(57)【要約】リソグラフィ装置（ＬＡ）のアライメントセンサ（ＡＳ）において、位置センシング放射（２２２）をターゲット（Ｐ１）に送出する。ターゲットからの反射又は回折の後、位置センシング放射（２２６）を処理して（２２８、３３６、３３８）、ターゲットの位置を決定する。基準放射（３６２）が位置センシング放射（２２６）と干渉すると共に、基準放射と位置センシング放射との間に相対位相変調が適用される。干渉放射は、適用された位相変調によって規定される時間変動成分を含む。干渉放射は２つの光検出器（３３８ａ、３３８ｂ）に送出され、各光検出器は、他方の光検出器で受信されたものと逆位相の時間変動成分を受光する。光検出器からの差信号（ｉ（ｔ））は、時間変動成分を増幅して低ノイズにしたものを含む。これはターゲットの位置決定において用いられる。モードマッチングによって干渉を強化する。表面散乱放射は除去される。【選択図】図５
2019503504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置センシング放射をターゲットに送出するための照明光学系と、
前記ターゲットからの反射又は回折の後、前記位置センシング放射を集光するための集光光学系と、
前記集光された位置センシング放射を受光し、前記集光された位置センシング放射を処理して前記ターゲットの位置を決定するための位置信号処理システムと、を備え、
前記位置信号処理システムは更に、基準放射を前記集光された位置センシング放射と干渉させることによって干渉放射を与えるための基準ビームデリバリシステムを備え、
前記基準放射と前記位置センシング放射との間に相対位相変調を適用して、前記適用された位相変調によって規定された時間変動成分を前記干渉放射が含むようにし、
前記位置信号処理システムは、（ｉ）前記干渉放射を２つの光検出器に送出して各光検出器が前記干渉放射の部分を受光するように構成された光学信号分割機構であって、各部分は他方の光検出器で受光された部分とは逆位相の前記時間変動成分を有する、光学信号分割機構と、（ｉｉ）前記２つの光検出器からの差信号を受信すると共に、前記適用された位相変調を参照して前記差信号の時間変動成分を抽出するように配置された検出器と、を含む、
位置センシング機構。
【請求項２】
前記２つの光検出器は、いかなる増幅又は変換にも先立って前記差信号を発生するように直列に接続されている、請求項１に記載の機構。
【請求項３】
前記位置信号処理システムは
自己参照干渉計を含む、請求項１又は２に記載の機構。
【請求項４】
前記基準ビームデリバリシステムは、前記基準放射における回折信号を特定のターゲットの回折信号とマッチングさせるためのモードマッチングデバイスを含む、請求項３に記載の機構。
【請求項５】
前記モードマッチングデバイスは、前記ターゲットの形態とマッチングする形態を有する基準構造を含む、請求項４に記載の機構。
【請求項６】
前記モードマッチングデバイスは、異なるターゲットとマッチングするように選択可能である複数の基準構造を含む、請求項５に記載の機構。
【請求項７】
前記集光光学系は、対物レンズを含み、
前記モードマッチングデバイスは、前記集光光学系の前記対物レンズとマッチングする対物レンズを更に含む、請求項５又は６に記載の機構。
【請求項８】
前記位置信号処理システムは、前記ターゲットにより発生された軸外回折信号を受信すると共に前記軸外回折信号を軸上光学位置信号に再結合するように配置された基準要素を含む、請求項１又は２に記載の機構。
【請求項９】
前記照明系は、軸外回折信号を発生させるように配置された基準要素を含み、この軸外回折信号は次いで前記ターゲットによって軸上位置信号に再結合される、請求項１又は２に記載の機構。
【請求項１０】
前記基準ビームデリバリシステムは、特定の回折角のみの集光放射との干渉を引き起こし、これによって他の角度で前記ターゲット表面により散乱された放射との干渉を回避するように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１１】
前記位置信号処理システムは、前記ターゲットに対する前記集光光学系の複数の位置で集光された前記位置センシング放射を用いて前記位置を決定するように配置されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１２】
前記位置信号処理システムは、前記ターゲットに対する前記集光光学系のスキャン移動中に集光された前記位置センシング放射を用いて前記位置を決定するように配置されている、請求項１１に記載の機構。
【請求項１３】
前記位置センシング放射及び前記基準放射は、１以上のコヒーレント放射源から得られた放射を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１４】
前記位置センシング放射は、第１の波長範囲を有する第１の位置センシング放射と、第２の波長範囲を有する第２の位置センシング放射と、を含み、
前記基準放射は、実質的に前記第１の波長範囲を有する第１の基準放射と、実質的に前記第２の波長範囲を有する第２の基準放射と、を含み、
前記第１の基準放射及び第１の位置センシング放射には第１の適用された位相変調が与えられ、前記第２の基準放射及び第２の位置センシング放射には第２の適用された位相変調が与えられて、前記位置信号処理システムで検出された前記干渉放射が前記第１の適用された位相変調に対応する第１の時間変動成分及び前記第２の適用された位相変調に対応する第２の時間変動成分を含むようになっており、
前記位置信号処理システムは、前記第１及び第２の適用された位相変調の双方を参照して動作可能である１つ以上の検出器を含み、前記位置を決定するため前記第１及び／又は第２の位置センシング放射のどちらを用いるかを選択するように動作可能である、請求項１から１３のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１５】
前記基準ビームデリバリシステムは、前記基準放射の強度を調整可能に低減させるための１つ以上の調整可能減衰器を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１６】
前記又は各適用された位相変調によって前記位置センシング放射と前記基準放射との間に相対周波数シフトが生じ、前記干渉放射における前記時間変動成分は前記相対周波数シフトに対応する特性周波数を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１７】
アライメントセンサが請求項１から１６のいずれか一項に記載の位置センシング機構を含むリソグラフィ装置であって、
基板に提供されたターゲットに対して前記位置センシングシステムを用いて実行された位置測定に応答して前記基板に対するパターンの適用を制御するための機構を更に備える、リソグラフィ装置。
【請求項１８】
（ａ）位置センシング放射をターゲットに送出することと、
（ｂ）前記ターゲットからの反射又は回折の後、前記位置センシング放射を集光することと、
（ｃ）前記集光された位置センシング放射を処理して前記ターゲットの位置を決定することと、を含み、
前記ステップ（ｃ）は、
（ｃ１）基準放射を前記集光された位置センシング放射と干渉させると共に、前記基準放射と前記位置センシング放射との間に相対位相変調を適用して、前記適用された位相変調によって規定された時間変動成分を前記干渉放射が含むようにするステップと、
（ｃ２）前記干渉放射を２つの光検出器に送出して各光検出器が前記干渉放射の部分を受光するようにするステップであって、各部分は他方の光検出器で受光された部分とは逆位相の前記時間変動成分を有する、ステップと、
（ｃ３）前記２つの光検出器からの差信号を受信し、前記適用された位相変調を参照して前記差信号の時間変動成分を抽出するステップであって、前記抽出された時間変動成分は前記ターゲットの前記位置の決定において用いられる、ステップと、
を含む、位置センシング方法。
【請求項１９】
前記２つの光検出器は、いかなる増幅又は変換にも先立って前記差信号を発生するように直列に接続されている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記集光された位置センシング放射は、自己参照干渉計を用いて処理される、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
基準放射は、前記基準放射における回折信号が特定のターゲットの回折信号とマッチングするように送出される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記基準放射は、前記ターゲットの形態とマッチングする形態を有する基準構造を介して送出される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
異なるターゲットとマッチングさせるため異なる形態を有する複数の基準構造から前記基準構造を選択することを予備ステップとして更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記回折された放射は、第１の対物レンズを介して集光され、
前記基準放射は、マッチングしている第２の対物レンズを介して送出される、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ターゲットにより発生された軸外回折信号を受信すると共に前記軸外回折信号を軸上光学位置信号に再結合するように基準要素が配置されている、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記ターゲットとの相互作用に先立って前記位置センシング放射における軸外回折信号を発生させるように基準要素が配置され、
前記軸外回折信号は、次いで前記ターゲットによって軸上位置信号に再結合される、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記基準放射は、特定の回折角のみの集光放射と干渉し、これによって他の角度で前記ターゲット表面により散乱された放射との干渉を回避するように配置されている、請求項１８から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記位置センシング放射は、前記ターゲットに対する前記集光光学系の複数の位置で集光される、請求項１８から２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記位置は、前記ターゲットに対する前記集光光学系のスキャン移動中に集光された前記位置センシング放射を用いて決定される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記位置センシング放射及び前記基準放射は、１以上のコヒーレント放射源から得られた放射を含む、請求項１８から２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記位置センシング放射は、第１の波長範囲を有する第１の位置センシング放射と、第２の波長範囲を有する第２の位置センシング放射と、を含み、
