(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のマークの位置を測定する方法であって、前記マークが少なくとも第１の方向に周期的なフィーチャを含み、前記方法が、
対物レンズを介して放射線スポットでマークを照明し、前記同じ対物レンズを介してマークによって回折した放射線を受光するステップと、
自己参照干渉計内で前記回折放射線を処理するステップと、
前記放射線スポットで前記マークをスキャンしながら前記干渉計によって出力される放射線の輝度の変動を検出するステップと、
前記検出された変動から少なくとも第１の測定方向のマークの位置を計算するステップと、を含み、
前記放射線スポットが、前記対物レンズの瞳内の周辺部分に閉じ込められた光源領域からの放射線を用いて形成され、前記光源領域が、前記対物レンズの光軸に対して互いに正反対の位置にある少なくとも第１及び第２の領域を含むとともに、前記光軸に関して角度範囲が制限されており、前記第１及び第２の光源領域が、前記マークの周期性の前記第１の方向を横切る方向に互いにオフセットされている、方法。
【請求項２】
前記瞳面の少なくとも第３及び第４の光源領域からの放射線を用いてさらに照明及び処理ステップを実行するステップであって、前記第３及び第４の光源領域が、前記光軸に対して互いに正反対の位置にあるとともに、前記第１及び第２の光源領域と角度範囲及び径方向距離が同様であるが前記光軸に対して９０°回転している、ステップと、
前記第１の方向に直交する第２の方向に周期的なフィーチャを有するマークをスキャンしながら輝度の変動を検出するステップと、
前記検出された変動から少なくとも第２の測定方向のマークの位置を計算するステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１、第２、第３及び第４の光源領域からの放射線が同時に使用されて前記放射線スポットが形成され、現在スキャンされているマーク又はマークの一部が前記第１の方向又は前記第２の方向に周期的なフィーチャを有するか否かに応じて、前記回折放射線の一部が選択的にマスキングされる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
放射線が、現在スキャンされているマーク又はマークの一部が前記第１の方向又は前記第２の方向に周期的なフィーチャを有するか否かに応じて、前記第１及び第２の光源領域又は前記第３及び第４の光源領域に選択的に供給される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１、第２、第３及び第４の光源領域からの放射線が同時に使用されて前記放射線スポットが形成されるが輝度の高周波変調が実行され、
前記検出ステップで、前記変調の情報を用いて、前記第１及び第２の光源領域から発する放射線が前記第３及び第４の光源領域から発する放射線から区別される、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記第１及び第２の光源領域のコヒーレント放射線が単一の光源供給位置の放射線を第２の自己参照干渉計内に供給することで生成され、前記第１及び第２の光源領域が前記光源供給位置によって決定される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記マーク又は同様の処理を受けたマークの非対称性を測定するステップと、
前記計算ステップでの前記測定された非対称性を用いて前記測定位置に補正を加えるステップと、をさらに含み、
前記非対称性が、前記マークを照明しながら前記干渉計によって出力された放射線の輝度を前記第１及び第２の光源領域の各々からの放射線を用いて１回に１つずつ放射線スポットと比較することで測定される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
基板上のマークの位置を測定する装置であって、前記装置が、
前記装置の瞳全体にわたって放射線に所定の照明プロファイルを与える照明構成と、
マーク全体にわたって前記放射線スポットをスキャン方向にスキャンしながら前記照明構成によって供給される放射線を用いて前記マーク上に放射線スポットを形成する対物レンズと、
前記マークによって回折し前記対物レンズに再進入する放射線を処理する自己参照干渉計と、
前記スキャン中に前記干渉計によって出力される放射の輝度の変動を検出し、前記検出された変動から少なくとも第１の測定方向の前記マークの位置を計算する検出構成と、を備え、
少なくとも第１の方向に周期的なフィーチャを含むマークの位置の測定のために、前記照明プロファイルが前記対物レンズの瞳内の周辺部分に閉じ込められた光源領域からの放射線を含み、前記光源領域が、前記対物レンズの光軸に対して互いに正反対の位置の少なくとも第１及び第２の領域を含むとともに、前記光軸に関して角度範囲が制限され、前記第１及び第２の光源領域が、前記マークの周期性の前記第１の方向を横切る方向に互いにオフセットされる、装置。
【請求項９】
前記第１の方向に直交する第２の方向に周期的なフィーチャを含むマークの位置の測定のために、前記照明構成が前記瞳面の少なくとも第３及び第４の光源領域からの放射線を供給するようにさらに動作可能であり、
前記第３及び第４の光源領域が、前記光軸に対して互いに正反対の位置にあるとともに、前記第１及び第２の光源領域と角度範囲及び径方向距離が同様であるが前記光軸に対して９０°回転している、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記照明構成が、現在スキャンされているマーク又はマークの一部が前記第１の方向又は前記第２の方向に周期的なフィーチャを有するか否かに応じて、前記第１及び第２の光源領域又は前記第３及び第４の光源領域のいずれかに選択的に供給されるように動作可能である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記光源領域から前記対物レンズへ放射線を偏向させる、前記光源領域の各々に対応するミラー部分を有するビームスプリッタをさらに備え、各光源領域の前記ミラー部分がまた、前記マークからのゼロ次信号の反射後に干渉計に進入する正反対の位置の光源領域からの放射線を阻止する役割を果たす、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記照明構成が、単一の光源供給位置の前記第２の干渉計に供給される放射線から前記第１及び第２の光源領域にコヒーレント放射線を生成する第２の自己参照干渉計を含み、前記第１及び第２の光源領域が前記光源供給位置によって決定される、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
光学装置内で、前記装置の瞳内の互いに正反対の第１及び第２の位置にオフアクシス照明を生成する構成であって、前記位置の前記照明が偏光とコヒーレンスの点で同一であり、前記構成が、
単一のオフアクシス位置で所定の偏光の放射線を生成する放射源と、
前記第１及び第２の位置で前記放射源からの前記放射線を受光し分割する自己参照干渉計と、
前記放射線の偏光が前記干渉計から出現した後に前記位置の一方の前記放射線の偏光を調整して前記他方の位置の前記偏光に合致させる素子であって、高速軸が前記第１及び第２の位置で異なる向きにある２分の１波長板を有する、素子と、を備え、
前記第１及び第２の位置は、前記装置によって位置が測定されるマークの周期性の第１の方向を横切る方向に互いにオフセットされる、構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
[0001]  本出願は、２０１２年４月１２日出願の米国仮出願第６１／６２３，３９１号の利益を主張し、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002]  本発明は、位置測定方法及び装置に関する。この方法及び装置は、基板上のマークの位置を測定するために使用できる。本発明は、別の態様でリソグラフィ装置及びデバイス製造方法並びに光学要素を提供する。
【背景技術】
【０００３】
[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、連続してパターンが与えら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】
[0004]  リソグラフィプロセスを制御してデバイスフィーチャを基板上に正確に配置するために、一般的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、基板上のマークの位置を正確に測定するための１つ以上のアライメントセンサを含む。これらのアライメントセンサは、効果的には位置測定装置である。様々な時期に出された様々な製造業者から入手できる様々なタイプのマークと様々なタイプのアライメントセンサが知られている。現在のリソグラフィ装置で広く使用されているタイプのセンサは、ＵＳ６９６１１１６号（den Boef他）に記載された自己参照干渉計に基づいている。一般的に、マークは別々に測定されてＸ及びＹ方向の位置が得られる。しかしながら、公開特許出願ＵＳ２００９／１９５７６８Ａ号（Bijnen他）に記載の技術を用いてＸ方向及びＹ方向の組合せ測定が実行できる。上記出願の両方の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００５】
[0005]  製品フィーチャがますます微細化するにつれて、特にオーバレイエラーを制御するために、より正確な位置測定値を提供する必要が絶えず存在する。このために、アライメントマーク内で使用される格子線のピッチを縮小することが考えられている。同時に、このことで新しい計器の必要が生じ、既存のノウハウ及びインフラストラクチャはともすれば崩壊する可能性がある。あらゆる新しいセンサは、新しいマークだけでなく既存のタイプのマークに適合し、それを用いた使用時に正確でなければならない。新しいセンサの処理要件は、スループットに関して性能の妥協があってはならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
[0006]  第１の態様における本発明の目的は、ピッチを縮小したマークと従来のマークとに適合し、装置を根本的に再設計する必要がないリソグラフィ装置内のアライメントセンサなどの位置測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[0007]  第１の態様における本発明は、基板上のマークの位置を測定する方法であって、マークが少なくとも第１の方向に周期的なフィーチャを含み、該方法は、
対物レンズを介して放射線スポットでマークを照明し、同じ対物レンズを介してマークによって回折した放射線を受光するステップと、
自己参照干渉計内で回折放射線を処理するステップと、
放射線スポットでマークをスキャンしながら干渉計によって出力される放射線の輝度の変動を検出するステップと、
検出された変動から少なくとも第１の測定方向のマークの位置を計算するステップと、を含み、
上記放射線スポットが上記対物レンズの瞳内の周辺部分に閉じ込められた光源領域からの放射線を用いて形成され、上記光源領域が、対物レンズの光軸に対して互いに正反対の位置にある少なくとも第１及び第２の領域を含み、上記光軸に関して角度範囲が制限された方法を提供する。
【０００８】
[0008]  第２の態様における本発明は、基板上のマークの位置を測定する装置であって、該装置は、
装置の瞳全体にわたって放射線に所定の照明プロファイルを与える照明構成と、
マーク全体にわたって放射線スポットをスキャン方向にスキャンしながら照明構成によって供給される放射線を用いてマーク上に放射線スポットを形成する対物レンズと、
マークによって回折し上記対物レンズに再進入する放射線を処理する自己参照干渉計と、
