JP6957728B2 - アライメント測定システム - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
[0001] 本願は、２０１７年８月１６日出願の欧州出願第１７１８６４４３．２号及び２０１８年２月２２日出願の欧州出願第１８１５８０９４．５号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0002] 本発明は、オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための方法及び装置に関し、フィーチャはオブジェクトの頂部表面の下方、上、又は近傍に配設される。特に、ただし排他的ではないが、本発明は、アライメント測定システムを使用するアライメントマークの位置の決定に関し得る。本発明は、例えば、リソグラフィ装置内のアライメントシステム又は他の位置測定システムの一部を形成し得る。

[0003] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に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。このような場合、代替的にマスク又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の個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、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）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが付与される隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行に同期的にスキャンしながら、パターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、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。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することが可能である。

[0004] デバイスフィーチャを基板上に正確に配置するようにリソグラフィプロセスを制御するために、一般に、アライメントマークが基板上に提供され、リソグラフィ装置は、基板上のアライメントマークの位置を正確に測定する際に使用可能な１つ以上のアライメント測定システムを含む。これらのアライメント測定システムは、効果的に位置を測定する装置である。様々な異なるタイプのアライメントマーク及び異なるタイプのアライメント測定システムが既知である。一般に、アライメント測定システムは、アライメントマークを測定放射ビームを用いて照射すること、アライメントマークから散乱する測定放射ビームの少なくとも一部を受け取ること、及び、この散乱した放射からアライメントマークの位置を決定することによって、アライメントマークの位置を測定する。

[0005] 特に製品のフィーチャがより小さくなるにつれて、オーバーレイエラーを制御するために、より正確な位置測定を提供することが引き続き求められている。

[0006] 集積回路がシリコンウェーハ上に製作される際に、集積回路の様々な層によってアライメントマークを埋め込むことができる。これらの層の厚み及び光学特性は、集積回路のタイプ及び集積回路を製造するために適用されるプロセスに従って、変動する可能性がある。これらの層の１つ又は多数は不透明であり得、結果として、測定放射ビームは層を介して侵入すること、及びアライメントマークに到達することができない可能性がある。これは、最先端の光学アライメント法にとって大きな障害である。

[0007] 本発明の目的は、本明細書で特定されているか否かに関わらず、従来技術の配置に関連付けられた１つ以上の問題に少なくとも部分的に対処する、オブジェクト内のフィーチャの特徴（例えば、アライメントマークの位置）を決定するのに適した、代替の方法及び装置を提供することである。

[0008] 本発明の第１の態様によれば、オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための装置が提供され、装置は、測定放射を生成するように動作可能な測定放射源と、測定放射を用いてオブジェクトの頂部表面の少なくとも一部を照射するように動作可能な測定放射デリバリシステムと、頂部表面から散乱する測定放射の少なくとも一部を受け取るように動作可能であり、また、頂部表面から散乱する測定放射の少なくとも一部からオブジェクトのフィーチャの特徴を決定するように更に動作可能な、測定システムと、ポンプ放射を生成するように動作可能なポンプ放射源と、オブジェクト内に機械的応答を生成するようにポンプ放射を用いてオブジェクトの頂部表面の少なくとも一部を照射するように動作可能なポンプ放射デリバリシステムとを、備える。

[0009] 本発明の第１の態様に従った装置は、次に考察するように、２つの異なる動作モードでオブジェクトのフィーチャの特徴（例えば、フィーチャの位置）を決定するために使用可能な（位置検出器又はアライメントシステムとして機能し得る）装置を提供する。

[0010] フィーチャは、オブジェクトの頂部表面の上又は下方に配設可能である。

[0011] 本発明の第１の態様に従った装置は、フィーチャから直接散乱した測定放射を使用して、フィーチャの特徴を決定するように動作可能であり得る。これを、第１の動作モードと呼ぶことができる。第１の動作モードは、例えば、フィーチャが頂部表面の上又は近傍に配設されるときに使用可能である。これに関連して、フィーチャが頂部表面の上又は近傍に配設されているということは、測定放射が頂部表面から侵入することが可能なブジェクトの領域内にフィーチャが存在することを意味し得ることを理解されよう。

[0012] 追加又は代替として、本発明の第１の態様に従った装置は、ポンプ放射及び測定放射の両方をポンプ−プローブ配置として使用し、フィーチャの特徴を決定するように動作可能であり得る。第１にポンプ放射は、オブジェクト内に機械的応答を生成するために使用される。機械的応答は、例えば機械的波動とすることができる。こうした機械的波動は、音波、又は、例えば自由電子の拡散などの任意の他の熱伝搬を含むことができることを理解されよう。ポンプ放射によって発生した機械的波動は、オブジェクトを介して伝搬し得、その一部はフィーチャによって散乱され、頂部表面へと戻るように伝搬し得る。その後、測定放射は、フィーチャの１つ以上の特徴を間接的に決定するように、オブジェクトの頂部表面を探査するために使用される。これを、第２の動作モードと呼ぶことができる。第２の動作モードは、例えば、フィーチャが頂部表面の下方に配設されるとき、また特に、不透明材料（例えば、金属から形成される不透明層）が頂部表面とフィーチャとの間に配設されるときに、使用可能である。

[0013] したがって、本発明の第１の態様に従った装置は、第１及び第２の動作モードのうちのいずれか１つで動作可能な配置を提供する。したがって本配置は、任意選択として、典型的には従来技術の位置検出器によって提供される第１の動作モードに加えて第２の動作モードの機能性を提供する。

[0014] 更に、本発明の第１の態様に従った装置は、測定放射デリバリシステム及びポンプ放射デリバリシステムを備える。したがって装置は、２つの異なる放射デリバリシステム（測定放射デリバリシステム及びポンプ放射デリバリシステム）を備える。こうした配置は、次に考察するように、いくつかの理由で、ポンプ放射及び測定放射が共通のデリバリシステムを共有する配置よりも有利である。

[0015] 第２の動作モードにおける動作は、不透明材料が頂部表面とフィーチャとの間に配設されるときでさえ、フィーチャの特徴の測定が可能であるため、有利である。しかしながら、フィーチャが頂部表面の上又は近傍に配設されるとき、第１の動作モードを使用することによってより高い確度が達成可能である。したがって、第１と第２の動作モードの間での切り替えが可能なことが望ましい。第１の動作モードで動作しているとき、ポンプ放射源はオフに切り替えられ、第２の動作モードで動作しているとき、ポンプ放射源はオンに切り替えられる。

[0016] オブジェクト内に機械的波動（例えば、音波）を発生させるために、典型的にはポンプ放射源の強度は高い。次に、ポンプ放射（典型的には、一連のレーザパルスを含む）の典型的な強度は、著しい加熱を生じさせる可能性がある。したがって、第２の動作モードで動作しているとき、ポンプ放射はポンプ放射によって使用されるデリバリシステムの著しい熱膨張を生じさせ得る。しかしながら、第１の動作モードで動作しているとき、こうした加熱、及び結果として生じるポンプ放射によって使用されるデリバリシステムの熱膨張は生じない。ポンプ放射及び測定放射が共通のデリバリシステムを共有する場合、異なるレベルの熱膨張に起因して、第１と第２の動作モードで動作しているときにデリバリシステムにおいて著しい差が存在することになる。次にこれが、測定放射（共通のデリバリシステムを共有する）、及び、散乱した測定放射から導出される決定されたフィーチャの特徴に影響を及ぼす。本発明の第１の態様に従った装置は、この問題を回避する。

[0017] 加えて、別のポンプ放射デリバリシステムを介してポンプ放射を提供することによって、本発明の第１の態様に従った装置は、ポンプ放射源及びポンプ放射デリバリシステムを簡単な方法で既存のアライメントセンサにレトロフィットできるようにする配置を提供する。これにより、費用及び作業を最小限にしながら第２の動作モードの追加の機能性を提供するように、既存のアライメントシステムをアップグレードできるようになる。

[0018] 装置は、位置検出器及び／又はアライメントシステムの一部とすることができる。オブジェクトは、例えばシリコンウェーハとすることができる。フィーチャはアライメントマークとすることができる。アライメントマークは反射格子の形とすることができる。フィーチャの特徴は、例えば一般に頂部表面と平行な平面内でのフィーチャの位置とすることができる。

[0019] 測定システムはセンサ及びプロセッサを備えることができる。センサは、頂部表面から散乱した放射を検出するように、及び、フィーチャの位置に関する情報を含む信号を出力するように、動作可能とすることができる。プロセッサは、センサからの信号を受信できるように、及び、例えば基板テーブルに関して、それに基づいてフィーチャの位置を決定するように、構成可能である。

[0020] 測定放射デリバリシステム及びポンプ放射デリバリシステムの両方を備える装置は、２つの異なる放射デリバリシステム（測定放射デリバリシステム及びポンプ放射デリバリシステム）を備える装置を意味するものと意図されることを理解されよう。これが、測定放射デリバリシステムの少なくとも一部がポンプ放射デリバリシステムの少なくとも一部から離れているか又は別個であることを意味することによって、更に理解されよう。しかしながら、測定放射デリバリシステム及びポンプ放射デリバリシステムは、１つ以上の共通要素を共有できることを理解されよう。代替として、いくつかの実施形態において、測定放射デリバリシステム及びポンプ放射デリバリシステムは、共通要素を共有しない場合がある。これは特に、測定放射デリバリシステム及びポンプ放射デリバリシステムの両方を備える装置とは、オブジェクトに最も近い測定放射デリバリシステムの少なくとも一部が、オブジェクトに最も近いポンプ放射デリバリシステムの少なくとも一部から離れているか又は別個であることを意味するものであると意図される。

[0021] オブジェクト内に機械的応答を発生させるために、ポンプ放射は時間と共に変化する強度を有することができる。例えばポンプ放射は、パルス放射ビームとすることができる。一般に、ポンプ放射は任意の時間変調を有する強度を有することができる。

[0022] 測定放射デリバリシステム及びポンプ放射デリバリシステムは、オブジェクト面におけるポンプ放射の入射角が、オブジェクト面における測定放射の入射角とは異なるように、構成可能である。

[0023] 使用中、装置は、オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するために使用されることを理解されよう。これを達成するために、使用中、オブジェクトは、測定放射デリバリシステムが測定放射を用いてオブジェクトの頂部表面を照射可能なように、及び、ポンプ放射デリバリシステムがポンプ放射を用いてオブジェクトの頂部表面を照射可能なように、配設することができる。オブジェクト面は、オブジェクトの頂部表面が使用中に配設される平面とすることができる。

[0024] ポンプ放射デリバリシステムは、ポンプ放射が非ゼロの入射角でオブジェクト面上に入射するように構成可能である。

[0025] 典型的には、ポンプ−プローブ配置において、ポンプ放射及びプローブ放射の両方がオブジェクト上に法線入射（すなわち、入射角ゼロで入射）する。更に、位置測定システムとの関連において、当業者であれば、オブジェクト内で発生した機械的波動（例えば、音波）は、一般に、オブジェクトの頂部表面に対して垂直に（頂部表面から離れてフィーチャへ、及び頂部表面へと戻るように）伝搬することが重要であることを理解されよう。これにより、フィーチャの形状（例えば、反射回折格子）が、又は少なくともフィーチャの変形コピーについて、頂部表面上の（頂部表面に平行な面における）実質的に同じ位置に再生成できるようになる。当業者であれば、非ゼロの入射角のポンプ放射を用いてオブジェクトの頂部表面を照明することは、頂部表面に対して垂直に伝搬しない機械的波動を生成することであると予想するため、当業者はこれを考慮しないことになる。

[0026] しかしながらこの先入観に反して、本発明の発明者等は、ポンプ放射が非ゼロの入射角で入射する場合であっても、オブジェクト内で励起され発生した音波は、依然としてオブジェクトの頂部表面に対して垂直に進むことに気付いた。これは、（およそ数千ｍ／ｓの）オブジェクト内の音の速さが、光の速さより５桁小さいためである。

[0027] ポンプ放射が非ゼロの入射角でオブジェクト面上に入射するようにポンプ放射デリバリシステムを構成することによって、測定放射がオブジェクト上に法線入射（すなわち、ゼロ入射角で入射）するように測定放射デリバリシステムを構成することができる。これは、特定の回折次数が相互に干渉し合うこと、及び／又は、測定システムが、フィーチャ又は異なるピッチの範囲を伴うアライメントマークのために働くことを、保証するため、有利であり得る。

[0028] ポンプ放射デリバリシステムは光ファイバを含むことができる。

[0029] 装置はコントローラを更に備えることができる。コントローラは、測定放射源及びポンプ放射源を制御するように動作可能であり得る。コントローラは、ポンプ放射源がポンプ放射を生成していない第１の動作モード、又は、ポンプ放射源が少なくとも一部の時間にポンプ放射を生成している第２の動作モードの、いずれかで動作するように動作可能であり得る。

[0030] これに関連して、コントローラが第２の動作モードで動作しているとき、ポンプ放射源はポンプ放射を間欠的に生成している可能性があることを理解されよう。ポンプ放射はパルスレーザビームを含むことができる。

[0031] 測定放射源は、第１の測定放射又は第２の測定放射を生成するように動作可能であり得、コントローラは、測定放射源を制御して第１の動作モードで動作しているときに第１の測定放射を生成するように、及び、測定放射源を制御して第２の動作モードで動作しているときに第２の測定放射を生成するように、動作可能である。

[0032] 典型的には、ポンプ放射源は、様々な異なる材料内部に音波を発生させることが可能な超高速レーザを含むことができる。当業者であれば、これに関連して、超高速レーザという用語は、相対的に小さな時間持続期間を伴うパルスを出力するレーザを意味するものであることを理解されよう。超高速レーザという用語は、およそナノ秒、ピコ秒、フェムト秒又はそれ未満の時間持続期間を伴うパルスを出力するように動作可能なレーザを含むことができる。超高速レーザは、例えば、およそ数十ピコ秒又はそれ未満の時間持続期間を伴うパルスを出力するように動作可能であり得る。こうした超高速レーザは典型的にはモードロックレーザである。第２のモードで動作するとき、測定放射は、ポンプ放射と実質的に同じ時間持続期間を伴うパルスを含むことができる。これは、第２の測定放射とすることができる。第１のモードで動作するとき、測定放射は、ポンプ放射のパルスとは異なる時間持続期間を伴うパルスを含むことができる。

[0033] 測定放射システムがオブジェクトのフィーチャの特徴を決定する、測定放射の角度分布が制御可能であり得る。

[0034] フィーチャは、一般に、複数の回折次数内に測定放射を散乱させるように構成された、反射回折格子の形であり得る。フィーチャの特徴（例えば、フィーチャの位置）に関する情報は、±ｎ次の回折次数に含まれ得、ｎ＝１、２、３・・・である。オブジェクトから散乱される任意の他の放射は、特徴を決定する際の確度に影響を及ぼす可能性のあるこの信号に対するバックグラウンドを形成することができる。信号に対するバックグラウンドを形成し得るこうした散乱放射は、（０次回折ビームを形成すると見なされ得る）任意の鏡面反射及び／又は拡散反射を含むことができる。したがって、鏡面反射ビーム（又は、言い換えれば０次回折ビーム）の方向を中心とする角度範囲内のオブジェクトから散乱する放射をブロックするように配置された０次絞りを提供することが望ましい可能性がある。これは、瞳フィルタと呼ぶことができる。０次絞り又は瞳フィルタは、調整可能であり得る。

[0035] コントローラは、コントローラが第１の動作モードで動作しているときに第１の角度分布から、及び、コントローラが第２の動作モードで動作しているときに第２の角度分布から、オブジェクトのフィーチャの特徴が決定されるように、測定放射システムがオブジェクトのフィーチャの特徴を決定する測定放射の角度分布を制御するように動作可能であり得る。

[0036] コントローラが第２の動作モードで動作しているとき、測定放射はフィーチャを直接探査していないが、フィーチャから散乱する機械的波動によって頂部表面上に形成される信号を探査している。したがって、コントローラが第２の動作モードで動作しているときに測定放射システムによって受信される信号は、コントローラが第１の動作モードで動作しているときに測定放射システムによって受信される信号に比べて減少する可能性がある。したがって、例えば、測定の信号対バックグラウンド比を向上させるように、第２の動作モードで動作しているときに０次ブロックのサイズを増加させることは有利であり得る。

[0037] ノイズに対する測定システムのセンサの感度は制御可能であり得る。

[0038] センサは、頂部表面から散乱する測定放射を検出するように、及び、フィーチャの位置に関する情報を含む信号を出力するように、動作可能であり得る。典型的には、センサはセンシング要素のアレイを備えることができる。センサは、フィードバックレジスタを備え得る制御エレクトロニクスを備えることができる。ノイズに対する測定システムのセンサの感度は、フィードバックレジスタの抵抗に依存することができる。フィードバック抵抗を制御可能にするために、可変レジスタ又はレジスタ及びスイッチのシステムを提供することができる。

[0039] コントローラは、コントローラが第１の動作モードで動作しているときにセンサはノイズに対する第１の感度を有し、コントローラが第２の動作モードで動作しているときにセンサはノイズに対する第２の感度を有するように、ノイズに対する測定システムのセンサの感度を制御するように動作可能であり得る。

[0040] 上記で説明したように、コントローラが第２の動作モードで動作しているときに測定放射システムによって受信される信号は、コントローラが第１の動作モードで動作しているときに測定放射システムによって受信される信号に対して、減少させることができる。したがって、例えば、測定の信号対バックグラウンド比を向上させるように、第２の動作モードで動作しているときに測定システムのセンサの感度を低下させることは有利であり得る。

[0041] 測定放射デリバリシステムは、第１の光路及び第２の光路を有する干渉計を備えることができる。干渉計は、測定放射源から測定放射を受け取るように配置され、第１の光路に沿って誘導され、次いでオブジェクトの表面を照射し、オブジェクトの表面から散乱し、その後第２の光路に沿って誘導される、第１の部分、及び、第２の光路に沿って誘導され、次いでオブジェクトの表面を照射し、オブジェクトの表面から散乱し、その後第１の光路に沿って誘導される、第２の部分を、測定放射から発生させるように配置され、また、出力放射を形成するために測定放射の第１及び第２の部分を再結合させるように配置された、偏光非依存ビームスプリッタを備えることができる。オブジェクトのフィーチャの特徴は、出力放射に依存して決定することができる。

[0042] 本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様の装置を備えるリソグラフィ装置が提供される。

[0043] 本発明の第３の態様によれば、オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための方法が提供され、方法は、第１の動作モード又は第２の動作モードのいずれかを選択することであって、第１の動作モードが選択されたとき、オブジェクトの頂部表面の少なくとも一部は測定放射デリバリシステムを使用して測定放射を用いて照射され、第２の動作モードが選択されたとき、オブジェクトの頂部表面が測定放射で照射される前にオブジェクト内に機械的応答を生成するように、オブジェクトの頂部表面の少なくとも一部はポンプ放射デリバリシステムを使用してポンプ放射を用いて照射される、いずれかを選択すること、頂部表面から散乱する測定放射の少なくとも一部を受け取ること、及び、頂部表面から散乱する測定放射の少なくとも一部からオブジェクトのフィーチャの特徴を決定することを、含む。

[0044] 本発明の第３の態様に従った方法は、２つの異なる動作モードを提供する。

[0045] オブジェクトの頂部表面がポンプ放射によって照射されるとき、オブジェクトの頂部表面におけるポンプ放射の入射角は、オブジェクトの頂部表面における測定放射の入射角とは異なり得る。

