照すると、ビームスプリッタ１３８６は、中間ビーム１２９０を受信し、図１３ａの平面外で中間ビームの一部を反射し、この場合この中間ビームの一部は、ペンタプリズム１３８８によって偏光ビームスプリッタ１３８１に向けて図５１３の平面内で反射され、偏光ビームスプリッタにビーム１３９４として到達する前に１／２位相差板１３８９を通過する。図１２ａの実施形態における場合のように、１／２位相差板は、ビーム１３９４の成分の直線偏光を９０度回転させる。

ビーム１３９４は、角度測定出力ビーム１３７３の前駆体となる入射ビームであり、偏光ビームスプリッタは、ビーム１３９４の第１部分を平面ミラー測定対象物に向かって反射して別の副測定ビーム１３９７を形成し、ビーム１３９４の第２部分を平面ミラー基準物体に向かって透過させて別の副基準ビーム１３９８を形成する。ビーム１３９７及び１３９８は、それぞれの平面ミラー１２８０及び１２８３によって反射され、これらのビームのそれぞれの１／４位相差板１２８２及び１２８４を２回通過し、次に偏光ビームスプリッタにより再合成されて角度測定出力ビーム１３７３を形成する。１／２位相差板１３８９によって偏光が回転するので、副測定ビーム１３９７が主基準ビーム１２９２から生成され、副基準ビーム１３９８が主測定ビーム１２９１から生成される。従って、角度測定出力ビーム１３７３の第１成分は、共通経路に沿って測定対象物に主測定ビームの一部として１回接触し、次に基準物体に副基準ビーム１３９８の一部として１回接触し、角度測定出力ビーム１３７３の第２成分は、基準物体に主基準ビームの一部として接触し、次に測定対象物に共通経路とは異なる経路に沿って副測定ビーム１３９７の一部として１回接触する。次に角度測定出力ビームの第１成分及び第２成分の直交偏光を偏光子１３７６が混合し、結果として得られるビームの強度を検出器１３７７が測定する。

角度変位干渉計は、図１３ｂの平面に直交する平面における平面ミラー測定対象物の角度配向の変化θ₃に対応する、角度測定出力ビーム１３７３の成分の間の相対位相シフトφ₃を導入する。相対位相シフトφ₃及び角度変化θ₃は次式の関係を有する。

φ₃＝ｋ₃ｎ₃ｂ₃θ₃ （２）
上式において、ｂ₃は基準ビームと測定ビームの間隔（図１３ｃ参照）、入力ビーム１１２の波長λ₃に対応する波数ｋ₃＝２π／λ₃、ｎ₃は基準ビーム経路及び測定ビーム経路におけるガスの屈折率である。

平面ミラー測定対象物上のビームスポットの配置を図１３ｄに示す。図１３ａ〜１３ｃの実施形態は上述した利点と同様な利点を含む。
図１４ａは本発明の干渉計の別の実施形態を模式的に示している。本実施形態は、本実施形態が更に補償素子Ｃ１、及び補償素子Ｃ１の前に距離測定出力ビーム１２７２を受信するように位置する１／２位相差板１４８９を含む点を除き、図１２ａの実施形態と同じである。干渉計の素子の多くは図１２ａの実施形態の素子と同じであり、同じ符号が付されている。

素子Ｃ１の機能は、第２の実施形態において生じる、角度変位干渉計の出力ビームの基準ビーム成分及び測定ビーム成分の間の小さい相対ビームずれを更に小さくする、または無くすことである。角度変位干渉計の基準ビーム及び測定ビームのガラス中及びガス中の経路長は等しくなるように維持される。補償素子（群）は、角度測定出力ビームの２つの成分に対応するビームが、これらのビームが測定対象物に接触してから偏光ビームスプリッタにより合成されて角度測定出力ビームを生成するまでの間に等しい経路長を有するように作用する。この結果、測定対象物での角度測定ビームの法線方向から外れた反射によって生じる伝搬距離の変位は角度測定出力ビームの２つの成分に対して等しくなる。

素子Ｃ１の３つの実施形態を図１４ｃ、１４ｄ及び１４ｅに示す。図１４ｃ、１４ｄ及び１４ｅの平面は図１４ａの平面に直交する。角度変位干渉計の出力ビームの基準ビーム成分及び測定ビーム成分に対応する経路長の差はｌ₂に等しく、素子Ｃ１のガラス屈折率はｎ’₂と同じである。その結果、干渉計アセンブリ内または検出器或いは光ファイバピックアップ（ＦＯＰ）のいずれかにおける角度変位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相対ずれが無くなる。

図１４ｃは、再帰性反射体ＲＲ４１と連動する２つの偏光ビームスプリッタＰＢＳ６及びＰＢＳ７を含む素子Ｃ１の実施形態を示している。
図１４ｄは、偏光ビームスプリッタＰＢＳ８及び２つの再帰性反射体ＲＲ４２及びＲＲ４３を含む素子Ｃ１の実施形態を示している。

図１４ｅは、２つのミラーＭ１及びＭ２、及び１／４波長板ＱＷ１及びＱＷ２と連動する偏光ビームスプリッタＰＢＳ９を含む素子Ｃ１の実施形態を示している。
出力ビームが角度変位干渉計から素子Ｃ１を通過することにより生じるガラス中の基準ビーム経路長及び測定ビーム経路長のアンバランスは、入力ビームの基準ビーム成分及び測定ビーム成分が素子Ｃ１を通過する際に遭遇する光路長の差によるずれである。図１４ａに示す１／２位相差板はそれぞれのビームの偏光を９０度回転させて、入力ビーム及び出力ビームによる素子Ｃ１の通過を合成したときに出力ビームの該当する成分のガラス中の経路が等しくなるようにする。

ずれ差が補償素子Ｃ１により更に小さくなることに加えて、図１４ａの実施形態は上述した利点と同様な利点を含む。
更に別の実施形態においては、一つ以上の補償素子を図１４ａの補償素子とは異なる方法で展開することができる。例えば、補償素子Ｃ２及びＣ３を図１４ｂに示すように展開することができる。更に別の実施形態においては、一つ以上の補償素子を同様な形で図１３ａ〜１３ｃに示す実施形態において展開して角度測定出力ビームの成分の間のずれ差を更に小さくする、または無くすことができる。

本発明の干渉計の別の実施形態を図１５ａ〜１５ｃに示すが、この実施形態では図１３ａ〜１３ｃ及び図１４ａの実施形態の素子を組み合わせて距離測定出力ビーム１２７２及び２つの角度測定出力ビーム１２７３及び１３７３を生成する。２つの角度測定出力ビームによって、互いに直交する２つの回転軸に対する平面ミラー測定対象物の角度配向の変化を測定することができる。３つの出力ビームを生成するために、戻しビームアセンブリ１５８５は、非偏光ビームスプリッタ１２８６及び１３８６の両方と、ペンタプリズム１２８８及び１３８８の両方を含む。本実施形態はまた、補償素子Ｃ５を含むことにより角度測定出力ビーム１２７３及び１３７３の成分の間のずれ差を更に小さくする。

