JP6072267B2 - 軸外アライメントシステム及びアライメント方法 - Google Patents

Description

本願発明は、ウェハアライメント装置に関し、特に軸外アライメントシステム及びその軸外アライメント方法に関する。

現在、殆どのフォトグラフィー装置は、格子回折ビームの干渉に基づくアライメントシステムを有する。それらのアライメントシステムは、位相回折格子アライメントマークでの単一波長又は多重波長の照射ビームの入射が、異なる回折次数のサブビームに光ビームの回折を生じさせ、それらのサブビームはアライメントマークの位置に関する表示を含む基本的な特徴を有する。異なる角度で位相回折格子から散乱した異なる回折次数を有するサブビームは、アライメントシステムによって集められ、その後、等しい回折次数のサブビーム及び異なる回折次数（即ち、±１、±２、±３次数）の信号を有するサブビームは相互に、アライメントシステムの像面又は瞳面で二つ一組で重畳して干渉し、各々の次数の干渉信号を生成する。アライメントマークを走査したとき、光電検出器は干渉信号の強度変化を記憶し、また、信号処置は、アライメントマークの中央位置を検出することを含む。

従来のアライメントシステムは、オランダのＡＳＭＬ社から入手できる軸外アライメントシステムによって代表される。このアライメントシステムは、照射ビームを供給するために赤色光源及び緑色光源の両方、及びアライメントマークから異なる次数のサブビームの重畳結像及び干渉結像を実現したり、像面で撮像空間を区画したり、するための光学くさびの配列又はくさびプレートのグループを利用する。赤色ビーム及び緑色ビームからのアライメント信号は、偏光分離プリズムによって分離され、基準回折格子を通過したアライメントマークの画像の光強度を検出することによって、出力される正弦波信号が生成される。しかしながら、アライメントシステムは、以下の欠点を有する。第一に、ビーム分離システムに基づく偏光分離プリズムは、二つの波長を有するビームを処理することしかできず、二つより多い波長を有するアライメント信号を処理することができない。第二に、種々の回折次数を有するサブビームの干渉が像面で発生することは、アライメントマークが幾つかの条件の発生時で不均一な反射率を有するため、アライメントマークの回転や拡大誤差の存在のような大きなアライメントエラーを引き起こす。最後に、くさび配列の製造、組み立て及び調整は、形状及び傾きの点で等しい回折次数の正の次数及び負の次数のサブビームが回折のために、各組合せの二つのくさび形状の板の傾斜面の間の所望の一致を確保するために厳格な要件が課される。そのような要求は、高い技術的困難や高いコストを引き起こす。

他に公知の軸外アライメントシステムも、オランダのＡＳＭＬ社のものがある。このシステムは、アライメントマーカーの二つの画像を生成するために回転自己参照干渉計を用いる。二つの画像は、互いに１８０°回転している。異なる回折次数を有するサブビームの重畳及び干渉は、干渉信号を生成するために瞳面で起こるように配置されている。異なる次数の干渉信号の相対的な位相差は、アライメント位置信号を検出するために後に検出される。このような公知のアライメントシステムは、小さな寸法誤差のみを許容する複数の主要な断面を有する複合プリズムの自己参照干渉計を用い、それ故に、干渉計の製造、組み立て及び調整において厳しい要求が課せられる。加えて、プリズムは、互いに接着された複数の要素で構成されており、そのような接着は困難な工程である。さらに、サブビームを生成するための照射ビームとして高い空間コヒーレンスを有する光ビームの利用を要求する所望の方法でサブビームを干渉させるために、サブビームを１８０°回転させて無回転サブビームに重畳させる。このような工程自体は、高い難易度を有する。

そのため、照射ビームの空間コヒーレンスの特別な要求がない、軸外アライメントシステム及び関連する方法のための、アライメントマークの傾き及び焦点ぼけによるアライメント結果への影響を免れ、光路設計が容易で、複雑な光学系を用いる必要が無く、構造が簡単な技術が緊急、必要である。

本願発明の目的は、従来のシステムにおける、アライメントマークの傾き及び焦点ぼけのアライメント結果への脆弱性、高い空間コヒーレンスを有する照射ビームの利用、光学くさび及び他に複雑な要素の利用により生じる実効性の欠如を含む、上述の課題を解決するための軸外アライメントシステム及び方法を提供することである。

