JP6588636B2 - 偏光独立メトロロジシステム - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
この出願は、２０１５年１０月２７日に出願された米国仮特許出願第６２／２４７，１１６号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に援用される。

（発明の分野）
本開示は、例えばリソグラフィ装置に用いられるメトロロジシステムに関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板のターゲット部分に転写する機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いられる。その状況では、マスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々のレイヤに対応する回路パターンを作成することができ、このパターンは、放射感応性材料（レジスト）の層を有する基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば一つまたは複数のダイの一部を含む）に結像することができる。一般に、単一の基板は、連続して露光される隣接するターゲット部分のネットワークを含む。既知のリソグラフィ装置は、ターゲット部分にパターン全体を一度に露光することで各ターゲット部分が照射されるいわゆるステッパと、所与の方向（「走査」方向）に放射ビームによりパターンを走査する一方、この方向と平行にまたは逆平行に基板を同期して走査することで各ターゲット部分が照射されるいわゆるスキャナとを含む。パターンを基板上にインプリントすることで、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。別のリソグラフィシステムは、干渉リソグラフィシステムである。干渉リソグラフィシステムでは、パターニングデバイスは存在せず、光ビームが２つのビームに分けられ、反射システムを用いて２つのビームが基板のターゲット部分で干渉する。干渉は、基板のターゲット部分にラインを形成させる。

リソグラフィ工程の間に、異なる処理ステップは異なる層を基板上に連続して形成することを要求する。したがって、基板に形成された前のパターンに対して高い精度で基板を位置づける必要がある。一般的に、アライメントマークが位置合わせされるべき基板上に設置され、第２のオブジェクトを参照して位置づけられる。リソグラフィ装置は、アライメントマークの位置（例えばＸおよびＹ位置）を検出して、マスクからの正確な露光を確保するようアライメントマークを用いて基板を調整するために、メトロロジシステムを用いることができる。メトロロジシステムは、Ｚ方向のウェハ面の高さを決定するために用いることもできる。

アライメントシステムは通常、それ自身の照明システムを有する。照明されたアライメントマークから検出される信号は、照明システムの波長がアライメントマークの物理的または光学的特性、またはアライメントマークに接触または隣接する物質の物理的または光学的特性とどれほど良好に適合するかに依存する。前述の特性は、使用される処理ステップに応じて変化し得る。アライメントシステムは、アライメントシステムによって検出されるアライメントマーク信号の品質および強度を最大にするために、離散的な比較的狭い通過帯域のセットを有する狭帯域放射ビームを提供してもよい。

ウェハ上のアライメントマークは、偏光をスクランブルする傾向があり、それによって変調の深さを減少させ、偏光感応アライメントセンサの性能に悪影響を与える。この問題に対する１つの解決法は、各々がそれ自身の干渉計を有する２つの異なる光路を含むことである。放射ビームの一方の偏光状態は一方の経路を進行し、一方、放射ビームの直交偏光状態は他方の経路を進行する。そのような実装形態は高価であり、２つの干渉計の軸のアライメントを行うことは困難である。

したがって、メトロロジシステムにおける測定の長期にわたる精度および安定性を向上する必要がある。

実施形態によれば、メトロロジシステムは、光を発生させる放射源と、光変調ユニットと、リフレクタと、干渉計と、検出器とを含む。光変調ユニットは、光の第１偏光モードを光の第２偏光モードから時間的に分離する。リフレクタは、光を基板に向かって方向づける。干渉計は、基板上のパターンからの回折光、または基板からの反射光を干渉させ、干渉から出力光を生成する。検出器は、干渉計からの出力光を受光する。出力光の第１および第２偏光モードは、検出器で時間的に分離される。

別の実施形態によれば、メトロロジシステムは、光を発生させる放射源と、リフレクタと、光変調ユニットと、干渉計と、１つ以上の検出器とを含む。リフレクタは、光を基板に向けて方向付ける。光変調ユニットは、基板上のパターンから回折された、または基板から反射された光を、第１偏光モードを有する第１偏光および第２偏光モードを有する第２偏光に分割する偏光スプリッタと、第１偏光を受光して第１偏光の偏光を回転させる旋光子と、第１偏光モードと第２偏光モードとが瞳面内で空間的に分離されるように、回転された第１偏光と第２偏光とを結合して結合光を形成するように構成された光カプラと、を含む。干渉計は、結合光を受光し、結合光の干渉から出力光を生成する。１つ以上の検出器は、干渉計からの出力光を受光する。出力光の第１偏光モードおよび第２偏光モードは、１つ以上の検出器で空間的に分離される。

さらに別の実施形態によれば、リソグラフィ装置は、パターニングデバイスのパターンを照明するように設計された照明システムと、基板のターゲット部分にパターンの像を投影する投影システムと、メトロロジシステムとを含む。メトロロジシステムは、光を発生させる放射源と、光変調ユニットと、リフレクタと、干渉計と、検出器とを含む。光変調ユニットは、光の第１偏光モードを光の第２偏光モードから時間的に分離する。リフレクタは、光を基板に向かって方向づける。干渉計は、基板上のパターンからの回折光、または基板からの反射光を干渉させ、干渉から出力光を生成する。検出器は、干渉計からの出力光を受光する。出力光の第１および第２偏光モードは、検出器で時間的に分離される。

本発明のさらなる特徴および利点は、本発明の様々な実施の形態の構造および作用とともに、添付の図面を参照して以下で詳細に説明される。本発明は、本書で説明される特定の実施形態に限定されないことに注意する。このような実施形態は、例証目的で本書に提示されているに過ぎない。本書に含まれる教示に基づけば、さらなる実施形態は関連分野の当業者にとって明らかであろう。

本書に包含され明細書の一部をなす添付の図面は本発明を例証し、詳細な説明とともに本発明の原理を説明し、関連分野の当業者が本発明を実施し使用できるようにする役割を有する。

実施形態に係る反射型リソグラフィ装置を模式的に示す図である。

実施形態に係る透過型リソグラフィ装置を模式的に示す図である。

実施形態に係る反射型リソグラフィ装置をより詳細に模式的に示す図である。

実施形態に係るリソグラフィセルを模式的に示す図である。

実施形態に係るメトロロジシステムを模式的に示す図である。

様々な実施形態に係る時間多重メトロロジシステムを模式的に示す図である。 様々な実施形態に係る時間多重メトロロジシステムを模式的に示す図である。 様々な実施形態に係る時間多重メトロロジシステムを模式的に示す図である。 様々な実施形態に係る時間多重メトロロジシステムを模式的に示す図である。

実施形態に係る、空間偏光分離を用いたメトロロジシステムを模式的に示す図である。

様々な実施形態に係る、メトロロジシステムを用いてウェハを検査する方法のフローチャートを示す図である。 様々な実施形態に係る、メトロロジシステムを用いてウェハを検査する方法のフローチャートを示す図である。

本発明の特徴および利点は、同様の参照符号が全文書を通して対応する要素を特定する図面とともに以下で述べられる詳細な説明からより明らかになるだろう。一般に、図面において同様の参照符号は、同一の、機能的に類似の、および／または構造が類似の要素を表している。要素が最初に現れる図面は、対応する参照番号の左端の数字で表される。他に特に規定がなければ、本開示を通じて提供される図面は、縮尺どおりの図と解釈するべきではない。

本明細書は本発明の特徴を組み入れた一つまたは複数の実施形態を開示する。開示された実施形態は本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲は開示された実施形態には限定されない。本発明は添付の請求項により定義される。

説明される実施形態、および「一実施形態」、「実施形態」、「例示的な実施形態」等への明細書内での言及は、説明する実施形態が特定の特徴、構造または特性を備えてもよいが、必ずしもあらゆる実施形態がその特定の特徴、構造または特性を備える必要はないことを示している。また、このような表現は同一の実施形態を必ずしも指し示すものではない。さらに、実施形態とともに特定の特徴、構造または特性が記載される場合、明示的に記載されているか否かに関わらず、そのような特徴、構造または特性を他の実施形態とともに実現することは当業者の知識内であると理解されたい。