[0046] オブジェクトの頂部表面がポンプ放射によって照射されるとき、ポンプ放射は非ゼロの入射角でオブジェクトの頂部表面上に入射することができる。

[0047] 第１の動作モードが選択されるとき、オブジェクトの頂部表面は第１の測定放射によって照射され得、第２の動作モードが選択されるとき、オブジェクトの頂部表面は第２の測定放射によって照射され得る。

[0048] 第１の動作モードが選択されるとき、オブジェクトのフィーチャの特徴は測定放射の第１の角度分布から決定され得、第２の動作モードが選択されるとき、オブジェクトのフィーチャの特徴は測定放射の第２の角度分布から決定され得る。

[0049] 測定システムのオブジェクトのフィーチャの特徴の決定において使用されるセンサのノイズに対する感度は、第１及び第２のどちらの動作モードが選択されるかに依存して選択することができる。

[0050] 本発明の第４の態様によれば、オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための装置が提供され、装置は、測定放射を生成するように動作可能な測定放射源と、第１の光路及び第２の光路を有する偏光非依存干渉計であって、干渉計は、測定放射源から測定放射を受け取るように配置され、第１の光路に沿って誘導され、次いでオブジェクトの表面を照射し、オブジェクトの表面から散乱し、その後第２の光路に沿って誘導される、第１の部分、及び、第２の光路に沿って誘導され、次いでオブジェクトの表面を照射し、オブジェクトの表面から散乱し、その後第１の光路に沿って誘導される、第２の部分を、測定放射から発生させるように配置され、また、出力放射を形成するために測定放射の第１及び第２の部分を再結合させるように配置された、偏光非依存ビームスプリッタを備える、偏光非依存干渉計と、オブジェクト内に機械的応答を生成するように、ポンプ放射を用いてオブジェクトの頂部表面を照射するためのポンプ放射を生成するように動作可能な、ポンプ放射源と、出力放射を受け取るように、及びそれに依存してオブジェクトのフィーチャの特徴を決定するように動作可能な、測定システムと、を備える。

[0051] 本発明の第４の態様に従った装置は、オブジェクトのフィーチャの特徴（例えば、フィーチャの位置）を決定するために使用可能な、（位置検出器又はアライメントシステムとして機能し得る）装置を提供する。本発明の第４の態様に従った装置は、ポンプ放射及び測定放射の両方をポンプ−プローブ配置として使用して、フィーチャの特徴を決定するように動作可能であり得る。ポンプ放射は、オブジェクト内に機械的応答を生成するために使用される。機械的応答は、例えば機械的波動とすることができる。こうした機械的波動は、音波、又は、例えば自由電子の拡散などの任意の他の熱の伝搬を含むことができることを理解されよう。ポンプ放射によって発生した機械的波動は、オブジェクトを介して伝搬し得、その一部はフィーチャによって散乱し、頂部表面へと戻るように伝搬し得る。測定放射は、フィーチャの１つ以上の特徴を間接的に決定するように、オブジェクトの頂部表面を探査するために使用される。このポンプ−プローブ配置は、例えば、フィーチャが頂部表面の下方に配設されたとき、特に、不透明材料（例えば、金属から形成された不透明層）が頂部表面とフィーチャとの間に配設されたときに、使用可能である。

[0052] 各々が同じコンポーネント光路からであるが、異なる順序で形成される、２つの異なる経路に沿って、測定放射の第１及び第２の部分を誘導することによって、測定放射は、２つの異なる時点でオブジェクトの表面上に入射可能であり、その後、干渉するように組み合わせることができる。例えば、測定放射の第１の部分は、ポンプ放射源からのポンプ放射が表面上に入射する前に、表面上に入射可能であるのに対して、測定放射の第２の部分は、ポンプ放射源からのポンプ放射が表面上に入射した後に、表面上に入射可能である。こうした配置を用いる場合、測定放射の第１の部分は、オブジェクトの一般的に時間非依存の表面トポグラフィに依存した情報を含み得るのに対して、測定放射の第２の部分は、このオブジェクトの一般に時間非依存の表面トポグラフィと、発生した機械的波動からの音響エコーによって発生する時間依存信号との、両方に依存した情報を含み得る。測定放射源のこれら２つの部分を組み合わせることによって、発生した機械的波動からの音響エコーによって発生する時間依存信号を、オブジェクトの一般に時間非依存の表面トポグラフィから分離することが可能であり得る。

[0053] 有利なことに、偏光非依存のビームスプリッタを備える干渉計を使用することによって、干渉計は、オブジェクトの表面を照射するため、又はオブジェクトによって散乱した放射を収集するためのいずれかに使用される、任意の光学系によって引き起こされる偏光状態におけるいずれの変化にも非感受性である。更に、これにより、（干渉計を使用して形成される）入力測定放射の第１及び第２の部分が、同じ偏光を伴うアライメントセンサ光学系に入ることが可能となる。これは、入力測定放射ビームの偏光状態を変化させること、及び／又は、その出力が入力放射ビームの偏光状態に依存することが可能な、既存の位置検出器のための光学系を、干渉計と組み合わせることが可能であるため、特に有利である。

[0054] 装置は、位置検出器及び／又はアライメントシステムの一部とすることができる。オブジェクトは、例えばシリコンウェーハとすることができる。フィーチャはアライメントマークとすることができる。アライメントマークは、反射格子又は回折格子の形とすることができる。フィーチャの特徴は、例えば、全体として頂部表面に平行な平面内のフィーチャの位置とすることができる。

[0055] 第１の光路は、偏光非依存ビームスプリッタと第１の反射光学要素との間に画定される、双方向光路とすることができる。第２の光路は、偏光非依存ビームスプリッタと第２の反射光学要素との間に画定される、双方向光路とすることができる。第１及び第２の部分が偏光非依存ビームスプリッタから伝搬し、オブジェクトの表面から散乱し、偏光非依存ビームスプリッタへと戻るように伝搬するとき、第３の光路に沿って伝搬するものと見なすことができる。

[0056] 本発明の第５の態様によれば、オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための方法が提供され、方法は、測定放射を生成すること、測定放射を第１の光路及び第２の光路を有する偏光非依存干渉計に誘導することであって、干渉計は偏光非依存ビームスプリッタを備える、誘導すること、第１の光路に沿って誘導され、次いでオブジェクトの表面を照射し、オブジェクトの表面から散乱し、その後第２の光路に沿って誘導される、第１の部分、及び、第２の光路に沿って誘導され、次いでオブジェクトの表面を照射し、オブジェクトの表面から散乱し、その後第１の光路に沿って誘導される、第２の部分を、測定放射から発生させること、及び、ポンプ放射を生成し、オブジェクト内に機械的応答を生成するようにポンプ放射を用いてオブジェクトの頂部表面を照射することであって、ポンプ放射は、測定放射の第１の部分の後、及び測定放射の第２の部分の前にオブジェクトの表面を照射する、照射すること、出力放射を形成するために測定放射の第１及び第２の部分を再結合すること、及び、出力放射の時間的部分に依存してオブジェクトのフィーチャの特徴を決定することであって、時間的部分は、第１の光路に沿って伝搬し、オブジェクトの表面を照射し、オブジェクトの表面から散乱し、第２の光路に沿って伝搬するために要する時間に対応する、出力放射の一部に対応する、フィーチャの特徴を決定することを、含む。

[0057] 第１及び第２の部分が、偏光非依存ビームスプリッタから伝搬し、オブジェクトの表面を照射し、オブジェクトの表面から散乱し、偏光非依存ビームスプリッタへと戻るように伝搬するとき、第３の光路に沿って伝搬するものと見なすことができる。

[0058] 第１の光路に沿って伝搬し、オブジェクトの表面を照射し、オブジェクトの表面から散乱し、第２の光路に沿って伝搬するために要する時間は、第１、第２、及び第３の光路の全光路長さ、及び測定放射の伝搬速さに依存することを理解されよう。測定放射が測定放射源から偏光非依存ビームスプリッタまで伝搬するために、非ゼロの時間を要し、時間は、測定放射源と偏光非依存ビームスプリッタとの間の全光路長さ（及び、測定放射の伝搬速さ）に依存することを、更に理解されよう。出力放射が偏光非依存ビームスプリッタから検出器又はセンサまで伝搬するために、非ゼロの時間を要し、時間は、偏光非依存ビームスプリッタと検出器又はセンサとの間の全光路長さ（及び、測定放射の伝搬速さ）に依存することを、更に理解されよう。

[0059] 第１の光路に沿って伝搬し、オブジェクトの表面を照射し、オブジェクトの表面から散乱し、第２の光路に沿って伝搬するために要する時間に対応する、出力放射の一部とは、（例えば、測定放射源によって）発生された後、ある時間に（例えば、センサ又は検出器によって）受信される、出力放射の一部を意味することが意図され、時間は、第１、第２、及び第３の光路に沿って測定放射源からビームスプリッタへ伝搬し、その後、ビームスプリッタから検出器又はセンサへ伝搬するために要する時間に対応することを理解されよう。

[0060] 本発明の第５の態様に従った方法は、本発明の第４の態様に従った装置を使用する方法とすることができる。このポンプ−プローブ方法は、例えば、フィーチャが頂部表面の下方に配設されるとき、また特に、不透明材料（例えば、金属から形成される不透明層）が、頂部表面とフィーチャとの間に配設されるときに、使用可能である。

[0061] 測定放射の第１の部分は、オブジェクトの一般的に時間非依存の表面トポグラフィに依存した情報を含み得るのに対して、測定放射の第２の部分は、このオブジェクトの一般に時間非依存の表面トポグラフィと、発生した機械的波動からの音響エコーによって発生する時間依存信号との、両方に依存した情報を含み得る。測定放射源のこれら２つの部分を組み合わせることによって、発生した機械的波動からの音響エコーによって発生する時間依存信号を、オブジェクトの一般に時間非依存の表面トポグラフィから分離することが可能であり得る。

[0062] 偏光非依存のビームスプリッタを備える干渉計を使用することによって、測定放射の一部がビームスプリッタ上に入射するごとに、入射放射の第１の断片（例えば、およそ半分）は第１の光路に沿って誘導されることになり、入射放射の第２の断片（例えば、およそ半分）は第２の光路に沿って誘導されることになることを理解されよう。例えば、測定放射がビームスプリッタ上に最初に入射するとき、測定放射のおよそ半分は第１の光路に沿って誘導されることになり、入射放射のおよそ半分は第２の光路に沿って誘導されることになる。第１及び第２の光路の各々は、ビームスプリッタと反射光学要素との間に画定される双方向光路を含む。第１の光路に沿って誘導された測定放射の一部がビームスプリッタに戻るとき、入射放射のおよそ半分は第３の光路に沿って誘導されることになり、入射放射のおよそ半分はシステムによって出力されることになる。第２の光路に沿って誘導された測定放射の一部がビームスプリッタに戻るとき、入射放射のおよそ半分は第３の光路に沿って誘導されることになり、入射放射のおよそ半分はシステムによって出力されることになる。第３の光路に沿って誘導された測定放射の一部がビームスプリッタに戻るとき、入射放射のおよそ半分は第１の光路に沿って誘導されることになり、入射放射のおよそ半分は第２の光路に沿って誘導されることになる。偏光非依存のビームスプリッタを備える干渉計を使用することによって、システムによって出力される測定放射の複数の部分が存在することになること、及び、一般に、測定放射のこれらの部分は異なる時点でシステムによって出力されることを、理解されよう。第１の光路に沿って伝搬し、オブジェクトの表面を照射し、オブジェクトの表面から散乱し、第２の光路に沿って伝搬するために要する時間に対応する、出力放射の一部に対応する、出力放射の時間的部分に依存して、オブジェクトのフィーチャの特徴を決定することによって、方法は、発生した機械的波動からの音響エコーによって発生する時間依存信号を、オブジェクトの一般に時間非依存の表面トポグラフィから分離することが可能である。

[0063] 当業者であれば容易に明らかとなるように、上記又は下記に示す本発明の様々な態様及び特徴は、本発明の様々な他の態様及び特徴と組み合わせることができる。

[0064] 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。

本発明の実施形態に従ったアライメントシステムを備える、リソグラフィシステムを概略的に示す図である。 図１Ａの２つの基板のいずれかを表すことが可能な、基板Ｗを示す平面図である。 図１Ａのリソグラフィシステムによって使用可能な、パターニングデバイスを示す平面図である。 オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための本発明の実施形態に従った装置を示す概略図であり、フィーチャはオブジェクトの頂部表面の下方に配設される。 図２Ａに示されたオブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための装置を示す概略図であり、フィーチャはオブジェクトの頂部表面上に配設される。 図２Ａ及び図２Ｂに示される装置のコントローラが、制御信号を介して装置の要素を制御するようにどのように動作可能であるかを示す概略図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）を含む、図１Ａの装置において基板上に提供可能なアライメントマークの様々な形を概略的に示す図である。 図１Ａの装置においてアライメントマークをスキャンする第１のアライメントセンサを示す概略ブロック図である。 オフアクシス照明及び任意選択の非対称測定配置（詳細には図示せず）を含み、複数の波長及び偏光のフィーチャを更に示す、図１Ａの装置においてアライメントセンサとして使用可能な、第２のアライメントセンサを示す概略図である。 第１の入力偏光状態の伝搬を示す、図６に示されるアライメントセンサと同様の、図１Ａの装置においてアライメントセンサとして使用可能な第３のアライメントセンサの光学システムを示す概略図である。 第２の入力偏光状態の伝搬を示す、図７Ａに示される第３のアライメントセンサの光学システムを示す概略図である。 入力放射ビームの第１の部分のための伝搬経路を示す、本発明の実施形態に従った、アライメントセンサの一部を形成することが可能な、偏光非依存干渉計を示す概略図である。 入力放射ビームの第２の部分のための伝搬経路を示す、図８Ａに示されるような、偏光非依存干渉計を示す概略図である。 オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための、図８Ａ及び図８Ｂに示されるような偏光非依存干渉計と組み合わせた、図７Ａ及び図７Ｂに示される第３のアライメントセンサを備える、本発明の実施形態に従った装置を示す概略図である。

[0065] 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ガイダンス及び検出パターン、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）あるいはメトロロジ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プロセスツールに適用することができる。更に基板は、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。

[0066] 本明細書で使用する「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等のため、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デバイスを指すものとして広義に解釈されるものとする。ここで、放射ビームに付与されるパターンは、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場合があることに留意するべきである。一般的に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路等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。

[0067] 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、更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。

[0068] 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。サポートは、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「レチクル」又は「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。

[0069] 本明細書において使用する「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射、又は浸漬液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、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、これは更に一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。

[0070] 本明細書で使用される「照明システム」という用語は、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。

[0071] 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。

[0072] 図１Ａ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、ＵＶ放射又はＤＵＶ放射）のビームＰＢを調節するための照明システム（イルミネータ）ＩＬ、
フレームＭＦ、
パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するための支持構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴ、
各々が、それぞれ基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗ１、Ｗ２を保持するための、２つの基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴ１、ＷＴ２、及び、
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、２つの基板テーブルＷＴ１、ＷＴ２のうちの１つによって保持される基板Ｗ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。

[0073] フレームＭＦは、振動などの外部影響から実質的に隔離された振動隔離フレームである。例えば、フレームＭＦは、ベースフレームの振動からフレームＭＦを隔離するように、音響制振マウント（図示せず）を介して接地上のベースフレーム（図示せず）によって支持可能である。これらの音響制振マウントは、ベースフレームによって、及び／又は隔離されたフレームＭＦ自体によって導入される、振動を隔離するようにアクティブに制御可能である。

[0074] 図１Ａに示されるデュアルステージリソグラフィ装置において、アライメントシステムＡＳ及びトポグラフィ測定システムＴＭＳは左側に提供され、投影システムＰＬは右側に提供される。投影システムＰＬ、アライメントシステムＡＳ、及びトポグラフィ測定システムＴＭＳは、隔離されたフレームＭＦに接続される。

[0075] 支持構造ＭＴは、第１の位置決めデバイスＰＭを介してフレームＭＦに移動可能に取り付けられる。第１の位置決めデバイスＰＭは、パターニングデバイスＭＡを移動させるため、及び、これをフレームＭＦ（及び、フレームＭＦに接続された投影システムＰＬ）に対して正確に位置決めするために、使用可能である。

[0076] 基板テーブルＷＴ１、ＷＴ２は、それぞれ第１及び第２の基板位置決めデバイスＰＷ１、ＰＷ２を介して、フレームＭＦに移動可能に取り付けられる。第１及び第２の基板位置決めデバイスＰＷ１、ＰＷ２は、それぞれ、基板テーブルＷＴ１、ＷＴ２によって保持される基板Ｗ１、Ｗ２を移動させるため、及び、基板Ｗ１、Ｗ２を、フレームＭＦ（及び、フレームＭＦに接続された、投影システムＰＬ、アライメントシステムＡＳ、及びトポグラフィ測定システムＴＭＳ）に対して正確に位置決めするために、使用可能である。支持構造ＭＴ及び基板テーブルＷＴ１、ＷＴ２は、まとめてオブジェクトテーブルと呼ぶことができる。第１及び第２の基板位置決めデバイスＰＷ１、ＰＷ２は、各々、放射ビームが基板Ｗのターゲット部分Ｃにわたってスキャンするように、放射ビームに対してスキャン経路に沿って基板テーブルＷＴ１、ＷＴ２を移動させるように動作可能な、スキャン機構と見なすことができる。

[0077] したがって、図１Ａに示されるリソグラフィ装置は、２つの基板テーブルＷＴ１、ＷＴ２を有するタイプであり、デュアルステージ装置と呼ぶことができる。こうした「マルチステージ」機械において、２つの基板テーブルＷＴ１、ＷＴ２は並列に使用され、予備工程が基板テーブルのうちの１つで実施される間に、他の基板テーブルは露光に使用される。予備工程は、レベルセンサＬＳを使用して基板の表面をマッピングすること、及びアライメントセンサＡＳを使用して基板上のアライメントマークの位置を測定することを含み得る。これにより、装置のスループットを大幅に増加させることができる。位置センサＩＦが、測定ステーション並びに露光ステーションにある間に、基板テーブルの位置を測定できない場合、両方のステーションで基板テーブルの位置を追跡できるようにするために、第２の位置センサを提供することができる。

[0078] 図１Ａにおいて、基板テーブルＷＴ１は左側に配設され、基板テーブルＷＴ２は右側に配設されている。この構成において、基板テーブルＷＴ１は、これによって保持される基板Ｗ１に関して、その基板Ｗ１の露光の前に、アライメントシステムＡＳ（下記でより詳細に説明する）及びトポグラフィ測定システムＴＭＳを使用して、様々な予備工程を実施するために使用することができる。同時に、基板テーブルＷＴ２は、基板テーブルＷＴ２によって保持される別の基板Ｗ２の露光に使用可能である。基板テーブルＷＴ２によって保持される基板Ｗ２が露光され、基板テーブルＷＴ１によって保持される基板Ｗ１に関して予備工程が実施されると、２つの基板テーブルＷＴ１、ＷＴ２は場所をスワップする。その後、基板テーブルＷＴ１によって保持される基板Ｗ１は放射に露光され、以前に放射に露光された基板テーブルＷＴ２によって保持される基板Ｗ２は新しい基板に交換され、新しい基板に関して様々な予備工程が実行される。

[0079] したがって、２つの基板テーブルＷＴ１、ＷＴ２の各々は、図１Ａの左側又は右側のいずれかに配設可能である。特に記載のない限り、下記では、基板テーブルＷＴ１は概してその時点で左側に配設されている基板テーブルを指し、基板テーブルＷＴ２は概してその時点で右側に配設されている基板テーブルを指す。

