JP6712349B2 - アライメントシステム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本願は、２０１５年６月５日に提出された欧州特許出願第ＥＰ１５１７０８３２．８号の優先権を主張するものであり、同出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

[0002] 本発明はアライメントシステム及び方法に関する。アライメントシステムはリソグラフィ装置の一部を形成し得る。

[0003] リソグラフィ装置は、基板のターゲット部分上に所望のパターンを適用する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。リソグラフィ装置は、例えば、パターニングデバイス（例えばマスク）からのパターンを、基板（例えば、シリコンウェーハ）上に設けられた放射感応材料（レジスト）の層上に投影することができる。パターニングデバイス上のパターンは、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、１つ又は幾つかのダイの一部を含む）に投影されるＩＣの個々の層に対応することができる。一般に、１枚の基板は、連続的に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んでいる。

[0004] リソグラフィ装置によって投影されるパターンは、基板のターゲット部分に既に存在しているパターンと整列される。これを達成するために、リソグラフィ装置にはアライメントシステムが設けられている。アライメントシステムは基板上に設けられたアライメントマークの位置を測定する。こうした測定は、基板上へのパターンの投影にあたり、基板を位置決めするために用いられる。

[0005] 例えば、本明細書において特定されるものであれ他所で特定されるものであれ、従来技術の課題のうち１つ以上を未然に防止し又は軽減するアライメントシステムを提供するのが望ましいであろう。

[0006] 本発明の第１の態様によれば、アライメントマークの位置を決定するアライメントシステムが提供され、このアライメントシステムは、互いに対して約１８０度回転されたアライメントマークの２つの重なり合った画像を産出するように構成された第１のシステムと、これらの２つの重なり合った画像の強度照度の空間分布からアライメントマークの位置を決定するように構成された第２のシステムと、を備えている。

[0007] このアライメントシステムは、特定の設計のアライメントマークとの使用に限定されるのではなく、種々の異なるアライメントマークの位置を決定するために使用され得るので、有利である。

[0008] 第１のシステムは、アライメントマークをアライメント放射ビームで照明するように構成された非コヒーレントなアライメント放射ビーム源を備えていてもよい。これは、アライメントマークの位置を決定するときに、より多様な光源が用いられることを有利に可能にし得る。また、これにより、アライメントシステム内で発生する望ましくない反射によって生じる干渉が有利に回避され得る。

[0009] 第１のシステムは、アライメントマークをアライメント放射ビームで過充填するように構成された光学部品を備えていてもよい。これは、アライメントマークの画像の関心領域が選択されることを有利に可能にし得る。

[0010] 第１のシステムは、アライメントマークの２つの重なり合った画像の強度照度の空間分布を検出するとともにアライメントマークの２つの重なり合った画像の強度照度の空間分布を示す出力信号を提供するように構成された結像ディテクタを備えていてもよい。

[0011] 第２のシステムは、アライメントシステムに対するアライメントマークの複数の異なる位置について２つの重なり合った画像の強度照度の空間分布を分析することによってアライメントマークの位置を決定するように構成されたプロセッサを備えていてもよい。

[0012] プロセッサは、アライメントシステムに対するアライメントマークを備える基板の位置であってアライメントマークの２つの重なり合った画像が最も完全に重なる位置を決定するように構成されていてもよい。

[0013] 第１のシステムは、四極モードとして提供されるアライメント放射ビームでアライメントマークを照明するように構成されていてもよい。四極モードの使用は、ピッチの狭い格子を分解するのに特に良好であるから、有利である。

[0014] 第１のシステムは、アライメントマークを照明しアライメントマークの複数の画像を産出するアライメント放射ビームを提供するように構成された複数のアライメント放射ビーム源を備えていてもよい。複数のアライメント放射ビーム源は、異なる波長のアライメント放射ビームを放出するように構成されていてもよい。これは有利であり得る。なぜなら、入射する放射の異なる波長について結像ディテクタで見られるアライメントマーク画像は、アライメントマークについての情報及びアライメントマークが基板上に堆積した材料の層によってどのように影響されたかについての情報を提供するからである。例えば、異なる波長のアライメント放射ビームを用いて、アライメントマークの傾きに関する情報が得られるであろう。

[0015] 複数のアライメント放射ビーム源は、瞳面内で異なる位置を有する別々のアライメント放射ビームを提供するように構成されていてもよい。

[0016] 複数のアライメント放射ビーム源は変調されてもよい。

[0017] 異なるアライメント放射ビーム源は、異なる周波数で変調されてもよい。変調は、結像ディテクタで形成される異なる画像を判別する方法を有利に提供し得る。

[0018] 第１のシステムは、アライメントマークを複数のアライメント放射ビームで照明するように構成された１つ以上のアライメント放射ビーム源と、アライメント放射ビームを変調するように構成された変調器と、を備えていてもよい。

[0019] アライメント放射ビーム源ではなくアライメント放射ビームを変調することは、異なる波長を有する複数のアライメント放射ビームを産出するために複数の出口を有する単一のアライメント放射ビーム源が用いられることを有利に可能にする。なぜなら、アライメント放射ビームが、産出されている最中にではなく産出された後で変調され得るので、異なる周波数の変調が適用される複数のアライメント放射ビームを提供するための複数のアライメント放射ビーム源が不要であるからである。

[0020] 異なるアライメント放射ビームは、異なる周波数で変調されてもよい。

[0021] 変調器はアライメント放射ビームの振幅を変調してもよい。

[0022] 変調器はアライメント放射ビームの位相を変調してもよい。

[0023] 第２のシステムは、第１のアライメント放射ビームの変調を示す信号を受信し、第２のアライメント放射ビームの変調を示す信号を受信し、第１のアライメント放射ビームによって形成された２つの重なり合った画像の強度照度の空間分布及び第２のアライメント放射ビームによって形成された２つの重なり合った画像の強度照度の空間分布を示す信号を受信し、第１のアライメント放射ビームによって形成された２つの重なり合った画像と第２のアライメント放射ビームによって形成された２つの重なり合った画像とを判別するように構成された位相感応性信号ディテクタを備えていてもよい。これは、結像ディテクタにおいて異なるアライメント放射ビームによって形成される画像が迅速に判別されることを有利に可能にし得る。

[0024] 第１のシステムはバランス型フォトディテクタを備えていてもよい。バランス型フォトディテクタは、信号対雑音比が向上された出力信号を有利に提供し得る。

[0025] ４つのアライメント放射ビーム源が設けられてもよく、これらのアライメント放射ビーム源はそれぞれ、四極照明モードのうちの１極としてアライメント放射ビームを提供するように構成されている。

[0026] 第２のシステムは、アライメントマークが提供される制御環境から遠隔に配置された結像ディテクタを備えていてもよく、アライメント放射は制御環境から光ファイバのアレイを介して結像ディテクタへと輸送される。

[0027] 位相感応性信号ディテクタはロックイン増幅器を備えていてもよい。

[0028] 第１のシステムは、アライメントマークが提供される制御環境から遠隔に配置された複数の放射エミッタを備えていてもよい。アライメントビームは、放射エミッタから１つ以上の光ファイバを介して制御環境へと輸送されてもよい。

[0029] 本発明の第２の態様によれば、基板を保持する少なくとも２つの基板テーブルと、その基板テーブルのうち１つによって保持された基板のターゲット部分にパターニングされた放射ビームを投影する投影システムと、他の基板テーブルによって保持された基板上のアライメントマークの位置を決定する、先行するいずれかの段落に記載のアライメントシステムと、を備えるリソグラフィ装置が提供される。このリソグラフィ装置は、リソグラフィ露光とアライメントマークの位置決定とを同時に行うことを有利に可能にする。

[0030] 本発明の第３の態様によれば、互いに対して約１８０度回転されたアライメントマークの２つの重なり合った画像を生成することと、これらの２つの重なり合った画像の強度照度の空間分布からアライメントマークの位置を決定することと、を備える、アライメントマークの位置を決定する方法が提供される。

[0031] アライメントマークは、アライメントマークを過充填する放射で照明されてもよい。

[0032] アライメントシステムに対するアライメントマークの複数の異なる位置について２つの重なり合った画像の強度照度の空間分布が分析されてもよい。

[0033] アライメントマークの２つの重なり合った画像が最も完全に重なる位置がアライメントマークの位置であるものとして決定されてもよい。

[0034] アライメントマークの２つの重なり合った画像は、複数が、異なる波長の放射によって産出されてもよく、アライメントマークを復元するために用いられてもよい。

[0035] アライメントマークの２つの重なり合った画像は、複数が、瞳面内に異なる極から産出されてもよく、アライメントマークを復元するために用いられてもよい。

[0036] アライメントマークの２つの重なり合った画像は、複数が、変調されてもよい。

[0037] アライメントマークの２つの重なり合った画像は、異なる波長で変調されてもよい。

[0038] アライメントマークの２つの重なり合った画像は、複数が、変調情報を用いて互いに判別されてもよい。

[0039] 本発明の第４の態様によれば、投影システムを用いて、第１の基板テーブルによって保持された基板のターゲット部分にパターニングされた放射ビームを投影することと、同時に本発明の第３の態様のアライメント方法を実施して、第２の基板テーブルによって保持された基板上のアライメントマークの位置を決定することと、を備えるリソグラフィ方法が提供される。このリソグラフィ方法は、リソグラフィ露光とアライメントマークの位置決定とを同時に行うことを有利に可能にする。

[0040] 本発明の第５の態様によれば、基板上のアライメントマークの位置を決定するアライメントシステムが提供され、このアライメントシステムは、アライメント放射ビームを発生するように構成されたアライメント放射ビーム源と、アライメント放射ビームを基板上のアライメントマークに誘導するように構成された光学部品と、アライメントマークから反射されたアライメント放射を受信するように構成された自己参照光学系であって、そのアライメント放射を自己参照光学系の第１及び第２のアームに沿って誘導し、アライメントマークの２つの画像を生成する自己参照光学系と、重なり合って複合画像を形成するアライメントマークの２つの画像を受信するように位置決めされた結像ディテクタと、その複合画像を分析することによってアライメントシステムに対するアライメントマークの位置を決定するように構成されたプロセッサと、を備える。

[0041] このアライメントシステムは、アライメントが特定の種類のアライメントマークに限定されることなく実施されることを可能にするので、有利である。

[0042] 自己参照光学系のアームは、第１のアームに沿って進んできたアライメント放射が自己参照光学系を出ると第２のアームに沿って進んできたアライメント放射に対して反転されるように、アライメント放射に回転を付与するように構成されていてもよい。本明細書において用いられる「反転される」という用語は、アライメント放射が約１８０度の回転を経たことを意味しようとするものである。「反転される」という用語は、鏡像反転を示すことを意図してはいない。

[0043] 第１のシステムはＬＥＤアライメント放射ビーム源を備えていてもよい。

[0044] アライメント放射ビーム源は非コヒーレントな放射源であってもよい。これにより、アライメントシステム内で発生する望ましくない反射によって生じる干渉が有利に回避され得る。

[0045] 光学部品は、アライメントマークをアライメント放射ビームで過充填するように構成されていてもよい。これは、結像ディテクタで受信した複合画像から関心領域が選択されることを有利に可能にする。

[0046] 複数のアライメント放射ビーム源は、異なる波長のアライメント放射ビームを放出するように構成されていてもよい。これは、アライメントマークが復元されることを有利に可能にし得る。

[0047] 複数のアライメント放射ビーム源は、瞳面内で異なる位置を有する別々のアライメント放射ビームを提供するように構成されていてもよい。これもまた、アライメントマークが復元されることを有利に可能にし得る。

