自己参照干渉計、アライメントシステムおよびリソグラフィ装置
【課題】既知のアライメントシステムの不利な点は、アライメント測定システムの自己参照干渉計が比較的高価となりうることである。
【解決手段】自己参照干渉計は、アライメントビームを分割して参照ビームおよび変性ビームを生成する光学システムを含む。光学システムは、参照ビームの回折次数が変性ビームの対応する反対の次数と空間的に重なり合うよう、参照ビームおよび変性ビームを合成するビームスプリッタを含む。ディテクタシステムは、光学システムから空間的に重なり合う参照ビームおよび変性ビームを受け、位置信号を決定する。ディテクタシステムは、それらビームが干渉するようそれらビームの偏光を操作し、干渉する参照ビームおよび変性ビームをディテクタに導く偏光システムを含む。ディテクタでは、干渉するビームの強度の変化から位置信号が決定される。
【解決手段】自己参照干渉計は、アライメントビームを分割して参照ビームおよび変性ビームを生成する光学システムを含む。光学システムは、参照ビームの回折次数が変性ビームの対応する反対の次数と空間的に重なり合うよう、参照ビームおよび変性ビームを合成するビームスプリッタを含む。ディテクタシステムは、光学システムから空間的に重なり合う参照ビームおよび変性ビームを受け、位置信号を決定する。ディテクタシステムは、それらビームが干渉するようそれらビームの偏光を操作し、干渉する参照ビームおよび変性ビームをディテクタに導く偏光システムを含む。ディテクタでは、干渉するビームの強度の変化から位置信号が決定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己参照干渉計、自己参照干渉計を備えるアライメントシステム、およびそのようなアライメントシステムを備えるリソグラフィ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板、通常は基板のターゲット部分に転写する機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いられる。この場合、例えばマスクまたはレチクルとも称されるパターニングデバイスが、集積回路の個々の層に形成されるべき回路パターンを形成するために使用されうる。このパターンが基板（例えばシリコンウエハ）の（例えばダイの一部、あるいは１つまたは複数のダイからなる）ターゲット部分に転写される。パターン転写は典型的には基板に形成された放射感応性材料（レジスト）層への結像による。一般に一枚の基板にはネットワーク状に隣接する一群のターゲット部分が含まれ、これらは連続的に露光される。公知のリソグラフィ装置にはいわゆるステッパとスキャナとがある。ステッパにおいては、ターゲット部分にパターン全体が一度に露光されるようにして各ターゲット部分は照射を受ける。スキャナにおいては、所与の方向（「走査」方向）に放射ビームによりパターンを走査するとともに基板をこの方向に平行または逆平行に同期して走査するようにして各ターゲット部分は照射を受ける。パターニングデバイスから基板へのパターン転写は、基板にパターンをインプリントすることによっても可能である。
【０００３】
パターニングデバイスのパターンが基板上の正しいターゲット位置に転写されることを確実にするために、基板がリソグラフィ装置に対して正確に揃えられることが重要である。特に、ＩＣは通常多くの個別の層（例えば、３０層）を含んでおり、そのようなＩＣの製造においては、複数の個別の層が互いに非常に正確に並べられることが非常に重要である。ＩＣの個別の層の整列があまり正確でないと、そのＩＣは動作可能なＩＣとはならない場合がある。オーバーレイは、パターンが基板に転写されるときの、既に基板に転写されているパターンとの関係での正確さとして定義される。ＩＣの製造においてはより小さなフィーチャが転写されるので、オーバーレイへの要請およびしたがってアライメントプロセスに必要とされる正確さはより厳しくなる。
【０００４】
リソグラフィ装置はリソグラフィ装置に対して基板を揃えるために複数のアライメントシステムを使用することが知られている。特に、欧州特許出願第ＥＰ１３７２０４０Ａ１号を参照すべきであり、この欧州特許出願第ＥＰ１３７２０４０Ａ１号は参照により本明細書に組み入れられる。ＥＰ１３７２０４０Ａ１は自己参照干渉計を使用するアライメントシステムを説明しており、この自己参照干渉計はアライメントマーカの２つの重なり合う像を生成する。これら２つの像は互いに１８０°以上回転される。ＥＰ１３７２０４０Ａ１はさらに、瞳面におけるこれら２つの像の干渉フーリエ変換の強度変化の検出を説明する。これらの強度変化は２つの像の異なる回折次数間の位相差に対応し、この位相差から位置情報が導かれる。この位置情報は、アライメントプロセスにおいて要求されているものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既知のアライメントシステムの不利な点は、アライメント測定システムの自己参照干渉計が比較的高価となりうることである。自己参照干渉計の光学的設計によると、特注の光学コンポーネントを使用することが要求されるからである。既知のアライメントシステムのさらなる不利な点は、既知の自己参照干渉計は通常かなり大きいことである。この大きさにより、アライメントプロセスの正確さを損ないうる低帯域幅振動モードなどの望まれない副作用がアライメントプロセスに生じうる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
既知のアライメントシステムの上記不利な点のひとつ以上を少なくとも部分的に取り除く代替的なアライメントシステムを提供することが望ましい。特に、より廉価なおよび／またはよりコンパクトな代替的自己参照干渉計をアライメントシステムに提供することが望ましい。さらに、本発明の実施の形態は、自己参照干渉計、アライメントシステムおよびリソグラフィ装置に関する。
第１の態様によると、アライメントマークなどのマークおよびリソグラフィ装置と共に使用されるよう構成された自己参照干渉計であって、
アライメントビーム（ＡＢ）から参照ビームおよび変性ビームを生成し、前記参照ビームおよび前記変性ビームをディテクタ（ＤＥＴ）に出力し、アライメントビーム（ＡＢ）をマーク（ＷＭ）上に導き、マークによるアライメントビームの回折の結果得られる回折ビームを取得する光学構成（ＯＰＴ）を備え、
回折ビームは少なくともひとつの正の回折次数および少なくともひとつの対応する負の回折次数を有し、
前記光学構成は、
回折ビームを第１ビームと第２ビームとに分割し、前記参照ビームにおける回折次数が前記変性ビームにおける対応する反対の回折次数と空間的に重なり合うよう、前記参照ビームおよび前記変性ビームを合成し前記ディテクタ（ＤＥＴ）に出力するビームスプリッタ（４０）と、
第１ビームから前記参照ビームを生成し、前記参照ビームをビームスプリッタ（４０）に導く参照システム（１０、１１）と、
第２ビームを前記変性ビームに変換し、前記変性ビームをビームスプリッタ（４０）に導く変換システム（３０、３１、３２、６０、４１、１０、１１）と、を含み、
本自己参照干渉計はさらに、光学構成（ＯＰＴ）から空間的に重なり合っている参照ビームおよび変性ビームを受け、位置信号を決定するディテクタシステム（ＤＥＴ）を備え、
前記ディテクタシステムは、
参照ビームと変性ビームとが干渉するようそれらのビームの偏光を操作し、干渉する参照ビームおよび変性ビームをディテクタに導くことで干渉パターンを形成する偏光システム（８０、８１、８３、８６）と、
干渉パターンから位置信号を決定するディテクタ（８２、９２）と、を含む、自己参照干渉計が提供される。
【０００７】
本発明の実施の形態の別の態様によると、少なくともひとつの上記の自己参照干渉計を備えるアライメントシステムが提供される。
【０００８】
本発明の実施の形態の別の態様によると、上記のアライメントシステムを備えるリソグラフィ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
例示のみを目的として、本発明の実施の形態は添付の模式的な図面を参照して説明される。それらの図面において対応する符号は対応する部分を示す。
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るリソグラフィ装置を示す図である。
【００１１】
【図２】既知のアライメントシステムの模式的な概略図である。
【００１２】
【図３ａ】本発明に係る自己参照干渉計の模式的な概略図である。
【００１３】
【図３ｂ】参照ビームのオリエンテーション（左）、変性ビームのオリエンテーション（中央）、および干渉している参照ビームおよび変性ビームのオリエンテーション（右）を示す模式図である。変性ビームは参照ビームに対して反転されている。
【００１４】
【図３ｃ】参照ビームのオリエンテーション（左）、変性ビームのオリエンテーション（中央）、および干渉している参照ビームおよび変性ビームのオリエンテーション（右）を示す模式図である。変性ビームは参照ビームに対して１８０°回転している。
【００１５】
【図４】図４ａ−図４ｄは、本発明に係る自己参照干渉計において使用されるディテクタシステムの例示的な実施の形態を示す図である。
【００１６】
【図５】本発明に係る第１タイプの自己参照干渉計の例示的な第１の実施の形態を示す図である。
【００１７】
【図６】本発明に係る第１タイプの自己参照干渉計の例示的な第２の実施の形態を示す図である。
【００１８】
【図７】本発明に係る第２タイプの自己参照干渉計の例示的な第１の実施の形態を示す図である。
【００１９】
【図８】本発明に係る第２タイプの自己参照干渉計の例示的な第２の実施の形態を示す図である。
【００２０】
【図９】本発明に係る第２タイプの自己参照干渉計の例示的な第３の実施の形態を示す図である。
【００２１】
【図１０】本発明に係る第２タイプの自己参照干渉計の例示的な第４の実施の形態を示す図である。
【００２２】
【図１１】図１１および図１２は、本発明に係る自己参照干渉計において使用されるフォーカス検出構成を示す図である。
【図１２】図１１および図１２は、本発明に係る自己参照干渉計において使用されるフォーカス検出構成を示す図である。
【００２３】
【図１３】図１３ａおよび図１３ｂは、本発明の実施の形態における使用に適したアライメントスポットの実施の形態を示す図である。
【００２４】
【図１４】図１４ａおよび図１４ｂは、本発明に係る複数の自己参照干渉計を有するアライメントシステムを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す図である。この装置は、
放射ビームＢ（例えば（Ｄ）ＵＶ放射またはＥＵＶ放射）を調整するよう構成されている照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するよう構成され、あるパラメタに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするよう構成されている第１の位置決め装置ＰＭに接続されているサポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
基板（例えばレジストでコーティングされたウエハ）Ｗを保持するよう構成され、あるパラメタに従って基板を正確に位置決めするよう構成されている第２の位置決め装置ＰＷに接続されている基板テーブル（例えばウエハテーブル）ＷＴと、
パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば１つまたは複数のダイからなる）ターゲット部分Ｃに投影するよう構成されている投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳと、を備える。
【００２６】
照明システムは、放射を方向付け、整形しまたは制御するために、各種の光学素子例えば屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子または他の各種光学部品を含んでもよく、あるいはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【００２７】
サポート構造は、パターニングデバイスを支持する、すなわちその重みを支える。サポート構造は、パターニングデバイスの向きやリソグラフィ装置の構成、あるいはパターニングデバイスが真空環境下で保持されるか否かなどの他の条件に応じた方式でパターニングデバイスを保持する。サポート構造は、機械的固定、真空固定、またはパターニングデバイスを保持するその他の固定用技術を用いてもよい。サポート構造は例えばフレームまたはテーブルであってよく、必要に応じて固定されていてもよいし移動可能であってもよい。サポート構造は、パターニングデバイスが例えば投影システムに対して所望の位置にあることを確かなものとしてもよい。本明細書では「レチクル」または「マスク」という用語を用いた場合には、より一般的な用語である「パターニングデバイス」に同義であるとみなされるものとする。
【００２８】
本明細書で使用される「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に放射ビームの断面にパターンを付与するのに使用されうるいかなるデバイスをも指し示すよう広く解釈されるべきである。放射ビームに与えられるパターンは、基板のターゲット部分における所望のパターンと厳密に対応していなくてもよいことを注意しておく。このような場合には例えば、パターンが位相シフトフィーチャあるいはいわゆるアシストフィーチャを含む場合がある。一般には、放射ビームに付与されるパターンは、ターゲット部分に形成される集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応する。
【００２９】
パターニングデバイスは透過型であっても反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、例えばマスクやプログラマブルミラーアレイ、プログラマブルＬＣＤパネルなどがある。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、バイナリマスクやレベンソン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、更に各種のハイブリッド型マスクが含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例としては、小型のミラーがマトリックス状に配列され、各ミラーが入射してくる放射ビームを異なる方向に反射するように個別に傾斜されるというものがある。これらの傾斜ミラーにより、マトリックス状ミラーで反射された放射ビームにパターンが付与されることになる。
【００３０】
本明細書で使用される「投影システム」という用語は、使用される露光光あるいは液浸や真空の利用などの他の要因に関して適切とされるいかなる投影システムをも包含するよう広く解釈されるべきである。投影システムには例えば屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気的光学システム、電磁気的光学システム、静電的光学システム、他のタイプ、またはこれらの任意の組み合わせなどが含まれる。以下では「投影レンズ」という用語は、より一般的な用語である「投影システム」と同義に用いられ得る。
【００３１】
ここに図示されるのは、（例えば透過型マスクを用いる）透過型のリソグラフィ装置である。これに代えて、（例えば上述のようなプログラマブルミラーアレイまたは反射型マスクを用いる）反射型のリソグラフィ装置を用いることもできる。
【００３２】
リソグラフィ装置は２つ以上（２つの場合にはデュアルステージと呼ばれる）の基板テーブル（および／または２つ以上のマスクテーブル）を備えるタイプのものであってもよい。このような多重ステージ型の装置においては追加されたテーブルは並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルで露光が行われている間に他の１以上のテーブルで準備工程を実行するようにしてもよい。
【００３３】
また、リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部が比較的屈折率の高い液体、たとえば水で覆われ、それにより投影システムと基板との間の空間が充填されるタイプの装置であってもよい。液浸液は例えばマスクと投影システムとの間などの、リソグラフィ装置の他の空間に与えられてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を大きくするため技術として周知である。本明細書で使用される「液浸（immersion）」という用語は、基板などの構造が液体の中に沈められなければならないことを意味するものではなく、むしろ露光中投影システムと基板との間に液体がある程度のことを意味するものである。
【００３４】
図１に示されるように、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。例えば光源がエキシマレーザである場合には、光源とリソグラフィ装置とは別体であってもよい。この場合、光源はリソグラフィ装置の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームは光源ＳＯからイルミネータＩＬへとビーム搬送系ＢＤを介して受け渡される。ビーム搬送系ＢＤは例えば適当な方向変更用のミラー及び／またはビームエキスパンダを含んで構成される。あるいは光源が例えば水銀ランプである場合には、光源はリソグラフィ装置に一体に構成されていてもよい。光源ＳＯとイルミネータＩＬとは、またビーム搬送系ＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射システムと総称される。
【００３５】
イルミネータＩＬは放射ビームの角強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えてもよい。一般には、イルミネータの瞳面における強度分布の少なくとも半径方向外径及び／または内径の大きさ（通常それぞれ「シグマ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）」、「シグマ−インナ（σ−ｉｎｎｅｒ）」と呼ばれる）が調整される。加えてイルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの種々の他の要素を備えてもよい。イルミネータはビーム断面における所望の均一性及び強度分布を得るべく放射ビームを調整するために用いられる。
【００３６】