上述の目的を達成する軸外アライメントシステムは、光ビームの光路に沿って順に、照射モジュール、干渉モジュール及び検出モジュールを備える軸外アライメントシステムであって、
前記照射モジュールは、光源、多重波長入射光ファイバー及びビームスプリッターを備え、
前記検出モジュールは、レンズ群、偏光手段、検出光ファイバー及び光電検出器を順に備え、
前記干渉モジュールは、
四つの側面を有する偏光ビームスプリッターと、
前記偏光ビームスプリッターの第１の側に対して逆側の当該偏光ビームスプリッターの第２の側に順に配置された第１の１／４波長板及び第１の反射体と、
前記偏光ビームスプリッターの第３の側に順に配置された第２の１／４波長板及びキューブコーナープリズムと、
前記偏光ビームスプリッターの第３の側に対して逆側の当該偏光ビームスプリッターの第４の側に順に配置された第３の１／４波長板、第２の反射体及びレンズと、
を備え、
前記照射モジュール及び前記検出モジュールは、前記偏光ビームスプリッターの第１の側に配置され、
前記第２の反射体は、前記レンズの後焦点面に配置され、
前記キューブコーナープリズムの底面中央は、前記レンズの光軸上に位置する。

好ましくは、前記照射モジュールは、シャッター、光アイソレーター及び位相変調器を備える。

好ましくは、前記光源はレーザーである。

好ましくは、前記光源は、少なくとも四つの異なる波長を備え、そのうち二つは赤外線スペクトルである光を供給する。

好ましくは、前記光源は、単一周波数レーザーであり、前記ビームスプリッターは、回折格子ビームスプリッター、光ファイバービームスプリッター及び平面光波回路スプリッターから成るグループから一つ選ばれる。

好ましくは、前記光源は、二重周波数レーザーであり、前記ビームスプリッターは、レーザー周波数分周器である。

好ましくは、前記レーザー周波数分周器は、電気光学変調器又は音響光学変調器である。

好ましくは、前記偏光手段は、二色性偏光子、多層コーティングベースの通常の偏光ビームスプリッター及び複屈折ビームスプリッターから成るグループから一つ選ばれる。

本願発明は、上述の軸外アライメントシステムを用いるアライメント方法も提供する。当該方法は：
前記光源からレーザービームを照射し、前記ビームスプリッターを用いて前記レーザービームを複数の波長を有し、複数の次数の照射ビームに分け、各々の照射ビームが第１のサブビーム及び第２のサブビームに分けられるように前記偏光ビームスプリッターに前記照射ビームを導き、前記第１のサブビーム及び前記第２のサブビームが前記レンズの光軸に対して対称となるように前記第１のサブビーム及び前記第２のサブビームが夫々、前記第１の反射体及び前記キューブコーナープリズムで反射し、先ず対称な第１のサブビーム及び第２のサブビームが等しい入射角度でアライメントマークに入射し、前記アライメントマークによって回折されるように、前記対称な第１のサブビーム及び第２のサブビームが前記レンズを通過し、
前記回折したサブビームが前記レンズを通過し、前記回折したサブビームが前記レンズの後焦点面に配置された前記第２の反射体で反射し、次に反射したサブビームが前記アライメントマークによって回折するように、回折して反射したサブビームを前記アライメントマークに導き、
再回折したサブビームを前記レンズで集め、前記再回折したビームが前記偏光ビームスプリッター、前記キューブコーナープリズム及び第１の反射体を通過し、前記再回折したビームが相互に干渉信号を生成するために前記偏光ビームスプリッターの界面の等しい位置で重ね合わされ、
前記干渉信号が前記光電検出器に向かって前記レンズ群及び前記偏光手段を通過し、前記光電検出器が前記干渉信号の位相変化に基づいてアライメントマークの位置を検出する。

上述から、本願発明は、以下の効果を有することが理解できる：
１）入射ビームがアライメントマークで二回回折したとき、再回折ビームの方向が入射ビームに対して正確な逆方向であり、アライメント結果がアライメントマークの傾き及び／又は焦点ぼけの影響を受けない。
２）キューブコーナープリズムを用いることで、入射ビームを対称に反射させて１８０°回転させることができ、それ故に、高い空間コヒーレンス照射ビームを使用しなくてもよい。
３）単一光路設計及び複雑な光学系（光学くさびのような）を用いることなく、本願発明のシステムは小型で、操作又は他の装置への統合が容易である。

本願発明の実施形態１に係る軸外アライメントシステムを示す模式図である。 図１の軸外アライメントシステムの光路を示す。 コーナーキューブプリズムでの光路を簡略化して示す。 図３の上面図である。 アライメントマークによる二回回析の原理を示す。 アライメントマークが傾いた時の二回回折に関する光路を示す。 アライメントマークが焦点ぼけした時の二回回折に関する光路を示す。 アライメントアークが同時に傾いて焦点ぼけした時の二回回折に関する光路を示す。 どのように回折格子ビームスプリッターが機能するかを示す。 どのように光ファイバービームスプリッターが機能するかを示す。 どのように平面光波回路スプリッターが機能するかを示す。 二方向アライメントで用いられる偏光ビームスプリッターの入射／出射側面の正面図を示す。 本願発明の実施形態２に係る軸外アライメントシステムを示す模式図である。