[0048] 本発明の第６の態様によれば、基板を保持する少なくとも２つの基板テーブル１つの基板テーブルと、その基板テーブルのうち１つによって保持された基板のターゲット部分にパターニングされた放射ビームを投影する投影システムと、他の基板テーブルによって保持された基板上のアライメントマークの位置を決定する、本発明の第１の態様によるアライメントシステムと、を備えるリソグラフィ装置が提供される。

[0049] 本発明の第７の態様によれば、アライメント放射ビームを基板上のアライメントマークに誘導することと、アライメントマークから反射されたアライメント放射を自己参照光学系の第１及び第２のアームに沿って誘導することと、自己参照光学系の第１及び第２のアームから受信したアライメント放射を用いて、重なり合って複合画像を形成するアライメントマークの第１及び第２の画像を結像ディテクタにおいて形成することと、その複合画像を分析してアライメントシステムに対するアライメントマークの位置を決定することと、を備える、基板上のアライメントマークの位置を決定する方法が提供される。

[0050] この方法は、アライメントが特定の種類のアライメントマークに限定されることなく実施されることを可能にするので、有利である。

[0051] 本発明の第８の態様によれば、投影システムを用いて、第１の基板テーブルによって保持された基板のターゲット部分にパターニングされた放射ビームを投影することと、同時に本発明の第３の態様のアライメント方法を実施して、第２の基板テーブルによって保持された基板上のアライメントマークの位置を決定することと、を備えるリソグラフィ方法が提供される。

[0052] 対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照しながら以下に本発明の実施形態について説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。

本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置及びアライメントシステムを図示する。 アライメントシステムをより詳細に、概略的に図示する。 本発明の一実施形態によるアライメントシステムを用いて行われた測定を図示する。 本発明の別の一実施形態によるアライメントシステムを概略的に図示する。 本発明の別の一実施形態によるアライメントシステムを概略的に図示する。 本発明の別の一実施形態によるアライメントシステムを概略的に図示する。

[0053] 本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導及び検出パターン、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の製造である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが、当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジーツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。

[0054] 本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外光（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。

[0055] 本明細書において使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを付与するために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに付与されるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。

[0056] パターニングデバイスは透過性又は反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）位相シフトマスク、ハーフトーン型（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）位相シフトマスクのようなマスクタイプ、さらには様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例は、小型ミラーのマトリクス構成を使用し、ミラーの各々は、入射する放射ビームを異なる方向に反射するように個別に傾けることができる。このようにして、反射ビームがパターニングされる。

[0057] 支持構造はパターニングデバイスを保持する。支持構造は、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。支持構造は、機械式クランプ、真空、又は他のクランプ技術、例えば真空条件下での静電クランプを使用することができる。支持構造は、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。支持構造は、パターニングデバイスが例えば投影システムなどに対して確実に所望の位置にくるようにできる。本明細書において「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。

[0058] 本明細書において使用する「投影システム」という用語は、適宜、例えば露光放射の使用、あるいは浸漬液の使用又は真空の使用などの他の要因に対する、屈折光学システム、反射光学システム、及び反射屈折システムを含む、様々なタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。

[0059] また、照明システムは、放射ビームを誘導し、整形し、又は制御する屈折、反射、及び反射屈折光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントを含んでよく、そのようなコンポーネントも以下においては集合的に又は単独で「レンズ」とも呼ばれることがある。

[0060] リソグラフィ装置は、投影システムの最終要素と基板との間の空間を充填するように、基板が比較的高い屈折率を有する液体、例えば水などに液浸されるタイプであってもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させるために当技術分野で周知である。

[0061] 図１は、本発明の特定の実施形態に従ったリソグラフィ装置を概略的に示す。この装置は、
−放射（例えばＤＵＶ放射又はＥＵＶ放射）のビームＰＢを調節するための照明システムＩＬと、
−パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するための、アイテムＰＬに関してパターニングデバイスを正確に位置決めするために第１の位置決めデバイスＰＭに接続された支持構造（マスクテーブルと呼ぶことができる）ＭＴと、
−基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗ２を保持するための、アイテムＰＬに関して基板を正確に位置決めするための第２の位置決めデバイスＰＷ２に接続された、基板テーブル（ウェーハテーブルと呼ぶことができる）ＷＴ２と、
−基板Ｗ１を保持するための第３の位置決め装置ＰＷ３に接続され、アイテムＡＳに対して基板を正確に位置決めするための別の基板テーブルＷＴ１と、
−パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＰＢに付与されたパターンを基板Ｗ２のターゲット部分Ｃ（例えば１つ以上のダイを含む）上に結像するように構成された、投影システム（例えば屈折投影レンズ）ＰＬとを備える。

[0062] 本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する）。

[0063] イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源からイルミネータＩＬへと渡される。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。

[0064] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整する調整手段ＡＭを備えていてもよい。通常、照明システムの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒ及びσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調整することができる。また、イルミネータＩＬは、一般に、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の様々なコンポーネントを備えていてもよい。イルミネータは、その断面において所望の均一性及び強度分布を有する調整された放射ビームＰＢを提供する。

[0065] 放射ビームＰＢは、支持構造ＭＴ上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に入射する。パターニングデバイスＭＡを横断した後、ビームＰＢはレンズＰＬを通過し、レンズＰＬは基板Ｗ２のターゲット部分Ｃ上にビームを合焦する。第２の位置決めデバイスＰＷ２及び位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス）の助けにより、基板テーブルＷＴ２は、ビームＰＢの経路内に異なるターゲット部分Ｃを位置決めする。同様に、第１位置決め装置ＰＭ及び他の位置センサ（図１には明示されていない）を使用して、マスクライブラリから機械的な取り出し後又はスキャン中などに、ビームＰＢの経路に対してパターニングデバイスＭＡを正確に位置決めすることができる。一般に、オブジェクトテーブルＭＴ及びＷＴの移動は、位置決め装置ＰＭ及びＰＷの一部を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）を用いて実現される。しかし、ステッパの場合（スキャナとは対照的に）支持構造ＭＴは、ショートストロークアクチュエータのみに接続するか、又は固定してもよい。

[0066] リソグラフィ装置は、例えば、パターニングデバイスからターゲット部分Ｃにパターンを投影するときに、パターニングデバイスＭＡ及び基板Ｗ２をスキャン動作によって移動させてもよい。図１にはデカルト座標が示されている。従来通り、ｚ方向は放射ビームＰＢの光軸に一致する。リソグラフィ装置がスキャン型リソグラフィ装置である一実施形態においては、ｙ方向はスキャン動作の方向に一致する。

[0067] 図示するように、リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブルＷＴ１，ＷＴ２を有するタイプのものであってもよい。デュアルステージのリソグラフィ装置においては、別の基板Ｗ２の露光が行われている最中に１つの基板Ｗ１の特性が測定されることを可能にするために、２つの基板テーブルＷＴ１，ＷＴ２が設けられている（「基板の露光」とは、上述したような基板へのパターニングされた放射の投影を意味する）。

[0068] 図１に図示されるデュアルステージのリソグラフィ装置では、図の左側にアライメントシステムＡＳが設けられ、図の右側に投影システムＰＬが設けられている。アライメントシステムＡＳは、第１の基板テーブルＷＴ１上に保持された基板Ｗ１に設けられたアライメントマーク（ボックスＰ１，Ｐ２によって概略的に図示されている）の位置を測定する。同時に、投影システムＰＬによって、第２の基板テーブルＷＴ２上に保持された基板Ｗ２にパターンが投影される。第１の基板テーブルＷＴ１によって支持された基板Ｗ１の測定が完了し、且つ第２の基板テーブルＷＴ２によって支持された基板Ｗ２の露光が完了すると、基板テーブルの位置は交換される。すると、第１の基板テーブルＷＴ１によって支持された基板Ｗ１が、投影システムＰＬによって投影されるパターニングされた放射を用いて露光される。第２の基板テーブルＷＴ２によって支持された、既に露光されたウェーハＷ２は、後続の処理のために基板テーブルから取り外される。次いで、投影システムＰＬによって投影されるパターニングされた放射を用いた露光の前にアライメントシステムＡＳによって測定するために、別の基板が第２の基板テーブルＷＴに設置される。

[0069] 基板Ｗ１，Ｗ２上のアライメントマークの位置を測定するために用いられるアライメントシステムＡＳに加えて、他の測定システムが提供されてもよい。例えば、基板の表面のトポロジーを測定するシステムが提供されてもよい（これはレベルセンサと称され得る）。そのようンシステムは、本発明の一部を形成するものではないから、本明細書においては説明又は記載しない。

[0070] アライメント測定の際の基板テーブルＷＴ１の位置を監視するために、干渉計（図示しない）及び／又は他の位置測定手段が用いられてもよい。プロセッサＰＲは、アライメントシステムＡＳからデータを受信するとともに、基板テーブルＷＴ１の位置情報も受信する。基板Ｗは基板テーブルＷＴ１に固定されているので、基板テーブルに関する位置情報は、基板に関する位置情報であると見なされ得る。

[0071] アライメントシステムＡＳは、アライメントマークＰ１，Ｐ２を照明するために用いられる放射ビーム４を提供するように構成された放射源２を備えている。放射源２は、以降ではアライメント放射ビーム源２と称される。アライメント放射ビーム４は、アライメント放射ビーム源２から、アライメント放射ビームを基板Ｗ１上へと誘導する光学部品へと進む。光学部品は、ビームスプリッタ６（例えば偏光ビームスプリッタ）を備えていてもよいし、図１に図示されていない他の追加的なコンポーネントを備えていてもよい。アライメント放射ビーム４は、基板Ｗ１上のアライメントマークＰ１，Ｐ２を照明し、反射され、ビームスプリッタ６を通過して自己参照光学系８に至る。

[0072] 自己参照光学系８は、偏光ビームスプリッタ１０と、第１のコーナーキューブリフレクタ１２と、第２のコーナーキューブリフレクタ１４とを備える。アライメント放射４は自己参照光学系で受信されるときに偏光されない（又は円偏光される）ので、偏光ビームスプリッタ１０は、アライメント放射ビームの半分を透過し、アライメント放射ビームのもう半分を反射する。アライメント放射ビーム４のうち偏光ビームスプリッタ１０によって透過される部分は、第１のコーナーキューブリフレクタ１２によって反射され、偏光ビームスプリッタに戻る。第１のコーナーキューブリフレクタ１２による反射はアライメントビームの偏光を９０°回転させる。放射の偏光は、９０°回転されているので、偏光ビームスプリッタ１０によって結像ディテクタ１６の方へと反射される。

[0073] アライメント放射ビーム４のうち偏光ビームスプリッタ１０によって反射された部分は、第２のコーナーキューブリフレクタ１４へと進み、第２のコーナーキューブリフレクタによって反射される。第２のコーナーキューブリフレクタ１４による反射はアライメント放射ビームの偏光を９０°回転させる。放射の偏光は、９０°回転されているので、偏光ビームスプリッタ１０を通過して結像ディテクタ１６に入射する。

[0074] したがって、結像ディテクタ１６は、アライメント放射ビーム４によって照明されたアライメントマークＰ１，Ｐ２の２つの画像を受信する。自己参照光学系８には、画像のうち一方が時計回り方向に９０°回転され、他方の画像が反時計回り方向に９０°回転されるという効果がある。よって、結像ディテクタ１６で受信された画像は、互いに対して約１８０度回転されている。「約１８０度」という言い回しは、２つの画像が互いに対して厳密に１８０°回転されていなくてもよく、それでもアライメントシステムは依然としてアライメントマークの位置を正確に決定できるということを示そうとするものである。概して、互いに対する画像の回転の角度は、アライメントマークの位置の正確な決定を可能にするのであればどのような角度であっても、約１８０度の回転であるものと考えられ得る。アライメントマークＰ１，Ｐ２が１８０°の回転の回転対称性を有する場合には、アライメントマークがアライメントシステムＡＳと整列されるとき、結像ディテクタ１６ではアライメントマークの単一の画像が見られるであろう。アライメントマークＰ１，Ｐ２をアライメントシステムＡＳとの整列から遠ざかるように移動させると、結像ディテクタ１６におけるアライメントマーク画像は反対方向に移動され、したがって２つの部分的に重なり合った画像が見られる。概して、結像ディテクタ１６において見られる画像は、基板上のアライメントマークＰ１，Ｐ２の位置を示しており、これらのアライメントマークの位置を測定するために用いられ得る。