上記スキャンステップ中に干渉計によって出力される放射の輝度の変動を検出し、検出された変動から少なくとも第１の測定方向のマークの位置を計算する検出構成と、を備え、
少なくとも第１の方向に周期的なフィーチャを含むマークの位置の測定のために、上記照明プロファイルが上記対物レンズの瞳内の周辺部分に閉じ込められた光源領域からの放射線を含み、上記光源領域が対物レンズの光軸に対して互いに正反対の位置の少なくとも第１及び第２の領域を含み、上記光軸に関して角度範囲が制限された装置を提供する。
【０００９】
[0009]  本発明の実施形態では、上記第１及び第２の光源領域は、マークの周期性の上記第１の方向を横切る方向に互いにオフセットしていてもよい。
【００１０】
[0010]  上記光源領域の各々に対応するミラー部分を有するビームスプリッタを用いて、上記光源領域から受光する放射線を上記対物レンズ内に偏向することができ、それによって、各光源領域のミラー部分はまた、正反対の光源から受光する放射線がマークからのゼロ次反射の後に干渉計に入射することを阻止する役割も果たす。
【００１１】
[0011]  幾つかの実施形態では、照明装置は、単一の光源供給位置の第２の干渉計に供給される放射線から上記第１及び第２の光源領域にコヒーレント放射線を生成するように構成された第２の自己参照干渉計を含み、上記第１及び第２の光源領域は上記光源供給位置によって決定される。第２の自己参照干渉計は、処理ステップで使用される自己参照干渉計と共通の１つ以上の光学要素を有してもよい（すなわち、両方の干渉計から受ける光は、同じ光学要素又は使用される全光学要素を通過することができる）。光軸を中心として対称に２つのコヒーレント光源を生成するこの光学装置は、アライメントセンサ又はリソグラフィ装置に限定されず、他の技術領域でも主張し使用することができる。
【００１２】
[0012]  そのような実施形態では、上記照明装置は、上記第１及び第２の光源領域の放射線が異なる偏光を有する上記第２の干渉計から現れるときに他方の位置の偏光に合致するように上記領域の一方の放射線の偏光を調整するデバイスをさらに含んでもよい。上記デバイスは、その高速軸が瞳の上記第１及び第２の光源領域に対応する部分で異なる向きにある改良型２分の１波長板を含んでもよい。上記改良型２分の１波長板は、第１の部分に第２の干渉計の主軸に平行な高速軸を有してもよく、第２の部分に上記主軸に対して４５°の高速軸を有し、上記第１及び第２の部分は光軸に対して互いに正反対の位置にある。
【００１３】
[0013]  第３の態様における本発明は、光学系の瞳の異なる位置での放射線の偏光を選択的に調整する光学要素を提供し、上記素子は効果的には上記瞳の異なる領域で異なる向きにある高速軸を有する。上記改良型２分の１波長板の上記第１及び第２の部分はそれぞれ瞳の半分を覆ってもよく、上記半分間の境界は上記光源領域に干渉しないように配置される。
【００１４】
[0014]  本発明は、パターニングデバイスから基板上にパターンを転写するように構成されたリソグラフィ装置をさらに提供し、該装置は、基板を保持するように構成された基板テーブルと、リソグラフィ装置の基準フレームに対する基板上のマークの位置を測定するアライメントセンサと、を備え、アライメントセンサは上記の本発明の第２の態様による測定装置を備える。
【００１５】
[0015]  本発明は、リソグラフィプロセスを用いてパターニングデバイスから基板上へパターンが転写され、基板上へのパターンの転写が上記の本発明の方法を用いて測定された基板上のマークの位置を参照することで制御されるデバイス製造方法をさらに提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
[0016]  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。
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による測定装置を形成するアライメントセンサを含む例示的リソグラフィ装置を示す。
【図２】図１の装置内の基板上に提供できる様々な形態のアライメントマークを示す。
【図３】図１の装置内のアライメントマークをスキャンする既知のアライメントセンサの概略ブロック図である。
【図４】セグメント化された照明プロファイルを使用する改良型アライメントセンサの光学系を示す例示的概略図である。
【図５】本発明の実施形態を形成し、図１のアライメントセンサとして使用可能な新規の位置測定装置内の様々なオフアクシス照明プロファイル、その結果としての回折信号、及び、その結果としての自己参照干渉計出力を示す。
【図６】図５と同様に、ピッチが小さいマークを有する様々なオフアクシス照明プロファイル、その結果としての回折信号、及び、その結果としての自己参照干渉計出力を示す。
【図７】本発明の第１の実施形態によるオフアクシス照明を実施する位置測定装置の概略図である。
【図８】本発明の第２の実施形態によるオフアクシス照明を実施する位置測定装置の概略図である。
【図９】図７及び図８の実施形態で使用可能な回転可能な視野絞りの形態及び機能を示す。
【図１０】本発明の第３の実施形態によるオフアクシス照明を実施する位置測定装置の概略図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態によるオフアクシス照明を実施する位置測定装置の概略図である。
【図１２】マークの格子線に対する様々な偏向を用いてＸ方向のマークの位置を読み取る図１１の装置の動作を示す。
【図１３】マークの格子線に対する様々な偏向を用いてＸ方向のマークの位置を読み取る図１１の装置の動作を示す。
【図１４】図１１の装置を用いた８つの異なる照明プロファイルの生成を示す。
【図１５】図１１の装置の改良を示す。
【図１６】図１１の装置の別の改良による位置決め装置の概略図である。
【図１７】マーク内の非対称性を測定するために図１１の装置を使用するときの照明プロファイル及び回折信号を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
[0017]  図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示したものである。この装置は、
−  放射ビームＢ（例えばＵＶ放射又はＤＵＶ放射）を調節するように構成された照明システム（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を支持するように構築され、特定のパラメー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に構成された第１のポジショナＰＭに接続された支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
−  基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構築され、特定のパラメータに従って基板Ｗを正確に位置決めするように構成された第２のポジショナＰＷに接続された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴａ又はＷＴｂと、
−  パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに与えられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ以上のダイを含む）に投影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システム）ＰＳと、を備える。
【００１９】
[0018]  照明システムは、放射の誘導、整形、又は制御を行うための、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気型等の光学コンポーネント、又はそれらの任意の組合せなどの種々のタイプの光学コンポーネントを含んでいてもよい。
【００２０】
[0019]  支持構造は、パターニングデバイスを支持、すなわちその重量を支えている。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。この支持構造は、パターニングデバイスを保持するために、機械式、真空式、静電式等のクランプ技術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。
【００２１】
[0020]  本明細書において使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを与えるために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに与えられるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに与えられるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。
【００２２】
[0021]  パターニングデバイスは透過性又は反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型(alternating)位相シフトマスク、ハーフトーン型(attenuated)位相シフトマスクのようなマスクタイプ、さらには様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例として、小さなミラーのマトリクス配列を使用し、そのミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射ビームにパターンを与える。
【００２３】
[0022]  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、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折型光学システム、反射型光学システム、反射屈折型光学システム、磁気型光学システム、電磁気型光学システム及び静電気型光学システム、又はそれらの任意の組合せを含む任意のタイプの投影システムを包含するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。
【００２４】
[0023]  本明細書で示すように、本装置は、（例えば透過マスクを使用する）透過タイプである。あるいは、装置は、（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、又は反射マスクを使用する）反射タイプでもよい。
【００２５】
[0024]  リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）又はそれ以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスクテーブル）を有するタイプであってよい。このような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルを並行して使用するか、又は１つ以上の他のテーブルを露光に使用している間に１つ以上のテーブルで予備プロセスを実行することができる。図１の例の２つの基板テーブルＷＴａ及びＷＴｂはこの例示である。本明細書に開示された本発明は自立して使用できるが、本発明は特にシングル又はマルチステージ装置の露光前測定ステージに追加の機能を提供できる。
【００２６】
[0025]  リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を充填するように、基板の少なくとも一部を水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆えるタイプでもよい。液浸液は、例えばマスクと投影システムとの間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。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。本明細書で使用する「液浸」という用語は、基板などの構造を液体に沈めなければならないという意味ではなく、露光中に投影システムと基板との間に液体が存在するというほどの意味である。