図１５ａは、距離測定出力ビーム１２７２、角度測定出力ビーム１２７３及びこれらの出力ビームを生成するために使用する成分ビームの平面における干渉計の模式図を示している。図１５ｂは、ビーム１３９４を含む干渉計の側面図を示しており、このビーム１３９４は分離されて第２角度測定出力ビーム１３７３を生成するために使用する副ビームを生成する。図１５ｃは、干渉計の別の側面図を示している。

ペンタプリズム１３８８のサイズに対するペンタプリズム１２８８のサイズは、ビームずれと、平面ミラー測定対象物の該当する角度変位との比が２つの角度変位干渉計の出力ビーム成分に対して同じになるように設計される。その結果、単一の補償板Ｃ５（図１５ｃ参照）を直線変位干渉計及び２つの角度変位干渉計に使用することができる。図１５ｃに示す単一の補償板Ｃ５は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１１及びＰＢＳ１２、及び再帰性反射体ＲＲ５１を含む。

平面ミラー測定対象物上のビームスポット配置を図１５ｄに示す。補償素子Ｃ５によってずれ差が更に小さくなることに加えて、図１５ａ〜１５ｃに示す実施形態は、上述した利点と同様な利点を含む。

図６は、干渉計システムの概略図であり、このシステムにより平面ミラー測定対象物９２の直線変位及び角度変位を測定し、モニターする。図６に示すように、干渉計システムは、本明細書に記載する干渉計のいずれかとして構成し、配列することができる干渉計１４、及び干渉計１４への入力ビーム１２の方向を制御する動的ビーム操作素子を備える。

入力ビームの方向を変える目的は、干渉計１４の出力ビームから生成される電気干渉信号の非周期誤差の影響を排除する、または十分に低減することにある。非周期誤差による影響の排除、または十分な低減は、干渉計１４内の、及び検出器７０でのビームずれを無くす、または十分に小さくすることにより達成される。

干渉計システムは更に、ビーム１１２を生成する照射源１０、検出器７０、サーボ制御装置９４、変換器９６及び電子プロセッサ兼コンピュータ９０を備える。各干渉計タイプにおいて、干渉計ビームはミラー９２に向かって、ミラー９２から２０で示される光路にほぼ沿って伝搬し、出力ビームは干渉計１４から検出器７０に向かって６０で示される光路に沿って伝搬する。ビーム１１２についての記載は図１のビーム１２についての記載と同じである。

ビーム操作素子９８の姿勢を変換器９６により制御して経路２０に沿って伝搬する測定ビームがゼロ度の入射角でミラー９２に入射するようにする。変換器９６は、サーボ制御装置９４からのサーボ制御信号８６によって制御される。サーボ制御信号８６は、電子プロセッサ兼コンピュータ９０が生成するサーボ信号８２から生成される。

動的素子９８の制御は２つのモードの内の一つのモードで行われる。一つのモードはフィードバックモードであり、このモードでは、動的素子９８の姿勢は、例えばミラー９２での測定ビーム入射角のゼロ度からの測定変位に基づく誤差信号に従って制御される。第２のモードはフィードフォワードモードであり、このモードでは、制御信号８２はミラー９２の姿勢の測定変化に基づく。測定変化はその全体が、または一部が、例えば干渉計１４によって測定されるミラー９２の姿勢の変化に基づく。

干渉計への入力ビーム上に位置する動的ビーム操作素子を含む干渉計システムは、本出願人が本出願と共に保有する米国特許第６，２５２，６６７号、米国特許第６，３１３，９１８号、及び米国特許第６，２７１，９２３号に、ＰＣＴ公開公報ＷＯ ００／６６９６９号にも記載されており、上記文献の内容は全て、本明細書において参照により援用する。

経路２０に在る測定ビームの方向を維持する／認識するべき精度は通常、ミラー９２の角度配向の変化を維持する／認識するべき精度と同じではなく、数桁オーダーの大きさ異なる。干渉計システム１４が測定する直線変位の変化は、ミラー９２の反射面に直交するラインに沿ってビーム操作素子が定義するポイントからの距離の変化とされる。測定ビームの方向の直交ラインからの変位εにより生じる測定直線変位の部分誤差は（１−ｃｏｓ²ε）≒ε²となる。従って、例えば１ｐｐｂ及び０．１ｐｐｂの部分誤差の場合、εの該当する値はそれぞれ、≦３．２×１０^-5及び≦１．０×１０^-5である必要がある。通常の値θの範囲は０．００１ラジアンのオーダーであり、この場合θは、リソグラフィツール計測システムの固定基準枠に対するミラー９２の反射面の傾きである。従って、認識する必要のあるθに対するεの精度はそれぞれ３．２％及び１．０％である。本発明のこの特徴によって、制御システムにおける動的ビーム操作素子に要求される性能要件が相当緩和される。これは特に、フィードフォワード制御システムにおいて重要である。

εに要求される精度が緩和される結果更に、フィードバックまたはフィードフォワード制御システムの精度を容易にその場で決定することができる。制御システムの校正手順の一例として、ミラー９２の一連の固定姿勢に対してビーム操作素子の姿勢を細かく調査して、ミラー９２の固定姿勢の各々に対してε＝０となる位置を、ヘテロダイン信号または電気干渉信号の振幅をモニターすることにより検出する。

直交直線変位に関して測定される変化をリソグラフィツール計測システムの固定基準枠に変換するために使用する変換係数は、ｃｏｓ²θである。通常の値θの範囲は０．００１ラジアンのオーダーである。従って、変換係数に１ｐｐｂ及び０．１ｐｐｂの部分誤差がある場合、θ値の該当する誤差はそれぞれ、≦５×１０^-7及び≦５×１０^-7である必要がある。変換係数を適用する際に要求されるθに関する情報は、本発明においては、直線変位ペアに関して測定される変化から得られる。

図７は干渉計システムの概略図であり、このシステムにより平面ミラー測定対象物９２の直線変位及び角度変位を測定し、モニターする。図７に示すように、干渉計システムは干渉計１４及び動的ビーム操作素子を備え、干渉計１４は本明細書に記載する干渉計のいずれかとして構成及び配置され、動的ビーム操作素子は、干渉計１４への入力ビーム１２の方向及び検出器７０への出力ビーム６０の方向を制御する。

入力ビーム１２の方向及び出力ビーム６０の方向を変える目的は、干渉計１４の出力ビームから生成される電気干渉信号の非周期誤差の影響を排除する、または十分に低減することにある。非周期誤差による影響の排除、または十分な低減は、干渉計内の、及び検出器７０でのビームずれを無くすこと、または実質的に小さくすること、検出器７０でのビームの入射角の変化を無くすこと、または実質的に小さくすることにより達成される。