[0075] 互いに対して約１８０度回転されたアライメントマークの２つの画像を生成するのに寄与するアライメントシステムＡＳのコンポーネントは、第１のシステムと称され得る。例えば、第１のシステムは、図２の破線７０内のコンポーネントと、アライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄと、光ファイバ３ａ乃至３ｄと、ファイバカプラ及び単一の光ファイバ３とを備える。第１のシステムは他のコンポーネントを備えていてもよい。自己参照光学系８は２つのアームを有するものと考えられ得る。第１のアームは、第１のコーナーキューブリフレクタ１２と、偏光ビームスプリッタのビーム分割面から第１のコーナーキューブリフレクタへと伝わるとともに第１のコーナーキューブリフレクタから偏光ビームスプリッタのビーム分割面へと伝わる経路とを備えている。第２のアームは、第２のコーナーキューブリフレクタ１４と、偏光ビームスプリッタのビーム分割面から第２のコーナーキューブリフレクタへと伝わるとともに第２のコーナーキューブリフレクタから偏光ビームスプリッタのビーム分割面へと伝わる経路とを備えている。２つの画像の強度照度の空間分布からアライメントマークの位置を決定するために用いられるアライメントシステムＡＳのコンポーネントは、第２のシステムと称され得る。つまり、第２のシステムは、結像ディテクタ１６と、図２に概略的に図示されるプロセッサＰＲとを備え得る。第２のシステムは他のコンポーネントを備えていてもよい。

[0076] アライメントシステムＡＳの動作の仕方は、アライメントシステムをより詳細に図示する図２を参照すればさらに理解されるであろう。例示的な実施形態においては、アライメント放射ビーム源２は、複数のＬＥＤ２ａ乃至２ｄを備えている（が、他の形態の放射源が用いられてもよい）。各ＬＥＤ２ａ乃至２ｄは、アライメントマークＰ１を照明し結像ディテクタ１６でアライメントマーク画像を生成するのに十分な程度に高い出力で放射を放出することができる。高出力ＬＥＤと称され得るそのようなＬＥＤは、広く入手可能である。各ＬＥＤ２ａ乃至２ｄは、異なる波長で放射を放出するように構成されていてもよく、以下に説明される理由により変調されてもよい。ＬＥＤ２ａ乃至２ｄによって放出される放射は非化学線である。すなわち、基板Ｗ上に提供されたレジストを露光させない。放射は、例えば５３０乃至８５０ｎｍの範囲内の、例えば可視放射又は赤外放射であってもよい。

[0077] ＬＥＤ２ａ乃至２ｄの各々は、ＬＥＤによって放出されるアライメント放射を受信する光ファイバ３ａ乃至３ｄに結合されている。光ファイバ３ａ乃至３ｄはファイバカプラによって結合されて単一の光ファイバ３となり、これが、アライメント放射を基板Ｗ上に誘導するために用いられる光学部品７へとアライメント放射を輸送する。ＬＥＤ２ａ乃至２ｄは、ビームスプリッタ６から離れた場所にあってもよい。例えば、ＬＥＤ２ａ乃至２ｄは、基板Ｗ１，Ｗ２が測定及び露光される環境（図１を参照）の外部に設けられてもよく、光ファイバ３は壁を通過してその環境内に至る。基板が測定及び露光される環境は汚染を最小化するために制御された環境であるかもしれず、ＬＥＤ２ａ乃至２ｄをこの環境の外部に設けることは汚染が生じる危険を低減し得ることから、これは有利である。真空で保持され得るＥＵＶリソグラフィ装置においては、これは特に有利であろう。なぜなら、アウトガス及び他の潜在的な汚染の問題が回避されるからである。さらに、ＬＥＤが非真空環境で冷却されることが可能になる（これは真空環境での冷却よりも容易であろう）。

[0078] 光ファイバ３は、この実施形態においては、４つの極４ａ乃至４ｄを備えるビームとしてアライメント放射を提供するように構成されている。つまり、光ファイバ３はファイバカプラによって４つのファイバに分かれ、そのうちの２つである３ｅ，３ｆが図示されている。各ファイバ３ｅ，３ｆは極にアライメント放射を提供する。ファイバ３ｅ，３ｆを離れる放射が矢印で概略的に図示されている。４つの極は、四極モードを形成するものと見なされてもよい。他の実施形態においては、アライメント放射ビーム４は、例えば単純なディスク状モード又は環状モードを含む任意の他の形態で提供され得る。四極モードの使用は、ピッチの狭い格子を分解するのに特に良好であるから、有利である。

[0079] アライメント放射ビーム４はレンズ２０を通過する。レンズ２０は、ファイバ３ｅ，３ｆから出力された放射を、放射を基板Ｗ上に誘導するレンズ２１の瞳に結像させるリレーとして作用する。一実施形態においては、レンズ２０は省略されてもよく、ファイバから出力される放射はレンズ２１の瞳に直接出力されてもよい。

[0080] 偏光ビームスプリッタ６は、アライメント放射ビームを基板Ｗの方に誘導するために用いられる。この実施形態において、ファイバ３ｅ，３ｆから出力される放射は、直線的に偏光されるとともに、偏光ビームスプリッタ６によって反射される偏光を有する。偏光ビームスプリッタ６の後ろに配置されたレンズ２１が、アライメント放射ビームを合焦させて基板上にビームスポット５を形成する。レンズ２１は、単一の光学素子であってもよく、又は光学素子の集合（例えば顕微鏡の対物系）であってもよい。ビームスポット５は、図２の左側に、上から見たところが図示されている。図示するように、ビームスポットは、ビームスポットが入射するアライメントマークＰ１よりも大きい。これは、アライメントマークの過充填と称される。アライメントマークを過充填することは、関心領域、すなわちビームスポット５によって照明されるエリア内のアライメントマークの選択を可能にするから、有利である。この選択は、結像ディテクタ１６において形成された画像を分析するときにプロセッサＰＲによって実施され得る。

[0081] アライメントマークＰ１から反射されたアライメント放射は、レンズ２１及び偏光ビームスプリッタ６を通過して戻る。偏光ビームスプリッタ６と基板Ｗとの間には４分の１波長板５０が配置され、アライメント放射の偏光を回転させるように作用する。４分の１波長板５０の作用の結果、反射されたアライメント放射の偏光は当初偏光ビームスプリッタ６に入射する放射に対して９０度回転され、したがって放射は偏光ビームスプリッタによって透過される。

[0082] アライメントマークＰ１は、Ｘ方向に広がる２つの格子２２ａ，２２ｂと、Ｙ方向に広がる２つの格子２２ｃ，２２ｄとを備える。格子は、例えば基板Ｗにエッチングされていてもよい。Ｘ方向に広がる格子２２ａ，２２ｂは互いに同一のピッチを有しており、Ｙ方向に広がる格子は互いに同一のピッチを有している。各格子２２ａ乃至２２ｄは中心点２４に対して異なるクアドラント（四分円）に提供されており、Ｘ方向の格子が中心点の対向する側に設けられるとともに、Ｙ方向の格子が中心点の対向する側に設けられている。アライメントマークＰ１は、中心点２４を中心とした１８０°の回転について対称である。すなわち、アライメントマークＰ１は、中心点２４を中心として１８０度回転された場合、全く同じ外観を有するであろう。アライメントマークＰ１の回転対称性は、アライメントマークＰ１の位置が図示される自己参照光学系８を用いて決定されることを可能にする。

[0083] 次に、図２を参照してアライメント放射ビーム４の光線の伝播を説明する。第１の光線はアライメント放射ビーム４の第１極４ａと対応するものと考えられてもよく、第２の光線はアライメント放射ビーム４ｂの第２極４ｂと対応するものと考えられてもよい。図２を過度に複雑にすることを避けるため、自己参照光学系８における光線のサブセットのみの伝播が図示されており、第１のアーム１２における光線は破線で示され、第２のアーム１４における光線は実線で示されている。

[0084] 第１の光線４ａはレンズ２１によって基板Ｗ上に合焦され、アライメントマークＰ１を照明するアライメントビームスポットを形成する。アライメントマークＰ１のＸ方向の格子２２ａ，２２ｂは回折次数を発生させる。これらはゼロ次回折次数及び１次回折次数であり、図２にはその両方が線によって図示されている。他の回折次数も発生されてアライメントシステムの後続のコンポーネントによって捕捉され得るであろう。しかしながら、簡単にするために、それらはここでは説明又は図示しない。ゼロ次及び１次の回折された放射は、アライメントシステムＡＳの後続のコンポーネントを通って伝播し、結像ディテクタ１６で画像を形成するために用いられる。ゼロ次の放射のみが結像ディテクタ１６に入射した場合には、格子の画像は形成され得ないであろう。なぜなら、ゼロ次の放射は構造情報を含まないからである。１次の放射のみが結像ディテクタに入射した場合には、画像は形成されないであろう。なぜなら、この１次の放射は格子２２ａ，２２ｂによって発生された振幅及び位相を有してはいるが、それ自体によって画像を創出することはできないからである。ゼロ次及び１次の放射を混ぜ合わせることで、結像ディテクタ１６によって検出可能な強度照度プロファイルがもたらされる。換言すれば、ゼロ次及び１次の回折された放射の混合は、結像ディテクタにおいて格子２２ａ，２２ｂの画像が形成されることを可能にする。

[0085] 第２の光線４ｂも、アライメントマークＰ１を照明するアライメントビームスポットを形成する。アライメント放射はＸ方向の格子２２ａ，２２ｂによって回折されて、図２において線によって図示されているゼロ次及びマイナス１次の次数を形成する。他の回折次数は、発生されるが、上記で言及したように、簡単にするため説明又は図示はしない。ゼロ次及び１次の回折次数は、アライメント及びシステムの後続のコンポーネントを通って伝播し、結像ディテクタ１６で画像を形成する。

[0086] 図示はしないが、アライメント放射ビーム４の第３極４ｃ及び第４極４ｄは、Ｙ方向の格子２２ｃ，２２ｄによって回折され、結像ディテクタ１６でそれらの格子の画像を形成する。

[0087] 図１に関連して上記で説明した自己参照光学系８は、偏光ビームスプリッタキューブ１０と、２つのコーナーキューブリフレクタ１２，１４とを備えている。４分の１波長板５１は偏光ビームスプリッタキューブ１０の前に配置されており、入射する直線的に偏光されたアライメント放射ビームを円偏光されたビームに変換する。偏光ビームスプリッタキューブ１０はその後、入射するアライメント放射ビームの半分を自己参照光学系８の第１のアーム１２内へと透過し、入射するアライメント放射ビームのもう半分を自己参照光学系の第２のアーム１４内へと反射する。

[0088] レンズ２６は、自己参照光学系８を離れるアライメント放射ビーム４を結像ディテクタ１６上に合焦させる。このレンズは、自己参照光学系８の第１のアーム１２を通過した放射を用いてアライメントマークＰ１の第１の画像を形成するとともに、自己参照光学系の第２のアーム１４を通過した放射を用いてアライメントマークの第２の画像を形成する。これら第１及び第２の画像は併せて結像ディテクタ１６において複合画像を形成する。複合画像は第１及び第２の画像の強度照度の空間分布であると考えられてもよい。複合画像の特性は、アライメントシステムＡＳに対するアライメントマークＰ１の位置を示す。