この種の実施形態をより詳細に説明する前に、本発明の実施形態を実装可能である例示的な環境を提示することが有益である。

（例示的な反射型および透過型リソグラフィシステム）
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施形態を実装することのできる、リソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’をそれぞれ模式的に示す図である。リソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’はそれぞれ以下の、放射ビームＢ（例えば深紫外放射または極端紫外放射）を調整する照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク、レチクル、または動的パターニングデバイス）ＭＡを支持するよう構成されるとともに、パターニングデバイスを正確に位置決めするよう構成された第１ポジショナＰＭに接続されている支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、基板（例えば、レジストでコーティングされたウェーハ）Ｗを保持するよう構成されるとともに、基板を正確に位置決めするよう構成された第２ポジショナＰＷに接続されている基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴと、を備える。リソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’は、パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば一つまたは複数のダイを含む）ターゲット部分Ｃに投影するように構成された投影システムＰＳも備える。リソグラフィ装置１００では、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳが反射型である。リソグラフィ装置１００’では、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳが透過型である。

照明システムＩＬは、放射ビームＢの向きや形状を変え、または放射ビームＢを統制するために、屈折光学素子、反射光学素子、反射屈折光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子、あるいは他の種類の光学素子などの各種の光学素子、またはこれらの組み合わせを含み得る。

支持構造ＭＴは、基準フレームに対するパターニングデバイスＭＡの姿勢、リソグラフィ装置１００および１００’の少なくとも１つの設計、およびパターニングデバイスＭＡが真空環境で保持されるか否か等のその他の条件に応じた方式でパターニングデバイスＭＡを保持する。支持構造ＭＴは、機械的固定、真空固定、静電固定、またはパターニングデバイスＭＡを保持するその他の固定技術を用いてもよい。支持構造ＭＴは、例えばフレームまたはテーブルであってもよく、これらは固定されていてもよいし必要に応じて移動可能であってもよい。センサを用いることにより、支持構造ＭＴは、例えば投影システムＰＳに対して所望の位置にパターニングデバイスＭＡを位置決めすることを保証してもよい。

「パターニングデバイス」ＭＡなる用語は、基板Ｗのターゲット部分Ｃにパターンを生成するために放射ビームＢの断面にパターンを与えるのに使用される何らかのデバイスを指すものと広義に解釈される。放射ビームＢに付与されたパターンは、集積回路を形成するためにターゲット部分Ｃに生成されるデバイスにおける特定の機能層に対応する。

パターニングデバイスＭＡは、（図１Ｂのリソグラフィ装置１００’のような）透過型であってもよいし、（図１Ａのリソグラフィ装置１００のような）反射型であってもよい。パターニングデバイスＭＡには例えばマスク、プログラム可能ミラーアレイ、及びプログラム可能ＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィにおいて周知であり、バイナリマスク、レベンソン型位相シフトマスク、減衰型位相シフトマスク、さらには多様なハイブリッド型マスクなどのマスク種類が含まれる。プログラム可能ミラーアレイは例えば、微小ミラーのマトリックス配列で構成される。各微小ミラーは、入射する放射ビームを異なる複数の方向に反射するよう個別的に傾斜可能である。小ミラーのマトリックスにより反射された放射ビームには、傾斜されたミラーによってパターンが付与されている。

「投影システム」なる用語は、使用されている露光放射に適切な、または基板Ｗ上の浸液の使用や真空の使用などのその他の因子に適切な、屈折光学素子、反射光学素子、反射屈折光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子、またはこれらの組み合わせを含む何らかの投影システムを包含することができる。過剰な放射または電子を他の気体が吸収するので、ＥＵＶまたは電子ビーム放射のために真空環境を使用してもよい。したがって、真空壁および真空ポンプの助けを借りて、ビーム経路の全体に真空環境が与えられてもよい。

リソグラフィ装置１００および／またはリソグラフィ装置１００’は２つ以上（２つの場合にはデュアルステージと呼ばれる）の基板テーブルＷＴ（及び／または２つ以上のマスクテーブル）を備えてもよい。このような多重ステージ型の装置においては、追加の基板テーブルＷＴが並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルで露光が行われている間に１以上の他の基板テーブルＷＴで準備工程が実行されるようにしてもよい。ある状況では、追加のテーブルは基板テーブルＷＴでなくてもよい。

図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。例えば光源ＳＯがエキシマレーザである場合には、光源ＳＯとリソグラフィ装置１００、１００’とは別個の物理的実体であってもよい。この場合、光源ＳＯはリソグラフィ装置１００、１００’の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームＢは光源ＳＯからビーム搬送システムＢＤ（図１Ｂ）を介してイルミネータＩＬへと到達する。ビーム搬送システムＢＤは例えば適当な方向変更用ミラー及び／またはビームエキスパンダを含む。あるいは例えば光源ＳＯが水銀ランプである場合には、光源ＳＯはリソグラフィ装置１００、１００’に一体に構成されていてもよい。光源ＳＯとイルミネータＩＬとは、またビーム搬送システムＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射システムと総称されることがある。

イルミネータＩＬは放射ビームの角強度分布を調整するアジャスタＡＤ（図１Ｂ）を備えてもよい。一般には、イルミネータの瞳面における照度分布の少なくとも外径及び／または内径の値（通常それぞれ「σｏｕｔｅｒ」、「σｉｎｎｅｒ」と呼ばれる）が調整される。加えてイルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の要素（図１Ｂ）を備えてもよい。イルミネータＩＬはビーム断面における所望の均一性及び照度分布を得るべく放射ビームＢを調整するために用いられる。

図１Ａを参照すると、放射ビームＢは、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴに保持されているパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに入射して、当該パターニングデバイスによりパターンが付与される。リソグラフィ装置１００では、放射ビームＢはパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡから反射される。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡから反射された後に、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過する。投影システムＰＳはビームＢを基板Ｗのターゲット部分Ｃに合焦させる。第２ポジショナＰＷと位置センサＩＦ２（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）の助けにより、基板テーブルＷＴは、（例えば、放射ビームＢの経路に異なる複数のターゲット部分Ｃをそれぞれ位置決めするように）正確に移動される。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサＩＦ１を使用して、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めすることができる。マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡおよび基板Ｗを位置合わせすることができる。

図１Ｂを参照すると、支持構造（例えばマスクテーブルＭＴ）に保持されるパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に放射ビームＢが入射し、パターニングデバイスによってパターンが付与される。マスクＭＡの通過後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳが基板Ｗのターゲット部分Ｃにビームを合焦させる。投影システムは、照明システムの瞳ＩＰＵと共役の瞳ＰＰＵを有する。放射の一部は、照明システムの瞳ＩＰＵにおける強度分布から生じ、マスクパターンにおいて回折の影響を受けることなくマスクパターンを横切り、照明システムの瞳ＩＰＵにおいて強度分布の像を作り出す。

第２ポジショナＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）の助けにより、（例えば放射ビームＢの経路に異なるターゲット部分Ｃを位置決めするように）基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。同様に、（例えばマスクライブラリからのマスク交換後または走査の間に）第１ポジショナＰＭと別の位置センサ（図１Ｂに図示せず）により、放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。

一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、ロングストロークモジュール（粗い位置決め用）及びショートストロークモジュール（精細な位置決め用）により実現される。これらモジュールは、第１ポジショナＰＭの一部を構成する。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２ポジショナＰＷの一部を構成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールにより実現される。ステッパの場合には（スキャナとは異なり）、マスクテーブルＭＴはショートストロークモジュールにのみ接続されていてもよいし、マスクテーブルＭＴは固定されていてもよい。マスクＭＡと基板Ｗとは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２、及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせされる。（図示されるように）基板アライメントマークは専用のターゲット部分を占有しているが、基板アライメントマークはターゲット部分間の領域に配置されていてもよい（スクライブラインアライメントマークとして公知である）。同様に、マスクＭＡに複数のダイがある場合には、マスクアライメントマークがダイ間に配置されてもよい。

マスクテーブルＭＴおよびパターニングデバイスＭＡは、真空チャンバ内に位置することができる。真空内ロボットＩＶＲを用いて、マスクなどのパターニングデバイスを真空チャンバ内および外に移動することができる。あるいは、マスクテーブルＭＴおよびパターニングデバイスＭＡは、真空チャンバの外側にあり、真空内ロボットＩＶＲと似た様々な輸送作業のために真空外ロボットを用いることができる。真空中および真空外ロボットは、中継ステーションの固定されたキネマティックマウントへの任意のペイロード（例えばマスク）のスムーズな輸送ために較正される必要がある。