干渉計システムは更に、ビーム１１２を生成する照射源１０、検出器７０、サーボ制御装置９４、変換器９６及び電子プロセッサ兼コンピュータ９０を備える。各干渉計タイプにおいて、干渉計ビームはミラー９２に向かって、ミラー９２から２０で示される光路にほぼ沿って伝搬し、出力ビームは干渉計１４から検出器７０に向かって６０で示される光路に沿って伝搬する。ビーム１１２についての記載は図１のビーム１２についての記載と同じである。

ビーム操作素子９８の姿勢を変換器９６により制御して経路２０に沿って伝搬する測定ビームがミラー９２にゼロ度の入射角で入射するようにする。変換器９６はサーボ制御装置９４からのサーボ制御信号８６によって制御される。サーボ制御信号８６は電子プロセッサ兼コンピュータ９０が生成するサーボ信号８２から生成される。

誤差ε及び変換係数に関する図７に示す干渉計システム及び動的ビーム操作システムについての記載は、図６に示す干渉計システム及び動的ビーム操作システムについての記載の該当する箇所と同じである。

上述した干渉計システムのいずれにおいても、平面ミラー基準物体を干渉計アセンブリと一体化することができることに注目する。別の構成として、平面ミラー基準物体を、差動平面ミラー干渉計における場合のように第２測定対象物の一部とすることができる。このような実施形態では、干渉計は、ビームを第２測定対象物上の基準ミラーに連結する追加の光学系を含むことができる。

上述の干渉計システムは非常に高精度の測定を可能にする。このようなシステムはコンピュータチップなどのような大規模集積回路に使用するリソグラフィ用途において特に有用である。リソグラフィは半導体製造産業にとって非常に重要な技術推進要素である。重ね合わせにおける改良は、１００ｎｍ線幅（設計ルール）以下の線幅を実現するための５つの最も困難な挑戦の内の一つであり、例えばＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｒｏａｄｍａｐ， ｐ８２（１９９７）を参照されたい。

重ね合わせはウェハステージ及びレチクル（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、すなわち精度及び確度に直接依存する。リソグラフィツールにより年当り５０〜１００百万ドルの製品を生産することができるので、性能の改良された距離測定干渉計がもたらす経済効果は非常に大きい。リソグラフィツールによる歩留まりが１％上がる度に、年当り約百万ドルの経済効果が集積回路製造業者にもたらされ、リソグラフィツールベンダーにそれに匹敵する大きな利益がもたらされる。

リソグラフィツールの機能は、空間的にパターン化された照射線をフォトレジストに覆われたウェハに方向付けることである。このプロセスでは、ウェハのどの位置が照射線を受けるのかを決定し（位置合わせ）、その位置で照射線をフォトレジストに当てる（露光）。

ウェハを正しく位置させるために、ウェハは位置合わせマークをウェハ上に含み、これらの位置合わせマークは専用センサによって測定される。位置合わせマークの測定される位置によってウェハのツール内での位置を決定する。この情報を、ウェハ表面を所望の形状にパターニングするための仕様と一緒に用いて、ウェハを空間的にパターニングされた照射線に対して位置合わせする。このような情報に基づいて、フォトレジストに覆われたウェハを支持する移動可能なステージがウェハを移動させて照射線によってウェハの正しい位置が露光されるようにする。

露光の間、照射源はパターン化されたレチクルを照射し、このレチクルが照射線を散乱して空間的にパターン化された照射線を生成する。レチクルはマスクとも呼ばれ、これらの用語は以下において同じ意味で使用する。縮小リソグラフィの場合、縮小レンズが散乱照射線を収集してレチクルパターンの縮小画像を形成する。別の構成として、近接転写の場合、散乱照射線はウェハに達する前に短い距離（通常、マイクロメートルのオーダー）を伝搬してレチクルパターンの１：１画像を生成する。照射によってレジストの中で光−化学プロセスが始まり、このプロセスによって照射線パターンがレジスト内の潜像に変換される。

干渉計システムは、ウェハ及びレチクルの位置を制御し、レチクル画像をウェハに転写するポジショニング（位置決め）メカニズムの重要な要素である。このような干渉計システムが上述のような特徴を含む場合、距離測定に対する周期誤差の影響が最小化されるのに伴って、システムが測定する距離の精度が向上する。

一般的に、露光システムとも呼ばれるリソグラフィシステムは通常、照射システム及びウェハポジショニングシステムを含む。照射システムは紫外線、可視光線、ｘ線、電子線またはイオン照射線のような照射線を供給する照射源、及び照射線にパターンを与えることにより空間的にパターン化された照射線を生成するレチクルまたはマスクを含む。また縮小リソグラフィの場合、照射システムは空間的にパターン化された照射線をウェハ上に結像させるレンズアセンブリを含むことができる。結像した照射線によってウェハ上のレジストが露光される。照射システムはまた、マスクを支持するマスクステージ、及びマスクを通して方向付けられる照射線に対するマスクステージの位置を調整するポジショニングシステムを含む。ウェハポジショニングシステムは、ウェハを支持するウェハステージ、及び結像した照射線に対するウェハステージの位置を調整するポジショニングシステムを含む。集積回路の製造は多くの露光工程を含む。リソグラフィについての一般的な参考文献として、例えばＪ．Ｒ Ｓｈｅａｔｓ ａｎｄ Ｂ．Ｗ． ＳｍｉｔｈによるＭｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ， Ｉｎｃ．， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， １９９８）を参照されたい。この参考文献の内容は、本明細書において参照により援用する。

上述の干渉計システムを使用して、レンズアセンブリ、照射線源または支持構造のような露光システムの他の素子に対するウェハステージ及びマスクステージの位置を正確に測定することができる。このような場合、干渉計システムを固定構造に取り付け、測定対象物をマスクステージ及びウェハステージの内の一つのような可動素子に取り付けることができる。別の構成として、配置を逆にして、干渉計システムを可動対象物に取り付け、測定対象物を固定対象物に取り付けることができる。

一般的に、このような干渉計システムを使用して露光システムの他のいずれか素子に対する露光システムのいずれか一つの素子の位置をも測定することができ、この場合干渉計システムは、素子及び測定対象物の内の一方に取り付けられるか或いは支持されるか、または素子の内の他方に取り付けられるか或いは支持される。

干渉計システム８２６を使用するリソグラフィスキャナ８００の一例を図８ａに示す。干渉計システムを使用して露光システム内のウェハ（図示せず）の位置を正確に測定する。ここで、ステージ８２２を使用してウェハを露光ステーションに対して配置し、支持する。スキャナ８００はフレーム８０２を含み、このフレームは他の支持構造、及びこれらの構造に搭載される種々の素子を搭載する。露光ベース８０４はその頂部にレンズハウジング８０６を搭載し、このハウジングの頂部にレチクルまたはマスクステージ８１６を搭載し、このステージを使用してレチクルまたはマスクを支持する。マスクを露光ステーションに対して位置決めするポジショニングシステムを素子８１７として模式的に示す。ポジショニングシステム８１７は、例えば圧電変換素子及び該当する制御電子機器を含むことができる。ここに記載する実施形態には含まれていないが、上述の干渉計システムの内の一つ以上を使用してマスクステージだけでなく、リソグラフィ構造の製造プロセスにおいてその位置を高精度にモニターする必要のある他の可動素子の位置を正確に測定することもできる（上のＳｈｅａｔｓ及びＳｍｉｔｈによるＭｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙを参照されたし）。