[0089] 自己参照光学系８は、アライメント放射ビーム４を基板Ｗ上に合焦させるレンズ２１とアライメント放射ビームを結像ディテクタ１６上に合焦させるレンズ２６とによって形成される光学系の瞳空間内にあるものと考えられてもよい。換言すれば、レンズ２１，２６は、対物面が第１のレンズ２１の焦点面に存在するとともに像面が第２のレンズ２６の焦点面に存在する光学系を形成するものと考えられてもよく、対物面はアライメントマークＰ１（物体）に相当し、像面は結像ディテクタ１６（アライメントマークの画像が形成されるところ）に相当する。瞳面（標示しない）はレンズ２１，２６の間の第１のレンズ２１の焦点面に存在する。このような光学系のレンズ２１，２６の間の空間は瞳空間と称され得る。瞳空間においてはアライメントマークＰ１の画像は形成されない。その代わり、瞳空間にはアライメントマークのフーリエ変換が存在する。図２に概略的に図示されるように、瞳空間においては、アライメント放射の光線は互いに略平行に伝播する。これは、自己参照光学系８のアームに沿った光線の伝播を可能にするとともに、光線が自己参照光学系の受光角度の外に外れる（すなわち、光線が光軸に対して自己参照光学系に適切に進入しないほど大きな角度で伝播する）ことを回避するので、有利である。自己参照光学系に進入する光線と伝播する光線とが互いにまったく平行であることは必須ではない。必要なのは、それらの光線が自己参照光学系に出入りすることができる程度に十分に平行に近いということだけであり、するとそれらの光線は結像ディテクタ１６上に画像を形成することができる。もっとも、提供される光線が平行に近いほど、アライメントシステムの精度は高くなる。

[0090] 次に、自己参照光学系８の効果を説明する。Ｘ方向の格子２２ａ，２２ｂを考えると、アライメントマークＰ１がＸ方向に移動された場合、１次回折次数の位相は、その移動の結果として変化するであろう。位相の移動は単方向である。なぜなら、アライメントマークＰ１はその方向にしか移動しないからである。しかしながら、図１に関連して上記で説明したように、偏光ビームスプリッタ１０及びコーナーキューブリフレクタ１２，１４の効果は、入射する放射を反対の偏光を有する２つの部分に分割し、次いで各部分を反対方向に９０°回転させるというものである。その結果、一方の部分は他方の部分に対して１８０°回転される。これは、当初は１方向であった相変化が、互いに反対の方向である２方向になることを意味している。アライメント放射ビームがレンズ２６によって結像ディテクタ１６上に合焦されるとき、これは明らかである。なぜなら、Ｘ方向の格子２２ａ，２２ｂの２つの別々の画像が形成され、アライメントマークＰ１の移動によって、一方の画像が結像ディテクタ１６を横切って第１の方向に移動され、第２の画像が結像ディテクタを横切って反対の方向に移動されるからである。自己参照光学系８は、アライメントマークＰ１の２つの画像を形成する放射に有意な干渉は引き起こさない。これは、アライメントマークの２つの画像は、直交する偏光を有するアライメント放射ビームから形成されるからである。その代わり、結像ディテクタ１６においてはアライメントマークＰ１の２つの重なり合った画像が見られる。これらの２つの画像は、複合画像を形成するものと考えられ得る。複合画像は、アライメントマークＰ１の２つの重なり合った画像のインコヒーレント和（強度照度の和）である。「複合画像」という用語は、（画像間の有意な干渉なしに）結像ディテクタにおける２つの重なりあった画像の和によって形成される画像を意味しようとするものに過ぎず、その画像が何らかの特別な形態を有さなければならないことを示唆しようとするものではない。

[0091] アライメントビームスポット５（及びひいてはアライメントシステム全体）がＸ方向においてアライメントマークＰ１と整列されない場合、このミスアライメントは、結像ディテクタ１６において見られるアライメントマーク画像のＸ方向での分離を引き起こすであろう。基板ＷをＸ方向でスキャン移動させると、アライメントマークＰ１はアライメントシステムＡＳと整列するように移動され、これは、結像ディテクタ１６上で互いに向かって移動するアライメントマークの画像として現れるであろう。アライメントシステムＡＳがアライメントマークＰ１と完全に整列されると、結像ディテクタ１６におけるアライメントマーク画像は互いに完全に重なり合い、単一のアライメントマーク画像が見られるであろう。基板ＷをＸ方向でさらに移動させると、アライメントマークは移動してアライメントシステムとのアライメントから外れる。これは、互いから遠ざかるように移動するアライメントマークの画像によって明らかになるであろう。

[0092] プロセッサＰＲは、アライメントシステムに対する基板Ｗの各位置について、結像ディテクタ１６から出力画像を受信する。各出力画像は、アライメントマークの第１の画像とアライメントマークＰ１の第２の画像とから形成された複合画像であると見なされてもよい。複合画像は、アライメントマークＰ１がアライメントシステムＡＳと整列される基板位置を決定するべく、プロセッサによって分析される。これは例えば、第１及び第２の画像が互いに最も完全に重なり合う位置に対応し得る。実用においては、画像の完全な重なり合いは見られないかもしれない。これは例えば、アライメントマークＰ１がいくらかの非対称性を含むためである。

[0093] ｙ方向におけるアライメントマークＰ１の位置の測定は、ｙ方向に広がる２つの格子２２ｃ，２２ｄを用いて、同様に行われる。

[0094] アライメントマークＰ１の位置を決定するのに用いられ得る様々な異なる動作モードがある。第１のモードでは、（プロセッサＰＲによって行われる画像分析を用いて決定されるように）自己参照光学系８の各アームを伝わってきたアライメントマークの画像が互いに完全に重なり合うまで、基板Ｗの位置が調整される。するとこれはアライメントマークＰ１の位置として記録される。基板Ｗの位置の調整は、アライメントマークＰ１の位置がｘ方向及びｙ方向の両方で決定されるように、ｘ方向及びｙ方向の両方で行われてもよい。ｘ方向及びｙ方向の位置測定は、互いに別々に行われてもよい。あるいは、一緒に行われてもよい。ｘ方向及びｙ方向の位置測定が別々に行われるときには、第１及び第２の画像の完全な重なり合いは、測定されている方向での完全な重なり合いであろう（例えば、ｘ方向が測定されているときにはｙ方向での完全な重なり合いは要求されない）。このモードでは、プロセッサＰＲは、結像ディテクタからの画像を直接、すなわち最初にメモリに格納することなく、分析し得る。

[0095] 動作の第２のモードでは、基板Ｗはスキャン動作によってアライメントシステムＡＳに対して移動され、結果として得られる結像ディテクタ１６からの画像データはメモリに記録される。図３は、本発明の一実施形態によるアライメントシステムを用いて得られたいくつかの結果を図示している。図３ａ乃至３ｃの各々の上半分は、結像ディテクタ１６によって見られるアライメントマーク画像を示す。各画像の下にあるのは、結像ディテクタ１６上の３つの画素位置で見られる放射の強度照度を図示するグラフである。これらの３つの画素位置は、ｘ方向（アライメント測定が行われる方向）で整列されている。３つの画素位置は円で示されており、図３ｃにおいて最も容易に見て取れる。これらの画素位置で見られる強度照度の山及び谷が図示されている。図はｘ方向のスキャン移動の効果を図示する。アライメントマークは、ｘ方向に広がる２つの格子と、ｙ方向に広がる２つの格子とを備える。簡単にするため、アライメントマークの照明は、ｘ方向に分離した極４ａ，４ｂ（図２を参照）を含む双極モードによって行われており、その結果、ｙ方向に広がる格子はアライメントマークの画像内では解像されない。

[0096] 図３ａでは、スキャン移動がアライメントマークＰ１を、アライメントビームスポット５によって完全に照明されるがアライメントシステムの中心と整列された状態からは十分に離れた位置へと移動させている。アライメントマークの画像は部分的に重なり合っている。画素は結像ディテクタにおいて当初は背景レベルのアライメント放射を経験し、それから外側線として第１の山と次いで第１の谷とを経験し、その後、それらの画素において重なり合ったアライメント格子画像の空間を経験した。図３ｂは、ｘ方向で互いに完全に整列された（又は互いに完全に整列されたのに近い）ときのアライメントマーク画像を示す。基板のスキャン移動のこの時点では、画素は４つの山及びそれに関連する谷を経験しており、５つ目の山の中心にある。図３ｃは、互いから遠ざかるように移動するときのアライメントマーク画像を示す。この時点では、画素はアライメント放射の９つの山を経験しており、これ以上はアライメントマーク画像の格子の重なり合いが発生しないので、今度は強度照度が略一定の放射を経験する。

[0097] 結像ディテクタ１６によって行われる各測定の際の基板の位置は記録される。結像ディテクタが経験する５つ目の山の中心は、２つの格子が結像ディテクタ１６においてｘ方向で完全に重なり合っている点と一致する（５つ目の山は９つの線格子の中心と一致する）。５番目の山の中心は、プロセッサＰＲによって、ディテクタ１６から受信した画像データを用いて任意の適当な手法で（例えば基板Ｗのスキャン移動の際にディテクタから受信したすべての画像の分析を介して）決定され得る。５番目の山の中心と一致する基板Ｗの位置は、ｘ方向におけるアライメントマークＰ１の位置であるものと見なされる。同じ動作がｙ方向においても繰り返され得る。

[0098] 上記で説明したように、結像ディテクタ１６で受信した画像に対応する画像データは、それらの画像が検出されるときに（基板テーブルＷＴの位置として記録された）基板の位置を示す位置情報と一緒に処理される。検出された画像の分析は、ｘ方向及びｙ方向におけるアライメントマーク画像の完全な重なり合いに対応する基板位置が（例えば上述のように中央の山の中心点を見つけることによって）決定されることを可能にする。複数のアライメントマークＰ１，Ｐ２が基板Ｗの表面にわたって設けられる。これらのアライメントマークの各々（又はアライメントマークのうち少なくともいくつか）の位置が決定される。アライメントマークＰ１，Ｐ２の位置はリソグラフィ装置によって記録され、後続の基板の露光の際にリソグラフィ装置によって用いられる。基板の露光にあたり、露光の精度にとって重要なのは、アライメントマークＰ１，Ｐ２の相対位置（すなわちそれらの互いに対する位置）である。したがって、普遍座標系におけるアライメントマークＰ１，Ｐ２の絶対位置は決定されなくてもよい。

[0099] 上記で説明してきたように、いくつかの動作モードにおいては、基板テーブルＷＴのスキャン移動の際に結像ディテクタがアライメントマークの画像を捕捉する。比較的高速なスキャン移動を可能にするために、結像ディテクタ１６は、比較的迅速に画像を捕捉することができてもよい。アライメント測定の際に用いられるスキャン速度は、例えば１０ｍｍ／秒程度であってもよい。結像ディテクタ１６のフレームレートは、例えばｋＨｚ範囲であってもよい。結像ディテクタ１６のフレームレートは、例えば１０ｋＨｚ以上であってもよいし、例えば１００ｋＨｚ以上であってもよい。ＭＨｚ程度のフレームレートを有する結像ディテクタ１６が用いられてもよい。

[00100] 図３を参照すると、概ね正弦波形を有する山の位置を決定するためには、１つの正弦波期間にわたって４つ以上の点をサンプリングするのが望ましいであろう。それに従って、所与の基板スキャン速度について山の４つ以上の点がサンプリングされることを可能にするように結像ディテクタ１６のフレームレートが選択されてもよい。結像ディテクタ１６の画素数とその結像ディテクタのフレームレートとの間には、ある程度のトレードオフが存在し得る。数百万画素を有する結像ディテクタは必要とされない。そうではなく、図３からわかるように、比較的少数の画素で十分であろう。例えば、少なくとも１００×１００画素を有する結像ディテクタで十分であろう。２つの画像の強度照度の空間分布からアライメントマークの位置を決定するために用いられるコンポーネントは、第２のシステムと称され得る。つまり、第２のシステムは、結像ディテクタ１６と、プロセッサＰＲとを備え得る。第２のシステムは他のコンポーネントを備えていてもよい。