[0080] 図１Ｂは、図１Ａの２つの基板Ｗ１、Ｗ２のいずれかを表し得る基板Ｗの平面図を示す。下記において、特に記載のない限り、リソグラフィ装置の左側及び右側の基板は基板Ｗと呼ばれる。図１Ｃは、パターニングデバイスアライメントマーク（概略的に、ボックスＭ１、Ｍ２として示される）が提供された、パターニングデバイスＭＡの平面図を示す。

[0081] 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）。

[0082] 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ＳＯとリソグラフィ装置とは、例えば放射源ＳＯ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ＳＯ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ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。イルミネータＩＬは、放射システムと呼ばれる場合がある。あるいは、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と共に、放射システムと総称される場合がある。

[0083] イルミネータＩＬは、ビームの強度分布を変更することができる。イルミネータは、イルミネータＩＬの瞳面内の環状領域において強度分布が非ゼロであるように、放射ビームの半径範囲を制限するように配置可能である。追加又は代替として、イルミネータＩＬは、瞳面内の等しい間隔で配置された複数のセクタにおいて強度分布が非ゼロであるように、瞳面内のビームの分布を制限するように動作可能でもある。イルミネータＩＬの瞳面内の放射ビームの強度分布は、照明モードと呼ぶことができる。

[0084] 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。イルミネータＩＬは、イルミネータの瞳面内でビームの角度分布を変化させるように動作可能でもある。例えばイルミネータＩＬは、強度分布が非ゼロである瞳面内のセクタの数、及び角度範囲を、変更するように動作可能であり得る。イルミネータＩＬの瞳面内のビームの強度分布を調整することによって、異なる照明モードを達成することができる。例えば、イルミネータＩＬの瞳面内の強度分布の半径及び角度範囲を制限することによって、強度分布は、当分野で周知の、例えば双極、四極、又は六極分布などの、多極分布を有することができる。所望の照明モードは、その照明モードを提供する光学系をイルミネータＩＬ内に挿入することによって取得可能である。

[0085] イルミネータＩＬは、ビームの偏光を変更するように動作可能であり得、調整手段ＡＭを使用して偏光を調整するように動作可能であり得る。イルミネータＩＬの瞳面にわたる放射ビームの偏光状態を、偏光モードと呼ぶことができる。異なる偏光モードの使用により、基板Ｗ上に形成されるイメージ内に、より強いコントラストを達成させることが可能になる。放射ビームは非偏光とすることができる。代替として、イルミネータＩＬは、放射ビームを線形に偏光させるように配置可能である。放射ビームの偏光方向は、イルミネータＩＬの瞳面にわたって変動可能であり、すなわち放射の偏光方向は、イルミネータＩＬの瞳面内の異なる領域において異なり得る。放射の偏光状態は、照明モードに依存して選択することができる。

[0086] 加えて、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などの様々な他のコンポーネントを備える。イルミネータＩＬは、その断面に所望の均一性及び強度分布を有する、調節された放射ビームＰＢを提供する。

[0087] 調節された放射ビームＰＢの形状及び（空間）強度分布は、イルミネータＩＬの光学系によって定義される。スキャンモードにおいて、調節された放射ビームＰＢは、パターニングデバイスＭＡ上に一般に矩形の放射帯域を形成するように可能である。放射帯域は、露光スリット（又はスリット）と呼ぶことができる。スリットは、長い方の辺（その長さと呼ぶことができる）及び短い方の辺（その幅と呼ぶことができる）を有し得る。スリットの幅はスキャン方向（図１におけるｙ方向）に対応し得、スリットの長さは非スキャン方向（図１におけるｘ方向）に対応し得る。スキャンモードにおいて、スリットの長さは、単一の動的露光において露光可能なターゲット部分Ｃの非スキャン方向の範囲を制限する。これに対して、単一の動的露光において露光可能なターゲット部分Ｃのスキャン方向の範囲は、スキャン動作の長さによって決定される。

[0088] 「スリット」、「露光スリット」、又は「帯域又は放射」という用語は、リソグラフィ装置の光軸に対して垂直な平面内でイルミネータＩＬによって生成される放射の帯域を言い表すために、相互交換可能に使用することができる。この平面は、パターニングデバイスＭＡ又は基板Ｗのいずれかにあるか、又はこれらに近いものとすることができる。「スリットプロファイル」、「放射ビームのプロファイル」、「強度プロファイル」、及び「プロファイル」という用語は、特にスキャン方向での、スリットの（空間）強度分布の形状を言い表すために、相互交換可能に使用することができる。

[0089] イルミネータＩＬは、２つのマスキングブレード（図１ＡにＢとして概略的に標示）を備える。２つのマスキングブレードの各々は、一般にスリットの長さに平行であり、２つのマスキングブレードはスリットの反対側に配設される。各マスキングブレードは、放射ビームＰＢの経路内に配設されていない陥凹位置と、放射ビームＰＢをブロックする挿入位置との間で、独立に移動可能である。マスキングブレードは、パターニングデバイスＭＡ（及び、基板Ｗ）の面と共役な、イルミネータＩＬの面内に配設される。こうした面は、フィールド面と呼ぶことができる。したがって、マスキングブレードを放射ビームの経路内に移動させることによって、放射ビームＰＢのプロファイルを鋭利に断ち切り、したがって、スキャン方向の放射ビームＰＢのフィールドの範囲を制限することができる。マスキングブレードを使用して、露光領域のどの部分が放射を受け取るかを制御することができる。

[0090] パターニングデバイスＭＡは、リソグラフィ装置のフィールド面内にも配設される。一実施形態において、マスキングブレード及びパターニングデバイスＭＡの両方が実質的に同じ面内にあるように、マスキングブレードをパターニングデバイスＭＡの近傍に配設することができる。代替として、マスキングブレードをパターニングデバイスＭＡから分離させて、各々がリソグラフィ装置の異なるフィールド面内にあるようにすること、及び、マスキングブレードとパターニングデバイスＭＡとの間に好適な合焦光学系（図示せず）を提供することが、可能である。

[0091] イルミネータＩＬは、強度アジャスタＩＡ（図１Ａに概略的に表示）を備える。強度アジャスタＩＡは、次に説明するように、放射ビームの対向側面の放射ビームを減衰するように動作可能である。強度アジャスタＩＡは、対に配置された複数の可動フィンガを備え、各対はスリットの各側に１つのフィンガを備える（すなわち、フィンガの各対はｙ方向に分離される）。フィンガの対はスリットの長さに沿って配置される（すなわち、ｘ方向に延在する）。各可動フィンガは、スキャン方向（ｙ方向）に独立に移動可能である。すなわち、フィンガは、スリットの長さに対して垂直な方向に移動可能である。使用中、各可動フィンガはスキャン方向に独立に移動可能である。例えば、各可動フィンガは、少なくとも、放射ビームの経路内に配設されていない陥凹位置と、放射ビームを部分的にブロックする挿入位置との間で、移動可能であり得る。フィンガを移動させることによって、スリットの形状及び／又は強度分布を調整することができる。

[0092] フィールドは、フィンガが放射ビームＰＢを鋭利に切り取らないように、フィンガの周辺部にあり得る。フィンガの対を使用して、スリットの長さに沿って放射ビームＰＢの異なるレベルの減衰を適用することができる。

[0093] フィンガを使用して、例えば、スリットの幅にわたる放射ビームＰＢの強度プロファイルの全体が、スリットの長さに沿って実質的に一定であることを保証することができる。

[0094] イルミネータＩＬを出る放射ビームＰＢは、支持構造ＭＴ上に保持されるパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に入射する。パターニングデバイスＭＡを横断すると、ビームＰＢは投影システムＰＬを通過し、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームを合焦させる。第２の基板位置決めデバイスＰＷ２及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス）の助けを借りて、異なるターゲット部分ＣをビームＰＢの経路内に位置決めするように、基板テーブルＷＴ２をフレームＭＦに対して正確に移動させることができる。同様に、第１の位置決めデバイスＰＷ及び別の位置センサ（図１Ａには明示的に示されていない）を使用して、例えば、マスクライブラリからの機械的取り出し後、又はスキャンの間に、パターニングデバイスＭＡをフレームＭＦに関して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ＷＴ１、ＷＴ２の移動は、位置決めデバイスＰＭ、ＰＷ１、及びＰＷ２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）の助けを借りて実現されることになる。パターニングデバイスＭＡ及び基板Ｗは、パターニングデバイス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することができる。

[0095] 投影システムＰＬは、放射ビームＰＢに縮小係数を適用し、パターニングデバイスＭＡ上の対応するフィーチャよりも小さいフィーチャを伴うイメージを形成することができる。例えば、縮小係数４を適用することができる。

[0096] スキャンモードにおいて、第１の位置決めデバイスＰＭは、スキャン経路に沿って、イルミネータＩＬによって調節された放射ビームＰＢに対して支持構造ＭＴを移動させるように動作可能である。実施形態において、支持構造ＭＴは、一定のスキャン速度ｖ_ＭＴでスキャン方向に線形に移動される。前述のように、スリットは、その幅がスキャン方向（図１のｙ方向と一致する）に延在するように、配向される。任意のインスタンスにおいて、スリットによって照明されるパターニングデバイスＭＡ上の各ポイントは、基板Ｗの平面内の単一の共役ポイント上に投影システムＰＬによってイメージングされることになる。支持構造ＭＴがスキャン方向に移動する際、パターニングデバイスＭＡ上のパターンは、支持構造ＭＴと同じ速度でスリットの幅にわたって移動する。特に、パターニングデバイスＭＡ上の各ポイントは、速度ｖ_ＭＴでスキャン方向にスリットの幅にわたって移動する。この支持構造ＭＴの動作の結果として、パターニングデバイスＭＡ上の各ポイントに対応する基板Ｗの平面内の共役ポイントは、基板テーブルＷＴ２の平面内のスリットに対して移動することになる。

[0097] 基板Ｗ上にパターニングデバイスＭＡのイメージを形成するために、基板テーブルＷＴ２は、パターニングデバイスＭＡ上の各ポイントの基板Ｗの平面内の共役ポイントが基板Ｗに対して静止しているように移動される。投影システムＰＬに対する基板テーブルＷＴ２の速度（大きさ及び方向の両方）は、投影システムＰＬの（スキャン方向の）縮小及びイメージ反転特徴によって決定される。特に、投影システムＰＬの特徴が、基板Ｗの平面内に形成されるパターニングデバイスＭＡのイメージがスキャン方向に反転されるようなものである場合、基板テーブルＷＴ２は支持構造ＭＴへと反対方向に移動されるはずである。すなわち、基板テーブルＷＴ２の動作は、支持構造ＭＴの動作に対して逆平行のはずである。更に、投影システムＰＬが縮小係数αを放射ビームＰＢに適用した場合、所与の時間期間内に各共役ポイントが進行する距離は、パターニングデバイス上の対応するポイントが進行する距離よりも係数αだけ短くなる。したがって、基板テーブルＷＴ２の速度｜ｖ_ＷＴ｜の大きさは｜ｖ_ＭＴ｜／αとなるはずである。

[0098] ターゲット部分Ｃの露光の間、イルミネータＩＬのマスキングブレードは、放射ビームＰＢの幅を制御するために使用可能であり、次に、パターニングデバイスＭＡ及び基板Ｗそれぞれの平面内の露光領域の範囲を制限する。すなわち、イルミネータのマスキングブレードは、リソグラフィ装置のフィールド絞りとして働く。

[0099] スキャンモードを使用して、リソグラフィ装置は、基板Ｗのターゲット部分Ｃを、放射に対して実質的にエリアを固定して露光するように動作可能である。例えばターゲット部分Ｃは、一部、１つ、又はいくつかのダイを備える。単一のウェーハは、複数の工程で放射に露光可能であり、各工程はターゲット部分Ｃの露光と、それに続く基板Ｗの移動を含む。第１のターゲット部分Ｃの露光後、リソグラフィ装置は、別のターゲット部分Ｃを放射に露光できるように、投影システムＰＬに対して基板Ｗを移動するように動作可能であり得る。例えば、基板Ｗ上の２つの異なるターゲット部分Ｃの露光の間に、基板テーブルＷＴ２は、露光領域を介していつでもスキャンできるように次のターゲット部分を位置決めするために、基板Ｗを移動するように動作可能であり得る。

[00100] 代替として、示された装置は別のモードで使用可能であり、支持構造ＭＴはプログラム可能パターニングデバイスを保持しながら本質的に静止しており、ビームＰＢに付与されたパターンがターゲット部分Ｃ上に投影される間、基板テーブルＷＴ２は移動又はスキャンされる。このモードでは、一般に、パルス放射源が採用され、プログラム可能パターニングデバイスは、基板テーブルＷＴ２の各移動後、又はスキャン中の連続放射パルス間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、前述のようなタイプの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利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用可能である。

[00101] 上述の使用モードの組み合わせ及び／又は変形、又は完全に異なる使用モードも使用することができる。

[00102] 更に下記で説明するように、アライメントシステムＡＳは、左側の基板テーブルＷＴ１上に保持される基板Ｗ上に提供された（図１ＢにおいてボックスＰ１、Ｐ２によって概略的に示される）アライメントマークの位置を測定する。加えて、トポグラフィ測定システムＴＭＳは、左側の基板テーブルＷＴ１上に保持される基板Ｗの表面のトポグラフィを測定するために使用される。第１の基板位置決めデバイスＰＷ１及び位置センサ（図１Ａには明示的に示されていない）は、フレームＭＦ（並びに、アライメントシステムＡＳ及びそれに接続されたトポグラフィ測定システムＴＭＳ）に対して基板テーブルＷＴ１を正確に位置決めするために使用可能である。

[00103] トポグラフィ測定システムＴＭＳは、基板Ｗ１の高さを示す信号ｓ_１を出力するように動作可能であり得る。アライメントシステムＡＳは、基板Ｗ１又は基板テーブルＷＴ１上の１つ以上のアライメントマークの位置を示す信号ｓ_２を出力するように動作可能であり得る。出力信号ｓ_１、ｓ_２はプロセッサＰＲによって受信される。

[00104] トポグラフィ測定システムＴＭＳによって出力される信号ｓ_１は、基板Ｗ１の高さを決定するためにプロセッサＰＲによって分析可能である。プロセッサＰＲは、基板Ｗ１のトポグラフィのマップを発生させるために使用することができる。プロセッサＰＲはメモリを備えることができ、基板Ｗ１全体のトポグラフィに関する情報を記憶するように動作可能であり得る。基板Ｗ１の表面のトポグラフィは、高さマップと呼ぶことができる。基板Ｗ（図１Ａの右側）の露光の間、投影システムＰＬの焦点面内に基板Ｗを維持することが望ましい。これを達成するために、基板テーブルＷＴ２をｚ方向に移動させることが可能であり、基板テーブルＷＴ２のこの移動は、（トポグラフィ測定システムＴＭＳによって事前に決定された）基板Ｗの表面のトポグラフィに依存して決定される。

[00105] アライメントシステムＡＳによって出力される信号ｓ_２は、基板Ｗ１及び基板テーブルＷＴ１上の１つ以上のアライメントマークの位置を決定するために、プロセッサＰＲによって分析可能である。第１の基板位置決めデバイスＰＷ１は、位置センサＩＦ（位置センサＩＦ又は測定ステーション専用の別の位置センサのいずれか）が基板テーブルＷＴ１を測定する間に、今度は、各アライメントマークをアライメントシステムＡＳの下方に位置決めするために、基板テーブルＷＴ１を移動するように動作可能であり得る。初期工程として、第１の基板位置決めデバイスＰＷ１は、基板テーブルＷＴ１上の１つ以上のアライメントマークをアライメントシステムＡＳの下方に位置決めするために使用可能であり、アライメントマークの各々の位置が決定される。その後、第１の基板位置決めデバイスＰＷ１は、基板Ｗ１上の１つ以上のアライメントマークをアライメントシステムＡＳの下方に位置決めするために使用可能であり、アライメントマークの各々の位置が決定される。例えば、各アライメントマークがアライメントセンサＡＳの真下にある間に、位置センサによって決定された基板テーブルＷＴ１の位置を記録することができる。事実上、基板テーブルＷＴ１上のアライメントマークの位置を測定することにより、位置センサ（例えば、センサＩＦ）によって決定された基板テーブルＷＴ１の位置を（アライメントシステムＡＳが接続されるフレームＭＦに対して）較正することが可能になる。基板Ｗ１上のアライメントマークの位置を測定することによって、基板テーブルＷＴ１に対する基板Ｗ１の位置を決定することが可能になる。

[00106] プロセッサＰＲは、デジタル信号処理システムであると見なすことができる。プロセッサＰＲは、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ又は１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などを備えることができる。

[00107] アライメントシステムＡＳ及びトポグラフィ測定システムＴＭＳからのデータに加えて、プロセッサＰＲは、第１の基板位置決めデバイスＰＷ１から、及び／又は位置センサ（例えば、センサＩＦ）からの基板テーブルＷＴ１位置情報（図１Ａにおける信号ｓ_３を参照のこと）も受信する。基板は基板テーブルＷＴ１に（典型的にはクランプを介して）固定されるため、アライメントシステムＡＳからの情報を使用して、基板テーブルＷＴ１に関する位置情報を基板Ｗに関する位置情報に変換することができる。

[00108] 装置は、記載される様々なアクチュエータ及びセンサのすべての移動及び測定を制御する、リソグラフィ装置コントロールユニット（図示せず）を備えることができる。リソグラフィ装置コントロールユニットは、装置の動作に関連する所望の計算を実装するための信号処理及びデータ処理能力を含むことができる。プロセッサＰＲは、リソグラフィ装置コントロールユニットの一部を形成することができる。実際には、リソグラフィ装置コントロールユニットは、各々がリアルタイムのデータ獲得、装置内のサブシステム又はコンポーネントの処理及び制御を取り扱う、多くのサブユニットのシステムとして実現可能である。例えば、１つの処理サブシステムが、第１及び第２の基板位置決めデバイスＰＷ１、ＰＷ２のサーボ制御に専念することができる。別々のユニットが、粗動及び微動のアクチュエータ、又は異なる軸を取り扱うことさえも可能である。別のユニットは、位置センサＩＦ（及び、使用される場合は、測定ステーション用の別の位置センサ）の読み出し専用となる可能性がある。装置の全体制御は、これらのサブシステム処理ユニット、オペレータ、及び、リソグラフィ製造プロセスに関与する他の装置と通信する、中央処理ユニットによって制御可能である。

[00109] 図２Ａ及び図２Ｂは、オブジェクト６のフィーチャ４の特徴を決定するための装置２の概略図である。

[00110] 装置２は、ポンプ放射源１０、測定放射源１２、及び測定システム１４を備える。下記で更に詳細に説明するように、ポンプ放射源１０及び測定放射源１２は、どちらも、オブジェクト６の頂部表面８を照射するときに用いることが可能な放射を生成するように動作可能である。ポンプ放射源１０及び測定放射源１２は、ポンプ放射源１０からの放射が測定放射源１２からの放射に比べて異なる光路を介してオブジェクト６の頂部表面８に送達されるように、異なるデリバリシステムを有する。

[00111] フィーチャ４は、図２Ａに示されるように、オブジェクト６の頂部表面８の上又は近傍に配設可能である。代替として、フィーチャ４は、図２Ｂに示されるように、オブジェクト６の頂部表面８の下方に配設可能である。