【００２７】
[0026]  図１を参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤを用いて、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。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。
【００２８】
[0027]  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アジャスタＡＤを備えていてもよい。通常、イルミネータの瞳面における強度分布の少なくとも外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ-outer及びσ-innerと呼ばれる）を調整することができる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。イルミネータを用いて放射ビームを調節し、その断面に所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。
【００２９】
[0028]  放射ビームＢは、支持構造（例えば、マスクテーブルＭＴ）上に保持されたパターニングデバイス（例えば、マスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスによってパターニングされる。マスクＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２のポジショナＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ又は容量センサ）を用いて、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂは、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めするように正確に移動できる。同様に、第１のポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めできる。一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１のポジショナＰＭの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）を用いて実現できる。同様に、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂの移動は、第２のポジショナＰＷの部分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用いて実現できる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴをショートストロークアクチュエータのみに接続するか、又は固定してもよい。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アライメントマークは専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分の間の空間に位置してもよい（スクライブレーンアライメントマークとして知られている）。同様に、マスクＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。
【００３０】
[0029]  図示の装置は、以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。
１．ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂは、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームに与えたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一静的露光）。次に、別のターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂがＸ方向及び／又はＹ方向に移動される。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
２．スキャンモードにおいては、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに与えられるパターンがターゲット部分Ｃに投影される（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ＷＴａ／ＷＴｂの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分の（スキャン方向における）高さが決まる。
３．別のモードでは、マスクテーブルＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持して基本的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを移動又はスキャンさせながら、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは、一般にパルス状放射源を使用して、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを移動させるごとに、又はスキャン中に連続する放射パルスの間で、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上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などのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに容易に適用できる。
【００３１】
[0030]  上述した使用モードの組合せ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。
【００３２】
[0031]  リソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルＷＴａ及びＷＴｂと基板テーブルをその間で交換できる２つのステーション（露光ステーション及び測定ステーション）とを有するいわゆるデュアルステージタイプである。露光ステーションで一方の基板テーブル上の１つの基板が露光されている間に、測定ステーションで他方の基板テーブル上に別の基板を装着でき、したがって、様々な準備ステップを実行できる。準備ステップは、レベルセンサＬＳを用いた基板表面のマッピングと、アライメントセンサＡＳを用いた基板上のアライメントマークの位置の測定と、を含んでもよい。これによって装置のスループットが大幅に増大する。位置センサＩＦが、基板テーブルが測定ステーション及び露光ステーションにあるときの基板テーブルの位置を測定できない場合、第２の位置センサを提供して両方のステーションで基板テーブルの位置の追跡を可能にすることができる。本発明は、１つだけの、又は３つ以上の基板テーブルを有する装置に適用可能である。
【００３３】
[0032]  この装置は、本明細書に記載す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制御ユニットＬＡＣＵをさらに含む。ＬＡＣＵはまた、装置の動作に関連する所望の計算を実施する信号処理及びデータ処理能力を含む。実際、制御ユニットＬＡＣＵは、各々が装置内のサブシステム又はコンポーネントのリアルタイムデータ取得、処理及び制御を扱う多数のサブユニットのシステムとして実現されるであろう。例えば、１つの処理サブシステムを基板ポジショナＰＷのサーボ制御専用にしてもよい。別々のユニットを用いて粗動及び微動アクチュエータ、又は異なる軸を扱ってもよい。別のユニットを位置センサＩＦの読み出し専用にしてもよい。装置の全体の制御を上記サブシステム処理ユニットと通信する中央制御ユニットによって実行させ、オペレータとその他の装置をリソグラフィ製造プロセスに従事させることができる。
【００３４】
[0033]  図２（ａ）は、それぞれＸ位置及びＹ位置の測定のために基板Ｗ上に提供されたアライメントマーク２０２、２０４の例を示す。この例の各々のマークは、基板に塗布又はエッチングされる製品層内に形成された一連のバーを含む。各バーは規則的な間隔を空け、格子線の役割を果たすので、マークは周知の空間的周期（ピッチ）を有する回折信号と見なすことができる。Ｘ方向のマーク２０２上のバーはＹ軸に平行でＸ方向の周期性を提供する一方、Ｙ方向のマーク２０４上のバーはＸ軸に平行でＹ方向の周期性を提供する。アライメントセンサＡＳ（図１に示す）は、各マークを放射線スポット２０６、２０８で光学的にスキャンし、正弦波などの周期的に変化する信号を得る。この信号の位相が分析されてアライメントセンサに対するマークの位置、ひいては基板Ｗの位置が測定され、アライメントセンサは装置の基準フレームＲＦに対して固定される。スキャン運動は幅広の矢印によって概略的に示され、スポット２０６又は２０８の前進位置が点線の輪郭で示されている。アライメントパターン内のバー（格子線）のピッチは通常、基板上に形成される製品フィーチャのピッチよりもはるかに大きく、アライメントセンサＡＳは、パターンを基板に塗布するために用いる露光放射線よりもはるかに長い放射線波長（又は普通は複数の波長）を使用する。微細位置情報が得られるが、バーの数が多ければ、反復信号の位相を正確に測定できる。
【００３５】
[0034]  粗及び微細マークを提供でき、したがって、アライメントセンサは周期的信号の様々な周期と周期内の正確な位置（位相）とを区別することができる。また、様々なピッチのマークをこのために使用できる。また、これらの技術は当業者であれば周知であり、本明細書では詳述しない。そのようなセンサの設計と動作は当技術分野では周知であり、各リソグラフィ装置は独自の設計のセンサを有してもよい。本明細書の説明の目的で、アライメントセンサＡＳは一般的にＵＳ６９６１１１６号（den Boef他）に記載された形態であると仮定する。図２（ｂ）は、Ｘ位置及びＹ位置が照明スポット２０６を用いた１回の光学スキャンによって得られる同様のアライメントシステムで使用する改良型マークを示す。マーク２１０は、Ｘ及びＹ軸の両方に対して４５度に配置されたバーを有する。このＸ及びＹ方向の組合せ測定は、参照によりその内容が本明細書に組み込まれる公開特許出願ＵＳ２００９／１９５７６８Ａ号（Bijnen他）に記載の技術を用いて実行できる。
【００３６】
[0035]  図３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を通して基板Ｗ上に位置するマーク２０２などのマーク上にスポットミラー２２３によって偏向される１つ以上の波長の放射ビーム２２２を提供する。図２に概略的に示すように、上記ＵＳ６９６１１１６号に基づく本発明のアライメントセンサの例では、マーク２０２が照明される照明スポット２０６はマークそれ自体の幅よりもわずかに小さい直径を有してもよい。
【００３７】