露光ベース８０４の下方に延びているのは支持ベース８１３であり、この支持ベースはウェハステージ８２２を搭載する。ステージ８２２は平面ミラー８２８を含み、このミラーは、干渉計システム８２６によりステージに方向付けられる測定ビーム８５４を反射する。ステージ８２２を干渉計システム８２６に対して位置決めするポジショニングシステムを素子８１９として模式的に示す。ポジショニングシステム８１９は、例えば圧電変換素子及び該当する制御電子機器を含むことができる。測定ビームは反射されて露光ベース８０４に搭載される干渉計システムに戻る。干渉計システムは前に記載した実施形態のいずれかとすることができる。

動作状態において、照射ビーム８１０、例えばＵＶレーザ（図示せず）からの紫外線（ＵＶ）ビームはビーム成形光学アセンブリ８１２を通過し、ミラー８１４によって反射された後に下方に伝搬する。その後、照射ビームはマスクステージ８１６に搭載されるマスク（図示せず）を通過する。マスク（図示せず）は、レンズハウジング８０６に収容されるレンズアセンブリ８０８を通してウェハステージ８２２上のウェハ（図示せず）に結像される。ベース８０４及びそのベースが支持する種々の素子は、バネ８２０として示す振動減衰システムによって周囲の振動から分離される。

リソグラフィスキャナの他の実施形態では、前に記載した干渉計システムの内の一つ以上を使用して多軸に沿った距離を、例えばこれらに制限されないが、ウェハステージ及びレチクル（又はマスク）ステージに関する角度を測定することができる。また、ＵＶレーザビームではなく他のビームを使用してウェハを露光することができ、これらのビームとしては、例えばｘ線ビーム、電子ビーム、イオンビーム及び可視光ビームなどが挙げられる。

幾つかの実施形態では、リソグラフィスキャナはこの技術分野でコラム基準（ｃｏｌｕｍｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）として知られるものを含むことができる。このような実施形態では、干渉計システム８２６は基準ビーム（図示せず）を外部基準経路に沿って方向付けて基準ミラー（図示せず）に接触させ、この基準ミラーは或る構造、例えばレンズハウジング８０６に取り付けられて照射ビームを方向付ける。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。ステージ８２２により反射される測定ビーム８５４と、レンズハウジング１１０６に搭載された基準ミラーにより反射される基準ビームとを合成する際に干渉計システム１１２６が生成する干渉信号は、照射ビームに対するステージの位置の変化を示す。また、他の実施形態では、干渉計システム８２６を、スキャナシステムのレチクル（またはマスク）ステージ８１６または他の可動素子の位置の変化を測定するように配置することができる。最後に、干渉計システムは、スキャナに加えて、またはスキャナに代えてステッパを含むリソグラフィシステムと同様な態様で使用することができる。

公知のように、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８ｂおよび８ｃに関して以下で記述する。図８ｂ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８５１は、半導体装置の回路を設計する設計過程である。工程８５２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８５３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８５４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８５５は、工程８５４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８５６は、検査工程であり、工程８５５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８５７）。

図８ｃは、ウェハ過程の詳細を示すフロー・チャートである。工程８６１は、ウェハの表面を酸化させる酸化過程である。工程８６２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８６３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８６４は、イオンをウェハに注入する注入過程である。工程８６５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８６６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計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８６７は、露光ウェハを成長する成長過程である。工程８６８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８６９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。

上記した干渉計システムは、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、干渉計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９００の図９に概略的に示されている。ソース９１０は、書込みビーム９１２を生成する。ビーム集束部品９１４は、放射ビームを、可動ステージ９１８によって支持された基板９１６に向ける。ステージの相対位置を決定するために、干渉計システム９２０は、基準ビーム９２２をビーム集束部品９１４の上に取り付けられたミラー９２４に向け、測定ビーム９２６をステージ９１８の上に取り付けられたミラー９２８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。干渉計システム９２０は、以前に説明した干渉計システムのいずれかとすることが可能である。干渉計システムによって測定された位置の変化は、基板９１６上における書込みビーム９１２の相対位置の変化に対応する。干渉計システム９２０は、基板９１６上における書込みビーム９１２の相対位置を表す測定信号９３２を制御装置９３０に送信する。制御装置９３０は、出力信号９３４を、ステージ９１８を支持し、かつ位置決めするベース９３６に送信する。更に、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９１６に接触するように、書込みビーム９１２の強度を変化させるために、または書込みビーム９１２を遮断するために、制御装置９３０は、信号９３８をソース９１０に送信する。

更に、いくつかの例では、制御装置９３０は、ビーム集束部品９１４に、たとえば信号９４４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９３０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。

各種実施態様について、上記のように説明したが、各種の変更が本発明の技術思想及び範囲から逸脱することなく行われてもよい。従って、他の実施形態、特徴、及び利点も、本発明の範囲内にある。

干渉計システムの模式図である。 多軸干渉計の第１の実施形態の透視図である。 第１の実施形態における測定ビームの相対位置を示す。 多軸干渉計の第２の実施形態の斜視図である。 第２の実施形態における測定ビームの相対位置を示す。 多軸干渉計の第３の実施形態の斜視図である。 第３の実施形態における測定ビームの相対位置を示す。 多軸干渉計の第４の実施形態の斜視図である。 第４の実施形態における測定ビームの相対位置を示す。 入力ビームを干渉計に方向付けるように配置される動的ビーム操作素子を含む干渉計システムの模式図である。 入力ビームを干渉計に方向付け、かつ干渉計からの一つ以上の出力ビームを方向付けるように配置される動的ビーム操作素子を含む干渉計システムの模式図である。 集積回路の製造に使用するリソグラフィシステムの模式図である。 集積回路を製造するための工程を示すフローチャートである。 集積回路を製造するための工程を示すフローチャートである。 ビーム書込みシステムの模式図である。 図３ａに示す第２の実施形態の変形の斜視図である。 図１０における場合のように、２つの干渉計を一体化した干渉計の別の実施形態の斜視図である。 干渉計システムの別の実施形態の平面図でる。 干渉計システムの距離測定部分の平面図である。 干渉計システムの角度測定部分の平面図である。 平面ミラー測定対象物上のビームスポットの配置を示す図である。 干渉計システムの変形において使用することができる構成要素の模式図である。 更に別の実施形態の干渉計システムの第１平面の平面図である。 更に別の実施形態の干渉計システムの第２平面の平面図である。 更に別の実施形態の干渉計システムの側面図である。 更に別の実施形態の干渉計システムの平面ミラー測定対象物の上のビームスポットの配置を示す図である。 一つ以上の補償素子を含む干渉計システムの更に別の実施形態の平面図である。 一つ以上の補償素子を含む干渉計システムの更に別の実施形態の平面図である。 異なるタイプの補償素子の模式図である。 異なるタイプの補償素子の模式図である。 異なるタイプの補償素子の模式図である。 更に別の実施形態の干渉計システムの第１平面の平面図である。 更に別の実施形態の干渉計システムの側面図である。 更に別の実施形態の干渉計システムの別の側面図である。 更に別の実施形態の干渉計システムの平面ミラー測定対象物の上のビームスポットの配置を示す図である。

