(57)【要約】  干渉計の測定および／または基準ビーム経路における気体の屈折度の変化および変動の影響を補償する方法およびシステムを開示する。
2005510075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトリソグラフィ露光サイクル中に用いる方法であって、
フォトリソグラフィ露光システムを収容するチャンバ内で移動可能なステージの位置を干渉測定し、
該チャンバ内の該干渉測定部から離れた位置で屈折度をモニタし、
フォトリソグラフィ露光サイクルの様々な段階中に、該モニタした屈折度と、該離れた位置における屈折度を該干渉測定部付近の屈折度にマッピングする複雑関数とに基づいて該ステージ位置の該干渉測定値を補正することを備える方法。
【請求項２】
前記フォトリソグラフィ露光サイクルにより、前記チャンバ内で雰囲気の変化が生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記雰囲気の変化の間、前記干渉位置測定を繰り返すことを更に備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１位置において前記モニタした屈折度および前記複雑関数に基づいて、前記繰り返し測定した干渉位置を補正することを更に備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記フォトリソグラフィ露光サイクル中に、前記移動可能なステージを移動させることを更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記フォトリソグラフィ露光サイクル中に、前記チャンバにガスを導入し、また、前記チャンバからガスを排気することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記フォトリソグラフィ露光サイクル中に、前記移動可能なステージ上にウェハを載せ、前記移動可能なステージからウェハを取り出すことを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記移動可能なステージの前記位置の干渉測定が、干渉計と測定対象物の間で測定ビームを方向づけることを含み、前記移動可能なステージに、該干渉計および該測定対象物の少なくとも１つが装着される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
実験的に、あるいはコンピュータ・モデルから前記複雑関数が決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記フォトリソグラフィ露光サイクル中に、前記測定ビームの波長を測定することを更に備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記波長測定値に基づいて、前記移動可能なステージ位置の前記干渉位置測定値を補正することを備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
チャンバ内で移動可能な対象物の位置を干渉測定し、
該チャンバ内の第１位置で屈折度を測定し、
該第１位置における該屈折度測定値と、該第１位置における屈折度を該干渉測定部付近の屈折度にマッピングする複雑関数とに基づいて、該対象物の該干渉位置測定値を補正することを備える方法。
【請求項１３】
前記チャンバが、フォトリソグラフィ露光システムを収容する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記移動可能な対象物が移動可能なステージである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記移動可能なステージが、前記干渉測定中にウェハを支持する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
フォトリソグラフィ・システムが、前記干渉測定中にレチクルを支持する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記移動可能なステージの前記位置の干渉測定が、干渉計と測定対象物の間の光路長の変化をモニタすることを含み、前記移動可能なステージに、該干渉計および該測定対象物の少なくとも１つが装着される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記干渉測定中に、前記干渉計と前記測定対象物の間で方向づけられた測定ビームの波長を測定し、該波長測定値に基づいて、前記対象物の前記干渉位置測定値を補正することを更に備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１位置が前記干渉測定部から離れている、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記複雑関数が、前記フォトリソグラフィ・システムの露光サイクルの様々な段階中に、前記離れた位置における雰囲気の屈折度を前記干渉測定部付近の雰囲気の屈折度に関連づける関数を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記複雑関数が実験的に決定される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記複雑関数がコンピュータ・モデルから決定される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記チャンバがビーム書込みシステムを収容する、請求項１２に記載の方法。
【請求項２４】
チャンバと、
該チャンバに収容された移動可能なステージと、
測定経路に沿って前記移動可能なステージの位置を測定するように構成された干渉システムであって、該チャンバ内の第１位置で屈折度をモニタするように構成された屈折計を含む干渉システムと、
該干渉システムに接続されたコントローラであって、動作中に、該システムの工程サイクルの様々な段階で、該第１位置において該モニタした屈折度と、該第１位置における屈折度を該測定経路における屈折度にマッピングする複雑関数とに基づいて干渉位置測定値を補正するコントローラとを備える、システム。
【請求項２５】
前記チャンバ内に収容されたフォトリソグラフィ露光システムを更に備える、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記フォトリソグラフィ露光システムが照明源を含み、前記システムの動作中に、前記移動可能なステージが、該照明源に対して相対的にウェハを位置決めする、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記移動可能なステージ上にウェハを位置決めし、前記移動可能なステージからウェハを取り出すように構成されたウェハ供給システムを更に備える、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記チャンバ内に収容されたビーム書込みシステムを備える、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２９】
前記ビーム書込みシステムがビーム源を含み、前記システムの動作中に、前記移動可能なステージが該ビーム源に対して相対的にウェハを位置決めする、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記チャンバ内にガスを導入するように構成されたガス吸気口を更に備える、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３１】
前記チャンバからガスを排気するように構成されたガス排気口を更に備える、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３２】
前記干渉システムが、光源から入力ビームを受け取り、該入力ビームから測定ビームを引き出すように構成された干渉計を含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３３】
前記干渉システムが、前記測定ビームの波長をモニタするように構成された波長モニタを更に含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記波長モニタが、前記測定ビームの前記波長を干渉法によりモニタするように構成されている、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記干渉システムが、角度変位干渉計を含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３６】
前記干渉システムが、前記角度変位干渉計からの信号に応答して、前記入力ビームの方向を調整するように設けられた動的な要素を更に備える、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記干渉計がヘテロダイン干渉計である、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３８】
前記干渉計がホモダイン干渉計である、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３９】
前記干渉システムが測定対象物を更に含み、前記移動可能なステージに前記干渉計および該測定対象物の少なくとも１つが装着される、請求項３２に記載のシステム。
【請求項４０】
前記第１位置が前記測定経路から離れている、請求項２４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計の測定ビーム経路における気体の屈折度の変化の影響を補償する機器および方法を特徴とする。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００１年１１月１５日出願のヘンリー・ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ｈｉｌｌ）の「ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ  ＦＯＲ  ＥＦＦＥＣＴＳ  ＯＦ  ＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ  ＮＯＮ−ＲＡＮＤＯＭ  ＣＨＡＮＧＥＳ  ＡＮＤ  ＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ  ＲＡＮＤＯＭ  ＦＬＵＣＴＵＡＴＩＯＮＳ  ＩＮ  ＲＥＦＲＡＣＴＩＶＩＴＹ  ＯＦ  ＧＡＳ  ＩＮ  ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲＳ」という名称の仮特許出願第６０／３３５，９６３号の優先権を主張する。
【０００３】
変位測定干渉計は、光学的な干渉信号に基づいて、基準物体に対する測定対象物の位置の相対的な変化をモニタする。干渉計は、測定対象物から反射した測定ビームと、基準物体から反射した基準ビームとを重ね合わせ、干渉させることによって光学的な干渉信号を生成する。
【０００４】
多くの応用例では、測定および基準ビームの偏光は直交しており、周波数は異なっている。異なる周波数は、たとえば、レーザによるゼーマン分裂または音響光学変調によって、あるいは複屈折素子などを使用してレーザ内部で生成し得る。偏光が直交していることで、偏光ビーム・スプリッタにより測定および基準ビームがそれぞれ測定および基準物体に方向づけられ、反射した測定および基準ビームが合成されて、重なり合う射出測定および基準ビームが形成され得る。この重なり合う射出ビームが出力ビームを形成し、その後で偏光子を通過する。