前記基準放射は、実質的に前記第１の波長範囲を有する第１の基準放射と、実質的に前記第２の波長範囲を有する第２の基準放射と、を含み、
前記第１の基準放射及び第１の位置センシング放射には第１の適用された位相変調が与えられ、前記第２の基準放射及び第２の位置センシング放射には第２の適用された位相変調が与えられて、前記干渉放射が前記第１の適用された位相変調に対応する第１の時間変動成分及び前記第２の適用された位相変調に対応する第２の時間変動成分を含むようになっており、
前記ステップ（ｃ３）は、前記第１及び第２の適用された位相変調の一方又は双方を参照して実行されて、前記位置を決定するため前記第１及び／又は第２の位置センシング放射のどちらを用いるかを選択する、請求項１８から３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記基準放射の強度を調整して光学位置センシング信号の光学増幅を調整することを更に含む、請求項１８から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記又は各適用された位相変調によって前記位置センシング放射と前記基準放射との間に相対周波数シフトが生じ、前記干渉放射における前記時間変動成分は前記相対周波数シフトに対応する特性周波数を含む、請求項２８から３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
請求項２８から３３のいずれか一項に記載の位置センシング方法を用いて基板上のターゲットの位置を測定することと、
前記位置測定を用いることに応答して基板に対してパターンを適用することと、
を含む、デバイスを製造する方法。
【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、２０１６年１月１９日に出願された欧州特許出願第１６１５１９３１．９号の優先権を主張する。この出願は参照により全体が本願に含まれる。
【０００２】
[0002]  本発明は、光学系に基づく位置センシング機構に関する。本発明は、例えばリソグラフィ技法によるデバイスの製造において使用できるインスペクション装置及びリソグラフィ装置に適用され得る。
【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。このような場合、代替的にマスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば１つ又は幾つかのダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。基板に連続するターゲット部分でパターンを繰り返すために、ステップ及び／又はスキャン動作が関与し得る。パターンを基板上にインプリントすることによって、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。
【０００４】
[0004]  リソグラフィプロセスでは、例えばデバイスにおける２つの層間のような異なるパターニングステップで形成されたパターン間の適正なアライメントを保証するため、基板上で極めて正確な位置測定を行う必要がある。回折及び干渉のような光学現象を用いて、基板上に形成されたアライメントマークから位置情報を得る高精度の位置センサが開発されている。位置センサの１つのタイプは、例えばＵＳ２００４０３３４２６Ａ１号に記載されている自己参照干渉計に基づくものである。位置センサの様々な機能強化及び変更が開発されており、例えばＵＳ２０１５２６１０９７Ａ１号に開示されている。また、変更されたアライメントマークも開発されており、例えばＵＳ２００９１９５７６８Ａ１号に開示されている。これらの公報の内容は参照により本願に含まれる。本開示はこの特定のタイプの干渉計に限定されない。
【０００５】
[0005]  多くの適用例では、基板及びアライメントマークの光学特性によって、高品質の信号を得ることが難しくなる。例えば、製造プロセスが進むにつれて、様々な材料層の下に埋まったアライメントマークを読み取ることが必要となり得る。位置センシング機構の光学系内の光検出器によって得られる光電流は極めて弱く、電子ノイズと区別することは難しい。最先端のリソグラフィ装置で採用されているセンサは、最良の品質の信号を得るためにいくつかの技法を用いている。例えば、様々な異なる波長及び偏光の放射から選択を行って、アライメントマークの上に重なった複数の層に最も貫通するものを見出している。それにもかかわらず、精度に対する要求はますます厳しくなり、一方で測定対象の構造はいっそう複雑になっている。信号品質を改善する１つの方法は、より長い時間をかけて測定を行うことである。しかしながら、商用リソグラフィ装置では極めて高いスループットを維持する必要があるため、これは望ましくないことがある。
【０００６】
[0006]  他のタイプの位置センサも既知であり、本開示の主題である。一例は、ＵＳ６２９７８７６Ｂ１号（Ｂｏｒｎｅｂｒｏｅｋ等）に開示されているようなＡＴＨＥＮＡセンサ、及び、ＵＳ６２８５４５５Ｂ１号（Ｓｈｉｒａｉｓｈｉ）に開示されているようなレーザ干渉アライメント（ＬＩＡ）センサである。
【０００７】
[0007]  非関連分野である量子光学分野において、高い検出帯域幅で単一光子イベントを極めて高感度で検出することが可能である平衡ヘテロダイン（ｂａｌａｎｃｅｄ  ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ）検出技法が開発されている。こういった技法は例えば、Ｕ  Ｌｅｏｎｈａｒｄｔの発表「Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｔｈｅ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｌｉｇｈｔ」（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ（１９９７））、Ｓ  Ｒ  Ｈｕｉｓｍａｎ等、Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ，．  ３４、ｐ２７３９（２００９）、及び、Ａ  Ｉ  Ｌｖｏｖｓｋｙ  ａｎｄ  Ｍ  Ｇ  Ｒａｙｍｅｒ、Ｒｅｖ．  Ｍｏｄ．  Ｐｈｙｓ．，  ８１，  ｐ２９９（２００９）に記載されている。これらの発表の内容は参照により本願に含まれる。この文脈において「帯域幅（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）」は、処理されている信号を得るために使用される放射の帯域幅でなく、処理されている信号の帯域幅に関する。
【発明の概要】
【０００８】
[0008]  本発明者等は、平衡ヘテロダイン検出技法を適用することによって位置センシング機構における精度向上が得られることを認識した。
【０００９】
[0009]  第１の態様における本発明は、
−位置センシング放射をターゲットに送出するための照明光学系と、
−ターゲットからの反射の後、位置センシング放射を集光するための集光光学系と、
−集光された位置センシング放射を受光し、集光された位置センシング放射を処理してターゲットの位置を決定するための位置信号処理システムと、を備え、
位置信号処理システムは更に、基準放射を集光された位置センシング放射と干渉させることによって干渉放射を与えるための基準ビームデリバリシステムを備え、
基準放射と位置センシング放射との間に相対位相変調を適用して、適用された位相変調によって規定された時間変動成分を干渉放射が含むようにし、
位置信号処理システムは、（ｉ）干渉放射を２つの光検出器に送出して各光検出器が干渉放射の部分を受光するように構成された光学信号分割機構であって、各部分は他方の光検出器で受光された部分とは逆位相の時間変動成分を有する、光学信号分割機構と、（ｉｉ）２つの光検出器からの差信号を受信すると共に、適用された位相変調を参照して差信号の時間変動成分を抽出するように配置された検出器と、を含む、
位置センシング機構を提供する。
【００１０】
[0010]  本発明は、既存の位置センシング機構の物理的原理を変化させることなく、位置センシング機構の部分的な変更によって適用することができる。変えるのは、位置センシング機構内の基準ビームの送出及び光学信号の検出法である。
【００１１】
[0011]  本発明の一部として２つの光検出器について具体的に言及したが、追加の光検出器を有する実施形態を除外することは意図していない。これらは、位置センシング機構の一部として単独で又は対にして提供され得る。こういった追加の検出器は、最終的な位置測定を行うため、上記の２つの検出器からの信号と組み合わせて使用される信号を与えることができる。そのような変形は、上述し、以下でも説明される本発明の原理から逸脱しない。
【００１２】
[0012]  適用される位相変調の一例として、線形位相変動を適用することができる。位相シフトを線形に増大又は低減させると、位置センシング放射と基準放射との間に一定の相対周波数シフトが生じる。この周波数シフトによって、相対周波数シフトに対応した特性周波数を有する時間変動成分が干渉放射に生じる。例えばロックイン増幅器又はスペクトル解析器のような特定のスペクトル成分を選択するデバイスを用いて、光学系及び電子システムにおける他の信号から及びノイズから所望の位置信号を高品質で分離することができる。
【００１３】
[0013]  特定の実施形態において、位置センシング放射は、第１の波長範囲を有する第１の位置センシング放射と、第２の波長範囲を有する第２の位置センシング放射とを含み、基準放射は、実質的に第１の波長範囲を有する第１の基準放射と、実質的に第２の波長範囲を有する第２の基準放射と、を含み、第１の基準放射及び第１の位置センシング放射には第１の適用された位相変調が与えられ、第２の基準放射及び第２の位置センシング放射には第２の適用された位相変調が与えられて、位置信号処理システムで検出された干渉放射が第１の適用された位相変調に対応する第１の時間変動成分及び第２の適用された位相変調に対応する第２の時間変動成分を含むようになっており、位置信号処理システムは、第１及び第２の適用された位相変調の双方を参照して動作可能である１つ以上の検出器を含み、位置を決定するため第１及び／又は第２の位置センシング放射のどちらを用いるかを選択するように動作可能である。