放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブルＭＴ）に保持されるパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射して、当該パターニングデバイスによりパターンが付与される。マスクＭＡを通過した放射ビームＢは投影システムＰＳに進入する。投影システムＰＳはそのビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束する。第２の位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）により基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。基板テーブルＷＴは例えば放射ビームＢの経路上に異なるターゲット部分Ｃを位置決めするように移動される。同様に、第１の位置決め装置ＰＭおよび他の位置センサ（図１には明示せず）は、放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするのに使用されうる。この位置決めは例えばマスクライブラリからのマスクの機械検索後や走査中に行われる。一般にマスクテーブルＭＴの移動は、第１の位置決め装置ＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗い位置決め用）及びショートストロークモジュール（精細な位置決め用）により実現されうる。同様に基板テーブルＷＴの移動は、第２の位置決め装置ＰＷの一部を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールを使用して実現されうる。ステッパでは（スキャナとは異なり）、マスクテーブルＭＴはショートストロークのアクチュエータにのみ接続されているか、あるいは固定されていてもよい。マスクＭＡと基板Ｗとは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を用いてアライメントされてもよい。図においては基板アライメントマークが専用のターゲット部分を占拠しているが、アライメントマークはターゲット部分間のスペースに配置されてもよい（これはスクライブライン・アライメントマークとして公知である）。同様に、マスクＭＡに複数のダイがある場合にはマスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。
【００３７】
図示の装置は例えば次のうちの少なくとも１つのモードで使用され得る。
１．ステップモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンの全体が１回の照射でターゲット部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは実質的に静止状態とされる（すなわち単一静的露光）。そして基板テーブルＷＴがＸ方向及び／またはＹ方向に移動されて、異なるターゲット部分Ｃが露光される。ステップモードでは露光フィールドの最大サイズが単一静的露光で転写されるターゲット部分Ｃのサイズを制限することになる。
２．スキャンモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期して走査される（すなわち単一動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）特性及び像反転特性により定められてもよい。スキャンモードでは露光フィールドの最大サイズが単一動的露光でのターゲット部分の（非走査方向の）幅を制限し、走査移動距離がターゲット部分の（走査方向の）長さを決定する。
３．別のモードにおいては、マスクテーブルＭＴがプログラム可能パターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とされ、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影される間、基板テーブルＷＴが移動または走査される。このモードではパルス放射源が通常用いられ、プログラム可能パターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの毎回の移動後、または走査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、上述のプログラマブルミラーアレイ等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することができる。
【００３８】
上記で記載した使用モードを組み合わせて動作させてもよいし、各モードに変更を加えて動作させてもよいし、さらに全く別の使用モードでリソグラフィ装置を使用してもよい。
【００３９】
図２は、既知のアライメントシステム１０の模式的な概略図である。光源１１は空間的にコヒーレントな放射ビームを放ち、その放射ビームは基板（例えば、ウエハ）上のアライメントマーカＷＭを照らし、そのアライメントマーカが放射を反射することで正および負の回折次数+nおよび-nが得られる。これらの回折次数は対物レンズ１２によってコリメートされ、自己参照干渉計１３に入る。自己参照干渉計は、１８０°の相対回転を有する、入力の２つの像を出力する。これらの２つの像は重ね合わされており、したがって干渉可能である。瞳面１４において、これらの像の異なる回折次数は分離されており、これらの像の重ね合わせフーリエ変換が観測され、また、干渉状態におかれる。瞳面のディテクタ１５は干渉する回折次数を検出し、位置情報を提供する。この位置情報に基づき、基板をリソグラフィ装置に対して正確に揃えることができる。図２の右側は、瞳面１４における２つの重なり合う像の形成を示す。一方の像について、+n'および-n'は入力の回折次数+nおよび-nに対して＋９０°だけ回転している。他方の像について、+n"および-n"は入力の回折次数+nおよび-nに対して−９０°だけ回転している。瞳面において、（+n'および-n"）の次数、（+n"および-n'）の次数のそれぞれが干渉する。
【００４０】
既知のアライメントシステムの不利な点は、特に既知の自己参照干渉計が比較的高価となりうることである。自己参照干渉計の光学的設計によると、特注の光学コンポーネントを使用することが要求されるからである。既知のアライメントシステムのさらなる不利な点は、既知の自己参照干渉計は通常かなり大きいことである。この大きさにより、アライメントプロセスの正確さを損ないうる低帯域幅振動モードなどの望まれない副作用がアライメントプロセスに生じうる。
【００４１】
図３は、本発明の実施の形態に係る自己参照干渉計の模式的な概略図である。自己参照干渉計は光学構成ＯＰＴとディテクタシステムＤＥＴとを備える。光学構成ＯＰＴはアライメントビームＡＢを受け取り、それを基板上のアライメントマークＷＭなどのマークにアライメントスポットとして集束させる。アライメントマークＷＭは周期構造を有する。アライメントマークＷＭの周期構造により、アライメントビームＡＢは回折されて回折ビームＤＢが得られる。回折ビームＤＢは複数の回折次数、例えば７つの正のおよび７つの負の回折次数を有する。本発明の実施の形態に係る自己参照干渉計は、生産物上のアライメントマークまたは他の任意のタイプの構造もしくはマークと共に使用されるよう構成可能であることは注意されるべきである。例えば、ターゲット部分領域すなわち露光されるべきダイ内の認定パターンを基にアライメントが実行されうる。図３では、回折ビームＤＢは、＋１および＋３とマークされている２つの正の回折次数と、−１および−３とマークされている２つの負の回折次数と、を示す。一般に、任意の符号の各回折次数は、反対の符号の対応する回折次数を有する。以下、回折ビームについて言及する場合、自己参照干渉計において実際に使用される回折次数に関してのみ、例えば＋１、＋３、−１、−３の回折次数に関してのみ言及することが意図されている。通常、アライメントを目的とする場合、−２および＋２の回折次数を使用しないことは注意されるべきである。これらの回折次数は通常ゼロ強度を有するからである。アライメントビームＡＢの回折の際、より多くの回折次数が実際は生成されうることは理解されるであろう。あるいはまた、各符号の単一の回折次数やより多くの回折次数など、別の複数の回折次数が使用されうることは理解されるであろう。より多くの回折次数を使用する場合、マークの非対称性などのマークの特性に対する感度が低減されるという利点が提供されうる。
【００４２】
光学構成ＯＰＴは、例えば第１および第３正回折次数＋１、＋３と、それと対応する第１および第３負回折次数−１、−３と、だけからなる回折ビームＤＢを取得する。以下の説明では、出現する可能性のあるゼロ次は無視される。ゼロ次が存在する場合、光学構成ＯＰＴは回折ビームＤＢからそれを空間的にフィルタリングするよう構成されるであろうし、またはディテクタシステムＤＥＴはそれを無視するかあるいはその寄与を除去するよう構成されるであろう。これは例えばゼロ次の光路にアパーチャストップを使用することによって実現される。
【００４３】
取得された回折ビームＤＢはオリエンテーション（orientation）ＤＢＯを伴う空間分布を有する。オリエンテーションＤＢＯは例えば、基板Ｗに平行な平面における角度配置として定義されてもよい。図３ａにおいて、回折ビームのオリエンテーションＤＢＯは矩形要素で模式的に示されており、その矩形要素には回折次数−３、−１、＋１、＋３が付されている。
【００４４】
ある実施の形態では、光学構成ＯＰＴはディテクタシステムＤＥＴに、回折次数−３、−１、＋１、＋３の複製を提供する。以下、ディテクタシステムＤＥＴに提供される複数の回折次数の複製を参照ビームと称す。複数の回折次数のこの参照ビームへの寄与を、回折次数−３、−１、＋１、＋３にそれぞれ関連づけられた−３Ｒ、−１Ｒ、＋１Ｒ、＋３Ｒで表す。以下、−３Ｒ、−１Ｒ、＋１Ｒ、＋３Ｒで表される複数の回折次数の寄与を参照回折次数と称す場合がある。参照ビームのオリエンテーションは取得された回折ビームのオリエンテーションと同じである。参照ビームのオリエンテーションは、図３ｂおよび図３ｃの両方の左側に模式的に示される。
【００４５】
光学構成ＯＰＴはさらにディテクタシステムＤＥＴに対して、回折次数−３、−１、＋１、＋３の変換バージョンを提供する。この変換バージョンはそれぞれ−３Ｔ、−１Ｔ、＋１Ｔ、＋３Ｔで表される。以下、複数の変換された回折次数を変性ビームと称す。以下、−３Ｔ、−１Ｔ、＋１Ｔ、＋３Ｔで表される複数の回折次数の寄与を変換回折次数と称す場合がある。変性ビームのオリエンテーションは参照ビームのオリエンテーションとは異なる。変性ビームは参照ビームに対して反転される（すなわち、回折パターンの線に平行な軸に対して鏡像対称となる）かまたは、参照ビームに対して１８０°以上回転する。これはそれぞれ、図３ｂおよび図３ｃの中央部に模式的に示されている。
【００４６】
本発明の実施の形態に係る自己参照干渉計では、光学構成ＯＰＴのディテクタシステムＤＥＴへの出力は参照ビームおよび変性ビームの両方を含む。参照回折次数は対応する逆符号の変換回折次数と干渉する。すなわち、−３の回折次数については、−３Ｒの参照回折次数は＋３Ｔの変換回折次数と干渉し、＋１の回折次数については、＋１Ｒの参照回折次数は−１Ｔの変換回折次数と干渉する、などである。これは図３ａの光学構成ＯＰＴとディテクタシステムＤＥＴとの間および図３ｂ、図３ｃ両方の右側に模式的に示されている。
【００４７】
代替的な実施の形態では、光学構成ＯＰＴは、一方の符号の参照回折次数すなわち＋１Ｒ、＋３Ｒのみを使用して参照ビームを形成し、対応する逆符号の変換回折次数すなわち−１Ｔ、−３Ｔのみを使用して変性ビームを形成する。
【００４８】
アライメントビームＡＢは偏光の無いビームであってもよいし、偏光ビームであってもよい。光学構成ＯＰＴは、ディテクタによって読まれる回折パターンのコントラストを改善するために、偏光ビームスプリッタやひとつ以上の位相板などの偏光コンポーネントを備えてもよい。また、ディテクタ構成ＤＥＴは、参照ビームおよび変性ビームの異なる偏光状態を分離するために、偏光ビームスプリッタやひとつ以上の位相板および／またはアナライザとして機能するひとつ以上のポラライザなどの偏光コンポーネントを備えてもよい。
【００４９】
ディテクタシステムＤＥＴは、例えば図４ａに示されるように、像面において参照ビームおよび変性ビームを検出するよう構成されてもよい。図４ａは像面における検出の例示的な実施の形態を示す。この検出は、参照ビーム（ここでは参照回折次数−１Ｒおよび＋１Ｒを含む）および変性ビーム（ここでは変換回折次数＋１Ｔおよび−１Ｔを含む）を出口レンズ８１によってディテクタ８２の検出スポット８５上に集束し、参照ビームと変性ビームとをディテクタ８２において干渉させ、その結果ディテクタ８２が検出スポット８５の強度を検出することによって実現される。複数の参照および変換回折次数は、ディテクタ８２の実質的に単一の検出スポット８５に集束されてもよい。アライメントビームＡＢが基板上のアライメントマークＷＭに沿って動かされるにつれて、検出スポット８５の強度は変化するであろう。ディテクタ８２は、強度の変化から位置信号を決定してもよい。例えば位置信号は強度がどこで最適を示すかを表す。図４ａに示されるように、出口レンズ８１はポラライザ８０を備えてもよい。ポラライザ８０は、ディテクタ８２において参照ビームおよび変性ビームが例えば同等な偏光状態を有することにより干渉可能となるよう、参照ビームおよび変性ビームの偏光を操作するためのものである。
【００５０】
あるいはまた、ディテクタシステムＤＥＴは、例えば図４ｂに示されるように、瞳面において参照ビームおよび変性ビームを検出するよう構成されてもよい。図４ｂは瞳面における検出の例示的な実施の形態を示す。そこでは、ディテクタアレイ９２が配置される。ディテクタアレイ９２は複数のディテクタ要素９３を含む。図４ｂにおいて、それらのディテクタ要素９３はそれぞれ９３−１、９３−２、９３−３などと表される。参照ビーム（ここでは参照回折次数−１Ｒおよび＋１Ｒを含む）および変性ビーム（ここでは変換回折次数＋１Ｔおよび−１Ｔを含む）はディテクタアレイ９２に入射する。参照回折次数および対応する逆符号の変換回折次数は干渉する。例えば、参照回折次数−１Ｒおよび変換回折次数＋１Ｔはディテクタアレイ９２の第１位置９５に入射しそこで干渉する。一方で、参照回折次数＋１Ｒおよび変換回折次数−１Ｔはディテクタアレイ９２の第２位置９６に入射しそこで干渉する。光学構成ＯＰＴによって３次の回折次数などの追加的な回折次数が提供される場合、これらの追加的な回折次数はディテクタアレイ９２上の他の特定の位置に入射することは理解されるであろう。したがって、ディテクタアレイ９２は、干渉する参照および変換回折次数の強度を個々に空間的に分離して検出できる。アライメントビームＡＢが基板上のアライメントマークＷＭに沿って動かされるにつれて、個々の強度は変化するであろう。ディテクタアレイ９２は、その強度の変化から位置信号を決定してもよい。ここでは、相対強度および／または絶対強度の解析を使用して、例えばマークの非対称性および／またはマーク深度について補正された高精度位置信号を提供してもよい。
【００５１】
図４ｃは像面における検出の代替的な実施の形態を示す。この実施の形態は、干渉する参照ビームおよび変性ビームが２つの部分に分割され、第１部分が図の面内の偏光状態に対応し、第２部分が図の面に直交する偏光状態に対応する点で、図４ａの実施の形態とは異なる。この分割は、図４ａのポラライザ８０の代わりに位相板８６を使用し、さらに偏光ビームスプリッタ面８３を伴う偏光ビームスプリッタを使用することによって実現される。第１部分は第１ディテクタレンズ８１ａを使用して第１ディテクタ８２ａに集束される。ここでは、図の面内で偏光する参照ビームおよび変性ビームがスポットに集束され、干渉する。第２部分は第２ディテクタレンズ８１ｂを使用して第２ディテクタ８２ｂに集束される。ここでは、図の面に直交するよう偏光する参照ビームおよび変性ビームがスポットに集束され、干渉する。ポラライザ８０を備える図４ａのディテクタ構成と比較して、この代替的な実施の形態は、全ての光が使用されるという利点を有する。一方、図４ａの実施の形態は、ポラライザ８０の影響のため、光の半分しか使用できない。
【００５２】
図４ｄは瞳面における検出の代替的な実施の形態を示す。この実施の形態は、干渉する参照ビームおよび変性ビームが２つの部分に分割され、第１部分が図の面内の偏光状態に対応し、第２部分が図の面に直交する偏光状態に対応し、図４ｃに示されるのと同様に位相板８６および偏光ビームスプリッタ面８３を伴う偏光ビームスプリッタを使用する点で、図４ｂの実施の形態とは異なる。第１部分は第１ディテクタアレイ９２ａに入射する。そこでは、異なる回折次数が第１ディテクタアレイ９２ａ上で空間的に分離された状態で、図の面内に偏光する参照ビームおよび変性ビームが干渉する。第２部分は第２ディテクタアレイ９２ｂに入射する。そこでは、異なる回折次数が第２ディテクタアレイ９２ｂ上で空間的に分離された状態で、図の面に直交するよう偏光する参照ビームおよび変性ビームが干渉する。
【００５３】
図５は、光学構成ＯＰＴとディテクタシステムＤＥＴとを備える第１タイプの自己参照干渉計の第１の例示的な実施の形態を示す。
【００５４】
光学構成ＯＰＴはアライメントビームＡＢを受けるよう構成される。アライメントビームＡＢの光は図の面に平行に偏光している。アライメントビームＡＢは次に偏光ビームスプリッタ４０のビームスプリッタ面４０および位相板２１を実質的に完全に通過する。位相板２１は光を楕円偏光の状態にする。次に、対物レンズ２０はアライメントビームＡＢをアライメントマークＷＭに導き、アライメントマークＷＭでアライメントビームＡＢが回折されて回折ビームＤＢが得られる。この回折ビームＤＢは１次の正の回折次数（＋１と表記する）および対応する１次の負の回折次数（−１と表記する）を有する。１次の正の回折次数＋１および１次の負の回折次数−１は対物レンズ２０によって取得され、位相板２１を通過する。通過後、光は４５°の偏光状態となる。ビームスプリッタ面４０は光を通過光線と反射光線とに分割する。
【００５５】
図５は１次の正の回折次数＋１の光路を示す。通過光線は面内偏光の状態にあり、別の位相板１０へと進む。そこでは光が通過するごとに偏光回転の変換が生じる。通過光線は第１ミラー１１へ進む。そして、第１ミラー１１によって通過光線が反射され、偏光が９０°回転した状態ですなわち図の面に直交するような偏光状態でビームスプリッタ面４０に戻る。ビームスプリッタ４０はそれを検出システムＤＥＴに向けて反射し、出口レンズ８１はそれをディテクタ８２上に集束させ、そのような集束は図４ａを参照して説明された通りに参照波面の形成に寄与する。反射光線は変換レンズ３０を使用して第２ミラー３１上に集束される。第２ミラー３１と変換レンズ３０とは協働して正負の回折次数の位置を入れ替える。加えて、偏光は９０°回転され、光はディテクタシステムＤＥＴへの経路上でビームスプリッタ面４０を完全に通過する。その光は次に出口レンズ８１によってディテクタ８２上に集束され、変換波面の形成に寄与する。
【００５６】
回折次数−１などの対物レンズ２０によって取得された他の回折次数は、＋１次について説明されたのと同様な振る舞いを示す。したがって、そのような回折次数は２種類の光線に分割され、一方は参照波面に寄与し他方は変換波面に寄与する。
【００５７】
自己参照干渉計を有するために、ディテクタシステムＤＥＴにおいてポラライザ８０が使用される。その結果、同じ位置で光学構成ＯＰＴから放たれる正および対応する負の次数（すなわち、正の参照次数および対応する負の変換次数）は干渉し、ディテクタシステムのディテクタにおいて強度が変調される。