【０００５】
偏光子は、測定および基準射出ビームの偏光を混合して、混合ビームを形成する。混合ビーム中の測定および基準射出ビームの成分は互いに干渉して、測定および基準射出ビームの相対位相に応じて混合ビームの強度が変化する。検出器が、この混合ビームの時間依存性強度を測定し、この強度に比例した電気的な干渉信号を生成する。測定および基準ビームの周波数は異なるので、この電気的な干渉信号は、測定および基準射出ビームの周波数の差に等しいビート周波数を有する「ヘテロダイン」信号を含む。たとえば、測定対象物を含むステージを並進移動させることによって、測定および基準経路長が相互に変化する場合、ビート周波数の測定値は、２νｎｐ／λに等しいドップラー・シフトを含む。ここで、νは測定および基準物体の相対速度、λは測定および基準ビームの波長、ｎは光ビームが通過する空気または真空などの媒質の屈折率、ｐは基準および測定物体まで通過した回数である。測定対象物の相対位置の変化は、干渉信号の測定値の位相変化に相当し、２πの位相変化が、ほぼλ／（ｎｐ）の距離の変化Ｌに等しい。ここで、Ｌは往復距離の変化、たとえば、測定対象物を含むステージに至り、それから戻るまでの距離の変化である。
【０００６】
残念ながら、この等式は必ずしも正確ではない。さらに、干渉信号測定値の振幅は変化し得る。振幅が変化すると、後続の位相変化測定値の精度が低くなり得る。多くの干渉計には、「周期誤差」として知られているような非線形性を含む。この周期誤差は、干渉信号測定値の位相および／または強度として表すことが可能であり、光路長ｐｎＬの変化に対する正弦波依存性を有する。具体的には、位相の第１高調波周期誤差は（２πｐｎＬ）／λに対する正弦波依存性を有しており、位相の第２高調波周期誤差は２×（２πｐｎＬ）／λに対する正弦波依存性を有する。より高次の高調波周期誤差が存在する可能性もある。
【０００７】
誤差の別の原因は、空気の乱れなど環境の影響に関連するものである。たとえば、エヌ・ボブロフ（Ｎ．  Ｂｏｂｒｏｆｆ）の「Ｒｅｓｉｄｕａｌ  Ｅｒｒｏｒｓ  Ｉｎ  Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ  Ｆｒｏｍ  Ａｉｒ  Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ  Ａｎｄ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ」という名称のＡｐｐｌ．  Ｏｐｔ．  ２６（１３）、２６７６〜２６８２ページ、１９８７年の論文と、エヌ・ボブロフ（Ｎ．  Ｂｏｂｒｏｆｆ）の「Ｒｅｃｅｎｔ  Ａｄｖａｎｃｅｓ  Ｉｎ  Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」という名称のＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＆  Ｔｅｃｈ．  ４（９）、９０７〜９２６ページ、１９９３年の論文とを参照されたい。上記引用参照文献に記載されているように、気体中での干渉変位測定は、環境の不確定性、特に、空気圧および温度の変化、たとえば湿度変化から生じる空気組成の不確定性、および気体中の乱れの影響を受けやすい。このような要因により、変位を測定するのに用いられる光の波長が変化する。通常の条件下では、たとえば空気の屈折率は、約１．０００３であり、そのばらつきは１×１０-5〜１×１０-4程度である。多くの応用例では、空気の屈折率は、０．１ｐｐｍ（百万分率）未満〜０．００１ｐｐｍ未満の相対精度であると理解されるべきである。この２つの相対精度は、１ｍの干渉変位測定に対して、それぞれ１００ｎｍおよび１ｎｍ未満の変位測定確度に相当する。
【０００８】
屈折率の変動を検出する一方法は、測定経路に沿って圧力および温度変化を測定し、それらが測定経路の光路長に及ぼす影響を計算することである。測定経路にわたって変動する屈折率の影響を検出するよりもより直接的な別の方法は、複数波長による距離測定によるものである。この基本原理は、以下のように理解されよう。干渉計およびレーザ・レーダでは、ほとんどの場合、解放空気の状態で基準と対象の間の光路長を測定する。光路長は、屈折率と、測定ビームが横切る物理的な経路との積の積分値である。屈折率は波長に応じて変化するが、物理的な経路は波長に無関係なので、装置が少なくとも２つの波長を用いるとすれば、一般に、光路長から、具体的には、屈折率の変動とともに物理的な経路長を求めることが可能である。波長に応じて屈折率が変動することは、当技術分野では分散として周知であり、この技術をしばしば、分散技術または分散干渉法と称する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
干渉計の測定ビーム経路における気体の屈折度を測定し、この屈折度測定値に基づいて干渉測定値を補償することによって、干渉測定の精度を改善し得る。しかし、多くのシステムでは、測定ビーム経路において、またはその付近で気体の屈折度を測定する屈折計その他の手段を配置するのは実際的ではない。より実際的な手法としては、屈折計および／または他のハードウェアをより簡単に収容することが可能な、干渉計の測定ビーム経路から離れた位置で気体の屈折度を測定すること挙げられる。平衡状態にある密閉環境では、干渉計の測定ビーム経路における気体の屈折度は、離れた位置で測定する屈折度とほぼ等しい。このような場合、測定ビーム経路における気体の屈折度がこの測定値と同じであると仮定することによって干渉測定値を補償し得る。しかし、干渉計は、雰囲気が希少に平衡状態にならない多くのシステムにおける高精度測定に用いられ、このような屈折度測定値を測定ビーム経路における屈折度に１対１でマッピングしても十分な精度が得られない。
【００１０】
干渉計を高精度測定に用いる一例は、リソグラフィ・システムの構成要素の位置をモニタすることである。このようなシステムの動作中に、気体の環境は頻繁に変わり得る。たとえば、このシステム内に新しいウェハを導入すると、システム内で気体の移動が生じる。露光した後でウェハを取り出すときも同様である。露光サイクル中にウェハおよび／またはレチクルを走査またはステップ送りした場合でも、システム内で気体の移動が生じ得る。さらに、露光サイクル中の温度変化も、湿度および密度など、いずれも気体の屈折度に影響を及ぼし得る環境パラメータに影響を及ぼし得る。さらに、露光サイクル中の様々な段階において、チャンバに様々な処理用のガスを流すことがあり、これらがさらにシステムの環境を乱す。
【００１１】
上記その他の影響により、システム内で気体の密度、組成、温度および／または圧力が変化し得る。さらに、露光サイクル中にリソグラフィ・システム内で、異なる時間に異なる位置で気体の屈折度の乱れおよび変動が生じ得る。このような状況において、測定ビーム経路における気体の屈折度と、離れた位置における気体の屈折度との単純な１対１のマッピングを用いて干渉測定値を補償することは、常に十分に正確とは限らない。たとえば、このような状況において、露光サイクル中の第１の時間に、離れた位置で屈折度の第１の値を測定し、それを測定ビーム経路におけるある屈折度に対応させることが可能である。しかし、露光サイクル中、時間が経過した後で、測定した同じ値の屈折度が、ビーム経路では異なる値に対応することがある。この場合、正確な測定は、測定ビーム経路における気体の屈折度を、屈折度を測定する離れた位置にマッピングする複雑な（たとえば、１対１の対応よりも複雑な）関数を用いて、屈折度が求められた時点のシステム条件に基づいて補償することによって行われ得る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施形態では、測定ビーム経路から離れたある位置で気体の屈折度を測定し、複雑関数を用いてこの屈折度測定値を測定ビーム経路における屈折度にマッピングすることによってこの影響を補償する。一般に、離れた位置とは、気体の屈折度を測定ビーム経路における気体の屈折度に関連づけるのに１対１のマッピングでは不十分である位置を指す。システム条件とともにこの複雑関数を用いて、測定ビーム経路における気体の屈折度の周期的変化の影響および不規則な変動のある種の影響をモニタし得る。気体の屈折度の変化の原因には、各システム・サイクル（たとえば、リソグラフィ・システムの露光サイクル）中に生じる気体密度の周期的および不規則な変化および／または乱れが増減する期間が含まれる。
【００１３】
この複雑関数は、システム条件に基づいて、気体の屈折度の測定値を測定ビーム経路における気体の屈折度に関連づける。たとえば、露光サイクル中にシステム条件が変化するリソグラフィ・システムでは、この複雑関数は、サイクルの個々の段階に応じてパラメータ化される。システム条件は、たとえば、測定対象物の位置および／または角度方向、測定対象物が移動し得る速度および時間の関数としての気体の組成を含み得る。
【００１４】
この複雑関数は、干渉測定値を補償する前に確定する。この複雑関数は、実験的な方法、計算による方法または実験的および計算による方法の組合せを用いて確定し得る。
実施形態では、システムにより、実時間でステージの位置の測定値が補償される。これら実時間で補正した測定値は、その下流でも利用し得るし、補正と同時に行われる用途にも利用し得る。同時に行われる用途の一例は、干渉システムを用いて、測定ビーム経路における気体の屈折度の変化の影響を補償するのと同時に、この測定中に連続して走査するステージの位置を測定することである。
【００１５】
好ましい実施形態では、気体の屈折度の周期的な変化の影響および不規則な変動のある種の影響について干渉測定値を補償することをほぼ同時に実現し得る。
実施形態では、チャンバ内の様々な位置における気体の屈折度の関係がわかるように、あるいはよく把握されるように干渉システムを収容するチャンバが設計され得る。こうすると、より正確な補償を行うことが可能になり、かつ／または、より簡単に複雑関数を決定し得る。
【００１６】
一般に、第１態様では、本発明は、フォトリソグラフィ露光サイクル中に用いる方法を特徴とする。この方法は、フォトリソグラフィ露光システムを収容するチャンバ内で移動可能なステージの位置を干渉測定し、チャンバ内の干渉測定部から離れた位置で屈折度をモニタし、フォトリソグラフィ露光サイクルの様々な段階中に、モニタした屈折度と、離れた位置における屈折度を干渉測定部付近の屈折度にマッピングする複雑関数とに基づいてステージ位置の干渉測定値を補正することを含む。
【００１７】
本発明の実施形態は、本発明の他の態様に関して説明する１つまたは複数の特徴を含み得る。あるいは、またはそれに加えて、本発明の実施形態は、以下の１つまたは複数の特徴を含み得る。
【００１８】
フォトリソグラフィ露光サイクルにより、チャンバ内で雰囲気の変化が生じ得る。この方法は、このような雰囲気の変化の間、干渉法による位置測定を繰り返すことを含み得る。第１の位置でモニタした屈折度および複雑関数に基づいて、干渉法により繰返し測定した位置を補正することも含み得る。
【００１９】
この方法は、フォトリソグラフィ露光サイクル中に移動可能なステージを移動させることを含み得る。あるいは、またはそれに加えて、この方法は、フォトリソグラフィ露光サイクル中に、チャンバ内にガスを導入し、また、チャンバからガスを排気することを含み得る。いくつかの実施形態では、この方法は、フォトリソグラフィ露光サイクル中に、移動可能なステージ上にウェハを載せ、また、移動可能なステージからウェハを取り出すことを含む。
【００２０】