上述した本願発明の目的、特徴及び効果は、図面と共に下記されている幾つかの実施形態の詳細な説明から明らかになる。
実施形態１
図１は、本願発明に係る軸外アライメントシステムを概略的に示す。軸外アライメントシステムは、光ビームの光路に沿って順に、照射モジュール１０、干渉モジュール２０及び検出モジュール３０を備える。照射モジュール１０及び検出モジュール３０は、干渉モジュール２０の等しい側に配置されている。照射モジュール１０は、光源（不図示）、多重波長入射光ファイバー１１及びビームスプリッター１２を備える。好ましくは、光源は、十分な輝度及び指向性を得ることができるレーザーのようなものを備える。実施形態１において、光源は、単一周波数を有する直線偏光ビームを供給するための単一周波数レーザーである。好ましくは、照射モジュール１０は、また、シャッター（不図示）、光アイソレーター（不図示）及び位相変調器（不図示）を備える。シャッターは、必要なときに照射ビームを遮る構成とされ；光アイソレーターは、光ビームを一方向のみに進めることを許容するために、光ビームの伝送を規定する構成とされ；位相変調器は、不要な光ビームと信号光との間の干渉を良好に抑制するためにビーム位相変調を実行する構成とされ、それにより、干渉縞間のコントラストを最小化し、対雑音比の高い信号を確保する。好ましくは、ビームスプリッター１２は、回折格子ビームスプリッター、光ファイバービームスプリッター、又は平面光波回路スプリッターである。干渉モジュール２０は、偏光ビームスプリッター２１を備える。照射モジュール１０及び検出モジュール３０が配置された偏光ビームスプリッター２１の側に対して逆側の偏光ビームスプリッター２１の一方の側には、第１の１／４波長板２２及び第１の反射体２３が順に配置されている。加えて、偏光ビームスプリッター２１の二つの側に夫々、第２の１／４波長板２４及びキューブコーナープリズム２５が順に配置され、第３の１／４波長板２６、第２の反射体２７及びレンズ２８が順に配置されている。第２の反射体２７は、レンズ２８の後焦点面に位置し、アライメントマーク４０は、レンズ２８の他方の側に配置されている。キューブコーナープリズム２５の底面中央は、レンズ２８の光軸上に位置する。検出モジュール３０は、レンズ群３１、偏光手段３２、検出光ファイバー３３及び光電検出器３４を順に備える。好ましくは、偏光手段３２は、二色性偏光子、多層コーティングベースの通常の偏光ビームスプリッター及び複屈折ビームスプリッターの一つである。例として、偏光手段３２は、サバール板や三次元ウォラストンプリズムなどを備えることができる。照射モジュール１０から出射する光ビームは、干渉モジュール２０で二回回折され、それにより、アライメントマーク４０の位置に関する指標を含む干渉信号を形成する。その後、干渉信号は、検出モジュール３０に入射し、そして、検出モジュール３０は、干渉信号の位相変化に基づいてアライメントマーク４０の位置を示す情報を検出する。

好ましくは、光源は、少なくとも四つの異なる波長を含み、そのうち二つは赤外線スペクトルである光、例えば、λ_１＝５３２ｎｍ、λ_２＝６３２．８ｎｍ、λ_３＝７８０ｎｍ、及びλ_４＝８５０ｎｍの光を供給する。多重波長光源のようなものの使用は、相殺的干渉の影響を良好に低減でき、処理での適用性の改善をもたらす。加えて、照射のために近赤外光又は遠赤外光を用いることは、可視光を用いたときに生じる低誘電率材料の光吸収の問題を回避でき、より強いアライメント信号を得てポリシリコン層のアライメントマークの検出のための有用性を拡張することができる。

本願発明は、軸外アライメント方法も提供する。図１及び図２に示すように、当該方法は、上述した軸外アライメントシステムを用いる。軸外アライメント方法は、以下の工程を含む：光源は、多重波長入射光ファイバー１１を介してビームスプリッター１２に伝送されるレーザービームを出射し、それにより、異なる波長を有し、異なる次数の照射ビームに分ける。以後の説明で、光ビーム１００は、特定の波長λ及び偏光ビームスプリッター２１の光軸に対して４５°回転した偏光方向を有する照射ビームの一つについて説明する。光ビーム１００は、偏光ビームスプリッター２１に進み、それにより、互いに垂直な偏光方向を有する第１のサブビーム１０１ａと第２のサブビーム１０２ａとに分けられる。第１のサブビーム１０１ａは、図２で実線及び実線の矢印で示されたＰ偏光ビームである。第２のサブビーム１０２ａは、図２で破線及び白抜きの矢印で示されたＳ偏光ビームである。第１のサブビーム１０１ａは、色収差を除去するために第１の１／４波長板２２を通過し、その後、第１の反射体２３に入射する。第１の反射体２３は、偏光ビームスプリッター２１に第１のサブビームを再度、入射させるために、偏光ビームスプリッター２１に戻す第１のサブビームを反射させる。第１のサブビームの偏光方向は９０°回転し、それ故にＳ偏光ビーム１０１ｂに変換され、当該ビーム１０１ｂは、第３の１／４波長板２６に向かって偏光ビームスプリッター２１で反射し、当該板２６を通過した後、円偏光ビーム１０１ｃに変換される。第２のサブビーム１０２ａは、第２の１／４波長板２４を通過し、Ｐ偏光ビーム１０２ｂに変換される。Ｐ偏光ビーム１０２ｂは、偏光ビームスプリッター２１、第３の１／４波長板２６を順に通過し、円偏光ビーム１０２ｃに変換される。光ビーム１０１ｃは、レンズ２８の光軸に対して光ビーム１０２ｃと対称である。