【００５８】
一般に、参照ビームおよび変換ビームが同じ強度を有し、かつ、その強度ができる限り高い場合に最高の結果が得られる。したがって、自己参照干渉計における光の損失を避けることが好ましい。参照ビームおよび変性ビームが同じ強度を有さない場合、コントラストが失われうる。
【００５９】
位相板は単純なλ／４板であってもよい。位相板２１および位相板１０のそれぞれについて、速軸は入来光（すなわち、ビームスプリッタの内側から来る光）の偏光方向に対して４５°および２２．５°傾いていてもよい。
【００６０】
あるいはまた、位相板２１は例えば４５°傾いたλ／８板によって置き換えられてもよい。これにより、２つがその位相板２１を通過した後、そのビームは円偏光状態となるであろう。そしてそのビームは偏光ビームスプリッタによって互いに直交する２つの偏光ビームに分割される。
【００６１】
本実施の形態の変形例では、偏光ビームスプリッタは中性ビームスプリッタによって置き換えられてもよく、また位相板はなくてもよい。これにより光学構成のコストを低減できるが、ディテクタ構成においてコントラストが低減されるかもしれない。
【００６２】
ディテクタ構成ＤＥＴは代替的に例えば図４ｂに示されるように瞳面において検出するよう構成されてもよいことは理解されるであろう。ディテクタ構成ＤＥＴは代替的に例えば図４ｃ（例えば、像面における検出）や図４ｄ（例えば、瞳面における検出）に示されるように提供されてもよいことは理解されるであろう。
【００６３】
第１の例示的な実施の形態は、変換レンズ３０として球面レンズを使用してもよい。球面レンズの焦点面に配置された第２ミラー３１上に回折ビームを集束させることの影響は、その結果得られる変性ビームが参照ビームに対して１８０°だけ回転することである。
【００６４】
第１の例示的な実施の形態は代替的に変換レンズ３０として円柱レンズを使用してもよい。この円柱レンズの長軸はビームスプリッタ面４０に平行に向けられている。円柱レンズの焦点面に配置された第２ミラー３１上に回折ビームを集束させることの影響は、その結果得られる変性ビームが参照ビームに対して反転される、すなわち第２ミラー３１と直交する面に対して鏡像対称とされることである。
【００６５】
図６は、代替的な光学構成ＯＰＴおよびディテクタシステムＤＥＴを備える、第１タイプの自己参照干渉計の第２の例示的な実施の形態を示す。
【００６６】
ディテクタシステムＤＥＴは図４ｂに示される実施の形態にしたがって示されているが、これに代えて、図４ａや図４ｃや図４ｄなどに示される他の適切な実施の形態にしたがって提供されてもよい。
【００６７】
光学構成ＯＰＴはアライメントビームＡＢを受けるよう構成される。アライメントビームＡＢの光は、図の面に直交するよう偏光している。次にアライメントビームＡＢは、偏光ビームスプリッタのビームスプリッタ面４０によって実質的に完全に反射され、対物レンズ２０を介してアライメントマークＷＭへと導かれる。そこでアライメントビームＡＢは回折され、回折ビームＤＢが生じる。この回折ビームＤＢは複数の正の回折次数を有しており、そのうちの１次の正の回折次数＋１および７次の正の回折次数＋７が示されており、また回折ビームＤＢは対応する複数の負の回折次数を有しており、そのうち１次の負の回折次数−１および７次の負の回折次数−７が示されている。正の回折次数＋１、…、＋７および負の回折次数−１、…、−７は対物レンズ２０によって取得される。
【００６８】
正の回折次数＋１、…、＋７はビームスプリッタ面４０によって反射され、位相板１０に導かれる。位相板１０は光が通過するごとに偏光回転の変換を引き起こす。次に正の回折次数＋１、…、＋７は第１ミラー１１に導かれる。そして正の回折次数は第１ミラー１１によって反射され、位相板１０を再度通過し、図の面内で偏光した状態でビームスプリッタ面４０に到達する。ビームスプリッタ４０は検出システムＤＥＴに向けて正の回折次数を透過させ、正の回折次数を参照ビームとして提供する。参照ビームの１次の参照次数＋１Ｒおよび７次の参照次数＋７Ｒが示されている。
【００６９】
負の回折次数−１、…、−７は対物レンズ２０によって取得される。負の回折次数−１、…、−７は次に光路長補償器６０を通過してもよく、変換レンズ３０を使用して第２ミラー３１上に集束される。第２ミラー３１は変換レンズ３０の焦点面に配置される。第２ミラー３１と変換レンズ３０とは協働して負の回折次数−１、…、−７の向きを変える。負の回折次数−１、…、−７がミラー３１によって反射され、変換レンズ３０によって再度取得された後、その負の回折次数−１、…、−７は図の面に直交するような偏光状態のままビームスプリッタ面４０に到達する。その結果、負の回折次数−１、…、−７はビームスプリッタ面４０によって検出システムＤＥＴに向けて反射される。これにより、負の変換回折次数が変性ビームとして提供される。この負の変換回折次数は対応する逆符号の参照回折次数と干渉する。１次の変換次数−１Ｔが１次の参照次数＋１Ｒと干渉し、７次の変換次数−７Ｔが７次の参照次数＋７Ｒと干渉することが示されている。これらの干渉は上記と同様に強度として検出されうる。
【００７０】
図６に示される第２の例示的な実施の形態は、潜在的に、図５に示される第１の例示的な実施の形態よりも小さなサイズで製造されうる。第２の例示的な実施の形態は、単一の符号（ここでは正の回折次数として参照されている）の回折次数を伴う参照ビームと、逆の符号（ここでは負の回折次数として参照されている）の回折次数を伴う変性ビームと、を使用するのに対し、第１の例示的な実施の形態は、両方の符号の回折次数を伴う参照ビームと、したがって両方の符号の回折次数を伴う変性ビームと、を使用することは注意されるべきである。
【００７１】
第２の例示的な実施の形態は、変換レンズ３０として球面レンズを使用してもよい。球面レンズの焦点面に配置された第２ミラー３１上に回折ビームを集束させ、続いてビームスプリッタ面４０によって反射することの影響は、その結果得られる変性ビームが参照ビームに対して１８０°回転されることである。
【００７２】
第２の例示的な実施の形態は代替的に変換レンズ３０として円柱レンズを使用してもよい。この円柱レンズの長軸はビームスプリッタ面４０に平行に向けられている。円柱レンズの焦点面に配置された第２ミラー３１上に回折ビームを集束させ、続いてビームスプリッタ面４０によって反射することの影響は、その結果得られる変性ビームが参照ビームに対して反転される、すなわち第１ミラー１１と直交しかつ図と直交する面に対して鏡像対称とされることである。
【００７３】
図７は、代替的な光学構成ＯＰＴおよびディテクタシステムＤＥＴを備える、第２タイプの自己参照干渉計の第１の例示的な実施の形態を示す。第２タイプは、少なくとも変性ビームが変換レンズ３０を使用せずに生成される点で第１タイプとは異なる。
【００７４】
ディテクタシステムＤＥＴは図４ｂに示される実施の形態にしたがって示されているが、これに代えて、図４ａや図４ｃや図４ｄなどに示される他の適切な実施の形態にしたがって提供されてもよい。
【００７５】
光学構成ＯＰＴはアライメントビームＡＢを受けるよう構成される。アライメントビームＡＢの光は図の面内で偏光している。アライメントビームＡＢは次に対物レンズ２０によってアライメントマークＷＭに実質的に導かれる。アライメントビームＡＢはそこで回折され、回折ビームＤＢが得られる。この回折ビームＤＢは複数の正の回折次数を有しており、そのうちの１次の正の回折次数＋１および７次の正の回折次数＋７が示されており、また回折ビームＤＢは対応する複数の負の回折次数を有しており、そのうち１次の負の回折次数−１および７次の負の回折次数−７が示されている。正の回折次数＋１、…、＋７および負の回折次数−１、…、−７は対物レンズ２０によって取得される。
【００７６】
正の回折次数＋１、…、＋７はビームスプリッタ面４０を通過し、位相板１０に導かれる。位相板１０は光が通過するごとに偏光回転の変換を引き起こす。次に正の回折次数＋１、…、＋７は第１ミラー１１に導かれる。そして正の回折次数は第１ミラー１１によって反射され、位相板１０を再度通過し、図の面に直交するような偏光状態でビームスプリッタ面４０に到達する。ビームスプリッタ４０は検出システムＤＥＴに向けて正の回折次数を反射し、正の回折次数を参照ビームとして提供する。参照ビームの１次の参照次数＋１Ｒおよび７次の参照次数＋７Ｒが示されている。
【００７７】
負の回折次数−１、…、−７は対物レンズ２０によって取得される。負の回折次数−１、…、−７は次に変換ミラー３２によって反射される。変換ミラー３２は負の回折次数−１、…、−７の方向に対して４５°の角度を向いている平面ミラーである。負の回折次数−１、…、−７が変換ミラー３２によって負の変換回折次数−１Ｔ、…、−７Ｔとして反射された後、それらは図の面内で偏光した状態でビームスプリッタ面４０に到達する。そしてそれらはビームスプリッタ面４０を検出システムＤＥＴに向けて通過する。これにより、負の変換回折次数が変性ビームとして提供される。この負の変換回折次数は対応する逆符号の参照回折次数と干渉する。１次の変換次数−１Ｔが１次の参照次数＋１Ｒと干渉し、７次の変換次数−７Ｔが７次の参照次数＋７Ｒと干渉することが図７に示されている。これらの干渉は上記と同様に強度として検出されうる。
【００７８】
回折ビームに対して４５°の角度を向いている変換ミラー３２上で回折ビームを鏡面反射することの影響は、その結果得られる変性ビームが参照ビームに対して反転される、すなわち第１ミラー１１と平行でありかつ図と直交する面に対して鏡像対称とされることである。
【００７９】
図８は、第２タイプの自己参照干渉計の第２の例示的な実施の形態を示す。図８の第２の例示的な実施の形態は、光路長補償器６０が存在する点で図７の第１の例示的な実施の形態とは異なる。光路長補償器６０は変性ビームの光路上、すなわち変換ミラー３２とビームスプリッタ面４０との間に配置される。光路長補償器６０は、変性ビームの光路長（変換ミラー、光路長補償器、およびビームスプリッタを介するもの）と参照ビームの光路長（位相板１０およびビームスプリッタを介するもの）とが等しくなるような光学的厚さを有する。これにより、比較的短いコヒーレンス長を有するアライメントビームＡＢについても光学構成ＯＰＴを使用できる。
【００８０】
図９は、代替的な光学構成ＯＰＴおよびディテクタシステムＤＥＴを備える、第２タイプの自己参照干渉計の第３の例示的な実施の形態を示す。
【００８１】
図９に示される第３の例示的な実施の形態は、変換ミラー３２が第２ビームスプリッタ面４１を伴う第２ビームスプリッタによって置き換えられている点で、図７の第１の例示的な実施の形態とは異なる。この結果、やはり、この場合は（図８の変換ミラー３２に取って代わる）第２ビームスプリッタ面４１である４５°の角度の面における反射から負の変換回折次数が提供される。当業者は第１の例示的な実施の形態の説明から第３の例示的な実施の形態の詳細を理解するであろうから、ここでさらに説明することはしない。
【００８２】
図１０は、代替的な光学構成ＯＰＴおよびディテクタシステムＤＥＴを備える、第２タイプの自己参照干渉計の第４の例示的な実施の形態を示す。図１０に示される第４の例示的な実施の形態は、第２ビームスプリッタ４１が位相板１０および第１ミラー１１を備え、ディテクタ構成ＤＥＴがさらに第２ディテクタ構成ＤＥＴ２を備える点で、図９に示される第３の例示的な実施の形態とは異なる。この場合、第２ビームスプリッタ面４１は負の回折次数に対しては変換ミラーとして作用し、ビームスプリッタ面４０は、図７から図９を参照して上述された通り、負の変換回折次数が正の参照回折次数と干渉することを確かにする。したがって、例えば−１Ｔと＋１ＲとがディテクタＤＥＴのディテクタアレイ９２で干渉する。ビームスプリッタ面４０は正の回折次数に対しては変換ミラーとして作用し、第２ビームスプリッタ面４１は正の変換回折次数が負の参照回折次数と干渉することを確かにする。負の参照回折次数は、第２ビームスプリッタ４１に設けられた（すなわち図１０の左側に設けられた）第２位相板１０および第１ミラー１１を使用して生成される。したがって、例えば、＋１Ｔと−１ＲとがディテクタＤＥＴ２のディテクタアレイ９２において干渉する。このようにして、両方の符号の回折次数が参照ビームおよび変性ビームを生成するために使用される、第２タイプの自己参照干渉計が提供される。
【００８３】
さらなる改良によると、自己参照干渉計はさらに集束信号を提供するよう構成される。集束信号は、アライメントマークＷＭまたは別の部分、例えばアライメントマークＷＭが設けられる基板または基板テーブルの非構造的な、特に平坦な部分、におけるアライメントビームＡＢの集束の質を示す。これにより、自己参照干渉計はアライメントだけでなくフォーカシングのためにも使用されうる。
【００８４】
図１１は本発明の実施の形態に係るさらなる改良を示し、その改良は第１タイプの自己参照干渉計の実施の形態において使用されうる。図１１では、第２ミラー３１（変換レンズ３０と協働して変性ビームを生成するために使用される）は半透明ミラーである。半透明ミラーは高い反射性と低い透過性、例えば５％などの１０％以下の透過性を有することが好ましい。したがって、第２ミラー３１は集束された回折ビームの大部分を反射し、変性ビームを生成する。この変性ビームは図５および図６を参照して説明されたのと同様にして有効に使用されうる。しかしながら、第２ミラー３１は例えば回折ビームの光の５％などの回折ビームの小さな割合を透過させる。
【００８５】
フォーカス検出構成７０は、半透明ミラー３１の後ろ側に設けられる。フォーカス検出構成７０はいわゆるフーコーナイフエッジ技術に基づく。フォーカス検出構成７０は、半透明ミラー３１のフォーカスの中心に一端が配置されているナイフエッジ７１を有する。フォーカス検出構成７０はさらに、２セグメントディテクタ７２を有する。２セグメントディテクタ７２は、それが受ける光量に比例する第１フォーカス信号を提供するよう構成された第１ディテクタセグメント７２ａと、それが受ける光量に比例する第２フォーカス信号を提供するよう構成された第２ディテクタセグメント７２ｂと、を有する。ナイフエッジ７１および２セグメントディテクタ７２は、アライメントビームＡＢの焦点がアライメントマークＷＭ（または別の部分、例えばアライメントマークＷＭが設けられる基板の非構造的な、特に平坦な部分）上に良く合っている場合に両方のディテクタセグメント７２ａ、７２ｂが同じ光量を受けるよう構成される。これは、回折ビームの焦点が半透明ミラー３１上に良く合っていることに関連する。しかしながら、アライメントビームＡＢがアライメントマークＷＭの上または下にフォーカスされている場合、光量は異なるであろう。したがって、２セグメントディテクタ７２は、第１フォーカス信号と第２フォーカス信号との差により構成される差分信号を提供するよう構成されてもよい。この差分信号により、アライメントビームＡＢのアライメントマークＷＭ（または別の部分、例えばアライメントマークＷＭが設けられる基板の非構造的な、特に平坦な部分）に対するフォーカスを測定および／または制御することが可能となる。
【００８６】
図１２は、図１１に示されるさらなる改善に対する代替例を示す。図１２の構成は図１１の構成よりも低い（縦方向および／または横方向の）位置感度を有しうる。したがって、図１２の構成はフォーカシングシステムに対するロバスト性を改善できる。図１２では、図１１と同様に、第２ミラー３１（変換レンズ３０と協働して変性ビームを生成するために使用される）は半透明ミラーである。半透明ミラーは高い反射性と低い透過性、例えば５％などの１０％以下の透過性を有することが好ましい。したがって、第２ミラー３１は集束された回折ビームの大部分を反射し、変性ビームを生成する。この変性ビームは図５および図６を参照して説明されたのと同様にして有効に使用されうる。しかしながら、第２ミラー３１は例えば回折ビームの光の５％などの回折ビームの小さな割合を透過させる。
【００８７】
フォーカス検出構成７０は半透明ミラー３１の後ろ側に設けられる。フォーカス検出構成７０は、半透明ミラー３１上に集束された回折ビームの位置に対して中心が合わされているルーフトッププリズム７５を有する。フォーカス検出構成７０はさらに４セグメントディテクタ７６を有する。４セグメントディテクタ７６は、それが受ける光量に比例する第１フォーカス信号を提供するよう構成された第１ディテクタセグメント７６ａと、それが受ける光量に比例する第２フォーカス信号を提供するよう構成された第２ディテクタセグメント７６ｂと、それが受ける光量に比例する第３フォーカス信号を提供するよう構成された第３ディテクタセグメント７６ｃと、それが受ける光量に比例する第４フォーカス信号を提供するよう構成された第４ディテクタセグメント７６ｄと、を有する。ルーフトッププリズム７５および４セグメントディテクタ７６は、アライメントビームＡＢの焦点がアライメントマークＷＭ（または別の部分、例えばアライメントマークＷＭが設けられる基板の非構造的な、特に平坦な部分）上に良く合っている場合に、２つのディテクタセグメント７６ａ、７６ｂだけでなく他の２つのディテクタセグメント７６ｃ、７６ｄもまた同じ光量を受けるよう構成される。下側の２つのディテクタセグメント７６ｃ、７６ｄと比較して、上側の２つのディテクタセグメント７６ａ、７６ｂ間で光分布は対称的である。しかしながら、アライメントビームＡＢがアライメントマークＷＭの上または下にフォーカスされている場合、光量は異なるであろうし、光分布は非対称となるであろう。したがって、４セグメントディテクタ７６は、フォーカスの質を示す差分信号を提供するよう構成されてもよい。この差分信号により、アライメントビームＡＢのアライメントマークＷＭ（または別の部分、例えばアライメントマークＷＭが設けられる基板の非構造的な、特に平坦な部分）に対するフォーカスを測定および／または制御することが可能となる。
【００８８】
図１３ａおよび図１３ｂは、本発明の実施の形態における使用に適したアライメントスポットＡＳの２つの実施の形態を示す。図１３ａは、実質的に円形のアライメントスポットＡＳを示す。そのような実質的に円形のアライメントスポットＡＳは、例えば実質的に円形の断面を有するアライメントビームを球面対物レンズ２０を使用して集束させることにより提供されてもよい。そのような実質的に円形のアライメントスポットＡＳは、例えばバー型の構造１５を伴うアライメントマークＷＭに対する向きについて比較的大きな許容範囲を与えうるので有利でありうる。しかしながら、アライメントマークＷＭの場所を探すために、基板Ｗに亘る比較的多数のスキャン１７が必要とされうる。
【００８９】
図１３ｂは、実質的に線状などの細長いアライメントスポットＡＳを示す。そのような細長いアライメントスポットＡＳは、例えば実質的に円形の断面を有するアライメントビームを円柱対物レンズ２０を使用して集束させることにより提供されてもよい。そのような細長いアライメントスポットＡＳは、例えばそれがアライメント測定システムに大きな捕捉範囲を与えるので有利でありうる。これは、アライメントスポットＡＳが引き延ばされているので、アライメントマークＷＭが設けられた基板の表面に亘る比較的低密度のスキャン１７によって、アライメントマークＷＭの存在および位置が容易に検出されうることを意味する。一方で、小さな円形のアライメントスポットによると、基板の表面に亘る比較的高密度のスキャンが要求されうる。しかしながら、細長いスポットＡＳを使用する場合、アライメントマークＷＭに対する向きについて、比較的小さな許容範囲しか許されない可能性がある。