[0036]  マーク２０２によって散乱する放射は対物レンズ２２４によって捕捉され、情報搬送ビーム２２６にコリメートされる。自己参照干渉計２２８は上記ＵＳ’１１６号に開示されたタイプであり、ビーム２２６を処理してセンサアレイ２３０上に別々のビームを出力する。スポットミラー２２３は、好都合にはこの地点でゼロ次絞りとしての役割を果たすため、情報搬送ビーム２２６はマーク２０２からの高次回折放射線のみを含む（これは測定にとって必須ではないが、信号対雑音比を改善する）。センサグリッド２３０内の個々のセンサからの輝度信号２３２が処理ユニットＰＵに提供される。ブロック２２８内の光学処理とユニットＰＵ内のコンピュータ処理との組合せによって、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、設計の選択及び便宜上の問題として、図１に示す制御ユニットＬＡＣＵとは別個のユニットであってもよく、又は同じ処理ハードウェアを共用してもよい。ユニットＰＵが別個のユニットである場合、信号処理の一部はユニットＰＵ内で、また別の部分はユニットＬＡＣＵ内で実行できる。
【００３８】
[0037]  上述したように、図示のタイプの単一の測定は、マークの１つのピッチに対応する一定の範囲内のマークの位置を固定するだけである。より粗い測定技術がこれと併用され、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。粗及び／又は微細レベルでの同じプロセスを異なる波長で繰り返して精度を上げ、マークの製造材料及びそれを支持する材料にかかわらずマークの堅牢な検出を可能にできる。波長を光学的に多重化及び多重解除して同時処理を可能にでき、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できる。本発明の例は、１つの波長での１回の測定だけに言及し、その範囲を拡張して実用的で堅牢な測定装置（アライメントセンサ）を提供するのに必要な改良は当業者であれば容易に思い付くであろう。
【００３９】
[0038]  測定プロセスを詳細に参照すると、図３のｖｗの符号が付いた矢印はスポット２０６がマーク２０２の長さＬを横切るスキャン速度を示す。この例では、実際のアライメントセンサＡＳ及びスポット２０６は静止しているが、速度ｖｗで移動するのは基板Ｗである。したがって、基板Ｗの移動方向と反対の方向にマーク２０２を効果的にスキャンしながらアライメントセンサを基準フレームＲＦに厳格かつ正確に搭載できる（図１）。基板は、この運動において基板テーブルＷＴ上の搭載と基板位置決めシステムＰＷとによって制御される。
【００４０】
[0039]  本発明の優先期日では公開されていない先行特許出願ＵＳ１３／３６９，６１４号に記載されているように、リソグラフィ装置に要求される高生産性要件では、基板上の多数の位置でのアライメントマークの測定をできるだけ迅速に実行することが要求され、これは、スキャン速度ｖｗが高速であり、したがって、各マーク位置の獲得に使える時間ＴＡＣＱが短いということを意味する。単純に言うと、式ＴＡＣＱ＝Ｌ／ｖｗが適用される。先行出願ＵＳ１３／３６９，６１４号は獲得時間を長くするようにスポットの逆方向のスキャン運動を付与する技術について記載する。所望であれば、本明細書に新たに開示されたタイプのセンサ及び方法に同じスキャンスポット技術を適用できる。
【００４１】
[0040]  より小さい格子のピッチを有するマーク上に整列することには利益がある。実際の生産でのオーバレイは、一般的に試験状況下よりもかなり大きい。調査によれば、これは製品ウェーハ上のアライメントマークが処理中に非対称になるためである。アライメントマークのピッチを小さくすると測定されたアライメント位置の非対称性の効果が低減する。
【００４２】
[0041]  当業者であれば、アライメント格子のピッチを小さくする幾つかのオプションは、（ｉ）使用する放射線の波長を小さくすること、（ｉｉ）アライメントセンサ光学装置のＮＡを増加させること、（ｉｉｉ）オフアクシス照明を使用すること、であることを知っている。アライメント格子は、多くの場合、吸収フィルム（例えば、アモルファスカーボンハードマスク）の下に位置するため、短波長が常に可能とは限らない。ＮＡを増加させることは一般的に可能であるが、ウェーハからの安全な距離を有する小型の対物レンズが必要なため、これは好まれない。したがって、オフアクシス照明は魅力的である。
【００４３】
セグメント化照明プロファイルによる位置測定
[0042]  図４は、上記の先行公開ＵＳ６，９６１，１１６号に記載のアライメントセンサの光学系５００を示す。これによって、具体的なセグメント化照明モードが導入され、その結果、とりわけ、精度を向上させるアライメントマークの小さいピッチが可能になり、また別個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できる。Ｘ及びＹ位置の同時測定を実行できるように、上記公開出願ＵＳ２００９／１９５７６８号の開示に基づいてさらなる改良を実行できる。本発明の例のために、位置測定は一方向のみで実行されるものとする。
【００４４】
[0043]  図３の概略図との比較を容易にするために、光学系５００の幾つかの部分には図３で使用するのと同様の参照符号が付与されている（但し、接頭辞は「２」ではなく「５」）。したがって、図は、光源５２０と、照明ビーム５２２と、対物レンズ５２４と、情報搬送ビーム５２６と、自己参照干渉計５２８と、検出器５３０ａ及び５３０ｂとを示している。これらの検出器からの信号５３２ａ及び５３２ｂは、下記の新規のフィーチャを実施するために適宜改良された処理ユニットＰＵによって処理される。幾つかの支線を有する光軸Ｏは、光学系５００を貫通する破線で示されている。この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。照明サブシステム５４０内で、光源５２０からの放射線は、光ファイバ５４２を介してそれがレンズ５４４及び５４６を備える光学系に入射する地点へ送達される。各レンズが単一の素子によって概略的に示される場合、実際の実施形態は実際には素子のグループを含んでもよい。反射型光学要素も使用できる。レンズ５４４と５４６との間で、光源からの放射線によって形成されるビームは平行で、対物レンズ５２４の瞳面Ｐの逆投影である平面Ｐ’を通過する。この平面内には固定式又は構成可能な照明アパーチャ５４８が提供され、図５（ｊ）に示す対称のセグメント化照明パターンなどの照明の特定のモードが可能になる。ａ及びｂの符号が付いた２つの正反対の四分円がこのアパーチャパターン内で明るく（透明で）、その他の２つの四分円は暗い（不透明である）。このタイプのアパーチャは、公開特許出願ＵＳ２０１０／２０１９６３号から、スキャトロメトリ装置では知られている。この改良型照明アパーチャの利点を以下に説明する。固定ミラー５５０によって回折してレンズ５５２によってコリメートされた照明ビーム５２２が照明サブアパーチャシステム５４０からビームスプリッタ５５４へ送達され、ビームスプリッタ５５４は、照明ビーム５２２を対物レンズ５２４を通して基板Ｗと行き来する情報搬送ビーム５２６から分離する。
【００４５】
[0044]  情報搬送ビーム５２６の処理について言及すると、ビームはＵＳ６，９６１，１１６号の既知のアライメントセンサと同じ方法で自己参照干渉計５２８内へ進入する。干渉計５２８は簡易化された２次元構成で示されているが、実際には、この先行特許に記載するようにプリズムその他の素子の３次元構成を含む。同様に、干渉計の一部である偏光素子は図を見やすくするために省略した。自己参照干渉計５２８の機能は、既知の例と同様に、情報搬送ビーム５２６を受光し、それを２つの等しい部分に分割し、それらの部分を互いに１８０°回転させ、それらの部分を再び出射ビーム５８２に結合させることである。固定偏向ミラー５８８を有する別のレンズ５８４及び５８６は共に、このビームを偏光ビームスプリッタ５９２及び検出器５３０ａ及び５３０ｂを備える検出サブシステムへ送達する。
【００４６】
[0045]  ビームスプリッタ５９２は、互いに逆相の２つの干渉パターンを生成する。したがって、干渉計５２８が検出器５３０ａ上の１地点で破壊的な干渉を生成する場合、検出器５３０ｂ上の対応する地点で建設的な干渉が生成される。２つの検出器５３０ａ及び５３０ｂから信号を減算することで、共通モード輝度ノイズの影響を低減し、アライメントセンサ全体からより正確な出力を得ることができる。
【００４７】
[0046]  図３の既知のアライメントセンサでは、検出器２３０が基板Ｗの平面に対応する画像面に配置されているが、改良型光学系５００内の検出器５３０ａ及び５３０ｂは対物レンズ５２４の瞳面Ｐと共役の平面Ｐ“内に位置する。各検出器５３０ａ及び５３０ｂ画像センサ、例えば、ＣＣＤカメラセンサであってもよい。あるいは、差込み詳細図内で５３０ａ’／５３０ｂ’で示すように、画像センサの代わりに個々の地点検出器を配備してもよい。いずれの場合も、平面Ｐ”の放射線場は基板の像ではなく、照明アパーチャ５４８と共役のマーク２０２の回折スペクトルである。このタイプの検出システムでは、マーク２０２の位置情報を得るのに必要なアライメント信号はまだ得ることができるが、さらに検出器５３０ａ及び５３０ｂによって検出される瞳面像を用いて基板Ｗ上のマーク又はその他のフィーチャの追加の特性を分析してスキャトロメトリを実行することができる。例えば、アライメント及び／又はオーバレイターゲットの非対称性を分析でき、それによって、例えば、デバイス層間のオーバレイエラーの測定が容易になる。
【００４８】
[0047]  未公開の先行出願ＵＳ１３／３６９，６１４号に記載のように、別個の計器ではなくアライメントセンサを用いてターゲットの非対称性を測定する方法の利点は、アライメントセンサとオーバレイ測定装置との間の位置決めエラーが解消されるという点である。別の利点は、マスク内の非対称性に関する情報を用いてセンサを使用する位置測定の精度を向上させることができるという点である。その理由として、非対称性が、非対称性と好適な式の情報を用いて補正可能な報告された位置の系統的なエラーを導入する場合があることが挙げられる。
【００４９】
[0048]  アパーチャ５４８によって提供される照明パターンが図５のａ及びｂの符号が付いた四分円を有する一方で、アライメントマーク２０２の線の所与の方向の回折に起因する回折パターンが５４８’のパターンで表される。このパターンでは、ａ０及びｂ０の符号が付いたゼロ次反射に加えて、ａ−１、ａ＋１、ｂ−１及びｂ＋１の符号が付いた１次回折信号が示されている。照明アパーチャのその他の四分円は暗く、より一般的には照明パターンが１８０°の回転対称を有するため、回折次数がａ−１及びｂ＋１の信号は「空き」であり、これは、それらが照明アパーチャのその他の部分からのゼロ次又は高次信号に重なっていないということを意味する。セグメント化照明パターンのこの特性を利用して、従来の円形対称照明アパーチャを使用した場合に結像可能な最小ピッチの半分のピッチを有する回折格子（アライメントマーク）から雑音がない１次信号を得ることができる。この回折パターン５４８’とそれをスキャトロメトリに利用できる方法が既知の出願ＵＳ２０１０／２０１９６３号に記載されている。アライメントセンサ光学系５００の干渉計５２８では、図５に示され５４８”の符号が付いた回折パターン５４８’の１８０°回転したコピーも形成され、５４８’と混合する。これらのパターンは、アライメントマーク２０２のスキャン中に互いに干渉して位置信号を提供する。
【００５０】