アライメントマーク４０がレンズ２８の前焦点面に配置され、そして、アライメントマーク４０がレンズ２８の光軸に対して垂直に配向されている場合、ビーム１０１ｃ及び１０２ｃは、レンズ２８を通過し、それにより、夫々はビーム１０１ｄ及び１０２ｄに変換される。その後、ビーム１０１ｄ及び１０２ｄは、アライメントマーク４０の所定の回折次数の回折角度θと等しい入射角度で対称的にアライメントマーク４０で変換され、その結果、アライメントマーク４０に対して垂直方向でアライメントマーク４０から出射する所定の回折次数の回折ビーム１０１ｅ及び１０２ｅを生成する。その後、回折ビーム１０１ｅ及び１０２ｅは、アライメントマーク４０に戻るためにレンズ２８の後焦点面２９に配置された反射体２７によって反射し、それにより、二回目の再回析ビーム１０１ｆ及び１０２ｆとなるために回折する。理想的な場合、再回折ビーム１０１ｆ及び１０２ｆは、完全に一致する光路を有し、ビーム１０１ｄ及び１０２ｄの進む方向と逆方向である。明確にするために、重畳する光ビーム及び逆方向の光路は、図２で線を分けて示している。

ここで、アライメントマーク４０で変換されるビーム１０１ｃ及び１０２ｃは、円偏光入射ビームである。アライメントマーク４０の周期が入射ビームの波長よりはるかに大きいと、ビームの偏光はその回析効率にあまり影響しない。しかしながら、入射ビームの波長がアライメントマーク４０の回折格子周期と同程度の配列であれば、入射ビームの偏光特性は回折格子効率に大きく影響する。特に、直線偏光ビームを用いると、回折格子が偏光方向下での偏光効率の急激な減少を有するリスクがある。ここに、円偏光入射ビームの使用は前述のリスクを軽減し、円偏光入射ビームは互いに垂直な偏光方向を有する二つの直線偏光成分から成り、そのため、回折格子の高い偏光効率を確保できる成分を常に有する。そのため、アライメントマークを照射するための円偏光入射ビームの使用は、小周期アライメントマークに高い適用性を有するアライメントシステムを提供することができる。

再回折ビーム１０１ｆ及び１０２ｆは、レンズ２８で変換され、その後、Ｐ偏光ビーム１０１ｇ及びＳ偏光ビーム１０２ｇに変換するために、第３の１／４波長板２６を通過する。Ｐ偏光ビーム１０１ｇは、偏光ビームスプリッター２１及び第２の１／４波長板２４を順に通過し、その後、第２の１／４波長板２４に戻るためにキューブコーナープリズム２５で反射し、それにより、Ｓ偏光ビーム１０１ｈに変換される。同時に、Ｓ偏光ビーム１０２ｇは、偏光ビームスプリッター２１で反射し、第１の１／４波長板２２を通過して第１の反射体２３で反射し、第１の１／４波長板２２を再び通過した後にＰ偏光ビーム１０２ｈに変換される。ビーム１０１ｈ及び１０２ｈは夫々、その後、偏光ビームスプリッター２１の等しい位置で反射及び伝送され、出射ビームＩ１０１及びＩ１０２として偏光ビームスプリッター２１の左側面から出射する。出射ビームＩ１０１及びＩ１０２は、レンズ群３１を通過する。このとき、出射ビームＩ１０１及びＩ１０２の偏光方向が互いに直交するとき、干渉が生じない。その後、出射ビームＩ１０１及びＩ１０２は、それらの偏光方向を等しくする偏光手段３２を通過し、それ故に、それらの相互干渉が生じて干渉信号Ｉ_ｉを生成する。

干渉信号Ｉ_ｉは、光電検出器３４に光ファイバー３３によって伝送され、その後、光電検出器３４は、干渉信号Ｉ_ｉの位相変化に基づいてアライメントマークの位置を検出する。