【００９０】
上記の通り、放射ビームＢはマスクＭＡを通過した後、投影システムＰＳを通過する。投影システムＰＳはそのビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束させる。投影システムが基板のターゲット部分にパターン付与されたビームを投影している間すなわちパターニングデバイスからターゲット部分へパターンが転写されている間、基板Ｗは良く揃えられている必要があるし、放射ビームＢは良くフォーカスされている必要がある。既知のシステムは典型的には２ステージ過程を使用する。第１ステージの間、ひとつの自己参照干渉計を使用して基板Ｗ上の複数箇所の相対位置を決定するために、基板ＷはアライメントビームＡＢによって走査される。この自己参照干渉計は典型的には比較的大きく高価な干渉計である。そして、次の第２ステージの間、正確な位置決めが可能となる。そこでは第１ステージにおいて決定された相対位置を使用して、実際にパターンがターゲット部分Ｃに転写される。本発明の実施の形態のある態様は、本発明の実施の形態に係る複数の自己参照干渉計を備えるアライメントシステムを伴うリソグラフィ装置を提供する。アライメントシステムは、投影システムＰＳがパターン付与されたビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに投影している間に、アライニングを行うよう構成される。
【００９１】
図１４ａおよび図１４ｂはこの態様の実施の形態を説明する。図１４ａは、パターン付与されたビームＢが基板に亘って走査される間の、基板Ｗの平面図である。パターン付与されたビームは８つの実質的に円形のアライメントスポットＡＳによって囲まれている。８つのアライメントスポットＡＳはＡＳ１、…、ＡＳ８と表されている。８つのアライメントスポットＡＳはそれぞれ、対応する８つの自己参照干渉計からの８つのアライメントビームＡＢによって提供される。パターン付与されたビームを正確に８つのアライメントスポットＡＳによって囲む必要はなく、他の数のアライメントスポットＡＳもまた適用可能であることは理解されるであろう。自己参照干渉計は投影システムＰＳが基板Ｗと対向する位置に近いところに設けられる。自己参照干渉計は比較的コンパクトなので、自己参照干渉計をそのような位置に設けることが可能となる。自己参照干渉計は比較的低コストなので、複数の自己参照干渉計を使用することが可能となる。アライメントシステムは、投影システムの動作中に８つの自己参照干渉計を使用してアライメント信号を決定してもよいし、オプションで８つの自己参照干渉計が上記のフォーカス検出構成７０を備える場合はフォーカシング信号を決定してもよい。これによりリアルタイムのアライメントおよびオプションでフォーカシングが可能となり、基板を処理するためのトータルのスループット時間を低減できるので好適である。さらに、これにより、リソグラフィ装置に複数の基板ステージを設ける必要が無くなる。他の有利な点は、改善されたオーバーレイ結果やよりコンパクトであまり複雑でないアライメントセンサの使用でありうる。本発明によると、特別に製造されカスタマイズされる必要がある（例えば、形状および純度に関する特に厳しい要求）、比較的高価な光学コンポーネントを備えるアライメントセンサを使用する必要はない。代わりに、比較的廉価で良く知られた標準的な光学コンポーネントを備えるアライメントセンサを使用できる。
【００９２】
さらに、スクライブラインなどの基板Ｗ上のライン１８に沿って複数のアライメントマークが設けられる場合、そのアライメントマークを使用して、アライメントスポットＡＳ１、…、ＡＳ８をしたがって投影ビームを基板Ｗに沿ってガイドできる。
【００９３】
図１４ｂは代替的な実施の形態を示す。この実施の形態では、パターン付与されたビームＢは４つの線状のアライメントスポットＡＳによって囲まれている。４つのアライメントスポットＡＳはＡＳ１、…、ＡＳ４と表されている。４つのアライメントスポットＡＳはそれぞれ、対応する４つの自己参照干渉計からの４つのアライメントビームＡＢによって提供される。２つの線状のアライメントスポットＡＳ１、ＡＳ３は他の２つの線状のアライメントスポットＡＳ２、ＡＳ４と直交するよう配置されている。これにより、基板を任意の方向に走査でき、特に基板をジグザグ方向に走査できる。このジグザグ方向の走査では、連続する走査ストローク間で走査ストロークが互いに直交する。
【００９４】
本明細書ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、リソグラフィ装置は他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。他の用途としては、集積光学システム、磁区メモリ用案内パターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどがある。当業者であればこれらの他の適用に際して、本明細書における「ウエハ」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。本明細書で言及される基板は露光前または露光後において例えばトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、及び／またはインスペクションツールにおいて処理されてもよい。適用可能であれば、本明細書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本明細書における基板という用語は処理されている多数の層を既に含む基板をも意味してもよい。
【００９５】
上では特に光リソグラフィにおける本発明の実施の形態の使用に言及したが、本発明は例えばインプリントリソグラフィなどの他のアプリケーションにおいても使用されうるものであり、文脈が許す場面において光リソグラフィに限られるものではないことは理解される。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィが基板に生成されるパターンを決める。パターニングデバイスのトポグラフィが基板に塗布されているレジスト層に押し付けられ、電磁放射や熱、圧力、あるいはこれらの組み合わせによってレジストが硬化される。レジストが硬化された後パターニングデバイスはレジストから外され、レジスト上にはパターンが残される。
【００９６】
本明細書において「放射」および「ビーム」という用語は、紫外（ＵＶ）放射（例えば約３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長を有する）および極端紫外（ＥＵＶ）放射（例えば５ｎｍ−２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆる種類の電磁放射、およびイオンビームや電子ビームなどの粒子線を含む。
【００９７】
「レンズ」という用語は、文脈が許す限り、屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子を含む各種の光学素子の任意のひとつまたは組み合わせを指し示すものであってもよい。
【００９８】
本明細書で使用される「広帯域光」および「広帯域照射」という用語は、可視スペクトル内や赤外領域の波長を含む、複数の波長領域を伴う光を含む。さらに、複数の波長領域は結合されている必要はないことは理解されるべきである。
【００９９】
本発明の具体的な実施の形態が上述のように説明されたが、本発明は上述の形式以外の形式でも実施可能であると理解されたい。例えば、本発明はコンピュータプログラムの形式を取ってもよい。このコンピュータプログラムは機械に読み取り可能な命令の１つもしくは複数のシーケンスを含む。命令は、上述の方法を記述する。あるいはまた、本発明は、そのようなコンピュータプログラムを記憶保持するデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気もしくは光学ディスク）の形式を取ってもよい。
【０１００】
上述の記載は例示を目的としており、それに限定されるものではない。したがって下記の請求項の範囲から逸脱することなく記載された発明に変更を加えることができるということは、関連技術の当業者には明らかなことであろう。加えて、任意の実施の形態において示されまたは説明された構造的特徴または方法のステップを他の実施の形態でも同様に使用できることは理解されるべきである。請求の範囲において、括弧の中の参照符号は請求の範囲を限定するものと見なされるべきではない。本明細書を通して、「および／または（and/or）」という用語は、関連してリストされている項目のひとつ以上の任意のおよび全ての組み合わせを含む。
【０１０１】
本発明はさらに以下の節によって記述されてもよい。
１．アライメントマークなどのマークおよびリソグラフィ装置と共に使用されるよう構成された自己参照干渉計であって、
アライメントビーム（ＡＢ）から参照ビームおよび変性ビームを生成し、前記参照ビームおよび前記変性ビームをディテクタ（ＤＥＴ）に出力し、アライメントビーム（ＡＢ）をマーク（ＷＭ）上に導き、マークによるアライメントビームの回折の結果得られる回折ビームを取得する光学構成（ＯＰＴ）を備え、
回折ビームは少なくともひとつの正の回折次数およびひとつの対応する負の回折次数を有し、
前記光学構成は、
回折ビームを第１ビームと第２ビームとに分割し、前記参照ビームにおける回折次数が前記変性ビームにおける対応する反対の回折次数と空間的に重なり合うよう、前記参照ビームおよび前記変性ビームを合成し前記ディテクタ（ＤＥＴ）に出力するビームスプリッタ（４０）と、
第１ビームから前記参照ビームを生成し、前記参照ビームをビームスプリッタ（４０）に導く参照システム（１０、１１）と、
第２ビームを前記変性ビームに変換し、前記変性ビームをビームスプリッタ（４０）に導く変換システム（３０、３１、３２、６０、４１、１０、１１）と、を含み、
本自己参照干渉計はさらに、光学構成（ＯＰＴ）から空間的に重なり合っている参照ビームおよび変性ビームを受け、位置信号を決定するディテクタシステム（ＤＥＴ）を備え、
前記ディテクタシステムは、
参照ビームと変性ビームとが干渉するようそれらのビームの偏光を操作し、干渉する参照ビームおよび変性ビームをディテクタに導くことで干渉パターンを形成する偏光システム（８０、８１、８３、８６）と、
干渉パターンから位置信号を決定するディテクタ（８２、９２）と、を含む、自己参照干渉計。
２．ビームスプリッタ（４０）は偏光ビームスプリッタであり、参照システムは位相板（１０）および第１ミラー（１１）を含む、第１節に記載の自己参照干渉計。
３．変換システムはレンズ（３０）および第２平面ミラー（３１）を含む、第１節または第２節に記載の自己参照干渉計。
４．変換レンズは球面レンズである、第３節に記載の自己参照干渉計。
５．変換レンズは円柱レンズである、第３節に記載の自己参照干渉計。
６．変換システムは変換ミラー（３２）を含む、第１節または第２節に記載の自己参照干渉計。
７．変換システムは第２ビームスプリッタ（４１）を含む、第１節または第２節に記載の自己参照干渉計。
８．ディテクタは、像面における干渉する参照ビームおよび変性ビームの強度の変化から位置信号を決定するよう構成される、第１節から第７節のいずれかに記載の自己参照干渉計。
９．ディテクタは、瞳面における干渉する参照ビームおよび変性ビームの強度の変化から位置信号を決定するよう構成される、第１節から第７節のいずれかに記載の自己参照干渉計。
１０．第２平面ミラー（３１）は少なくとも部分的に透明であり、その少なくとも部分的に透明な第２平面ミラーを通過する変性ビームの部分と共に使用するためのフォーカス検出構成（７０）が設けられている、第３節に記載の自己参照干渉計。
１１．フォーカス検出構成（７０）は、少なくとも部分的に透明な第２平面ミラー（３１）のフォーカスの中心に一端が配置されたナイフエッジ（７１）と、２セグメントディテクタ（７２）と、を含み、ナイフエッジおよび２セグメントディテクタは、使用中アライメントビーム（ＡＢ）の焦点がマーク（ＷＭ）上に良く合っている場合に両方のディテクタセグメントが同じ光量を受けるよう構成されている、第１０節に記載の自己参照干渉計。
１２．フォーカス検出構成（７０）は、少なくとも部分的に透明な第２平面ミラー（３１）の焦点に中心が合わされているルーフトッププリズム（７５）と、４セグメントディテクタ（７６）と、を含み、ルーフトッププリズムおよび４セグメントディテクタは、使用中アライメントビーム（ＡＢ）の焦点がマーク（ＷＭ）上に良く合っている場合に４つ全てのディテクタセグメントが同じ光量を受けるよう構成されている、第１０節に記載の自己参照干渉計。
１３．光学構成は、アライメントビーム（ＡＢ）をマーク（ＷＭ）上に導き、マークによるアライメントビームの回折の結果得られる回折ビームを取得する対物レンズ（２０）を含む、第１節から第１１節のいずれかに記載の自己参照干渉計。
１４．アライメントビーム（ＡＢ）をマーク（ＷＭ）上に導き、マークによるアライメントビームの回折の結果得られる回折ビームを取得する４５度放物面ミラーなどのミラーをさらに備える、第１節から第１２節のいずれかに記載の自己参照干渉計。
１５．第１ビームの方向は第２ビームの方向と直交し、参照システムは第１ビームの方向と直交するよう構成される、第１節から第１４節のいずれかに記載の自己参照干渉計。
１６．ディテクタは、干渉する参照ビームおよび変性ビームの強度の変化から位置信号を決定するよう構成される、第１節から第１５節のいずれかに記載の自己参照干渉計。
１７．ディテクタシステム（ＤＥＴ）は光学構成（ＯＰＴ）に取り付けられる、第１節から第１６節のいずれかに記載の自己参照干渉計。
１８．第１節から第１７節のいずれかに記載の自己参照干渉計を少なくともひとつ含むアライメントシステム。
１９．第１８節に記載のアライメントシステムを備えるリソグラフィ装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己参照干渉計、自己参照干渉計を備えるアライメントシステム、およびそのようなアライメントシステムを備えるリソグラフィ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板、通常は基板のターゲット部分に転写する機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いられる。この場合、例えばマスクまたはレチクルとも称されるパターニングデバイスが、集積回路の個々の層に形成されるべき回路パターンを形成するために使用されうる。このパターンが基板（例えばシリコンウエハ）の（例えばダイの一部、あるいは１つまたは複数のダイからなる）ターゲット部分に転写される。パターン転写は典型的には基板に形成された放射感応性材料（レジスト）層への結像による。一般に一枚の基板にはネットワーク状に隣接する一群のターゲット部分が含まれ、これらは連続的に露光される。公知のリソグラフィ装置にはいわゆるステッパとスキャナとがある。ステッパにおいては、ターゲット部分にパターン全体が一度に露光されるようにして各ターゲット部分は照射を受ける。スキャナにおいては、所与の方向（「走査」方向）に放射ビームによりパターンを走査するとともに基板をこの方向に平行または逆平行に同期して走査するようにして各ターゲット部分は照射を受ける。パターニングデバイスから基板へのパターン転写は、基板にパターンをインプリントすることによっても可能である。
【０００３】
パターニングデバイスのパターンが基板上の正しいターゲット位置に転写されることを確実にするために、基板がリソグラフィ装置に対して正確に揃えられることが重要である。特に、ＩＣは通常多くの個別の層（例えば、３０層）を含んでおり、そのようなＩＣの製造においては、複数の個別の層が互いに非常に正確に並べられることが非常に重要である。ＩＣの個別の層の整列があまり正確でないと、そのＩＣは動作可能なＩＣとはならない場合がある。オーバーレイは、パターンが基板に転写されるときの、既に基板に転写されているパターンとの関係での正確さとして定義される。ＩＣの製造においてはより小さなフィーチャが転写されるので、オーバーレイへの要請およびしたがってアライメントプロセスに必要とされる正確さはより厳しくなる。
【０００４】
リソグラフィ装置はリソグラフィ装置に対して基板を揃えるために複数のアライメントシステムを使用することが知られている。特に、欧州特許出願第ＥＰ１３７２０４０Ａ１号を参照すべきであり、この欧州特許出願第ＥＰ１３７２０４０Ａ１号は参照により本明細書に組み入れられる。ＥＰ１３７２０４０Ａ１は自己参照干渉計を使用するアライメントシステムを説明しており、この自己参照干渉計はアライメントマーカの２つの重なり合う像を生成する。これら２つの像は互いに１８０°以上回転される。ＥＰ１３７２０４０Ａ１はさらに、瞳面におけるこれら２つの像の干渉フーリエ変換の強度変化の検出を説明する。これらの強度変化は２つの像の異なる回折次数間の位相差に対応し、この位相差から位置情報が導かれる。この位置情報は、アライメントプロセスにおいて要求されているものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既知のアライメントシステムの不利な点は、アライメント測定システムの自己参照干渉計が比較的高価となりうることである。自己参照干渉計の光学的設計によると、特注の光学コンポーネントを使用することが要求されるからである。既知のアライメントシステムのさらなる不利な点は、既知の自己参照干渉計は通常かなり大きいことである。この大きさにより、アライメントプロセスの正確さを損ないうる低帯域幅振動モードなどの望まれない副作用がアライメントプロセスに生じうる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
既知のアライメントシステムの上記不利な点のひとつ以上を少なくとも部分的に取り除く代替的なアライメントシステムを提供することが望ましい。特に、より廉価なおよび／またはよりコンパクトな代替的自己参照干渉計をアライメントシステムに提供することが望ましい。さらに、本発明の実施の形態は、自己参照干渉計、アライメントシステムおよびリソグラフィ装置に関する。
第１の態様によると、アライメントマークなどのマークおよびリソグラフィ装置と共に使用されるよう構成された自己参照干渉計であって、
アライメントビーム（ＡＢ）から参照ビームおよび変性ビームを生成し、前記参照ビームおよび前記変性ビームをディテクタ（ＤＥＴ）に出力し、アライメントビーム（ＡＢ）をマーク（ＷＭ）上に導き、マークによるアライメントビームの回折の結果得られる回折ビームを取得する光学構成（ＯＰＴ）を備え、
回折ビームは少なくともひとつの正の回折次数および少なくともひとつの対応する負の回折次数を有し、
前記光学構成は、