移動可能なステージの位置の干渉測定は、干渉計と測定対象物の間で測定ビームを方向づけることを含み、移動可能なステージに、干渉計および測定対象物の少なくとも１つが装着される。この方法は、フォトリソグラフィ露光サイクル中に測定ビームの波長を測定することも含み得る。この波長測定値に基づいて、移動可能なステージ位置の干渉法による位置測定値を補正し得る。
【００２１】
実験的に、かつ／またはコンピュータ・モデルから、複雑関数が決定され得る。
第２態様では、本発明は、チャンバ内で移動可能な対象物の位置を干渉測定し、チャンバ内の第１位置でチャンバ内の屈折度を測定し、第１位置における屈折度測定値および第１位置における屈折度を干渉測定部付近の屈折度にマッピングする複雑関数に基づいて、干渉法により測定した対象物位置を補正することを含む方法を特徴とする。
【００２２】
本発明の実施形態は、本発明の他の態様に関して説明する１つまたは複数の特徴を含み得る。あるいは、またはそれに加えて、本発明の実施形態は、以下の１つまたは複数の特徴を含み得る。
【００２３】
このチャンバは、フォトリソグラフィ露光システムを収容し得る。このフォトリソグラフィ・システムは、干渉測定中にレチクルを支持し得る。
移動可能な対象物は、干渉測定中にウェハを支持し得る移動可能なステージとし得る。移動可能な対象物が移動可能なステージである実施形態では、移動可能なステージの位置の干渉測定は、干渉計と測定対象物の間の光路長の変化をモニタすることを含み、移動可能なステージに、干渉計および測定対象物の少なくとも１つが装着される。
【００２４】
この方法は、干渉測定中に干渉計と測定対象物の間で方向づけられた測定ビームの波長を測定することも含み得る。この波長測定値に基づいて、干渉法により測定した対象物位置を補正し得る。
【００２５】
第１位置は、干渉測定部から離れた位置とし得る。
複雑関数は、フォトリソグラフィ・システムの露光サイクルの様々な段階中に、離れた位置における雰囲気の屈折度を、移動可能な対象物付近の雰囲気の屈折度に関連づける関数とし得る。ある実施形態では、この複雑関数が実験的に決定される。あるいは、またはそれに加えて、コンピュータ・モデルからこの複雑関数が決定され得る。
【００２６】
ある実施形態では、このチャンバは、ビーム書込みシステムを収容する。
第３態様では、本発明は、チャンバ内に収容された移動可能なステージを含むシステムを特徴とする。このシステムは、チャンバ内に収容された干渉システムも含む。この干渉システムは、測定経路に沿って、移動可能なステージの位置を測定するように構成される。この干渉システムは、チャンバ内の第１位置で屈折度をモニタするように構成された屈折計（たとえば、干渉屈折計）を含む。このシステムは、干渉システムに接続されたコントローラも含む。このシステムの動作中に、このコントローラは、このシステムの工程サイクルの様々な段階中に、第１位置でモニタした屈折度と、第１位置における屈折度を移動可能なステージ付近の屈折度にマッピングする複雑関数とに基づいて、干渉法により測定した位置を補正する。
【００２７】
本発明の実施形態は、本発明の他の態様に関して説明する１つまたは複数の特徴を含み得る。あるいは、またはそれに加えて、本発明の実施形態は、以下の１つまたは複数の特徴を含み得る。
【００２８】
このシステムは、チャンバ内に収容されたフォトリソグラフィ露光システムを含み得る。このフォトリソグラフィ露光システムは照明源を含み得る。このシステムの動作中に、移動可能なステージは、この照明源に対して相対的にウェハを位置決めし得る。このシステムは、移動可能なステージ上にウェハを位置決めし、また、移動可能なステージからウェハを取り出すように構成されたウェハ供給システムを含み得る。
【００２９】
ある実施形態では、このシステムは、チャンバ内に収容されたビーム書込み装置を含む。このビーム書込みシステムはビーム源を含み得る。このシステムの動作中に、移動可能なステージは、このビーム源に対して相対的にウェハを位置決めする。
【００３０】
このシステムは、チャンバ内にガスを導入するように構成されたガス吸気口を含み得る。あるいは、またはそれに加えて、このシステムは、チャンバからガスを排気するように構成されたガス排気口を含み得る。
【００３１】
この干渉システムは、光源から入力ビームを受け取り、この入力ビームから測定ビームを引き出すように構成された干渉計（たとえば、ヘテロダインまたはホモダイン干渉計）を含み得る。この干渉システムは、測定ビームの波長をモニタする波長モニタを含み得る。この波長モニタは、測定ビームの波長を干渉法によりモニタするように構成し得る。
【００３２】
いくつかの実施形態では、この干渉システムは角度変位干渉計を含み得る。この干渉システムは、この角度変位干渉計からの信号に応答して、入力ビームの方向を調整するように適合された動的な要素も含み得る。
【００３３】
この干渉システムは測定対象物も含み得る。移動可能なステージに、干渉計および測定対象物の少なくとも１つが装着される。
第１位置は、測定経路から離すことが可能である。
【００３４】
本発明の実施形態は、以下の１つまたは複数の利点を含み得る。
本発明の実施形態では、干渉計の測定経路および／または基準経路において、気体の光路長の影響を正確に補償し得る。光路長の影響は、屈折率、または、測定経路および／または基準経路の物理的な長さ、あるいはその両方が変化し得る影響を含み得る。この一例は、固定干渉計と、走査ステージに取り付けられた測定対象物との間の光路長を測定することである。
【００３５】
本発明の実施形態を用いて、分散干渉システムを検証するか、あるいは置き換えることが可能である。
ある実施形態では、測定経路および／または基準経路において、気体の光路長の影響を迅速かつ正確に補償することが可能であり、測定経路および／または基準経路の物理的な長さが急激に変化することによって、気体の光路長の影響の補償精度はほとんど損なわれない。
【００３６】
ある実施形態では、温度および圧力などの環境条件を測定しモニタすることを必要とせずに、気体の光路長の影響を迅速かつ正確に補償し得る。あるいは、またはそれに加えて、気体の組成を測定し、かつ／またはモニタすることを必要とせずに、気体の光路長の影響を迅速かつ正確に補償し得る。さらに、ある実施形態では、測定経路に沿って温度および圧力など気体の熱力学的特性を測定せずに、気体の光路長の影響を補償し得る。
【００３７】
特に定義しない限り、本願明細書で用いるすべての技術的および科学的な用語は、本発明が属する技術分野の技術者が一般に理解しているのと同じ意味を有する。本願明細書で述べるすべての刊行物、特許出願、特許その他の参照文献を本願明細書にそれら全体を援用する。コンフリクトが生じた場合には、定義を含めて本願明細書が優先される。
【００３８】
本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細を添付の図面および以下の説明の中で述べる。本発明の他の特徴、目的および利点は、以下の説明および図面ならびに特許請求の範囲から明らかであろう。様々な図面中の同じ参照記号は同じ要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
干渉システムは、極めて正確な測定値を提供し得る。このようなシステムは、コンピュータ・チップなどの大規模集積回路の製作に用いられるリソグラフィ応用分野で特に有用となり得る。リソグラフィは、半導体製造産業を推進する基盤技術である。リソグラフィでは、１００ｎｍ以下の線幅（デザイン・ルール）を実現するための最も難しい５つの課題の１つが重ね合わせの向上である。たとえば、「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｒｏａｄｍａｐ」、８２ページ、１９９７年を参照されたい。リソグラフィに関する一般の参照文献については、たとえば、ジェイ・アール・シーツ（Ｊ．Ｒ．  Ｓｈｅａｔｓ）、ビー・ダブリュー・スミス（Ｂ．Ｗ．  Ｓｍｉｔｈ）の「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、マーセル・デッカー社（Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ，  Ｉｎｃ．）、米国ニューヨーク州所在、１９９８年も参照されたい。これらの内容を本願明細書に援用する。
【００４０】
重ね合わせは、ウェハおよびレチクル（またはマスク）ステージの位置決めに使用する距離測定干渉計の性能、すなわち確度および精度に直接依存する。リソグラフィ機器は、１年に５千万〜１億ドルの製品を生産し得るので、距離測定干渉計の性能向上から生じる経済的な価値は非常に大きい。リソグラフィ機器の歩留まりがそれぞれ１％向上すると、集積回路製造業者にとっては１年に約１００万ドルの経済上の利益となり、リソグラフィ機器供給業者にとっては大きな競争上の利点になる。
【００４１】
リソグラフィ機器の機能は、フォトレジストを被覆したウェハ上に空間的にパターン化した放射を方向づけることである。この工程は、ウェハのどの位置で放射を受け取るかを決め（位置合わせ）、その位置でフォトレジストに放射する（露光）ことを含む。
【００４２】
図１を参照すると、一般に、露光システムとも称するリソグラフィ・システム１００は、照明系１１０およびウェハ位置決めシステム１２０ならびにレチクル・ステージ１３０を含む。照明系１１０は、紫外、可視、Ｘ線、電子またはイオン放射などの放射を提供する放射源１１２を含む。レチクル・ステージ１３０は、マスクとも称するパターン化されたレチクル１３２を支持する。以下では、これらの用語は交換可能に用いる。レチクル１３２は、照明系１１０からの放射にパターンを付与し、それによって空間的にパターン化された放射を生成する。縮小リソグラフィの場合には、リソグラフィ・システム１００は、ウェハ１２２上に空間的にパターン化した放射を結像する縮小レンズ１４０も含む。ウェハ位置決めシステム１２０は、露光中にウェハ１２２を位置決めし支持するウェハ・ステージ１４２を含む。ウェハ位置決めシステム１２０は、たとえば圧電トランスデューサ素子およびそれに対応する制御用電子回路も含み得る。放射を結像させて、ウェハ上に被覆したレジストを露光する。この放射により、レジスト内で光化学作用が始まり、それによって、放射パターンがレジスト内で潜像に変換される。
【００４３】
縮小リソグラフィを実施する実施形態とは異なり、プロキシミティ印刷を利用する実施形態では、散乱放射が、ウェハに到達する前に短い距離（典型的には数ミクロン程度）を伝播してレチクル・パターンの１：１画像を生成する。
【００４４】
リソグラフィ・システム１００は、ウェハ供給システム１６０およびレチクル交換器１７０も含む。ウェハ供給システム１６０は、バッチ単位のウェハを備え、ウェハ・ステージ上に自動的にウェハを載せ、ウェハが露光された後でそれを取り出す。レチクル交換器１７０は、各露光ごとに適切なレチクルを選択し、レチクル・ステージ１３０上で選択したレチクルを位置決めする。
【００４５】
ウェハを正しく位置決めするために、ウェハは、その上に専用センサによって測定し得る位置合わせマークを含む。位置合わせマーク位置の測定をして、機器内でウェハ位置を定義する。この情報とウェハ表面の所望のパターン化仕様から、空間的にパターン化した放射に対して相対的にウェハを案内して位置合わせを行う。このような情報に基づいて、フォトレジストを被覆したウェハを支持する並進可能なウェハ・ステージがウェハを移動させて、放射がウェハの正しい位置に晒される。
【００４６】