【００１４】
[0014]  本発明は更に、アライメントセンサが前出の請求項のいずれかに記載の位置センシング機構を含むリソグラフィ装置を提供する。リソグラフィ装置は、基板に提供されたターゲットに対して位置センシングシステムを用いて実行された位置測定に応答して基板に対するパターンの適用を制御するための機構を更に備える。
【００１５】
[0015]  本発明は更に、
（ａ）位置センシング放射をターゲットに送出することと、
（ｂ）ターゲットからの反射又は回折の後、位置センシング放射を集光することと、
（ｃ）集光された位置センシング放射を処理してターゲットの位置を決定することと、を含み、
ステップ（ｃ）は、
（ｃ１）基準放射を集光された位置センシング放射と干渉させると共に、基準放射と位置センシング放射との間に相対位相変調を適用して、適用された位相変調によって規定された時間変動成分を干渉放射が含むようにするステップと、
（ｃ２）干渉放射を２つの光検出器に送出して各光検出器が干渉放射の部分を受光するようにするステップであって、各部分は他方の光検出器で受光された部分とは逆位相の時間変動成分を有する、ステップと、
（ｃ３）２つの光検出器からの差信号を受信し、適用された位相変調を参照して差信号の時間変動成分を抽出するステップであって、抽出された時間変動成分はターゲットの位置の決定において用いられる、ステップと、
を含む、位置センシング方法を提供する。
【００１６】
[0016]  本発明は更に、上述された本発明による位置センシング方法を用いて基板にパターンを適用するデバイス製造方法を提供する。
【００１７】
[0017]  本発明のこれら及び他の特徴及び利点は、以下で述べる例の詳細な記載を検討することから、当業者には明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
[0018]  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。
【００１９】
【図１】本発明をアライメントセンサとして適用することができるリソグラフィ装置を示す。
【図２】既知のリソグラフィ装置における位置センシング機構の形態及び動作原理を概略的に示す。
【図３】本発明の一実施形態に従って平衡ヘテロダイン検出が適用される、変更された位置センシング機構における光学信号処理を概略的に示す。
【図４】図３の変更された位置センシング機構における電子信号処理を示す。
【図５】図２の位置センシング機構の変更を実装する光学系を概略的に示す。
【図６】複数の波長と共に動作する実施形態における電子信号処理の代替的な形態を示す。
【図７】本発明の別の実施形態における平衡ヘテロダイン検出の適用を概略的に示す。
【図８】本発明の別の実施形態における平衡ヘテロダイン検出の適用を概略的に示す。
【図９】図３の位置センシング機構における信号ビームと基準ビームとのモードマッチングの問題を示す。
【図１０】モードマッチングが改善された、別の変更された位置センシング機構における光学信号処理を概略的に示す。
【図１１】図１０の別の変更された位置センシング機構を実装する光学系を概略的に示す。
【図１２】図１１の光学系における基準ターゲット（ｆｉｄｕｃｉａｌ  ｔａｒｇｅｔ）アセンブリを示す。
【図１３】図１０から図１２の実施形態におけるフィルタリングの利点を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[0019]  図１は、リソグラフィ装置を概略的に示す。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成され、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成され、特定のパラメータに従って基板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）ＷＴと、
−  パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与さ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）ＰＬと、
を備える。
【００２１】
[0020]  照明システムは、放射を誘導し、整形し、又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらの任意の組み合わせなどの様々なタイプの光学コンポーネントを含むことができる。
【００２２】
[0021]  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。支持構造は、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電気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。
【００２３】
[0022]  本明細書において使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを付与するために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに付与されるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。
【００２４】
[0023]  パターニングデバイスは透過性又は反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）位相シフトマスク、ハーフトーン型（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）位相シフトマスクのようなマスクタイプ、更には様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例として、小型ミラーのマトリクス配列を使用し、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付与する。
【００２５】
[0024]  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、磁気光学システム、電磁気光学システム及び静電気光学システム、又はその任意の組み合わせを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これは更に一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。
【００２６】
[0025]  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。
【００２７】
[0026]  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、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工程を実行することができる。
【００２８】
[0027]  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やすための分野では周知である。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。
【００２９】
[0028]  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の助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤと共に放射システムと呼ぶことができる。
【００３０】
[0029]  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ためのアジャスタＡＤを備えていてもよい。一般に、イルミネータの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒ及びσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調節することができる。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、その断面にわたって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。
【００３１】
[0030]  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ン形成される。マスクＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＬを通過し、投影システムＰＬ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及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２−Ｄエンコーダ又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴを、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）の助けにより実現できる。同様に、基板テーブルＷＴ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（スクライブラインアライメントマークとして周知である）。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。
【００３２】
[0031]  図示のリソグラフィ装置は、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．ステップモードでは、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームに付与されたパターン全体が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ＷＴ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．スキャンモードでは、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに付与さ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ＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＬ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ＷＴ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ＷＴを移動させる毎に、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利用できる。