[0049]  市場で幅広く使用されているＵＳ’１１６号のセンサと比較して、図４の改良型センサはアパーチャ５４８の変更だけでなく、干渉計５２８の完全に異なる検出構成を必要とする。既知のアライメントセンサは全光学場を単一の輝度値に簡易に統合できるが、平面Ｐ”内の輝度を空間的に分解して瞳面像の異なる部分にある高次信号を分離してゼロ次信号を無視する必要がある。検出光学装置の再設計によって既存の設計への適合性が低減する。センサ５３０ａ及び５３０ｂが画像センサであるバージョンでは、センサ及び／又は電子回路にスループットを維持するために必要な性能レベルを与える作業は複雑で高価である。瞳像面Ｐ”の領域内の一定の地点でのみ放射線を収集する検出器５３０ａ’及び５３０ｂ’が使用される場合、検出器で空間分解を提供するように光学系を再設計する必要が依然としてある。一定の場所での輝度のみのサンプリングは、大量の光が破棄されて、動作の精度及び／又は速度が低減し、又はよりコスト高の検出器が必要になるということを意味する。さらに、図４の装置の動作は各々がわずかに異なるセンサ収差を受ける幅広い範囲の入射角からマーク上に入射する放射線を結合するので、全体の測定結果はプロセス変動の影響をより受けやすい。さらに、セグメント化照明プロファイルはピッチが小さいマークに適しているが、現在使用されている粗いピッチのマークには適していない。これは、粗いピッチのマークの様々な高次数＋１、＋２などが近接して並び、重なり始めるからである。その結果、実際にセグメント化アパーチャを使用するためには、従来のマークの測定時にアパーチャを取り外した機械的構成を配置する必要がある。
【００５１】
[0050]  図５以降を参照して以下に説明する例では、検出器側での空間分解を必要とせずに小さくした格子ピッチを使用できるアライメントセンサ（より一般的には、位置測定装置）が示されている。新規の照明モードを使用することで、これらの装置は、現在の検出器の設計を変更せず、且つ照明プロファイルを変更せずに、広範囲の様々なピッチ、例えば、１μｍ未満から２０ミクロンのピッチまでを有するマークの位置を測定することができる。
【００５２】
[0051]  これから説明する例に共通の第１のフィーチャは、限られた範囲の入射角（瞳面内の限られた径方向距離）でのオフアクシス照明の使用である。オフアクシス照明の場合、放射線の光源領域は瞳の周辺部分、すなわち、光軸から少しの距離だけ離れた部分に閉じ込められる。照明を瞳の最周辺部に閉じ込めることで、アライメントマークの最小可能ピッチが実質的にλ／ＮＡから実質的にλ／２ＮＡまで小さくなる。ここで、λは使用する放射線の波長、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。説明する例はまた、装置のビームスプリッタ内でスポットミラーの特定の分散を使用し、これによって、所望の照明を提供し、ゼロ次回折放射線の視野絞りとしての役割を果たす。照明モードを変更することなく、Ｘ、Ｙ及びＸＹマークのいずれかの上に整列できる「ユニバーサル」照明プロファイルを設計できるが、このことで、装置内の性能について多少の妥協及び／又は多少の複雑さが生じることはやむをえない。あるいは、様々なマークタイプでの使用する専用のモードを設計し、選択することもできる。様々な偏光の照明も選択できる。
【００５３】
[0052]  説明するすべてのプロファイルで、照明プロファイルは、対物レンズの瞳内の少なくとも第１及び第２の光源領域からコヒーレント放射線を供給する。第１及び第２の光源は、（少なくとも光軸から離れているという意味で）上記瞳の周辺部分に閉じ込められている。それらの光源は各々角度範囲が制限され、光軸に対して互いに正反対の位置にある。例から分かるように、光源領域は極めて小さいスポットの形態であってもよく、又はより広がった形態であってもよい。別の光源領域も提供でき、特に第１及び第２の領域から９０°回転した位置に第３及び第４の光源領域を提供できる。装置は全体として、これらの特定の照明プロファイルを提供する動作に限定される必要はない。装置は、既知の又は開発を待つ様々なプロファイルの使用を好む別の使用モードを有してもよい。その一例は、既存のマスク及び測定方法に適合するオンアクシス照明プロファイルである。
【００５４】
[0053]  まず図５及び図６を参照しながら、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す様々なマスクタイプのためのオフアクシス照明モードの選択について説明する。図３の既知のセンサでは、任意の方向（Ｘ、Ｙ及びＸＹ）で発生する回折スポットは格子ピッチがλ／ＮＡ以下である限り、光学系の瞳内に安全に収まる。＋ｎ次信号が−ｎ次信号に重なるときにアライメント信号を抽出できる。これは、自己参照干渉計２２８を用いて実行できる。本発明のように、オフアクシス照明を使用したい場合、単一照明モードで、又は波ハードウェア内で容易に選択可能なモードによって３つの格子方向をすべてサポートしなければならない。
【００５５】
[0054]  図５は、（ａ）所望のオフアクシス照明プロファイル、（ｂ）その結果として得られる回折スポット、及び（ｃ）Ｘ軸方向の向きを有するマーク（図２（ａ）の２０２）のための干渉計の後段に所望される瞳面像を概略的に示す。図５内のマークは、既知のアライメントセンサに適合するピッチを有する。各図内の円は光学系の瞳を表し、マーク内の周期性の方向は円を横切る点線で表される。（ａ）では、２つの照明スポットが互いに正反対の位置にあり、光軸（Ｏ、図示せず）を中心に１８０°対称の照明プロファイルを提供する（これらのスポットが瞳面内に存在し、マークそれ自体の上の、又はマークの像内のスポットと混同してはならないことは当業者には明らかであろう。他方、瞳面内の１８０°は画像面内の１８０°の回転とも同等である）。スポットはＸ軸（点線）上に位置しておらず、Ｘ軸からわずかな角度だけオフセットされる。したがって、スポットはＸ軸を横切る方向に、すなわち、格子の周期性の方向を横切って、互いにオフセットしている。（ｂ）に、アライメントマーク２０２の格子によって生起する結果として得られる回折パターンが示されている。一方のスポットで、回折次数＋１及び＋２の信号が瞳内にある。他方のスポットでは、回折次数−１及び−２の信号が瞳内の次数＋１及び＋２の信号から１８０°の位置にある。各スポットのゼロ次回折（鏡面反射）は、他方のスポットの位置に正確に一致する。
【００５６】
[0055]  上記オフセットのために、格子のピッチにかかわらず、各スポットの回折次数の信号は他方のスポットの信号から分離したままである。オフセットが存在せず、照明スポットが正確にＸ、Ｙ及び／又はＸＹ軸上にある装置を考えることができる。しかしながら、そのような構成は、様々な回折次数の信号の不要な重なりを回避し、必要な回折次数の信号が阻止されることを回避したいとすれば、使用できるマークピッチ及び放射線波長の組合せに対する多くの制約を課す。広帯域又は多色放射が使用される実施形態では、ここに示すように、高次回折信号は単一のスポットではなく、１次スペクトル、２次スペクトルなどに拡散する。これによって、次数間の不要な重なりの可能性は大きくなる。ここでは話を分かりやすくするためにのみ、次数をスポットとして表す。
【００５７】
[0056]  図５（ｃ）は、マーク像の１８０°回転したコピーを混合する干渉計を（ｂ）の回折信号が通過した結果を示す。０次スポットは、視野絞りによって阻止されるものとする。そのような視野絞りの簡易な実施態様について以下の例で説明する。＋１／−１、＋２／−２などで表されるように、各高次信号の正及び負の信号は重畳し、混合する。元の照明スポットが互いにコヒーレントであるとすると、その効果は単一の照明スポットの正及び負の次数の信号の混合と同じである。したがって、位置測定装置の干渉計、検出光学装置及び検出回路は、図３の既知の装置内と同じであってもよい。
【００５８】
[0057]  図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、図５で使用されるマークのピッチの半分を有するＸ方向マークの対応する照明プロファイル、回折パターン及び干渉計出力を示す。この例では、次数＋１及び−１の信号のみが瞳内に収まるが、これはマーク位置を認識するには十分であり、実質的にλ／２ＮＡである格子ピッチの下限、すなわち、既知の計器内に適用されるピッチの半分を表す。
【００５９】
[0058]  図５及び図６では、部分（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）は、同様に、Ｙ方向のマーク（図２（ａ）の２０４）用に設計された照明モードの照明プロファイル、回折パターン及び干渉計出力を示す。図５及び図６の部分（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に関する上記のすべての内容はこれらの部分に等しく適用される。
【００６０】
[0059]  図５及び図６では、部分（ｇ），（ｈ）及び（ｉ）は、ＸＹマーク（図２（ｂ）の２１０）の照明プロファイルを示す。マークは各々がＸ及びＹ軸に対して４５°という格子線の向きが異なる部分を有するため、照明プロファイル内には２対のスポットが提供される。Ｘ及びＹの例と同様、各対のスポットは互いに正反対の位置にあり、格子の周期性の方向を横切る方向に互いにわずかにオフセットされている。２対のスポットは、ＸＹマークのスキャン時に同時に存在する必要はないことに留意されたい。対応する周期性の方向を有するマークの部分をスキャンする際には各対をオンにすることができる。両方のスポット対が同時に照明された場合であっても、基板から対物レンズが受光する回折次数の信号はスキャンされているマークの部分の周期性の方向に対応する信号だけである。したがって、（ｇ），（ｈ）及び（ｉ）に示されるスポットは、ＸＹマークの両方の対からの照明と回折信号の組合せである。
【００６１】
[0060]  図５及び図６から、最小ピッチを許容する理想的な照明プロファイルは、３つのマークタイプ全部で異なっていることは明らかであろう。図１１以降を参照しながら以下に説明する例では、照明システムは、マークタイプに従って選択可能なこれらの理想的な照明モードを実質的に提供するように構成されている。そのシステムを説明する前に、ある種の妥協点を含みながら３つの格子方向のすべてに適合する多目的照明プロファイルが構築された図７〜図１０の例について説明する。
【００６２】
[0061]  図５及び図６の部分（ｊ）は、上記の多目的照明プロファイル６４８を示す。図４に示すプロファイル５４８と比較すると、プロファイル６４８は２つではなく４つの被照明セグメントを含む。さらに、各セグメントは径方向距離が制限され、瞳の周辺部内にのみ存在する。例えば、各セグメントは、瞳の径方向距離の１０％未満、又は５％未満の径方向距離を有していてもよい（このことから、図面が正確な縮尺図ではないことが分かる）。厳密に言うならば、照明の径方向距離は、１ミリメートル未満、例えば、０．５ｍｍ前後であるが、一方、瞳のサイズは１〜３ｃｍ程度である。各セグメントは、光軸（Ｚ軸）から瞳の径方向に０．５、０．６、０．７．０．８又は０．９よりも遠くにある瞳の周辺部に閉じ込められる。この例のセグメントは部分的に環状であると説明でき、各々のセグメントは光軸を中心に４５°、又はわずかに小さい角度の位置にある。したがって、各セグメントは、各々が９０°の位置にある図４に示す照明の四分円と比較して制限された角度範囲を有する。図５及び図６の部分（ｊ）内の小さい円で示すように、これら４つのセグメントは、図５及び図６の部分（ａ）、（ｄ）及び（ｇ）に示す照明スポット位置のすべてを包含し、その結果、すべてのマークタイプを同じ「ユニバーサル」照明プロファイルで好適に照明できることが分かる。
【００６３】
[0062]  所望の信号を生成するためには、対向するセグメントは干渉計５２８についてコヒーレントでなければならないことを念頭に置いて、図５の部分（ｊ）の照明プロファイルを幾つかの方法で生成して実用的な計器を形成できる。特に広帯域光源が含まれるときには、光源の放射線のコヒーレンス長／時間は極めて短い。単色レーザ光源を用いた場合であっても、ＵＳ’１１６号は、例えば、複数の反射からの干渉を解消するために、短いコヒーレンス時間が好まれると教示している。したがって、光源から各セグメントまでの光路長は極めて厳密に一致しなければならない。所望のプロファイルに直接対応するアパーチャを幅広の平行ビーム内に配置してもよいが、その結果、光の損失は比較的大きい。光の損失を回避するために、様々な代替の解決策を提案する。
【００６４】