リソグラフィ装置１００、１００’は以下のモードのうち少なくとも一つで使用することができる。

１．ステップモードにおいては、放射ビームＢに付与されたパターンの全体が１回の照射で一つのターゲット部分Ｃに投影される間、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは実質的に静止状態とされる（すなわち１回の静的な露光）。そして基板テーブルＷＴがＸ方向及び／またはＹ方向に移動されて、異なるターゲット部分Ｃが露光される。

２．スキャンモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影される間、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期して走査される（すなわち１回の動的な露光）。支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）特性及び像反転特性により定められる。

３．別のモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影される間、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴはプログラム可能パターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とされ、基板テーブルＷＴは移動または走査される。パルス放射源ＳＯが用いられ、プログラム可能パターニングデバイスは走査中に基板テーブルＷＴが移動するたびに、または連続するパルスとパルスの間に必要に応じて更新される。この動作モードは、プログラム可能ミラーアレイなどのプログラム可能パターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに適用可能である。

上記のモードを組み合わせて動作させてもよいし、モードに変更を加えて動作させてもよく、さらに全く別のモードを用いてもよい。

さらなる実施形態では、リソグラフィ装置１００は、極端紫外（ＥＵＶ）放射源を含む。極端紫外放射源は、ＥＵＶリソグラフィのためにＥＵＶ放射ビームを発生させるよう構成される。一般に、ＥＵＶ放射源は、放射システム内に構成され、対応する照明システムは、ＥＵＶ放射源のＥＵＶ放射ビームを調整するよう構成される。

図２は、リソグラフィ装置１００をより詳細に示す。ＥＵＶリソグラフィ装置１００は、放射コレクタ装置ＳＯ、照明システムＩＬ、および投影システムＰＳを含む。放射コレクタ装置ＳＯは、放射コレクタ装置ＳＯの密閉構造２２０内で真空環境を維持できるように構成および配置される。ＥＵＶ放射放出プラズマ２１０は、放電プラズマ源により形成される。ＥＵＶ放射は、例えばＸｅガス、Ｌｉ蒸気、またはＳｎ蒸気等の気体または蒸気により生成される。この気体または蒸気中に高温プラズマ２１０が形成されて、ＥＵＶ領域の電磁放射スペクトルの放射が発せられる。この高温プラズマ２１０は、例えば放電により少なくとも部分的にイオン化されたプラズマを生成することにより形成される。効率的に放射を生成するためには、Ｘｅ、Ｌｉ、Ｓｎ蒸気またはその他の適する気体または蒸気の例えば１０Ｐａの分圧が必要である。一実施形態では、励起されたスズ（Ｓｎ）のプラズマがＥＵＶ放射を生成するために提供される。

高温プラズマ２１０により放出された放射は、ソースチャンバ２１１からオプションのガスバリアまたは汚染物質トラップ２３０（ある場合には、汚染物質バリアまたはフォイルトラップとも称される）を通じてコレクタチャンバ２１２へと向かう。ガスバリアまたは汚染物質トラップ２３０は、ソースチャンバ２１１の開口またはその後方に配置されている。汚染物質トラップ２３０は、チャネル構造を含んでもよい。汚染物質トラップ２３０は、ガスバリアまたはガスバリアとチャネル構造の組み合わせを含んでもよい。本明細書に示す汚染物質トラップまたは汚染物質バリア２３０は、少なくとも技術的に知られたチャネル構造を含む。

コレクタチャンバ２１２は、放射コレクタＣＯを含む。放射コレクタＣＯは、いわゆる斜入射型コレクタであってよい。放射コレクタＣＯは、放射コレクタ上流側２５１および放射コレクタ下流側２５２を有する。放射コレクタＣＯを通過した放射は、格子スペクトルフィルタ２４０で反射され、コレクタチャンバ４８の開口に位置する仮想点源ＩＦに集束する。仮想点源ＩＦは、一般的に中間焦点と称され、放射源コレクタ装置は、中間焦点ＩＦが密閉構造２２０の開口２１９またはその近くに位置するように配置される。仮想点源ＩＦは、放射放出プラズマ２１０の像である。格子スペクトルフィルタ２４０は、特に赤外線（ＩＲ）放射を抑制するために用いられる。

その後、放射は照明システムＩＬを横切る。照明システムＩＬは、パターニングデバイスＭＡにおける所望の放射強度均一性とともに、パターニングデバイスＭＡにおける所望の放射ビーム２２１の角度分布を提供するよう配置されるファセットフィールドミラーデバイス２２２およびファセット瞳ミラーデバイス２２４を含む。支持構造ＭＴにより保持されたパターニングデバイスＭＡにおける放射ビーム２２１の反射により、パターンが付与されたビーム２２６が形成され、パターンが付与されたビーム２２６は、投影システムＰＳによって、反射素子２２８，２３０を介してウェハステージまたは基板テーブルＷＴにより保持された基板Ｗ上に結像される。

通常、図示されているよりも多くの素子が照明光学ユニットＩＬおよび投影システムＰＳに存在してよい。格子スペクトルフィルタ２４０は、リソグラフィ装置のタイプに応じてオプション的に存在してよい。さらに、図示されるよりも多くのミラーが存在してよい。例えば、図２に示すよりも多くの、１つ乃至６つの追加の反射素子が投影システムＰＳに存在してもよい。

図２に示すように、コレクタ光学システムＣＯは、コレクタ（またはコレクタミラー）のほんの一例として、斜入射リフレクタ２５３，２５４および２５５を伴う入れ子状のコレクタとして図示されている。斜入射リフレクタ２５３，２５４および２５５は、光軸Ｏの周りに軸対称に配置されており、このタイプのコレクタ光学システムＣＯは、ＤＰＰ源と称される放電プラズマ源と組み合わせて好適に用いられる。

（例示的なリソグラフィセル）
図３に示すリソグラフィセル３００は、たまにリソセルまたはクラスタとも称される。リソグラフィ装置１００または１００’は、リソグラフィセル３００の一部を形成してよい。リソグラフィセル３００は、基板上での露光前および露光後プロセスを実行するための装置も含んでよい。従来、これらは、レジスト層を堆積させるスピンコート装置ＳＣ、露光されたレジストを現像する現像装置ＤＥ、冷却プレートＣＨ、およびベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラまたはロボットＲＯは、基板を入力／出力ポートＩ／Ｏ１，Ｉ／Ｏ２から取り出し、異なるプロセス装置間で基板を移動させ、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢに基板を運ぶ。これらの装置（しばしば集合的にトラックと称される）は、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、ＴＣＵ自体は監視制御システムＳＣＳにより制御され、ＳＣＳはリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御する。したがって、異なる装置がスループットおよびプロセス効率を最大化させるように動作しうる。

（実施形態に係るメトロロジシステム）
図４は、実施形態に係る、リソグラフィ装置１００または１００’の一部として実装可能なメトロロジシステム４００の断面図を模式的に示す。この実施形態の例では、メトロロジシステム４００は、パターニングデバイス（例えばパターニングデバイスＭＡ）に対して基板（例えば基板Ｗ）を整列させるよう構成される。メトロロジシステム４００はさらに、基板上のアライメントマークの位置を検出し、アライメントマークの検出位置を用いてリソグラフィ装置１００または１００’のパターニングデバイスまたは他の構成要素に対して基板を整列させるよう構成される。そのような基板のアライメントにより、確実に基板上に１つ以上のパターンの露光を正確に行うことができる。

実施形態によれば、この実施形態の実施例に係るメトロロジシステム４００は、照明システム４１２、リフレクタ４１４、干渉計４２６、検出器４２８、および解析器４３０を含む。照明システム４１２は、１つ以上の通過帯域を有する電磁狭帯域放射ビーム４１３を提供するよう構成される。実施例では、１つ以上の通過帯域は、約５００ｎｍから約９００ｎｍの間の波長のスペクトルの範囲内であってよい。別の実施例では、１つ以上の通過帯域は、約５００ｎｍから約９００ｎｍの間の波長のスペクトルの範囲内の離散的な狭通過帯域であってよい。照明システム４１２は、さらに、長期間にわたって（例えば照明システム４１２の寿命にわたって）実質的に一定の中心波長（ＣＷＬ）値を有する１つ以上の通過帯域を提供するよう構成されてもよい。このような構成の照明システム４１２は、上述した現行のメトロロジシステムにおける所望のＣＷＬ値からの実際のＣＷＬ値のシフトを防ぐのに役立つ。そして、結果として、一定のＣＷＬ値の使用は、現行のメトロロジシステムと比較して、メトロロジシステム（例えばメトロロジシステム４００）の長期間の安定性および精度を向上する。