Claims (68)

1. 装置であって、
   反射測定対象物の相対位置を複数の自由度に関して測定する多軸干渉計を備え、前記干渉計は、前記複数の自由度の内の異なる一つの自由度に関する前記測定対象物の相対位置についての情報を各々が含む複数の出力ビームを生成するように構成され、
   各出力ビームは共通経路に沿って前記測定対象物に少なくとも１回接触するビーム成分を含み、
   複数のビーム成分の内の少なくとも一つのビーム成分が、前記共通経路とは異なる第１経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行ない、
   前記干渉計は、
   入力入射ビームから生成される主測定ビームを、前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触するように方向付けるべく配置された共通偏光ビームスプリッタと、
   前記主測定ビームを含む中間ビームを前記偏光ビームスプリッタから受信し、前記中間ビームを複数のビームに分離し、前記複数のビームを前記偏光ビームスプリッタに戻るように方向付けるべく構成された戻しビームアセンブリとを備え、
   前記戻しビームアセンブリは、少なくとも一組の折返し光学系と、前記中間ビームを複数のビームに分離するように配置される少なくとも一つの非偏光ビームスプリッタとを備える、装置。
2. 前記共通経路に沿って、かつ前記第１経路に沿って前記測定対象物に接触する前記ビーム成分を含む前記出力ビームは、前記測定対象物に接触しない第２ビーム成分を更に含む、請求項１記載の装置。
3. 前記複数の自由度の内の一つの自由度は、第１測定軸に沿った前記測定対象物までの距離である、請求項１記載の装置。
4. 前記第１測定軸に沿った前記測定対象物までの距離についての情報を含む前記出力ビームは、前記共通経路に沿って、かつ前記第１経路に沿って前記測定対象物に接触する前記ビーム成分を含む、請求項３記載の装置。
5. 前記第１測定軸は、前記共通経路及び前記第１経路により定義される、請求項４記載の装置。
6. 前記第１測定軸上の各ポイントは、前記共通経路及び前記第１経路の上の該当するポイントまでの距離が等しい、請求項５記載の装置。
7. 前記ビーム成分の内の別のビーム成分は、前記共通経路とは異なる第２経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行なう、請求項４記載の装置。
8. 前記共通経路に沿って、かつ前記第２経路に沿って前記測定対象物に接触する前記ビーム成分を含む前記出力ビームは、前記共通経路及び前記第２経路によって定義される第２測定軸に沿った前記測定対象物までの距離についての情報を含み、前記第２測定軸は、前記第１測定軸とは異なる、請求項７記載の装置。
9. 複数のビーム成分の内の第３のビーム成分は、前記共通経路とは異なる第３経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行なう、請求項８記載の装置。
10. 前記共通経路及び前記第３経路に沿って前記測定対象物に接触する前記ビーム成分を含む前記出力ビームは、前記共通経路及び前記第３経路によって定義される第３測定軸に沿った前記測定対象物までの距離についての情報を含み、前記第３測定軸は前記第１及び第２測定軸とは異なる、請求項９記載の装置。
11. 前記第１及び第２測定軸によって第１平面が定義され、前記第２及び第３測定軸によって前記第１平面とは異なる第２平面が定義される、請求項１０記載の装置。
12. 前記出力ビームの内の第２出力ビームは、第１回転軸に対する前記測定対象物の角度配向についての情報を含む、請求項４記載の装置。
13. 前記第２出力ビームは、前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触する前記ビーム成分の内の一つ、及び前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触しない別のビーム成分を含み、前記別のビーム成分は、前記共通経路とは異なる第２経路に沿って前記測定対象物に接触する、請求項１２記載の装置。
14. 前記第１経路は、前記第２経路とは異なる、請求項１３記載の装置。
15. 前記第１回転軸は、前記共通経路及び前記第２経路によって定義される平面に垂直である、請求項１４記載の装置。
16. 前記出力ビームの内の第３出力ビームは、前記第１回転軸とは異なる第２回転軸に対する前記測定対象物の角度配向についての情報を含み、前記第３出力ビームは、前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触する前記ビーム成分の内の一つ、及び前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触しない別のビーム成分を含み、前記第３出力ビームの前記別のビーム成分は、前記共通経路とは異なる第３経路に沿って前記測定対象物に接触する、請求項１３記載の装置。
17. 前記第２回転軸は、前記第１回転軸に直交する、請求項１６記載の装置。
18. 装置であって、
    反射測定対象物の相対位置を複数の自由度に関して測定する多軸干渉計を備え、前記干渉計は、前記複数の自由度の内の異なる一つの自由度に関する前記測定対象物の相対位置についての情報を各々が含む複数の出力ビームを生成するように構成され、
    各出力ビームは共通経路に沿って前記測定対象物に少なくとも１回接触するビーム成分を含み、
    複数のビーム成分の内の少なくとも一つのビーム成分が、前記共通経路とは異なる第１経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行ない、
    前記多軸干渉計は、複数の自由度の内の異なる自由度についての情報を各々が含む少なくとも４つの出力ビームを生成する、装置。
19. 前記多軸干渉計は、少なくとも５自由度に関する情報を供給する、請求項１８記載の装置。
20. 前記多軸干渉計は、少なくとも７自由度に関する情報を供給する、請求項１８記載の装置。
21. 前記測定対象物は、平面ミラーを含む、請求項１記載の装置。
22. 入力ビームを前記多軸干渉計に方向付けるように構成された光源を更に備え、前記入力ビームは分離ヘテロダイン周波数を有する２つの成分を含み、
    前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触する各出力ビームは、前記入力ビームの成分の内の一つの成分から生成され、
    各出力ビームは、前記入力ビームの成分の内の他の成分から生成される第２成分を更に含む、請求項１記載の装置。
23. 前記入力ビームの前記成分は、直交偏光を有する、請求項２２記載の装置。
24. 前記出力ビームを受信し、かつ前記異なる自由度に関する前記測定対象物の前記相対位置についての情報を示す電気信号を生成するように構成される検出器を更に備える、請求項１記載の装置。
25. 装置であって、
    反射測定対象物の相対位置を複数の自由度に関して測定する多軸干渉計を備え、前記干渉計は、前記複数の自由度の内の異なる一つの自由度に関する前記測定対象物の相対位置についての情報を各々が含む複数の出力ビームを生成するように構成され、
    各出力ビームは共通経路に沿って前記測定対象物に少なくとも１回接触するビーム成分を含み、
    複数のビーム成分の内の少なくとも一つのビーム成分が、前記共通経路とは異なる第１経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行ない、
    前記出力ビームを受信し、かつ前記異なる自由度に関する前記測定対象物の前記相対位置についての情報を示す電気信号を生成するように構成される検出器と、