回折ビームを第１ビームと第２ビームとに分割し、前記参照ビームにおける回折次数が前記変性ビームにおける対応する反対の回折次数と空間的に重なり合うよう、前記参照ビームおよび前記変性ビームを合成し前記ディテクタ（ＤＥＴ）に出力するビームスプリッタ（４０）と、
第１ビームから前記参照ビームを生成し、前記参照ビームをビームスプリッタ（４０）に導く参照システム（１０、１１）と、
第２ビームを前記変性ビームに変換し、前記変性ビームをビームスプリッタ（４０）に導く変換システム（３０、３１、３２、６０、４１、１０、１１）と、を含み、
本自己参照干渉計はさらに、光学構成（ＯＰＴ）から空間的に重なり合っている参照ビームおよび変性ビームを受け、位置信号を決定するディテクタシステム（ＤＥＴ）を備え、
前記ディテクタシステムは、
参照ビームと変性ビームとが干渉するようそれらのビームの偏光を操作し、干渉する参照ビームおよび変性ビームをディテクタに導くことで干渉パターンを形成する偏光システム（８０、８１、８３、８６）と、
干渉パターンから位置信号を決定するディテクタ（８２、９２）と、を含む、自己参照干渉計が提供される。
【０００７】
本発明の実施の形態の別の態様によると、少なくともひとつの上記の自己参照干渉計を備えるアライメントシステムが提供される。
【０００８】
本発明の実施の形態の別の態様によると、上記のアライメントシステムを備えるリソグラフィ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
例示のみを目的として、本発明の実施の形態は添付の模式的な図面を参照して説明される。それらの図面において対応する符号は対応する部分を示す。
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るリソグラフィ装置を示す図である。
【００１１】
【図２】既知のアライメントシステムの模式的な概略図である。
【００１２】
【図３ａ】本発明に係る自己参照干渉計の模式的な概略図である。
【００１３】
【図３ｂ】参照ビームのオリエンテーション（左）、変性ビームのオリエンテーション（中央）、および干渉している参照ビームおよび変性ビームのオリエンテーション（右）を示す模式図である。変性ビームは参照ビームに対して反転されている。
【００１４】
【図３ｃ】参照ビームのオリエンテーション（左）、変性ビームのオリエンテーション（中央）、および干渉している参照ビームおよび変性ビームのオリエンテーション（右）を示す模式図である。変性ビームは参照ビームに対して１８０°回転している。
【００１５】
【図４】図４ａ−図４ｄは、本発明に係る自己参照干渉計において使用されるディテクタシステムの例示的な実施の形態を示す図である。
【００１６】
【図５】本発明に係る第１タイプの自己参照干渉計の例示的な第１の実施の形態を示す図である。
【００１７】
【図６】本発明に係る第１タイプの自己参照干渉計の例示的な第２の実施の形態を示す図である。
【００１８】
【図７】本発明に係る第２タイプの自己参照干渉計の例示的な第１の実施の形態を示す図である。
【００１９】
【図８】本発明に係る第２タイプの自己参照干渉計の例示的な第２の実施の形態を示す図である。
【００２０】
【図９】本発明に係る第２タイプの自己参照干渉計の例示的な第３の実施の形態を示す図である。
【００２１】
【図１０】本発明に係る第２タイプの自己参照干渉計の例示的な第４の実施の形態を示す図である。
【００２２】
【図１１】図１１および図１２は、本発明に係る自己参照干渉計において使用されるフォーカス検出構成を示す図である。
【図１２】図１１および図１２は、本発明に係る自己参照干渉計において使用されるフォーカス検出構成を示す図である。
【００２３】
【図１３】図１３ａおよび図１３ｂは、本発明の実施の形態における使用に適したアライメントスポットの実施の形態を示す図である。
【００２４】
【図１４】図１４ａおよび図１４ｂは、本発明に係る複数の自己参照干渉計を有するアライメントシステムを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す図である。この装置は、
放射ビームＢ（例えば（Ｄ）ＵＶ放射またはＥＵＶ放射）を調整するよう構成されている照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するよう構成され、あるパラメタに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするよう構成されている第１の位置決め装置ＰＭに接続されているサポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
基板（例えばレジストでコーティングされたウエハ）Ｗを保持するよう構成され、あるパラメタに従って基板を正確に位置決めするよう構成されている第２の位置決め装置ＰＷに接続されている基板テーブル（例えばウエハテーブル）ＷＴと、
パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば１つまたは複数のダイからなる）ターゲット部分Ｃに投影するよう構成されている投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳと、を備える。
【００２６】
照明システムは、放射を方向付け、整形しまたは制御するために、各種の光学素子例えば屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子または他の各種光学部品を含んでもよく、あるいはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【００２７】
サポート構造は、パターニングデバイスを支持する、すなわちその重みを支える。サポート構造は、パターニングデバイスの向きやリソグラフィ装置の構成、あるいはパターニングデバイスが真空環境下で保持されるか否かなどの他の条件に応じた方式でパターニングデバイスを保持する。サポート構造は、機械的固定、真空固定、またはパターニングデバイスを保持するその他の固定用技術を用いてもよい。サポート構造は例えばフレームまたはテーブルであってよく、必要に応じて固定されていてもよいし移動可能であってもよい。サポート構造は、パターニングデバイスが例えば投影システムに対して所望の位置にあることを確かなものとしてもよい。本明細書では「レチクル」または「マスク」という用語を用いた場合には、より一般的な用語である「パターニングデバイス」に同義であるとみなされるものとする。
【００２８】
本明細書で使用される「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に放射ビームの断面にパターンを付与するのに使用されうるいかなるデバイスをも指し示すよう広く解釈されるべきである。放射ビームに与えられるパターンは、基板のターゲット部分における所望のパターンと厳密に対応していなくてもよいことを注意しておく。このような場合には例えば、パターンが位相シフトフィーチャあるいはいわゆるアシストフィーチャを含む場合がある。一般には、放射ビームに付与されるパターンは、ターゲット部分に形成される集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応する。
【００２９】
パターニングデバイスは透過型であっても反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、例えばマスクやプログラマブルミラーアレイ、プログラマブルＬＣＤパネルなどがある。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、バイナリマスクやレベンソン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、更に各種のハイブリッド型マスクが含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例としては、小型のミラーがマトリックス状に配列され、各ミラーが入射してくる放射ビームを異なる方向に反射するように個別に傾斜されるというものがある。これらの傾斜ミラーにより、マトリックス状ミラーで反射された放射ビームにパターンが付与されることになる。
【００３０】
本明細書で使用される「投影システム」という用語は、使用される露光光あるいは液浸や真空の利用などの他の要因に関して適切とされるいかなる投影システムをも包含するよう広く解釈されるべきである。投影システムには例えば屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気的光学システム、電磁気的光学システム、静電的光学システム、他のタイプ、またはこれらの任意の組み合わせなどが含まれる。以下では「投影レンズ」という用語は、より一般的な用語である「投影システム」と同義に用いられ得る。
【００３１】
ここに図示されるのは、（例えば透過型マスクを用いる）透過型のリソグラフィ装置である。これに代えて、（例えば上述のようなプログラマブルミラーアレイまたは反射型マスクを用いる）反射型のリソグラフィ装置を用いることもできる。
【００３２】
リソグラフィ装置は２つ以上（２つの場合にはデュアルステージと呼ばれる）の基板テーブル（および／または２つ以上のマスクテーブル）を備えるタイプのものであってもよい。このような多重ステージ型の装置においては追加されたテーブルは並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルで露光が行われている間に他の１以上のテーブルで準備工程を実行するようにしてもよい。
【００３３】
また、リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部が比較的屈折率の高い液体、たとえば水で覆われ、それにより投影システムと基板との間の空間が充填されるタイプの装置であってもよい。液浸液は例えばマスクと投影システムとの間などの、リソグラフィ装置の他の空間に与えられてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を大きくするため技術として周知である。本明細書で使用される「液浸（immersion）」という用語は、基板などの構造が液体の中に沈められなければならないことを意味するものではなく、むしろ露光中投影システムと基板との間に液体がある程度のことを意味するものである。
【００３４】
図１に示されるように、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。例えば光源がエキシマレーザである場合には、光源とリソグラフィ装置とは別体であってもよい。この場合、光源はリソグラフィ装置の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームは光源ＳＯからイルミネータＩＬへとビーム搬送系ＢＤを介して受け渡される。ビーム搬送系ＢＤは例えば適当な方向変更用のミラー及び／またはビームエキスパンダを含んで構成される。あるいは光源が例えば水銀ランプである場合には、光源はリソグラフィ装置に一体に構成されていてもよい。光源ＳＯとイルミネータＩＬとは、またビーム搬送系ＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射システムと総称される。
【００３５】
イルミネータＩＬは放射ビームの角強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えてもよい。一般には、イルミネータの瞳面における強度分布の少なくとも半径方向外径及び／または内径の大きさ（通常それぞれ「シグマ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）」、「シグマ−インナ（σ−ｉｎｎｅｒ）」と呼ばれる）が調整される。加えてイルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの種々の他の要素を備えてもよい。イルミネータはビーム断面における所望の均一性及び強度分布を得るべく放射ビームを調整するために用いられる。
【００３６】
放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブルＭＴ）に保持されるパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射して、当該パターニングデバイスによりパターンが付与される。マスクＭＡを通過した放射ビームＢは投影システムＰＳに進入する。投影システムＰＳはそのビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束する。第２の位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）により基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。基板テーブルＷＴは例えば放射ビームＢの経路上に異なるターゲット部分Ｃを位置決めするように移動される。同様に、第１の位置決め装置ＰＭおよび他の位置センサ（図１には明示せず）は、放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするのに使用されうる。この位置決めは例えばマスクライブラリからのマスクの機械検索後や走査中に行われる。一般にマスクテーブルＭＴの移動は、第１の位置決め装置ＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗い位置決め用）及びショートストロークモジュール（精細な位置決め用）により実現されうる。同様に基板テーブルＷＴの移動は、第２の位置決め装置ＰＷの一部を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールを使用して実現されうる。ステッパでは（スキャナとは異なり）、マスクテーブルＭＴはショートストロークのアクチュエータにのみ接続されているか、あるいは固定されていてもよい。マスクＭＡと基板Ｗとは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を用いてアライメントされてもよい。図においては基板アライメントマークが専用のターゲット部分を占拠しているが、アライメントマークはターゲット部分間のスペースに配置されてもよい（これはスクライブライン・アライメントマークとして公知である）。同様に、マスクＭＡに複数のダイがある場合にはマスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。
【００３７】
図示の装置は例えば次のうちの少なくとも１つのモードで使用され得る。
１．ステップモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンの全体が１回の照射でターゲット部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは実質的に静止状態とされる（すなわち単一静的露光）。そして基板テーブルＷＴがＸ方向及び／またはＹ方向に移動されて、異なるターゲット部分Ｃが露光される。ステップモードでは露光フィールドの最大サイズが単一静的露光で転写されるターゲット部分Ｃのサイズを制限することになる。
２．スキャンモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期して走査される（すなわち単一動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）特性及び像反転特性により定められてもよい。スキャンモードでは露光フィールドの最大サイズが単一動的露光でのターゲット部分の（非走査方向の）幅を制限し、走査移動距離がターゲット部分の（走査方向の）長さを決定する。
３．別のモードにおいては、マスクテーブルＭＴがプログラム可能パターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とされ、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影される間、基板テーブルＷＴが移動または走査される。このモードではパルス放射源が通常用いられ、プログラム可能パターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの毎回の移動後、または走査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、上述のプログラマブルミラーアレイ等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することができる。
【００３８】
上記で記載した使用モードを組み合わせて動作させてもよいし、各モードに変更を加えて動作させてもよいし、さらに全く別の使用モードでリソグラフィ装置を使用してもよい。
【００３９】
図２は、既知のアライメントシステム１０の模式的な概略図である。光源１１は空間的にコヒーレントな放射ビームを放ち、その放射ビームは基板（例えば、ウエハ）上のアライメントマーカＷＭを照らし、そのアライメントマーカが放射を反射することで正および負の回折次数+nおよび-nが得られる。これらの回折次数は対物レンズ１２によってコリメートされ、自己参照干渉計１３に入る。自己参照干渉計は、１８０°の相対回転を有する、入力の２つの像を出力する。これらの２つの像は重ね合わされており、したがって干渉可能である。瞳面１４において、これらの像の異なる回折次数は分離されており、これらの像の重ね合わせフーリエ変換が観測され、また、干渉状態におかれる。瞳面のディテクタ１５は干渉する回折次数を検出し、位置情報を提供する。この位置情報に基づき、基板をリソグラフィ装置に対して正確に揃えることができる。図２の右側は、瞳面１４における２つの重なり合う像の形成を示す。一方の像について、+n'および-n'は入力の回折次数+nおよび-nに対して＋９０°だけ回転している。他方の像について、+n"および-n"は入力の回折次数+nおよび-nに対して−９０°だけ回転している。瞳面において、（+n'および-n"）の次数、（+n"および-n'）の次数のそれぞれが干渉する。
【００４０】
既知のアライメントシステムの不利な点は、特に既知の自己参照干渉計が比較的高価となりうることである。自己参照干渉計の光学的設計によると、特注の光学コンポーネントを使用することが要求されるからである。既知のアライメントシステムのさらなる不利な点は、既知の自己参照干渉計は通常かなり大きいことである。この大きさにより、アライメントプロセスの正確さを損ないうる低帯域幅振動モードなどの望まれない副作用がアライメントプロセスに生じうる。
【００４１】