実施形態によれば、リフレクタ４１４は、放射ビーム４１３を受け取り、放射ビーム４１３をビーム４１５として基板４２０に向かって方向づけるよう構成される。リフレクタ４１４は、ミラーまたはダイクロマティックミラーであってよい。一実施例では、ステージ４２２は、方向４２４に沿って移動可能である。放射ビーム４１５は、基板４２０上に位置するアライメントマークまたはターゲット４１８を照明するよう構成される。別の実施例では、放射ビーム４１５は、基板４２０の表面から反射するよう構成される。アライメントマークまたはターゲット４１８は、この実施形態の例では、放射感受性フィルムでコーティングされる。別の例では、アライメントマークまたはターゲット４１８は、１８０度の対称性を有してよい。すなわち、アライメントマークまたはターゲット４１８をアライメントマークまたはターゲット４１８の面と垂直な対称軸まわりに１８０度回転したときに、回転されたアライメントマークまたはターゲット４１８は、回転されていないアライメントマークまたはターゲット４１８と実質的に全く一致する。

図４に示すように、干渉計４２６は、放射ビーム４１７を受け取るよう構成される。放射ビーム４１９は、アライメントマークまたはターゲット４１８から反射、または基板４２０の表面から反射し、放射ビーム４１７として干渉計４２６で受け取られる。干渉計４２６は、任意の適切な一連の光学素子、例えば、受光した放射ビーム４１７に基づいて２つのアライメントマークまたはターゲット４１８の像を形成するよう構成されるプリズムの組み合わせを備えてよい。良質の像が形成される必要はないが、アライメントマーク４１８の特徴は解像されなければならないことを理解すべきである。干渉計４２６はさらに、２つの像の一方を２つの像の他方に対して１８０度回転させ、２つの像を干渉法によって再結合するよう構成されてよい。

実施形態では、検出器４２８は、メトロロジシステム４００のアライメント軸４２１がアライメントマークまたはターゲット４１８の対称中心（図示せず）を通過するときに、再結合された像を受け取り、再結合された像の結果として干渉を検出するよう構成される。例示的な実施形態によれば、このような干渉は、１８０度の対称性を有するアライメントマークまたはターゲット４１８と、建設的または破壊的に干渉する再結合された像に起因するものである。検出された干渉に基づいて、検出器４２８はさらに、アライメントマークまたはターゲット４１８の対称中心の位置を決定して、その結果として基板４２０の位置を検出するよう構成されてよい。一例によれば、アライメント軸４２１は、基板４２０と垂直で且つ像回転干渉計４２６の中心を通る光ビームと一直線になってよい。別の実施例では、検出器４２８は、再結合された像を受け取り、基板４２０の表面で反射した光の干渉を検出するよう構成される。

さらなる実施形態では、解析器４３０は、決定された対称中心の情報を含む信号４２９を受信するよう構成される。解析器４３０はさらに、ステージ４２２の位置を決定し、ステージ４２２の位置をアライメントマークまたはターゲット４１８の対称中心の位置と関連づけるよう構成される。したがって、アライメントマークまたはターゲット４１８の位置およびその結果として基板４２０の位置は、ステージ４２２を参照して正確に知ることができる。あるいは、解析器４３０は、アライメントマークまたはターゲット４１８の対称中心をメトロロジシステム４００または任意の他の基準要素を参照してしることができるように、メトロロジシステム４００または任意の他の基準要素の位置を決定するよう構成されてもよい。

リフレクタ４１４は、放射ビーム４１３を放射ビーム４１５としてアライメントマークまたはターゲット４１８に向けて方向づけるよう示されているが、本開示はそれに限定されるものではないことを留意すべきである。当業者にとって明らかなように、他の光学配置を用いて、基板４２０上のアライメントマークまたはターゲット４１８を照明して、アライメントマークまたはターゲット４１８の像を検出するのと同様の結果を得ることができる。リフレクタ４１４は、基板４２０の表面に垂直な方向または斜めに照明を向けてよい。

（時間多重メトロロジシステム）
図５〜図８は、種々の実施形態に係る、光の異なる偏光状態を時間領域で分離する光学メトロロジシステムを示す。メトロロジシステムは、（例えば、基板上のフィーチャのｘ−ｙ位置を測定する）アライメントシステムであってよい。このシステムでは、基板の表面に実質的に垂直な方向に光が基板に向かって方向づけられ、回折光が集められる。別の実施例では、光が基板表面上に斜めに方向づけられ、回折光が集められる。また、メトロロジシステムは、（例えば、基板上のフィーチャまたは基板表面のｚ位置を測定する）高さセンサであってもよい。高さセンサとして用いられるとき、メトロロジシステムは、基板の表面上に斜めに入射する光を使用し、回折光ではなく、反射光を集める。

図５〜図８に示す構成要素の一部は、図４で既に説明したものと同様であり、同じ符号を含む。したがって、これらの実施形態の説明の大半は、追加の構成要素および各実施形態で提供される信号に焦点を合わせる。ここでは一例としてｓ偏光状態およびｐ偏光状態が用いられているが、他の偏光状態が用いられてもよく、そしてｓ偏光状態とｐ偏光状態が交換されてもよいことを理解すべきである。他の偏光状態は、Ｘ直線偏光およびＹ直線偏光、または右周り円偏光および左回り円偏光を含む。実施形態によれば、異なる偏光モードの光は、互いに直交している。

図５は、実施形態に係る、リソグラフィ装置１００または１００’の一部として実装可能なメトロロジシステム５００を模式的に示す。メトロロジシステム５００は、照明システム５０２、光変調システム５０４、ビームスプリッタ４１４、干渉計４２６、デマルチプレクサ５１２および検出器４２８を含む。メトロロジシステム５００の各種構成要素間の破線の光路は、光を案内するのを助けるレンズやミラーなどの自由空間光学部品（free space optical components）を含んでよい。また、光は、１つ以上の光ファイバを用いて光路に沿って導かれてもよい。

照明システム５０２は、レーザ光源または明るいＬＥＤ光源を備えてよい。レーザ光源は、可視スペクトルに波長範囲を備える白色レーザ光源であってよい。中間赤外領域に近い波長を提供する他のレーザ光源が用いられてもよい。実施形態によれば、照明システム５０２は、様々なパルスが時間領域で分離されるよう、パルス状の照明を提供する。

実施形態によれば、照明システム５０２により生成された光は、光変調システム５０４により受光される。受光された光は、非偏光である（例えばｓ偏光状態およびｐ偏光状態を含む）。黒矢印は、一方の偏光状態を表し、白矢印は他方の偏光状態を表す。光が光変調システム５０４に到達する前に、光の各パルスは、重ねられた矢印により示されるように、両方の偏光状態を含む。

実施形態によれば、光変調システム５０４は、偏光ビームスプリッタ５０６、遅延素子５０８、および結合器５１０を含む。図５において白と黒の矢印で示されるように、偏光ビームスプリッタ５０６は、第１偏光（例えばｐ偏光）を有する光を結合器５１０に向かう第１経路に方向づけ、第２偏光を有する光（例えばｓ偏光）を遅延素子５０８に向かう第２経路に方向づける。

実施形態によれば、遅延素子５０８は、ｓ偏光を受光し、ｓ偏光に群遅延をもたらすよう設計される。遅延素子５０８は、遅延素子５０８を横断したときにｓ偏光の経路長を変化させるよう配置された例えばファイバ・ループまたはミラー構成などのパッシブ遅延であっってよい。遅延ループの長さは、照明システム５０２からの隣接パルス間の時間の半分だけｓ偏光パルスが遅延されるようになされてよい。別の実施例では、遅延素子５０８は、半導体の電気光学変調器、熱光学変調器、音響光学変調器などのアクティブ素子である。変調を与えることにより、変調器を横断したときにｓ偏光の遅延が変化する。

結合器５１０は、ｐ偏光と遅延したｓ偏光を結合する。再結合の際に、パルスは今、それらの偏光に基づいて時間領域で分離されている。例えば、光が結合器５１０を通過した後に光路に沿って次々に続く白矢印と黒矢印に示されるように、時間領域でｓ偏光パルスがｐ偏光パルスと交互する。結合器５１０は、スポットミラーまたは他の部分反射ミラーを含んでよい。光ファイバを用いるときは、結合器５１０は、エバネセントカプラを含んでよい。