[0063]  図７は、照明プロファイル６４８を有する測定装置の第１の例を示す。読者は、既知のアライメントセンサ及び図４の例から引き継いだ多数の素子に気が付くであろう。同じ参照番号が使用されているが、接頭辞は「２」又は「５」は「６」に変わっている。したがって、照明サブシステム６４０は、放射源６２０と、ファイバ６４２とを備える。レンズ６５２及びビームスプリッタ６５４を介して入射ビーム６２２が瞳面Ｐを有する対物レンズ６２４へ送達される。対物レンズ６２４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６０６を形成する。情報搬送ビーム６２６は、ビームスプリッタ６５４を通って自己参照干渉計６２８へ達する。自己参照干渉計６２８は、放射場を２つの等しい部分に分割し、それらの部分を互いに１８０°回転させ、それらの部分を再び出射ビーム６８２に結合させる。レンズ６８４は、放射場全体を図３の既知のアライメントセンサと同様の装置である検出器６３０上に合焦させる。検出器６３０での空間分解は必要ないが、当然ながら別の目的のために提供することができる。
【００６５】
[0064]  対物レンズ６２４の入口で所望の照明プロファイル６４８を達成するために、ファイバ６４２からの照明光が光を環状に分散させるいわゆるアキシコンミラー７０２へ送達される。傾斜した環状形態の第２のミラー７０４がこの放射線をレンズ６５２に供給する。その結果、入射ビーム６２２は、７０６に示す環状の放射プロファイルを有する。ビームスプリッタ６５４内で、離散的なミラーセグメント７１０が内部界面上の所望の照明プロファイル６４８に対応するパターン内に形成される。実際、このパターンは歪んだ形態で界面に塗布しなければならないため、入射及び出射方向から見てこのパターンは図示のようになる。環状プロファイル７０６の径方向距離は所望のセグメント６４８の径方向距離に一致し、放射線損失を低減する。しかしながら、放射線はビームスプリッタを真っ直ぐに通過するため、ミラーセグメントがない角度位置で放射線の５０％が失われる。
【００６６】
[0065]  環状プロファイル７０６及びセグメント化環状ミラー７１０の結果として、所望の照明プロファイル６４８が達成される。環状プロファイル７０６の径方向距離は、所望のセグメントの径方向距離に一致し、放射線損失を低減する。しかしながら、放射線はビームスプリッタを真っ直ぐに通過するため、ミラーセグメントがない位置で放射線の５０％が失われる。しかしながら、図４のビームスプリッタ５５４内で必要な従来の半透明界面より劣っているものではない。セグメント化ミラーは、セロ次回折放射線の視野絞りとしての第２の機能を果たす。しかしながら、図３の既知のアライメントセンサのスポットミラー２２３とは異なり、セグメント化された各ミラーは専用の視野絞りとして機能できない。これは、ゼロ次回折放射線がターゲットに反射して対物レンズにその入射角と１８０°逆の角度で再入射するからである。しかしながら、ミラー７１０は１８０°対称のパターンを有するため、ミラー７１０の各セグメントは正反対の位置にあるセグメントのゼロ次信号を阻止する視野絞りの役割を果たすことができる。このようにして、追加のコンポーネントなしに、ゼロ次信号は干渉計６２８に入射する前に情報搬送ビーム６２６から除去される。ゼロ次信号を阻止することなく位置信号（バリエーション）を抽出することは依然として可能であるが、その場合、ゼロ次信号はノイズの形態を構成する背景輝度（ＤＣ成分）を提供する。
【００６７】
[0066]  図８は、傾斜した環状ミラー７０４が円錐台形ミラーと交換された図７の装置のわずかに改良されたバージョンを示す。図７及び図８の両方の例で、アキシコンレンズを用いて同様の効果を達成できるが、アキシコンミラー７０２は色収差の影響を受けにくい。
【００６８】
[0067]  図９は、「妥協」照明プロファイル６４８の幾つかの限界と可能な解決策とを示す。新しい位置測定装置を開発する目的は、より小さい格子ピッチを有するマークを用いた測定を可能にすることであるが、新しい装置は幅広いピッチの既存のマークにも十分に適合しなければならないということが重要である。図９（ａ）は、粗いピッチを有するＸマークの回折パターンを示す。マークのピッチと放射線の波長によっては、最下部の四分円の−１次信号は右側の四分円の＋１次信号に重なり得るということが分かる。これは不要な効果である。さらに、干渉計の後で重なる最下部の−１次信号と最上部の＋１次信号によって、アライメントセンサ内に存在し得る収差のためにやはり不要である追加の干渉パターンが生成される。さらに、この図では、高次信号が存在するときに、図を見やすくするためにゼロ及び１次信号しか示していない。ゼロ次信号はスポットミラー７１０によって阻止されるが、粗いマークの場合、１次だけでなく、２次、３次及び高次信号もすべて瞳内に収まり、追加の干渉をさらに複雑にする。
【００６９】
[0068]  図９（ｂ）は、この干渉の問題の解決策を示す。図示のように、瞳の各部分は視野絞り７２０で阻止される。この視野絞りは、例えば図７で示すように、干渉計６２８の後段に配置でき、又は干渉計の前段で情報搬送ビーム６２６内に配置してもよい。
【００７０】
[0069]  図９（ｃ）は、同様の粗いピッチを有するＹマークの回折パターンを示す。図９（ｂ）に示す視野絞り７２０は、図９（ｄ）に示すように、９０°回転する（又は別の視野絞りで代用される）。したがって、視野絞りは、Ｘ、Ｙ及びＸＹマークについて調整可能である（それぞれ上部、下部、左右及びプラスマイナス４５°）。ＵＳ’１１６にすでに記載されているように、位置情報がその地点によってビーム内にすでに符号化されているので、干渉計の下流に位置する視野絞り７２０のアライメント及び光学的品質は特に重要というわけではない。視野絞りの回転は、実際には、電子的制御によって不透明又は透明にできるセグメントを有するＬＣＤデバイスなどのプログラマブル可能な空間光変調器によって実現できる。２つの異なる向きを有するＸＹマーク２１０の場合、視野絞りの向きは図示の視野絞りに対して４５°であり、マークのスキャン中に切り替わるように制御される。
【００７１】
[0070]  小さいピッチアライメントターゲットの場合、不要な干渉パターンを引き起こす高次信号は対物レンズのＮＡの外側にあって瞳面内にはないため、これらの視野絞り７２０は不要である。視野絞り７２０はいかなる場合でも省略可能であるが、プロセス感度が増加するという不利益を伴うことに留意されたい。これは、大きい範囲の入射角が使用され、わずかに異なる入射角を有する光がわずかに異なるセンサ収差を被ることが理由である。
【００７２】
[0071]  図１０は、異なる「ユニバーサル」照明プロファイル８４８を用いた別の位置測定装置を示す。角度範囲を低減し、図９（ａ）に示す問題の幾つかを回避し、同時に光の過度の消耗を回避するために、幾つかの四重レンズ８０２及び８０４を用いて入射放射線をプロファイル８０６を有する４つの輝点に集中させる。これらのスポットはスポットミラー８１０によって合致し、対物レンズ６２４の瞳面Ｐに所望の照明プロファイル８４８が形成される。プロファイル８４８内のスポットは２対であり、各対において１８０°対称である。各対は互いに９０°の位置にあり、Ｘ及びＹ軸に対して２２．５°の位置にある。スポットはプロファイル６４８の環状セグメントよりも小さく、これによって、異なる次数の信号間の干渉のリスクが低減する。スポットは、瞳面内の径方向距離と角度範囲とが制限されている。例えば、各スポットは、瞳の径方向距離の２０％未満、１０％未満又は５％未満の径方向距離を有してもよい（このことから、図面が正確な縮尺図ではないことが分かる）。厳密に言うならば、照明の径方向距離は１ミリメートル未満、例えば、０．５ｍｍ前後であるが、一方、瞳のサイズは１〜５ｃｍ程度である。各スポットは光軸上にはなく、光軸（Ｚ軸）から瞳の径方向に０．５、０．６、０．７．０．８又は０．９よりも遠くにある。各スポットの角度範囲は１０°未満又は５°未満であってもよい。
【００７３】
[0072]  Ｘ、Ｙ及びＸＹマークについて、高次スポットが回折放射線場内にある方向がプロファイル８４８上の白い点線で示されている。次に、照明プロファイル８０６は以下の特性を有する。（ｉ）各スポットは径方向距離及び角度範囲が制限され、（ｉｉ）各スポット対内で、スポットは、Ｘ、Ｙ又はＸＹマークの周期性のいずれかの方向を横切る方向に互いにオフセットされている。したがって、これらの回折方向に沿って並ぶ高次スポットは、少なくとも放射場の中央部分では互いに干渉しない。特に粗いマークを測定する場合、既述の例と同様に調整可能な視野絞り７２０を提供できる。
【００７４】
[0073]  図５〜図１０を参照する上記の例は、光の損失が制限（約４倍）された小さいピッチのアライメントマークを測定する能力を追加しながら、現在のアライメントセンサの検出器側をそのままで離れることができるという利点を有する。図１０の構成は、最小ピッチに関しては多少妥協している。これは、照明スポットが周期性の方向に関してそのような極限位置にないからである。そうは言うものの、検出器アレイを用いて瞳ベースの検出を実行することは依然として可能である。この１つの利点は、アライメントセンサを用いて角度分解スキャトロメトリを実行できるということである。例えば、専用のスキャトロメータは、より広範囲の入射角を用いてそのような測定をよりよく実行できるが、別個のメトロロジーツール内ではなく、リソグラフィツール内にあるアライメントセンサハードウェアを用いてそのような測定を実行できることの利点もある。
【００７５】
[0074]  最後に、上記の図４、図７、図８及び図１０に示す例で、干渉計の周囲で実際に必要な幾つかの偏光素子を省略している。これは、この考え方の説明を簡単化するのに過ぎない。実際の実施態様では、それらを含む必要がある。さらに、マークタイプに従って様々な偏光を用いて測定を行い、及び／又は各マーク上で複数の偏光を用いて測定を行なうことが通例である。所望の偏光を達成するフィーチャは当業者には明らかであろう。
【００７６】
[0075]  図１１以降に、単一の「妥協」照明プロファイル内のすべてのマークタイプをカバーしようとすることなく、図５及び図６に示す照明パターンの原理に基づいて位置測定装置の例を説明する。それらの装置によって、各マークタイプについて「理想的な」照明プロファイルを選択でき、視野絞りの回転又は視野絞りのコンポーネントの交換を回避することができる。またこの装置は、アキシコン及び組みレンズに関連付けられた費用と製造上の困難を回避する。これらのコンポーネントの代わりに、上記の別の例は、プリズムを用いたオフアクシススポットを生成する。特に、位置測定それ自体で使用されるのと同じタイプの自己参照干渉計は、短いコヒーレンス長又は時間を有する放射線から対称のコヒーレントスポットの対を生成する方法を提供する。各対内のスポットの偏光が両方共合致し選択可能であることを確実にする特別の技術及び／又はコンポーネントが提示される。これらの技術について説明する。
【００７７】
[0076]  図１１は、マークタイプによる様々なモードで使用可能な装置、すなわち、照明支線内の自己参照干渉計を用いたオフアクシス照明を可能にする偏光提案アセンブリの概略図を示す。この装置について、まず光軸Ｏのみを示し、ビームを示さずに説明する。次いで、装置の主要コンポーネントの参照番号は先行する図で使用された参照番号に対応するが、この例では従来とは異なるコンポーネントでは接頭辞が「９」である。したがって、以下に詳述する特別の特性を有する照明サブシステム９４０が示されている。基本的に変更がないコンポーネントは、ビームスプリッタ６５４、瞳面Ｐを有する対物レンズ６２４及び自己参照干渉計６２８である。干渉計６２８は放射線場を２つの等しい部分に分割し、それらの部分を互いに対して１８０°回転させ、それらの部分を再び出射ビーム６８２に結合させる。干渉計は従来の例と比較してわずかに異なるように描かれているが、いずれの例でも、これは複雑な３次元形状の２次元表現である。レンズ６８４は、全放射線場を図３の既知のアライメントセンサと同様の装置である検出器６３０上に合焦させる。