詳細には、図３及び図４に示すように、キューブコーナープリズム２５は、等辺三角形の形状で底面及び互いに直交する三つの反射面を有する。プリズムの構造は、三つの反射面で連続して反射させるために任意の方向で底面から入射する光ビームを許容し、プリズムに入射した方向に対して正確な逆方向に沿って底面から出射する（図示するキューブコーナープリズム２５内の光路は、このメカニズムを簡略化して示している。）。キューブコーナープリズム２５は、以下の二つの機能を実行するためのアライメントシステムを備える：一つは、ビームの対称な反射を実現する。詳細には、入射光１０２ａは、キューブコーナープリズム２５によって反射ビーム１０２ｂに変換され、当該ビーム１０２ａは、ビーム１０２ｂに対して逆方向に進み、キューブコーナープリズム２５の底面中央に対してビーム１０２ｂと対称に位置する。キューブコーナープリズム２５の中央がレンズ２８の光軸に配置されているとき、ビーム１０２ａと１０２ｂとは、レンズ２８の光軸に対して対称であり、ビーム１０１ｄ及び１０２ｄがアライメントマーク４０に等しい角度で入射することを保証する。一方で、キューブコーナープリズム２５は、ビームの１８０°回転を実現する。先ず、ビーム１０２ａは１８０°回転し、それにより、ビーム１０２ｂに変換される。その後、アライメントマーク４０で再回折された先行ビームから生成したビーム１０１ｇが１８０°回転し、それにより、ビーム１０１ｈに変換される。アライメントマーク４０でのビーム１０２ｂの再回折から生成されたビーム１０２ｇは回転しないので、偏光ビームスプリッター２１の左側面から出射する出射ビーム１０１ｈ及び１０２ｈは相対的な回転が無い。そのため、元の照射ビーム１００は厳格な空間コヒーレンスが要求されない。

図５に示すように、ビーム１０２ｃは、２Δｋの周波数帯を有し、座標ｋ_０でレンズ２８の後焦点面２９に入射し、レンズ２８の焦点距離をｆ、ビーム１０２ｃの中央からレンズ２８の光軸までの距離をｄと仮定したとき、ビーム１０２ｄの入射角度θは＜数１＞で得ることができる。

＜数１＞からビーム１０２ｄの入射角をアライメントマーク４０の特定の回折次数の回折角度と等しくするための値である調整ｄは、以下の＜数２＞の回折格子の式を満足させることができることが明らかである。

ｐはアライメントマークの周期であり、ｎは整数、λはビーム１０２ｃの波長である。このような状況で、ビーム１０２ｄがアライメントマーク４０で回折した後に、ｎ番目（又は−ｎ番目）の次数の新たな回析ビーム１０２ｅは、レンズ２８の光軸と略平行である。ビーム１０２ｅは、反射体２７で変換された後に、レンズ２８に戻され、反射したビームはレンズ２８を通過し、その後、回折ビーム１０２ｅの方向と逆方向に沿ってアライメントマークに入射する。アライメントマーク４０では、反射ビームが回折し、再回折ビーム１０２ｆを生成する。理想的な場合に、再回折ビーム１０２ｆは、入射ビーム１０２ｄに正確に一致する。再回折ビーム１０２ｆは、アライメントマーク４０の位置を示す情報ｘを持っている。ビーム１０２ｆの電界Ｅ_２（ｋ_０）は、＜数３＞で得ることができる。

Ａ_０はフィールドの正規化因子であり、ｋ_０は瞳面（又はスペクトル面と称される。）のフィールドの中央の座標である。この座標ｋ_０は、レンズ２８の後焦点面でビーム１０２ｃの座標と一致し、その理由を以下に説明する。ビーム１０２ｆとの類似性を有し、他のビーム１０１ｆの電界Ｅ_１（−ｋ_０）は＜数４＞で表すことができる。

ビーム１０１ｆ及び１０２ｆが偏光手段３２を通過した後に、生成された回折信号Ｉ_ｉの強度は、＜数５＞によって算出することができる。

回折信号Ｉ_ｉの周期を示す＜数５＞は、アライメントマークの１／４ｎである。すなわち、アライメントシステムの光学倍率は４ｎであり、一般的なアライメントシステムの光学倍率の倍である。これは、アライメントシステムが等しく用いられる回折次数の倍の解像度であることも意味する。

Ｘ方向へのアライメントマーク４０の移動は、Ｘ方向での回折信号Ｉ_ｉの走査曲線をもたらし得る。信号Ｉｉの位相は、＜数６＞を用いて算出されたアライメントマークの位置から、φ_ｉ＝２π・４ｎｘ／ｐとしてコンピューターを用いてフィッティングした曲線から抽出することができる。

アライメントマーク４０の対称性の中央がレンズ２８の光軸に一致、即ち、ｘ＝０であると、アライメントマーク４０は目標位置に配置されている。

図６に示すように、アライメントマークが角度βで傾いていると、ビーム１０２ｄは、角度θ−βで通常のアライメントマーク４０に対して傾く。図６の破線で示すように、回折ビーム１０２ｅの角度αは通常に対して＜数７＞のようになる。