[00112] オブジェクト６は、例えばシリコンウェーハ（例えば、図１Ｂで基板Ｗとして概略的に示される）とすることができ、フィーチャ４はアライメントマーク（例えば、図１Ｂで基板アライメントマークＰ１、Ｐ２として概略的に示される）とすることができる。アライメントマークは、反射格子の形とすることができる。典型的には、材料の少なくとも１つ以上の層を、こうしたアライメントマークを覆って提供することができる。例えば、集積回路の製造において先行工程中に発生するレジスト層、反射防止コーティング、及び／又はプロセス層を、アライメントマークの頂部上に（すなわち、アライメントマークよりも頂部表面８に近く）配設することができる。一般に、こうしたアライメントマークは、オブジェクト６の頂部表面８から１μｍから１０μｍの間に配設可能である。更に下記で説明するように、本明細書で使用される場合、フィーチャ４が頂部表面８の上又は近傍に配設されていることへのいずれの言及も、フィーチャ４は、測定放射２０が頂部表面８からオブジェクト６内に侵入することが可能なオブジェクトの領域内にあることを意味し得る。同様に、本明細書で使用される場合、フィーチャ４が頂部表面８の下方に配設されていることへのいずれの言及も、フィーチャ４は、測定放射２０が頂部表面８からオブジェクト６内に侵入することが不可能なオブジェクトの領域内にあることを意味し得る。

[00113] 測定放射源１２は、測定放射２０を生成するように動作可能である。オブジェクト６の頂部表面８は、測定放射２０を用いて照射可能である。図２Ａ及び図２Ｂで示される実施形態において、測定放射２０は測定放射ビーム２０の形であり、反射光学要素２２（例えば、ミラー）を介して頂部表面８内に投影される。

[00114] 反射光学要素２２は、測定放射２０を用いてオブジェクト６の頂部表面８の少なくとも一部を照射するように動作可能な、測定放射デリバリシステム２３の少なくとも一部を形成するものと見なし得る。図２Ａ及び図２Ｂは概略表現であること、及び、実際には、測定放射デリバリシステム２３は追加の光学コンポーネント（反射及び／又は屈折光学系）を備え得ることを理解されよう。測定放射デリバリシステム２３は、測定放射源１２とオブジェクト６の頂部表面８との間に配設されたすべての光学コンポーネントを備えるものと見なし得ることを理解されよう。

[00115] 測定放射デリバリシステム２３が、測定放射２０を用いてオブジェクト６の頂部表面８の少なくとも一部を照射するように動作可能であることへのいずれの言及も、測定放射デリバリシステム２３が、測定放射２０を用いて、使用中、オブジェクト６の頂部表面８と一致する平面の少なくとも一部を照射するように動作可能であることを意味するものと理解すべきであることを理解されよう。使用中、オブジェクト６の頂部表面８と一致する平面を、オブジェクト面と呼ぶことができる。

[00116] 測定システム１４は、頂部表面８から散乱する測定放射ビーム２０の少なくとも一部２４を受け取るように動作可能である。これに関連して、頂部表面８から散乱する測定放射ビーム２０の少なくとも一部２４は、測定放射ビーム２０が頂部表面８からオブジェクト６内へと侵入することが可能な頂部表面８の近傍の本体６の領域から散乱可能であることを理解されよう。測定システム１４は、頂部表面８から散乱する測定放射ビーム２０の少なくとも一部２４から、オブジェクト６のフィーチャ４の特徴を決定するように、更に動作可能である。例えば、測定システム１４は、オブジェクト６の頂部表面８から散乱する測定放射ビーム２０の一部２４から、オブジェクト６内のフィーチャ４（例えば、アライメントマーク）の位置を決定するように動作可能であり得る。

[00117] 測定システム１４は、センサ２６及びプロセッサ２８を備える。センサ２６は、頂部表面８から散乱する放射２４を検出するように、及び、フィーチャ４の位置に関する情報を含む信号３０を出力するように、動作可能である。プロセッサ２８は、センサ２６から信号３０を受信するように、及び、それに基づいて、例えば基板テーブルに対するフィーチャ４の位置を決定するように、構成される。

[00118] ポンプ放射源１０は、ポンプ放射１６を生成するように動作可能である（図２Ｂを参照のこと）。オブジェクト６の頂部表面８の少なくとも一部は、ポンプ放射１６を用いて照射可能である。図２Ａ及び図２Ｂに示された実施形態において、ポンプ放射１６は、ポンプ放射デリバリシステム１７を介して頂部表面８を通って投影されるポンプ放射ビーム１６の形である。ポンプ放射デリバリシステム１７は、オブジェクト６内に機械的応答を生成するために、ポンプ放射ビーム１６を用いてオブジェクト６の頂部表面８の少なくとも一部を照射するように動作可能である。本発明の実施形態の下記の説明において、オブジェクト６内の機械的応答は音波である。しかしながら、一般に機械的応答は、ポンプ放射ビーム１６の吸収によって生じる任意の形のオブジェクト６の加熱又は熱膨張を含む、オブジェクト６によるポンプ放射ビーム１６の吸収の結果として生じる任意の物理的効果であり得ることを理解されよう。一般医、機械的応答は、例えば機械的波動（進行波又は定常波のいずれか）とすることができる。こうした機械的波動は、音波、又は例えば自由電子の拡散などの任意の他の熱伝搬を含み得ることを理解されよう。図２Ａ及び図２Ｂは概略的表現であること、及び、ポンプ放射デリバリシステム１７は、ポンプ放射源１０とオブジェクト６の頂部表面８との間に配設されるすべての光学コンポーネント（反射及び／又は屈折光学系）を備えるものと見なし得ることを理解されよう。

[00119] オブジェクト６内に機械的応答を発生させるために、ポンプ放射ビーム１６は、時間と共に変動する強度を有することができる。例えばポンプ放射ビーム１６は、パルス放射ビームとすることができる。本発明の実施形態の下記の説明において、ポンプ放射ビーム１６はパルス放射ビームである。しかしながら、一般に、ポンプ放射ビーム１６は任意の時間変調を有する強度を有し得ることを理解されよう。

[00120] ポンプ放射デリバリシステム１７がポンプ放射１６を用いてオブジェクト６の頂部表面８を照射するように動作可能であることへのいずれの言及も、ポンプ放射デリバリシステム１７が、ポンプ放射１６を用いて、使用中、オブジェクト６の頂部表面８と一致するオブジェクト面の少なくとも一部を照射するように動作可能であることを意味するものと理解すべきであることを理解されよう。

[00121] 使用中、ポンプ放射１６が使用されているとき、パルスポンプ放射ビーム１６は、フィーチャ４の上方に配設された頂部表面８のビームスポット領域１８上に入射する。ポンプ放射源１０は超高速レーザとすることができる。こうした超高速レーザは、多種多様な材料の内部に音波を発生させることが可能であることが既知である。このプロセスにおいて、パルスポンプ放射ビーム１６の光エネルギーは、オブジェクト６の領域内で光誘起応力に変換される。内部に音波が発生するオブジェクト６のこの領域は、頂部表面８にあり得るか、又はその近傍にあり得る。内部に音波が発生する領域は、パルスポンプ放射ビーム１６が頂部表面８から侵入することが可能な領域となることを理解されよう。例えばこれは、頂部表面８の下に配設される不透明層とすることができる。すなわち、内部に音波が発生する領域は、オブジェクト６内の一番上の材料ではない（すなわち、頂部表面８に最も近い層ではない）層とすることができる。例えば、内部に音波が発生する層の頂部上に（すなわち、層よりも頂部表面８の近くに）レジストの層が存在し得る。追加又は代替として、内部に音波が発生する層の上方に（すなわち、層よりも頂部表面８の近くに）、例えば反射防止コーティングなどの、材料の１つ以上の層が存在し得る。内部に音波が発生する領域の深度は特徴深度として知られ、オブジェクト６の材料特性及びパルスポンプ放射ビーム１６の特徴の両方に依存する。このプロセスは、オブジェクト６内にコヒーレントな音波を生成することができる。音波は、内部に音波が発生する領域から離れて伝搬し得、また特に、頂部表面８から離れて、及び不透明材料の１つ以上の層を介して、伝搬し得る。追加又は代替として、音波は定常波とすることができる。

[00122] 当業者であれば、これに関連して、超高速レーザという用語は、相対的に小さな時間持続期間を伴うパルスを出力するレーザを意味するものであることを理解されよう。超高速レーザという用語は、およそナノ秒、ピコ秒、フェムト秒又はそれ未満の時間持続期間を伴うパルスを出力するように動作可能なレーザを含むことができる。超高速レーザは、例えば、およそ数十ピコ秒又はそれ未満の時間持続期間を伴うパルスを出力するように動作可能であり得る。こうした超高速レーザは典型的にはモードロックレーザである。

[00123] ポンプ放射ビーム１６の十分に短いパルスの場合、発生する音響パルスの幅、又は時間範囲は、大部分は、（頂部表面８から特徴深度内の材料の層における）ラチスが、電子（すなわち、電子−フォノン結合）を加熱するポンプパルスにいかに高速に反応することができるか、及び、層の媒体内で電子がいかに遠くまで進行できるかによって、決定される。典型的には、音響パルスの時間範囲はおよそ１０ｐｓである。次に、発生する音波の周波数は、音波のパルスの時間持続期間の逆数にほぼ等しい。およそ１０ｐｓの時間範囲を伴う音響パルスの場合、周波数はおよそ１００ＧＨｚとなる。パルスポンプ放射ビーム１６の単一パルスにとって最適な持続期間は、特定材料において使用可能な最高音響周波数にほぼ逆比例し得る。典型的な材料において使用可能な最高音響周波数は、およそ１００ＧＨｚであり得、結果として、およそ１０ｐｓのパルスポンプ放射ビーム１６の単一パルスにとって最適な持続期間を生じさせる。同様のエネルギーでより短いパルスは、オブジェクト６の損傷につながる可能性がより高い。

[00124] 音波は、伝搬する際に介する材料に依存した音の速さで伝搬する。金属における典型的な音の速さは数千ｍ／ｓである。例えば金における音の速さは、およそ６０００ｍ／ｓである。所与の材料における音波の波長は、音波の周波数に対するその材料における音の速さの比によって与えられる（上記で説明したように、オブジェクト６の頂部表面８に近い材料の特性に主に依存する）。１０００から１０，０００ｍ／ｓの範囲内の音の速さ、及びおよそ１００ＧＨｚの周波数の場合、音波の波長はおよそ１０から１００ｎｍとなる。およそ１００ｐｓの時間範囲を伴う音響パルスの場合、周波数はおよそ１０ＧＨｚとなる。１０００から１０，０００ｍ／ｓの範囲内の音の速さ、及びおよそ１０ＧＨｚの周波数の場合、音波の波長はおよそ１００から１０００ｎｍとなる。

[00125] 本明細書に含まれる、パルスポンプ放射ビーム１６のパルスの時間持続期間、発生する音波の周波数、オブジェクト内の音の速さ、及び音波の波長のうちの、いずれかの量についての特定の値又は範囲のいずれの考察も、単なる例であることを理解されよう。本発明の実施形態は、上記で考察した量とは異なる量の値を有し得ることを理解されよう。

[00126] 装置２は、次に考察するように、２つの異なる動作モードでオブジェクト６のフィーチャ４の特徴（例えば、フィーチャ４の位置）を決定するために使用可能である。

[00127] 図２Ａに概略的に示されるように、装置２は、フィーチャ４から直接散乱した測定放射２４を使用してフィーチャ４の特徴を決定するように動作可能であり得る。これを、第１の動作モードと呼ぶことができる。第１の動作モードは、例えば、フィーチャ４が頂部表面８の上又は近傍に配設されるときに使用可能である。これに関連して、フィーチャ４が頂部表面８の上又は近傍に配設されているということは、測定放射２０が頂部表面８から侵入することが可能なオブジェクトの領域内にフィーチャ４が存在することを意味し得ることを理解されよう。

[00128] 追加又は代替として、図２Ｂに概略的に示されるように、装置２は、ポンプ放射１６及び測定放射２０の両方をポンプ−プローブ配置として使用し、フィーチャ４の特徴を決定するように動作可能であり得る。第１にポンプ放射１６は、オブジェクト６内に音波を生成するために使用される。ポンプ放射１６によって発生した音波は、オブジェクト６を介して伝搬し得、その一部はフィーチャ４によって散乱され、頂部表面８へと戻るように伝搬し得る。その後、測定放射２０は、フィーチャ４の１つ以上の特徴を間接的に決定するように、オブジェクト６の頂部表面８を探査するために使用される。これを、第２の動作モードと呼ぶことができる。第２の動作モードは、例えば、フィーチャ４が頂部表面８の下方に配設されるとき、また特に、不透明材料（例えば、金属から形成される不透明層）が頂部表面８とフィーチャ４との間に配設されるときに、使用可能である。

[00129] したがって、第２の動作モードで動作するとき、装置２は、ポンプ−プローブ法と呼ぶことができる方法を実装するために使用可能である。ポンプ放射デリバリシステム１７は、オブジェクト６内に音波を生成するように、パルスポンプ放射ビーム１６を用いてオブジェクト６の頂部表面８の少なくとも一部を照射するように動作可能である。測定放射デリバリシステム２３は、これらの光学的に発生した音波を検出又は探査するために使用可能な、測定放射ビーム２０を用いて、オブジェクト６の頂部表面８の少なくとも一部を照射するように動作可能である。（１）伝搬応力は金属ラチスの変位を生じさせること、及び、（２）音波に関する応力は、光弾性効果を介した誘電率の変化を誘発すること、という、光学方法を用いて観測可能な２つの効果を発生させることが知られている。

[00130] 測定システム１４によって頂部表面８から散乱する測定放射ビーム２０の少なくとも一部２４から、オブジェクト６のフィーチャ４の特徴を決定することは、第１と第２の動作モードで異なる可能性があることを理解されよう。

[00131] 一実施形態において、パルスポンプ放射ビーム１６は、約５０ｆｓの時間範囲を伴うパルスを含むことができる。別の実施形態において、パルスポンプ放射ビーム１６は、およそ１ｐｓの時間範囲を伴うパルスを含むことができる。パルスポンプ放射ビーム１６は、所望に応じて任意の好適な波長を有し得る。パルスポンプ放射ビーム１６の波長は、基板Ｗ上のフォトレジストの露光を減少させるように選択可能である。いくつかの実施形態において、パルスポンプ放射ビーム１６は、約４００ｎｍの波長を有し得る。いくつかの実施形態において、パルスポンプ放射ビーム１６は、基板Ｗ上のフォトレジストの露光を更に減少させるように４００ｎｍよりも大きな波長を有し得る。いくつかの実施形態において、パルスポンプ放射ビーム１６は、４００から８００ｎｍの範囲内の波長を有し得る。

[00132] 少なくとも装置が第２の動作モードで動作しているとき、測定放射ビーム２０は、パルスポンプ放射ビーム１６のパルスの時間範囲と同じ桁数の時間範囲を伴うパルスを含むことができる。測定放射ビーム２０は、所望に応じて任意の好適な波長を有し得る。測定放射ビーム２０の波長は、基板Ｗ上のフォトレジストの露光を減少させるように選択可能である。いくつかの実施形態において、測定放射ビーム２０は、４００から８００ｎｍの範囲内の波長を有し得る。例えばいくつかの実施形態において、測定放射ビーム２０はおよそ５００ｎｍの波長を有し得る。

[00133] パルスポンプ放射ビーム１６によって発生する音波は、オブジェクト６を介して伝搬し得、その一部はフィーチャ４によって反射され、頂部表面８へと戻るように伝搬することが可能である。装置２の第２の動作モードは、電磁放射がそれを介して伝搬できない（例えば、金属から形成される不透明層を有する）不透明材料を含むオブジェクトへの特定の適用を有する。音波は、こうした不透明層を介したフィーチャ４の探査を可能にする。約１００ｎｍの厚みを伴う金属層の下に配設された（すなわち、頂部表面８とフィーチャ４との間に金属層が配設された）反射回折格子を備えるフィーチャ４の場合、頂部表面８上に形成される音響信号は、約０．１ｓの時間内に１ｎｍ未満の確度で位置測定を達成するのに十分強力であり得る。

[00134] 装置２は、複数の材料の層を備えるオブジェクト、例えば、集積回路の複数の層が上に形成された基板Ｗへの、特定の適用を有し得る。

[00135] オブジェクト６内に音波が発生したとき、一般に、異なる音響特性を伴う２つの材料層の間のあらゆるインターフェースが音響反射を生成することになる。すなわち、任意のこうしたインターフェース上に入射する音波の一部が反射されることになる（及び、別の部分は伝送されることになる）。反射部分の振幅及び反射部分の位相シフト（相対入射波）は、それぞれの層の材料特性に依存する。複数層を備えるシリコンウェーハの場合、近傍の層間の各インターフェースは音響反射を発生させる。オブジェクト６の頂部表面８において形成される信号は、多くのこうした反射の重畳であり得、オブジェクト６の頂部表面８において潜在的に複雑な音響エコーが形成されることにつながる。

[00136] 装置２は、第１及び第２の動作モードのうちのいずれか１つにおいて動作可能な配置を提供する。したがってこの配置は、任意選択として、典型的には従来技術の位置検出器又はアライメントセンサによって提供される、第１の動作モードに加えて第２の動作モードの機能性を提供する。

[00137] 更に、装置２は、測定放射デリバリシステム２３及びポンプ放射デリバリシステム１７の両方を備える。したがって装置２は、２つの異なる放射デリバリシステム（測定放射デリバリシステム２３及びポンプ放射デリバリシステム１７）を備える。こうした配置は、次に考察するように、ポンプ放射１６及び測定放射２０がいくつかの理由で共通のデリバリシステムを共有する配置よりも有利である。

[00138] 第２の動作モードにおける動作は、不透明材料が頂部表面８とフィーチャ４との間に配設されているときでさえ、フィーチャ４の特徴の測定を可能にするため、有利である。しかしながら、フィーチャ４が頂部表面８の上又は近傍に配設されているとき、第１の動作モードを使用することによって、より高い確度が達成され得る。したがって、第１と第２の動作モードを切り替えることができることが望ましい可能性がある。第１の動作モードで動作しているとき、ポンプ放射源１０はオフに切り替えられ、第２の動作モードで動作しているとき、ポンプ放射源１０はオンに切り替えられる。

[00139] オブジェクト６内に音波を発生させるために、典型的にはポンプ放射源１０の強度は高い。次に、音波を誘発するために必要なポンプ放射１０（典型的には一連のレーザパルスを含む）の典型的な強度は、著しい加熱を生じさせる可能性がある。したがって、第２の動作モードで動作しているとき、ポンプ放射１６はポンプ放射１６によって使用されるデリバリシステムの著しい熱膨張を生じさせ得る。しかしながら、第１の動作モードで動作しているとき、こうした加熱、及び結果として生じるポンプ放射１６によって使用されるデリバリシステムの熱膨張は生じない。ポンプ放射１６及び測定放射２０が共通のデリバリシステムを共有する場合、異なるレベルの熱膨張に起因して、第１と第２の動作モードで動作しているときにデリバリシステムにおいて著しい差が存在することになる。次にこれが、測定放射２０（共通のデリバリシステムを共有する）、及び、散乱した測定放射２４から導出される決定されたフィーチャ４の特徴に影響を及ぼす。図２Ａ及び図２Ｂに示された装置２は、この問題を回避する。

[00140] 加えて、別のポンプ放射デリバリシステム１７を介してポンプ放射１６を提供することによって、装置２は、ポンプ放射源１０及びポンプ放射デリバリシステム１７を簡単な方法で既存のアライメントセンサにレトロフィットできるようにする配置を提供する。これにより、費用及び作業を最小限にしながら第２の動作モードの追加の機能性を提供するように、既存のアライメントシステムをアップグレードできるようになる。