偏光パルスは、リフレクタ４１４で受光される。リフレクタ４１４は、入射光を基板４２０に向かって方向づけるよう設計される。リフレクタ４１４は、部分反射ミラーまたは偏光ビームスプリッタを含んでよい。例えば、基板４２０に向かって方向づけられたｓおよびｐ偏光パルスは、基板ターゲットマークの偏光特性のそれぞれの回折次数を発生させる。偏光パルスは基板４２０から回折され、戻ってリフレクタ４１４を通過し、干渉計４２６に到達する。干渉計４２６は、各ｓおよびｐパルスからの回折次数を干渉させて信号パルスを生成する。リフレクタ４１４は、入射光を基板４２０の表面に対して実質的に垂直に方向づけるように示されているが、他の実施形態では、リフレクタ４１４は、光を基板４２０に向かって斜めに方向づける。

実施形態によれば、干渉計４２６の出力は、デマルチプレクサ５１２によって受信される。デマルチプレクサ５１２は、光出力の様々なスペクトル帯域を分離するように実装され、各スペクトル帯域は異なる検出器に送られる。１つの検出器４２８のみが示されているが、任意の数の検出器が異なるスペクトル帯域に対して使用されてもよい。

偏光が時間領域で分離されているので、出力光の異なる偏光は、検出器４２８で容易に識別することができる。例えば、信号５１４は、ｓ光パルスを表し、信号５１６は、ｐ偏光パルスを表す。添付のグラフに示すように、ｓ偏光パルスはｐ偏光パルスと時間的に交互になる。これらのグラフは単なる例示であることに留意されたい。検出器４２８で偏光状態を時間的に分離することができることにより、メトロロジシステム５００は２つの干渉計（各偏光状態に対して１つ）を必要としない。

図６は、実施形態に係る、リソグラフィ装置１００または１００'の一部として実装可能な別のメトロロジシステム６００の概略図を示す。メトロロジシステム６００は、光が基板４２０の表面から回折または反射された後に偏光分離および遅延が生じることを除いて、メトロロジシステム５００と同様である。図４に示されているのと同様に、光が生成され、基板４２０に向けられる。明確にするために、照明システム４１２およびリフレクタ４１４は、図６には示されていない。メトロロジシステム６００の様々な要素間の破線の光路は、光を案内するのを助けるレンズやミラーなどの自由空間光学部品を含んでよい。光はまた、１つ以上の光ファイバを使用して光路に沿って導かれてもよい。

実施形態によれば、パルス光は、基板４２０の表面上のターゲットから回折または反射され、偏光ビームスプリッタ６０２によって受光される。偏光ビームスプリッタ６０２は、図１の偏光ビームスプリッタ５０６と実質的に同じ方法で動作することができる。図６において白と黒の矢印により示されるように、偏光ビームスプリッタ６０２は、第１偏光（例えば、ｐ偏光）を有する光を結合器６０６に向かう第１経路に方向づけ、第２偏光（例えば、ｓ偏光）を有する光を遅延素子６０４に向かう第２経路に方向づける。

実施形態によれば、遅延素子６０４は、ｓ偏光を受光し、ｓ偏光に群遅延を生じさせるように設計されている。遅延素子６０４は、遅延素子６０４を横断したときにｓ偏光の経路長を変化させるよう配置された例えばファイバ・ループまたはミラー構成などのパッシブ遅延であっってよい。遅延ループの長さは、照明システム６０４からの隣接パルス間の時間の半分だけｓ偏光パルスが遅延されるようになされてよい。別の実施例では、遅延素子６０４は、半導体の電気光学変調器、熱光学変調器、音響光学変調器などのアクティブ素子である。変調を与えることにより、変調器を横断したときにｓ偏光の遅延が変化する。

結合器６０６は、ｐ偏光と遅延されたｓ偏光とを結合する。再結合の際に、パルスは今、それらの偏光に基づいて時間領域において分離されている。例えば、光が結合器６０６を通過した後に光路に沿って次々に続く白矢印と黒矢印に示されるように、時間領域でｓ偏光パルスがｐ偏光パルスと交互する。結合器６０６は、スポットミラーまたは他の部分反射ミラーを含んでよい。光ファイバを用いるときは、結合器６０６は、エバネセントカプラを含んでよい。

干渉計４２６は、結合器６０６から受光した光の各sおよびｐパルスからの回折次数を干渉して、デマルチプレクサ５１２によって受光される出力ビームを生成する。デマルチプレクサ５１２および検出器４２８は、図５で上述したのと同様に機能する。

偏光が時間領域で分離されているので、出力光の異なる偏光は検出器４２８で容易に識別することができる。例えば、信号５１４はｓ偏光パルスを表し、信号５１６はｐ偏光パルスを表す。添付のグラフに示すように、ｓ偏光パルスはｐ偏光パルスと時間的に交互になる。これらのグラフは単なる例示であることに留意されたい。検出器４２８で偏光状態を時間的に分離することができることにより、メトロロジシステム６００は２つの干渉計（各偏光状態に対して1つ）を必要としない。

図７は、実施形態に係る、リソグラフィ装置１００または１００ 'の一部として実装可能な別のメトロロジシステム７００の概略図を示す。メトロロジシステム７００は、光変調システム５０４が変調器７０２で置き換えられている点を除いて、メトロロジシステム５００に類似している。メトロロジシステム７００の様々な要素間の破線の光学経路は、光を案内するのを助けるレンズやミラーなどの自由空間光学部品を含んでよい。光はまた、１つ以上の光ファイバを使用して光学経路に沿って導かれてもよい。

照明システム７０１は、レーザ光源または明るいＬＥＤ光源を備えることができる。レーザ光源は、可視スペクトル内の波長の範囲を含む白色レーザ光源であってよい。中間赤外領域に近い波長を提供する他のレーザ光源が用いられてもよい。実施形態によれば、照明システム７０１は、連続照明を提供する。

照明システムからの光は、変調器７０２によって受光される。実施形態によれば、変調器７０２は、入射光を変調して異なる偏光モードを時間領域で分離するように設計された１つ以上の電気光学変調器、熱光学変調器、または音響光学変調器を含む動的変調器である。例えば、ｓ偏光およびｐ偏光が時間的に分離される。変調された光は、光が変調器７０２を通過した後に光路に沿って次々と黒および白の矢印によって表される。変調器７０２で生じる動的変調は、ユーザによって制御されてよく、処理装置（図示せず）によって実行されるプログラムによって提供されてもよい。したがって、実施形態によれば、変調基準信号７０４は、変調器７０２（または、変調器７０２を制御する処理装置）によって生成される。この変調基準信号７０４は、検出器４２８での交互の偏光モードを区別するために使用される。変調基準信号７０４は、図示のように検出器４２８によって直接的に受信されてよく、または検出器４２８を制御する任意の処理装置によって受信されてよい。

メトロロジシステム７００は、実施形態によれば、ビームリフレクタ４１４の周りの光の経路に１つ以上の波長板７０５を含むことができる。波長板７０５を使用して、入射光の偏光モードをさらに回転または変更することができる。例えば、波長板７０５は、線形、円形、または楕円形の照明を基板４２０上または干渉計４２６に提供する。任意の数の波長板７０５を使用することができる。波長板７０５は、ビームスプリッタ４１４と基板４２０との間、および/またはビームスプリッタ４１４と干渉計４２６との間に配置することもできる。

干渉計４２６は、基板４２０からの回折光を干渉させて、デマルチプレクサ５１２によって受光される出力ビームを生成する。デマルチプレクサ５１２および検出器４２８は、図５において上述したのと同様に機能する。

変調基準信号７０４を使用することにより、検出器４２８で受光された光は、時間領域において異なる偏光状態に分離することができる。例えば、信号７０６はｓ偏光を表し、信号７０８はｐ偏光を表す。両方の偏光に適用される方形波変調を示す添付のグラフに示されるように、ｓ偏光はｐ偏光と時間的に交互になる。これらのグラフは単なる例示であることに留意されたい。検出器４２８で偏光状態を時間的に分離することができることにより、メトロロジシステム７００は２つの干渉計（各偏光状態に対して1つ）を必要としない。

メトロロジシステム７００では、光が連続的であることを必要としない。別の実施例では、照明システム７０１は、その偏光に基づいて時間領域でパルスを分離するために、変調器７０２で変調されるパルス光を生成する。