回折ビーム１０２ｅは反射体２７で反射した後に、レンズ２８を通過し、アライメントマーク４０に向かう方向に対して逆方向の光路に沿って進み、それにより、二回目の回折を行い、新たな再回折ビーム１０２ｆは通常のアライメントマークに対して角度α’を有し、当該角度α’は＜数８＞の回折格子の式から算出することができる。

＜数８＞から、再回折ビーム１０２ｆは完全に入射ビーム１０２ｄに一致することを理解でき、そして、レンズ２８の後焦点面２９で形成される光点の位置が変化せず、アライメント結果においてアライメントマークの傾きに敏感に影響されないことを示している。

図７に示すように、アライメントマーク４０が焦点ぼけΔｚを有すると、即ち、アライメントマーク４０がレンズ２８の前焦点面にない場合、入射ビーム１０２ｄは、アライメントマーク４０のΔｚｔａｎθの量で水平方向にずれる。新たな回折ビーム１０２ｅは、図では破線で示している。その結果、再回折ビーム１０２ｆは、逆方向の入射ビーム１０２ｄからΔＬ_１＝２Δｚｔａｎθ、水平方向へのずれを有する。再回折ビーム１０２ｆがレンズ２８で集められた後に、後焦点面２９に形成される光点の位置が変化しない。すなわち、アライメントマーク４０の焦点ぼけは、アライメント結果に影響を及ぼさない。

図８に示すように、アライメントマーク４０が傾斜角度β及び焦点ぼけΔｚの両方を伴うとき、再回折ビーム１０２ｆにおける入射ビーム１０２ｄからの水平方向のずれは、回折格子の式及びΔＬ_２＝２Δｚ（ｔａｎθ−ｔａｎδ）とする関連する幾何学関係に沿って算出することができ、δはビーム１０２ｅとレンズ２８の光軸との間の角度を示し、δ＝ａｒｃｓｉｎ［ｎλ／ｐ−ｓｉｎ（θ−β）］＋βの関係を有する。再回折ビーム１０２ｆがビーム１０２ｄに対して逆方向であるとき、レンズ２８によって集められた後に、後焦点面２９での光点の位置が変化せず、アライメントマークの傾き−焦点ぼけがアライメント結果に影響を及ぼさないことを明らかにする。

前述の説明から、この二回回折設計で確認でき、さらにアライメントマークが傾き及び／又は焦点ぼけして、再回折ビームはレンズに常に戻り、入射ビームの経路に従って逆方向に進む。レンズ固有の特性に従って、再回折ビームが入射ビームに対して逆方向に進めば、ビームの水平ずれがアライメントマークの傾き又は焦点ぼけによって生じたときでさえ、再回折ビームがレンズを通過した後に、後焦点面で形成される光点の位置が変化することはない。そのため、アライメント結果がアライメントマークの傾き及び／又は焦点ぼけによって影響されない。

好ましくは、ビームスプリッター１２は、回折格子ビームスプリッター、光ファイバービームスプリッター、又は平面光波回路スプリッターである。特に、複数次数検出を実現するために、複数照射ビームがビームスプリッター内に側面から導かれて当該ビームスプリッター１２で入射ビームを複数に分けることができ、それにより、複数次数検出を実現する。

図９に示すように、ビームスプリッター１２は、透過位相回折格子１２１及びコリメータレンズ１２２を含む回折格子ビームスプリッターであることができる。出射ビームａ_ｉ１、ａ_ｉ２及びａ_ｉ３の強度比は、例えば、周期及び溝深さのようなスプリッターの操作パラメーターによって調整される。

図１０に示すように、ビームスプリッター１２は、光ファイバービームスプリッターであることができる。図示例において、光ファイバービームスプリッターは、溶融状態で光ファイバーの束を伸ばすためのテーパーマシンを用いることで作ることができる溶融双円錐テーパースプリッター１２３である。伸ばす工程において、ファイバーの分割比が監視され、当該工程は、所望の比に到達し次第終了する。束の一側では、一つのファイバーの端部のみが入射側として保たれ（残りのものが全て除去され）、そして、束の他側は、複数出射側として保つために完全なままで保たれている。

図１１に示すように、ビームスプリッター１２は、平面光波回路スプリッターであることができる。スプリッターは、光ビームを分けるためにチップ１２４を備える。上述の＜数１＞及び＜数２＞に従って、レンズの後焦点面２９のレンズ２８の光軸から分割サブビームまでの距離は、以下の＜数９＞を満足することが要求される。

図１２に示すように、偏光ビームスプリッター１２の入射／出射側面で、Ｘ方向及びＹ方向のアライメントを実現するために、異なる波長を有し、異なる回折次数の入射ビームａ_ｘ１、ａ_ｘ２及びａ_ｘ３は、Ｘ方向に供給され、夫々の出射ビームＩ_ｘ１、Ｉ_ｘ２及びＩ_ｘ３に対応する１８０°回転対称であり、同様に、入射ビームａ_ｙ１、ａ_ｙ２及びａ_ｙ３は、Ｙ方向に供給され、夫々の出射ビームＩ_ｙ１、Ｉ_ｙ２及びＩ_ｙ３に対応する１８０°回転対称である。