図３は、本発明の実施の形態に係る自己参照干渉計の模式的な概略図である。自己参照干渉計は光学構成ＯＰＴとディテクタシステムＤＥＴとを備える。光学構成ＯＰＴはアライメントビームＡＢを受け取り、それを基板上のアライメントマークＷＭなどのマークにアライメントスポットとして集束させる。アライメントマークＷＭは周期構造を有する。アライメントマークＷＭの周期構造により、アライメントビームＡＢは回折されて回折ビームＤＢが得られる。回折ビームＤＢは複数の回折次数、例えば７つの正のおよび７つの負の回折次数を有する。本発明の実施の形態に係る自己参照干渉計は、生産物上のアライメントマークまたは他の任意のタイプの構造もしくはマークと共に使用されるよう構成可能であることは注意されるべきである。例えば、ターゲット部分領域すなわち露光されるべきダイ内の認定パターンを基にアライメントが実行されうる。図３では、回折ビームＤＢは、＋１および＋３とマークされている２つの正の回折次数と、−１および−３とマークされている２つの負の回折次数と、を示す。一般に、任意の符号の各回折次数は、反対の符号の対応する回折次数を有する。以下、回折ビームについて言及する場合、自己参照干渉計において実際に使用される回折次数に関してのみ、例えば＋１、＋３、−１、−３の回折次数に関してのみ言及することが意図されている。通常、アライメントを目的とする場合、−２および＋２の回折次数を使用しないことは注意されるべきである。これらの回折次数は通常ゼロ強度を有するからである。アライメントビームＡＢの回折の際、より多くの回折次数が実際は生成されうることは理解されるであろう。あるいはまた、各符号の単一の回折次数やより多くの回折次数など、別の複数の回折次数が使用されうることは理解されるであろう。より多くの回折次数を使用する場合、マークの非対称性などのマークの特性に対する感度が低減されるという利点が提供されうる。
【００４２】
光学構成ＯＰＴは、例えば第１および第３正回折次数＋１、＋３と、それと対応する第１および第３負回折次数−１、−３と、だけからなる回折ビームＤＢを取得する。以下の説明では、出現する可能性のあるゼロ次は無視される。ゼロ次が存在する場合、光学構成ＯＰＴは回折ビームＤＢからそれを空間的にフィルタリングするよう構成されるであろうし、またはディテクタシステムＤＥＴはそれを無視するかあるいはその寄与を除去するよう構成されるであろう。これは例えばゼロ次の光路にアパーチャストップを使用することによって実現される。
【００４３】
取得された回折ビームＤＢはオリエンテーション（orientation）ＤＢＯを伴う空間分布を有する。オリエンテーションＤＢＯは例えば、基板Ｗに平行な平面における角度配置として定義されてもよい。図３ａにおいて、回折ビームのオリエンテーションＤＢＯは矩形要素で模式的に示されており、その矩形要素には回折次数−３、−１、＋１、＋３が付されている。
【００４４】
ある実施の形態では、光学構成ＯＰＴはディテクタシステムＤＥＴに、回折次数−３、−１、＋１、＋３の複製を提供する。以下、ディテクタシステムＤＥＴに提供される複数の回折次数の複製を参照ビームと称す。複数の回折次数のこの参照ビームへの寄与を、回折次数−３、−１、＋１、＋３にそれぞれ関連づけられた−３Ｒ、−１Ｒ、＋１Ｒ、＋３Ｒで表す。以下、−３Ｒ、−１Ｒ、＋１Ｒ、＋３Ｒで表される複数の回折次数の寄与を参照回折次数と称す場合がある。参照ビームのオリエンテーションは取得された回折ビームのオリエンテーションと同じである。参照ビームのオリエンテーションは、図３ｂおよび図３ｃの両方の左側に模式的に示される。
【００４５】
光学構成ＯＰＴはさらにディテクタシステムＤＥＴに対して、回折次数−３、−１、＋１、＋３の変換バージョンを提供する。この変換バージョンはそれぞれ−３Ｔ、−１Ｔ、＋１Ｔ、＋３Ｔで表される。以下、複数の変換された回折次数を変性ビームと称す。以下、−３Ｔ、−１Ｔ、＋１Ｔ、＋３Ｔで表される複数の回折次数の寄与を変換回折次数と称す場合がある。変性ビームのオリエンテーションは参照ビームのオリエンテーションとは異なる。変性ビームは参照ビームに対して反転される（すなわち、回折パターンの線に平行な軸に対して鏡像対称となる）かまたは、参照ビームに対して１８０°以上回転する。これはそれぞれ、図３ｂおよび図３ｃの中央部に模式的に示されている。
【００４６】
本発明の実施の形態に係る自己参照干渉計では、光学構成ＯＰＴのディテクタシステムＤＥＴへの出力は参照ビームおよび変性ビームの両方を含む。参照回折次数は対応する逆符号の変換回折次数と干渉する。すなわち、−３の回折次数については、−３Ｒの参照回折次数は＋３Ｔの変換回折次数と干渉し、＋１の回折次数については、＋１Ｒの参照回折次数は−１Ｔの変換回折次数と干渉する、などである。これは図３ａの光学構成ＯＰＴとディテクタシステムＤＥＴとの間および図３ｂ、図３ｃ両方の右側に模式的に示されている。
【００４７】
代替的な実施の形態では、光学構成ＯＰＴは、一方の符号の参照回折次数すなわち＋１Ｒ、＋３Ｒのみを使用して参照ビームを形成し、対応する逆符号の変換回折次数すなわち−１Ｔ、−３Ｔのみを使用して変性ビームを形成する。
【００４８】
アライメントビームＡＢは偏光の無いビームであってもよいし、偏光ビームであってもよい。光学構成ＯＰＴは、ディテクタによって読まれる回折パターンのコントラストを改善するために、偏光ビームスプリッタやひとつ以上の位相板などの偏光コンポーネントを備えてもよい。また、ディテクタ構成ＤＥＴは、参照ビームおよび変性ビームの異なる偏光状態を分離するために、偏光ビームスプリッタやひとつ以上の位相板および／またはアナライザとして機能するひとつ以上のポラライザなどの偏光コンポーネントを備えてもよい。
【００４９】
ディテクタシステムＤＥＴは、例えば図４ａに示されるように、像面において参照ビームおよび変性ビームを検出するよう構成されてもよい。図４ａは像面における検出の例示的な実施の形態を示す。この検出は、参照ビーム（ここでは参照回折次数−１Ｒおよび＋１Ｒを含む）および変性ビーム（ここでは変換回折次数＋１Ｔおよび−１Ｔを含む）を出口レンズ８１によってディテクタ８２の検出スポット８５上に集束し、参照ビームと変性ビームとをディテクタ８２において干渉させ、その結果ディテクタ８２が検出スポット８５の強度を検出することによって実現される。複数の参照および変換回折次数は、ディテクタ８２の実質的に単一の検出スポット８５に集束されてもよい。アライメントビームＡＢが基板上のアライメントマークＷＭに沿って動かされるにつれて、検出スポット８５の強度は変化するであろう。ディテクタ８２は、強度の変化から位置信号を決定してもよい。例えば位置信号は強度がどこで最適を示すかを表す。図４ａに示されるように、出口レンズ８１はポラライザ８０を備えてもよい。ポラライザ８０は、ディテクタ８２において参照ビームおよび変性ビームが例えば同等な偏光状態を有することにより干渉可能となるよう、参照ビームおよび変性ビームの偏光を操作するためのものである。
【００５０】
あるいはまた、ディテクタシステムＤＥＴは、例えば図４ｂに示されるように、瞳面において参照ビームおよび変性ビームを検出するよう構成されてもよい。図４ｂは瞳面における検出の例示的な実施の形態を示す。そこでは、ディテクタアレイ９２が配置される。ディテクタアレイ９２は複数のディテクタ要素９３を含む。図４ｂにおいて、それらのディテクタ要素９３はそれぞれ９３−１、９３−２、９３−３などと表される。参照ビーム（ここでは参照回折次数−１Ｒおよび＋１Ｒを含む）および変性ビーム（ここでは変換回折次数＋１Ｔおよび−１Ｔを含む）はディテクタアレイ９２に入射する。参照回折次数および対応する逆符号の変換回折次数は干渉する。例えば、参照回折次数−１Ｒおよび変換回折次数＋１Ｔはディテクタアレイ９２の第１位置９５に入射しそこで干渉する。一方で、参照回折次数＋１Ｒおよび変換回折次数−１Ｔはディテクタアレイ９２の第２位置９６に入射しそこで干渉する。光学構成ＯＰＴによって３次の回折次数などの追加的な回折次数が提供される場合、これらの追加的な回折次数はディテクタアレイ９２上の他の特定の位置に入射することは理解されるであろう。したがって、ディテクタアレイ９２は、干渉する参照および変換回折次数の強度を個々に空間的に分離して検出できる。アライメントビームＡＢが基板上のアライメントマークＷＭに沿って動かされるにつれて、個々の強度は変化するであろう。ディテクタアレイ９２は、その強度の変化から位置信号を決定してもよい。ここでは、相対強度および／または絶対強度の解析を使用して、例えばマークの非対称性および／またはマーク深度について補正された高精度位置信号を提供してもよい。
【００５１】
図４ｃは像面における検出の代替的な実施の形態を示す。この実施の形態は、干渉する参照ビームおよび変性ビームが２つの部分に分割され、第１部分が図の面内の偏光状態に対応し、第２部分が図の面に直交する偏光状態に対応する点で、図４ａの実施の形態とは異なる。この分割は、図４ａのポラライザ８０の代わりに位相板８６を使用し、さらに偏光ビームスプリッタ面８３を伴う偏光ビームスプリッタを使用することによって実現される。第１部分は第１ディテクタレンズ８１ａを使用して第１ディテクタ８２ａに集束される。ここでは、図の面内で偏光する参照ビームおよび変性ビームがスポットに集束され、干渉する。第２部分は第２ディテクタレンズ８１ｂを使用して第２ディテクタ８２ｂに集束される。ここでは、図の面に直交するよう偏光する参照ビームおよび変性ビームがスポットに集束され、干渉する。ポラライザ８０を備える図４ａのディテクタ構成と比較して、この代替的な実施の形態は、全ての光が使用されるという利点を有する。一方、図４ａの実施の形態は、ポラライザ８０の影響のため、光の半分しか使用できない。
【００５２】
図４ｄは瞳面における検出の代替的な実施の形態を示す。この実施の形態は、干渉する参照ビームおよび変性ビームが２つの部分に分割され、第１部分が図の面内の偏光状態に対応し、第２部分が図の面に直交する偏光状態に対応し、図４ｃに示されるのと同様に位相板８６および偏光ビームスプリッタ面８３を伴う偏光ビームスプリッタを使用する点で、図４ｂの実施の形態とは異なる。第１部分は第１ディテクタアレイ９２ａに入射する。そこでは、異なる回折次数が第１ディテクタアレイ９２ａ上で空間的に分離された状態で、図の面内に偏光する参照ビームおよび変性ビームが干渉する。第２部分は第２ディテクタアレイ９２ｂに入射する。そこでは、異なる回折次数が第２ディテクタアレイ９２ｂ上で空間的に分離された状態で、図の面に直交するよう偏光する参照ビームおよび変性ビームが干渉する。
【００５３】
図５は、光学構成ＯＰＴとディテクタシステムＤＥＴとを備える第１タイプの自己参照干渉計の第１の例示的な実施の形態を示す。
【００５４】
光学構成ＯＰＴはアライメントビームＡＢを受けるよう構成される。アライメントビームＡＢの光は図の面に平行に偏光している。アライメントビームＡＢは次に偏光ビームスプリッタ４０のビームスプリッタ面４０および位相板２１を実質的に完全に通過する。位相板２１は光を楕円偏光の状態にする。次に、対物レンズ２０はアライメントビームＡＢをアライメントマークＷＭに導き、アライメントマークＷＭでアライメントビームＡＢが回折されて回折ビームＤＢが得られる。この回折ビームＤＢは１次の正の回折次数（＋１と表記する）および対応する１次の負の回折次数（−１と表記する）を有する。１次の正の回折次数＋１および１次の負の回折次数−１は対物レンズ２０によって取得され、位相板２１を通過する。通過後、光は４５°の偏光状態となる。ビームスプリッタ面４０は光を通過光線と反射光線とに分割する。
【００５５】
図５は１次の正の回折次数＋１の光路を示す。通過光線は面内偏光の状態にあり、別の位相板１０へと進む。そこでは光が通過するごとに偏光回転の変換が生じる。通過光線は第１ミラー１１へ進む。そして、第１ミラー１１によって通過光線が反射され、偏光が９０°回転した状態ですなわち図の面に直交するような偏光状態でビームスプリッタ面４０に戻る。ビームスプリッタ４０はそれを検出システムＤＥＴに向けて反射し、出口レンズ８１はそれをディテクタ８２上に集束させ、そのような集束は図４ａを参照して説明された通りに参照波面の形成に寄与する。反射光線は変換レンズ３０を使用して第２ミラー３１上に集束される。第２ミラー３１と変換レンズ３０とは協働して正負の回折次数の位置を入れ替える。加えて、偏光は９０°回転され、光はディテクタシステムＤＥＴへの経路上でビームスプリッタ面４０を完全に通過する。その光は次に出口レンズ８１によってディテクタ８２上に集束され、変換波面の形成に寄与する。
【００５６】
回折次数−１などの対物レンズ２０によって取得された他の回折次数は、＋１次について説明されたのと同様な振る舞いを示す。したがって、そのような回折次数は２種類の光線に分割され、一方は参照波面に寄与し他方は変換波面に寄与する。
【００５７】
自己参照干渉計を有するために、ディテクタシステムＤＥＴにおいてポラライザ８０が使用される。その結果、同じ位置で光学構成ＯＰＴから放たれる正および対応する負の次数（すなわち、正の参照次数および対応する負の変換次数）は干渉し、ディテクタシステムのディテクタにおいて強度が変調される。
【００５８】
一般に、参照ビームおよび変換ビームが同じ強度を有し、かつ、その強度ができる限り高い場合に最高の結果が得られる。したがって、自己参照干渉計における光の損失を避けることが好ましい。参照ビームおよび変性ビームが同じ強度を有さない場合、コントラストが失われうる。
【００５９】
位相板は単純なλ／４板であってもよい。位相板２１および位相板１０のそれぞれについて、速軸は入来光（すなわち、ビームスプリッタの内側から来る光）の偏光方向に対して４５°および２２．５°傾いていてもよい。
【００６０】
あるいはまた、位相板２１は例えば４５°傾いたλ／８板によって置き換えられてもよい。これにより、２つがその位相板２１を通過した後、そのビームは円偏光状態となるであろう。そしてそのビームは偏光ビームスプリッタによって互いに直交する２つの偏光ビームに分割される。
【００６１】
本実施の形態の変形例では、偏光ビームスプリッタは中性ビームスプリッタによって置き換えられてもよく、また位相板はなくてもよい。これにより光学構成のコストを低減できるが、ディテクタ構成においてコントラストが低減されるかもしれない。
【００６２】
ディテクタ構成ＤＥＴは代替的に例えば図４ｂに示されるように瞳面において検出するよう構成されてもよいことは理解されるであろう。ディテクタ構成ＤＥＴは代替的に例えば図４ｃ（例えば、像面における検出）や図４ｄ（例えば、瞳面における検出）に示されるように提供されてもよいことは理解されるであろう。
【００６３】
第１の例示的な実施の形態は、変換レンズ３０として球面レンズを使用してもよい。球面レンズの焦点面に配置された第２ミラー３１上に回折ビームを集束させることの影響は、その結果得られる変性ビームが参照ビームに対して１８０°だけ回転することである。
【００６４】
第１の例示的な実施の形態は代替的に変換レンズ３０として円柱レンズを使用してもよい。この円柱レンズの長軸はビームスプリッタ面４０に平行に向けられている。円柱レンズの焦点面に配置された第２ミラー３１上に回折ビームを集束させることの影響は、その結果得られる変性ビームが参照ビームに対して反転される、すなわち第２ミラー３１と直交する面に対して鏡像対称とされることである。
【００６５】
図６は、代替的な光学構成ＯＰＴおよびディテクタシステムＤＥＴを備える、第１タイプの自己参照干渉計の第２の例示的な実施の形態を示す。
【００６６】
ディテクタシステムＤＥＴは図４ｂに示される実施の形態にしたがって示されているが、これに代えて、図４ａや図４ｃや図４ｄなどに示される他の適切な実施の形態にしたがって提供されてもよい。
【００６７】
光学構成ＯＰＴはアライメントビームＡＢを受けるよう構成される。アライメントビームＡＢの光は、図の面に直交するよう偏光している。次にアライメントビームＡＢは、偏光ビームスプリッタのビームスプリッタ面４０によって実質的に完全に反射され、対物レンズ２０を介してアライメントマークＷＭへと導かれる。そこでアライメントビームＡＢは回折され、回折ビームＤＢが生じる。この回折ビームＤＢは複数の正の回折次数を有しており、そのうちの１次の正の回折次数＋１および７次の正の回折次数＋７が示されており、また回折ビームＤＢは対応する複数の負の回折次数を有しており、そのうち１次の負の回折次数−１および７次の負の回折次数−７が示されている。正の回折次数＋１、…、＋７および負の回折次数−１、…、−７は対物レンズ２０によって取得される。
【００６８】
正の回折次数＋１、…、＋７はビームスプリッタ面４０によって反射され、位相板１０に導かれる。位相板１０は光が通過するごとに偏光回転の変換を引き起こす。次に正の回折次数＋１、…、＋７は第１ミラー１１に導かれる。そして正の回折次数は第１ミラー１１によって反射され、位相板１０を再度通過し、図の面内で偏光した状態でビームスプリッタ面４０に到達する。ビームスプリッタ４０は検出システムＤＥＴに向けて正の回折次数を透過させ、正の回折次数を参照ビームとして提供する。参照ビームの１次の参照次数＋１Ｒおよび７次の参照次数＋７Ｒが示されている。
【００６９】
負の回折次数−１、…、−７は対物レンズ２０によって取得される。負の回折次数−１、…、−７は次に光路長補償器６０を通過してもよく、変換レンズ３０を使用して第２ミラー３１上に集束される。第２ミラー３１は変換レンズ３０の焦点面に配置される。第２ミラー３１と変換レンズ３０とは協働して負の回折次数−１、…、−７の向きを変える。負の回折次数−１、…、−７がミラー３１によって反射され、変換レンズ３０によって再度取得された後、その負の回折次数−１、…、−７は図の面に直交するような偏光状態のままビームスプリッタ面４０に到達する。その結果、負の回折次数−１、…、−７はビームスプリッタ面４０によって検出システムＤＥＴに向けて反射される。これにより、負の変換回折次数が変性ビームとして提供される。この負の変換回折次数は対応する逆符号の参照回折次数と干渉する。１次の変換次数−１Ｔが１次の参照次数＋１Ｒと干渉し、７次の変換次数−７Ｔが７次の参照次数＋７Ｒと干渉することが示されている。これらの干渉は上記と同様に強度として検出されうる。
【００７０】
図６に示される第２の例示的な実施の形態は、潜在的に、図５に示される第１の例示的な実施の形態よりも小さなサイズで製造されうる。第２の例示的な実施の形態は、単一の符号（ここでは正の回折次数として参照されている）の回折次数を伴う参照ビームと、逆の符号（ここでは負の回折次数として参照されている）の回折次数を伴う変性ビームと、を使用するのに対し、第１の例示的な実施の形態は、両方の符号の回折次数を伴う参照ビームと、したがって両方の符号の回折次数を伴う変性ビームと、を使用することは注意されるべきである。
【００７１】
第２の例示的な実施の形態は、変換レンズ３０として球面レンズを使用してもよい。球面レンズの焦点面に配置された第２ミラー３１上に回折ビームを集束させ、続いてビームスプリッタ面４０によって反射することの影響は、その結果得られる変性ビームが参照ビームに対して１８０°回転されることである。
【００７２】
第２の例示的な実施の形態は代替的に変換レンズ３０として円柱レンズを使用してもよい。この円柱レンズの長軸はビームスプリッタ面４０に平行に向けられている。円柱レンズの焦点面に配置された第２ミラー３１上に回折ビームを集束させ、続いてビームスプリッタ面４０によって反射することの影響は、その結果得られる変性ビームが参照ビームに対して反転される、すなわち第１ミラー１１と直交しかつ図と直交する面に対して鏡像対称とされることである。