【００７８】
[0077]  図１１は、装置内に提供できる様々な光学的フィーチャを示す。位置測定に検出器６３０での空間分解は必要ないが、当然ながら別の目的のために提供することができる。図１１の装置は、情報搬送放射線の小部分をカメラ装置９３２内に偏向する追加のビームスプリッタ９３０を含む。このカメラは、角度分解スキャトロメトリ及びその他の目的のために、放射線の瞳面像を記録できる。別のオプションは、ビームスプリッタ６５４と対物レンズ６２４との間に四分の一波長板９３６を含むことである。この機能については後述する。
【００７９】
[0078]  上述したように、図１１の装置は、図５又は図６の（ａ）、（ｄ）及び（ｇ）に示す照明プロファイルを有する直接に選択可能な照明モードを実施するように設計されている。図示の例は、代替の偏光を有し、実質的に可動部品がないこれらのプロファイルのいずれかをさらに実施することができる。様々なコンポーネントが稼働してこれを達成する。最初に、照明源９４２はすべての利用可能な照明を、ビームスプリッタ６５４の下方の照明プロファイルに望まれる角度範囲及び径方向距離を実質的に有する微細スポット９４４内に集中させるように設計される。スポット９４４の位置は、光学系の入口瞳９５４内で移動可能であり、移動でき、又はこの例では、本明細書で光源供給位置と呼ばれる９つの所定の位置から選択できる。これらは、瞳の周縁の周囲に４５°の間隔を空けた１〜８の符号が付いた位置、プラス中心位置である。切替可能な光ファイバはこれらを提供するのに好適であるが、複数の位置の間を物理的に移動する単一のファイバも考えられる。図５のすべての照明モードを生成するには、図から分かるように、実際には４つの光源供給位置しか必要でない（例えば、位置１〜４）。８つの位置を装備することで、以下に詳述するように、偏光子コンポーネントを動かすことなく２つの交代可能な偏光モードを選択できる。中心のスポットは、所望のときにオンアクシス照明を使用できるようにするためにのみ提供される。
【００８０】
[0079]  照明源９４２から現れる照明は単色光であってもよいが、通常は本来広帯域光、例えば、白色光である。知られているように、ビーム内の波長の多様性は測定の堅牢性を増加させる。しかしながら、本質的に広帯域光であるために、光源の放射線は短いコヒーレンス長を有する。光源供給位置１〜８はＸ、Ｙ及びＸＹ軸上に直接存在するのではなく、図５及び図６を参照して上述した理由でオフセットされている。希望があればそれらを各軸の上に配置することも可能である。そのようにしても、波長と格子ピッチとの一定の組合せでの各回折次数の信号間の干渉のリスクが導入されるだけである。
【００８１】
[0080]  照明システムの別のコンポーネントは、２分の１波長板９６０、プリズムデバイス９６２及び改良型２分の１波長板９６４である。例えば、プリズムデバイス９６２は自己参照干渉計６２８と同一であり、その結果、その位置が光源９４２で選択された単一のスポットの位置によって決定される互いに対向した１対のコヒーレントスポットを効果的に生成する。すなわち、好適な光源供給位置を選択することで、所望の１対の光源領域に放射を供給することができる。プリズムデバイス９６２を以後、「入射干渉計」９６２と呼んで、マークからの情報搬送放射線を処理する干渉計６２８と区別する。入射干渉計９６２は主軸が瞳のＸ及びＹ軸に整列し、４５°偏光放射線を供給されるとその回転及び結合機能を実行するように設計されている。２分の１波長板９６０は高速軸がＸ又はＹ軸に対して２２．５°の向きにあり、光源から発するＸ又はＹ時方向に偏光した放射線を４５°偏光放射線に変化させる役割を果たす。２分の１波長板の効果はゼロであり、入射光の偏光は高速軸に整列する。その他の点では、２分の１波長板の効果は、高速軸の方向に偏光を反射することである。４５°偏光が好適な設計の光源９４２から直接発せられたと仮定すると、板９６０は省略できるであろう。
【００８２】
[0081]  入射干渉計の下流に位置する改良型２分の１波長板９６４は、この用途のために特に設計されたが幅広い実用性がある新規のコンポーネントである。その新規のフィーチャは、光軸の周囲の異なる地点で高速軸の向きが異なるという点である。この例は、特に、一方の半分がＸ及びＹ軸の１つに平行の向きの高速軸を有し、一方、他方の半分は、Ｘ及びＹ軸に対して４５°の向きの高速軸を有するように分割線９６６を有する。より一般的には、第１の場所の高速軸が第１の場所に正反対の第２の場所の高速軸に対して４５°の向きであるということが板９６４の１つのフィーチャである。この条件はセグメント数を増やせば満たされるが、この例では、分割線９６６で十分である。分割線９６６はＹ軸に対して２２．５°の角度をなす。この角度を選択することで、分割線はあらゆる光源供給位置との干渉を回避し、改良板の製造を容易にする。特に、図示の分割板は、単一の均一な２分の１波長板を高速軸に対して２２．５°の線に沿って２つに切断し、一方の半分を裏返し、２つを再び重ね合わせることで形成できる。高速軸の向きが入射放射線の偏光方向に対して適切である限り、以下に詳述する機能を達成するためにＹ軸に対する２２．５５°の選択は任意である。オンアクシス照明を邪魔なく通過させるための穴９６８が光軸に形成される。各片が何らかの方法で互いに平行で光軸を中心とする好適な位置に保持されている限り、各片を重ね合わせる方法は重要でないことは言うまでもない。実際の実施形態では、各片を支持のための平面ガラス板に接合してもよく、又は入射干渉計９６２の出射面に直接に接合してもよい。
【００８３】
[0082]  ビームスプリッタ６５４では、スポットミラー９１０が８つの周辺位置にあってすべての所望のオフアクシススポット位置の役割を果たす。中心のスポットミラーが提供され、オンアクシス照明を用いた他のすべての動作モードを可能にする。これらのスポットの角度範囲及び径方向距離が極めて小さく、例えば、瞳の径方向距離の２〜５％であり、角度範囲も同様に小さい（例えば、１０又は５度未満、例えば、１〜３度）。例えば、瞳の直径が１ｃｍ〜３ｃｍの例示の装置では、各スポットは約０．５ミリメートルの直径を有していてもよい。
【００８４】
[0083]  以下の説明のために、図で様々な平面（１）〜（７）に符号が付いている。これらは物理的なコンポーネントではない。これらの平面の場所は重要ではない。何故なら、それらはすべての光線が平行であるはずの平面にあるからである。
【００８５】
[0084]  図１２（ａ）は、光源供給位置１が選択され照明される第１の照明モードで動作する図１１の装置を示す。このファイバのみをオンにすると、平面（１）に図１２（ｂ）に描く瞳面が生成される。点は照明の場所を示し、矢印は偏光の方向を示す。ビームが第１の２分の１波長板９６０に当たると、（２）に示すように、偏光は４５°回転する。次いでビームが入射干渉計９６２に進入し、そこで２つのコピーに分割され、各コピーは互いに対して１８０°回転して再結合される。したがって、（３）で、直交偏光した２つの光線が得られ、光線は２分の１波長板９６４に当たる。別々の波長板の間の界面９６６の向きは（３）の線で示されている。２分の１波長板の効果はゼロであり、入射光の偏光は高速軸に整列する。その他の点では、２分の１波長板の効果は高速軸の方向に偏光を反射することである。したがって、高速軸が入射偏光に対して４５°の場合、偏光は９０°回転する。右側の光線の偏光は分割された２分の１波長板９６４によって９０°回転するが、左側の光線の偏光は変化しない。これは、その偏光が高速軸に直交するからである。したがって、（４）に、Ｘマーク２０２を格子線に直交する偏光で照明するのに適した図５（ｄ）の照明プロファイルと同様の照明プロファイルが生成される。
【００８６】
[0085]  図１３は、Ｘマーク２０２を格子線に平行な偏光で照明するのに適した照明プロファイルを生成する方法を示す。このためには、図１３（ａ）に示すように、最下部のファイバ（光源供給位置５）をオンにするだけでよい。最下部のファイバをオンにすると、（１）に、図１３（ｂ）に示す瞳面が生成される。点内の矢印は偏光方向を示す。これは、光源供給位置１（図１２（ｂ）の（１）を参照）で得られるのと同じ偏光である。ビームが第１の２分の１波長板９６０に当たると、（２）に示すように、偏光は４５°回転する。次いで入射干渉計９６２に進入し、その出力が（３）に示される。ここでも互いに直交する２つの光線が示されている。光源供給位置１及び５は互いに正反対の位置にあるので、これらの光線は図１２（ｂ）と同じ位置にあるが、この場合は、偏光は図１２（ｂ）の（３）の偏光に直交している。
【００８７】
[0086]  これら２つの光線が２分の１波長板９６４に当たると（界面線の向きは（３）の線で示されている）、光線の偏光はやはり分割された２分の１波長板９６４によって９０°回転するが、（３）の左側の光線の偏光は変化しない。したがって、このようにして、Ｘマークを格子線に平行な偏光で照明するのに適した照明プロファイルが生成される。
【００８８】
[0087]  図１２及び図１３から、新規の照明システム９４０を用いて、光源放射線の偏光を変えるのではなく、光源供給位置を切り替えるだけで、両方の偏光内の所与のマークに適した照明プロファイルを生成する方法が分かる。光源放射線が極めて短いコヒーレンス長／時間を有する時であっても、２つのスポットは単一の入射光線から形成される。
【００８９】
[0088]  図１４は、（ａ）〜（ｈ）で、光源供給位置１〜８の適切な１つを選択することのみで、図５及び図６で提案した照明プロファイルのいずれかを生成する方法を示す。図１４（ａ）は図１２（ｂ）に対応し、図１４（ｂ）は図１３（ｂ）に対応する。これらの数字は漏れがないように繰り返しているだけである。ＸＹマークに関して、２つの光源供給位置が順に活性化され、図５（ｇ）に示す照明プロファイルの２対のスポットが達成される。ＸＹマークの異なる部分についての選択を図１４の（ｅ）／（ｆ）及び（ｇ）／（ｈ）に示す。
【００９０】
[0089]  図１１〜図１４は第１の照明源９４２によって平面（ｌ）内に設定され、平面（２）内で４５°回転する各光源供給位置での偏光を示す。平面（２）での所望の偏光が、放射線が照明源９４２から出現するときにすでに存在し、２分の１波長板９６０が省略できるような構成が可能である。各光源供給位置での所望の偏光を有する放射線の送達が、偏光を保存する既知のタイプの光ファイバを用いて調整できる。ファイバ端部を適切に回転させて搭載することで、所望の角度に偏光した放射線を各々の光源供給位置の第２の干渉計９６２へ送達することができる。
【００９１】
[0090]  上記で一度に１つの光源供給位置を照明することを提案したが、これには、例えば、２つの異なる偏光を用いて位置を測定したい場合、マークを２回以上スキャンする必要がある。また、ＸＹマークのスキャン中に照明モードを切り替える必要がある。２つの測定を同時に行なえるように光信号を多重化するオプションがある。同時に、照明モードを切り替えることなくＸＹマークの異なる部分をスキャンし測定できるように、多重化を適用できる。そのような多重化を実行する簡易な方法は、周波数分割多重化である。この技術で、各光源供給位置からの放射線は、位置情報を搬送する時間変動信号の周波数よりもはるかに高くなるように選択された特性周波数で変調される。そのような変調を用いて、２つの光源供給位置を活性化して、例えば、同じであるが偏光が異なる照明プロファイル（例えば、図１２及び図１３のような）を提供することができる。検出器６３０に到達する回折し処理された光信号は流体放射線の偏光の混合であるが、光源放射線のそれぞれの周波数に同調したフィルタを用いて電気的に分離できる。時分割多重化も使用できるが、光源と検出器との正確な同期が必要である。各周波数での変調は、例えば、単純な正弦波又は方形波である。
【００９２】