実施形態２
本実施形態は、光源として二重周波数レーザー及びビームスプリッター５２としてレーザー周波数分周器を用いる点で実施形態１と異なる。好ましくは、レーザー周波数分周器は、電気光学変調器又は音響光学変調器である。

図１３に示すように、本願発明の軸外アライメントシステムは：照射モジュール５０、干渉モジュール６０及び検出モジュール７０を備える。照射モジュール５０及び検出モジュール７０は、干渉モジュール６０の等しい側に配置されている。照射モジュール５０は、光源（不図示）、多重波長入射光ファイバー５１及びビームスプリッター５２を備える。実施形態２において、光源はレーザーであり、ビームスプリッター５２はレーザー周波数分周器である。特に、レーザー周波数分周器は、電気光学変調器又は音響光学変調器である。干渉モジュール６０は、偏光ビームスプリッター６１を備える。照射モジュール５０及び検出モジュール７０が配置された偏光ビームスプリッター６１の側に対して逆側の偏光ビームスプリッター６１の一方の側には、第１の１／４波長板６２及び第１の反射体６３が順に配置されている。加えて、偏光ビームスプリッター６１の二つの側に夫々、第２の１／４波長板６４及びキューブコーナープリズム６５が順に配置され、第３の１／４波長板６６、第２の反射体６７及びレンズ６８が順に配置されている。第２の反射体６７は、レンズ６８の後焦点面に位置し、アライメントマーク８０は、レンズ６８の他方の側に配置されている。キューブコーナープリズム６５の底面中央は、レンズ６８の光軸上に配置されている。検出モジュール７０は、レンズ群７１、偏光手段７２、検出光ファイバー７３、及び光電検出器７４を順に備える。照射モジュール５０から照射される光ビームは、干渉モジュール６０で二回回折し、それにより、アライメントマーク８０の位置に関する指標を含む干渉信号を生成する。その後、当該信号は、検出モジュール７０に入射する。そして、検出モジュール７０は、干渉信号の位相変化に基づいてアライメントマークの位置を示す情報を検出する。

レーザー周波数分周器は、周波数差ωを有し、偏光方向が互いに直交する二つのビームにレーザービームを分けることができる。本実施形態において、レーザー周波数分周器は、電気光学変調器（ＥＯＭ）として機能し、動作原理は、偏光方向がＥＯＭの第１の軸に対して４５°以上回転した直進偏光ビームＥ_ｉｎを供給する光源である。ＥＭＯが角周波数ωを有する半波長電圧Ｖ_λ／２を供給すると、出射光の電界Ｅ_ｏｕｔは、ジョーンズベクトルを用いて表すことができ、即ち、平面ベクトルは、二つの直交成分の列行列によって表される。

電界Ｅ_ｏｕｔは、水平偏光電界Ｅ_０ｘ及び垂直偏光電界Ｅ_０ｙを備え、ビームスプリッター６１を通過した後に、実施形態１で開示されたような等しい透過、偏光及び回折工程を経て、対応する反射ビーム及び透過ビームが出現する。結果として信号は、以下の＜数１１＞で表される。

角周波数ωが知られていると、信号の位相は、算出されたアライメントマークの位置から、φ_ｉ＝２π・４ｎｘ／ｐとして＜数１１＞によって表された信号を復調して得ることができる。

要するに、本願発明は、軸外アライメントシステム及びその軸外アライメント方法を提供する。当該システムは、照射モジュール、干渉モジュール及び検出モジュールを備える。照射モジュール及び検出モジュールは、干渉モジュールの等しい側に配置されている。照射モジュールは、光源、多重波長入射光ファイバー及びビームスプリッターを備える。干渉モジュールは、偏光ビームスプリッターを備える。照射モジュール及び検出モジュールが配置された偏光ビームスプリッターの側に対して逆側の偏光ビームスプリッターの一方の側には、第１の１／４波長板及び第１の反射体が順に配置されている。偏光ビームスプリッターの二つの側に夫々、第２の１／４波長板及びキューブコーナープリズムが順に配置され、第３の１／４波長板、第２の反射体及びレンズが順に配置されている。第２の反射体は、レンズの後焦点面に位置し、アライメントマークは、レンズの他側に配置されている。キューブコーナープリズムの底面中央は、レンズの光軸上に配置されている。検出モジュールは、レンズ群、偏光手段、検出光ファイバー及び光電検出器を順に備える。照射モジュールから照射されたビームは、干渉モジュールで二回回折し、それにより、アライメントマークの位置に関する指標を含む干渉信号を生成する。干渉信号は、干渉信号の位相変化に基づいてアライメントマークの位置を示す情報を検出する検出モジュールに入射する。本願発明は、アライメントマークの傾き及び焦点ぼけに起因するアライメントの脆弱性、高い空間コヒーレンス、光学くさびを用いることに起因する実行可能性の欠如、他の複雑な要素を含む従来のシステムが直面する課題に対処することができる。