リソグラフィ・システム１００は、露光中にウェハの環境を制御し得るチャンバ１０１内に収容される。アクセス・ポート１０５から、露光装置、ウェハ供給システムおよびレチクル・チャンバにアクセスする。チャンバ１０１は、それぞれ１種（または複数種）の処理用のガスをチャンバに導入し、またそれから排気するためのガス吸気口１８０およびガス排気口１８２も含む。チャンバ１０１は、露光放射を散乱かつ／または吸収し、ウェハのところで光のパターンを劣化し得る汚染物（たとえば、塵または望ましくないガス）を少なくする。このチャンバにより、ウェハに接する雰囲気の組成を制御することも可能である。空気が露光放射を大きく吸収または散乱するときに、これは特に重要である。たとえば、ＵＶ放射は酸素によって大きく吸収されるので、空気など酸素を豊富に含む雰囲気はＵＶシステムには望ましくない。一般に、密閉型リソグラフィ・システムでは、露光放射波長により適した窒素その他のガスまたはガスの混合物が流される。
【００４７】
リソグラフィ・システム１００は、リソグラフィ・システム内でウェハの位置を正確に測定する干渉システムも含む。この干渉システムは、干渉計１５０および測定対象物１５２を含む。干渉計１５０は、ウェハ位置決めシステム１２０に装着され、測定対象物１５２は、ウェハ・ステージ１４２に装着される。測定対象物１５２は、たとえば、干渉計１５０によってステージに方向づけられる測定ビーム１５５を反射する平面ミラーを含む。この測定ビームは反射して干渉計１５０に戻る。
【００４８】
リソグラフィ・システムの他の実施形態では、１つまたは複数の上記干渉システムを使用して、たとえばウェハおよびレチクル（またはマスク）ステージ（ただし、これらに限定されるものではない）に関連する複数の軸および角度に沿って距離を測定し得る。また、ＵＶレーザ・ビームではなく、たとえば、Ｘ線ビーム、電子ビーム、イオン・ビームおよび可視光ビームを含めて、他のビームを用いてウェハを露光し得る。
【００４９】
実施形態では、このリソグラフィ・システムは、当技術分野でコラム基準として知られているものを含み得る。このような実施形態では、干渉計１５０は、放射ビームを方向づける何らかの構造物、たとえば縮小レンズ１４０上に装着された（図示しない）基準ミラーに至る外部基準経路に沿って、（図示しない）基準ビームを方向づける。この基準ミラーは、基準ビームを反射して干渉システムに戻す。測定対象物１５２から反射した測定ビーム１５５と縮小レンズ１４０上に装着された基準ミラーから反射した基準ビームとを合成した後で、この干渉システムによって生成される干渉信号は、放射ビームに対する相対的なステージ位置の変化を示す。
【００５０】
以下に適切な干渉システムの例を説明する。ここで説明する実施形態には含まれないが、１つまたは複数の干渉システムを使用して、レチクル・ステージの位置だけでなく、リソグラフィ構造物を製作する工程において位置を正確にモニタしなければならない他の移動可能な要素を正確に測定することも可能である（上記のシーツ（Ｓｈｅａｔｓ）、スミス（Ｓｍｉｔｈ）の「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」を参照されたい）。
【００５１】
一般に、干渉システムを用いて、ウェハ・ステージおよびレチクル・ステージのそれぞれの位置を、レンズ・アセンブリ、放射源または支持構造など露光システムの他の構成要素に対して正確に測定し得る。このような場合、ここで説明する実施形態の場合と同様に、静止構造に干渉計を装着し、移動可能な要素、たとえばマスクおよびウェハ・ステージの１つに測定対象物を装着する。あるいは、この状況を逆にすることも可能であり、移動可能な物体に干渉システムを装着し、静止物体に測定対象物を装着する。
【００５２】
より一般には、このような干渉システムを使用して、露光システムのいずれか１つの構成要素の位置を、露光システムの任意の他の構成要素に対して相対的に測定し得る。干渉システムは、これらの構成要素の１つに装着するか、あるいはそれによって支持し、測定対象物は、他の構成要素に装着するか、あるいはそれによって支持する。
【００５３】
ここで説明する実施形態では、この干渉システムは、測定ビーム経路から離れた位置でチャンバ内に位置決めされた屈折計１９９も含む。動作中に、屈折計１９９は、その位置でチャンバの気体の屈折度をモニタする。以下に適切な屈折計の例を詳細に説明する。動作中、（図示しない）プロセッサが、離れた屈折計の測定値に基づいて干渉測定値を補償する。そして、このプロセッサは、複雑関数を利用して、その離れた位置における屈折度測定値を、測定ビーム１５５の経路における気体の屈折度にマッピングする。
【００５４】
この複雑関数は、１対１のマッピングよりも複雑である。チャンバにより、リソグラフィ・システムに関してある程度の環境制御が可能であるが、チャンバ内で、密度の変動、気体の移動および／または気体の乱れが大きく生じ得る。チャンバ内の気体の平衡状態を乱す１つの原因は、露光照明に対して相対的にウェハまたはレチクルを走査する際の測定対象物の動きであり得る。他の例には、ガス吸気口１８０を介したチャンバへの処理用ガスの導入と、ガス排気口１８２を介したガスの排気がある。これらの機能はともに、チャンバ内で、乱れおよび密度と組成の変動を引き起こし得る。ウェハのロード／アンロードによっても、チャンバ内で気体の動きが生じ得る。さらに、アクセス・ポートを介してウェハをチャンバに導入し、またそれから取り出すとき、気体がチャンバ内に浸入し、かつ／またはチャンバから漏れ出す可能性があり、それによって、チャンバの雰囲気の平衡状態がさらに乱れる。さらに、たとえばエア・ロックおよび／またはコラプト・シール（ｃｏｒｒｕｐｔ  ｓｅａｌ）からの漏れにより、チャンバ雰囲気の組成変動が生じ得る。たとえば、ウェハ・ステージの振動緩衝用に使用することがある空気軸受けからの漏れにより、空気（または他のガス）が露光中にシステム内に浸入し得る。
【００５５】
リソグラフィ露光サイクルの様々なステップに応じて複雑関数をパラメータ化し得る。各ウェハの露光中に一連の類似したイベントが行われるので、リソグラフィ・システムの雰囲気の変化の多くは周期的である。たとえば、縮小レンズに対して相対的にウェハを位置決めした後で、このシステムでは、ウェハを露光する前にウェハに窒素ガスを流すことがある。あるいは、またはそれに追加して、ウェハ・ステージは、各露光ごとにウェハ位置を同じように走査することがある。この工程は本質的に周期的なので、１つの露光サイクルについて、各工程のステップがチャンバ雰囲気に及ぼす影響が既知である場合、後続のサイクルにおいて対応するステップの影響を推測し得る。このため、好ましい実施形態では、測定が行われたリソグラフィ露光サイクルの個々の段階に応じて、複雑関数により、気体の屈折度測定値がビーム１５５の経路における屈折度に関連づけられる。
【００５６】
実施形態では、複雑関数により、システムが、測定および／または基準ビーム経路における気体の屈折度の定常的で不規則でない変化の影響および／または定常的で不規則な変動のある種の影響について、干渉法による測定値を補償し得る。屈折度の不規則でない変化（すなわち、系統だった変化）および不規則な変動には、気体の密度および組成の変化および変動の影響が含まれる。本願明細書では、定常性の特質は、定常的であると分類される工程の確率−空間パラメータが、時間間隔を法として時間が経過しても不変であることを意味する。すなわち、関連する確率−空間パラメータの平均および偏差は、リソグラフィ機器の各露光サイクルの等価な段階において関連する。任意のリソグラフィ機器についての上記時間間隔は、この機器のウェハ処理率の逆数である。
【００５７】
一般に、この複雑関数は、１つまたは複数のパラメータに基づいて１つの値を別の値にマッピングするのに適した任意のフォーマットとし得る。たとえば、この複雑関数は、解析関数、１組の解析関数、アルゴリズムまたはルックアップ・テーブルとし得る。１つの例は１組の解析関数であり、各関数は、異なるシステム・パラメータ（たとえば、露光サイクルの段階）に対応する。
【００５８】
この複雑関数は、実験的に、または計算で、あるいは実験および計算技法の組合せを用いて決定し得る。
この関数を実験的に決定する方法の一例は、チャンバ内で追加のセンサを用いて１つまたは複数のリソグラフィ露光サイクルを実行し、そのサイクル中にそれらのセンサ位置で１つまたは複数のパラメータをモニタすることである。この単純な例は、測定ビーム経路中に追加の屈折計を配置し、試験露光中に、その場所だけでなく、離れた位置でも屈折度をモニタすることである。このシステムの後続の動作中に、プロセッサがこの複雑関数を利用して、試験露光中に測定した値に従って、離れた位置で測定する値から測定ビーム経路における気体の屈折度を決定する。ただし、この例では、露光中に生じ得る気体の屈折度の不規則な変動は必ずしも明らかではない。また、測定ビーム経路中の第２屈折計の存在が、その場所での気体の屈折度にどのように影響を及ぼし得るかも明らかではない。
【００５９】
別の例は、複数の試験露光サイクル中に、チャンバ内の複数の位置で屈折度およびその気体に関連する他のパラメータ（たとえば、圧力、速度、温度、湿度）をモニタすることである。これらの試験サイクル中に得られた情報をルックアップ・テーブルに記憶するか、あるいは、１つまたは複数の解析関数を決定するのに用いることが可能であり、その関数から離れた位置で測定した屈折度を、測定ビーム経路における屈折度に関連づけることが可能である。
【００６０】
計算による方法の一例は、市販の流体力学計算プログラムを利用して複雑関数を決定することである。このようなプログラムの一例は、（米国ニューヨーク州メルビル（Ｍｅｌｖｉｌｌｅ）所在の）シーディー・アダプコ・グループ（ＣＤ  ａｄａｐｃｏ  Ｇｒｏｕｐ）から入手可能なスター・シーディー（Ｓｔａｒ  ＣＤ）である。一般に、計算による流体力学は、１組の離散的な位置および時間におけるシステム内の流体のパラメータ（たとえば、密度、温度）を関連づける１つまたは複数の組の微分方程式を解くことによって複雑系における流体力学問題の解を与える。たとえば、非圧縮性流体の場合、流体などの流れを記述する基本的な偏微分方程式であるナビエ・ストークスの方程式を利用し得る。通常、システムの物理的な構造に応じて、しばしばメッシュと称する離散的な位置の組を定義する。通常、１つ（または複数）の微分方程式には、問題を解く前に、たとえば初期システム条件を記述する、ユーザが定義した１組の境界値を入力する必要がある。これらは、初期温度プロフィール、またはサイクル中の特定の時点でのメッシュのある部分の温度など、任意のパラメータについての境界条件を含み得る。
【００６１】
したがって、その露光サイクルについて、適切なメッシュを決定し、条件を入力することによって、このサイクル中のチャンバ内の様々な位置における気体の屈折度の値および／または他のパラメータを計算で決定し得る。これらの値により、離れた位置で測定した気体の屈折度を、干渉測定ビーム経路における屈折度に関連づける複雑関数が得られる。
【００６２】
以下に干渉システムの実施形態を示し説明する。それらは細部がいくらか異なるが、ここで開示する実施形態は、その他の点では多くの共通要素を共有する。以下でわかるように、ここで開示する実施形態では、干渉光学経路の実施方法および／またはある種の情報信号の電子的な取扱い方法の細部が異なっている。
【００６３】