    各検出器の手前に配置され、前記出力ビームの各々に含まれる、複数の成分の内の中間偏光成分を通過させるように構成される偏光解析器とを備える、装置。
26. 各出力ビームが該当する偏光解析器を通過した後に、各出力ビームを該当する検出器に入力する光ファイバピックアップを更に備える、請求項２５記載の装置。
27. 前記干渉計は、入力ビームから生成される第１ビームを前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触するように方向付け、前記測定対象物に接触した後に前記第１ビームを複数のサブビームに分離するように構成され、前記サブビームは、前記測定対象物に前記共通経路に沿って接触する出力ビームのビーム成分に対応する、請求項１記載の装置。
28. 前記干渉計は、複数のサブビームの内の少なくとも一つのサブビームを前記第１経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行うように方向付け、前記共通経路に沿って、かつ前記第１経路に沿って前記測定対象物に接触するビーム成分を形成するように構成される、請求項２７記載の装置。
29. 装置であって、
    反射測定対象物の相対位置を複数の自由度に関して測定する多軸干渉計を備え、前記干渉計は、前記複数の自由度の内の異なる一つの自由度に関する前記測定対象物の相対位置についての情報を各々が含む複数の出力ビームを生成するように構成され、
    各出力ビームは共通経路に沿って前記測定対象物に少なくとも１回接触するビーム成分を含み、
    複数のビーム成分の内の少なくとも一つのビーム成分が、前記共通経路とは異なる第１経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行ない、
    前記干渉計は、入力ビームから生成される第１ビームを前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触するように方向付け、前記測定対象物に接触した後に前記第１ビームを複数のサブビームに分離するように構成され、前記サブビームは、前記測定対象物に前記共通経路に沿って接触する出力ビームのビーム成分に対応し、
    前記干渉計は、複数のサブビームの内の少なくとも一つのサブビームを前記第１経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行うように方向付け、前記共通経路に沿って、かつ前記第１経路に沿って前記測定対象物に接触するビーム成分を形成するように構成され、
    前記干渉計は、前記入力ビームから別のサブビームを生成し、前記測定対象物に少なくとも２回接触する前記サブビームを前記別のサブビームと合成して前記出力ビームの内の第１出力ビームを生成するように構成され、前記第１出力ビームは、前記共通経路及び前記第１経路によって定義される測定軸に沿った前記測定対象物までの距離についての情報を含む、装置。
30. 前記干渉計は、前記共通経路とは異なり、かつ前記第１経路とは異なる第２経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を行うように前記複数のサブビームの内の少なくとも別のサブビームを方向付けるように構成される、請求項２８記載の装置。
31. 装置であって、
    反射測定対象物の相対位置を複数の自由度に関して測定する多軸干渉計を備え、前記干渉計は、前記複数の自由度の内の異なる一つの自由度に関する前記測定対象物の相対位置についての情報を各々が含む複数の出力ビームを生成するように構成され、
    各出力ビームは共通経路に沿って前記測定対象物に少なくとも１回接触するビーム成分を含み、
    複数のビーム成分の内の少なくとも一つのビーム成分が、前記共通経路とは異なる第１経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行ない、
    前記干渉計は、入力ビームから生成される第１ビームを前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触するように方向付け、前記測定対象物に接触した後に前記第１ビームを複数のサブビームに分離するように構成され、前記サブビームは、前記測定対象物に前記共通経路に沿って接触する出力ビームのビーム成分に対応し、
    前記干渉計は、複数のサブビームの内の少なくとも一つのサブビームを前記第１経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行うように方向付け、前記共通経路に沿って、かつ前記第１経路に沿って前記測定対象物に接触するビーム成分を形成するように構成され、
    前記干渉計は、前記共通経路とは異なり、かつ前記第１経路とは異なる第２経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を行うように前記複数のサブビームの内の少なくとも別のサブビームを方向付けるように構成され、
    前記干渉計は、前記入力ビームから別の組のサブビームを生成し、前記測定対象物に少なくとも２回接触する前記サブビームの各々を前記別の組のサブビームの内の該当するサブビームと合成して前記出力ビームの内の該当する出力ビームを生成するように構成される、装置。
32. 装置であって、
    反射測定対象物の相対位置を複数の自由度に関して測定する多軸干渉計を備え、前記干渉計は、前記複数の自由度の内の異なる一つの自由度に関する前記測定対象物の相対位置についての情報を各々が含む複数の出力ビームを生成するように構成され、
    各出力ビームは共通経路に沿って前記測定対象物に少なくとも１回接触するビーム成分を含み、
    複数のビーム成分の内の少なくとも一つのビーム成分が、前記共通経路とは異なる第１経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行ない、
    前記干渉計は、入力ビームから生成される第１ビームを前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触するように方向付け、前記測定対象物に接触した後に前記第１ビームを複数のサブビームに分離するように構成され、前記サブビームは、前記測定対象物に前記共通経路に沿って接触する出力ビームのビーム成分に対応し、
    前記干渉計は、複数のサブビームの内の少なくとも一つのサブビームを前記第１経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行うように方向付け、前記共通経路に沿って、かつ前記第１経路に沿って前記測定対象物に接触するビーム成分を形成するように構成され、
    前記干渉計は、前記入力ビームから別の組のサブビームを生成し、前記測定対象物に少なくとも２回接触する前記サブビームを前記別の組のサブビームに含まれるサブビームの内の一つのサブビームと合成して前記出力ビームの内の一つの出力ビームを生成し、前記別の組のサブビームに含まれるサブビームの内の別のサブビームを、前記共通経路とは異なる第２経路に沿って前記測定対象物に接触するように方向付け、前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触する前記サブビームの内の別のサブビームを、前記第２経路に沿って前記測定対象物に接触する前記サブビームと合成して前記出力ビームの内の別の出力ビームを生成するように構成される、装置。
33. 装置であって、
    反射測定対象物の相対位置を複数の自由度に関して測定する多軸干渉計を備え、前記干渉計は、前記複数の自由度の内の異なる一つの自由度に関する前記測定対象物の相対位置についての情報を各々が含む複数の出力ビームを生成するように構成され、
    各出力ビームは共通経路に沿って前記測定対象物に少なくとも１回接触するビーム成分を含み、