【００３３】
[0032]  上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。
【００３４】
[0033]  本開示の概念を紹介するため、差し当たり、アライメントセンサＡＳは概ね、導入部で言及したＵＳ６９６１１１６号に記載された形態のものであると仮定する。各アライメントマーク（図１の例ではＰ１、Ｐ２）は、基板に適用されているか又は基板内にエッチングされている製品層又は他の層に形成された一連のバーを含む。これらのバーは規則的に離間し、格子ラインとして機能するので、このマークは周知の空間周期（ピッチ）を有する回折格子と見なすことができる。これらの格子ラインの向きに応じて、マークは、Ｘ方向又はＹ方向における位置の測定を可能とするように設計できる。別の既知のタイプのマークは、Ｘ軸及びＹ軸の双方に対して４５度に配置されたバーを有する。特許出願公開第ＵＳ２００９１９５７６８Ａ号に記載されている技法を用いて、Ｘ及びＹを組み合わせた測定を実行することができる。他のタイプのアライメントセンサに基づく例について、以下で更に説明する。
【００３５】
[0034]  図２は、本開示の一実施形態を形成するように適合できる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、１以上の波長の放射のビーム２２２を提供し、これはスポットミラー２２３によって、対物レンズ２２４を通り、基板Ｗ上に位置するマークＰ１等のマークに送出される。
【００３６】
[0035]  マークＰ１によって散乱すなわち回折された放射は、対物レンズ２２４によって捕捉され、情報伝達ビーム２２６にコリメートされる。この実施形態では上述のＵＳ１１６号に開示されているタイプの自己参照干渉計２２８である放射処理要素は、ビーム２２６と干渉する。干渉ビーム２３０が半波長板２３２を介して偏光ビームスプリッタ２３４に送出される。偏光ビームスプリッタ２３４は第１の光学位置信号２３６を光検出器２３８に送出する。光検出器は単一の要素であるか、又は所望の場合には多数の画素を含むことも可能である。同様に、第２の光学位置信号２４０は、既知の方法で信号強度の正規化を可能とする第２の光検出器（図示せず）に送出することができる。
【００３７】
[0036]  実際の実施形態には、ここで詳しく記載する必要のない追加コンポーネントが含まれ得ることは、当業者には認められよう。例えば、半波長板２３２よりも前段にバビネソレイユ位相補償板（Ｂａｂｉｎｅｔ−Ｓｏｌｅｉｌ  ｐｈａｓｅ  ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）が使用され得る。
【００３８】
[0037]  スポットミラー２２３は、照明源からの放射を対物レンズへ向けるように機能するだけでなく、マークによって反射されたゼロ次放射を阻止することで、情報伝達ビーム２２６がマーク２０２によって回折された放射の高次信号のみを含むように機能する。この結果、２４２に示すように、検出器２３８に合焦される前の第１の光学位置信号２３６のプロファイルは、瞳内で反対側の位置に２つの一次回折スポットを含み得る。これらの回折スポットが組み合わされて検出器２３８で干渉すると、格子に対する位置に応じて周期的に変動する光学信号が得られる。増幅器２４４は、光検出器２３８からの強度信号を増幅し、これらを処理ユニット２４８に供給する。
【００３９】
[0038]  グラフ２５０は、光検出器２３８から得られた強度信号Ｉ（ｘ）のＸ方向アライメントマークに対する関係を位置Ｘの関数として概略的に示す。例えば線形スキャン移動を実行することによって、アライメントマークに対して様々な位置にスポットＳが置かれると、強度信号においてこの周期的な曲線が描かれる。自己参照干渉計２２８における光学処理と処理ユニット２４８における計算処理を組み合わせることによって、基準フレームＲＦに対する基板上のＸ位置及びＹ位置の値Ｐが出力される。様々な周期性を有するマークをスキャンして、明確な位置測定を得る。処理ユニット２４８は図１に示されている制御ユニットＬＡＣＵとは別のものであり得るか、又はそれらは同一の処理ハードウェアを共有し得る。これは設計上の好みと便宜上の問題である。処理ユニット２４８が別のものである場合、信号処理の一部は処理ユニット２４８及びユニットＬＡＣＵ内の別の部分において実行できる。
【００４０】
[0039]  導入部で述べたように、場合によっては、光学信号が弱いために、増幅された光電流は、放射の固有ショットノイズ及び検出器の電子ノイズのような様々なノイズ源に支配される可能性がある。この結果、位置測定の精度は低下する。本明細書に開示されるのは、平衡ヘテロダイン検出原理を適用していっそう強力な放射信号を得る、変更された位置センシング機構である。従って、検出される光電流は強くなり、そのノイズはショットノイズによってのみ限定されるので、信号対雑音比が良くなり、位置測定の精度が向上する。本明細書に開示される技法により満足させることができる望ましい属性には、低品質のアライメントマークであっても高速で精度の高い位置測定を実行することが含まれる。更に、基準ビームの強度制御によって検出感度を調整することができる。また、これらの技法により、スペクトル分解検出、すなわち様々な波長の放射を用いて実行される同時測定又は順次測定が容易になる。
【００４１】
[0040]  図３は、図２に示されているタイプの位置センシング機構において平衡ヘテロダイン検出を適用するための変更を概略的に示す。機構３００は、位置センシング光学系３０２に基づいて変更された光学系である。光学系３０２は、図２に示されているものと同様のスポットミラー、対物レンズ、自己参照干渉計、半波長板、及びビームスプリッタ機構を含む。放射源３２０は、位置センシング放射３２２を位置センシング機構に与える。平衡ヘテロダイン検出技法を実装するため、この放射の一部はビームスプリッタ３６０によって捕らえられて基準放射３６２を与える。位相変調器３６４は、基準放射３６２に、位置センシング放射３２２に対する位相変調を適用する。減衰デバイス３６６は基準放射の強度の制御を行う。この変更された機構における位置信号３３６は、単一の光検出器上に合焦されず、ビームスプリッタ３６８において基準放射３６２と混合される。
【００４２】
[0041]  適用された相対位相変調のため、基準放射と位置信号放射との間の干渉は、図３に３３６ａ及び３３６ｂと示された１対の光学位置信号を生じる。これらの光学位置信号の各々は、位相変調器３６４によって適用された位相θの時間変動に相当する時間変動成分を担持する。２つの光学位置信号３３６ａ及び３３６ｂにおける時間変動成分は、相互に正確に逆位相である。これらの光学位置信号は、マッチングされた対の光検出器３３８ａ及び３３８ｂ上に合焦される。２つの光検出器からの信号を減算することにより、時間変動成分が強調される。適用された位相変調の知識に基づく同期検出を使用すると、これらの光学位置信号を用いて信号対雑音比が改善された電子位置信号を得ることができる。
【００４３】
[0042]  ここで図４を参照すると、電子（アナログ及び／又はデジタル）信号処理のブロック概略図が示されている。フォトダイオードＤ１及びＤ２は、図３の光学系の図における光検出器３３８ａ及び３３８ｂに相当する。この例では、フォトダイオードＤ１及びＤ２は電力供給の両端で直列に接続されている。２つのフォトダイオードが接続されているノードから、２つのフォトダイオードの光電流の差に対応して、従って２つのフォトダイオードにより観察される放射強度の差に応じて、アナログ電流信号が流れる。放射に対する応答ができる限り同一に近い、マッチングされたフォトダイオードが選択される。この機構は、双方の光検出器上で強度が同一である共通モード信号を打ち消し、２つの光学位置信号３３６ａ及び３３６ｂの強度の差のみを分離する。
【００４４】
[0043]  １つ以上の低ノイズ前置増幅器４０２は、増幅された差電流信号ｉ（ｔ）を検出回路４０４に供給する。検出回路４０４は、適用された位相変調に一致する時間変動成分に対して選択的である。例えば位相変調は、位置センシング放射３２２と基準放射との間の周波数シフトと事実上同等である、相対位相の一定の増大又は低減を含み得る。基準発振器４０６は、所望の周波数シフトの周波数を有する基準信号を発生し、これを検出回路４０４及び位相変調器３６４に供給する。グラフ４０８で示されているように、位相変調の結果は、発振器４０６により与えられた基準周波数に正確に対応する周波数成分を有する時間変動信号ｉ（ｔ）である。
【００４５】
[0044]  検出回路４０４は、ある範囲の位置について検出回路４０４により検出された周波数成分の振幅に基づいて位置検知信号Ｉ（ｘ）を送出する。適用された位相変調の特性周波数が、位置測定に必要な帯域幅よりもはるかに高いと仮定すると、この信号は図２の従来の機構における位置信号Ｉ（ｘ）に直接関連するが、ノイズ耐性（ｎｏｉｓｅ  ｉｍｍｕｎｉｔｙ）は著しく大きい。従来の機構と同様、アライメントマーク上でスポットＳがある速度でスキャンされる場合、この信号はマークの格子構造に関連した主要周波数成分を担持する。これらの周波数成分は、既知の位置センシング機構で用いられる処理ユニット２４８と実質的に同じように処理ユニット４４８で解析することができるが、より正確な結果を生成する。適用された位相変調の特性周波数は、例えば数十キロヘルツ、数百キロヘルツ、メガヘルツ、又は数百メガヘルツであり得る。位置センシング帯域幅（すなわち１秒当たりの位置信号サンプル数）は、この特性周波数の何分の１かに限定され、ロックイン検出器（ｌｏｃｋ−ｉｎ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）のローパスフィルタ特性によって決定される。
【００４６】