図２を参照すると、全体的に数字１０で示す干渉システムは、光源２０、干渉計３０、検出器４０、電子プロセッサ５０およびモニタ６０を含む。光源２０は、１つまたは複数の成分を含むビーム２２を提供するレーザまたはコヒーレントなビームの他の光源を含み、ビーム２２の第１部分はビーム２４として干渉計３０に向かって透過し、ビーム２２の第２部分はビーム２６としてモニタ６０に向かって反射する。単波長干渉法では、モニタ６０は屈折計を備え、波長モニタを備え得る。２つ以上の波長を必要とする干渉法では、ビーム２２は、たとえば１０６４ｎｍおよび５３２ｎｍの異なる波長を有する少なくとも２つのビームを含み、モニタ６０は、屈折計、Γモニタおよび波長モニタを備え得る。ここで、Γは気体の逆分散能である。光路変位測定には、単波長で十分であり得る。１つまたは複数の異なる波長でヘテロダイン干渉技術を利用する際には、光源２０は、１つまたは複数の異なる波長の各ビーム成分間に周波数分離を導入する。たとえば、１つまたは複数の音響光学変調器を使用して周波数分離を導入することも可能で、あるいは、周波数分離を作り出すために光源にゼーマン分裂レーザを含めることも可能である。これらの周波数分離成分は、直交偏光を有するようにする。ビーム２２の周波数分離成分を干渉計３０に送り、干渉計３０内でそれらが測定および基準ビームに分けられる。
【００６４】
干渉計３０は、たとえば、差動平面ミラー型干渉計、ダブルパス干渉計、マイケルソン干渉計および／またはシー・ザノニ（Ｃ．Ｚａｎｏｎｉ）の「Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ｄｉｓｔａｎｃｅ  ａｎｄ  ａｎｇｌｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ：  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，  ａｄｖａｎｔａｇｅｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」という名称のＶＤＩ  Ｂｅｒｉｃｈｔｅ、第７４９号、９３〜１０６ページ、１９８９年の論文に記載の類似の装置など、任意のタイプの干渉計とし得る。干渉計３０は、本願と同じ権利者が所有する２００２年７月２９日出願の「ＰＡＳＳＩＶＥ  ＺＥＲＯ  ＳＨＥＡＲ  ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲＳ」という名称の米国特許出願第１０／２０７，３１４号に記載の受動型ゼロ・シヤー平面ミラー型干渉計、または、本願と同じ権利者が所有する２００１年５月１０日出願の「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＩＣ  ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ  ＯＦ  ＡＮＧＵＬＡＲ  ＯＲＩＥＮＴＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＤＩＳＴＡＮＣＥ  ＴＯ  Ａ  ＰＬＡＮＥ  ＭＩＲＲＯＲ  ＯＢＪＥＣＴ」という名称の米国特許出願第０９／８５２，３６９号および本願と同じ権利者が所有する２００１年８月７日発行の「ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＹ  ＳＹＳＴＥＭ  ＨＡＶＩＮＧ  Ａ  ＤＹＮＡＭＩＣ  ＢＥＡＭ  ＳＴＥＥＲＩＮＧ  ＡＳＳＥＭＢＬＹ  ＦＯＲ  ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ  ＡＮＧＬＥ  ＡＮＤ  ＤＩＳＴＡＮＣＥ」という名称の米国特許第６，２７１，９２３号に記載のダイナミック・ビーム・ステアリング要素を備えた干渉計も備え得る。これら３つはヘンリー・アレン・ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａｌｌｅｎ  Ｈｉｌｌ）によるものである。ザノニ（Ｚａｎｏｎｉ）の論文およびヒル（Ｈｉｌｌ）の３つの引用特許の内容を本願明細書にそれら全体を援用する。この干渉計は、たとえば、測定経路に沿って、光路長の変化、物理的な経路長の変化、屈折率の変化、ビームの波長の変化、ビームの伝播方向の変化または気体の固有の特性の変化をモニタするように設計し得る。
【００６５】
干渉計３０は、本願と同じ権利者が所有する「Ｉｎ−Ｓｉｔｕ  Ｓｔａｇｅ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ」という名称の米国特許仮出願第０９／８５３，１１４号に記載の、ｉｎ−ｓｉｔｕでステージ・ミラーの形状を測定かつ／またはモニタするように構成された干渉計も備え得る。この内容を本願明細書に援用する。
【００６６】
干渉計３０は、（基準物体に至る）基準経路に沿って基準ビームを方向づけ、測定対象物（たとえば、リソグラフィ・ステージ）に至る測定経路に沿って測定ビームを方向づけ、次いで、基準ビームと測定ビームを合成して重なり合う１対の射出ビーム３４を形成する。分散干渉法の応用例では、異なる波長ごとに、対になった重なり合う射出ビームがある。
【００６７】
重なり合う１対の射出ビーム間で干渉させると、基準経路と測定経路の光路長の相対差についての情報が含まれる。いくつかの実施形態では、基準経路は固定され、したがって、光路長差の変化は、測定経路の光路長の変化に相当する。しかし、他の実施形態では、基準および測定経路の光路長はともに変化し得る。たとえば、基準経路は、干渉計に対して相対的に移動し得る基準物体（たとえば、コラム基準）に接触し得る。この後者の場合には、光路長差の変化は、基準物体の位置の変化に対する相対的な測定対象物の位置の変化に相当する。
【００６８】
基準ビームと測定ビームの偏光が直交していると、重なり合う１対の射出ビームの少なくとも１つの中間偏光の強度が選択されて光学的な干渉が生成される。たとえば、検出器４０内に偏光子を配置し得る。検出器４０は、重なり合う１対の射出ビームから選択された偏光の強度を測定して干渉信号を生成する。基準および測定経路に沿って方向づける前に、これらのビームの一部を互いに合成し、それによって重なり合う１対の基準射出ビームが得られ、これを利用して基準干渉信号が得られる。さらに、実施形態では、干渉計３０内に偏光子を含め、射出ビーム３４が、選択された偏光を有する混合ビームとして出射される。
【００６９】
検出器４０は、好ましくは量子フォトン検出器によって、選択された偏光を有する重なり合う１対の射出ビームの強度を測定する光検出器と、光検出器からの出力を増幅し、電気的な干渉信号４４を生成する前置増幅器およびアナログ−デジタル・コンバータなどの電子回路とを含む。好ましくはデジタル信号である干渉信号４４は、光学的な干渉に対応するものである。分散干渉法の応用例では、検出器４０内の複数の光検出チャネルを使用することによって、（それぞれ異なる波長に対応する）重なり合う１対の射出ビームごとに電気的な干渉信号を生成する。干渉信号４４は、電子プロセッサ５０に送られる。干渉計３０および検出器４０は、ビーム３４を光検出器に結合する光ファイバ（図示しない）も含み得る。
【００７０】
屈折度モニタまたは屈折計によって、干渉計システム１０を含むシステム内、特にモニタ６０内で気体の屈折率を測定しモニタする。モニタ６０は、本願と同じ権利者が所有する「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＴＨＥ  ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＲＥＦＲＡＣＴＩＶＥ  ＩＮＤＥＸ  ＯＦ  Ａ  ＧＡＳ」という名称の米国特許第４，６８５，８０３号または「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＲＥＦＲＡＣＴＩＶＥ  ＩＮＤＥＸ  ＯＦ  Ａ  ＧＡＳ」という名称の米国特許第４，７３３，９６７号に記載の干渉装置を備え得る。いずれもゲーリー・イー・ソマーグレン（Ｇａｒｙ  Ｅ．  Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎ）によるもので、両方の引用特許の内容を本願明細書にそれら全体を援用する。入力ビーム２６の一部を出力ビーム６４としてモニタ６０から検出器７０に送る。検出器７０の説明は、検出器４０について示した説明の対応する部分と同じである。検出器７０は、ビーム６４を電気的な干渉信号７４として検出する。干渉信号７４は好ましくはデジタル・フォーマットでアナライザ５０に送られる。
【００７１】
モニタ６０は、本願と同じ権利者が所有するヘンリー・アレン・ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａｌｌｅｎ  Ｈｉｌｌ）の「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ  ＩＮＴＲＩＮＳＩＣ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ  ＯＦ  Ａ  ＧＡＳ」という名称の米国特許第６，１２４，９３１号に記載の波長モニタおよびΓモニタを含み得る。この内容を本願明細書にその全体を援用する。
【００７２】
干渉計３０の測定経路とは異なる１つの位置で測定した気体の屈折度の値および既知の複雑関係を用いることによって、電子プロセッサ５０内で測定経路における気体の屈折度の変化および変動の影響を補償する。気体の屈折度の測定値は、電子プロセッサ５０が干渉信号７４に含まれる情報を処理することによって得られる。気体の密度および組成の変化の影響を含めて、気体の屈折度の定常的な不規則でない影響および定常的で不規則な変動のある種の影響について補償した位相情報が、出力信号８０として生成される。
【００７３】
ある実施形態では、モニタ６０は波長モニタを含む。波長モニタは、ビーム２２の波長安定性が最終用途の応用例の要件を満たすのに十分でない応用例で特に有用となり得る。波長モニタを含む実施形態では、信号７４は、波長モニタの光学的な干渉信号に対応する電気的な干渉信号を含む。電子プロセッサ５０は、出力信号８０を生成する際に、ビーム２２の波長変化の影響を補償する。
【００７４】
ある実施形態では、モニタ６０はΓモニタを含む。Γモニタは、ビーム２２が２つ以上の波長を含む応用例で特に有益となり得る。Γモニタを含む実施形態では、信号７４は、Γモニタの光学的な干渉信号に対応する電気的な干渉信号を含む。電子プロセッサ５０は、出力信号８０を生成する際に、Γモニタの光学的な干渉信号中の情報を用いて、ビーム２２の２つ以上の波長における組成変化による気体の屈折度の変化および変動の影響を補償する。
【００７５】
図３を参照すると、干渉システム２００は、全体的に番号２１０で示す干渉計を含む。干渉計２１０は、偏光ヘテロダイン・シングルパス干渉計である。この構成は、当技術分野では偏光マイケルソン干渉計として周知のものであり、これを簡単な図で示す。第１実施形態はヘテロダイン・システムを備えるが、この干渉システムは、ドップラー・シフトが加えられる前は基準および測定ビームが同じ周波数を有するホモダイン・システムで使用するように容易に適合される。この装置は広範囲の放射源に適用されるが、以下の説明では、光学測定システムに関する例として取り上げる。
【００７６】
光源２２０から放出される光ビーム２２２の第１部分は、非偏光ビーム・スプリッタ２４２を透過してビーム２２４を形成する。ビーム２２２の第２部分は、非偏光ビーム・スプリッタ２４２で反射して、ミラー２４４で反射した後でビーム２３２を形成する。光源２２０の説明は、光源２０について示した説明と同じである。
【００７７】