    複数のビーム成分の内の少なくとも一つのビーム成分が、前記共通経路とは異なる第１経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行ない、
    前記干渉計は、入力ビームから生成される第１ビームを前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触するように方向付け、前記測定対象物に接触した後に前記第１ビームを複数のサブビームに分離するように構成され、前記サブビームは、前記測定対象物に前記共通経路に沿って接触する出力ビームのビーム成分に対応し、
    前記干渉計は、（１）前記第１ビームが前記測定対象物に接触した後に前記第１ビームを主基準ビームと合成して中間ビームを形成し、（２）前記中間ビームを一組の副測定ビーム及び一組の副基準ビームに分離し、（３）前記副測定ビームの各々を前記測定対象物に接触するように方向付け、（４）各副測定ビームが前記測定対象物に接触した後に各副測定ビームを該当する複数の副基準ビームの内の一つの副基準ビームと合成して前記出力ビームの内の該当する出力ビームを生成するように構成され、前記サブビームの各々は前記副測定ビーム及び副基準ビームの内の異なるビームに対応する、装置。
34. 前記偏光ビームスプリッタは、前記入力入射ビームから生成される主基準ビームを反射基準物体に接触するように方向付けるべく配置され、前記主測定ビーム及び主基準ビームは、前記入力入射ビームの直交偏光成分に対応する、請求項１記載の装置。
35. 前記偏光ビームスプリッタは、前記主測定ビーム及び主基準ビームがそれぞれ前記測定対象物及び基準物体に接触した後に、前記主測定ビーム及び主基準ビームを再合成して前記中間ビームを形成するように配置される、請求項３４記載の装置。
36. 装置であって、
    反射測定対象物の相対位置を複数の自由度に関して測定する多軸干渉計を備え、前記干渉計は、前記複数の自由度の内の異なる一つの自由度に関する前記測定対象物の相対位置についての情報を各々が含む複数の出力ビームを生成するように構成され、
    各出力ビームは共通経路に沿って前記測定対象物に少なくとも１回接触するビーム成分を含み、
    複数のビーム成分の内の少なくとも一つのビーム成分が、前記共通経路とは異なる第１経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行ない、
    前記干渉計は、
    入力入射ビームから生成される主測定ビームを、前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触するように方向付けるべく配置された共通偏光ビームスプリッタと、
    前記主測定ビームを含む中間ビームを前記偏光ビームスプリッタから受信し、前記中間ビームを複数のビームに分離し、前記複数のビームを前記偏光ビームスプリッタに戻るように方向付けるべく構成された戻しビームアセンブリとを備え、
    前記偏光ビームスプリッタは、前記入力入射ビームから生成される主基準ビームを反射基準物体に接触するように方向付けるべく配置され、前記主測定ビーム及び主基準ビームは、前記入力入射ビームの直交偏光成分に対応し、
    前記偏光ビームスプリッタは、前記主測定ビーム及び主基準ビームがそれぞれ前記測定対象物及び基準物体に接触した後に、前記主測定ビーム及び主基準ビームを再合成して前記中間ビームを形成するように配置され、
    前記偏光ビームスプリッタは、（１）前記複数のビームを一組の副測定ビーム及び一組の副基準ビームに分離し、（２）前記副測定ビームの各々を前記測定対象物に接触するように方向付け、（３）前記副基準ビームの各々を前記基準物体に接触するように方向付け、（４）それらのビームがそれぞれ前記測定対象物及び基準物体に接触した後に、各副測定ビームを前記副基準ビームの内の該当する副基準ビームと再合成して前記出力ビームの内の該当する出力ビームを形成するように配置される、装置。
37. 前記各副測定ビームは、前記測定対象物に前記共通経路とは異なる経路に沿って接触する、請求項３６記載の装置。
38. 前記干渉計は、前記基準物体を更に備える、請求項３６記載の装置。
39. 前記基準物体は、平面ミラーを含む、請求項３８記載の装置。
40. 前記干渉計は、前記偏光ビームスプリッタと前記測定対象物との間に位置する測定用１／４位相差板を更に備える、請求項３６記載の装置。
41. 前記干渉計は、前記偏光ビームスプリッタと前記基準物体との間に位置する基準用１／４位相差板を更に備える、請求項４０記載の装置。
42. 前記少なくとも一組の折返し光学系は、前記非偏光ビームスプリッタの内のいずれかの手前で前記中間ビームを受信するように配置される再帰性反射体を備える、請求項１記載の装置。
43. 前記戻しビームアセンブリは、少なくとも一つの非偏光ビームスプリッタを備えるビーム分離アセンブリを更に備え、前記ビーム分離アセンブリは、前記中間ビームを前記再帰性反射体から受信し、前記複数のビームを生成し、前記中間ビームの方向に平行な方向に沿って前記偏光ビームスプリッタに戻るように前記複数のビームを方向付ける、請求項４２記載の装置。
44. 前記ビーム分離アセンブリは、複数の非偏光ビームスプリッタを備える、請求項４３記載の装置。
45. 前記戻しビームアセンブリは、前記再帰性反射体と前記ビーム分離アセンブリとの間に位置する位相差板を更に備え、前記位相差板は、前記再帰性反射体によって生じる前記中間ビームの偏光回転を小さくするように配向される、請求項４４記載の装置。
46. 前記干渉計は、非偏光ビームスプリッタを含む入力ビーム光学アセンブリを更に備え、前記入力ビーム光学アセンブリは、入力入射ビームを、前記第１に記載の入力ビームと、前記第１入力ビームに平行に伝搬する第２入力ビームとに分離し、前記第１及び第２入力ビームを前記偏光ビームスプリッタに方向付けるように構成される、請求項１記載の装置。
47. 前記少なくとも一組の折返し光学系は、角度測定折返し光学系及び距離測定折返し光学系を含み、前記角度測定折返し光学系は、前記複数のビームの内の少なくとも一つのビームの偏光を回転させるように配置される１／２位相差板を備える、請求項１記載の装置。
48. 前記角度測定折返し光学系は、ペンタプリズムを更に備え、前記距離測定光学系は、再帰性反射体を備える、請求項４７記載の装置。
49. 前記非偏光ビームスプリッタは、前記中間ビームを前記折返し光学系のいずれかの手前で受信するように配置される、請求項１記載の装置。
50. 方法であって、
    異なる自由度に関する測定対象物の相対位置についての情報を各々が含む複数の出力ビームを干渉法により生成することを備え、
    各出力ビームは、共通経路に沿って前記測定対象物に少なくとも１回接触するビーム成分を含み、
    複数のビーム成分の内の少なくとも一つのビーム成分は、前記共通経路とは異なる第１経路に沿って前記測定対象物に対して少なくとも２回目の接触を更に行ない、方法。
    前記複数の出力ビームを干渉法により生成することは、
    入力入射ビームから生成される主測定ビームを、前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触するように方向付けること、
    前記主測定ビームを含む中間ビームを前記偏光ビームスプリッタから受信し、少なくとも一つの非偏光ビームスプリッタを用いて前記中間ビームを複数のビームに分離すること、
    少なくとも一組の折返し光学系を用いて前記複数のビームを前記偏光ビームスプリッタに戻るように方向付けることを含む、方法。
51. 装置であって、
    複数の自由度に関する反射測定対象物の相対位置を測定する多軸干渉計を備え、前記干渉計は、前記複数の自由度の内の異なる一つの自由度に関する前記測定対象物の相対位置についての情報を各々が含む複数の出力ビームを生成するように構成され、