[0045]  本例における検出回路４０４は、ロックイン検出器（ロックイン増幅器としても知られる）である。ロックイン検出は一般に、信号の特定周波数成分の狭帯域検出を実行できる技法として知られている。このように、所望の信号の低ノイズ検出は、適用された位相変調を用いて周期変動で対象の信号を「タグ付けする（ｔａｇ）」ことによって達成できる。対象の信号は、例えば選択された周波数ωＤで信号を変調することによってタグ付けされる。ロックイン検出器は、選択された周波数ωＤにロックされて、対象の信号を記録すると共に、ロックイン検出の帯域幅を超えている他の信号又はノイズを無視する。位置センシング放射３２２と基準放射３６２との間に相対周波数シフトが適用される場合、ビームが干渉する際にビート周波数（ｂｅａｔ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が生じる。相対周波数シフトに等しいビート周波数は、ロックイン検出器のためのロックイン周波数として使用される。
【００４７】
[0046]  数学的な用語では、ノイズ耐性が増大したこの信号の発生を以下のように表現することができる。２つのフォトダイオードＤ１及びＤ２における光学位置信号の強度は、以下の形態で記述できる個々の光電流ＩＤ１及びＩＤ２を生じる。
【数１】
2019503504.tif 000003
ここで、｜Ｅｓｉｇ｜は光学位置センシング信号３３６の振幅を表し、｜Ｅｒｅｆ｜は基準放射３６２の振幅を表し、θは所与の時点で適用された相対位相を表す。この目的のため、位置センシング放射及び基準放射は、ビームスプリッタ３６８で再結合される際にコヒーレントな状態のままであることが仮定される。
【００４８】
[0047]  ２つのフォトダイオード電流が相互に減算されると（平衡検出）、差電流Ｌが得られる。上記の式を用いて、この差電流の強度は以下のように示すことができる。
【数２】
2019503504.tif 000004
ここで、ｃは光から電子への変換を記述する定数である。この式から、この差の強度は適用される位相差のコサインに応じて変動することがわかる。適用される周波数シフトは、位相差θが経時的に線形に増大し（θ＝ωｔ）、グラフ４０８に示される特性周波数変動を与えることを暗示する。原理上、適切なマッチング検出回路４０４が利用可能であるならば、任意の位相変調が適用され得る。例えば、純粋な周波数シフトの代わりに、非線形の位相変動を用いて特性周波数チャープ（ｃｈｉｒｐ）を発生させることも可能である。
【００４９】
[0048]  再び図４の信号Ｉ（ｘ）を参照すると、ロックイン増幅器（検出回路４０４）によって出力された信号の正確な形態は、グラフ４１０に示されるオフセットサイン形態（ｏｆｆｓｅｔ  ｓｉｎｅ  ｆｏｒｍ）を有するのではなく、正弦関数の絶対値であり得る。選択された解析アルゴリズムに応じて、この信号は直接処理するか、又は図示したものと同じ形態Ｉ（ｘ）を有する信号を得るため二乗することができる。いずれにせよ、対象の信号はアライメントマークにおける格子構造のピッチに直接関連する周波数を有し、この周波数における信号の位相は位置情報を担持する。
【００５０】
[0049]  また、この式は位置センシング信号の光学増幅を表すことがわかる。差電流の振幅は、位置センシング信号自体の強度と基準放射の強度との積に依存する。従って、単に基準放射の強度を増大させることにより、所望の信号を増幅することができる。検出感度は減衰デバイス３６６を用いて制御できる。これによって、検出システムのダイナミックレンジの増大が可能となる。例えば、アライメントマークによって回折された放射の強度レベルが高い場合、検出システムの高い感度を維持しながら第１の基準ビームの強度レベルを低減させることができる。一方、アライメントマークによって反射された放射の強度レベルが検出システムの動作に必要な閾値強度レベルを下回る場合、減衰デバイス３６６の活性化によって第１の基準ビームの強度レベルを必要な量だけ増大させることができる。処理ユニット２４８をアクチュエータ（図示せず）に接続して、必要に応じて自動的に減衰デバイスを制御することができる。
【００５１】
[0050]  共通ソースから得られた異なる放射ビーム間のコヒーレンスがソース放射の空間的コヒーレンス及び時間的コヒーレンスに依存することは、当業者には認められよう。時間的コヒーレンスは、コヒーレンス時間を用いて表現することができるが、一般的にはコヒーレンス長を用いて表現される（これらは、伝送媒体に何が存在するとしても単に光の速度によって関連付けられる）。２つのビームが進行する経路長がソース放射のコヒーレンス長内で同一である場合、これらのビームは干渉する。２つの経路における波動間の位相関係は固定される。単色レーザは、実際の光学系で見られるいかなる距離よりもはるかに長いコヒーレンス長を有する放射を生成するので、コヒーレント光源と考えられる。しかしながら、広帯域放射は、通常インコヒーレント光であると考えられる場合であっても、その空間帯域幅に関連した（小さい）コヒーレンス長を有する。空間的コヒーレンスは、放射ビームの長手方向でなく横断方向（波面の横断方向）のコヒーレンスを指す。共通ソースから得られた２つのビーム間で有用な干渉を得るため、ビーム内の各ポイントにおける空間シフトは、他方のビームの対応するポイントのコヒーレンスエリア内にあるべきである。
【００５２】
[0051]  放射源３２０がレーザ等のコヒーレンス源である事例では、これらのコヒーレンス要件を満たすことは難しくない。実際には、ある程度のインコヒーレンスを意図的に導入して、光学系内で望ましくない「スペックル」及び望ましくない反射による干渉を排除することができる。図３の光学機構において、経路長の差が無視できる（すなわち、使用される放射のコヒーレンス長よりも短い）ならば、インコヒーレント光源（及び、例えば光学フィルタ等の追加コンポーネント）を使用することも可能である。この制約は設計上の困難を生じ得る。他方でこれは、放射源の選択肢を広げると共に、空間的にコヒーレントなソースを使用する場合に生じる「スペックル」及び望ましくない反射による干渉を管理する必要をなくす。２つの光検出器を直列に接続して平衡検出を用いることは、これらの望ましくない放射成分を排除するという利点も与え得る。
【００５３】
[0052]  位相変調器３６４は、例えば電気光学変調器、ファイバ変調器、磁気光学変調器、ゼーマン効果に基づく変調器、及び／又は音響光学変調器であり得る。例示のため、位相変調器３６４は音響光学変調器（ＡＯＭ：ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）とすることができる。位相変調器を制御して線形に変化する位相シフトθを適用する場合、これを周波数シフトと呼ぶことができる。周波数シフタとして機能するように制御されたＡＯＭは、対象の放射に対して透明な結晶内で音響波を伝搬することによって動作する。これらの音響波は結晶内である種の移動するブラッグ格子を形成する。この移動する格子によって回折された一次放射では、周波数シフトはＡＯＭの変調周波数に等しい。
【００５４】
[0053]  減衰デバイス３６６は、例えば中性フィルタ（ｎｅｕｔｒａｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｆｉｌｔｅｒ）とすることができる。減衰デバイス３６６は、基準放射の経路内の別の場所に配置され得る。減衰の程度は、例えばモータ付き中性フィルタホイールによって制御可能とすることができる。
【００５５】
[0054]  図５は、図３の光学系３００について可能な１つのレイアウトを示す。他にも多くのレイアウトが想定され得る。図２と共通するコンポーネントには同一の参照符号が与えられている。このため、例えば対物レンズからの情報担持放射２２６は自己参照干渉計２２８に入射する。この結果得られる干渉ビーム２３０は、半波長板２３２を通過して偏光ビームスプリッタ２３４に至る。これは、既知の位置センシング機構において実行されるのと全く同じである。しかしながら、これに加えて、基準放射３６２が既存のビームスプリッタ２３４に送出されて、位置センシング干渉ビーム２３０と組み合わされる。基準放射３６２は、例えば光ファイバ５０２及び追加の半波長板５０４によって送出することができる。位置センシング放射及び基準放射がコヒーレントであるように、光ファイバ５０２は放射源２２０から発することができる。偏光ビームスプリッタ２３４の出力において、干渉放射を別の偏光ビームスプリッタ５０８に送出する追加の半波長板５０６が提供されている。別の偏光ビームスプリッタ５０８は、干渉放射に対して第１及び第２の光学位置信号３３６ａ及び３３６ｂを発生させる。この特定の実施形態では、基準放射及び信号放射は共線（ｃｏｌｌｉｎｅａｒ）であるが、要素２３４と５０８との間で直交偏光状態を有することに留意すべきである。要素５０６及び５０８の組み合わせが同一偏光状態の２つの直交偏光ビームを投影し、ビームスプリッタ３６８としても機能するので、信号ビーム及び基準ビームは干渉放射を与えて光検出器３３８ａ及び３３８ｂで光学位置信号３３６ａ及び３３６ｂを形成する。
【００５６】
[0055]  従って、要素５０４、２３４、５０６、及び５０８の組み合わせは、図３に示す概略機構において説明した機能を実装する。図３の機構では、この組み合わせ及び分割は単一のビームスプリッタ３６８で実行された。当業者は、必要なコンポーネントの他の多くのレイアウトを想定することができる。半波長板２３２、５０４、及び５０６は、放射の偏光を回転させて、偏光ビームスプリッタにおいて５０％対５０％の分割を可能とする機能を実行する。当業者はこれを従来の技法として認めるであろう。言うまでもなく、異なるタイプの位置センシング機構では、更に別の変更を適用して平衡ヘテロダイン検出技法を実装することも可能である。図７以降を参照して、以下で別の例について図示し記載する。
【００５７】
[0056]  基準ビーム経路に別の要素を含ませて、基準ビームの波面を光学位置信号の波面とマッチングさせることができる。これは、平衡検出において最大の検出効率を達成するためである。そのような要素は、例えば空間光変調器、又はＭＥＭＳデバイス、又はファイバの２Ｄアレイとすることができる。アライメントマークの格子パターンは既知であるので、瞳面における１以上の回折次数の位置（位置センシング光学信号の角度分布）は既知である。以下で更に説明する図９から図１２の例は、この目的のためのモードマッチングデバイスを含む。
【００５８】
[0057]  既知のアライメントセンサにおけるように、位置センシング放射２４０の補足的成分はビームスプリッタ２３４から出射し、図示したものと同様に並列検出分岐において使用することができる。既知のアライメントセンサにおいて、これら２つの分岐は「和」及び「差」分岐と称され、「和」分岐を用いて強度正規化信号を得て、測定全体の精度を向上させることができる。
【００５９】