図３に示すように、干渉計２１０は、対象物用再帰反射器２３８、基準用再帰反射器２４０、および偏光ビーム・スプリッタ界面２３６を備えた偏光ビーム・スプリッタを含む。ビーム２２４の測定ビーム成分は、ビーム２２８として偏光ビーム・スプリッタ界面２３６を透過する。ビーム２２８は、対象物用再帰反射器２３８で反射し、次いで、出力ビーム２３０の測定ビーム成分として偏光ビーム・スプリッタ界面２３６を透過する。ビーム２２４の基準ビーム成分は、ビーム２２６として偏光ビーム・スプリッタ界面２３６で反射する。ビーム２２６は、基準用再帰反射器２４０で反射し、次いで、出力ビーム２３０の基準ビーム成分として偏光ビーム・スプリッタ界面２３６で反射する。この干渉システムの動作中に、気体の屈折率および測定経路の物理的な長さのいずれか、あるいはその両方が変化し得る。出力ビーム２３０の基準および測定ビーム成分はそれぞれ、波長λ1において、基準および測定経路を貫通する光路長についての情報を含む。ビーム２３０は干渉計２１０を出射し、検出器２４６に入射して、そこで電気的な干渉信号２４８が生成される。検出器２４６は、ビーム２３０の複数の成分から共通の偏光状態を選択するアナライザを備える。
【００７８】
干渉計２１０により、ビーム２３０の測定ビーム成分と基準ビーム成分の間に位相シフトφ1が導入され、それによって、ビーム２３０は位相シフトしたビームになる。位相シフトφ1の大きさは、次式により、測定経路および基準経路の物理的な往復長２ＬM1および２ＬR1ならびに屈折率に関連する。
【００７９】
【数１】
2005510075.tif 000003
ここで、ｎM1およびｎR1はそれぞれ、位相シフトφ1を導入する光路および波数ｋ1＝２π／λ1に対応する測定および基準経路における気体の屈折率の平均値である。図３に示す干渉計は、シングルパス干渉計システム用のものであり、この干渉システムの機能を最も簡単な形で示している。当業者には、マルチパス干渉計システムの例に一般化する手順は容易である。ＬM1およびＬR1の値はそれぞれ、測定および基準経路の物理的な長さに相当する。
【００８０】
ビーム２３２は、モニタ２１２に入射する。ビーム２３４はモニタ２１２を出射し、検出器２５０に入射して、モニタ２１２の位置における屈折度に関連する電気的な干渉信号２５２を生成する。検出器２５０は、ビーム２３４の複数の成分から共通の偏光状態を選択するアナライザを含む。電気的な干渉信号２５２は、電子プロセッサ２５４に送られ、そこで干渉法による距離測定値を補償するのに用いられる。
【００８１】
図４を参照すると、ある実施形態では、モニタ２１２は屈折計２１２Ｒを含む。屈折計２１２Ｒは、全体的に番号２９２で示す差動平面ミラー干渉計（ＤＰＭＩ）およびセルを含む。ビーム２３２の測定ビーム成分は、測定ビーム２６０として偏光ビーム・スプリッタ２８３Ａを透過し、ビーム２３２の基準ビーム成分は、ビーム２７０として偏光ビーム・スプリッタ２８３Ａで反射し、その後、ミラー２８３Ｂで反射した後で、１／２波長位相遅延板２９０Ａを透過する。位相遅延板２９０Ａは、ビーム２７０の偏光面を回転させて図４の紙面に平行にするように配置されている。
【００８２】
図４に示すように、ビーム２６０は、屈折計２１２Ｒに入射し、セル２９２を通る測定経路についての位相情報を含んで屈折計２１２Ｒから出射する。ビーム２７０は、屈折計２１２Ｒに入射し、セル２９２を通る基準経路についての位相情報を含んで屈折計２１２Ｒから出射する。界面２８０は偏光界面であり、要素２８２は１／４波長位相遅延板、要素２８１は再帰反射器である。
【００８３】
セル２９２は、真空チャンバ２９４を形成するウインドウ２８４、ミラー２８６およびシリンダ２９５を備える。セル２９２内の測定ビームはビーム２６２および２６４であり、セル２９２内の基準ビームはビーム２７２および２７４である。測定ビーム２６２および２６４の経路は気体を含み、基準ビーム２７２および２７４の経路は真空である。
【００８４】
測定ビーム２６６は、まず、１／２波長位相遅延板２９０Ｂを透過し、次いで、ビーム２６８の測定ビーム成分としてミラー２８３Ｄおよび偏光ビーム・スプリッタ２８３Ｃで反射する。位相遅延板２９０Ｂは、ビーム２６６の偏光面を回転させて、ビーム２６６の偏光面が位相遅延板２９０Ｂを透過した後で図４の紙面に直交するように配置されている。基準ビーム２７６は、まず、ビーム２６８の基準ビーム成分として偏光ビーム・スプリッタ２８３Ｃを透過する。ビーム２６８は、出力ビーム２３４として偏光子２９０Ｃを透過する。出力ビーム２３４は混合ビームであり、偏光子２９０Ｃがビーム２６８の測定および基準ビーム成分を混合するように配置されている。
【００８５】
ビーム２３４は、屈折計２１２Ｒ内の気体の屈折度測定値を得るのに使用し得る位相情報を含む。屈折計２１２Ｒにより、ビーム２３４の測定ビーム成分と基準ビーム成分の間で位相シフトφ2が導入され、それによって、ビーム２３４は位相シフトしたビームになる。位相シフトφ2の大きさは、次式により、測定および基準経路の物理的な長さＬ2と気体の屈折度に関連する。
【００８６】
【数２】
2005510075.tif 000004
ここで、（ｎ2−１）は、ビーム２６２および２６４に対応する測定経路における気体の屈折度の平均値である。
【００８７】
気体サンプルの固有屈折度を、その気体サンプルの屈折度と密度ρの比、すなわち（ｎ−１）／ρと定義する。空気などの気体の固有屈折度は、その気体に固有の特性であり、高い精度で気体の密度に無関係である（ケー・イー・エリクソン（Ｋ．Ｅ．  Ｅｒｉｃｋｓｏｎ）の「Ｌｏｎｇ−Ｐａｔｈ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ａｎ  Ｕｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ」、ＪＯＳＡ  第５２巻、７８１〜７８７ページ、１９６２年を参照されたい）。したがって、次式により、空間および時間座標（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）における屈折度［ｎ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）−１］は、高い精度で空間および時間座標（ｘ0，ｙ0，ｚ0，ｔ）における屈折度［ｎ（ｘ0，ｙ0，ｚ0，ｔ）−１］に関連する。
【００８８】
【数３】
2005510075.tif 000005
体積を拡張した２つの気体サンプルについて、それぞれの気体サンプルの［ｎ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）−１］および［ｎ（ｘ0，ｙ0，ｚ0，ｔ）−１］の平均値は、次の関係式によって一次式で関連づけられることもわかる。
【００８９】
【数４】
2005510075.tif 000006
ただし、（ｎ1−１）およびρ1は、対応する平均値であり、（ｎ2−１）およびρ2は、対応する平均値である。気体の組成が（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）の関数である場合には、式（４）に追加のファクタを付け加える。
【００９０】
再度、図３を参照すると、独立した装置および方法によって、気体の密度ρ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）とρ（ｘ0，ｙ0，ｚ0，ｔ）の特性間の既知の複雑関係が確定される。密度ρ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）の定常的な特性は、干渉計２１０およびモニタ２１２の環境条件によって決まる。リソグラフィ機器内に配置した干渉計およびモニタの場合、この条件は、ウェハ・ステージの位置と向き、並びにウェハ・ステージの直線的および角度的な移動の状態というパラメータを含む。
【００９１】
ρ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）とρ（ｘ0，ｙ0，ｚ0，ｔ）の特性間の既知の複雑関係を確定するのに使用し得る１つの装置は、分散干渉法に基づくものである（分散干渉法を参照した引用文献を参照されたい）。この関係は、干渉計および屈折計の環境に配置した温度感知要素など他の技術を用いて確定し得る。この関係を確定するのに使用し得る別の装置は、対応する測定経路全体にわたる音速の音響干渉測定装置および気体の速度場の測定装置である。べき級数中の１次項を残すと、この関係を、次式により良好な近似で記述し得る。
【００９２】
【数５】
2005510075.tif 000007
ここで、
【００９３】
【数６】
2005510075.tif 000008
Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）およびνはそれぞれ、空間および時間座標（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）における気体の圧力および速度場のスピードである。ν0は、空間および時間座標（ｘ0，ｙ0，ｚ0，ｔ）における速度場のスピードであり、γは、一定圧力かつ一定体積における気体の比熱の比である。ΔＴおよびν2の量は、この気体の定常的な不規則でない変化の影響および不規則な変動のある種の影響の例である。気体の定常的で不規則な変動のある種の影響には、たとえば、温度変動の平均値およびνの不規則な変動の自乗平均値が含まれる。
【００９４】
空気などの気体中の音速はＴ1/2に比例し、そのため、超音波干渉信号の位相測定値から直接ΔＴを得ることが可能である。ν2の値は、計算機流体力学コード（ＣＦＤ）によって決定し得る。
【００９５】
音響干渉信号の位相は、気体温度の変化に関連する気体の密度の変化に対して分散光学信号の位相よりも感度が高くなり得る。したがって、光学分散位相測定に必要な精度に対する音響位相測定に必要な精度は、次式の係数で表される。
【００９６】
【数７】
2005510075.tif 000009
ここで、Λは超音波音響ビームの波長である。音響ビームの周波数が３００ｋＨｚの場合、Λ＝１ｍｍとなる。逆分散能Γ＝２２．６を与えるλ＝０．６３３μおよび０．３１６μかつＳＴＰにおける乾燥空気について、式（７）から得られる係数は１０である。周波数３００ｋＨｚでは、超音波ビームの振幅の減衰は１５ｄｂ／ｍである。
【００９７】
ＳＴＰにおける空気についての量［ρ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）ν2］／２Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）の大きさは、νの単位をｍ／ｓとして次式で表される。
【００９８】
【数８】
2005510075.tif 000010
複雑関数を使用して、電子プロセッサ２５４により、ｎ1の影響について位相φ1の測定値を補償する。（ＬM1−ＬR1）の変化に対応する補償された位相情報を信号２５６として送信する。
【００９９】
位相オフセットφ2の位相冗長度をどのくらいの精度で解消する必要があり、かつ位相オフセットφ2、長さＬR1およびＬ2、ならびに比ρM1／ρ2およびρR1／ρ2をどのくらいの精度で求める必要があるかは、たとえば、最終用途の応用例における変位測定に必要な測定精度、φ2の変動範囲およびρ1／ρ2の変動範囲によって決まる。感度解析を実施して、様々な量に対する［（ＬM1−ＬR1）2−（ＬM1−ＬR1）1］の感度を決定し得る。様々な量には、φ2の位相冗長度および位相オフセット誤差、長さＬR1とＬ2の測定値の誤差およびρM1／ρ2とρR1／ρ2の比の計算値の誤差が含まれる。
【０１００】