[00141] 別のデリバリシステム（ポンプ放射デリバリシステム１７及び測定放射デリバリシステム２３）を介して、ポンプ放射１６及び測定放射２０を提供することで、２つのデリバリシステムの各々の光学系を、デリバリする放射にとってより適切に最適化することが可能となる。例えば、デリバリシステムの各々における光学要素の波長依存パラメータ（例えば、多層コーティング、焦点長さなど）が、これらの波長のうちの異なる波長に適合できるようにしながら、ポンプ放射１６及び測定放射２０が異なる波長を有することを可能にし得る。更に、一般に、２つの異なる放射ビームのビームスポットのサイズが異なることが望ましい場合があることを理解されよう。加えて、オブジェクト６の頂部表面８から散乱するいずれのポンプ放射１６も、測定システム１４によって受け取られることが望ましくない場合がある。

[00142] 測定放射デリバリシステム２３及びポンプ放射デリバリシステム１７の両方を備える装置２とは、装置２が２つの異なる放射デリバリシステム（測定放射デリバリシステム２３及びポンプ放射デリバリシステム１７）を備えることを意味するものと意図されることを理解されよう。これにより、測定放射デリバリシステム２３の少なくとも一部がポンプ放射デリバリシステム１７の少なくとも一部から分離しているか又は別個であることを意味することを更に理解されよう。しかしながら、測定放射デリバリシステム２３及びポンプ放射デリバリシステム１７は、１つ以上の共通要素を共有し得ることを理解されよう。特に、装置２が測定放射デリバリシステム２３及びポンプ放射デリバリシステム１７の両方を備えるということは、オブジェクト６に最も近い測定放射デリバリシステム２３の少なくとも一部が、オブジェクト６に最も近いポンプ放射デリバリシステム１７の少なくとも一部から分離しているか又は別個であることを意味することが意図される。

[00143] 図２Ａ及び図２Ｂからわかるように、測定放射デリバリシステム２３及びポンプ放射デリバリシステム１７は、（図２Ｂにおけるオブジェクト６の頂部表面８に一致する）オブジェクト面におけるポンプ放射１６の入射角が、オブジェクト面における測定放射２０の入射角とは異なるように構成される。更に、ポンプ放射デリバリシステム１７は、ポンプ放射１６が非ゼロの入射角でオブジェクト面上に入射するように構成される。

[00144] 典型的には、ポンプ−プローブ配置において、ポンプ放射及びプローブ放射の両方が、オブジェクト上に法線入射（すなわち、ゼロ入射角での入射）する。更に、位置測定システム（例えば、リソグラフィシステム内で使用するためのアライメントセンサ）との関連において、当業者であれば、オブジェクト６内で発生する音波は、一般に、オブジェクト６の頂部表面８に対して垂直に（頂部表面からフィーチャへと離れて、及び頂部表面へと戻るように、の両方に）伝搬することが重要であることを理解されよう。これにより、フィーチャ４の形状（例えば、反射回折格子）が、又は少なくともフィーチャ４の変形コピーについて、頂部表面８上の（頂部表面８に平行な面における）実質的に同じ位置に再生成できるようになる。オブジェクト６内に発生する音波が、オブジェクト６の頂部表面８に対して垂直でない方向に伝搬する場合、測定ビーム２０を使用して探査される頂部表面８上に生成されるいずれの信号も、頂部表面８に平行な面内でフィーチャ４に関してシフトされ得る。こうした効果は、位置測定の誤差に寄与することになる。当業者であれば、非ゼロの入射角のポンプ放射を用いてオブジェクト６の頂部表面８を照明することは、頂部表面８に対して垂直に伝搬しない音波を生成することであると予想し得るため、当業者はこれを考慮しないことになる。

[00145] しかしながら、この先入観に反して、本発明の発明者等は、たとえポンプ放射１６がオブジェクト６の頂部表面８において非ゼロの入射角で入射する場合であっても、オブジェクト６内で励起され発生した音波は、依然としてオブジェクト６の頂部表面８に対して垂直に進行することになるものと了解した。これは、（およそ数千ｍ／ｓの）オブジェクト６内の音の速さが光の速さよりも５桁小さいためである。

[00146] ポンプ放射１６が非ゼロの入射角でオブジェクト面上に入射するようにポンプ放射デリバリシステム１７を構成することによって、測定放射２０がオブジェクト６上に法線入射（すなわち、ゼロ入射角で入射）するように測定放射デリバリシステム２３を構成することができる。これは、特定の回折次数が相互に干渉し合うこと、及び／又は、測定システム１４が、フィーチャ又は異なるピッチの範囲を伴うアライメントマークのために働くことを、保証するため、有利であり得る。

[00147] 一実施形態において、ポンプ放射デリバリシステム１７は光ファイバを含む。

[00148] 次に、図２Ａ及び図２Ｂに示される装置２の動作を、図３を参照しながら更に説明する。図３に示されるように、装置２はコントローラ３２を更に備える。コントローラ３２は、第１の動作モードと第２の動作モード（すなわち、上記で説明したポンプ−プローブ法）との間で動作を切り替えるために、装置２のコンポーネントを制御するように動作可能である。

[00149] コントローラ３２は、測定放射源１２及びポンプ放射源１０を、それぞれ制御信号３４、３６を介して制御するように動作可能である。コントローラ３２は、第１の動作モード又は第２の動作モードのいずれかで動作するように動作可能である。コントローラ３２が第１の動作モードで動作しているとき、ポンプ放射源１０はポンプ放射１６を生成しない。コントローラが第２の動作モードで動作しているとき、ポンプ放射源１０は、少なくとも一部の時間においてポンプ放射１６を生成する。これに関連して、コントローラ３２が第２の動作モードで動作しているとき、ポンプ放射源１０はポンプ放射１６を間欠的に（例えば、パルスレーザビームとして）生成している可能性があることを理解されよう。

[00150] コントローラ３２は、測定放射の１つ以上の特徴又はパラメータを制御するように動作可能であり得る。例えば測定放射源１２は、第１の測定放射又は第２の測定放射の少なくともいずれかを生成するように動作可能であり得る。コントローラ３２は、第１の動作モードで動作しているとき、第１の測定放射を生成するために測定放射源１２を（例えば、制御信号３４を介して）制御するように、及び、第２の動作モードで動作しているとき、第２の測定放射を生成するために測定放射源を制御するように、動作可能であり得る。

[00151] 前述のように、典型的にはポンプ放射源１０は、様々な異なる材料の内部に音波を発生させることが可能な超高速レーザを備える。装置２が第２の動作モードで動作しているとき、測定放射２０は、ポンプ放射１６と実質的に同じ時間持続期間を伴うパルスを備え得る。これを第２の測定放射とすることができる。任意選択として、装置２が第１の動作モードで動作しているとき、測定放射２０は、ポンプ放射１６のパルスとは異なる時間持続期間を伴うパルスを備え得る。これを第１の測定放射とすることができる。

[00152] いくつかの実施形態において、測定放射システム１４がオブジェクト６のフィーチャ４の特徴を決定する、測定放射２４の角度分布が制御可能であり得る。

[00153] フィーチャ４は、一般に、測定放射２０を複数の回折次数に散乱させるように構成された反射回折格子の形とすることができる。図４から図６を参照しながら更に下記で説明するように、フィーチャ４の特徴（例えば、フィーチャ４の位置）に関する情報は、±ｎ次の回折次数に含まれ得、ｎ＝１、２、３、・・・である。オブジェクト６から散乱する任意の他の放射は、特徴を決定することが可能な確度に影響を与える可能性がある、この信号に対するバックグラウンドを形成し得る。信号に対するバックグラウンドを形成し得るこうした散乱する放射は、任意の鏡面反射（０次回折ビームを形成するものと見なし得る）及び／又は拡散反射を含むことができる。したがって、鏡面反射ビーム（又は等価として、０次回折ビーム）の方向を中心とする角度範囲内でオブジェクト６から拡散される放射をブロックするように配置された、０次絞りを提供することが望ましい可能性がある。これを、瞳フィルタと呼ぶことができる。０次絞り又は瞳フィルタは調整可能であり得る。

[00154] コントローラ３２は、測定放射システム１４が制御信号３８を介してオブジェクト６のフィーチャ４の特徴を決定する、測定放射２４の角度分布を制御するように動作可能であり得る。コントローラ３２は、コントローラ３２が第１の動作モードで動作しているときに第１の角度分布から、及び、コントローラ３２が第２の動作モードで動作しているときに第２の角度分布から、オブジェクト６のフィーチャ４の特徴が決定されるように、動作可能であり得る。

[00155] コントローラ３２が第２の動作モードで動作しているとき、測定放射２０はフィーチャ４を直接探査しておらず、むしろ、フィーチャ４から散乱する音波によって頂部表面８上に形成される信号を探査している。したがって、コントローラ３２が第２の動作モードで動作しているときに測定放射システム１４によって受信される信号（すなわち、散乱放射２４）は、コントローラ３２が第１の動作モードで動作しているときに測定放射システム１４によって受信される信号（すなわち、散乱放射２４）と比べて、減少し得る。したがって、例えば、測定の信号対バックグラウンド比を向上させるように、第２の動作モードで動作しているときの０次ブロックのサイズを増加させることが有利であり得る。

[00156] いくつかの実施形態において、ノイズに対する測定システム１４のセンサ２６の感度は制御可能である。典型的には、センサ２６は感知要素のアレイを備えることができる。センサ２６は、フィードバックレジスタを備え得る制御エレクトロニクスを備えることができる。ノイズに対する測定システムのセンサ２６の感度は、フィードバックレジスタの提供に依存し得る。フィードバック抵抗を制御可能にするために、可変レジスタ又はレジスタ及びスイッチのシステムが提供可能である。

[00157] コントローラ３２は、コントローラ３２が第１の動作モードで動作しているとき、センサ２６はノイズに対する第１の感度を有し、コントローラ３２が第２の動作モードで動作しているとき、センサ２６はノイズに対する第２の感度を有するように、ノイズに対する測定システム１４のセンサ２６の感度を制御するように動作可能であり得る。上記で説明したように、
コントローラ３２が第２の動作モードで動作しているときに測定放射システム１４によって受信される信号（すなわち、散乱放射２４）は、コントローラ３２が第１の動作モードで動作しているときに測定放射システム１４によって受信される信号（すなわち、散乱放射２４）と比べて、減少し得る。したがって、例えば、測定の信号対バックグラウンド比を向上させるように、第２の動作モードで動作しているときのノイズに対する測定システム１４のセンサ２６の感度を減少させることが有利であり得る。これは、第１の動作モードで動作しているときに第１のフィードバック抵抗を使用すること、及び、第２の動作モードで動作しているときに第２のフィードバック抵抗を使用することによって達成可能であり、第２のフィードバック抵抗の値は第１のフィードバック抵抗の値よりも大きい。第２の（より大きな）フィードバック抵抗を使用しているときのセンサ２６の帯域幅又は速さは、第１の（より小さな）フィードバック抵抗を使用しているときの動作に比べて減少し得る。

[00158] 光誘起された音波を使用してオブジェクト６内のフィーチャ４を探査するための、前述の装置及び方法において、パルスポンプ放射ビーム１６の任意の好適な波長を使用することができる。発生する音響波長のスペクトルは、例えば、放射の侵入深さが波長と共に著しく変動する場合、パルスポンプ放射ビーム１６の波長に依存し得る。次に、発生する音響波長のスペクトルは、ポンプの最適な時間形状に対して影響を与える可能性がある。しかしながら、こうした影響はより高次の影響であると考えられる。したがって、頂部表面８（典型的には音波が発生する場所である）における所与の材料に最適な波長が存在し得るが、方法が波長の選択に非常に敏感になるとは予想されない。

[00159] 多数の反復層を伴うオブジェクト８において、こうした構造内に形成され得る定常音波に対応する、特定の音響共振周波数が予想可能である。これらの周波数は、第２の動作モードで動作しているときに（使用するか又は回避するかのいずれかを）考慮することが重要であり得る。オブジェクト内の近傍層（例えば、上方及び下方の層）に関して大きな音響インピーダンス不一致を有する単一層に対して、音響共振が生じる。例えば、２つの低密度層（例えば、フォトレジスト又は二酸化ケイ素）間に配設される高密度層（例えば、金属層）について、音響共振を予想することが可能である。こうした配置は、結果として、高密度層の両側に音響インピーダンス不一致を生じさせる。

[00160] 等しく間隔を置いて配置されたパルスの列を備えるパルスポンプ放射ビーム１６は、いくつかの実施形態において有用であり得る、より狭い音響スペクトルを生じさせることができる。例えば、最適な音響スペクトル内に発生する音響エネルギーの量を最適化することが有利であり得る。最適な音響スペクトルは、例えば、フィーチャ４の構造を解決するのに十分短い音響波長（例えば、回折格子４の深度の２倍の長さを超えない波長）を備えることができる。追加又は代替として、最適な音響スペクトルは、例えば、受入れ不能な量が減衰されないように十分長い波長を備えることができる。

[00161] 測定システム１４によって実行される測定は、任意の好適な検出ジオメトリを使用することができ、単一ピクセル検出器、あるいは干渉計検出又はカメラベース検出システムとすることが可能である。

[00162] 測定放射源１２及び測定システム１４は、所望に応じて、任意の既知のアライメントシステム又はアライメントセンサの一部を形成することができる。例えばいくつかの実施形態において、測定システム１４は、正及び負の回折次数の位相を比較することによって、アライメント格子の位置を決定するように動作可能であり得る。例えば、プラス及びマイナスの１次回折ビーム（及び／又は、プラス及びマイナスの３次、５次などの回折ビーム）の位相を比較することができる。この比較は、自己参照干渉計を使用して正及び負の回折ビームを相互に干渉させることによって実行可能である。全信号は、例えばフォトダイオードについて測定することができる。アライメント格子をスキャンすることによって、結果として周期的アライメント信号が生じ、そこからアライメント位置が取り出される。次に、図４から図６を参照しながらこうしたシステムの例を説明する。

[00163] 図４（ａ）は、それぞれＸ位置及びＹ位置の測定について、基板Ｗ上に提供可能なアライメントマーク２０２、２０４の例を示す。この例における各アライメントマークは、基板に印加されるか又はエッチングされるプロダクトレイヤ又は他の層内に形成される一連のバーを備える。バーは規則的に間隔を空けて配置され、アライメントマークを、十分に周知の空間的周期（ピッチ）を伴う回折格子として見なすことができるような格子線として作用する。Ｘ方向のアライメントマーク２０２上のバーは、Ｘ方向の周期性を提供するためにＹ軸に平行であり、Ｙ方向のアライメントマーク２０４のバーは、Ｙ方向の周期性を提供するためにＸ軸に平行である。アライメントシステムＡＳ（図１に示される）は、正弦波などの周期的変動信号を取得するために、放射のスポット２０６（Ｘ方向）、２０８（Ｙ方向）を用いて各アライメントマークを光学的にスキャンする。この信号の位相は、アライメントセンサに対するアライメントマークの、及びしたがって基板Ｗの、位置を測定するために分析され、アライメントセンサは装置のフレームＭＦに対して固定される。スキャン移動は幅広矢印によって概略的に示され、スポット２０６又は２０８の進行位置は点線の輪郭内に示される。アライメントパターン内のバー（格子線）のピッチは、典型的には、基板上に形成されることになるプロダクトフィーチャのピッチよりもかなり大きく、アライメントシステムＡＳは、基板にパターンを印加するために使用されることになる露光放射よりもかなり長い放射の波長（又は、通常、複数の波長）を使用する。しかしながら、多数のバーは反復信号の位相の正確な測定を可能にするため、微細な位置情報が取得できる。

[00164] 粗いマーク及び微細なマークが提供できるため、アライメントセンサは、周期信号の異なるサイクル、並びにサイクル内の正確な位置（位相）を区別することができる。このため、異なるピッチのアライメントマークも使用可能である。これらの技法も当業者に周知であるため、本明細書では詳細に説明しない。こうしたセンサの設計及び動作は当分野で周知であり、各リソグラフィ装置はそれ自体のセンサの設計を有し得る。アライメントシステムＡＳは、一般に、米国特許第６９６１１１６号（den Boef等）に記載された形とすることができる。図４（ｂ）は、同様のアライメントシステムと共に使用するための修正済みアライメントマークを示し、照明スポット２０６又は２０８を用いる単一の光学スキャンを介して、Ｘ位置及びＹ位置が取得可能である。アライメントマーク２１０は、Ｘ軸及びＹ軸の両方に対して４５度で配置されたバーを有する。この組み合わせられたＸ及びＹ測定は、公開された米国特許出願第２００９／１９５７６８Ａ号（Bijnen等）に記載された技法を使用して実行可能である。

[00165] 上記の考察から、アライメントマーク２０２、２０４、２１０は、例えば、不透明であり得る１つ以上のプロセス層によって覆われた、オブジェクトの頂部表面の下方にあり得ることを理解されよう。第２の動作モードで動作するとき、図２Ａ及び図２Ｂに示される装置２、及び関連付けられた方法は、音波を使用して、下にあるアライメントマークに依存する、こうしたオブジェクトの頂部表面上に信号を発生させるために使用可能である。これが、アライメントシステムＡＳが放射のビームスポット２０６、２０８を用いて光学的にスキャンする信号である。上記で説明したように、音波は、少なくとも２つの異なる光学方法を用いて観測可能な信号を生成する。第１に、伝搬応力が金属ラチスの変位を生じさせる可能性がある。例えば、定常頂部表面音波が、オブジェクト６の頂部表面８上に発生し得、下にあるアライメントマークをミラーリングする。この頂部表面音波は、アライメントセンサＡＳのための回折格子として作用し得る。追加又は代替として、音波に関する応力は光弾性効果を介して誘電率の変化を誘発し、その結果、オブジェクト６の頂部表面８によって散乱する（例えば、反射する）放射の量に局所的差異を生じさせる可能性がある。頂部表面８の反射性におけるこれらの差異は、位置を決定するためにアライメントセンサＡＳによって使用可能である。

[00166] 図５は、既知のアライメントセンサＡＳの概略ブロック図である。照明源２２０は、対物レンズ２２４を介してスポットミラー２２３によって、基板Ｗ上に配置された、アライメントマーク２０２などのアライメントマーク上へそらされる、１つ以上の波長の放射の測定ビーム２２２を提供する。図５に概略的に示されるように、前述の米国出願第６９６１１１６号に基づく本アライメントセンサの例において、アライメントマーク２０２が照明される際に使用される照明スポット２０６は、アライメントマーク自体の直径、ひいては幅がわずかに小さい可能性がある。

[00167] アライメントマーク２０２によって回折される放射は、対物レンズ２２４によってピックアップされ、情報保持ビーム２２６にコリメートされる。自己参照干渉計２２８は、前述の米国出願第６９６１１１６号に開示されたタイプであり、ビーム２２６を処理し、（各波長について）別々のビームをセンサアレイ２３０上へと出力する。この時点でスポットミラー２２３は、便宜上、０次絞りとして働くため、情報保持ビーム２２６は、アライメントマーク２０２からのより高次の回折放射のみを備えることになる（これは測定にとって必須ではないが、信号対ノイズ比を向上させる）。センサ格子２３０内の個別のセンサからの強度信号２３２は処理ユニットＰＵに提供され、図１のプロセッサＰＲの一部を形成し得る。ブロック２２８における光学処理及びユニットＰＵにおける計算処理の組み合わせによって、基準フレームＲＦに対する基板上のＸ及びＹ位置の値が出力される。処理ユニットＰＵは、設計選択及び利便性の問題として、図１に示されるコントロールユニットＬＡＣＵから分離し得るか、又は、同じ処理ハードウェアを共有し得る。ユニットＰＵが分離している場合、信号処理の一部はユニットＰＵ内で、及び別の部分はユニットＬＡＣＵ内で、実行可能である。