【００７３】
図７は、代替的な光学構成ＯＰＴおよびディテクタシステムＤＥＴを備える、第２タイプの自己参照干渉計の第１の例示的な実施の形態を示す。第２タイプは、少なくとも変性ビームが変換レンズ３０を使用せずに生成される点で第１タイプとは異なる。
【００７４】
ディテクタシステムＤＥＴは図４ｂに示される実施の形態にしたがって示されているが、これに代えて、図４ａや図４ｃや図４ｄなどに示される他の適切な実施の形態にしたがって提供されてもよい。
【００７５】
光学構成ＯＰＴはアライメントビームＡＢを受けるよう構成される。アライメントビームＡＢの光は図の面内で偏光している。アライメントビームＡＢは次に対物レンズ２０によってアライメントマークＷＭに実質的に導かれる。アライメントビームＡＢはそこで回折され、回折ビームＤＢが得られる。この回折ビームＤＢは複数の正の回折次数を有しており、そのうちの１次の正の回折次数＋１および７次の正の回折次数＋７が示されており、また回折ビームＤＢは対応する複数の負の回折次数を有しており、そのうち１次の負の回折次数−１および７次の負の回折次数−７が示されている。正の回折次数＋１、…、＋７および負の回折次数−１、…、−７は対物レンズ２０によって取得される。
【００７６】
正の回折次数＋１、…、＋７はビームスプリッタ面４０を通過し、位相板１０に導かれる。位相板１０は光が通過するごとに偏光回転の変換を引き起こす。次に正の回折次数＋１、…、＋７は第１ミラー１１に導かれる。そして正の回折次数は第１ミラー１１によって反射され、位相板１０を再度通過し、図の面に直交するような偏光状態でビームスプリッタ面４０に到達する。ビームスプリッタ４０は検出システムＤＥＴに向けて正の回折次数を反射し、正の回折次数を参照ビームとして提供する。参照ビームの１次の参照次数＋１Ｒおよび７次の参照次数＋７Ｒが示されている。
【００７７】
負の回折次数−１、…、−７は対物レンズ２０によって取得される。負の回折次数−１、…、−７は次に変換ミラー３２によって反射される。変換ミラー３２は負の回折次数−１、…、−７の方向に対して４５°の角度を向いている平面ミラーである。負の回折次数−１、…、−７が変換ミラー３２によって負の変換回折次数−１Ｔ、…、−７Ｔとして反射された後、それらは図の面内で偏光した状態でビームスプリッタ面４０に到達する。そしてそれらはビームスプリッタ面４０を検出システムＤＥＴに向けて通過する。これにより、負の変換回折次数が変性ビームとして提供される。この負の変換回折次数は対応する逆符号の参照回折次数と干渉する。１次の変換次数−１Ｔが１次の参照次数＋１Ｒと干渉し、７次の変換次数−７Ｔが７次の参照次数＋７Ｒと干渉することが図７に示されている。これらの干渉は上記と同様に強度として検出されうる。
【００７８】
回折ビームに対して４５°の角度を向いている変換ミラー３２上で回折ビームを鏡面反射することの影響は、その結果得られる変性ビームが参照ビームに対して反転される、すなわち第１ミラー１１と平行でありかつ図と直交する面に対して鏡像対称とされることである。
【００７９】
図８は、第２タイプの自己参照干渉計の第２の例示的な実施の形態を示す。図８の第２の例示的な実施の形態は、光路長補償器６０が存在する点で図７の第１の例示的な実施の形態とは異なる。光路長補償器６０は変性ビームの光路上、すなわち変換ミラー３２とビームスプリッタ面４０との間に配置される。光路長補償器６０は、変性ビームの光路長（変換ミラー、光路長補償器、およびビームスプリッタを介するもの）と参照ビームの光路長（位相板１０およびビームスプリッタを介するもの）とが等しくなるような光学的厚さを有する。これにより、比較的短いコヒーレンス長を有するアライメントビームＡＢについても光学構成ＯＰＴを使用できる。
【００８０】
図９は、代替的な光学構成ＯＰＴおよびディテクタシステムＤＥＴを備える、第２タイプの自己参照干渉計の第３の例示的な実施の形態を示す。
【００８１】
図９に示される第３の例示的な実施の形態は、変換ミラー３２が第２ビームスプリッタ面４１を伴う第２ビームスプリッタによって置き換えられている点で、図７の第１の例示的な実施の形態とは異なる。この結果、やはり、この場合は（図８の変換ミラー３２に取って代わる）第２ビームスプリッタ面４１である４５°の角度の面における反射から負の変換回折次数が提供される。当業者は第１の例示的な実施の形態の説明から第３の例示的な実施の形態の詳細を理解するであろうから、ここでさらに説明することはしない。
【００８２】
図１０は、代替的な光学構成ＯＰＴおよびディテクタシステムＤＥＴを備える、第２タイプの自己参照干渉計の第４の例示的な実施の形態を示す。図１０に示される第４の例示的な実施の形態は、第２ビームスプリッタ４１が位相板１０および第１ミラー１１を備え、ディテクタ構成ＤＥＴがさらに第２ディテクタ構成ＤＥＴ２を備える点で、図９に示される第３の例示的な実施の形態とは異なる。この場合、第２ビームスプリッタ面４１は負の回折次数に対しては変換ミラーとして作用し、ビームスプリッタ面４０は、図７から図９を参照して上述された通り、負の変換回折次数が正の参照回折次数と干渉することを確かにする。したがって、例えば−１Ｔと＋１ＲとがディテクタＤＥＴのディテクタアレイ９２で干渉する。ビームスプリッタ面４０は正の回折次数に対しては変換ミラーとして作用し、第２ビームスプリッタ面４１は正の変換回折次数が負の参照回折次数と干渉することを確かにする。負の参照回折次数は、第２ビームスプリッタ４１に設けられた（すなわち図１０の左側に設けられた）第２位相板１０および第１ミラー１１を使用して生成される。したがって、例えば、＋１Ｔと−１ＲとがディテクタＤＥＴ２のディテクタアレイ９２において干渉する。このようにして、両方の符号の回折次数が参照ビームおよび変性ビームを生成するために使用される、第２タイプの自己参照干渉計が提供される。
【００８３】
さらなる改良によると、自己参照干渉計はさらに集束信号を提供するよう構成される。集束信号は、アライメントマークＷＭまたは別の部分、例えばアライメントマークＷＭが設けられる基板または基板テーブルの非構造的な、特に平坦な部分、におけるアライメントビームＡＢの集束の質を示す。これにより、自己参照干渉計はアライメントだけでなくフォーカシングのためにも使用されうる。
【００８４】
図１１は本発明の実施の形態に係るさらなる改良を示し、その改良は第１タイプの自己参照干渉計の実施の形態において使用されうる。図１１では、第２ミラー３１（変換レンズ３０と協働して変性ビームを生成するために使用される）は半透明ミラーである。半透明ミラーは高い反射性と低い透過性、例えば５％などの１０％以下の透過性を有することが好ましい。したがって、第２ミラー３１は集束された回折ビームの大部分を反射し、変性ビームを生成する。この変性ビームは図５および図６を参照して説明されたのと同様にして有効に使用されうる。しかしながら、第２ミラー３１は例えば回折ビームの光の５％などの回折ビームの小さな割合を透過させる。
【００８５】
フォーカス検出構成７０は、半透明ミラー３１の後ろ側に設けられる。フォーカス検出構成７０はいわゆるフーコーナイフエッジ技術に基づく。フォーカス検出構成７０は、半透明ミラー３１のフォーカスの中心に一端が配置されているナイフエッジ７１を有する。フォーカス検出構成７０はさらに、２セグメントディテクタ７２を有する。２セグメントディテクタ７２は、それが受ける光量に比例する第１フォーカス信号を提供するよう構成された第１ディテクタセグメント７２ａと、それが受ける光量に比例する第２フォーカス信号を提供するよう構成された第２ディテクタセグメント７２ｂと、を有する。ナイフエッジ７１および２セグメントディテクタ７２は、アライメントビームＡＢの焦点がアライメントマークＷＭ（または別の部分、例えばアライメントマークＷＭが設けられる基板の非構造的な、特に平坦な部分）上に良く合っている場合に両方のディテクタセグメント７２ａ、７２ｂが同じ光量を受けるよう構成される。これは、回折ビームの焦点が半透明ミラー３１上に良く合っていることに関連する。しかしながら、アライメントビームＡＢがアライメントマークＷＭの上または下にフォーカスされている場合、光量は異なるであろう。したがって、２セグメントディテクタ７２は、第１フォーカス信号と第２フォーカス信号との差により構成される差分信号を提供するよう構成されてもよい。この差分信号により、アライメントビームＡＢのアライメントマークＷＭ（または別の部分、例えばアライメントマークＷＭが設けられる基板の非構造的な、特に平坦な部分）に対するフォーカスを測定および／または制御することが可能となる。
【００８６】
図１２は、図１１に示されるさらなる改善に対する代替例を示す。図１２の構成は図１１の構成よりも低い（縦方向および／または横方向の）位置感度を有しうる。したがって、図１２の構成はフォーカシングシステムに対するロバスト性を改善できる。図１２では、図１１と同様に、第２ミラー３１（変換レンズ３０と協働して変性ビームを生成するために使用される）は半透明ミラーである。半透明ミラーは高い反射性と低い透過性、例えば５％などの１０％以下の透過性を有することが好ましい。したがって、第２ミラー３１は集束された回折ビームの大部分を反射し、変性ビームを生成する。この変性ビームは図５および図６を参照して説明されたのと同様にして有効に使用されうる。しかしながら、第２ミラー３１は例えば回折ビームの光の５％などの回折ビームの小さな割合を透過させる。
【００８７】
フォーカス検出構成７０は半透明ミラー３１の後ろ側に設けられる。フォーカス検出構成７０は、半透明ミラー３１上に集束された回折ビームの位置に対して中心が合わされているルーフトッププリズム７５を有する。フォーカス検出構成７０はさらに４セグメントディテクタ７６を有する。４セグメントディテクタ７６は、それが受ける光量に比例する第１フォーカス信号を提供するよう構成された第１ディテクタセグメント７６ａと、それが受ける光量に比例する第２フォーカス信号を提供するよう構成された第２ディテクタセグメント７６ｂと、それが受ける光量に比例する第３フォーカス信号を提供するよう構成された第３ディテクタセグメント７６ｃと、それが受ける光量に比例する第４フォーカス信号を提供するよう構成された第４ディテクタセグメント７６ｄと、を有する。ルーフトッププリズム７５および４セグメントディテクタ７６は、アライメントビームＡＢの焦点がアライメントマークＷＭ（または別の部分、例えばアライメントマークＷＭが設けられる基板の非構造的な、特に平坦な部分）上に良く合っている場合に、２つのディテクタセグメント７６ａ、７６ｂだけでなく他の２つのディテクタセグメント７６ｃ、７６ｄもまた同じ光量を受けるよう構成される。下側の２つのディテクタセグメント７６ｃ、７６ｄと比較して、上側の２つのディテクタセグメント７６ａ、７６ｂ間で光分布は対称的である。しかしながら、アライメントビームＡＢがアライメントマークＷＭの上または下にフォーカスされている場合、光量は異なるであろうし、光分布は非対称となるであろう。したがって、４セグメントディテクタ７６は、フォーカスの質を示す差分信号を提供するよう構成されてもよい。この差分信号により、アライメントビームＡＢのアライメントマークＷＭ（または別の部分、例えばアライメントマークＷＭが設けられる基板の非構造的な、特に平坦な部分）に対するフォーカスを測定および／または制御することが可能となる。
【００８８】
図１３ａおよび図１３ｂは、本発明の実施の形態における使用に適したアライメントスポットＡＳの２つの実施の形態を示す。図１３ａは、実質的に円形のアライメントスポットＡＳを示す。そのような実質的に円形のアライメントスポットＡＳは、例えば実質的に円形の断面を有するアライメントビームを球面対物レンズ２０を使用して集束させることにより提供されてもよい。そのような実質的に円形のアライメントスポットＡＳは、例えばバー型の構造１５を伴うアライメントマークＷＭに対する向きについて比較的大きな許容範囲を与えうるので有利でありうる。しかしながら、アライメントマークＷＭの場所を探すために、基板Ｗに亘る比較的多数のスキャン１７が必要とされうる。
【００８９】
図１３ｂは、実質的に線状などの細長いアライメントスポットＡＳを示す。そのような細長いアライメントスポットＡＳは、例えば実質的に円形の断面を有するアライメントビームを円柱対物レンズ２０を使用して集束させることにより提供されてもよい。そのような細長いアライメントスポットＡＳは、例えばそれがアライメント測定システムに大きな捕捉範囲を与えるので有利でありうる。これは、アライメントスポットＡＳが引き延ばされているので、アライメントマークＷＭが設けられた基板の表面に亘る比較的低密度のスキャン１７によって、アライメントマークＷＭの存在および位置が容易に検出されうることを意味する。一方で、小さな円形のアライメントスポットによると、基板の表面に亘る比較的高密度のスキャンが要求されうる。しかしながら、細長いスポットＡＳを使用する場合、アライメントマークＷＭに対する向きについて、比較的小さな許容範囲しか許されない可能性がある。
【００９０】
上記の通り、放射ビームＢはマスクＭＡを通過した後、投影システムＰＳを通過する。投影システムＰＳはそのビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束させる。投影システムが基板のターゲット部分にパターン付与されたビームを投影している間すなわちパターニングデバイスからターゲット部分へパターンが転写されている間、基板Ｗは良く揃えられている必要があるし、放射ビームＢは良くフォーカスされている必要がある。既知のシステムは典型的には２ステージ過程を使用する。第１ステージの間、ひとつの自己参照干渉計を使用して基板Ｗ上の複数箇所の相対位置を決定するために、基板ＷはアライメントビームＡＢによって走査される。この自己参照干渉計は典型的には比較的大きく高価な干渉計である。そして、次の第２ステージの間、正確な位置決めが可能となる。そこでは第１ステージにおいて決定された相対位置を使用して、実際にパターンがターゲット部分Ｃに転写される。本発明の実施の形態のある態様は、本発明の実施の形態に係る複数の自己参照干渉計を備えるアライメントシステムを伴うリソグラフィ装置を提供する。アライメントシステムは、投影システムＰＳがパターン付与されたビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに投影している間に、アライニングを行うよう構成される。
【００９１】
図１４ａおよび図１４ｂはこの態様の実施の形態を説明する。図１４ａは、パターン付与されたビームＢが基板に亘って走査される間の、基板Ｗの平面図である。パターン付与されたビームは８つの実質的に円形のアライメントスポットＡＳによって囲まれている。８つのアライメントスポットＡＳはＡＳ１、…、ＡＳ８と表されている。８つのアライメントスポットＡＳはそれぞれ、対応する８つの自己参照干渉計からの８つのアライメントビームＡＢによって提供される。パターン付与されたビームを正確に８つのアライメントスポットＡＳによって囲む必要はなく、他の数のアライメントスポットＡＳもまた適用可能であることは理解されるであろう。自己参照干渉計は投影システムＰＳが基板Ｗと対向する位置に近いところに設けられる。自己参照干渉計は比較的コンパクトなので、自己参照干渉計をそのような位置に設けることが可能となる。自己参照干渉計は比較的低コストなので、複数の自己参照干渉計を使用することが可能となる。アライメントシステムは、投影システムの動作中に８つの自己参照干渉計を使用してアライメント信号を決定してもよいし、オプションで８つの自己参照干渉計が上記のフォーカス検出構成７０を備える場合はフォーカシング信号を決定してもよい。これによりリアルタイムのアライメントおよびオプションでフォーカシングが可能となり、基板を処理するためのトータルのスループット時間を低減できるので好適である。さらに、これにより、リソグラフィ装置に複数の基板ステージを設ける必要が無くなる。他の有利な点は、改善されたオーバーレイ結果やよりコンパクトであまり複雑でないアライメントセンサの使用でありうる。本発明によると、特別に製造されカスタマイズされる必要がある（例えば、形状および純度に関する特に厳しい要求）、比較的高価な光学コンポーネントを備えるアライメントセンサを使用する必要はない。代わりに、比較的廉価で良く知られた標準的な光学コンポーネントを備えるアライメントセンサを使用できる。
【００９２】
さらに、スクライブラインなどの基板Ｗ上のライン１８に沿って複数のアライメントマークが設けられる場合、そのアライメントマークを使用して、アライメントスポットＡＳ１、…、ＡＳ８をしたがって投影ビームを基板Ｗに沿ってガイドできる。
【００９３】
図１４ｂは代替的な実施の形態を示す。この実施の形態では、パターン付与されたビームＢは４つの線状のアライメントスポットＡＳによって囲まれている。４つのアライメントスポットＡＳはＡＳ１、…、ＡＳ４と表されている。４つのアライメントスポットＡＳはそれぞれ、対応する４つの自己参照干渉計からの４つのアライメントビームＡＢによって提供される。２つの線状のアライメントスポットＡＳ１、ＡＳ３は他の２つの線状のアライメントスポットＡＳ２、ＡＳ４と直交するよう配置されている。これにより、基板を任意の方向に走査でき、特に基板をジグザグ方向に走査できる。このジグザグ方向の走査では、連続する走査ストローク間で走査ストロークが互いに直交する。
【００９４】
本明細書ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、リソグラフィ装置は他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。他の用途としては、集積光学システム、磁区メモリ用案内パターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどがある。当業者であればこれらの他の適用に際して、本明細書における「ウエハ」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。本明細書で言及される基板は露光前または露光後において例えばトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、及び／またはインスペクションツールにおいて処理されてもよい。適用可能であれば、本明細書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本明細書における基板という用語は処理されている多数の層を既に含む基板をも意味してもよい。
【００９５】
上では特に光リソグラフィにおける本発明の実施の形態の使用に言及したが、本発明は例えばインプリントリソグラフィなどの他のアプリケーションにおいても使用されうるものであり、文脈が許す場面において光リソグラフィに限られるものではないことは理解される。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィが基板に生成されるパターンを決める。パターニングデバイスのトポグラフィが基板に塗布されているレジスト層に押し付けられ、電磁放射や熱、圧力、あるいはこれらの組み合わせによってレジストが硬化される。レジストが硬化された後パターニングデバイスはレジストから外され、レジスト上にはパターンが残される。