    各出力ビームは、共通経路に沿って前記測定対象物に１回のみ接触するビーム成分を含み、
    前記出力ビームの内の少なくとも一つの出力ビームは、前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触しない別のビーム成分を含み、
    前記別のビーム成分は、前記共通経路とは異なる第１経路に沿って前記測定対象物に少なくとも１回接触し、
    前記干渉計は、
    入力入射ビームから生成される主測定ビームを、前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触するように方向付けるべく配置された共通偏光ビームスプリッタと、
    前記主測定ビームを含む中間ビームを前記偏光ビームスプリッタから受信し、前記中間ビームを複数のビームに分離し、前記複数のビームを前記偏光ビームスプリッタに戻るように方向付けるべく構成された戻しビームアセンブリとを備え、
    前記戻しビームアセンブリは、少なくとも一組の折返し光学系と、前記中間ビームを複数のビームに分離するように配置される少なくとも一つの非偏光ビームスプリッタとを備える、装置。
52. 前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触する前記第１ビーム成分と、前記第１経路に沿って前記測定対象物に接触する前記別のビーム成分とを含む前記出力ビームは、第１回転軸に対する前記測定対象物の角度配向についての情報を含む、請求項５１記載の装置。
53. 前記第１回転軸は、前記共通経路及び前記第１経路によって定義される平面に垂直である、請求項５２記載の装置。
54. 前記出力ビームの内の第２出力ビームは、前記第１回転軸とは異なる第２回転軸に対する前記測定対象物の角度配向についての情報を含み、前記第２出力ビームは、前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触する前記ビーム成分の内の一つと、前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触しない別のビーム成分とを含み、前記第２出力ビームの前記別のビーム成分は、前記共通経路とは異なる第２経路に沿って前記測定対象物に接触する、請求項５２記載の装置。
55. 前記第２回転軸は、前記第１回転軸に直交する、請求項５４記載の装置。
56. 方法であって、
    異なる自由度に関する測定対象物の相対位置についての情報を各々が含む複数の出力ビームを干渉法により生成することを備え、
    各出力ビームは、共通経路に沿って前記測定対象物に１回のみ接触するビーム成分を含み、
    前記複数の出力ビームの内の少なくとも一つの出力ビームは、前記共通経路に沿って前記測定対象物に少なくとも１回接触するビーム成分とは異なる別のビーム成分を含み、
    前記別のビーム成分は、前記共通経路とは異なる第１経路に沿って前記測定対象物に少なくとも１回接触し、
    前記複数の出力ビームを干渉法により生成することは、
    入力入射ビームから生成される主測定ビームを、前記共通経路に沿って前記測定対象物に接触するように方向付けること、
    前記主測定ビームを含む中間ビームを前記偏光ビームスプリッタから受信し、少なくとも一つの非偏光ビームスプリッタを用いて前記中間ビームを複数のビームに分離すること、
    少なくとも一組の折返し光学系を用いて前記複数のビームを前記偏光ビームスプリッタに戻るように方向付けることを含む、方法。
57. 集積回路をウェハの上に製造する際に使用する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、
    空間的にパターン化された照射線を前記ウェハの上に結像する照明システムと、
    結像した前記照射線に対する前記ステージの位置を調整するポジショニングシステムと、
    結像した前記照射線に対する前記ウェハの位置をモニターする請求項１または請求項５１に記載の装置とを備える、リソグラフィシステム。
58. 集積回路をウェハの上に製造する際に使用する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、
    照射源、マスク、ポジショニングシステム、レンズアセンブリ、及び請求項１または請求項５１に記載の装置を含む照明システムと、を備え、
    動作状態において、前記照射源は照射線を前記マスクを通して方向付けて空間的にパターン化された照射線を生成し、前記ポジショニングシステムは前記照射源からの前記照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は前記空間的にパターン化された照射線を前記ウェハの上に結像し、前記干渉計システムは前記照射源からの前記照射線に対する前記マスクの位置をモニターする、リソグラフィシステム。
59. リソグラフィマスクを製造する際に使用するビーム書込みシステムであって、
    書込みビームを照射して基板にパターンを形成する照射源と、
    前記基板を支持するステージと、
    前記書込みビームを前記基板に方向付けるビーム方向付けアセンブリと、
    前記ステージ及びビーム方向付けアセンブリを互いに対して位置決めするポジショニングシステムと、
    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モニターする請求項１または請求項５１に記載の装置とを備える、ビーム書込みシステム。
60. 集積回路をウェハの上に製造する際に使用するリソグラフィ法であって、
    前記ウェハを移動可能なステージの上に支持すること、
    空間的にパターン化された照射線を前記ウェハの上に結像すること、
    前記ステージの位置を調整すること、
    前記ステージの位置を請求項５０または請求項５６に記載の方法を使用してモニターすることを備える、リソグラフィ法。
61. 集積回路の製造に使用するリソグラフィ法であって、
    入力照射線をマスクを通して方向付けて空間的にパターン化された照射線を生成すること、
    前記マスクを前記入力照射線に対して位置決めすること、
    前記入力照射線に対する前記マスクの位置を請求項５０または請求項５６に記載の方法を使用してモニターすること、
    空間的にパターン化された前記照射線をウェハの上に結像することを備える、リソグラフィ法。
62. 集積回路をウェハの上に製造するリソグラフィ法であって、
    リソグラフィシステムの第１構成要素をリソグラフィシステムの第２構成要素に対して位置決めして前記ウェハを空間的にパターン化された照射線で露光すること、
    前記第２構成要素に対する前記第１構成要素の位置を請求項５０または請求項５６に記載の方法を使用してモニターすることを備える、リソグラフィ法。
63. 請求項６０に記載のリソグラフィ法を有する、集積回路の製造方法。
64. 請求項５７に記載のリソグラフィ装置を使用することを含む、集積回路の製造方法。
65. リソグラフィマスクの製造方法であって、
    書込みビームを方向付けて前記基板にパターンを形成すること、
    前記基板を前記書込みビームに対して位置決めすること、
    前記書込みビームに対する前記基板の位置を請求項５１または請求項５６に記載の干渉計による方法を使用してモニターすることを備える、方法。
66. 請求項６１に記載のリソグラフィ法を有する、集積回路の製造方法。
67. 請求項６２に記載のリソグラフィ法を有する、集積回路の製造方法。
68. 請求項５８に記載のリソグラフィ装置を使用することを含む、集積回路の製造方法。

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