[00101] 結像ディテクタ１６は、例えばＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤアレイ、又は任意の他の適当な形態の結像ディテクタであり得る。一般に、結像ディテクタ１６は、画像を検出することのできる任意の装置（例えば検知素子のアレイ）であってもよい。結像ディテクタ１６は、アライメントシステムＡＳの像面又はその付近にあってもよい。結像ディテクタ１６は、アライメントマークの画像を形成するレンズ２６の焦点面又はその付近にあってもよい。

[00102] 上記においては、アライメント放射の四極モードのうち２極４ａ，４ｂが、ｘ方向のアライメントマークＰ１の位置を測定するときに用いられる。１極のみを用いてアライメントマークＰ１の位置を測定することは可能だが、次に説明する理由により好適でない。１極での照明は、アライメント放射が概ね一方向からアライメントマークＰ１に入射することを意味する。例えば、図２を参照すると、極４ａは、図の右側からアライメントマークに入射するアライメント放射ビームに対応する。基板Ｗが正しい平面内になく、予定位置から下方に変位している場合には、結像ディテクタ１６において見られるアライメントマークＰ１の−ｘ方向での見かけ上の移動が引き起こされるであろう。図２に図示される例においては、ｚ方向に変位された基板の位置が破線ＷＺによって示されている。図示するようにアライメント放射ビームはさらに進んでから基板ＷＺに入射するので、−ｘ方向で基板の見かけ上のずれが生じている。その結果、アライメントマークＰ１の測定位置には誤差が生じるであろう。

[00103] 反対方向（すなわち、この例においては反対の極４ｂ）から入射する放射を用いたアライメントマークの照明が、この誤差を打ち消す。なぜなら、反対方向から入射する放射は、反対方向、この例においてはｘ方向でのアライメントマークの見かけ上のずれをもたらすからである。こうしたアライメントマークの２つの見かけ上のずれは、互いに打ち消し合い、結像ディテクタ１６におけるアライメントマーク画像のずれの代わりに、結像ディテクタにおけるコントラストの低下が発生する。コントラストの低下が十分に大きくなく、アライメントマークの画像がもはや解像され得ない場合には、アライメントマークの位置は、基板のｚ方向の変位による誤差が引き起こされることなく、上述のように測定され得る。

[00104] アライメントマークＰ１の位置は、上述の手法で、単一の放射ビーム源（例えば単一のＬＥＤ）を使用して発生されたアライメント放射ビームを用いて測定されてもよい。しかしながら、複数のアライメント放射ビーム源（例えば複数のＬＥＤ）を使用してアライメント放射ビームを発生させることは、利点をもたらすであろう。例えば、図２に図示されるような４つのＬＥＤ２ａ乃至２ｄがそれぞれ異なる波長で放射を放出してもよい。一実施形態においては、ＬＥＤのうち１つが約５４０ｎｍで放射を放出し、別の１つのＬＥＤが約８５０ｎｍで放射を放出し、他の２つのＬＥＤがこれら２つの波長の間の波長で放射を放出してもよい。

[00105] ８５０ｎｍの放射は赤外放射であり、この赤外放射は、基板上に堆積されている金属などの材料の層を通過し、これらの層の下にあるアライメントマークＰ１，Ｐ２に入射するとともにそれらによって回折される。したがって、赤外放射は、アライメントマークが材料の複数の層の下に位置しているにもかかわらず、結像ディテクタ１６がそのアライメントマークＰ１の画像を見ることを可能にする。

[00106] ５３０ｎｍの放射は金属層を通過せず、その金属層によって反射されるであろう。アライメントマークは、典型的には基板にエッチングされた格子の形態をとる。アライメントマークの上に堆積されている材料層は、エッチングされたアライメントマークを部分的に埋める傾向はあるが、完全に平坦な外表面は提供しない。換言すれば、アライメントマークの形状のうちいくらかは、上に材料層が堆積された後でも残っている。５３０ｎｍの放射は、結像ディテクタ１６において、材料の外側の層の画像を提供し、ひいては、結像ディテクタ１６において、材料の層によって変更されたマークの画像を提供する。５３０ｎｍの放射を用いて結像ディテクタ１６において見られるアライメントマーク画像が強い山と谷とを有する場合、これは、材料の層が追加された後であってもアライメントマークが明確なままであることを示し得る。逆に、結像ディテクタにおいて見られる山と谷とのコントラストが低い場合、これは、材料の層の追加によってアライメントマークが略平滑化されていることを示し得る。

[00107] 概して、異なる波長の入射放射について結像ディテクタにおいて見られるアライメントマーク画像は、アライメントマークについての情報及びそれが基板上に堆積した材料の層によってどのように影響されたかについての情報を提供する。例えば、以下で説明するように、アライメントマークの傾きに関する情報が得られるであろう。

[00108] 結像ディテクタ１６によって捕捉される各画像が特定の波長の放射によって生成されるように、異なる波長の放射は放射源（例えばＬＥＤ）によって異なる時刻に放出されてもよい。一実施形態においては、放射源は変調されてもよい。放射源は順番に動作してもよく、プロセッサは結像ディテクタ１６によって捕捉された画像を処理するときにその順番を考慮してもよい。これは、放射源によって放出された異なるアライメント放射波長の多重化及びそれに続く結像ディテクタ１６によって捕捉された画像の逆多重化と考えられてもよい。一実施形態においては、異なる波長を放出する放射源は、それぞれ異なる周波数で変調されてもよい。これは、検出された画像がそれらの周波数を用いることによって逆多重化されることを可能にする。周波数は、例えば、ｋＨｚ範囲（例えば１ｋＨｚ乃至１ＭＨｚ）であってもよい。放射源（ＬＥＤであってもよい）は、例えばドライバ電流を変調すること又はチョッパホイールを用いることなど、既知の方法を用いて変調されてもよい。

[00109] アライメントマークＰ１，Ｐ２の傾きを監視するのが望ましいかもしれない。そのような傾きは、例えば、金属の層が基板Ｗ上に堆積され、次いで研磨されるときに発生し得る。研磨がアライメントマークＰ１，Ｐ２の畔部の頂点と完全に平行でない場合には、畔部はある角度で研磨されるであろう。換言すれば、畔部の頂点は傾けられることになる。すなわち、ｘ，ｙ平面内にはないことになる。こうしたアライメントマークＰ１，Ｐ２の非対称の形態は、アライメントマークの測定位置に誤差をもたらし得る。この傾き（非対称の一形態と考えられてもよい）は、結像ディテクタ１６における画像のずれを引き起こし、よってアライメントマークＰ１の測定位置のずれを引き起こすであろう。

[00110] アライメントマークの傾きを補正する１つの方法は、傾きを測定して、その傾きを考慮に入れた補正を測定されたアライメントマーク位置に適用するというものである。傾きを測定することは、アライメントマークＰ１の格子を復元することと考えられてもよい。

[00111] 図２を参照すると、１つの放射源を用いてアライメント放射ビームの極４ａ及び４ｂを同時に発生させる代わりに、１つの放射源を用いて第１極４ａが発生されてもよく、別の１つの放射源を用いて第２極４ｂが異なる時刻に発生されてもよい。これを達成する１つの手法は、放射源から第１極４ａにアライメント放射を搬送する専用の光ファイバと、放射源から第２極４ｂにアライメント放射を搬送する別の専用の光ファイバとを設けるというものである。アライメントマークＰ１に傾きが生じてしまっている場合には、第１極４ａから形成された画像（ゼロ次及びマイナス１次の放射から形成された画像）の強度照度は、第２極４ｂから形成された画像（ゼロ次及び１次の放射から形成された画像）の強度照度とは異なるであろう。結像ディテクタ１６において見られるアライメントマーク画像の強度照度の差は、アライメントマークＰ１の傾きに関する追加的な情報をもたらすであろう。アライメント放射の第３極４ｃ及び第４極４ｄについても同じアプローチが用いられ得る。

[00112] 一実施形態においては、４極の各々について別々のＬＥＤが提供されてもよく、これらがアライメントマークＰ１，Ｐ２を照明するために用いられる。ＬＥＤはすべて同じ波長で動作してもよい。ＬＥＤは、順番に動作するように変調されてもよいし、又は代替的には異なる周波数で変調されてもよい。変調は、入射するアライメントビームの極４ａ乃至４ｄの各々から生じる画像が互いに分離されるとともにプロセッサＰＲによって分析されることを可能にする。

[00113] アライメントマークの格子を構築するために用いられ得る追加的な情報は、異なる波長のアライメント放射を用いて得られてもよい（異なる波長のアライメント放射の使用については上記で述べられている）。一実施形態においては、個々の放射極の使用と異なる波長の使用との組み合わせが用いられてもよい。例えば異なる周波数での変調は、極と極とを区別するため及び波長と波長とを区別するために用いられてもよい。複数の極が同じ波長の放射を共有してもよいし、又はそうではなくて異なる波長の放射を備えていてもよい。

[00114] アライメント放射ビーム源は変調されてもよい。図４は、本発明のそのような一実施形態によるアライメントシステムの概略的な図示である。図４の例においては、４つのアライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄが４つの光ファイバ３ａ乃至３ｄにそれぞれ結合されている。アライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄは、例えば、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、レーザ、又はアライメントシステムのためにアライメント放射ビームを提供する任意の他の適当な手段であってもよい。より多数又はより少数のアライメント放射ビーム源及び光ファイバが用いられてもよい。光ファイバ３ａ乃至３ｄはファイバカプラ９０を介して結合されて単一の光ファイバ３になる。アライメント放射は、光ファイバ３によって、図２で破線７０内に図示されたコンポーネントに対応するコンポーネント７０に輸送される。つまり、アライメント放射は異なる極に誘導され、光学部品２０及びビームスプリッタ６を通過して、基板Ｗに入射する。次いで、アライメント放射は自己参照光学系８及びレンズ２６を通過する。図４を不必要に複雑化することを避けるため、図２のボックス７０内のコンポーネントは図４においてはブロック７０として表されている。

[00115] ４つの変調器６０ａ乃至６０ｄは、アライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄに変調を適用する。変調器６０ａ乃至６０ｄは、例えば、アライメント放射ビームの振幅を変調する。代替的には、変調器６０ａ乃至６０ｄは、図６を参照して以下で説明するように、アライメント放射ビームの位相を変調してもよい。変調器６０ａ乃至６０ｄは、例えば、各アライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄに変調ドライバ電流を提供してもよい。代替的には、変調器６０ａ乃至６０ｄは各アライメント放射ビーム源に変調電圧を提供してもよい。変調器６０ａ乃至６０ｄは各アライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄに異なる変調を適用する。変調器６０ａ乃至６０ｄによって適用される変調に関する情報は、位相感応性信号ディテクタ８０に提供される。位相感応性信号ディテクタ８０は、例えば、ロックイン増幅器を備えていてもよい。位相感応性信号ディテクタ８０に提供される変調情報は、例えば、各アライメント放射ビーム源に提供される変調の周波数及び位相を含んでいてもよい。

[00116] 互いに対して約１８０度回転されたアライメントマークの２つの画像が結像ディテクタ１６において形成される。結像ディテクタ１６は、アライメントマークの２つの画像の強度照度の空間分布を検出する。これは複合画像と称され得る。結像ディテクタ１６は、アライメントマークの２つの画像の強度照度の空間分布を示す出力信号を、位相感応性信号ディテクタ８０に提供する。結像ディテクタ１６は、例えば、フォトダイオード、フォトダイオードのアレイ、ＣＣＤデバイス、又は画像を検出することのできる任意の他のディテクタであり得る。１つよりも多くの結像ディテクタ１６が提供されてもよい。