[00168] 既に述べたように、図示されたタイプの単一の測定は、アライメントマークの１ピッチに対応する、ある範囲内のアライメントマークの位置を確定するのみである。正弦波のどの周期がマークされた位置を含む周期であるかを識別するために、これに関連して、より粗い測定技法が使用される。アライメントマークが作られた材料、並びに、アライメントマークがその上及び／又は下方に存在する材料に関係なく、より粗いレベル及び／又はより微細なレベルでの同じプロセスを、アライメントマークの増加した確度のため及び／又は堅固な検出のために、異なる波長で反復することができる。波長は、同時に処理するために光学的に多重化及び多重分離すること、及び／又は、時分割又は周波数分割によって多重化することが可能である。本開示における例は、アライメントマーク非対称に対する感度が低下した実用的でロバストな測定装置（アライメントセンサ）を提供するために、いくつかの波長における測定を活用することになる。

[00169] 測定プロセスをより詳細に参照すると、図５においてＶ_Ｗと標示された矢印は、スポット２０６がアライメントマーク２０２の長さＬを横断する際のスキャン速度を示す。この例において、アライメントシステムＡＳ及びスポット２０６は実際には静止したままであるが、速度Ｖ_Ｗで移動する基板Ｗである。したがって、アライメントセンサは、基板Ｗの移動方向とは反対の方向にアライメントマーク２０２を効果的にスキャンしながら、基準フレームＲＦ（図１）に堅固及び正確に取り付けることが可能である。基板Ｗは、この移動において、基板テーブルＷＴ及び基板位置決めシステムＰＷ上に取り付けることによって、制御される。図示されたすべての移動はＸ軸に並行である。同様の処置は、スポット２０８を伴うアライメントマーク２０４をＹ方向にスキャンするために適用される。

[00170] 公開された米国特許出願第２０１２−０２１２７４９Ａ１号で考察されるように、リソグラフィ装置に必要な高い生産性要件は、基板上の多数の位置におけるアライメントマークの測定をできる限り迅速に実行することを必要とし、これは、スキャン速度Ｖ_Ｗが高速であり、これに応じて各アライメントマーク位置の獲得に使用可能な時間Ｔ_ＡＣＱが短いことを示唆する。簡潔に言えば、式Ｔ_ＡＣＱ＝Ｌ／Ｖ_Ｗが適用される。前の出願第２０１２−０２１２７４９Ａ１号は、獲得時間を長くするために、スポットの反対のスキャン動作を与えるための技法を記載している。所望であれば、本明細書で開示されたタイプのセンサ及び方法において、同じスキャンスポット技法を適用することができる。

[00171] 図６は、前述の前の公開米国出願第６，９６１，１１６号及び米国出願第２００９／１９５７６８号に記載されたシステムの修正版である、アライメントセンサの光学システムを示す。これは、とりわけ、確度を上げるためにアライメントマークの縮小ピッチを可能にする、オフアクシス照明モードのオプションを紹介している。光学システムは、別のスキャトロメータ計器ではなくアライメントセンサを用いて、スキャトロメトリタイプの測定を実行可能にすることもできる。図６では、オフアクシス及びオンアクシスモードの照明を提供することの詳細は省いている。本開示の場合、複数の波長及び偏光の詳細を示すことに重点が置かれている。

[00172] 図６に示される光学システム全体を通る、いくつかの分岐を有する光軸Ｏが、破線によって示されている。図５の概略図との比較を容易にするために、図６に示される光学システムのいくつかの部分は図５に示されるのと同様の参照符号で標示されているが、接頭辞は「２」ではなく「４」である。したがって、光源４２０、照明ビーム４２２、対物レンズ４２４、情報保持ビーム４２６、自己参照干渉計４２８、及び検出器配置４３０となる。検出器配置からの信号は処理ユニットＰＵによって処理され、下記で説明する新規なフィーチャを実装するように、及び、各アライメントマークについて（改良された）位置測定ＰＯＳを出力するように、修正されている。

[00173] このより詳細な概略図に示される追加のコンポーネントは、以下の通りである。照明システム４４０において、光源４２０からの放射は光ファイバ４４２を介して照明成形光学系４４６に送達される。これは、ビームスプリッタ４５４を介して、瞳面Ｐを有する対物レンズ４２４へ入力ビーム４２２をデリバリする。対物レンズ４２４は、ウェーハＷ上のアライメントマーク２０２／２０４／２１０上に、スポット４０６を形成する。アライメントマークによって回折された情報保持ビーム４２６は、ビームスプリッタ４５４を介して干渉計４２８へと渡される。干渉計４２８は、直交偏光を伴う２つの部分に情報保持ビームを分割し、これらの部分を光軸の周りで互いに１８０°回転させ、それらを出射ビーム４８２に組み合わせる。出射ビーム４８２は、下記でより詳細に説明するように、検出器配置４３０に入る。

[00174] 本例には、非対称測定配置４６０が含まれる。配置４６０は、干渉計の前に位置決めされた第２のビームスプリッタ４６２を介して、情報保持ビーム４２６の一部４６４を受け取る。別の米国特許出願第２０１２５２２７０６１号は、検出器４３０を介して取得された位置情報を使用する非対称の測定のための技法を記載している。非対称測定配置４６０は任意選択であり、したがって、他の実施形態では省いてもよいことを理解されよう。

[00175] 照明成形光学系４４６は様々な形を取ることが可能であり、そのうちのいくつかが、前の米国特許出願第２０１５１０９６２４号においてより詳細に開示されている。そこで開示された例では、検出器側での空間解像度を必要とせずに、減少した格子ピッチの使用が可能な、アライメントセンサ（より一般には、位置測定装置）が示されている。照明モードを使用することによって、これらの装置は、現行の検出器設計を変更せずに、例えば、１μｍ未満から２０ミクロンのピッチまでの広範囲の異なるピッチを伴うアライメントマークの位置を測定することができる。前の米国出願第２０１５１０９６２４号に記載された例に共通の特定のフィーチャは、制限範囲の入射角（瞳面内の制限半径範囲）においてオフアクシス照明を使用するためのオプションである。オフアクシス照明によって、放射源領域は瞳の周辺部分、すなわち、光軸からある程度離れた距離に限定される。照明を瞳の最周辺部に限定することで、アライメントマークの最小可能ピッチを、実質的にλ／ＮＡから実質的にλ／２ＮＡまで減少させ、λは使用される放射の波長であり、ＮＡは計器（例えば、アライメントセンサ又はより一般的には位置測定装置）の対物レンズの開口数である。前の米国出願第２０１５１０９６２４号に記載された例は、装置のビームスプリッタ内のスポットミラーの特定分布も使用し、所望の照明を提供すること、及び０次回折放射に対するフィールド絞りとして作用することの、両方が可能である。照明モードを変更せずに、Ｘ、Ｙ、及びＸＹアライメントマークのいずれかについて位置合わせを可能にする、「ユニバーサル」照明プロファイルを設計することができるが、これは必然的に、性能における何らかの妥協及び／又は装置における何らかの複雑化をもたらす。代替として、専用モードを設計し、異なるアライメントマークと共に使用するために選択可能とすることができる。照明の異なる偏光も選択可能である。

[00176] 装置は概して、これら特定のオフアクシス照明プロファイルを提供することに限定されてはいない。装置は、異なるプロファイルの使用を優先する、既知又は未開発の両方の、他の使用モードを有することができる。例えば、装置は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示された異なるアライメントマークタイプについて、オンアクシス及びオフアクシスの照明モードの選択を提供することができる。オフアクシス照明はより微細な格子と共に使用することを対象とするが、オンアクシス照明プロファイルは、既存のアライメントマーク及び測定方法に適合するために有用であり得る。第１に、オンアクシスモードの例を参照すると、図５の既知のセンサで使用される場合、それ以外は暗い瞳内に中央の明るいスポットを有するオンアクシス照明プロファイルによって、基板に垂直な照明が提供される。このプロファイルは、装置の照明ビーム４２２における任意選択の設定である。この例では、０次ビームが干渉計４２８に入る前にブロックされるように光軸に沿って戻ることが望ましいが、非対称測定配置４６０（提供された場合）へ転送されることも望ましい。干渉計４２８の前に０次をブロックすることは必須ではないが、位置信号の信号対ノイズ比を向上させる。したがって、この実施形態では、第２のビームスプリッタ４６２にスポットミラーを含めることが可能である。第１のスプリッタ４５４は銀めっきされず、中央スポットの強度の５０％程度のみがアライメントマークに転送され得ることが認められる。配置４６０が省略される代替の実施形態において、このプロファイルは照明プロファイラ４４６によって直接生成され、第１のビームスプリッタ４５４内のスポットミラーによって対物レンズ４２４へと全強度で伝送され得る。所望のプロファイルを得るために、様々な代替が想定可能である。

[00177] オフアクシス照明プロファイルは、所望の信号を生成するために、対向するセグメントは干渉計４２８にとってコヒーレントなはずであることを踏まえて、実際的な計器を形成するためにいくつかの方法で生成可能である。特に、広帯域光源が含まれるとき、光源放射のコヒーレンス長さ／時間は非常に短くなる。単色レーザ源を用いる場合であっても、米国出願第６９６１１１６号は、例えば、望ましくない複数の反射からの干渉をなくすために、短いコヒーレンス時間が好ましいことを教示している。そのため、光源から各セグメントまでの光路長さは、非常に緊密に一致するはずである。所望のプロファイルに直接対応する開口を、拡大平行ビーム内に配置することができるが、結果として相対的に大きな光損失が生じることになる。光損失を回避するために、前述の前の米国出願第２０１５１０９６２４号では、様々な代替ソリューションが提供される。

[00178] 照明源４４２から出現する照明は単色であってよいが、典型的には本来広帯域であり、例えば白色光、又は多色である。照明源４４２は電磁放射を放出するように動作可能な照明源であることを理解されよう。この放射は可視光及び／又は可視スペクトル外の電磁放射、例えば赤外線放射を含むことができる。下記において、「放射」という用語は「光」という用語と同義であり、交換可能に使用できることを理解されよう。同様に、こうした放射の波長（又は波長の範囲）は、放射が可視スペクトルからのものであるか否かに関わらず、放射の「カラー」と呼ぶことができる。ビーム内の波長のダイバーシティは、既知のように、測定のロバスト性を増加させる。既知の１つのセンサは、例えば４つの波長のセットを使用し、４つの波長の各々が５００ｎｍから９００ｎｍの範囲内にある。これらの４つの波長はそれらのカラー名で呼ぶことが可能であり、緑（緑色光を含む）、赤（赤色光を含む）、近赤外（近赤外放射を含む）、及び遠赤外（遠赤外放射を含む）とすることができる。本発明を実装するセンサにおいて、同じ４つの波長が使用可能であるか、又は異なる４つ、あるいは４つより多いか又は少ない波長を使用してもよい。

[00179] 再度図６を参照し、次に、複数波長の放射を使用する測定に関係し、偏光効果の管理に関係する、装置の態様を説明する。照明サブシステム４４０において、光源４２０は、４つの波長の放射を生成するために提供された、緑（Ｇと標示）、赤（Ｒ）、近赤外（Ｎ）、及び遠赤外（Ｆ）と命名された４つの個別の光源を備える。以下の考察では、便宜上、これら４つの異なる波長での放射を４色光と呼び、それらが電磁スペクトルの可視部分又は不可視部分のどちらにあるかは、本目的にとって重要ではない。光源は線形に偏光され、Ｇ及びＮ放射は互いに同様に配向され、Ｒ及びＦ放射は、Ｇ及びＮ放射の偏光に対して直交に偏光される。

[00180] ４色は偏光保持ファイバによってマルチプレクサ５０２に伝送され、ここで単一の４色ビームに組み合わせられる。マルチプレクサは矢印５０４で示されるように、線形偏光を維持する。矢印５０４及び同様の矢印は、緑及び赤の成分の偏光を示すために、図面全体を通じてＧ及びＲと標示される。Ｎ及びＦの成分は、それぞれ、Ｇ及びＲの成分と同様に配向される。

[00181] この組み合わせられたビームは、好適なデリバリ光学系５０６を介してビームスプリッタ４５４へと進む。既に説明したように、このビームは、ビームスプリッタ内部にある、部分反射表面又は全反射表面（例えば、０．５ｍｍ直径スポットミラー）から反射する。対物レンズ４２４はビームを狭ビームに合焦し、これが、ウェーハＷ上のアライメントマーク２０２によって形成される格子によって反射及び回折される。光は、例えば開口数ＮＡ＝０．６で、対物レンズ４２４によって集められる。このＮＡ値により、各カラーについて、１６μｍピッチの格子から少なくとも１０次の回折を集めることができる。

[00182] 情報保持ビーム４２６を形成する反射及び回折光は、次いで、自己参照干渉計４２８へと伝送される。この例では、既に説明したように、ビームは、情報保持ビームの一部４６４を、提供されている場合は非対称測定配置４６０へと供給するために、ビームスプリッタ４６２によって分割される。非対称測定情報を伝達する信号４６６は、配置４６０から処理ユニットＰＵへと渡される。干渉計の直前で、偏光は、半波長板５１０によって４５°回転される。以後、偏光矢印は、明確にするために１色のみについて表示する。上記及び米国特許第６９６１１１６号で既に述べたように、干渉計は偏光ビームスプリッタからなり、各カラーの半分が伝送され、各カラーの半分は反射される。次いで、各半分は干渉計内部で３回反射され、放射フィールドを＋９０°及び−９０°回転し、１８０°の相対回転を与える。次いで、２つのフィールドは互いの頂部上で重畳され、干渉可能となる。−９０°及び９０°イメージの経路差を補償するために、位相補償器５１２が存在する。次いで偏光は（主軸がＸ又はＹ軸に対して２２．５°に設定された）別の半波長板５１４によって、４５°回転される。半波長板５１０、５１４は、波長不感受性であるため、すべての４波長の偏光は４５°回転される。

[00183] 更なるビームスプリッタ５１６が、光信号をＡ及びＢと指定された２つの経路に分割する。一方の経路は２つの回転フィールドの和を含み、他方は差を含む。初期の偏光方向に応じて、和は経路Ａ又は経路Ｂ内で終わる。したがって、この例では、緑及びＮＩＲ信号についての和信号は一方の経路内で終わり、赤及びＦＩＲは他方の経路内で終わる。各カラーについて、対応する差信号は他方の経路内で終わる。放射源は、放射、例えば電磁放射を放出するように動作可能なソースであることを理解されよう。放射は可視光を含むことができる。代替として、放射は可視スペクトル外の電磁放射、例えば赤外線放射を含むことができる。上記の説明において、「放射」という用語は「光」という用語と同義であることを理解されよう。したがって、光へのいずれの言及も、可視スペクトル外の電磁放射を包含し得る。

[00184] この配置は、各カラーでの照明のために１つの偏光を使用することを選択することに留意されたい。１カラーについて２つの偏光を用いる測定は、読取り間で偏光を変更することによって（又は、読取り内での時分割多重化によって）実行可能である。しかしながら、カラー及び偏光における何らかのダイバーシティから恩恵を受けながら、高スループットを維持するために、各カラーは線形に偏光され、カラーの１つのサブセットが１つの偏光方向を有し、カラーの別のサブセットが異なる偏光方向を有する、異なるカラーのセットは、ダイバーシティと測定スループットとの間に良好な妥協点を示す。スループットに影響を与えずにダイバーシティを増加させるために、本明細書で提示される４カラー方式と同様であるが、混合偏光と共に、より多くのカラー、例えば８又は１６のカラーを使用する実装を想定することが可能である。

[00185] Ａ及びＢの各経路についての光は、それぞれの集光レンズアセンブリ４８４Ａ及び４８４Ｂによって集められる。次いでこの光は、基板上のスポット外からのほとんどの光を消去する、開口５１８Ａ又は５１８Ｂを介して進む。２つのマルチモードファイバ５２０Ａ及び５２０Ｂは、各経路の集めた光をそれぞれのデマルチプレクサ５２２Ａ及び５２２Ｂに伝送する。デマルチプレクサ５２２Ａ、５２２Ｂは、各経路を元の４カラーに分割するため、合計８つの光信号が、検出器配置４３０内の検出器４３０Ａ及び４３０Ｂに送達されることになる。実用的な一実施形態において、ファイバは、デマルチプレクサと、検出器回路板上の８つの検出器要素との間に配置される。この例における検出器は、空間解像度を提供しないが、装置が基板Ｗ上のアライメントマーク２０２をスキャンする際に、各カラーについて時変強度信号Ｉ_Ａ及びＩ_Ｂをデリバリする。信号は実際には位置依存信号であるが、装置とアライメントマークとの間の物理的スキャン移動（図５を想起されたい）と同期された時変信号（波形）として受信される。

[00186] 処理ユニットＰＵは、８つの検出器から強度波形を受け取り、位置測定ＰＯＳを提供するために、これらを既知の装置内と同様に処理する。異なる波長及び入射偏光に基づいて選択する信号が８つあるため、装置は、多様な状況において使用可能な測定を取得することができる。この点で、アライメントマーク２０２は、異なる材料及び構造の多数の層の下に埋め込み可能であることに留意されたい。いくつかの波長は、異なる材料及び構造に他よりも良好に侵入する。処理ユニットＰＵは、通常、波形を処理し、最も強い位置信号を提供している波形に基づいて位置測定を提供する。残りの波形は無視してよい。単純な実装では、各測定タスクについての「レシピ」は、ターゲット構造の予備知識及び実験的調査に基づいて、どの信号を使用するかを指定することができる。より高度なシステムでは、事前の知識なしに最良の信号を識別するために、「色彩管理」又は「平滑色彩管理」アルゴリズムを使用する自動選択が実行可能である。これは、Jeroen Huijbregtse等により「Overlay Performance with Advanced ATHENATM Alignment Strategies」、Metrology,Inspection,and Process Control for Microlithography XVII,Daniel J.Herr, Editor,Proceedings of SPIE Vol.5038(2003)に記載されている。

[00187] 各レンズ４８４Ａ、４８４Ｂは、フィールド全体を各検出器４３０Ａ、４３０Ｂの各要素上に合焦させ、これは、図５の既知のアライメントセンサと同様の配置である。この例及び既知のアライメントセンサにおける検出器は、効果的な単一フォトダイオードであり、既に説明したスキャン動作による以外は、いかなる空間情報も提供しない。所望の場合は、共役瞳面内に空間解像度を有する検出器を追加することができる。これは例えば、アライメントセンサハードウェアを使用して、角度分解スキャトロメトリ法を実行させることができる。

[00188] アライメントマークは、例えば２つの異なる偏光を使用して位置を測定することを希望する場合、複数回スキャンすることが必要な場合がある。また、ＸＹアライメントマークのスキャンの途中で照明モードを切り替えることも必要な場合がある。しかしながら他の実施形態において、２つの測定を同時に行うために、光信号の多重化を使用することができる。同様に、照明モードを切り替えずにＸＹアライメントマークの異なる部分をスキャン及び測定できるように、多重化を適用することが可能である。こうした多重化を実行するための簡単な方法は、周波数分割多重化によるものである。この技法において、スポット及び／又は偏光の各ペアからの放射は、位置情報を保持する時変信号の周波数よりもかなり高くなるように選択された、特性周波数を用いて変調される。各検出器４３０Ａ、４３０Ｂに到達する回折及び処理済み光信号は、２つの信号の混合となるが、ソース放射のそれぞれの周波数に合わせたフィルタを使用して、電子的に分離することが可能である。時分割多重化も使用可能であるが、これは、ソースと検出器との間に正確な同期化が必要となる。各周波数での変調は、例えば単純な正弦波又は方形波とすることができる。