図８は、実施形態に係る、リソグラフィ装置１００または１００'の一部として実装可能な別のメトロロジシステム８００の概略図を示す。メトロロジシステム８００は、変調器７０２が、光の各偏光状態を別々に変調するように設計されたビーム分割変調器８０２で置き換えられている点を除いて、メトロロジシステム７００と同様である。メトロロジシステム８００の様々な要素間の破線の光学経路は、光を案内するのを助けるレンズやミラーなどの自由空間光学部品を含むことができる。光はまた、１つ以上の光ファイバを使用して光学経路に沿って導かれてもよい。

照明システム８０１は、レーザ光源または明るいＬＥＤ光源を備えることができる。レーザ光源は、可視スペクトル内の波長の範囲を含む白色レーザ光源であってもよい。中間赤外領域に近い波長を提供する他のレーザ光源が使用されてもよい。実施形態によれば、照明システム８０１は連続照明を提供する。

実施形態によれば、照明システム８０１から生成された光は、ビーム分割変調器８０２によって受光される。ビーム分割変調器８０２は、偏光ビームスプリッタ８０４と、第１変調器８０６と、第２変調器８０８と、結合器８１０とを含む。図８で白および黒の矢印で示されるように、偏光ビームスプリッタ８０４は、第１偏光（例えば、ｐ偏光）を有する光を第１変調器８０６に向かう第１経路に方向づけ、第２偏光（例えば、ｓ偏光）を有する光を第２変調器８０８に向かう第２経路に方向づける。

実施形態によれば、第１変調器８０６および第２変調器８０８のそれぞれは、入射偏光を変調するように設計された１つまたは複数の電気光学変調器、熱光学変調器または音響光学変調器を含む動的変調器である。例えば、ｓ偏光は第２変調器８０８によって変調され、ｐ偏光は第１変調器８０６によって変調される。次に、各偏光変調ビームは結合器８１０で再結合される。各偏光状態の変調は、結合器８１０で光が再結合されると光の偏光状態が時間領域において分離されるように、設計される。結合器８１０は、スポットミラーまたは他の部分反射ミラーを含むことができる。光ファイバを使用する場合、結合器８１０は、エバネセントカプラを含むことができる。

第１変調器８０６および第２変調器８０８で発生する動的変調は、ユーザによって制御されてもよいし、処理装置（図示せず）によって実行されるプログラムによって提供されてもよい。したがって、実施形態によれば、変調基準信号８１２は、ビーム分割変調器８０２（またはビーム分割変調器８０２を制御する処理装置）によって生成される。この変調基準信号８１２は、検出器４２８で交互の偏光モードを区別するために使用される。変調基準信号８１２は、図示のように検出器４２８によって直接的に、または検出器４２８を制御する任意の処理装置によって受信されてよい。

図７を参照して既に上述したように、光はビーム分割変調器８０２から出射して、メトロロジシステム８００を一周して検出器４２８まで進み続ける。

変調基準信号８１２を使用することにより、検出器４２８で受光された光は、時間領域において異なる偏光状態に分離することができる。例えば、信号８１４はｓ偏光を表し、信号８１６はｐ偏光を表す。両方の偏光に適用される方形波変調を示す添付のグラフに示されるように、ｓ偏光はｐ偏光と時間的に交互になる。これらのグラフは単なる例示であることに留意されたい。検出器４２８で偏光状態を時間的に分離することができることにより、メトロロジシステム８００は、２つの干渉計（各偏光状態に対して１つ）を必要としない。

メトロロジシステム８００では、光が連続的であることを必要としない。別の実施例では、照明システム８０１は、その偏光に基づいて時間領域でパルスを分離するために、ビーム分割変調器８０２で変調されるパルス光を生成する。

（空間偏光分離メトロロジシステム）
図９は、実施形態に係る、リソグラフィ装置１００または１００'の一部として実装可能な別のメトロロジシステム９００の概略図を示す。メトロロジシステム９００は、時間領域ではなく、瞳面内で空間的に異なる偏光モードを分離するという点で、図５〜図８に示されている実施形態と異なる。図４に示されるのと同様に、基板４２０の表面からの屈折光が生成され、基板４２０に向けられる。明確にするために、照明システム４１２およびリフレクタ４１４は、図６には示されていない。メトロロジシステム９００の様々な要素間の破線の光学経路は、光を案内するのを助けるレンズやミラーなどの自由空間光学部品を含むことができる。光はまた、１つ以上の光ファイバを使用して光学経路に沿って導かれてもよい。

メトロロジシステム９００は、光が基板の表面に対して実質的に垂直な方向に基板に向けられ、回折光が集められるアライメントシステム（例えば、基板上のフィーチャのｘ−ｙ位置を測定する）であってよい。メトロロジシステム９００はまた、高さセンサであってもよい（例えば、基板上または基板の表面上のフィーチャのｚ位置を測定する）。高さセンサとして使用される場合、メトロロジシステム９００は、基板の表面上に斜めに入射する光を使用し、回折光ではなく、反射光を集める。

パルス光または連続光のいずれかが、基板４２０の表面上のターゲットから回折または反射され、偏光ビームスプリッタ９０２によって受光される。偏光ビームスプリッタ９０２は、図５の偏光ビームスプリッタ５０６と実質的に同じように動作する。図９において白と黒の矢印で示されるように、偏光ビームスプリッタ９０２は、第１偏光（例えば、ｐ偏光）を有する光を、結合器９０６に向かう第１経路に方向づけ、第２偏光（例えば、ｓ偏光）を有する光を、旋光子（optical rotator）９０４に向かう第２経路に方向づける。

旋光子９０４は、受信された像を瞳面内で所与の量だけ回転させるように設計された光学部品を含む。例えば、旋光子９０４は、光の偏光モードを保存する位相補償コーティングを有するプリズムを含む。実施形態によれば、プリズムは、瞳面内の光の像を９０°回転させる。所望の回転は、多数の異なるミラーまたはプリズム形状によって提供されてもよい。例えば、２つの９０°の折り曲げ部間に挟まれた４５°のダブプリズムを使用することができる。別の例では、旋光子９０４は、１８０°の非回転折り曲げ部と、ｓ偏光の光路またはｐ偏光の光路のいずれかに配置されたダブプリズムとを含む。

結合器９０６は、ｐ偏光と回転したｓ偏光とを結合する。再結合の際に、異なる偏光は、瞳面において空間的に分離される（例えば、ｓ偏光がｐ偏光に対して回転される）。結合器９０６は、スポットミラーまたは他の部分反射ミラーを含むことができる。光ファイバを使用する場合、結合器９０６は、エバネセントカプラを含むことができる。

瞳面の平面図９０８は、実施形態に係る、結合器９０６で偏光が再結合された後の瞳面内のｐ偏光およびｓ偏光を示す。ｐ偏光は、網掛け円（垂直方向に並んだ円）で表されており、一方、ｓ偏光は、非網掛け円（水平方向に並んだ円）で表されている。この例では、ｓ偏光が瞳面の平面図９０８においてｐ偏光に対して９０°回転されている。別の例では、基板４２０上の回折格子が４５度回転され、回折次数もまた４５度回転される。

干渉計４２６は、結合器９０６から受け取った空間的に分離された光を干渉させ、１つ以上の瞳分割器９１２によって受け取られる出力ビームを生成する。実施形態によれば、瞳分割器９１２は、ｓ偏光をｐ偏光から分離する複数の反射および非反射面を含む。分離された偏光は、その後、異なる検出器に方向づけられる。例えば、２つの瞳分割器は、それぞれ２つの検出器（合計４つの検出器）に供給するよう実施することができる。図示の実施形態では、単一の瞳分割器９１２が、第１検出器９１４および第２検出器９１６に供給するために使用される。第１検出器９１４は、ｓ偏光を受光するように設計されてよく、第２検出器９１６は、ｐ偏光を受光するように設計されてよい。偏光状態を空間的に分離し、異なる検出器でそれぞれ空間的に分離された偏光状態を検出することができることにより、メトロロジシステム９００は、２つの干渉計（各偏光状態に対して１つ）を必要としない。

図５−図９に記載されたいずれのメトロロジシステムも、偏光分離に加えて、またはその代わりに、波長多重/分離を行うために使用されてよい。所与のメトロロジシステムにおける光源は、異なる波長を有するパルスを出力するように設計されてもよい。１つの波長（または１組の波長）を別の波長から区別するために、各波長に適用される変調は異なってもよい。このようにして、パルスは、異なる波長に提供される変調に基づいて、検出器において互いに区別することができる。