[00117] 位相感応性信号ディテクタ８０は、結像ディテクタ１６によって提供される出力信号を受信するように、且つ変調器６０ａ乃至６０ｄによって提供された変調情報を用いて結像ディテクタ１６で形成された複数のアライメントマーク画像を判別するように構成されている。つまり、位相感応性信号ディテクタ８０は、結像ディテクタ１６及び変調器６０ａ乃至６０ｄから入力信号を受信するとともに、結像ディテクタ１６によって検出されたアライメントマークの画像を変調を用いて判別する。アライメントマーク画像の判別はアライメント放射ビーム源６０ａ乃至６０ｄの変調に基づいている。アライメントマークの画像は、アライメントマーク画像を産出したアライメント放射ビームに従って判別される。

[00118] よって、例えば、変調器６０ａはアライメント放射ビーム源２ａに変調を適用する。アライメント放射ビーム源２ａは変調されたアライメント放射ビームを光ファイバ３ａを通じて放出する。光ファイバ３ａはファイバカプラ９０によって他の光ファイバ３ｂ乃至３ｄと結合されて単一の光ファイバ３になる。単一の光ファイバ３は、図２の破線７０によって表されたコンポーネントにアライメント放射ビームを提供する。アライメント放射ビームは、図２の破線７０によって表されたコンポーネントを出て、基板Ｗ上のアライメントマークに入射する。アライメント放射ビームは次いで、図２の破線７０によって表されたコンポーネントに再進入する。アライメント放射ビームは、図２の破線７０によって表されたコンポーネントを出て、結像ディテクタ１６に入射する。結像ディテクタ１６は、各アライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄが放出したアライメント放射ビームによって形成されたアライメントマークの２つの画像の強度照度の空間分布を示す出力信号を、位相感応性信号ディテクタ８０に提供する。変調器６０ａは変調情報を位相感応性信号ディテクタ８０に提供する。位相感応性信号ディテクタ８０は、変調器６０ａによって提供された変調情報を用いて、アライメント放射ビーム源２ａが放出したアライメント放射ビームによって形成されたアライメントマークの画像を、他のアライメント放射ビーム源２ｂ乃至２ｄが放出したアライメント放射ビームによって形成されたアライメントマーク画像と判別する。位相感応性信号ディテクタ８０は、判別されたアライメントマーク画像を示す出力信号を、プロセッサＰＲに提供する。プロセッサＰＲは、判別されたアライメントマーク画像を分析してアライメントシステムに対するアライメントマークの位置を決定するように構成されている。

[00119] 互いに対して約１８０度回転されたアライメントマークの２つの画像を産出するのに寄与するアライメントシステムのコンポーネントは、第１のシステムと称され得る。例えば、第１のシステムは、アライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄと、光ファイバ３ａ乃至３ｄと、ファイバカプラ９０と、光ファイバ３と、図２の破線７０によって表されたコンポーネントとを備えていてもよい。第１のシステムは他のコンポーネントを備えていてもよい。２つの画像の強度照度の空間分布からアライメントマークの位置を決定するために用いられるアライメントシステムのコンポーネントは、第２のシステムと称され得る。つまり、第２のシステムは、変調器６０ａ乃至６０ｄと、結像ディテクタ１６と、位相感応性信号ディテクタ８０と、プロセッサＰＲとを備え得る。第２のシステムは他のコンポーネントを備えていてもよい。

[00120] 一実施形態においては、アライメント放射ビームに対する変調は、アライメント放射ビームがアライメント放射ビーム源によって放出された後で提供されてもよい。つまり、アライメント放射ビーム源を変調することに代えて、外部変調器を用いてアライメント放射ビームを変調してもよい。図５は、本発明のそのような一実施形態によるアライメントシステムの概略的な図示である。アライメント放射ビーム源２が、４つのアライメント放射ビームを４つの外部変調器６０ａ乃至６０ｄに提供する。図５の例においては、１つのアライメント放射ビーム源２が４つの外部変調器６０ａ乃至６０ｄに結合されており、これらの変調器が４つの光ファイバ３ａ乃至３ｄにそれぞれ結合されている。アライメント放射ビーム源２は、例えば、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、レーザ、又はアライメントシステムのためにアライメント放射ビームを提供する任意の他の適当な手段であってもよい。より多数又はより少数のアライメント放射ビーム源、外部変調器、及び光ファイバが用いられてもよい。

[00121] アライメント放射ビーム源２は、ある範囲の波長にわたる放射、例えば４００乃至１０００ｎｍの範囲内の放射を提供することができてもよい。他の波長が用いられてもよい。アライメント放射ビーム源２は、各々が異なる波長を有するアライメント放射ビームを外部変調器６０ａ乃至６０ｄに提供するように構成されている。外部変調器６０ａ乃至６０ｄの使用は、複数のアライメント放射ビーム源ではなく単一のアライメント放射ビーム源２が使用されることを可能にする。これは、アライメント放射ビームが発生されている最中にではなく放出された後で変調されるからである。

[00122] 外部変調器６０ａ乃至６０ｄは、アライメント放射ビームに変調を適用するように構成されている。外部変調器６０ａ乃至６０ｄは各アライメント放射ビームを異なる周波数及び位相で変調する。例えば、変調器６０ａは、第１の周波数及び第１の位相を有する変調を、光ファイバ３ａによって搬送されるアライメント放射ビームに提供する。別の変調器６０ｂは、第２の周波数及び第２の位相を有する変調を、光ファイバ３ｂによって搬送されるアライメント放射ビームに提供する。外部変調器６０ａ乃至６０ｄは、例えばチョッパホイールのような光チョッパを備えていてもよい。外部変調器６０ａ乃至６０ｄは、電気光学変調器又は音響光学変調器を備えていてもよい。外部変調器６０ａ乃至６０ｄからの変調情報は位相感応性信号ディテクタ８０に提供される。

[00123] いったん変調されると、アライメント放射ビームは光ファイバ３ａ乃至３ｄを通過する。光ファイバ３ａ乃至３ｄはファイバカプラ９０を介して結合されて単一の光ファイバになる。その単一の光ファイバは次いで２つの光ファイバ３ｅ，３ｆに分割される。第１の光ファイバ３ｅはアライメント放射をブロック７０によって表されるコンポーネント（すなわち図２で破線７０内に図示されたコンポーネント）の方へと輸送する。ブロック７０によって表されたコンポーネントを出たアライメント放射ビームは結像ディテクタ１６に入射する。第２の光ファイバ３ｆはアライメント放射を結像ディテクタ１６に直接輸送する。

[00124] 図５の例においては、結像ディテクタ１６はバランス型フォトディテクタである。バランス型フォトディテクタは、例えば、フォトダイオード、フォトダイオードのアレイ、ＣＣＤデバイス、ＣＭＯＳデバイス、又は画像を検出することのできる任意の他のディテクタであり得る。バランス型フォトディテクタはアライメント放射の２つのビームを２つの異なる入力として受信し得る。例えば、バランス型フォトディテクタは、第１及び第２の入力を互いに独立して受信するように構成された２つの独立した放射感応性ディテクタエリアを備えていてもよい。バランス型フォトディテクタは、光ファイバ３ｆからのアライメント放射のビームを第１の入力として受信し、ブロック７０によって表されるコンポーネントからのアライメントマークの画像を第２の入力として受信するように構成されている。例えば、単一の画素が光ファイバ３ｆからアライメント放射のビームを受信してもよく、その一方で独立した画素のアレイがアライメントマークの画像を受信してもよい。バランス型フォトディテクタは、２つの入力の差を示す出力信号を位相感応性信号ディテクタ８０に提供するように構成されている。例えば、バランス型フォトディテクタに提供される両方の入力に存在する、アライメント放射ビーム源２及び／又は外部変調器６０ａ乃至６０ｄに起因する雑音は、バランス型フォトディテクタによって低減され得る。バランス型フォトディテクタは、信号対雑音比が向上された出力信号を位相感応性信号ディテクタ８０に提供し得る。バランス型フォトディテクタは、本発明の他の実施形態との関連においても用いられ得る。

[00125] 位相感応性信号ディテクタ８０は、結像ディテクタ１６からの出力信号を受信するとともに、変調器６０ａ乃至６０ｄからの出力信号を受信する。位相感応性信号ディテクタ８０は、結像ディテクタ１６によって検出されたアライメントマーク画像を判別し、判別されたアライメントマーク画像を示す出力信号をプロセッサＰＲに提供する。プロセッサＰＲは、判別されたアライメントマーク画像を分析してアライメントシステムに対するアライメントマークの位置を決定するように構成されている。プロセッサＰＲは、アライメントシステムに対する基板Ｗの各位置について結像ディテクタ１６からの出力画像を受信する。各出力画像は、アライメントマークＰ１の第１及び第２の画像の強度照度の空間分布であると考えられてもよい。２つの重なり合った画像の強度照度の空間分布は、アライメントマークＰ１がアライメントシステムＡＳと整列される基板Ｗの位置を決定するべく、プロセッサＰＲによって分析される。これは例えば、第１及び第２の画像が互いに最も完全に重なり合う位置に対応し得る。

[00126] 互いに対して約１８０度回転されたアライメントマークの２つの画像を生成するのに寄与するアライメントシステムのコンポーネントは、第１のシステムと称され得る。例えば、第１のシステムは、アライメント放射ビーム源２と、光ファイバ３ａ乃至３ｄと、ファイバカプラ９０と、光ファイバ３ｅと、図２の破線７０によって表されたコンポーネントとを備えていてもよい。第１のシステムは他のコンポーネントを備えていてもよい。２つの画像の強度照度の空間分布からアライメントマークの位置を決定するために用いられるアライメントシステムのコンポーネントは、第２のシステムと称され得る。つまり、第２のシステムは、変調器６０ａ乃至６０ｄと、光ファイバ３ｆと、結像ディテクタ１６と、位相感応性信号ディテクタ８０と、プロセッサＰＲとを備え得る。第２のシステムは他のコンポーネントを備えていてもよい。

[00127] 一実施形態においては、アライメント放射ビームの位相が変調されてもよい。図６は、本発明のそのような一実施形態によるアライメントシステムの概略的な図示である。アライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄは、アライメント放射ビームをビームスプリッタ６ａ乃至６ｄに提供する。個別の放射源２ａ乃至２ｄに代えて、ある範囲にわたる波長の放射、例えば４００乃至１０００ｎｍの範囲内の放射を提供することのできる単一のアライメント放射ビーム源２が提供されてもよい。他の波長が用いられてもよい。アライメント放射ビームは光ファイバ３ａ乃至３ｄとリフレクタ１００ａ乃至１００ｄとに分割される。光ファイバ３ａ乃至３ｄを通過するアライメント放射ビームは結合されて単一のアライメント放射ビームとなり、図２の破線７０によって表されたコンポーネントに提供される。リフレクタ１００ａ乃至１００ｄから反射されたアライメント放射ビームは位相変調器１１０ａ乃至１１０ｄへと伝わる。これらのアライメント放射ビームは、参照アライメント放射ビーム１１５ａ乃至１１５ｄと称され得る。位相変調器１１０ａ乃至１１０ｄは、参照アライメント放射ビーム１１５ａ乃至１１５ｄの位相を変調するように構成されている。位相変調器１１０ａ乃至１１０ｄは音響光学変調器を備えていてもよい。位相変調器１１０ａ乃至１１０ｄは、例えばポッケルスセルのような、電気光学変調器を備えていてもよい。