明らかに、当業者は、本発明の精神及びスコープから離れることなく、様々な変形及び代替を創造することができる。それゆえ、変形及び代替が付加したクレーム又はこれに準ずるもののスコープの範囲内に属するように、本発明は全ての変形と代替とを含むと解釈されることが意図される。

Claims (9)

1. 光ビームの光路に沿って順に、照射モジュール、干渉モジュール及び検出モジュールを備える軸外アライメントシステムであって、
   前記照射モジュールは、光源、多重波長入射光ファイバー及びビームスプリッターを備え、
   前記検出モジュールは、レンズ群、偏光手段、検出光ファイバー及び光電検出器を順に備え、
   前記干渉モジュールは、
   四つの側面を有する偏光ビームスプリッターと、
   前記偏光ビームスプリッターの第１の側に対して逆側の当該偏光ビームスプリッターの第２の側に順に配置された第１の１／４波長板及び第１の反射体と、
   前記偏光ビームスプリッターの第３の側に順に配置された第２の１／４波長板及びキューブコーナープリズムと、
   前記偏光ビームスプリッターの第３の側に対して逆側の当該偏光ビームスプリッターの第４の側に順に配置された第３の１／４波長板、第２の反射体及びレンズと、
   を備え、
   前記照射モジュール及び前記検出モジュールは、前記偏光ビームスプリッターの第１の側に配置され、
   前記第２の反射体は、前記レンズの後焦点面に配置され、
   前記キューブコーナープリズムの底面中央は、前記レンズの光軸上に位置する、軸外アライメントシステム。
2. 前記照射モジュールは、シャッター、光アイソレーター及び位相変調器を備える、請求項１に記載の軸外アライメントシステム。
3. 前記光源はレーザーである、請求項１に記載の軸外アライメントシステム。
4. 前記光源は、少なくとも四つの異なる波長を備え、そのうち二つは赤外線スペクトルである光を供給する、請求項３に記載の軸外アライメントシステム。
5. 前記光源は、単一周波数レーザーであり、
   前記ビームスプリッターは、回折格子ビームスプリッター、光ファイバービームスプリッター及び平面光波回路スプリッターから成るグループから一つ選ばれる、請求項３に記載の軸外アライメントシステム。
6. 前記光源は、二重周波数レーザーであり、
   前記ビームスプリッターは、レーザー周波数分周器である、請求項３に記載の軸外アライメントシステム。
7. 前記レーザー周波数分周器は、電気光学変調器又は音響光学変調器である、請求項６に記載の軸外アライメントシステム。
8. 前記偏光手段は、二色性偏光子、多層コーティングベースの通常の偏光ビームスプリッター及び複屈折ビームスプリッターから成るグループから一つ選ばれる、請求項１に記載の軸外アライメントシステム。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の軸外アライメントシステムを用いる軸外アライメント方法であって、
   前記光源からレーザービームを照射し、前記多重波長入射光ファイバー及び前記ビームスプリッターを用いて前記レーザービームを波長が異なる複数の照射ビームに分け、各々の照射ビームが第１のサブビーム及び第２のサブビームに分けられるように前記偏光ビームスプリッターに前記照射ビームを導き、前記第１のサブビーム及び前記第２のサブビームが前記レンズの光軸に対して対称となるように前記第１のサブビーム及び前記第２のサブビームが夫々、前記第１の反射体及び前記キューブコーナープリズムで反射し、先ず対称な第１のサブビーム及び第２のサブビームが等しい入射角度でアライメントマークに入射し、前記アライメントマークによって回折されるように、前記対称な第１のサブビーム及び第２のサブビームが前記レンズを通過し、
   前記回折したサブビームが前記レンズを通過し、前記回折したサブビームが前記レンズの後焦点面に配置された前記第２の反射体で反射し、次に反射したサブビームが前記アライメントマークによって回折するように、回折して反射したサブビームを前記アライメントマークに導き、
   再回折したサブビームを前記レンズで集め、前記再回折した第１のサブビームが前記偏光ビームスプリッター及び前記キューブコーナープリズムを通過し、前記再回折した第２のサブビームが前記偏光ビームスプリッター及び第１の反射体を通過し、前記再回折した第１のサブビーム及び第２のサブビームが前記レンズ群及び前記変更手段を通過した時点で相互に干渉信号を生成するために前記偏光ビームスプリッターの界面の等しい位置で重ね合わされ、
   前記干渉信号が前記光電検出器に向かって前記レンズ群及び前記偏光手段を通過し、前記光電検出器が前記干渉信号の位相変化に基づいてアライメントマークの位置を検出する、軸外アライメント方法。

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