【００９６】
本明細書において「放射」および「ビーム」という用語は、紫外（ＵＶ）放射（例えば約３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長を有する）および極端紫外（ＥＵＶ）放射（例えば５ｎｍ−２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆる種類の電磁放射、およびイオンビームや電子ビームなどの粒子線を含む。
【００９７】
「レンズ」という用語は、文脈が許す限り、屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子を含む各種の光学素子の任意のひとつまたは組み合わせを指し示すものであってもよい。
【００９８】
本明細書で使用される「広帯域光」および「広帯域照射」という用語は、可視スペクトル内や赤外領域の波長を含む、複数の波長領域を伴う光を含む。さらに、複数の波長領域は結合されている必要はないことは理解されるべきである。
【００９９】
本発明の具体的な実施の形態が上述のように説明されたが、本発明は上述の形式以外の形式でも実施可能であると理解されたい。例えば、本発明はコンピュータプログラムの形式を取ってもよい。このコンピュータプログラムは機械に読み取り可能な命令の１つもしくは複数のシーケンスを含む。命令は、上述の方法を記述する。あるいはまた、本発明は、そのようなコンピュータプログラムを記憶保持するデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気もしくは光学ディスク）の形式を取ってもよい。
【０１００】
上述の記載は例示を目的としており、それに限定されるものではない。したがって下記の請求項の範囲から逸脱することなく記載された発明に変更を加えることができるということは、関連技術の当業者には明らかなことであろう。加えて、任意の実施の形態において示されまたは説明された構造的特徴または方法のステップを他の実施の形態でも同様に使用できることは理解されるべきである。請求の範囲において、括弧の中の参照符号は請求の範囲を限定するものと見なされるべきではない。本明細書を通して、「および／または（and/or）」という用語は、関連してリストされている項目のひとつ以上の任意のおよび全ての組み合わせを含む。
【０１０１】
本発明はさらに以下の節によって記述されてもよい。
１．アライメントマークなどのマークおよびリソグラフィ装置と共に使用されるよう構成された自己参照干渉計であって、
アライメントビーム（ＡＢ）から参照ビームおよび変性ビームを生成し、前記参照ビームおよび前記変性ビームをディテクタ（ＤＥＴ）に出力し、アライメントビーム（ＡＢ）をマーク（ＷＭ）上に導き、マークによるアライメントビームの回折の結果得られる回折ビームを取得する光学構成（ＯＰＴ）を備え、
回折ビームは少なくともひとつの正の回折次数およびひとつの対応する負の回折次数を有し、
前記光学構成は、
回折ビームを第１ビームと第２ビームとに分割し、前記参照ビームにおける回折次数が前記変性ビームにおける対応する反対の回折次数と空間的に重なり合うよう、前記参照ビームおよび前記変性ビームを合成し前記ディテクタ（ＤＥＴ）に出力するビームスプリッタ（４０）と、
第１ビームから前記参照ビームを生成し、前記参照ビームをビームスプリッタ（４０）に導く参照システム（１０、１１）と、
第２ビームを前記変性ビームに変換し、前記変性ビームをビームスプリッタ（４０）に導く変換システム（３０、３１、３２、６０、４１、１０、１１）と、を含み、
本自己参照干渉計はさらに、光学構成（ＯＰＴ）から空間的に重なり合っている参照ビームおよび変性ビームを受け、位置信号を決定するディテクタシステム（ＤＥＴ）を備え、
前記ディテクタシステムは、
参照ビームと変性ビームとが干渉するようそれらのビームの偏光を操作し、干渉する参照ビームおよび変性ビームをディテクタに導くことで干渉パターンを形成する偏光システム（８０、８１、８３、８６）と、
干渉パターンから位置信号を決定するディテクタ（８２、９２）と、を含む、自己参照干渉計。
２．ビームスプリッタ（４０）は偏光ビームスプリッタであり、参照システムは位相板（１０）および第１ミラー（１１）を含む、第１節に記載の自己参照干渉計。
３．変換システムはレンズ（３０）および第２平面ミラー（３１）を含む、第１節または第２節に記載の自己参照干渉計。
４．変換レンズは球面レンズである、第３節に記載の自己参照干渉計。
５．変換レンズは円柱レンズである、第３節に記載の自己参照干渉計。
６．変換システムは変換ミラー（３２）を含む、第１節または第２節に記載の自己参照干渉計。
７．変換システムは第２ビームスプリッタ（４１）を含む、第１節または第２節に記載の自己参照干渉計。
８．ディテクタは、像面における干渉する参照ビームおよび変性ビームの強度の変化から位置信号を決定するよう構成される、第１節から第７節のいずれかに記載の自己参照干渉計。
９．ディテクタは、瞳面における干渉する参照ビームおよび変性ビームの強度の変化から位置信号を決定するよう構成される、第１節から第７節のいずれかに記載の自己参照干渉計。
１０．第２平面ミラー（３１）は少なくとも部分的に透明であり、その少なくとも部分的に透明な第２平面ミラーを通過する変性ビームの部分と共に使用するためのフォーカス検出構成（７０）が設けられている、第３節に記載の自己参照干渉計。
１１．フォーカス検出構成（７０）は、少なくとも部分的に透明な第２平面ミラー（３１）のフォーカスの中心に一端が配置されたナイフエッジ（７１）と、２セグメントディテクタ（７２）と、を含み、ナイフエッジおよび２セグメントディテクタは、使用中アライメントビーム（ＡＢ）の焦点がマーク（ＷＭ）上に良く合っている場合に両方のディテクタセグメントが同じ光量を受けるよう構成されている、第１０節に記載の自己参照干渉計。
１２．フォーカス検出構成（７０）は、少なくとも部分的に透明な第２平面ミラー（３１）の焦点に中心が合わされているルーフトッププリズム（７５）と、４セグメントディテクタ（７６）と、を含み、ルーフトッププリズムおよび４セグメントディテクタは、使用中アライメントビーム（ＡＢ）の焦点がマーク（ＷＭ）上に良く合っている場合に４つ全てのディテクタセグメントが同じ光量を受けるよう構成されている、第１０節に記載の自己参照干渉計。
１３．光学構成は、アライメントビーム（ＡＢ）をマーク（ＷＭ）上に導き、マークによるアライメントビームの回折の結果得られる回折ビームを取得する対物レンズ（２０）を含む、第１節から第１１節のいずれかに記載の自己参照干渉計。
１４．アライメントビーム（ＡＢ）をマーク（ＷＭ）上に導き、マークによるアライメントビームの回折の結果得られる回折ビームを取得する４５度放物面ミラーなどのミラーをさらに備える、第１節から第１２節のいずれかに記載の自己参照干渉計。
１５．第１ビームの方向は第２ビームの方向と直交し、参照システムは第１ビームの方向と直交するよう構成される、第１節から第１４節のいずれかに記載の自己参照干渉計。
１６．ディテクタは、干渉する参照ビームおよび変性ビームの強度の変化から位置信号を決定するよう構成される、第１節から第１５節のいずれかに記載の自己参照干渉計。
１７．ディテクタシステム（ＤＥＴ）は光学構成（ＯＰＴ）に取り付けられる、第１節から第１６節のいずれかに記載の自己参照干渉計。
１８．第１節から第１７節のいずれかに記載の自己参照干渉計を少なくともひとつ含むアライメントシステム。
１９．第１８節に記載のアライメントシステムを備えるリソグラフィ装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アライメントマークなどのマークおよびリソグラフィ装置と共に使用されるよう構成された自己参照干渉計であって、
アライメントビーム（ＡＢ）から参照ビームおよび変性ビームを生成し、前記参照ビームおよび前記変性ビームをディテクタ（ＤＥＴ）に出力し、アライメントビーム（ＡＢ）をマーク（ＷＭ）上に導き、マークによるアライメントビームの回折の結果得られる回折ビームを取得する光学構成（ＯＰＴ）を備え、
回折ビームは少なくともひとつの正の回折次数および少なくともひとつの対応する負の回折次数を有し、
前記光学構成は、
回折ビームを第１ビームと第２ビームとに分割し、前記参照ビームにおける回折次数が前記変性ビームにおける対応する反対の回折次数と空間的に重なり合うよう、前記参照ビームおよび前記変性ビームを合成し前記ディテクタ（ＤＥＴ）に出力するビームスプリッタ（４０）と、
第１ビームから前記参照ビームを生成し、前記参照ビームをビームスプリッタ（４０）に導く参照システム（１０、１１）と、
第２ビームを前記変性ビームに変換し、前記変性ビームをビームスプリッタ（４０）に導く変換システム（３０、３１、３２、６０、４１、１０、１１）と、を含み、
本自己参照干渉計はさらに、光学構成（ＯＰＴ）から空間的に重なり合っている参照ビームおよび変性ビームを受け、位置信号を決定するディテクタシステム（ＤＥＴ）を備え、
前記ディテクタシステムは、
参照ビームと変性ビームとが干渉するようそれらのビームの偏光を操作し、干渉する参照ビームおよび変性ビームをディテクタに導くことで干渉パターンを形成する偏光システム（８０、８１、８３、８６）と、
干渉パターンから位置信号を決定するディテクタ（８２、９２）と、を含む、自己参照干渉計。
【請求項２】
ビームスプリッタ（４０）は偏光ビームスプリッタであり、参照システムは位相板（１０）および第１ミラー（１１）を含む、請求項１に記載の自己参照干渉計。
【請求項３】
変換システムはレンズ（３０）および第２平面ミラー（３１）を含む、請求項１または２に記載の自己参照干渉計。
【請求項４】
変換レンズは球面レンズまたは円柱レンズである、請求項３に記載の自己参照干渉計。
【請求項５】
変換システムは変換ミラー（３２）または第２ビームスプリッタを含む、請求項１または２に記載の自己参照干渉計。
【請求項６】
ディテクタは、像面または瞳面における干渉する参照ビームおよび変性ビームの強度の変化から位置信号を決定するよう構成される、請求項１から５のいずれかに記載の自己参照干渉計。
【請求項７】
第２平面ミラー（３１）は少なくとも部分的に透明であり、その少なくとも部分的に透明な第２平面ミラーを通過する変性ビームの部分と共に使用するためのフォーカス検出構成（７０）が設けられている、請求項３に記載の自己参照干渉計。
【請求項８】
フォーカス検出構成（７０）は、
少なくとも部分的に透明な第２平面ミラー（３１）のフォーカスの中心に一端が配置されたナイフエッジ（７１）と、
２セグメントディテクタ（７２）と、を含み、
ナイフエッジおよび２セグメントディテクタは、使用中アライメントビーム（ＡＢ）の焦点がマーク（ＷＭ）上に良く合っている場合に両方のディテクタセグメントが同じ光量を受けるよう構成されている、請求項７に記載の自己参照干渉計。
【請求項９】
フォーカス検出構成（７０）は、
少なくとも部分的に透明な第２平面ミラー（３１）の焦点に中心が合わされているルーフトッププリズム（７５）と、
４セグメントディテクタ（７６）と、を含み、
ルーフトッププリズムおよび４セグメントディテクタは、使用中アライメントビーム（ＡＢ）の焦点がマーク（ＷＭ）上に良く合っている場合に４つ全てのディテクタセグメントが同じ光量を受けるよう構成されている、請求項７に記載の自己参照干渉計。
【請求項１０】
光学構成は、アライメントビーム（ＡＢ）をマーク（ＷＭ）上に導き、マークによるアライメントビームの回折の結果得られる回折ビームを取得する対物レンズ（２０）を含む、請求項１から９のいずれかに記載の自己参照干渉計。
【請求項１１】
第１ビームの方向は第２ビームの方向と直交し、参照システムは第１ビームの方向と直交するよう構成される、請求項１から１０のいずれかに記載の自己参照干渉計。
【請求項１２】
ディテクタは、干渉する参照ビームおよび変性ビームの強度の変化から位置信号を決定するよう構成される、請求項１から１１のいずれかに記載の自己参照干渉計。
【請求項１３】
ディテクタシステム（ＤＥＴ）は光学構成（ＯＰＴ）に取り付けられる、請求項１から１２のいずれかに記載の自己参照干渉計。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の自己参照干渉計を少なくともひとつ含むアライメントシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のアライメントシステムを備えるリソグラフィ装置。
【請求項１】
アライメントマークなどのマークおよびリソグラフィ装置と共に使用されるよう構成された自己参照干渉計であって、
アライメントビーム（ＡＢ）から参照ビームおよび変性ビームを生成し、前記参照ビームおよび前記変性ビームをディテクタ（ＤＥＴ）に出力し、アライメントビーム（ＡＢ）をマーク（ＷＭ）上に導き、マークによるアライメントビームの回折の結果得られる回折ビームを取得する光学構成（ＯＰＴ）を備え、
回折ビームは少なくともひとつの正の回折次数および少なくともひとつの対応する負の回折次数を有し、
前記光学構成は、
回折ビームを第１ビームと第２ビームとに分割し、前記参照ビームにおける回折次数が前記変性ビームにおける対応する反対の回折次数と空間的に重なり合うよう、前記参照ビームおよび前記変性ビームを合成し前記ディテクタ（ＤＥＴ）に出力するビームスプリッタ（４０）と、
第１ビームから前記参照ビームを生成し、前記参照ビームをビームスプリッタ（４０）に導く参照システム（１０、１１）と、
第２ビームを前記変性ビームに変換し、前記変性ビームをビームスプリッタ（４０）に導く変換システム（３０、３１、３２、６０、４１、１０、１１）と、を含み、
本自己参照干渉計はさらに、光学構成（ＯＰＴ）から空間的に重なり合っている参照ビームおよび変性ビームを受け、位置信号を決定するディテクタシステム（ＤＥＴ）を備え、
前記ディテクタシステムは、
参照ビームと変性ビームとが干渉するようそれらのビームの偏光を操作し、干渉する参照ビームおよび変性ビームをディテクタに導くことで干渉パターンを形成する偏光システム（８０、８１、８３、８６）と、
干渉パターンから位置信号を決定するディテクタ（８２、９２）と、を含む、自己参照干渉計。
【請求項２】
ビームスプリッタ（４０）は偏光ビームスプリッタであり、参照システムは位相板（１０）および第１ミラー（１１）を含む、請求項１に記載の自己参照干渉計。
【請求項３】
変換システムはレンズ（３０）および第２平面ミラー（３１）を含む、請求項１または２に記載の自己参照干渉計。
【請求項４】
変換レンズは球面レンズまたは円柱レンズである、請求項３に記載の自己参照干渉計。
【請求項５】
変換システムは変換ミラー（３２）または第２ビームスプリッタを含む、請求項１または２に記載の自己参照干渉計。
【請求項６】
ディテクタは、像面または瞳面における干渉する参照ビームおよび変性ビームの強度の変化から位置信号を決定するよう構成される、請求項１から５のいずれかに記載の自己参照干渉計。
【請求項７】
第２平面ミラー（３１）は少なくとも部分的に透明であり、その少なくとも部分的に透明な第２平面ミラーを通過する変性ビームの部分と共に使用するためのフォーカス検出構成（７０）が設けられている、請求項３に記載の自己参照干渉計。
【請求項８】
フォーカス検出構成（７０）は、
少なくとも部分的に透明な第２平面ミラー（３１）のフォーカスの中心に一端が配置されたナイフエッジ（７１）と、
２セグメントディテクタ（７２）と、を含み、
ナイフエッジおよび２セグメントディテクタは、使用中アライメントビーム（ＡＢ）の焦点がマーク（ＷＭ）上に良く合っている場合に両方のディテクタセグメントが同じ光量を受けるよう構成されている、請求項７に記載の自己参照干渉計。
【請求項９】
フォーカス検出構成（７０）は、
少なくとも部分的に透明な第２平面ミラー（３１）の焦点に中心が合わされているルーフトッププリズム（７５）と、
４セグメントディテクタ（７６）と、を含み、
ルーフトッププリズムおよび４セグメントディテクタは、使用中アライメントビーム（ＡＢ）の焦点がマーク（ＷＭ）上に良く合っている場合に４つ全てのディテクタセグメントが同じ光量を受けるよう構成されている、請求項７に記載の自己参照干渉計。
【請求項１０】
光学構成は、アライメントビーム（ＡＢ）をマーク（ＷＭ）上に導き、マークによるアライメントビームの回折の結果得られる回折ビームを取得する対物レンズ（２０）を含む、請求項１から９のいずれかに記載の自己参照干渉計。
【請求項１１】
第１ビームの方向は第２ビームの方向と直交し、参照システムは第１ビームの方向と直交するよう構成される、請求項１から１０のいずれかに記載の自己参照干渉計。
【請求項１２】
ディテクタは、干渉する参照ビームおよび変性ビームの強度の変化から位置信号を決定するよう構成される、請求項１から１１のいずれかに記載の自己参照干渉計。
【請求項１３】
ディテクタシステム（ＤＥＴ）は光学構成（ＯＰＴ）に取り付けられる、請求項１から１２のいずれかに記載の自己参照干渉計。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の自己参照干渉計を少なくともひとつ含むアライメントシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のアライメントシステムを備えるリソグラフィ装置。
【図１】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図４ｄ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３ａ】
【図１３ｂ】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図４ｄ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３ａ】
【図１３ｂ】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【公開番号】特開２０１２−６０１２０（Ｐ２０１２−６０１２０Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１９２３６９（Ｐ２０１１−１９２３６９）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（５０４１５１８０４）エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． (1,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９２３６９（Ｐ２０１１−１９２３６９）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（５０４１５１８０４）エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． (1,856)
【Ｆターム（参考）】
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