[00128] 位相変調器１１０ａ乃至１１０ｄは変調器６０ａ乃至６０ｄによって駆動される。変調器６０ａ乃至６０ｄは位相変調器１１０ａ乃至１１０ｄに変調電子信号を提供してもよく、この変調電子信号は位相変調器に参照アライメント放射ビーム１１５ａ乃至１１５ｄの位相を変調させる。変調情報は変調器６０ａ乃至６０ｄによって位相感応性信号ディテクタ８０に提供される。位相感応性信号ディテクタ８０は、例えば、ロックイン増幅器を備えていてもよい。位相変調器１１０ａ乃至１１０ｄによって変調された参照アライメント放射ビーム１１５ａ乃至１１５ｄは、リフレクタ１００ｅ乃至１００ｈにそれぞれ入射する。リフレクタ１００ｅ乃至１００ｈは参照アライメント放射ビーム１１５ａ乃至１１５ｄをビームコンバイナ１２０の方へと誘導する。ビームコンバイナ１２０は、アライメント放射ビームを参照アライメント放射ビーム１１５ａ乃至１１５ｄと合成して、合成ビーム１３０を形成する。合成ビーム１３０は結像ディテクタ１６に入射する。結像ディテクタ１６は、例えば、フォトダイオード、フォトダイオードのアレイ、ＣＣＤデバイス、又は画像を検出することのできる任意の他のディテクタであり得る。１つよりも多くの結像ディテクタ１６が提供されてもよい。

[00129] 結像ディテクタ１６では、参照アライメント放射ビーム１１５ａ乃至１１５ｄと同じ波長を有するアライメント放射ビームとの間で干渉が発生する。結像ディテクタ１６においてアライメントマークの２つの重なり合った画像を形成するアライメント放射ビーム間では、有意な干渉は発生しない。参照アライメント放射ビーム１１５ａ乃至１１５ｄとアライメント放射ビームとは、干渉するためには、互いにコヒーレントであってもよい。ここで用いられる「コヒーレント」という語は、アライメント放射ビームと同じ波長及び偏光を有する参照アライメント放射ビームとが結像ディテクタ１６において互いに干渉し得ることを示そうとするものである。「コヒーレント」という語は、アライメント放射ビーム源が長いコヒーレンス長を有することを示そうとするものではない。

[00130] 長いコヒーレンス長を有する放射源は、例えばスペックルなどの干渉効果がアライメントシステムを用いて行われる測定の精度を低下させ得るので、アライメントシステムとの使用には不適当であろう。そのため、非コヒーレントなアライメント放射ビーム源が好適である。もっとも、アライメントシステムは非コヒーレントなアライメント放射ビーム源との使用のみに限定されるものではなく、レーザなどの長いコヒーレンス長を有するアライメント放射ビーム源が用いられ得ることは理解されるべきである。参照アライメント放射ビームの光路長はアライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄのコヒーレンス長以内でアライメント放射ビームの光路長と均等であってもよい。つまり、参照アライメント放射ビームとアライメント放射ビームとの光路長の差は、アライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄのコヒーレンス長未満であってもよい。参照アライメント放射ビーム及びアライメント放射ビームの光路は、例えば、マッハツェンダ干渉計のアームであると考えられてもよい。

[00131] アライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄは、例えば、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、レーザ、又はアライメントシステムのためにアライメント放射ビームを提供する任意の他の適当な手段であってもよい。アライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄは短いコヒーレンス長を有するものと見なされてもよく、一例としては、例えば１０μｍなど１００μｍ未満のコヒーレンス長を有するＬＥＤであってもよい。もっとも、実用においては、どんな放射源もいくらかのコヒーレンスを有する。参照アライメント放射ビーム及びアライメント放射ビームの光路長は、アライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄが例えば１００μｍ未満の短いと考えられるコヒーレンス長を有していても結像ディテクタ１６において参照アライメント放射ビームとアライメント放射ビームとの間で干渉が発生することを保証するように設計されてもよい。

[00132] 参照アライメント放射ビームとアライメント放射ビームとの間の干渉は、位相変調を、重なり合ったアライメントマーク画像の強度照度の空間分布の変調として結像ディテクタ１６によって検出される振幅変調に変換する。結像ディテクタ１６によって検出される２つの重なり合ったアライメントマーク画像の強度照度の空間分布は、参照アライメント放射ビームと同じ波長を共有するアライメント放射ビームとの間の干渉に依存する。参照アライメント放射ビームと同じ波長を共有するアライメント放射ビームとの間の干渉は、参照アライメント放射ビームの位相の変調に依存する。したがって、結像ディテクタ１６によって検出される特定の波長を有する放射の強度照度は、その特定の波長を有する参照アライメント放射ビームの位相の変調に依存する。

[00133] 結像ディテクタ１６によって検出されるアライメントマークの複合画像はそれでもなお、２つの重なり合った画像の非干渉和を介して形成される。しかしながら、結像ディテクタ１６によって検出される２つの画像の強度照度は、それらの各参照アライメント放射ビームの位相変調に応じて変化する。つまり、干渉が発生するのは、アライメント放射ビームと同じ波長及び偏光を有する参照アライメント放射ビームとの間のみである。参照アライメント放射ビームは、アライメントマークに関する情報を何ら含まない。当業者には、結像ディテクタ１６においてアライメント放射ビームと参照アライメント放射ビームとの間で干渉が発生するためには、アライメントシステムを設計するときに放射ビームの波長、偏光、コヒーレンス長、及び光路長が考慮されなければならないことが理解されるであろう。例えば、第１の設計を有するアライメントシステムは、約５００μｍのコヒーレンス長を有するアライメント放射ビーム源を備えていてもよく、アライメント放射ビームの光路長と参照アライメント放射ビームの光路長とは５００μｍ未満の差を有していてもよい。第２の設計を有する別のアライメントシステムは、約１０μｍのコヒーレンス長を有するアライメント放射ビーム源を備えていてもよく、アライメント放射ビームの光路長と参照アライメント放射ビームの光路長とは１０μｍ未満の差を有していてもよい。

[00134] 結像ディテクタ１６は、結像ディテクタ１６で形成されるアライメントマークの２つの画像の強度照度の空間分布を示す出力信号を、位相感応性信号ディテクタ８０に提供する。位相感応性信号ディテクタ８０は、結像ディテクタ１６からの出力信号を受信するとともに、変調器６０ａ乃至６０ｄからの出力信号を受信する。位相感応性信号ディテクタ８０は、結像ディテクタ１６によって検出されたアライメントマーク画像を判別し、判別されたアライメントマーク画像を示す出力信号をプロセッサＰＲに提供する。プロセッサＰＲは、判別されたアライメントマーク画像を分析してアライメントシステムに対するアライメントマークの位置を決定するように構成されている。プロセッサＰＲは、アライメントシステムに対する基板Ｗの各位置について結像ディテクタ１６からの出力画像を受信する。各出力画像は、アライメントマークＰ１の第１及び第２の画像の強度照度の空間分布であると考えられてもよい。２つの画像の強度照度の空間分布は、アライメントマークＰ１がアライメントシステムＡＳと整列される基板Ｗの位置を決定するべく、プロセッサＰＲによって分析される。これは例えば、第１及び第２の画像が互いに最も完全に重なり合う位置に対応し得る。

[00135] 互いに対して約１８０度回転されたアライメントマークの２つの画像を産出するのに寄与するアライメントシステムのコンポーネントは、第１のシステムと称され得る。例えば、第１のシステムは、アライメント放射ビーム源２ａ乃至２ｄと、光ファイバ３ａ乃至３ｄと、ファイバカプラ９０と、光ファイバ３と、図２の破線７０によって表されたコンポーネントとを備えていてもよい。第１のシステムは他のコンポーネントを備えていてもよい。２つの画像の強度照度の空間分布からアライメントマークの位置を決定するために用いられるアライメントシステムのコンポーネントは、第２のシステムと称され得る。すなわち、第２のシステムは、リフレクタ６ａ乃至６ｄと、リフレクタ１００ａ乃至１００ｈと、位相変調器１１０ａ乃至１１０ｄと、変調器６０ａ乃至６０ｄと、ビームコンバイナ１２０と、結像ディテクタ１６と、位相感応性信号ディテクタ８０と、プロセッサＰＲとを備え得る。第２のシステムは他のコンポーネントを備えていてもよい。

[00136] アライメントシステムに提供されるアライメント放射ビーム源の数は、４つより多くてもよいし又は少なくてもよい。アライメントシステムに提供されるアライメント放射ビームの数は、４つより多くてもよいし又は少なくてもよい。アライメントシステムに提供される変調器の数は、４つより多くてもよいし又は少なくてもよい。アライメントシステムに提供される光ファイバの数は、本明細書において図示される実施形態例に示される光ファイバの数より多くてもよいし又は少なくてもよい。提供される結像ディテクタの数は、本明細書において図示される実施形態例に示される結像ディテクタの数より多くてもよいし又は少なくてもよい。結像ディテクタはバランス型結像フォトディテクタであってもよい。

[00137] 異なる波長の照明が用いられ各極が異なる放射ビーム源を用いて発生される一実施形態においては、放射ビーム源の数はそれに従ってスケーリングされ得る。例えば、４つの異なる極を４つの異なる波長で発生させるために１６の放射ビーム源（例えばＬＥＤ）が用いられてもよい。そのような一実施形態においては、異なる波長で動作する４つの放射ビーム源が単一の光ファイバと結合され、この光ファイバがアライメント放射を１つのアライメントビーム極として送出してもよい。それらの波長で動作する異なる放射ビーム源が単一の光ファイバと結合され、この光ファイバがアライメント放射を別の１つのアライメントビーム極として送出してもよい。一般に、任意の数の波長が用いられ得る。

[00138] 例えば上記で言及したＬＥＤなど、アライメント放射の任意の適当な放射源が用いられ得る。アライメント放射ビーム源は、アライメントシステム内で発生する望ましくない反射によって引き起こされる干渉効果を回避するために、非コヒーレントであってもよい。そのような干渉は結像ディテクタ１６において有意なスペックルを引き起こし得るものであり、これは、アライメントシステムＡＳを用いて得られる測定の精度を低下させ得る。ここで用いられる「有意なスペックル」という用語は、アライメントシステムの精度に悪影響を及ぼすであろう量のスペックルを示そうとするものである。当業者には、アライメントシステム内で有意なスペックルが発生することを回避するアライメント放射ビーム源のコヒーレンス長の範囲が当該アライメントシステムの特徴に依存することが理解されるであろう。自己参照光学系８は、偏光を分離して、略直交する偏光を有する２つのアライメントマーク画像を生成する。この偏光の分離は、アライメント放射がいくらかのコヒーレンスを含む場合であっても、アライメントマーク画像間の干渉を回避するのに十分な程度に完全であり得る。したがって、いくつかの実施形態においては、レーザがアライメント放射ビーム源として用いられてもよい。

[00139] 概して、アライメントシステムは、アライメントマーク画像の非干渉和が結像ディテクタ１６において提供されるのであれば、任意の適当な放射源を用い得る。つまり、アライメントマーク画像は結像ディテクタ１６において、画像間で有意な干渉が発生することなく、足し合わせられる。「有意な干渉」という用語は、アライメントシステムがアライメントマークの位置を決定する精度に対して悪影響を有する干渉を意味するものと解釈され得る。

[00140] 一実施形態においては、結像ディテクタは、基板Ｗが存在している環境の外部に位置していてもよい。その場合、光ファイバのアレイが、アライメント放射ビームを受信し次いでそのアライメント放射ビームを結像ディテクタへと輸送するように配置されていてもよい。この配置の利点は、結像ディテクタが制御環境の外部にあり、容易にアクセス可能であるということである。また、結像ディテクタからのアウトガスに起因する汚染が回避される。さらに、結像ディテクタからの熱の除去がより簡単になる。