[00189] 位置感知又は何らかの他の形のメトロロジのために、円偏光を用いてアライメントマークを照明することが望ましい場合、ビームスプリッタ４５４と対物レンズ４２４との間に方形波板（図示せず）を挿入することができる。これには、線形偏光を円偏光に変化させる（及び、アライメントマークによる回折後に再度元に戻す）効果がある。スポット位置は、前述のようにアライメントマーク方向に従って選択される。円偏光の方向（時計回り／反時計回り）は、照明源４２０、光ファイバ４４２、又は照明成形光学系４４６において、異なる線形偏光を選択することによって変更可能である。

[00190] Huijbregtse等による論文には、複合ターゲット内での複数の格子の使用も記載されている。各格子は異なるプロファイルを有し、例えばより高い回折次数（３次、５次、７次）を強化している。位置測定は、これらの格子のうちの異なる格子から、並びに個別の格子上の異なるカラー信号から、導出可能である。本開示において、単純なバーパターンを伴うがセグメント化されたフィーチャを有する、単一格子が存在することが想定される。当業者であれば、異なるパターンを伴う複数の格子を有する実施形態を想定するために、本開示を容易に拡張することが可能である。

[00191] 図７Ａ及び図７Ｂは、図６に示され上記で説明した、アライメントセンサと同様のアライメントセンサの光学システムを、概略的に示す。図７Ａ及び図７Ｂは、放射源（図示せず）によって生成される入力放射ビーム６２２についての２つの直交線形偏光状態の伝搬を表す。図７Ａ及び図７Ｂにおいて、異なる位置での放射の偏光状態は、四角の中の矢印で表される。アライメントセンサの光学システム内での放射の偏光状態のこの表現は、放射ビームを調査している観察者が見るような、放射の偏光状態を表し、線形偏光は真っ直ぐな矢印によって表され、円偏光は湾曲した矢印によって表される。

[00192] 図６との比較を容易にするために、図６に示された光学システムの部分に対応する図７Ａ及び図７Ｂに示された光学システムの部分は、図６で使用された参照符号と同様の参照符号で標示されているが、接頭辞「４」の代わりに「６」、又は接頭辞「５」の代わりに「７」が用いられている。

[00193] 図７Ａ及び図７Ｂには（これらの図を明確にするのを助けるために）示されていないが、入力放射ビーム６２２は、図６に示されるアライメントセンサと同様に多重化及び多重分離される、複数の放射の波長を備えることができることを理解されよう。例えば、前述の照明サブシステム４４０と同様の照明サブシステム（図示せず）が使用可能であり、前述の検出器配置４３０と同様の検出器配置（図示せず）が使用可能である。

[00194] 入力ビーム６２２は、ビームスプリッタ６５４及び４分の１波長板６５５を介して対物レンズ６２４に送達される。４分の１波長板６５５は、入射面偏光放射を円偏光放射に変換する。図７Ａに示されるように、入力ビーム６２２が垂直に面偏光されるとき、４分の１波長板６５５はこれを左円偏光放射に変換する（図７Ａ及び図７Ｂでは、アライメントセンサの光学システム内での放射の偏光状態の表現は、放射ビームを調査している観察者が見るような、放射の偏光状態を表すことに留意されたい）。同様に、図７Ｂに示すように、入力ビーム６２２が水平に面偏光されるとき、４分の１波長板６５５はこれを右円偏光放射に変換する。

[00195] 円偏光放射は、対物レンズ６２４によってウェーハＷ上のアライメントマーク２０２上に投影される。アライメントマーク２０２が非偏光格子を備えるものと想定すると、情報保持ビーム６２６を形成する散乱放射の偏光（すなわち、回折次数）は、πラジアン（１８０°）だけフリップされることになる。したがって、図７Ａの入射左円偏光放射は、情報保持ビーム６２６内の右円偏光放射になり、図７Ｂの入射右円偏光放射は、情報保持ビーム６２６内の左円偏光放射になる。

[00196] ４分の１波長板６５４は放射を線形偏光放射に戻るように変換し、右円偏光放射は水平偏光放射に変換され（図７Ａを参照のこと）、左円偏光放射は垂直偏光放射に変換され（図７Ｂを参照のこと）。

[00197] アライメントマークによって回折された情報保持ビーム６２６は、ビームスプリッタ６５４を通り、半波長板７１０を介して干渉計６２８へと渡される。半波長板７１０は、情報保持ビーム６２６が自己参照干渉計６２８内に渡される前に、（線形偏光された）情報保持ビーム６２６の偏光をπ／４ラジアン（４５°）回転させる。

[00198] 自己参照干渉計６２８は、共に出射ビーム６８２を形成する直交偏光を伴う２つの鏡映回折イメージを発生させる。自己参照干渉計６２８は、一般に、図６を参照しながら説明した自己参照干渉計４２８の形を取ることができる。例えば、自己参照干渉計６２８は、一般に、入射放射の半分を伝送し、入射放射の半分を反射するように配置された、偏光ビームスプリッタからなる、米国出願第６９６１１１６号に開示された形とすることができる。次いで、放射の各半分は干渉計６２８内部で３回反射され、放射フィールドをそれぞれ＋９０°及び−９０°回転し、１８０°の相対回転を与える。次いで、２つのフィールドは（直交偏光状態を有するため、まだ干渉しないが）互いの上に重畳される。

[00199] 出射ビーム４８２は、半波長板７１４を介して偏光ビームスプリッタ７１６上に入射する。出射ビーム６８２の両方の部分の偏光状態は、（主軸がＸ又はＹ軸に対して２２．５°に設定された）半波長板７１４によって、π／４ラジアン（４５°）回転される。

[00200] ビームスプリッタ７１６は、光信号をＡ及びＢと指定された２つの経路に分割する。Ａと指定された経路は垂直に偏光された放射を含むが、Ｂと指定された経路は水平に偏光された放射を含む。一方の経路は２つの回転フィールドの和を含み、他方は差を含む。初期偏光方向に応じて、和は経路Ａ又は経路Ｂで終わる。入力ビーム６２２が（図７Ａのように）垂直に面偏光されるとき、２つの回転フィールドの差は経路Ａに沿って伝搬し、２つの回転フィールドの和は経路Ｂに沿って伝搬する。入力ビーム６２２が（図７Ｂのように）水平に面偏光されるとき、２つの回転フィールドの差は経路Ｂに沿って伝搬し、２つの回転フィールドの和は経路Ａに沿って伝搬する。したがって、図７Ａ及び図７Ｂに示されるアライメントセンサの光学システムは、出力が入力ビーム６２２の偏光状態に依存する光学システムの例であることを理解されよう。経路Ａ及び経路Ｂには、２つの回転フィールドの和又は差を検出器上に合焦させるための、好適な合焦光学系６８４Ａ、６８４Ｂを提供することができる。

[00201] 原理上、アライメントセンサは和信号又は差信号のいずれかを使用することができる。しかしながら、和チャネルは、結果として測定内にオフセットを生じさせる０次回折次数も含む。ダイナミックレンジの観点からすると、これは望ましくない場合があるため、差チャネルを使用する方が好ましい可能性がある。

[00202] 図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の実施形態に従った、アライメントセンサの一部を形成し得る偏光非依存干渉計８００を概略的に示す。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、異なる位置における放射の偏光状態は四角の中の矢印によって表される。ここでも、アライメントセンサの光学システム内での放射の偏光状態のこの表現は、放射ビームを調査している観察者が見るような、放射の偏光状態を表す。

[00203] 干渉計８００は、偏光非依存ビームスプリッタ８０２を備える。偏光非依存ビームスプリッタ８０２は、第２の偏光非依存ビームスプリッタ８０６を介して入力放射ビーム８０４を受け取るように配置される。入力放射ビーム８０４は、測定放射源からの測定放射を含むことができる。

[00204] 干渉計は、第１のミラー８０８及び第２のミラー８１０を更に備える。第１及び第２のミラー８０８、８１０は、各々、反射光学要素と見なすことができる。

[00205] 第１の光路８１２は、偏光非依存ビームスプリッタ８０２と第１のミラー８０８との間に画定される。第１の光路８１２は双方向光路であることを理解されよう。例えば、放射は偏光非依存ビームスプリッタ８０２から第１のミラー８０８へと伝搬し、第１のミラー８０８から反射し、偏光非依存ビームスプリッタ８０２へと戻ることができる。第１のミラー８０８からの反射時、放射の偏光状態はπラジアン（１８０°）回転される。同様に、第２の光路８１４は、偏光非依存ビームスプリッタ８０２と第２のミラー８１０との間に画定される。第２の光路８１４は双方向光路であることを理解されよう。例えば、放射は偏光非依存ビームスプリッタ８０２から第２のミラー８１０へと伝搬し、第２のミラー８１０から反射し、偏光非依存ビームスプリッタ８０２へと戻ることができる。第２のミラー８１０からの反射時、放射の偏光状態はπラジアン（１８０°）回転される。

[00206] 干渉計は、第３の光路８１６を更に画定し、第３の光路８１６は、偏光非依存ビームスプリッタ８０２とオブジェクト、例えばウェーハＷ上のアライメントマーク２０２との間に画定される、双方向光路である。第３の光路８１６は双方向光路であることを理解されよう。例えば放射は、偏光非依存ビームスプリッタ８０２から伝搬し、オブジェクト（例えば、ウェーハＷ上のアライメントマーク２０２）の表面を照射し、オブジェクトから散乱して、偏光非依存ビームスプリッタ８０２へと戻るように伝搬することができる。図８Ａ及び図８Ｂに示される例では、第３の光路８１６に沿って伝搬した後、放射の偏光状態は（この例では、アライメントマーク２０２からの散乱の結果として）πラジアン（１８０°）回転される。

[00207] 偏光非依存であるビームスプリッタ８０２を備える、干渉計８００内で、放射の一部がビームスプリッタ８０２上に入射するごとに、入射放射の第１の断片（例えば、およそ半分）は第１の光路に沿って誘導されることになり、入射放射の第２の断片（例えば、およそ半分）は第２の光路に沿って誘導されることになることを理解されよう。

[00208] 偏光非依存ビームスプリッタ８０２は、第２の偏光非依存ビームスプリッタ８０６を介して入力放射ビーム８０４を受け取るように配置される。図８Ａ及び図８Ｂに示される例において、入射放射ビーム８０６は垂直に偏光されるが、代替実施形態では他の偏光状態が使用できることを理解されよう。一般に、入力放射ビーム８０４は線形に偏光され、所望又は必要に応じて、任意の偏光状態を有することができる。図９を参照しながら下記で更に考察するように、第３の光路８１６内に配設可能な任意の偏光依存光学系を踏まえて、入力放射ビーム８０４に好適な偏光状態を選択することができる。

[00209] 入力放射ビーム８０４が最初にビームスプリッタ８０２上に入射すると、例えば、入射放射のおよそ半分は（図８Ａに示されるように）第１の光路８１２に沿って誘導されることになり、例えば、入射放射のおよそ半分は（図８Ｂに示されるように）第２の光路８１４に沿って誘導されることになる。

[00210] 第１の光路８１２に沿って誘導された放射の部分がビームスプリッタ８０２に戻るとき、入射放射のおよそ半分は第３の光路８１６に沿って誘導されることになり、入射放射のおよそ半分はシステムによって出力されることになる（図を明確にするのを助けるために、図８Ａには図示されていない）。同様に、第２の光路８１４に沿って誘導された放射の部分がビームスプリッタ８０２に戻るとき、入射放射のおよそ半分は第３の光路８１６に沿って誘導されることになり、入射放射のおよそ半分はシステムによって出力されることになる（図を明確にするのを助けるために、図８Ｂには図示されていない）。

[00211] 第３の光路８１６に沿って誘導された放射の部分がビームスプリッタ８０２に戻るとき、入射放射のおよそ半分（図８Ａでは点線及び図８Ｂでは実線によって示される）は第１の光路８１２に沿って誘導されることになり、入射放射のおよそ半分（図８Ａでは実線及び図８Ｂでは点線によって示される）は第２の光路８１４に沿って誘導されることになる。偏光非依存であるビームスプリッタ８０２を備える干渉計８００を使用することによって、システムによって出力される放射の複数部分が存在すること、及び、一般に、測定放射のこれらの部分は異なる時点でシステムによって出力されることを理解されよう。

[00212] 偏光非依存ビームスプリッタ８０２は、入力放射ビーム８０４を受け取るように、及び、入力放射８０４から放射の複数部分を発生させるように、配置される。特に、図８Ａ及び図８Ｂをそれぞれ参照しながら次に説明するように、放射の複数部分は第１の部分及び第２の部分を備える。

[00213] 第１の部分は第１の光路８１２に沿って誘導され、次いで、基板Ｗの表面を照射し、表面から散乱した後、第２の光路８１４に沿って誘導される。第１の部分の伝搬経路は、図８Ａ内に実線で示される。第２の部分は第２の光路８１４に沿って誘導され、次いで、基板Ｗの表面を照射し、表面から散乱した後、第１の光路８１２に沿って誘導される。第２の部分の伝搬経路は、図８Ｂ内に実線で示される。第１及び第２の部分は偏光非依存ビームスプリッタ８０２に組み合わせられ、出力放射ビーム８１８の一部を形成するために第２の偏光非依存ビームスプリッタ８０６を介して誘導される。第１及び第２の部分は同じ偏光を有し、組み合わせられたとき、干渉することになる。

[00214] 上記で説明したように、図８Ａ及び図８Ｂに示される例では、第３の光路８１６に沿って伝搬した後、放射の偏光状態は（この例では、アライメントマーク２０２からの散乱の結果として）πラジアン回転される。しかしながら、第１及び第２の部分は、同じ偏光を有することになり、したがって、第３の光路８１６に沿って伝搬した後の偏光状態における純変化に関係なく、組み合わせられたとき、干渉することになることを理解されよう。例えば図９を参照しながら説明するように、いくつかの実施形態では、第３の光路８１６に沿って伝搬した後、放射の偏光状態はπ／２ラジアン（９０°）回転される。

[00215] 第１及び第２の光路８１２、８１４は異なる長さを有する。第１の光路８１２は、第２の光路８１４よりも長い。したがって、放射が第１の光路８１２に沿って伝搬するには、第２の光路に沿って伝搬するよりも長くかかる。

[00216] 上記で説明した第１及び第２の部分に加えて、干渉計８００は、出力放射ビーム８１８の一部を形成する入力放射８０４の追加部分も生成することになることを理解されよう。しかしながら、次に説明するように、これらの追加部分は出力放射ビーム８１８内の第１及び第２の部分（時間的に重複する）から時間的に分解されることになる。したがって、第１と第２の部分の間の干渉は、第１、第２、及び第３の光路８１２、８１４、８１６に沿って順番に（任意の順序で）伝搬するのに要する時間に対応する、出力放射ビーム８１８の時間的部分から決定することができる。

[00217] 上記で説明したように、入力放射ビーム８０４が最初にビームスプリッタ８０２上に入射すると、入射放射のおよそ半分は（図８Ａに示されるように）第１の光路８１２に沿って誘導されることになり、入射放射のおよそ半分は（図８Ｂに示されるように）第２の光路８１４に沿って誘導されることになる。

[00218] 第１に、ビームスプリッタ８０２上へのこの第１の入射に続き、入射放射が（図８Ａに示されるように）第１の光路８１２に沿って誘導されることを考えてみる。放射のこの部分がビームスプリッタ８０２に戻るとき、入射放射のおよそ半分は第３の光路８１６に沿って誘導されることになり、入射放射のおよそ半分はシステムによって出力されることになる（図を明確にするのを助けるために、図８Ａには図示されていない）。第３の光路８１６に沿って誘導された部分がビームスプリッタ８０２に戻るとき、入射放射のおよそ半分（図８Ａでは点線によって示される）は第１の光路８１２に沿って戻るように誘導されることになり、入射放射のおよそ半分（図８Ａでは実線によって示される）は第２の光路８１４に沿って誘導されることになる。第１の光路８１２（又は、その一部）に沿って戻るように誘導された部分（図８Ａでは点線によって示される）が、次に出力放射ビーム８１８の一部を形成するために干渉計を出る場合、第１の光路８１２に沿って２回、第３の光路８１６に沿って１回伝搬することになる。対照的に、入射放射８０４の第１の部分（図８Ａでは実線によって示される）は、第１の光路８１２、第２の光路８１４、及び第３の光路８１６に沿って伝搬することになる。第１の光路８１２は第２の光路８１４よりも長いため、図８Ａで点線によって示される放射の一部は、放射の第１の部分よりも後で干渉計８００を出ることになる。

[00219] 第２に、ビームスプリッタ８０２上へのこの第１の入射に続き、入射放射が（図８Ｂに示されるように）第２の光路８１４に沿って誘導されることを考えてみる。放射のこの部分がビームスプリッタ８０２に戻るとき、入射放射のおよそ半分は第３の光路８１６に沿って誘導されることになり、入射放射のおよそ半分はシステムによって出力されることになる（図を明確にするのを助けるために、図８Ｂには図示されていない）。第３の光路８１６に沿って誘導された部分がビームスプリッタ８０２に戻るとき、入射放射のおよそ半分（図８Ｂでは点線によって示される）は第２の光路８１４に沿って戻るように誘導されることになり、入射放射のおよそ半分（図８Ｂでは実線によって示される）は第１の光路８１２に沿って誘導されることになる。第２の光路８１４（又は、その一部）に沿って戻るように誘導された部分（図８Ｂでは点線によって示される）が、次に出力放射ビーム８１８の一部を形成するために干渉計８００を出る場合、第２の光路８１４に沿って２回、第３の光路８１６に沿って１回伝搬することになる。対照的に、入射放射８０４の第２の部分（図８Ｂでは実線によって示される）は、第１の光路８１２、第２の光路８１４、及び第３の光路８１６に沿って伝搬することになる。第１の光路８１２は第２の光路８１４よりも長いため、図８Ｂで点線によって示される放射の一部は、放射の第２の部分よりも後で干渉計８００を出ることになる。

[00220] 本発明の実施形態によれば、オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための装置が提供され、フィーチャはオブジェクトの頂部表面の上又は下方に配設され、図７Ａ及び図７Ｂに示されたアライメントセンサと、図８Ａ及び図８Ｂに示された干渉計とを備える。こうした装置９００が図９に示されている。

[00221] 図９に示される装置９００は、全体として、図２Ａ及び図２Ｂに概略的に示され、上記で説明した、装置２の形を取ることができ、所望に応じて、装置２のフィーチャのいずれかを組み込むことができることを理解されよう。図７Ａ及び図７Ｂに示されるアライメントセンサ及び図８Ａ及び図８Ｂに示される干渉計８００は、各々が上記で考察したものと実質的に同じであり得る、測定放射源１２、測定システム１４、及びポンプ放射源１０と組み合わせられる。ポンプ放射源１０、ポンプ放射１６、ポンプ放射デリバリシステム１７は、図９ではかなり概略的に示されている。

[00222] 図９に示される装置９００は、測定放射８０４を生成するように動作可能な測定放射源１２を備える。測定放射は干渉計８００によって受け取られる入力放射ビーム８０４を形成することを理解されよう。

[00223] 図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら上記で説明したように、偏光非依存干渉計８００は、第１の光路８１２及び第２の光路８１４を有し、測定放射源１２から測定放射８０４を受け取るように、並びに第１及び第２の部分を発生させるように配置された、偏光非依存ビームスプリッタ８０２を備える。

[00224] ポンプ放射源１０は、基板Ｗ内に機械的応答を生成するように、ポンプ放射１６を用いて基板Ｗの頂部表面を（ポンプ放射デリバリシステム１７を介して）照射するためのポンプ放射１６を生成するように動作可能である。

[00225] 図９に示される装置９００は、干渉計８００から出力放射ビーム８１８を受け取るように、及び、それに依存してオブジェクトのフィーチャの特徴を決定するように動作可能な、測定システム１４を更に備える。