（メトロロジシステムを用いたウェハ検査方法の例）
図１０は、実施形態に係る、メトロロジシステムを用いて基板上のターゲットの位置、または基板表面の高さを計測するためのフローチャート１０００を示す。単に説明のために、図１０に示すステップは、図４−図８に示す動作環境を参照して説明されている。しかしながら、フローチャート１０００は、これらの実施形態に限定されない。ステップは異なる順序で行うことが可能であり、特定のアプリケーションによって行われるものではないことを理解されたい。

ステップ１００２において、照明システムから光が発生される。発生した光は、パルス状または連続的であってよく、複数の偏光モードを含んでもよい。光の異なる波長間隔は、時間的に直交する振幅で変調されてもよい。その後、光は検出器で復調される。

実施形態によれば、ステップ１００４において、光の異なる偏光モードが時間的に（例えば、時間領域において）分離される。別の実施形態では、光の異なる波長は、偏光モードではなく（または偏光モードと共に）時間的に分離されてもよい。別の例では、光の偏光モードは、時間的に分離されるのではなく、直交変調される。

偏光モードは、様々な技術を使用して時間的に分離されてもよい。例えば、偏光モードは、偏光スプリッタを使用して分割することができる。そして、一方の偏光モードは、偏光が結合される前に、他方の偏光モードに対して遅延される。別の例では、光は、偏光モードを時間的に分離するように変調される。さらに別の例では、偏光モードは、偏光スプリッタを用いて分割される。そして、各偏光モードは、偏光が結合される前に、別々に変調される。

ステップ１００６において、時間的に分離された偏光モードを有する光は、基板に向けられる。一例では、光は基板上のターゲットに向けられ、ターゲットから回折する。別の例では、光は、基板表面の高さ（Ｚ方向）を測定するために基板の表面から反射される。

ステップ１００８において、基板から受光した光が干渉される。一例では、基板上のターゲットから回折された各偏光モードの回折次数が干渉される。例えば、ｓ偏光の回折次数が干渉され、ｐ偏光の回折次数が干渉される。干渉は、干渉計４２６などの自己参照干渉計（ＳＲＩ）によって実行されてもよい。別の例では、基板表面からの反射光が干渉される。

ステップ１０１０において、干渉計からの出力光が検出される。実施形態によれば、検出された光の異なる偏光モードは、時間的に分離され、したがって、検出器において時間領域で互いに区別することができる。別の実施形態では、光の異なる波長は、検出器において時間領域で互いに区別することができる。

図１１は、実施形態に係る、メトロロジシステムを用いて基板上のターゲットの位置、または基板表面の高さを計測するためのフローチャート１１００を示す。単に説明のために、図１１に示すステップは、図９に示す動作環境の例を参照して説明する。しかしながら、フローチャート１１００はこれらの実施形態に限定されない。ステップは異なる順序で行うことが可能であり、特定のアプリケーションによって行われるものではないことを理解されたい。

ステップ１１０２において、光が基板から受光される。光は、基板表面上のターゲットによって回折されていてもよい。別の例では、光は基板表面から反射されている。光は、例えば図４に示されるように、照明システムおよびリフレクタを使用して発生され、基板表面に向けられてもよい。受光された光は、パルス状または連続的であってもよく、複数の偏光モードを含むべきである。

ステップ１１０４において、受光された光は、第１偏光と第２偏光に分割される。例えば、光はｐ偏光とｓ偏光に分割されてもよい。光は、例えば偏光スプリッタ９０２などの偏光スプリッタを用いて分割されてよい。

実施形態によれば、ステップ１１０６において、第１偏光は瞳面内で回転される。回転は、瞳面内で光の像を回転させるプリズムを使用して実行されてもよい。一例では、第１偏光は９０°回転されてもよい。

ステップ１１０８において、回転された第１偏光と第２偏光が結合される。再結合の際に、異なる偏光が瞳面内で空間的に分離される（例えば、ｓ偏光がｐ偏光に対して回転される）。

ステップ１１１０において、結合光の回折次数が干渉される。干渉は、干渉計４２６などの自己参照干渉計（ＳＲＩ）によって実行されてもよい。別の例では、結合光は、基板表面からの反射に由来し、この結合光の分離された偏光モードが干渉される。

ステップ１１１２において、干渉計からの出力光が検出される。検出された光の異なる偏光モードは、瞳面において空間的に分離され、したがって、１つ以上の瞳分割器を用いて互いに区別され、異なる光偏光を検出するために１つ以上の検出器に向けられる。

（結語）
本明細書ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、リソグラフィ装置は他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。他の用途としては、集積光学システム、磁区メモリ用案内パターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどがある。当業者であればこれらの他の適用に際して、本明細書における「ウェーハ」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。基板は露光前または露光後においてトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、及び／またはインスペクションツールにより処理されてもよい。適用可能であれば、本明細書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本明細書における基板という用語は既に処理されている多数の処理層を含む基板をも意味する。

以上では光学リソグラフィとの関連で本発明の実施形態の使用に特に言及しているが、本発明は、インプリントリソグラフィなどの他の用途においても使用可能であり、状況が許せば、光学リソグラフィに限定されないことが理解される。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィによって、基板上に生成されるパターンが画定される。パターニングデバイスのトポグラフィを基板に供給されたレジストの層に押しつけ、その後に電磁放射、熱、圧力またはその組合せにより、レジストを硬化する。パターニングデバイスをレジストから離し、レジストを硬化した後にパターンを残す。

本明細書の表現または専門用語は、説明を目的としており限定のためではなく、本明細書の専門用語または表現は、本明細書の教示を考慮して当業者によって解釈されるべきものであることを理解されたい。

本明細書に記載の実施例において、「レンズ」「レンズ素子」なる用語は文脈が許す限り、屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁的光学素子、および静電的光学素子を含むさまざまな種類の光学素子のいずれかまたは任意の組み合わせを示してもよい。

さらに、本明細書における「放射」、「ビーム」および「光」なる用語は、（例えば３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長λを有する）紫外（ＵＶ）放射、（例えば５乃至２０ｎｍの範囲に含まれる波長（例えば１３．５ｎｍ）を有するか、５ｎｍ未満で作動する硬Ｘ線）極紫外（ＥＵＶまたは軟Ｘ線）放射を含むあらゆる電磁放射、及びイオンビームまたは電子ビーム等の粒子ビームを含む。一般に、約４００乃至約７００ｎｍの間の波長を有する放射は可視放射と見なされ、約７８０乃至３０００ｎｍ（またはそれ以上）の間の波長を有する放射は赤外放射とみなされる。ＵＶとはおよそ１００乃至４００ｎｍの波長を有する放射をいう。リソグラフィにおいては「ＵＶ」なる用語も水銀放電ランプにより生成される波長に用いられる。４３６ｎｍのＧ線、４０５ｎｍのＨ線、３６５ｎｍのＩ線である。真空ＵＶ（ＶＵＶ、つまり気体に吸収されるＵＶ）とはおよそ１００乃至２００ｎｍの波長を有する放射をいう。深紫外（ＤＵＶ）とは一般に１２６ｎｍから４２８ｎｍの波長を有する放射をいう。一実施形態においては、エキシマレーザが、リソグラフィ装置で使用されるＤＵＶ放射を生成可能である。なお、例えば５乃至２０ｎｍの波長を有する放射とは、５乃至２０ｎｍの範囲の少なくとも一部のある波長域を有する放射を言うものと理解されたい。

本明細書で用いられる「基板」という用語は一般に、次の材料層が上に追加される材料を言い表す。実施形態では、基板自体がパターニングされてもよく、その上に追加される材料もパターニングされてもよく、又はパターニングされずに保たれてもよい。

本発明の特定の実施形態について上述したが、本発明は説明したもの以外の態様で実施されてもよいことを理解されたい。上記説明は本発明を限定することを意図していない。

発明の概要および要約の部分ではなく、詳細な説明の部分が特許請求の範囲を解釈するために用いられることを意図されていることを理解すべきである。発明の概要および要約の部分は、発明者によって考案された本発明の実施形態のうち一つまたは複数について述べているが、全ての例示的な実施形態について述べている訳ではない。したがって、本発明および添付の特許請求の範囲をいかなる方法によっても限定する意図はない。

特定の機能および関係の実現を例証する機能的な構成要素の助けを用いて本発明を上記で説明してきた。これらの機能的な構成要素の境界は、説明の便宜上、適宜定義されている。それらの特別な機能および関係が適切に実行される限り、別の境界も定義することができる。