[0058]  光検出器３３８ａ及び３３８ｂは、例えばフォトダイオードデバイス及び／又は適合された（すなわちロックイン）フォトダイオードデバイスから構成できる。当業者は、既知のロックイン方法及び／又は位相感応性検出方法を適合させて、本明細書に記載されているように振幅及び位相像を検出することができる。ロックイン機能を用いて、強度だけでなく、所望の場合は振幅及び位相値（Ａ、φ）を計算し使用することができる。ロックイン機能及びヘテロダイン検出の詳細な動作については、上記の導入部の最後に言及した参考文献に詳しく記載されている。
【００６０】
[0059]  すでに述べたように、異なる位相変調を適用し異なる時間変動成分を検出することによって、複数の信号を光学系において組み合わせると共に検出システムで分離させることができる。図２の既知の位置センシング機構において、順次に又は並行してのいずれかで多数の異なる波長及び／又は広帯域放射を与えることは習慣的に行われる。これらの光学信号が既知の技法によって並行して適用される場合、時分割又はスペクトルフィルタを使用して、異なる信号を逆多重化（ｄｅ−ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）しなければならない。ヘテロダイン検出技法を用いると、光学フィルタを用いることなく、別個の光検出器を用いることなく、かつ、それらの間の時間的順序付けを失うことなく、異なる光学波長の位置センシング放射を多重化及び逆多重化することができる。これは、各波長をそれ自身の基準信号と干渉させ、それぞれに異なる位相変調を適用することによって実行される。
【００６１】
[0060]  図６は、図４の電子信号処理機構の代替的な実施形態を示す。前述の通り、マッチングされた対の光検出器を直列に接続し、差電流を１つ以上の前置増幅器６０２によって増幅する。時間変動信号ｉ（ｔ）をデジタル信号プロセッサ６０４に送出する。デジタル信号プロセッサ６０４は、専用のデジタル信号処理（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）回路、又は適宜プログラミングされた汎用のマイクロプロセッサを含み得る。デジタル信号プロセッサ６０４は、個別のロックイン検出器を設けるのではなく、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を実装することによるスペクトル解析モジュール６０６を含む。グラフ６１０に示されているように、モジュール６０６は時間変動信号ｉ（ｔ）のスペクトル解析を実行し、別個の周波数成分を有する３つの独立した強度レベルを分解する。これらの周波数成分が３つの異なる波長λ１、λ２、λ３の基準放射に適用された周波数シフトに対応することがわかっているので、デジタル信号プロセッサ６０４は、オリジナルの時間変動信号ｉ（ｔ）から３つの独立した位置センシング信号Ｉ（ｘ、λ１）、Ｉ（ｘ、λ２）、Ｉ（ｘ、λ３）を抽出することができる。これらの各々は別個の位置測定を表しており、平衡ヘテロダイン検出技法の光学増幅及びノイズ除去特性から利点が得られる。
【００６２】
[0061]  位置出力モジュール６０８は、これら３つの位置信号を受信し、単一の位置測定値Ｐを出力する。位置出力モジュール６０８は、３つの信号を何らかの方法で組み合わせるか、又はこの特定のアライメントタスクに使用するのに「最良の」ものを単に選択すればよい。例えば図６のグラフ６１０を見ると、位置による最大の変動を示すのは位置依存信号Ｉ（ｘ、λ２）であるので、波長λ２が最良の信号を与えると判断できる。同時に、この波長は位置測定を不正確にゆがめるプロセス変動の影響を受けやすいので、別の波長が好ましいはずであることが認識される場合がある。本開示は、どのようにこれが実行されるかには関係せず、位置依存信号自体を与える多くの方法に関係する。
【００６３】
[0062]  図７は、異なるタイプの位置センシング機構において平衡ヘテロダイン検出の原理を適用するための機構を概略的に示す。この事例における機構７００は、特許ＵＳ６２９７８７６Ｂ１（Ｂｏｒｎｅｂｒｏｅｋ等）に開示されているＡＴＨＥＮＡセンサの位置センシング原理に基づいている。ＵＳ６２９７８７６Ｂ１の概念は参照により本願に含まれる。所定の格子フィーチャを有するアライメントマーク７０２が基板７０４上に提供されている。位置センシング機構は、スポットミラー７１０を介して軸上放射ビーム７０８でアライメントマークを照明する光源７０６を含む。アライメントマークによるこの放射の回折は、軸外放射ビーム７１２を発生させ、これは光学系７１４によって捕捉される。
【００６４】
[0063]  光学系７１４は、照明されたアライメントマークを基準格子７２０上に結像する。アライメントマークのピッチ及び向きが基準格子のピッチ及び向きと一致するならば、基準格子は軸外ビーム７２２を回折して、それらを再結合させ干渉させて光学位置センシング信号７２４を与えるようにする。既知のアライメントセンサが単一の光検出器を有する場合、図７の変更された位置センシング機構は平衡ヘテロダイン検出システムを有する。
【００６５】
[0064]  図３の例におけるように平衡ヘテロダイン検出技法を実装するため、放射源７０６からの放射の一部を用いて基準放射７３０を与える。位相変調器７３２は、基準放射７３０に、位置センシング放射７０８に対する位相変調を適用する。位相変調は周波数基準源７３４によって制御される。減衰デバイス（図示せず）は基準放射の強度の制御を行う。この変更された機構における位置センシング信号７２４は、単一の光検出器上に合焦されず、ビームスプリッタ７３６において基準放射７３０と混合される。
【００６６】
[0065]  適用された相対位相変調のため、基準放射と位置信号放射との間の干渉は、図７に７２４ａ及び７２４ｂと示された１対の光学位置信号を生じる。これらの光学位置信号の各々は、位相変調器７３２によって適用された位相θの時間変動に相当する時間変動成分を担持する。２つの光学位置信号７２４ａ及び７２４ｂにおける時間変動成分は、相互に正確に逆位相である。これらの光学位置信号は、マッチングされた対の光検出器７３８ａ及び７３８ｂ上に合焦される。２つの光検出器からの信号を減算することにより、時間変動成分が強調される。適用された位相変調の知識に基づく同期検出を使用すると、光学位置信号を用いて信号対雑音比が改善された電子位置信号を得ることができる。同期検出は、図４から図６を参照して上述したように実装することができる。
【００６７】
[0066]  光学系７１４は、本開示の原理を説明するのに充分な極めて簡略化した形態で示されている。光学系７１４は実際には、複数の高次回折ビームを別個に処理するため、及び様々な波長の放射を別個に処理するため、追加要素を含み得る。そのような機構の詳細はＵＳ６２９７８７６Ｂ１で見ることができる。更に、ＵＳ６２９７８７６Ｂ１に示されているように基準格子は透過型とすることができるが、図７では反射型の基準格子７２０が示されている。単純な基準格子７２０を一例として示すが、軸外ビームは多種多様な技法により再結合することができる。代替案には、（プログラマブル）位相及び／又は振幅マスク、ＡＯＭ、自由空間光学部品等が含まれる。様々なターゲット格子を用いた測定を可能とするため、複数の利用可能な基準格子から基準格子７２０を選択することができる。これらは、例えばピッチ及び又は向きが異なるものであり得る。
【００６８】
[0067]  図８は、別のタイプの位置センシング機構８００において適用される平衡ヘテロダイン検出技法を示す。この例は、例えば特許公報ＵＳ６２８５４５５Ｂ１（Ｓｈｉｒａｉｓｈｉ）（この内容は参照により本願に含まれる）に開示された、いわゆるレーザ干渉アライメント（ＬＩＡ：Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を実装している。Ｓｈｉｒａｉｓｈｉの具体例では、ＬＩＡセンサは投影レンズを介して動作するように構成されている。本開示は、センサが投影レンズを介して動作するか又は投影レンズの外側で動作するかに関わりなく適用される。
【００６９】
[0068]  ＬＩＡ位置センシング機構は図７のＡＴＨＥＮＡセンサと同様の原理を適用しており、図８の参照符号８０２〜８３８ａ／８３８ｂは、図７の要素７０２〜７３８ａ／７３８ｂと同様の機能を有するコンポーネントを示す。しかしながら、図７のセンサと比較すると、以下の記載からわかるように、コンポーネントを通る光路は事実上逆転している。この結果、アライメントマーク８０２及び基準格子８２０の役割はそれらに対応する７０２及び７２０とは事実上逆転している。位置センシング機構は、スポットミラー８１０を介して軸上放射ビーム８０８で基準格子８２０を照明する光源８０６を含む。基準格子によるこの放射の回折は、軸外放射ビーム８１２を発生させ、これらは光学系８１４によって捕捉される。
【００７０】
[0069]  光学系８１４は、基準格子８２０によって回折された放射をアライメントマーク８０２上に送出する。基準格子のピッチ及び向きがアライメントマークのピッチ及び向きと一致するならば、基準格子は軸外ビーム８２２を回折して、それらを再結合させ干渉させて位置センシング光学信号８２４を与えるようにする。既知のアライメントセンサが単一の光検出器を有する場合、図８の変更された位置センシング機構は平衡ヘテロダイン検出システムを有する。
【００７１】
[0070]  図３の例におけるように平衡ヘテロダイン検出技法を実装するため、放射源８０６からの放射の一部を用いて基準放射８３０を与える。位相変調器８３２は、基準放射８３０に、位置センシング放射８０８に対する位相変調を適用する。位相変調は周波数基準源８３４によって制御される。減衰デバイス（図示せず）は基準放射の強度の制御を行う。この変更された機構における位置信号８２４は、単一の光検出器上に合焦されず、ビームスプリッタ８３６において基準放射８３０と混合される。
【００７２】
[0071]  適用された相対位相変調のため、基準放射と位置信号放射との間の干渉は、図８に８２４ａ及び８２４ｂと示された１対の光学位置信号を生じる。これらの光学位置信号の各々は、位相変調器８３２によって適用された位相θの時間変動に相当する時間変動成分を担持する。２つの光学位置信号８２４ａ及び８２４ｂにおける時間変動成分は、相互に正確に逆位相である。これらの光学位置信号は、マッチングされた対の光検出器８３８ａ及び８３８ｂ上に合焦される。２つの光検出器からの信号を減算することにより、時間変動成分が強調される。適用された位相変調の知識に基づく同期検出を使用すると、光学位置信号を用いて信号対雑音比が改善された電子位置信号を得ることができる。同期検出は、図４から図６を参照して上述したように実装することができる。
【００７３】