[00226] 図７Ａ及び図７Ｂに示されるアライメントセンサを、図８Ａ及び図８Ｂに示される干渉計８００と組み合わせるために、第３の光路８１６は偏光非依存ビームスプリッタ９０２を備える。

[00227] 測定放射８０４のうちの第１及び第２の部分の各々が第３の光路８１６に沿って中央の偏光非依存ビームスプリッタ８０２から離れて伝搬する際、測定放射のこれらの部分の各々の一部は、偏光非依存ビームスプリッタ９０２を通過し、ビーム伝送光学系を介して入力ビーム６２２としてアライメントセンサに送達される。この例では、ビーム伝送光学系は、合焦光学系９０４、光ファイバ９０６、コリメート光学系９０８、及びミラー９１０を備える。

[00228] 測定放射８０４の第１及び第２の部分の各々は、実質的に図７Ａを参照しながら上記で説明したように、アライメントセンサを介して伝搬する。

[00229] 測定放射８０４の第１及び第２の部分の各々の一部は、合焦光学系６８４Ａを介して経路Ａを通って出力される。測定放射８０４の第１及び第２の部分の各々のこの部分は、ビーム伝送光学系を介して偏光非依存ビームスプリッタ９０２に送達される。この例では、ビーム伝送光学系は、光ファイバ９１２及びコリメート光学系９１４を備える。

[00230] 図９に示される装置９００は、オブジェクトのフィーチャの特徴（例えば、アライメントマーク２０２の位置）を決定するために使用可能な（位置検出器又はアライメントシステムとして機能し得る）装置を提供する。装置９００は、ポンプ放射１６及び測定放射８０４の両方をポンプ−プローブ配置として使用してフィーチャの特徴を決定するように動作可能であり得る。ポンプ放射１６は、オブジェクト（例えば、基板Ｗ）内に機械的応答を生成するために使用される。機械的応答は、例えば、機械的波動とすることができる。こうした機械的波動は、音波、又は、例えば自由電子の拡散などの任意の他の熱伝搬を含むことができることを理解されよう。ポンプ放射１６によって発生した機械的波動はオブジェクトを介して伝搬し得、その一部は、フィーチャ（例えば、基板Ｗの頂部表面の下方に配設されたアライメントマーク）によって散乱され、頂部表面へ戻るように伝搬され得る。測定放射８０４は、フィーチャの１つ以上の特徴を間接的に決定するように、オブジェクトの頂部表面を探査するために使用される。このポンプ−プローブ配置は、例えば、フィーチャ（例えば、アライメントマーク２０２）が頂部表面の下方に配設されるとき、及び特に、不透明材料（例えば、金属から形成される不透明層）が頂部表面とフィーチャとの間に配設されるときに、使用可能である。

[00231] 各々が同じコンポーネント光路（すなわち、第１、第２、及び第３の光路８１２、８１４、８１６）からであるが、異なる順序で形成される、２つの異なる経路に沿って、測定放射８０４の第１及び第２の部分を誘導することによって、測定放射８０４は、２つの異なる時点でオブジェクトの表面上に入射可能であり、その後、干渉するように組み合わせることができる。例えば、測定放射８０４の第２の部分は、ポンプ放射源１０からのポンプ放射１６が表面上に入射する前に、表面上に入射可能であるのに対して、測定放射８０４の第１の部分は、ポンプ放射源１０からのポンプ放射１６が表面上に入射した後に、表面上に入射可能である。こうした配置を用いる場合、測定放射の第２の部分は、オブジェクトの一般的に時間非依存の表面トポグラフィに依存した情報を含み得るのに対して、測定放射の第２の部分は、このオブジェクトの一般に時間非依存の表面トポグラフィと、発生した機械的波動からの音響エコーによって発生する時間依存信号との、両方に依存した情報を含み得る。測定放射８０４の第１及び第２の部分を組み合わせることによって、発生した機械的波動の音響エコーによって発生する時間依存信号を、オブジェクトの一般に時間非依存の表面トポグラフィから分離することが可能である。

[00232] 第１の光路８１２に沿って伝搬し、オブジェクト２０２の表面を照射し、オブジェクト２０２の表面から散乱し、第２の光路８１４に沿って伝搬するために要する時間に対応する、出力放射の一部に対応する、出力放射ビーム８１８の時間的部分に依存して、オブジェクトのフィーチャの特徴（例えば、アライメントマーク２０２の位置）を（測定システム１４を使用することによって）決定することにより、発生した機械的波動からの音響エコーによって発生する時間依存信号を、オブジェクトの一般に時間非依存の表面トポグラフィから分離することが可能である。

[00233] 第１の光路８１２に沿って伝搬し、オブジェクトの表面を照射し、オブジェクトの表面から散乱し、第２の光路８１４に沿って伝搬するために要する時間は、第１、第２、及び第３の光路８１２、８１４、８１６の全光路長さ、及び測定放射８０４の伝搬速さに依存することを理解されよう。測定放射８０４が測定放射源１２から偏光非依存ビームスプリッタ８０２まで伝搬するために、非ゼロの時間を要し、時間は、測定放射源１２と偏光非依存ビームスプリッタ８０２との間の全光路長さ（及び、測定放射の伝搬速さ）に依存することを、更に理解されよう。出力放射８１８が偏光非依存ビームスプリッタ８０２から測定システム１４内の検出器又はセンサまで伝搬するために、非ゼロの時間を要し、時間は、偏光非依存ビームスプリッタ８０２と検出器又はセンサとの間の全光路長さ（及び、測定放射の伝搬速さ）に依存することを、更に理解されよう。

[00234] 第１、第２、及び第３の光路８１２、８１４、８１６に沿って伝搬するために要する時間に対応する、出力放射８１８の一部とは、（例えば、測定放射源１２によって）発生された後、ある時間に（例えば、センサ又は検出器によって）受信される、出力放射８１８の一部を意味することが意図され、時間は、第１、第２、及び第３の光路８１２、８１４、８１６に沿って測定放射源１２からビームスプリッタ８０２へ伝搬し、その後、ビームスプリッタ８０２から検出器又はセンサへ伝搬するために要する時間に対応することを理解されよう。

[00235] 有利なことに、偏光非依存であるビームスプリッタ８０２を備える干渉計８００を使用することによって、干渉計８００は、アライメントセンサ内のいずれかの光学系によって生じる偏光状態におけるいかなる変化にも不感受性である。更に、（干渉計８００を使用して形成される）入力測定放射８０４の第１及び第２の部分が、同じ偏光を伴うアライメントセンサ光学系に入れるようにする。これにより、干渉計を、入力測定放射ビームの偏光状態を変更すること、及び／又は、その出力が入力放射ビームの偏光状態に依存することが可能な、既存の位置検出器のための光学系と組み合わせることが可能になるため、特に有利である。

[00236] 対照的に、偏光ビームスプリッタを備える干渉計は、入力放射ビームを、直交偏光状態を有する２つの部分に分割することができる。こうした配置の利点は、入力放射のほぼすべてが干渉パターンを形成するために使用できることである。しかしながら、こうした偏光干渉計を使用することは、２つの部分が直交偏光状態でアライメントセンサ光学系に入ることである。こうした配置は、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら上記で説明したように、実質的にアライメントセンサに適合しない。偏光非依存のビームスプリッタ８０２を備える干渉計８００を使用して、放射の第１又は第２のいずれかのぶぶんが偏光非依存であるビームスプリッタ８０２上に入射するごとに、放射のおよそ半分が失われる（及び、第１又は第２の部分の一部を形成するために伝搬しない）ことを理解されよう。したがって、偏光非依存であるビームスプリッタ８０２を備える干渉計８００を使用することで、結果として、偏光ビームスプリッタを使用して達成される信号の８分の１の信号が生じることになる（第１及び第２の部分のそれぞれが、偏光非依存であるビームスプリッタ８０２上に３回入射するため）。

[00237] 放射源は、放射、例えば電磁放射を放出するように動作可能なソースであることを理解されよう。放射は可視光を含むことができる。したがって、「放射」という用語は「光」という用語と同義であり得ることを理解されよう。

[00238] 位置測定装置と共に使用されるアライメント方法に対して特に言及してきたが、本明細書で説明する方法は、基板の複数の層間でのオーバーレイを測定するためにも使用可能であることを理解されよう。例えば、方法は、基板の異なる層の粗いフィーチャと微細なフィーチャとの間のオーバーレイを測定するときに適用可能である。

[00239] 本明細書では、リソグラフィ装置との関連において本発明の実施形態に対して特に言及することができるが、本発明の実施形態は、他の装置で使用することもできる。本発明の実施形態に従った装置は、例えば医療用デバイス内のメトロロジシステムの一部として、例えば医学的応用のために使用することができる。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（又は他の基板）又はマスク（又は他のパターニングデバイス）などのオブジェクトを測定又は処理する任意の装置の一部を形成することができる。これらの装置は一般にリソグラフィツールと呼ぶことができる。こうしたリソグラフィツールは、真空条件又は周囲（非真空）条件を使用することができる。

[00240] アライメントセンサを制御し、それによって検出された信号を処理し、これらの信号から、リソグラフィパターニングプロセスを制御する際に使用するのに好適な位置測定を計算する、処理ユニットＰＵは、典型的には、詳細に説明されない何らかの種類のコンピュータアセンブリを含むことになることを理解されよう。コンピュータアセンブリは、リソグラフィ装置外部の専用コンピュータであってよく、アライメントセンサ専用の処理ユニットであってよく、又は代替として、全体としてリソグラフィ装置を制御する中央コントロールユニットＬＡＣＵであってよい。コンピュータアセンブリは、コンピュータ実行可能コードを備えるコンピュータプログラム製品をロードするために配置可能である。これにより、コンピュータプログラム製品がダウンロードされるときに、コンピュータアセンブリが、前述のアライメントセンサＡＳを備えるリソグラフィ装置の使用を可能にすることができる。

[00241] 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ガイダンス及び検出パターン、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プロセスツールに適用することができる。更に基板は、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。

[00242] 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適用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。

[00243] 本明細書で使用される「放射」及び「ビーム」という用語は、赤外線放射（例えば、８００ｎｍ〜２．５μｍの間の波長を有する）、可視放射（例えば、３８０ｎｍ〜８００ｎｍの間の波長を有する）、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍの波長を有する）、及び、極端紫外線（ＥＵＶ）放射（５〜２０ｎｍの範囲内の波長を有する）を含む、すべてのタイプの電磁放射を包含する。例えば、図１Ａに示されるリソグラフィ装置を使用する、基板の露光との関連において、「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍの波長を有する）、及び極端紫外線（ＥＵＶ）放射（５〜２０ｎｍの範囲内の波長を有する）、並びに、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームを含むことができる。

[00244] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電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のいずれか一つ、又はその組み合わせを指すことができる。

[00245] 以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。例えば、本発明は、上記で開示したような方法を述べる機械読み取り式命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラム、又はこのようなコンピュータプログラムを内部に記憶したデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光ディスク）の形態を取ることができる。

[00246] 上記の説明は例示的であり、限定的ではない。したがって、請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。

Claims (18)

1. オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための装置であって、
   測定放射を生成するように動作可能な、測定放射源と、
   前記測定放射を用いて前記オブジェクトの頂部表面の少なくとも一部を照射するように動作可能な、測定放射デリバリシステムと、
   前記オブジェクトの前記頂部表面から散乱する前記測定放射の少なくとも一部を受け取るように動作可能であり、また、前記頂部表面から散乱する前記測定放射の少なくとも一部から前記オブジェクトの前記フィーチャの特徴を決定するように更に動作可能な、測定システムと、
   ポンプ放射を生成するように動作可能な、ポンプ放射源と、
   前記オブジェクト内に機械的応答を生成するように、前記ポンプ放射を用いて前記オブジェクトの前記頂部表面を照射するように動作可能な、ポンプ放射デリバリシステムと、を備え、
   前記測定放射デリバリシステムは、第１の光路及び第２の光路を有する干渉計を備え、前記干渉計は、前記測定放射源から前記測定放射を受け取るように配置された偏光非依存ビームスプリッタを備える、
   オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための装置。
2. 前記測定放射デリバリシステム及び前記ポンプ放射デリバリシステムは、オブジェクト面における前記ポンプ放射の入射角が、前記オブジェクト面における前記測定放射の入射角とは異なるように構成された、請求項１に記載の装置。
3. 前記ポンプ放射デリバリシステムは、前記ポンプ放射が非ゼロの入射角でオブジェクト面上に入射するように構成された、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記ポンプ放射デリバリシステムは光ファイバを含む、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
5. コントローラを更に備え、
   前記コントローラは、前記測定放射源及び前記ポンプ放射源を制御するように動作可能であり、前記コントローラは、前記ポンプ放射源がポンプ放射を生成していない第１の動作モード、又は、前記ポンプ放射源が少なくとも一部の時間にポンプ放射を生成している第２の動作モードの、いずれかで動作するように動作可能である、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. 前記測定放射源は、第１の測定放射又は第２の測定放射を生成するように動作可能であり、前記コントローラは、前記測定放射源を制御して前記第１の動作モードで動作しているときに前記第１の測定放射を生成するように、及び、前記測定放射源を制御して前記第２の動作モードで動作しているときに前記第２の測定放射を生成するように、動作可能である、請求項５に記載の装置。
7. 前記測定放射システムが前記オブジェクトの前記フィーチャの前記特徴を決定する、測定放射の角度分布が、制御可能である、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
8. 請求項５に直接又は間接的に従属している場合、
   前記コントローラは、前記コントローラが前記第１の動作モードで動作しているときに第１の角度分布から、及び、前記コントローラが前記第２の動作モードで動作しているときに第２の角度分布から、前記オブジェクトの前記フィーチャの前記特徴が決定されるように、前記測定放射システムが前記オブジェクトの前記フィーチャの前記特徴を決定する前記測定放射の角度分布を制御するように動作可能である、請求項７に記載の装置。
9. ノイズに対する前記測定システムのセンサの感度は制御可能である、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
10. 前記偏光非依存ビームスプリッタは、
    前記第１の光路に沿って誘導され、次いで前記オブジェクトの表面を照射し、前記オブジェクトの表面から散乱し、その後前記第２の光路に沿って誘導される、第１の部分、及び、前記第２の光路に沿って誘導され、次いで前記オブジェクトの表面を照射し、前記オブジェクトの表面から散乱し、その後前記第１の光路に沿って誘導される、第２の部分を、前記測定放射から発生させるように更に配置され、また、
    出力放射を形成するために前記測定放射の前記第１及び第２の部分を再結合させるように更に配置され、
    前記オブジェクトの前記フィーチャの前記特徴は、前記出力放射に依存して決定される、
    請求項１から９のいずれかに記載の装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の装置を備える、リソグラフィ装置。
12. オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための方法であって、第１の動作モード又は第２の動作モードのいずれかを選択することを含み、
    前記第１の動作モードが選択されたとき、前記オブジェクトの前記頂部表面の少なくとも一部は測定放射デリバリシステムを使用して測定放射を用いて照射され、前記第２の動作モードが選択されたとき、前記オブジェクトの前記頂部表面が前記測定放射で照射される前に前記オブジェクト内に機械的応答を生成するように、前記オブジェクトの前記頂部表面の少なくとも一部はポンプ放射デリバリシステムを使用してポンプ放射を用いて照射される、いずれかを選択すること、
    前記測定放射を生成すること、
    前記測定放射を第１の光路及び第２の光路を有する偏光非依存干渉計に誘導することであって、前記干渉計は偏光非依存ビームスプリッタを備える、誘導すること、
    前記頂部表面から散乱する前記測定放射の少なくとも一部を受け取ること、及び、
    前記頂部表面から散乱する前記測定放射の少なくとも一部から前記オブジェクトの前記フィーチャの特徴を決定すること、
    を含む、オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための方法。
13. 前記オブジェクトの前記頂部表面が前記ポンプ放射によって照射されるとき、前記オブジェクトの前記頂部表面における前記ポンプ放射の入射角は、前記オブジェクトの前記頂部表面における前記測定放射の入射角とは異なる、請求項１２に記載の方法。
14. 前記オブジェクトの前記頂部表面が前記ポンプ放射によって照射されるとき、前記ポンプ放射は非ゼロの入射角で前記オブジェクトの前記頂部表面上に入射する、請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 前記第１の動作モードが選択されるとき、前記オブジェクトの前記頂部表面は第１の測定放射によって照射され、前記第２の動作モードが選択されるとき、前記オブジェクトの前記頂部表面は第２の測定放射によって照射される、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記第１の動作モードが選択されるとき、前記オブジェクトの前記フィーチャの前記特徴は測定放射の第１の角度分布から決定され、前記第２の動作モードが選択されるとき、前記オブジェクトの前記フィーチャの前記特徴は測定放射の第２の角度分布から決定される、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための装置であって、
    測定放射を生成するように動作可能な測定放射源と、
    第１の光路及び第２の光路を有する偏光非依存干渉計であって、前記干渉計は、
    前記測定放射源から前記測定放射を受け取るように配置され、
    前記第１の光路に沿って誘導され、次いで前記オブジェクトの表面を照射し、前記オブジェクトの表面から散乱し、その後前記第２の光路に沿って誘導される、第１の部分、及び、前記第２の光路に沿って誘導され、次いで前記オブジェクトの表面を照射し、前記オブジェクトの表面から散乱し、その後前記第１の光路に沿って誘導される、第２の部分を、前記測定放射から発生させるように配置され、また、
    出力放射を形成するために前記測定放射の前記第１及び第２の部分を再結合させるように配置された、
    偏光非依存ビームスプリッタを備える、偏光非依存干渉計と、
    前記オブジェクト内に機械的応答を生成するように、前記ポンプ放射を用いて前記オブジェクトの前記頂部表面を照射するためのポンプ放射を生成するように動作可能な、ポンプ放射源と、
    前記出力放射を受け取るように、及びそれに依存して前記オブジェクトの前記フィーチャの特徴を決定するように動作可能な、測定システムと、
    を備える、オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための装置。
18. オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための方法であって、
    測定放射を生成すること、
    前記測定放射を第１の光路及び第２の光路を有する偏光非依存干渉計に誘導することであって、前記干渉計は偏光非依存ビームスプリッタを備える、誘導すること、
    前記測定放射から、
    前記第１の光路に沿って誘導され、次いで前記オブジェクトの表面を照射し、前記オブジェクトの表面から散乱し、その後前記第２の光路に沿って誘導される、第１の部分、及び、前記第２の光路に沿って誘導され、次いで前記オブジェクトの表面を照射し、前記オブジェクトの表面から散乱し、その後前記第１の光路に沿って誘導される、第２の部分を、
    発生させること、及び、
    ポンプ放射を生成し、前記オブジェクト内に機械的応答を生成するように前記ポンプ放射を用いて前記オブジェクトの前記頂部表面を照射することであって、前記ポンプ放射は、前記測定放射の前記第１の部分の後、及び前記測定放射の前記第２の部分の前に、前記オブジェクトの前記表面を照射する、照射すること、
    出力放射を形成するために前記測定放射の前記第１及び第２の部分を再結合すること、及び、
    前記出力放射の時間的部分に依存して前記オブジェクトの前記フィーチャの特徴を決定することであって、前記時間的部分は、前記第１の光路に沿って伝搬し、前記オブジェクトの前記表面を照射し、前記オブジェクトの前記表面から散乱し、前記第２の光路に沿って伝搬するために要する時間に対応する、前記出力放射の一部に対応する、前記オブジェクトの前記フィーチャの特徴を決定すること、
    を含む、オブジェクトのフィーチャの特徴を決定するための方法。

Images