一般に、密度プロフィール比ρ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）／ρ（ｘ0，ｙ0，ｚ0，ｔ）の特性は、リソグラフィ機器の条件、たとえばウェハ・ステージまたはレチクル・ステージの走査スピードによって決まる。２つの異なる対象物ミラーまでの距離およびこれら２つのミラーの角度の干渉測定を行う装置によって構成されたリソグラフィ・システムであって、これら２つの対象物ミラーが対応する距離測定面内で公称上互いに直交しているリソグラフィ・システムでは、密度プロフィール比ρ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）／ρ（ｘ0，ｙ0，ｚ0，ｔ）の定常的な特性に自己矛盾がないかどうか試験され得る。これら２つの対象物ミラーの形状は、距離測定の方向における走査スピードとほぼ無関係であり、そのため、補償された距離および角度測定値は、これら２つの直交する方向における走査スピードとほぼ無関係なはずである。したがって、これら２つの直交する方向における走査スピードの変化に関して、密度プロフィール比ρ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）／ρ（ｘ0，ｙ0，ｚ0，ｔ）の特性に自己矛盾がないかどうか試験され得る。
【０１０１】
密度プロフィール比ρ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）／ρ（ｘ0，ｙ0，ｚ0，ｔ）の特性に影響を及ぼす別の条件は、リソグラフィ機器内でのガス交換速度である。これら２つの対象物ミラーの形状は、リソグラフィ機器内でのガス交換速度とほぼ無関係であり、そのため、補償された距離および角度測定値は、ガス交換速度とほぼ無関係なはずである。したがって、ガス交換速度の変化に関して、密度プロフィール比ρ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）／ρ（ｘ0，ｙ0，ｚ0，ｔ）の定常的な特性に自己矛盾がないかどうか試験され得る。
【０１０２】
これら２つの対象物ミラーの形状にほとんど影響を及ぼさない他のパラメータを変化させることによって、自己矛盾がないかどうかを試験する他の方法を考案することが可能である。このようなパラメータの１つは、たとえば、屈折度のみならず気体の熱容量に影響を及ぼす気体の組成である。
【０１０３】
密度プロフィール比ρ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）／ρ（ｘ0，ｙ0，ｚ0，ｔ）の特性を正確に試験する別の手順は、追加の干渉計で行う干渉測定によるものである。追加の干渉計の測定経路は、干渉計２１０の測定経路付近を交差または通過する固定または可変物理長を含み、１つ（または複数）の光路長およびモニタ２１２によって測定される屈折度の対応する変化を測定する。追加の干渉計は、角度測定干渉計も備え、本発明の第３実施形態に関して後で説明する追加の干渉計の測定ビームの伝播方向およびモニタ２１２によって測定される屈折度の対応する変化を測定し得る。
【０１０４】
干渉システムの他の実施形態は波長モニタを含み得る。このようなシステムは、気体の屈折度の変化に加えて、λ1の変化に関して干渉法による測定値を補償し得る。図５を参照すると、波長モニタ２１２Ｗは、２９２Ｗで全体的に示すＤＰＭＩおよび真空セルを含む。波長モニタ２１２Ｗの多くの要素は、図４に示す屈折計２１２Ｒと同じ機能を実施し、同じ番号が付された要素を含む。図４に関して上記で説明したように、ビーム２３２の第１部分は、（図示しない）非偏光ビーム・スプリッタによって分割されて、屈折計２１２Ｒ用の入力ビームを形成する。ビーム２３２の残りの部分は、波長モニタ２１２Ｗ用の入力ビーム１２３２として用いる。
【０１０５】
図５を参照すると、ビーム１２３２の測定ビーム成分は、測定ビーム１２６０として偏光ビーム・スプリッタ２８３Ａを透過し、ビーム１２３２の基準ビーム成分は、ビーム１２７０として偏光ビーム・スプリッタ２８３Ａで反射し、その後、ミラー２８３Ｂで反射した後で、１／２波長位相遅延板２９０Ａを透過する。位相遅延板２９０Ａは、ビーム１２７０の偏光面を回転させて図５の紙面に平行にするように配置されている。
【０１０６】
ビーム１２６０は、屈折計２１２Ｗに入射し、セル２９２Ｗを通る測定経路についての位相情報を含んで屈折計２１２Ｗから出射する。ビーム１２７０は、波長モニタ２１２Ｗに入射し、セル２９２Ｗを通る基準経路についての位相情報を含んで出射する。界面２８０は偏光界面であり、要素２８２は１／４波長位相遅延板、要素２８１は再帰反射器である。
【０１０７】
真空セル２９２Ｗ内の要素２８４Ｗは、基準ビーム１２７２および１２７４用の透過表面区域と、測定ビーム用の反射表面区域とを有する。要素２８４Ｗの透過および反射表面区域は、要素２８４Ｗの同じ平らな表面に属する。ビーム１２６２および１２６４は、要素２８４Ｗの反射表面区域で反射する。
【０１０８】
測定ビーム１２６６は、まず、１／２波長位相遅延板２９０Ｂを透過し、次いで、ビーム１２６８の測定ビーム成分としてミラー２８３Ｄおよび偏光ビーム・スプリッタ２８３Ｃで反射する。位相遅延板２９０Ｂは、ビーム１２６６の偏光面を回転させて、ビーム１２６６の偏光面が位相遅延板２９０Ｂを透過した後で図５の紙面に直交にするように配置されている。基準ビーム１２７６は、ビーム１２６８の基準ビーム成分として偏光ビーム・スプリッタ２８３Ｃを透過する。ビーム１２６８は、出力ビーム１２３４として偏光子２９０Ｃを透過する。出力ビーム１２３４は混合ビームであり、偏光子２９０Ｃがビーム１２６８の測定および基準ビーム成分を混合するように配置されている。
【０１０９】
波長モニタ２１２Ｗにより、ビーム１２３４の測定ビーム成分と基準ビーム成分の間に位相シフトφ3が導入され、それによって、ビーム１２３４は位相シフトしたビームとなる。位相シフトφ3の大きさは、次式により、測定および基準経路の物理的な往復長２Ｌ3および波数ｋ1に関連する。
【０１１０】
【数９】
2005510075.tif 000011
Ｌ3の値は、基準ビーム経路と測定ビーム経路の物理的な長さの差の２倍に相当する。
【０１１１】
電子プロセッサ（図示しない）は、電子プロセッサ２５４（図３参照）と同じ機能を実施し、φ2、φ3、Ｌ2およびＬ3の測定値ならびに式（１）に基づく以下の式を用いて、波長λ1の変化について位相φ1をさらに補償する。
【０１１２】
【数１０】
2005510075.tif 000012
または、
【０１１３】
【数１１】
2005510075.tif 000013
φ1およびφ3の位相冗長度をどのくらいの精度で解消する必要があるかは、たとえば、最終用途の応用例に必要な測定精度、φ2およびφ3の変動範囲ならびにρ1／ρ2の変動範囲によって決まる。それらの量のいくつかの系統誤差に関する感度解析の説明は、本発明の第１実施形態の系統誤差に関する解析について示した説明と同じである。
【０１１４】
ある実施形態では、干渉システムは、測定経路の光路長および測定ビームの伝播方向の変化を測定しモニタするように適合させることが可能である。光路長測定およびビーム方向測定はともに、気体の屈折度の変動の影響について補償し得る。このような実施形態では、気体の屈折率、測定経路の物理的な長さおよび／または測定対象物の向きは、測定中に変化し得る。
【０１１５】
図６を参照すると、干渉システムは、ダイナミック・ビーム・ステアリング要素３７２、屈折計２１２ならびに角度変位干渉計３５０および３５８を備えた偏光ヘテロダイン・シングルパス干渉計を含む。この実施形態はヘテロダイン・システムを含むが、ドップラー・シフトが加えられる前は基準および測定ビームが同じ周波数を有するホモダイン・システムも使用し得る。
【０１１６】
図６に示す実施形態の多くの要素は、前に説明した実施形態の同じ番号が付された要素と同じ機能を実施する。この実施形態では、ミラー３９４の変位を、ミラー３９４の反射表面上の１つの箇所において測定し、ミラー３９４の向きの変化には無関係なミラー３９４の表面に直交するビームの伝播方向の対応する変化を測定することによって、ミラー３９４の面内での向きの変化を測定する。さらに、シングルパス干渉計３１０ならびに角度変位干渉計３５８および３５０では、基準および測定ビームのシヤーがほとんどなく、ミラー３９４におけるシングルパス干渉計３１０の測定ビームのシヤーは、同じ測定対象物、すなわちミラー３９４の変位を測定するダブルパス平面ミラー干渉計の出力ビームのシヤーの半分である。シングルパス干渉計および角度変位干渉計で測定した変位を用いて、ミラー３９４の直線的な変位および面内でのミラー３９４の角度的な向きの変化をモニタし、これらをともに、測定経路における気体の屈折度の変化および変動の影響について補償する。
【０１１７】
図６に示すように、ビーム２２４は、ビーム３２４としてミラー３４４で反射する。入力ビーム３２４は、ダイナミック・ビーム・ステアリング要素３７２を備えた干渉計３１０に入射し、ビーム３２６としてダイナミック・ビーム・ステアリング要素３７２で反射する。ビーム３２６の測定ビーム成分は、測定ビーム３２８の成分として、偏光界面２３６、偏光ビーム・スプリッタ３７４Ａおよび１／４波長位相遅延板３７６Ａを透過する。測定ビーム３２８の戻り成分は、１／４波長位相遅延板３７６Ａ、１／２波長位相遅延板３７６Ｂおよび偏光界面２３６を透過し、偏光ビーム・スプリッタ３７４Ａおよびミラー３７４Ｂで反射した後で、出力ビーム３３０の測定ビーム成分として、干渉計３１０から出射する。１／４波長位相遅延板３７６Ａは、測定ビームの偏光面が、位相遅延板３７６Ａを２回通過した後で９０度回転するように配置されている。１／２波長位相遅延板３７６Ｂは、測定ビームの偏光面が、位相遅延板３７６Ｂを１回通過した後で９０度回転するように配置されている。
【０１１８】
ビーム３２６の基準ビーム成分は、出力ビーム３３０の基準ビーム成分として、偏光界面２３６で２回、再帰反射器２４０で１回反射する。
出力ビーム３３０の第１部分は、第１出力ビーム３３２として非偏光ビーム・スプリッタ３７８Ａで反射する。出力ビーム３３０の第２部分は、非偏光ビーム・スプリッタ３７８Ａを透過し、その第１部分は、第２出力ビーム３３４としてアナライザ３７８Ｂで反射する。非偏光ビーム・スプリッタ３７８Ａを透過した出力ビーム３３０の第２部分は、第３出力ビーム３３６としてアナライザ３７８Ｂを透過する。第１出力ビーム３３２は角度干渉計３５８に入射し、第２出力ビーム３３４は差動角度干渉計３５０に入射し、第３出力ビームは検出器３４６に入射する。
【０１１９】
アナライザ３７８Ｂは、反射および透過ビーム３３４および３３６の基準ビームおよび測定ビーム成分を混合するように配置された偏光ビーム・スプリッタからなる。ビーム３３４の伝播方向は、実際には図６の紙面に対して４５度の角度である。しかし、重要な特徴の説明に支障をきたすことなく、図６に示す実施形態の図示表現を簡単にするために、図６では、アナライザ３７８Ｂの向きを、図６の紙面内で第２ビーム３３４を反射するように示してある。
【０１２０】
干渉計３１０により、ビーム３３６の測定ビーム成分と基準ビーム成分の間に位相シフトφ4が導入され、それによって、ビーム３３６は位相シフトしたビームになる。位相シフトφ4の大きさは、次式により、測定経路および基準経路の物理的な往復長２ＬM1および２ＬR1ならびに屈折率に関連する。
【０１２１】
【数１２】
2005510075.tif 000014
ここで、ｎM4およびｎR4はそれぞれ、位相シフトφ4を導入する光路に相当する測定および基準経路における気体の屈折率の平均値である。
【０１２２】
出力ビーム３３６は混合ビームであり、検出器３４６で検出されて電気的な干渉信号またはヘテロダイン信号３４８が生成される。好ましくは、検出器３４６は量子フォトン検出器であり、ヘテロダイン信号３４８はヘテロダイン位相としてφ4を含む。
【０１２３】
第２出力ビーム３３４は、図６に模式的に示す角度変位干渉計３５０に入射する。角度変位干渉計３５０は、第２出力ビーム３３４の測定ビーム成分と基準ビーム成分の間に相対位相シフトφ5を導入するのに使用する差動角度変位干渉計である。相対位相シフトφ5は、図６の紙面内の第２出力ビーム３３４の測定および基準ビーム成分の伝播方向α1の差に関連する。その後、相対位相シフトφ5を測定し、気体の様々な変化および変動の影響について補償し、ダイナミック・ビーム・ステアリング要素３７２の向きを制御するサーボ制御システムの誤差信号として用い、それによって、角度α1がほぼゼロに等しい値になるように制御する。