特定の実施形態についての上記説明は本発明の一般的性質を完全に公開しており、したがって、当分野の能力に含まれる知識を適用することによって、過度の実験をすることなく、および本発明の一般概念から逸脱することなく、種々の応用に対してそのような特定の実施形態を直ちに修正しおよび／または適応させることができる。したがって、そのような適応および修正は、本書に提示された教示および助言に基づき、開示された実施形態の意義および等価物の範囲内であると意図されている。

本発明の広さおよび範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物にしたがってのみ規定されるべきである。

Claims (16)

1. 光を発生させるように構成された放射源と、
   前記光の第１偏光モードを前記光の第２偏光モードから時間的に分離するように構成された光変調器と、
   前記光を基板に向けて方向づけるように構成されたリフレクタと、
   前記基板上のパターンから回折された又は前記基板から反射された光を受け取り、回折又は反射光間の干渉から出力光を生成するように構成された干渉計と、
   前記干渉計からの前記出力光を受光するように構成された検出器と、
   を備え、前記出力光の前記第１偏光モードおよび前記第２偏光モードが、前記検出器において時間的に分離され、
   前記光変調器は、
   前記光を前記第１偏光モードを有する第１偏光と前記第２偏光モードを有する第２偏光とに分割するように構成された偏光スプリッタと、
   前記第１偏光の群遅延を変化させるように構成された光遅延素子と、
   前記第１偏光モードと前記第２偏光モードとが結合光において時間的に分離されるように、遅延した前記第１偏光と前記第２偏光とを結合するように構成された光カプラと、
   を備える、メトロロジシステム。
2. 前記光遅延素子は、前記第１偏光の光路長を増加させるように構成された光ファイバを備える、請求項１に記載のメトロロジシステム。
3. 前記光遅延素子は、前記第１偏光の光路長を増加させるように構成された複数のミラーを備える、請求項１に記載のメトロロジシステム。
4. 前記光変調器は、前記基板上の前記パターンから回折または反射された前記光を受け取り、前記結合光を前記干渉計に送信するように構成されている、請求項１に記載のメトロロジシステム。
5. 前記放射源がパルスレーザ光源を備え、前記パルスレーザ光源が、異なる波長を有するパルスを出力するように構成され、前記光変調器が、それらの波長に基づいて前記パルスに異なる変調を適用するように構成されている、請求項１に記載のメトロロジシステム。
6. 光を発生させるように構成された放射源と、
   前記光の第１偏光モードを前記光の第２偏光モードから時間的に分離するように構成された光変調器と、
   前記光を基板に向けて方向づけるように構成されたリフレクタと、
   前記基板上のパターンから回折された又は前記基板から反射された光を受け取り、回折又は反射光間の干渉から出力光を生成するように構成された干渉計と、
   前記干渉計からの前記出力光を受光するように構成された検出器と、
   を備え、前記出力光の前記第１偏光モードおよび前記第２偏光モードが、前記検出器において時間的に分離され、
   前記放射源が連続レーザ光源を備える、メトロロジシステム。
7. 前記光変調器は、前記連続レーザ光源から連続光を受け取り、前記連続レーザ光源から受け取った前記連続光の前記第１偏光モードを前記連続光の前記第２偏光モードから時間的に分離するように構成される、請求項６に記載のメトロロジシステム。
8. 前記光変調器は、信号を前記検出器に送信するようにさらに構成され、前記信号は、前記連続光の前記第１偏光モードと前記第２偏光モードとの間の時間的分離に関連している、請求項７に記載のメトロロジシステム。
9. 前記光変調器は、
   前記連続レーザ光源からの連続光を、前記第１偏光モードを有する前記第１偏光と前記第２偏光モードを有する前記第２偏光とに分割するように構成された偏光スプリッタと、
   前記第１偏光に変調を加えるように構成された第１光変調器と、
   前記第２偏光に変調を加えるように構成された第２光変調器と、を備え、
   前記第１偏光および前記第２偏光が再結合されたときに前記第１偏光モードと前記第２偏光モードとが時間的に分離されるように、第１の変調と第２の変調が加えられる、請求項６に記載のメトロロジシステム。
10. 光を発生させるように構成された放射源と、
    前記光を基板に向けて方向付けるように構成されたリフレクタと、
    光変調器であって、
    前記基板上のパターンから回折された、または前記基板から反射された光を、第１偏光モードを有する第１偏光および第２偏光モードを有する第２偏光に分割するように構成された偏光スプリッタと、
    前記第１偏光を受光して前記第１偏光の偏光を回転させる旋光子と、
    前記第１偏光モードと前記第２偏光モードとが瞳面内で空間的に分離されるように、回転された前記第１偏光と前記第２偏光とを結合して結合光を形成するように構成された光カプラと、を備える光変調器と、
    前記結合光を受光し、前記結合光の干渉から出力光を生成するように構成された干渉計と、
    前記干渉計からの前記出力光を受光するように構成された１つ以上の検出器と、
    を備え、前記出力光の前記第１偏光モードおよび前記第２偏光モードは、前記１つ以上の検出器で空間的に分離される、メトロロジシステム。
11. 前記出力光を受け取り、前記１つ以上の検出器に光を送信するように構成された１つ以上の瞳分割器をさらに備える、請求項１０に記載のメトロロジシステム。
12. パターニングデバイスのパターンを照明するように構成された照明システムと、
    基板のターゲット部分に前記パターンの像を投影するように構成された投影システムと、
    メトロロジシステムであって、
    光を発生させるように構成された放射源と、
    前記光の第１偏光モードを前記光の第２偏光モードから時間的に分離するように構成された光変調器と、
    前記光を前記基板に向けて方向づけるように構成されたリフレクタと、
    前記基板上のパターンから回折された又は前記基板から反射された光を受け取り、回折又は反射光間の干渉から出力光を生成するように構成された干渉計と、
    前記干渉計からの前記出力光を受光するように構成された検出器と、を備え、前記出力光の前記第１偏光モードおよび前記第２偏光モードが、前記検出器において時間的に分離され、
    前記光変調器は、
    前記光を前記第１偏光モードを有する第１偏光と前記第２偏光モードを有する第２偏光とに分割するよう構成された偏光スプリッタと、
    前記第１偏光の群遅延を変化させるよう構成された光遅延素子と、
    前記第１偏光モードと前記第２偏光モードとが結合光において時間的に分離されるように、遅延された前記第１偏光と前記第２偏光とを結合するように構成された光カプラと、
    を備える、メトロロジシステムと、
    を備える、リソグラフィ装置。
13. 前記光変調器は、前記基板上の前記パターンから反射された第１の光を受け取り、前記結合光を前記干渉計に送信するように構成される、請求項１２に記載のリソグラフィ装置。
14. パターニングデバイスのパターンを照明するように構成された照明システムと、
    基板のターゲット部分に前記パターンの像を投影するように構成された投影システムと、
    メトロロジシステムであって、
    光を発生させるように構成された放射源と、
    前記光の第１偏光モードを前記光の第２偏光モードから時間的に分離するように構成された光変調器と、
    前記光を前記基板に向けて方向づけるように構成されたリフレクタと、
    前記基板上のパターンから回折された又は前記基板から反射された光を受け取り、回折又は反射光間の干渉から出力光を生成するように構成された干渉計と、
    前記干渉計からの前記出力光を受光するように構成された検出器と、を備え、前記出力光の前記第１偏光モードおよび前記第２偏光モードが、前記検出器において時間的に分離される、メトロロジシステムと、
    を備え、
    前記放射源は、連続レーザ光源を備える、リソグラフィ装置。
15. 前記光変調器は、前記連続レーザ光源から連続光を受け取り、前記連続レーザ光源から受け取った前記連続光の第１偏光モードを前記連続光の第２偏光モードから時間的に分離するように構成される、請求項１４に記載のリソグラフィ装置。
16. 前記光変調器は、
    前記連続レーザ光源からの連続光を、前記第１偏光モードを有する第１偏光と前記第２偏光モードを有する第２の偏光とに分割するように構成された偏光スプリッタと、
    前記第１偏光に変調を加えるように構成された第１光変調器と、
    前記第２偏光に変調を加えるように構成された第２光変調器と、を備え、
    前記第１偏光および前記第２偏光が再結合されたときに前記第１偏光モードと前記第２偏光モードとが時間的に分離されるように、第１の変調と第２の変調が加えられる、請求項１４に記載のリソグラフィ装置。

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