[0072]  単純な基準格子８２０が一例として示されているが、軸外ビームは多種多様な技法により発生させることができる。代替案には、（プログラマブル）位相及び／又は振幅マスク、ＡＯＭ、自由空間光学部品等が含まれる。様々なターゲット格子を用いた測定を可能とするため、複数の利用可能な基準格子から基準格子８２０を選択することができる。これらは、例えばピッチ及び又は向きが異なるものであり得る。
【００７４】
[0073]  従来技術に記載されたＬＩＡセンサの例はいわゆるヘテロダイン検出を含むことに留意するべきである。その場合、干渉して光学位置信号を形成する２つの回折次数が位相変調されて、光学位置信号自体が特性ビート周波数を有するようになっている。これに対して本開示では、平衡ヘテロダイン検出は、位置センシング光学信号８２４と基準放射８３０との間の位相変調を使用する。この平衡ヘテロダイン検出技法は、すでに上述したように、弱い位置センシング信号の検出を改善する。
【００７５】
[0074]  ここで図９を参照すると、平衡ヘテロダイン検出技法の適用は、以下で説明する「モードマッチング」に注目することによって改善できる。図９に示すように、平衡ヘテロダイン検出によって可能となる性能向上は、光学位置信号９３２（破線で示されている）と位相変調基準放射９６２（点線で示されている）との間の有効干渉に依存する。検出器表面は概略的に９３８で表されている。（ａ）に示す状況では、ビーム及び波面は極めて良好に重複し、検出器表面上で一体化される際に打ち消し合わない干渉パターン９４０を与える。一方、状況（ｂ）では、ビームの重複は少なく、検出器表面上で部分的に打ち消し合う干渉パターン９４０’を与える。光学位置信号９３２はそれ自体が異なる回折信号間の干渉の生成物であるが、ここでの検討は、光学位置信号９３２と位相変調基準放射９６２との間の干渉に関係することに留意されたい。
【００７６】
[0075]  一般に、振幅Ａ１及びＡ２を有する２つの放射フィールドは、単一画素センサ上で干渉する場合、以下の形態の光電流を与える。
【数３】
2019503504.tif 000005
ここで、ＳＤは光から光電流への変換を含む線形係数（ｌｉｎｅａｒ  ｆａｃｔｏｒ）であり、Ｍ１，２はモードマッチ効率であり、Δ１，２は２つの放射フィールド間の位相差である。
【００７７】
[0076]  上記の式における左の項
【数４】
2019503504.tif 000006
は、ショットノイズ量を決定する非干渉項である。右の項（２Ｍ１，２Ａ１Ａ２ｃｏｓ（Δ１，２））は、望ましい信号を含む干渉項である。モードマッチ効率は０から１の間の範囲であり得る。１に近い値は「良好な」干渉を示し、フィールドが検出器表面で相互にコヒーレントに加算することを意味する。０に近い小さい値は、フィールドが相互にインコヒーレントに加算し、望ましい干渉信号が失われることを示す。従って、平衡ヘテロダイン検出において最適な信号対雑音比を得るには、光学位置信号と位相変調基準ビームとの間でこのモードマッチ効率をできる限り高くするべきである。
【００７８】
[0077]  図７及び図８の位置センシング機構では、アライメントマーク７０２／８０２と基準格子７２０／８２０との間に存在するマッチングのため、モードマッチ効率は高いと予想される。しかしながら、自己参照干渉計に基づく位置センシング機構では、図３から図６の例は良好なモードマッチングを保証する具体策を持たず、従ってサブ光学マッチング（ｓｕｂ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｍａｔｃｈｉｎｇ）が行われ得る。
【００７９】
[0078]  図１０は、図３に示すものと同じであるがモードマッチングデバイス１０７０を含む、変更された位置センシング機構１０００における光学信号処理を概略的に示す。参照符号１００２から１０６８は図３の機構における要素３０２から３６８に相当する要素を示し、それらの機能は上記の要素と全く同じとすることができる。モードマッチングデバイス１０７０は、その名前が示すように、検出器１０３８ａ及び１０３８ｂで信号が干渉する前に、基準放射１０６２を調節して光学位置信号１０２４と事実上モードマッチングさせる。
【００８０】
[0079]  図１１は、図５の光学系におけるモードマッチングデバイス１０７０の１つの実装を示す。図１１では図５と同じ参照符号を使用し、それらの要素の機能は上述の要素と全く同じとすることができる。モードマッチングデバイス１０７０は、対物レンズ２２４と性能をマッチングさせた対物レンズ１１８０と、アライメントマークＰ１と形態をマッチングさせた基準ターゲット１１８２の形態の基準構造と、を備えている。スポットミラー１１８４を用いて、基準放射１０６２は光ファイバ５０２から対物レンズ１１０２を通過し、基準ターゲットによって反射及び回折され、対物レンズを介して光学系内に戻る。図５においてと同様、基準放射は、干渉ビーム２３０における光学位置信号位置検知信号と干渉する。
【００８１】
[0080]  マッチングされた対物レンズ１１８０及び基準ターゲット１１８２によって調節されるので、回折次数、光学系の瞳、並びにそれらの相対的な位相及び強度の構成は、位置情報を担持する干渉信号２３０の回折次数のものといっそう良好にマッチングされる。マッチングされた対物レンズ１１８０を使用することは、双方の干渉信号で光学収差が同じであることを意味する。従って、モードマッチング値Ｍ１，２は１に近付くように増大し、平衡ヘテロダイン検出の性能の利点はいっそう充分に実現される。
【００８２】
[0081]  基準ターゲット１１８２のような基準構造は、高反射性材料（例えばアルミニウム、金等）で容易に作製して、光学的損失を最小限に抑えることができる。あるいはこれは、アライメントマークＰ１と同様に基板上に形成された実際のアライメントマークから構成できる。更に、このシステムは安定し長持ちするものであり得る。基準ターゲットは、複数の波長に対応するように設計できる。
【００８３】
[0082]  次に図１２を参照すると、図１１の機構を用いて、いくつかの異なる形態のアライメントマーク及びその他のターゲットの位置を測定することが想定され得る。例えば、Ｘ及びＹの位置決め、並びに粗動位置決め及び微動位置決めのため、異なるマークが存在し得る。基準ターゲット１１８２が現在測定されているマークの形態と一致できるように、それぞれ特定の形態のアライメントマークに一致させた基準ターゲット１１８２ａ、１１８２ｂ、１１８２ｃ等の多種多様な基準構造を有する基準ユニット１２００を提供することができる。基準ユニット１２００は例えば、多くの異なる基準ターゲットを含む１片の金属又はウェーハであり得る。モードマッチングデバイス１０７０は、測定前に適切な基準格子を選択するように動作される。適切な基準ターゲットを選択する際、基準ユニット１２００をわずかに平行移動させると共に回転させることができる。適切な格子及び向きを選択した後、この機構は、マッチングした設計を有するターゲットの位置を測定する準備が整った状態になる。図示する例では、Ｘ及びＹ位置の測定のため、同様の基準ターゲットが異なる向きで与えられている。代替的な実装では、同一の基準ターゲットを異なる向きに回転させてＸ及びＹ位置の測定に使用することも可能である。
【００８４】
[0083]  様々な固定基準ターゲットを与えることに対する代替案として、モードマッチングデバイス１０７０は、例えばプログラマブル空間光変調器（ＳＬＭ：ｓｐａｔｉａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を含むことができる。既知のタイプのＳＬＭは、液晶ＳＬＭ又はマイクロミラーアレイ（ＤＭＤ）を含む。こういった解決策は、専用の基準ターゲットとしてはあまり有効でない場合があり、何らかの潜在的な誤差の原因に注意を払う必要がある。ＳＬＭ画素の大きさが典型的なピッチ寸法と一致しない場合、これを補償するため追加の拡大光学部品が必要となる。誤差は、ピッチの大きさ及び格子の向きと正確に一致しない可能性のあるＳＬＭ画素の整数の性質（ｉｎｔｅｇｅｒ  ｎａｔｕｒｅ）とグリッドレイアウトによって生じ得る。
【００８５】
[0084]  図１３は、図１１に示されているモードマッチングによる平衡ヘテロダイン検出の別の利点を示す。グラフは、検出器上に合焦される前の、光学系の瞳における放射強度分布を表す。瞳における半径方向位置ＮＡｘが横軸に沿って表されている。既知のように、集光光学系の瞳における所与の位置は、ターゲットによって反射、回折、又は散乱された特定の放射角に対応する。放射強度Ｉが縦軸に沿って表されている。回折ベースのアライメントセンサでは、表面散乱によって検出器表面にスプリアス光強度１３０２が追加され、アライメント信号に追加ノイズを与える。図１１の機構は、表面散乱に起因したノイズを２つの方法で低減させることができる。
【００８６】
[0085]  第１の方法は、アライメントマークからの干渉ビーム２３０内の回折次数（グラフの破線）のみを増幅させることである。その理由は、モードマッチングデバイス１０７０により行われるモードマッチングによって、これらの同じ回折次数内の基準放射１０６２（点線）のみが強力であることが保証されるからである。これらの狭い位置（回折角）の外側の散乱放射１３０２は増幅されない。第２に、変調周波数ｆを中心とした小さい帯域幅のみを同期検出器によって測定して、更に測定ノイズを低減させる。
【００８７】
[0086]  結論として、平衡ヘテロダイン検出の利点は検出システムの感度の著しい増大である。この結果、信号対雑音比が改善される。その理由は、信号が光学干渉によって増幅され、ロックイン周波数の周囲の周波数で発生したノイズのみがロックイン検出器によって観察され得るからである。ノイズレベル低減の直接的な結果として、位置測定はいっそう正確になる（及び／又はより高速な位置センシングが可能となる）。更に、ロックイン周波数を選択できることにより、いくつかの波長のうち所与のアライメントマークに対して最強の又は最も信頼性の高い位置信号を生じる波長を用いて位置センシングを実行することができる。複数の波長は、波長の混合（ｂｌｅｎｄｉｎｇ）なしで同時に適用することができる。
【００８８】
[0087]  更に、減衰デバイス３６６を介して放射源により送出された基準放射の強度を制御することによって、検出システムのダイナミックレンジの増大が達成される。複数の波長が提供される場合、その各々のために別個の減衰デバイスを基準放射に含ませてもよい。
【００８９】