[0091]  位置センシング又はその他の形態のメトロロジーを問わず、マークを円偏光で照明したい場合、四分の一波長板９３６を挿入できる。これを図１１に光学的フィーチャとして示した。この方法は、直線偏光を円偏光に変換する（また元に戻す）効果がある。従来と同様に、正確な光源供給位置でファイバを活性化することで、スポットの位置が選択される。円偏光の方向（時計回り／反時計回り）は、図１４の異なる直線偏光の選択と同じ方法で、反対側の光源供給位置を選択することで偏光できる。
【００９３】
[0092]  図１５は、単一の照明ファイバを機械的に平行移動させて瞳面内の選択した位置まで移動させる代替構成を示す。この実施態様は、所定の選択のみではなく、任意の入射角から格子を照明できるという利点を有する。しかしながら、連続的に変化する位置を可能にするためには、ごく少数の画定位置に強力な反射型スポットミラーを配置する代わりに、ビームスプリッタ６５４全体を半透明にする必要がある。したがって、そのような装置は、測定エラー（また、その結果としてのリソグラフィプロセス内のアライメントエラー）の発生を回避する慎重な実施態様を必要とし、半透明のビームスプリッタを２回通過することで放射線の７５％が失われる。
【００９４】
[0093]  図１６は、図１１の装置の機能を有するが特別の分割された２分の１波長板９６４がない装置を示す。その代わりに、図示のように、高速軸がＸ又はＹ軸に対して２２．５°の方向を向いた簡易な２分の１波長板９７０が提供される。したがって、直交する偏光（（３）での）を有する１対の光線が入射干渉計９６２から出現する場合、２分の１波長板９７０は、その偏光が（４）に示すようになるようにそれらを４５°回転させる。マークの周期性に直交するか又はそれに平行な所望の代替の偏光を生成するために、（４’）に示すように、両方の偏光が整列した放射場を生む偏光子９７２が提供される。この後段に、偏光子を経た偏光を選択的に回転させる能動素子９７４が提供され、実際に望まれる選択可能な偏光が達成される。この能動素子は、例えば、電子的に制御される液晶であってもよく、又は回転可能な２分の１波長板であってもよい。
【００９５】
[0094]  別の代替策は、ＵＳ’１１６号に記載の変形形態である偏光ニュートラルの自己参照干渉計を使用することである。しかしながら、逆反射、５０％を超える光損失及び吸収を考慮に入れる必要がある。
【００９６】
[0095]  上記新規の位置測定装置の幾つかの利点をまとめると、
−小さいピッチのアライメントマークは、既存の自己参照干渉計及び検出器のノウハウとインフラストラクチャとを変更せずに測定できる。
−照明モードを変更することなくＸ、Ｙ，及びＸＹ格子の測定を可能にする幾つかの「ユニバーサル」照明プロファイルが示されている。より粗いマーク上の複数の回折次数の信号間の不要な干渉があるために、干渉計の後段の視野絞りをモード間で調整可能にすべきであるが、この視野絞りのアライメントは干渉計の前段のアパーチャのアライメントほどには重要でない。
−その他の例では、別の可動又は能動部品なしに、光源供給位置を変更するだけで選択できるマーク固有の照明モードが提供される。改良型２分の１波長板を使用して、このように偏光も切り替えることができる。大きい範囲、例えば、約１μｍ〜２０μｍ前後の大きい範囲のピッチを有するマークからアライメント信号を抽出できる。
−アライメントマークに関してサポートされる可能な最小ピッチがλ／ＮＡからほぼλ／２ＮＡまで短くなった。小ピッチアライメントマーク上で得られるアライメント信号は、マークの変形の影響を受けにくい。マークの変形は、一般的にウェーハの縁部でより目立つ。将来、４５０ｍｍのウェーハなどの大型基板の処理及び測定が予測されるときには、これらのエッジ効果は深刻さを増す。これらの効果は、小ピッチアライメントマークを使用することで低減できる。
−スポットミラーによって実施される照明スポット（より一般的には光源領域）を備える照明プロファイルは、１つのスポットのスポットミラーが反対側のスポットのゼロ次数信号の視野絞りとしての役割を果たすように１対として構成できる。
−照明プロファイルの生成中に限られた量の光子が失われる。幾つかの例では、照明システムに入射するほぼすべての光子が使用される。
−空間分解能力がある検出器を追加して、第１にアライメントセンサとして設計された（例えば、位置測定用）装置を拡張して瞳面検出ができるようになった。
これによって、入射角の範囲は制限されるが、角度分解スキャトロメトリ、ひいてはマークの再構築が可能になった。
【００９７】
非対称測定への応用
[0096]  ここまで説明したように、位置測定装置を用いて、例えば、図１に示すようなリソグラフィ装置内のアライメント位置を得ることができる。アライメントマークが非対称のときにはエラーが発生する。非対称アライメントマークによって引き起こされるアライメントエラーは、リソグラフィ装置の動作中の測定を用いたデバイス内のオーバレイエラーに寄与する。オフアクシス位置測定装置の動作方法を変更することで、以下に簡潔に説明するように、同じハードウェアを用いてマークの非対称性を直接測定できる。これは、リソグラフィ装置のアライメント中の非対称性によって引き起こされるアライメントエラーを測定し補正する可能性を提起する。
【００９８】
[0097]  図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、図１１の光学系内の（１）の照明入射（光源９４２）の偏光を調整して入射干渉計９６２のコピー及び回転挙動を「オフにする」効果を示す。上述したように、使用する特定の干渉計の特徴的挙動は、入射光線が４５°偏光することを必要とする。コピー及び回転挙動をオフにすると、今度は、オフアクシス照明が一方の側のみから入射する照明プロファイルが得られ、装置は＋１次信号と−１次信号との輝度を互いに別々に測定できる。図１７（ａ）及び図１７（ｂ）では、図１１の装置内の様々な平面（２）、（３）、（４）、（６）及び（７）のプロファイルが２つの異なる入射偏光について示されている。＋１次信号と−１次信号との輝度の差は非対称マークによって引き起こされる輝度非対称性の尺度である。非対称性の認識によって、対称の照明プロファイルが同様の処理を受けた同じ１つ以上のマーク上で使用されるときに装置によって測定される位置に補正を加えることができる。
【００９９】
[0098]  アライメントターゲットの最も正確な再構築に関し、広帯域、例えば、白色光源の使用を提案する。図１７では、１次信号が、スポットではなく、波長による高次回折次数信号の拡散の効果である長いスペクトルとして、（６）及び（７）に示されている。入射偏光方向は、偏光を回転させる能動コンポーネントを追加することで調整できる。従来と同様に、適切な光源供給位置、必要であれば、適切な視野絞りを選択することで、Ｘ、Ｙ及びＸＹマーク上の輝度の非対称性を同様の方法で決定できる。非対称性測定及び補正は、図７〜図９の装置を好適に改良して上記第１及び第２の光源領域の一方からの放射線を同時に使用することで可能になる。
【０１００】
[0099]  アライメントセンサを制御し、それによって検出される信号を処理し、これらの信号からリソグラフィパターニングデバイスの制御の際に使用するのに適した位置測定値を計算する処理ユニットＰＵは、詳細は割愛するが、ある種のコンピュータアセンブリを含むのが通常である。コンピュータアセンブリは装置外部の専用コンピュータであってもよく、アライメントセンサ専用の処理ユニットであってもよく、又はリソグラフィ装置全体を制御する中央処理装置ＬＡＣＵであってもよい。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含むコンピュータプログラムプロダクトをロードするように構成できる。その結果、コンピュータプログラムプロダクトがダウンロードされると、コンピュータアセンブリはアライメントセンサＡＳを用いてリソグラフィ装置の使用を制御することができる。
【０１０１】
[00100]  本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導及び検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造である。このような代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが、当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジーツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。
【０１０２】
[00101]  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、文脈によっては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合せを印加することでレジストは硬化する。パターニングデバイスはレジストから取り除かれ、レジストが硬化すると、内部にパターンが残される。
【０１０３】
[00102]  本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を包含する。
【０１０４】
[00103]  「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電気型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、又はそれらの組合せを指すことができる。
【０１０５】
[00104]  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）の形態をとることができる。
【０１０６】
[00105]  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。
【図１】
0005873212.tif 000002
【図２（ａ）】
0005873212.tif 000003
【図２（ｂ）】
0005873212.tif 000004
【図３】
0005873212.tif 000005
【図４】
0005873212.tif 000006
【図５】
0005873212.tif 000007
【図６】
0005873212.tif 000008
【図７】
0005873212.tif 000009
【図８】
0005873212.tif 000010
【図９（ａ）】
0005873212.tif 000011
【図９（ｂ）】
0005873212.tif 000012
【図９（ｃ）】
0005873212.tif 000013
【図９（ｄ）】
0005873212.tif 000014
【図１０】
0005873212.tif 000015
【図１１】
0005873212.tif 000016
【図１２（ａ）】
0005873212.tif 000017
【図１２（ｂ）】
0005873212.tif 000018
【図１３（ａ）】
0005873212.tif 000019
【図１３（ｂ）】
0005873212.tif 000020
【図１４（ａ）】
0005873212.tif 000021
【図１４（ｂ）】
0005873212.tif 000022
【図１４（ｃ）】
0005873212.tif 000023
【図１４（ｄ）】
0005873212.tif 000024
【図１４（ｅ）】
0005873212.tif 000025
【図１４（ｆ）】
0005873212.tif 000026
【図１４（ｇ）】
0005873212.tif 000027
【図１４（ｈ）】
0005873212.tif 000028
【図１５】
0005873212.tif 000029
【図１６（ａ）】
0005873212.tif 000030
【図１６（ｂ）】
0005873212.tif 000031
【図１７（ａ）】
0005873212.tif 000032
【図１７（ｂ）】
0005873212.tif 000033