[00141] 一実施形態においては、アライメントマークＰ１のｘ方向位置を決定するために基板をｘ方向に移動させ、次いでｙ方向位置を決定するために基板をｙ方向に移動させる代わりに、基板が対角線的（例えばｘ＝ｙ方向）に移動されてもよい。その場合、プロセッサＰＲは、結像ディテクタ１６から出力された画像を分析して、アライメントマークＰ１のｘ方向位置及びｙ方向位置の両方を決定し得る。

[00142] 本発明の説明した実施形態はｘ方向及びｙ方向に広がる格子を備えたアライメントマークＰ１を用いるが、他の形態のアライメントマークが用いられてもよい。自己参照光学系８は自己参照型であるから、アライメントマークは、アライメントマークの位置を決定するとき、自己に対して参照される。これは、アライメントマークが特定の形態に制約されないことを意味している。結像ディテクタが撮像センサ自体に固定されたマークを備えておりアライメントマーク画像の位置がその固定されたマークと比較される従来技術のアライメントシステムと比べて、これは有利である。例えば、従来技術のシステムにおいては、２つの非透過性のバーが結像ディテクタに設けられており、それらの２つのバーに対するアライメントマーク画像の位置が決定される。これは、アライメントマーク画像の位置とバーの位置との比較を可能にする形態を有するアライメントマークに依存する。これとは対照的に、本発明の実施形態は、アライメントマークをそれ自体によって参照するので、結像ディテクタにバー又は他のフィーチャが設けられることを要さない。１８０°の回転について対称的なマークであればどんなマークであっても、自己参照光学系の作用によって、そのマークの位置を決定するために用いられ得る一対の画像を形成するであろう。本発明の実施形態は結像ディテクタ１６を用いるので、アライメントマークの種類の事前知識は不要である。プロセッサＰＲは、結像ディテクタ１６で受信した画像を分析することによってアライメントマークの種類を決定できるとともに、（上述したように）受信した画像の重なり合いを見ることによってアライメントマークの整列された位置を決定できる。このように、本発明の実施形態は、アライメントマークの種類に関して高い柔軟性を提供する。

[00143] 本発明の実施形態によって用いられるアライメントマークは小さくてもよく、例えば約１０ミクロン×１０ミクロン又はそれよりも小さい寸法をとる。こうした小さなアライメントマークは（上述したように）アライメント放射ビームスポットによって容易に過充填され得るものであり、それによって関心領域（すなわちアライメントマークの画像）の簡単な選択が可能になる。小さなアライメントマークを用いることは有利である。なぜなら、アライメントマークが基板上でより少ない空間を占め、したがってより多くの空間が集積回路などの製品のために使用されることが可能になるからである。

[00144] 本発明の図示された実施形態は偏光ビームスプリッタ及び一対のコーナーキューブリフレクタを備えた自己参照光学系を用いるが、任意の形態の自己参照光学系が用いられ得る。例えば、マッハツェンダ構成を有するが１つのアームにおける画像回転を含む自己参照光学系が用いられてもよい。「自己参照光学系」という用語は物体の２つの画像を提供する光学系を意味するものと解釈されてもよく、これらの画像の相対位置は物体に対する光学系の位置に依存する。画像のうち一方は他方の画像に対して回転されてもよい。

[00145] 図２に図示されるような偏光ビームスプリッタ６を用いることは、アライメントマークを照明し反射された放射をディテクタの方に誘導することの一例に過ぎない。別の一例においては、約５０％を反射し放射偏光に依存しないビームスプリッタが用いられてもよい。この例においては、アライメント放射の７５％が、アライメント放射の５０％の初期反射とそれに次ぐ反射されたアライメント放射の５０％の透過との組み合わせを介して失われるであろう。偏光を判別しないこのような配置が用いられる場合には、上述した波長の変調と類似の手法で偏光の変調が用いられてもよい。これは、アライメント放射の異なる偏光によって生成されたアライメントマーク画像がプロセッサＰＲによって受信され分析されることを可能にする。

[00146] 上記の説明で参照されたレンズ２０，２１，２６のうち１つ以上は、複数の光学素子を備えていてもよい。光学素子は（図示するように）回折性であってもよく、又は反射性であってもよい。

[00147] 一実施形態においては、例えば異なる波長によって生成された異なる画像の強度照度のバリエーションは、各波長について結像ディテクタ１６全体で受信したアライメント放射の強度照度の平均を用いて補正されてもよい。

[00148] 本発明の実施形態は米国特許第６，９６１，１１６号に記載された方法及び／又は装置を使用し得るものであり、同文献は参照により本明細書に組み込まれる。本発明の実施形態は国際公開第２０１４／０２６８１９号に記載された方法及び／又は装置を使用し得るものであり、同文献は参照により本明細書に組み込まれる。本発明の実施形態は国際公開第２０１４／０６８１１６号に記載された方法及び／又は装置を使用し得るものであり、同文献は参照により本明細書に組み込まれる。

[00149] 一実施形態においては、本発明によるアライメントシステムはメトロロジ（計測）装置の一部を形成してもよい。メトロロジ装置は、基板上に既に存在するパターンに対する基板上のレジストに形成された投影されたパターンのアライメントを測定するために用いられてもよい。この相対的アライメントの測定は、オーバーレイと称され得る。メトロロジ装置は、例えばリソグラフィ装置にすぐ隣接して位置していてもよく、基板（及びレジスト）が処理される前にオーバーレイを測定するために用いられてもよい。

[00150] 本文中では、リソグラフィ装置の文脈における本発明の実施形態を特に参照しているかもしれないが、本発明の実施形態は他の装置において用いられてもよい。本発明の実施形態は、マスク検査装置、メトロロジ装置、あるいはウェーハ（若しくは他の基板）若しくはマスク（若しくは他のパターニングデバイス）などの物体を測定又は加工する任意の装置の一部を形成してもよい。これらの装置は概してリソグラフィツールと称され得る。そのようなリソグラフィツールは、真空状態又は大気（非真空）状態を利用し得る。

[00151] 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について特に言及しているが、本明細書に記載のリソグラフィ装置は、他の用途を有してもよいことを理解されたい。可能な他の用途には、集積光学システム、磁気メモリの誘導及び検出パターン、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の製造である。

[00152] 光リソグラフィの分野での本発明の実施形態の使用に特に言及してきたが、本発明は文脈によってはその他の分野、例えばインプリントリソグラフィでも使用することができ、光リソグラフィに限定されないことを理解されたい。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイス内のトポグラフィが基板上に作成されたパターンを画定する。パターニングデバイスのトポグラフィは基板に供給されたレジスト層内に刻印され、電磁放射、熱、圧力又はそれらの組み合わせを印加することでレジストは硬化する。パターニングデバイスはレジストから取り除かれ、レジストが硬化すると、内部にパターンが残される。本発明の実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらのいずれかの組み合わせにおいて実施可能である。また、本発明の実施形態は、１つ以上のプロセッサによって読み取り及び実行され得る機械読み取り可能媒体上に記憶された命令としても実施することができる。機械読み取り可能媒体は、機械（例えばコンピューティングデバイス）によって読み取り可能な形態の情報を記憶又は送信するためのいずれかの機構を含み得る。例えば、機械読み取り可能媒体は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、電気、光、音、又は他の形態の伝搬信号（例えば搬送波、赤外線信号、デジタル信号等）、及び他のものを含むことができる。さらに、一定の動作を実行するものとして本明細書ではファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令を記載することができるが、そのような記載は単に便宜上のものであり、そういった動作は実際には、コンピューティングデバイス、プロセッサ、コントローラ、又はファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令等を実行する他のデバイスから得られることは認められよう。

[00153] 以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、本発明は、説明したものとは別の方法で実施することができることが理解されよう。上記の説明は例示的なものであり、限定するものではない。したがって、以下に示す特許請求の範囲から逸脱することなく、記載された本発明に対して改変を加えることができることは、当業者には明らかであろう。

Claims (15)

1. アライメントマークの位置を決定するアライメントシステムであって、
   互いに対して約１８０度回転された前記アライメントマークの２つの重なり合った画像を生成するように構成された第１のシステムと、
   前記２つの重なり合った画像の強度照度の空間分布を含む合成画像から前記アライメントマークの前記位置を決定するように構成された第２のシステムと、
   を備え、前記合成画像は、前記２つの重なり合った画像の非コヒーレントな和によって形成されるアライメントシステム。
2. 前記第１のシステムは、前記アライメントマークをアライメント放射ビームで照明するように構成された非コヒーレントなアライメント放射ビーム源を備える、請求項１のアライメントシステム。
3. 前記第１のシステムは、前記アライメントマークをアライメント放射ビームで過充填するように構成された光学部品を備える、請求項１又は請求項２のアライメントシステム。
4. 前記第２のシステムは、前記アライメントマークの前記２つの重なり合った画像の前記強度照度の前記空間分布を検出するとともに前記アライメントマークの前記２つの重なり合った画像の前記強度照度の前記空間分布を示す出力信号を提供するように構成された結像ディテクタを備える、請求項１乃至３のいずれか一項のアライメントシステム。
5. 前記第２のシステムは、前記アライメントシステムに対する前記アライメントマークの複数の異なる位置について前記２つの重なり合った画像の前記強度照度の前記空間分布を分析することによって前記アライメントマークの前記位置を決定するように構成されたプロセッサを備える、請求項１乃至４のいずれか一項のアライメントシステム。
6. 前記第１のシステムは、前記アライメントマークを照明し前記アライメントマークの複数の画像を産出するアライメント放射ビームを提供するように構成された複数のアライメント放射ビーム源を備える、請求項１乃至５のいずれか一項のアライメントシステム。
7. 前記複数のアライメント放射ビーム源は、異なる波長のアライメント放射ビームを放出するように構成されている、請求項６のアライメントシステム。
8. 前記複数のアライメント放射ビーム源は、瞳面内で異なる位置を有する別々のアライメント放射ビームを提供するように構成されている、請求項６又は請求項７のアライメントシステム。
9. 前記複数のアライメント放射ビーム源は変調される、請求項６乃至８のいずれか一項のアライメントシステム。
10. 前記第１のシステムは、前記アライメントマークを複数のアライメント放射ビームで照明するように構成された１つ以上のアライメント放射ビーム源と、アライメント放射ビームを変調するように構成された変調器と、を備える、請求項１のアライメントシステム。
11. 前記第２のシステムは、第１のアライメント放射ビームの前記変調を示す信号を受信し、第２のアライメント放射ビームの前記変調を示す信号を受信し、前記第１のアライメント放射ビームによって形成された前記２つの重なり合った画像の前記強度照度の前記空間分布及び前記第２のアライメント放射ビームによって形成された前記２つの重なり合った画像の前記強度照度の前記空間分布を示す信号を受信し、前記第１のアライメント放射ビームによって形成された前記２つの重なり合った画像と前記第２のアライメント放射ビームによって形成された前記２つの重なり合った画像とを判別するように構成された位相感応性信号ディテクタを備える、請求項９又は請求項１０のアライメントシステム。
12. 前記第１のシステムはバランス型フォトディテクタを備える、請求項１乃至１１のいずれか一項のアライメントシステム。
13. ４つのアライメント放射ビーム源が設けられており、前記アライメント放射ビーム源はそれぞれ、四極照明モードのうちの１極としてアライメント放射ビームを提供するように構成されている、請求項８乃至１２のいずれか一項のアライメントシステム。
14. 基板を保持する基板テーブルと、
    前記基板テーブルによって保持された基板上のアライメントマークの位置を決定する、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のアライメントシステムと、
    を備えるリソグラフィ装置。
15. アライメントマークの位置を決定する方法であって、
    互いに対して約１８０度回転された前記アライメントマークの２つの重なり合った画像を生成することと、
    前記２つの重なり合った画像の強度照度の空間分布を含む合成画像から前記アライメントマークの前記位置を決定することと、
    を備え、前記合成画像は、前記２つの重なり合った画像の非コヒーレントな和によって形成される方法。