[0088]  平衡ヘテロダイン検出技法は、多種多様な既知のタイプの位置センシング機構において適用できる。図７及び図８のような機構では、基準格子とターゲットとの間のマッチングは、光学位置信号が光軸に整合された単純なビームであることを意味するので、モードマッチングは比較的単純であり得る。他の状況では、例えば自己参照干渉計に基づくセンサでは、光学位置信号における角度及び／又は位相の分布はより複雑となり得る。そのようなセンサでは、上で示したように、別の方策を用いて信号ビームと基準ビームとの間のモードマッチングを改善することができる。これは、図１１の例では、光学要素及び／又は基準ターゲットをマッチングさせることを含み得る。いずれの場合であっても、基準放射の角度分布を望ましい回折角にマッチングさせることは、散乱放射の除去を改善し、これによって位置信号における信号対雑音比を向上させることができる。
【００９０】
[0089]  本開示では、位置センシング機構をリソグラフィ装置におけるアライメントセンサとして使用することに特に言及したが、開示される機構は、すでに述べたように、他のタイプの機能的装置においても用途を有し得ることを理解するべきである。
【００９１】
[0090]  本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、赤外線、可視放射、紫外線（例えば、約３６５，３５５，２４８，１９３，１５７又は１２６ｎｍの波長を有する）（ＥＵＶ）放射（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むが、これらに限定されない。これはアライメントセンサにもリソグラフィ装置全体にも当てはまる。リソグラフィ装置はまた、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームによってパターンを適用してもよい。
【００９２】
[0091]  「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電気光学コンポーネントを含む様々なタイプの合焦又は焦点外れの光学コンポーネントのいずれか一つ、又はその組み合わせを指すことができる。
【００９３】
[0092]  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。更に、装置の部分は、上記で開示したような方法を述べる機械可読命令の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）の形態を実装することができる。
【００９４】
[0093]  上記の説明は例示的なものであり、限定するものではない。従って、以下に示す特許請求の範囲から逸脱することなく、記載された本発明に対して変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【図１】
2019503504.tif 000007
【図２】
2019503504.tif 000008
【図３】
2019503504.tif 000009
【図４】
2019503504.tif 000010
【図５】
2019503504.tif 000011
【図６】
2019503504.tif 000012
【図７】
2019503504.tif 000013
【図８】
2019503504.tif 000014
【図９（ａ）】
2019503504.tif 000015
【図９（ｂ）】
2019503504.tif 000016
【図１０】
2019503504.tif 000017
【図１１】
2019503504.tif 000018
【図１２】
2019503504.tif 000019
【図１３】
2019503504.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月30日(2018.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置センシング放射をターゲットに送出するための照明光学系と、
前記ターゲットからの反射又は回折の後、前記位置センシング放射を集光するための集光光学系と、
前記集光された位置センシング放射を受光し、前記集光された位置センシング放射を処理して前記ターゲットの位置を決定するための位置信号処理システムと、を備え、
前記位置信号処理システムは更に、基準放射を前記集光された位置センシング放射と干渉させることによって干渉放射を与えるための基準ビームデリバリシステムを備え、
前記基準放射と前記位置センシング放射との間に相対位相変調を適用して、前記適用された位相変調によって規定された時間変動成分を前記干渉放射が含むようにし、
前記位置信号処理システムは、（ｉ）前記干渉放射を２つの光検出器に送出して各光検出器が前記干渉放射の部分を受光するように構成された光学信号分割機構であって、各部分は他方の光検出器で受光された部分とは逆位相の前記時間変動成分を有する、光学信号分割機構と、（ｉｉ）前記２つの光検出器からの差信号を受信すると共に、前記適用された位相変調を参照して前記差信号の時間変動成分を抽出するように配置された検出器と、を含む、
位置センシング機構。
【請求項２】
前記２つの光検出器は、いかなる増幅又は変換にも先立って前記差信号を発生するように直列に接続されている、請求項１に記載の機構。
【請求項３】
前記位置信号処理システムは
自己参照干渉計を含む、請求項１又は２に記載の機構。
【請求項４】
前記基準ビームデリバリシステムは、前記基準放射における回折信号を特定のターゲットの回折信号とマッチングさせるためのモードマッチングデバイスを含む、請求項３に記載の機構。
【請求項５】
前記モードマッチングデバイスは、前記ターゲットの形態とマッチングする形態を有する基準構造を含む、請求項４に記載の機構。
【請求項６】
前記モードマッチングデバイスは、異なるターゲットとマッチングするように選択可能である複数の基準構造を含む、請求項５に記載の機構。
【請求項７】
前記集光光学系は、対物レンズを含み、
前記モードマッチングデバイスは、前記集光光学系の前記対物レンズとマッチングする対物レンズを更に含む、請求項５又は６に記載の機構。
【請求項８】
前記位置信号処理システムは、前記ターゲットにより発生された軸外回折信号を受信すると共に前記軸外回折信号を軸上光学位置信号に再結合するように配置された基準要素を含む、請求項１又は２に記載の機構。
【請求項９】
前記照明系は、軸外回折信号を発生させるように配置された基準要素を含み、この軸外回折信号は次いで前記ターゲットによって軸上位置信号に再結合される、請求項１又は２に記載の機構。
【請求項１０】
前記基準ビームデリバリシステムは、特定の回折角のみの集光放射との干渉を引き起こし、これによって他の角度で前記ターゲット表面により散乱された放射との干渉を回避するように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１１】
前記位置信号処理システムは、前記ターゲットに対する前記集光光学系の複数の位置で集光された前記位置センシング放射を用いて前記位置を決定するように配置されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１２】
前記位置センシング放射及び前記基準放射は、１以上のコヒーレント放射源から得られた放射を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１３】
前記位置センシング放射は、第１の波長範囲を有する第１の位置センシング放射と、第２の波長範囲を有する第２の位置センシング放射と、を含み、
前記基準放射は、実質的に前記第１の波長範囲を有する第１の基準放射と、実質的に前記第２の波長範囲を有する第２の基準放射と、を含み、
前記第１の基準放射及び第１の位置センシング放射には第１の適用された位相変調が与えられ、前記第２の基準放射及び第２の位置センシング放射には第２の適用された位相変調が与えられて、前記位置信号処理システムで検出された前記干渉放射が前記第１の適用された位相変調に対応する第１の時間変動成分及び前記第２の適用された位相変調に対応する第２の時間変動成分を含むようになっており、
前記位置信号処理システムは、前記第１及び第２の適用された位相変調の双方を参照して動作可能である１つ以上の検出器を含み、前記位置を決定するため前記第１及び／又は第２の位置センシング放射のどちらを用いるかを選択するように動作可能である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１４】
前記基準ビームデリバリシステムは、前記基準放射の強度を調整可能に低減させるための１つ以上の調整可能減衰器を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１５】
前記又は各適用された位相変調によって前記位置センシング放射と前記基準放射との間に相対周波数シフトが生じ、前記干渉放射における前記時間変動成分は前記相対周波数シフトに対応する特性周波数を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１６】
アライメントセンサが請求項１から１５のいずれか一項に記載の位置センシング機構を含むリソグラフィ装置であって、
基板に提供されたターゲットに対して前記位置センシングシステムを用いて実行された位置測定に応答して前記基板に対するパターンの適用を制御するための機構を更に備える、リソグラフィ装置。
【請求項１７】
（ａ）位置センシング放射をターゲットに送出することと、
（ｂ）前記ターゲットからの反射又は回折の後、前記位置センシング放射を集光することと、
（ｃ）前記集光された位置センシング放射を処理して前記ターゲットの位置を決定することと、を含み、
前記ステップ（ｃ）は、
（ｃ１）基準放射を前記集光された位置センシング放射と干渉させると共に、前記基準放射と前記位置センシング放射との間に相対位相変調を適用して、前記適用された位相変調によって規定された時間変動成分を前記干渉放射が含むようにするステップと、
（ｃ２）前記干渉放射を２つの光検出器に送出して各光検出器が前記干渉放射の部分を受光するようにするステップであって、各部分は他方の光検出器で受光された部分とは逆位相の前記時間変動成分を有する、ステップと、
（ｃ３）前記２つの光検出器からの差信号を受信し、前記適用された位相変調を参照して前記差信号の時間変動成分を抽出するステップであって、前記抽出された時間変動成分は前記ターゲットの前記位置の決定において用いられる、ステップと、
を含む、位置センシング方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の位置センシング方法を用いて基板上のターゲットの位置を測定することと、
前記位置測定を用いることに応答して基板に対してパターンを適用することと、
を含む、デバイスを製造する方法。
【国際調査報告】
2019503504.tif 000021
2019503504.tif 000022