【０１２４】
差動角度干渉計３５０は、本願と同じ権利者が所有する２００２年１０月１５日出願のヘンリー・エー・ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．  Ｈｉｌｌ）の「ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲＳ  ＦＯＲ  ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ  ＣＨＡＮＧＥＳ  ＩＮ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＢＥＡＭ  ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ」という名称の米国特許出願第１０／２７２，０３４号に記載の差動角度干渉計内ビーム・シヤーリング・アセンブリを含む。この内容を本願明細書にその全体を援用する。
【０１２５】
出力ビーム３３４は混合ビームであり、検出器３５０で検出されて電気的な干渉信号またはヘテロダイン信号３５２が生成される。好ましくは、検出器３５０は量子フォトン検出器であり、ヘテロダイン信号３５２はヘテロダイン位相としてφ5を含む。
【０１２６】
第１出力ビーム３３２は、角度変位干渉計３５８に入射し、電気的な干渉信号３６０を生成する。角度変位干渉計３５８は、ヘンリー・エー・ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．  Ｈｉｌｌ）の角度干渉計に関する引用特許出願に記載の角度干渉計内ビーム・シヤーリング・アセンブリを含む。角度変位干渉計３５８は、第１出力ビーム３３２の測定ビーム成分と基準ビーム成分の間に相対位相シフトφ6を導入するのに使用する非差動型の角度変位干渉計である。相対位相シフトφ6は、第３出力ビーム３３２の測定および基準ビーム成分の伝播方向α2の変化に関連する。その後、相対位相シフトφ6を測定し、角度α2を決定するのに用いる。電気的な干渉信号３６０は、ヘテロダイン位相φ6として位相情報を含む。
【０１２７】
アナライザ３５４は、光源２２０からの基準位相を用いる位相計によって、ヘテロダイン信号３５２から位相φ5を取り出すプロセッサを備える。アナライザ３５４は、ビーム３３４の基準および測定ビーム成分の伝播方向の差を計算し、角度差の測定値を信号３６２としてサーボ・コントローラ３８０に送って、サーボ制御信号３８２および出力信号３５６を生成する。サーボ制御信号３８２を、図６の紙面内でダイナミック・ビーム・ステアリング要素３７２の向きを制御するトランスデューサ３７０Ａおよび３７０Ｂに送る。ダイナミック・ビーム・ステアリング要素３７２のサーボ制御の効果は、要素３７２の向きをサーボ制御して、ビーム３３４の基準および測定ビーム成分の伝播方向の差をゼロに等しくすることである。この差動条件が満たされると、すなわち、ビーム３３４の基準および測定ビーム成分の伝播方向の差がゼロに等しくなると、ビーム３２８の伝播方向が、対象物ミラー３９４の反射面に垂直になる。
【０１２８】
アナライザ３５４は、光源２２０からの基準位相を用いる位相計によって、ヘテロダイン信号３６０から位相φ6を取り出すプロセッサをさらに備える。次に、アナライザ３５４は、気体の屈折度の定常的な不規則でない変化の影響および不規則な変動のある種の影響について補償したφ6の測定値からビーム３３２の伝播方向の変化を計算する。
【０１２９】
本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、この干渉システムに追加の角度干渉計を加えて、図６の紙面に直交する面内で、気体の屈折度の様々な変化および変動の影響について補償したビーム３３２の伝播方向を測定し得ることが当業者には明らかであろう。また、本願と同じ権利者が所有する米国特許出願を参照する引用文献に記載の他の角度干渉計などを使用して、かつ／またはこの干渉システムに加えて、１つまたは２つの直交する面内で、気体の屈折度の変化および変動の影響について補償したビーム３３２の伝播方向を測定し得ることも当業者には明らかであろう。
【０１３０】
リソグラフィは、半導体装置を作成する製造方法の重要な一部である。たとえば、米国特許第５，４８３，３４３号にはそのような製造方法の工程が概述されている。これらの工程について、図７および８に関して以下で記述する。図７は、半導体チップ（ＩＣまたはＬＳＩなど）、液晶パネル、またはＣＣＤなど、半導体装置を製造する順序のフロー・チャートである。工程１１５１は、半導体装置の回路を設計する設計過程である。工程１１５２は、回路パターン設計に基づくマスクの製造過程である。工程１１５３は、シリコンなどの材料を使用することによってウエハを製造する過程である。
【０１３１】
工程１１５４は、予備過程と呼ばれるウエハ過程であり、準備したマスクおよびウエハを使用することによって、リソグラフィにより、回路をウエハの上に形成する。十分な空間分解能でマスク上の回路パターンに対応する回路をウエハの上に形成するために、ウエハに対するリソグラフィ・ツールの干渉分光による位置決めが必要である。本明細書で記述する干渉分光法およびシステムは、ウエハ過程において使用されるリソグラフィの有効性を向上させるのに特に有用であり得る。
【０１３２】
工程１１５５は、工程１１５４によって処理されたウエハが半導体チップに形成される事後過程と呼ばれる組立て工程である。この工程は、組立て（方形切断および結合）および実装（チップ封止）を含む。工程１１５６は、検査工程であり、工程１１５５によって作成された半導体装置の動作性の検査、耐久性の検査などが実施される。これらの過程により、半導体装置は完成し、出荷される（工程１１５７）。
【０１３３】
図８は、ウエハ過程の詳細を示すフロー・チャートである。工程１１６１は、ウエハの表面を酸化させる酸化過程である。工程１１６２は、絶縁膜をウエハ表面の上に形成するＣＶＤ過程である。工程１１６３は、蒸着によってウエハの上に電極を形成する電極形成過程である。工程１１６４は、イオンをウエハに注入する注入過程である。工程１１６５は、レジスト（感光材料）をウエハに加えるレジスト過程である。工程１１６６は、露光（すなわちリソグラフィ）によって、上記で記述した露光装置により、マスクの回路パターンをウエハの上に印刷する露光過程である。再び、上記で記述したように、本明細書で記述する干渉分光システムおよび方法を使用することにより、そのようなリソグラフィ工程の精度および分解能は向上する。
【０１３４】
工程１１６７は、露光ウエハを成長する成長過程である。工程１１６８は、成長レジスト像以外の部分を除去するエッチング過程である。工程１１６９は、エッチング過程を施された後にウエハ上に残留しているレジスト材料を分離するレジスト分離過程である。これらの過程を反復することによって、回路パターンがウエハの上に形成され、重ね合わされる。
【０１３５】
上記した干渉分光システムは、物体の相対位置を正確に測定する必要がある他の応用分野において使用することも可能である。たとえば、基板またはビームが移動する際に、レーザ、ｘ線、イオン、または電子ビームなどの書込みビームが、基板の上にパターンをマーキングする応用分野では、干渉分光システムを使用して、基板と書込みビームとの相対運動を測定することが可能である。
【０１３６】
例として、ビーム書込みシステム１２００の図９に概略的に示されている。チャンバ１２０１は、ビーム書込みシステム１２００を収容する。ソース１２１０は、書込みビーム１２１２を生成する。ビーム集束部品１２１４は、放射ビームを、可動ステージ１２１８によって支持された基板１２１６に向ける。ステージの相対位置を決定するために、干渉分光システム１２２０は、基準ビーム１２２２をビーム集束部品１２１４の上に取り付けられたミラー１２２４に向け、測定ビーム１２２６をステージ１２１８の上に取り付けられたミラー１２２８に向ける。基準ビームはビーム収束部品上に搭載されたミラーと接触するので、ビーム書込みシステムは、コラム基準を用いるシステムの例である。干渉分光システム１２２０は、以前に説明した干渉分光システムのいずれかとすることが可能である。干渉分光システムによって測定された位置の変化は、基板１２１６上における書込みビーム１２１２の相対位置の変化に対応する。干渉分光システム１２２０は、基板１２１６上における書込みビーム１２１２の相対位置を表す測定信号９３２を制御装置１２３０に送信する。制御装置１２３０は、出力信号９３４を、ステージ１２１８を支持し、かつ位置決めするベース１２３６に送信する。さらに、書込みビームが、基板の選択位置のみにおいて光物理的変化または光化学的変化が生じるのに十分な強度で基板１２１６に接触するように、書込みビーム１２１２の強度を変化させるために、または書込みビーム１２１２を遮断するために、制御装置１２３０は、信号１２３８をソース１２１０に送信する。制御装置１２３０は、チャンバ１２０１内に収容するか、チャンバの外部に搭載するか、あるいはチャンバ１２０１から離れた位置に配置することができる。
【０１３７】
さらに、いくつかの例では、制御装置１２３０は、ビーム集束部品１２１４に、たとえば信号１２４４を使用して、基板の領域にわたって書込みビームを走査させることが可能である。その結果、制御装置１２３０は、基板をパターン化するように、システムの他の要素を誘導する。パターン化は、通常、制御装置に記憶されている電子設計パターンに基づく。いくつかの応用例では、書込みビームは、基板の上に被覆されたレジストをパターン化し、他の応用例では、書込みビームは、基板をエッチングするなど、直接パターン化する。
【０１３８】
そのようなシステムの重要な応用分野は、以前に記述したリソグラフィ方法において使用されるマスクおよびレチクルの製造である。たとえば、リソグラフィ・マスクを製作するために、電子ビームを使用して、クロミウム被覆ガラス基板をパターン化することが可能である。書込みビームが電子ビームであるような場合では、ビーム書込みシステムは、電子ビーム経路を真空に封入する。また、書込みビームが電子ビームまたはイオン・ビームである場合では、ビーム集束部品は、真空下において帯電粒子を基板上に集束させ、向けるための四重極レンズなどの電場生成装置を含む。書込みビームがｘ線、ＵＶ、または可視光線の放射などの放射ビームである他の場合では、ビーム集束部品は、放射を基板に集束させ、向けるための対応する光学機器を含む。
【０１３９】
各種実施態様について、上記のように説明したが、各種の変更が本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われてもよい。従って、他の実施形態も、以下の請求項の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】リソグラフィ・システムの概略図。
【図２】干渉システムの概略図。
【図３】屈折計を含む干渉システムの概略図。
【図４】屈折計の概略図。
【図５】波長モニタの概略図。
【図６】角度変位干渉計を含む干渉システムの概略図。
【図７】半導体デバイスの製造段階のフローチャート。
【図８】ウェハ工程の詳細を示すフローチャート。
【図９】ビーム書込みシステムの概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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