(57)【要約】  干渉測定における非一様な気体分布の影響を低減する方法およびシステムを開示する。
2005512035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の値の固有屈折特性を持つ雰囲気を含むチャンバ内で干渉測定を行うこと、
前記チャンバ内に二次ガスを導入してチャンバ雰囲気の組成を調節すること、
前記チャンバ内に補償ガスを導入することを備え、
前記二次ガスの導入により生じる第１の値からの前記雰囲気の固有屈折特性の変動が、前記補償ガスにより低減される、方法。
【請求項２】
前記干渉測定は、前記チャンバ内の可動ステージの位置を測定する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記干渉測定は、
第１波長の入力ビームから、測定ビームおよび基準ビームを派生させること、
前記測定ビームを方向づけて測定対象物から反射させること、
反射した測定ビームを基準ビームと重ね合わせること、
重なり合った反射測定ビームおよび基準ビームの強度を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記二次ガスが導入されている状態で、前記補償ガスが前記チャンバ内に導入される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記チャンバを通過するように背景ガスを流すことを更に備え、前記チャンバ雰囲気が前記背景ガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記チャンバ内に二次ガスを導入することは、前記チャンバを通過するように背景ガスを流す前に、前記二次ガスを前記背景ガスに加えることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記チャンバ内に補償ガスを導入することは、前記チャンバを通過するように背景ガスを流す前に、前記補償ガスを前記背景ガスに加えることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記二次ガスおよび背景ガスを導入することは、二次ガスと補償ガスとを含むガス混合物を前記チャンバ内に導入することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ガス混合物を導入することは、前記チャンバ内にガス混合物が漏れることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ガス混合物が空気軸受からチャンバ内に漏れる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記チャンバがフォトリソグラフィ露光装置を収容している、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
フォトリソグラフィ露光装置の露光サイクル中に干渉測定および二次ガスの導入が行われる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記チャンバがビーム書込み装置を収容している、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記固有屈折特性が固有気体屈折度である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記チャンバ雰囲気は、第１波長において固有屈折度（ｎ1−１）sを有する背景ガスと、第１波長において固有屈折度（ｎ2−１）sを有する二次ガスと、第１波長において固有屈折度（ｎ3−１）sを有する補償ガスとを含み、（ｎ1−１）s≠（ｎ2−１）sである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
（ｎ1−１）s＞（ｎ2−１）sであり、かつ、（ｎ3−１）s＞（ｎ1−１）sである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
（ｎ1−１）s＜（ｎ2−１）sであり、かつ、（ｎ3−１）s＜（ｎ1−１）sである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記二次ガスは部分分圧ｘ2を有し、前記補償ガスは部分分圧ｘ3を有し、
【数１】
2005512035.tif 000016
である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記干渉測定は分散干渉測定である、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記固有屈折特性が逆分散能である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
第１波長λ1および第２波長λ2での二次ガスおよび補償ガスの固有屈折度に基づいて、補償ガスの部分分圧が二次ガスの部分分圧に関連する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記雰囲気が背景ガスを含み、前記背景ガスの逆分散能、前記二次ガスの逆分散能および前記補償ガスの部分分圧に基づいて、前記補償ガスの部分分圧が二次ガスの部分分圧に関連する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記二次ガスは部分分圧ｘ2を有し、前記補償ガスは部分分圧ｘ3を有し、
【数２】
2005512035.tif 000017
であり、ここで、Γ1Γ2およびΓ3はそれぞれ、背景ガス、二次ガスおよび補償ガスの逆分散能であり、（ｎ2−１）λ1および（ｎ2−１）λ2はそれぞれ、第１波長および第２波長における二次ガスの固有屈折度についてのものであり、（ｎ3−１）λ1および（ｎ3−１）λ2はそれぞれ、第１波長および第２波長における第３ガスの固有屈折度についてのものである、請求２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記チャンバ雰囲気が空気を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記チャンバ雰囲気が窒素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記二次ガスがＨ2Ｏ、Ｏ2、炭化水素、またはそれらの混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記補償ガスがＣＯ2、ＮＯ2、ＣＨ3ＣＨ3またはそれらの混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
システム内の位置で前記雰囲気の固有屈折特性を測定し、測定された固有屈折特性に基づいて干渉測定を補正することを更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
移動可能なステージと、
測定経路に沿う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と、
前記移動可能なステージと前記干渉システムとを収容し、第１の値の固有屈折特性を有する雰囲気を含むチャンバと、
二次ガスおよび補償ガスを前記チャンバ内に導入するように構成された二次ガス源および補償ガス源とを備え、
前記二次ガスの導入により生じる第１の値からの前記雰囲気の固有屈折特性の変動が、前記補償ガスにより低減される、システム。
【請求項３０】
前記チャンバ内に収容されたフォトリソグラフィ露光装置を更に備える、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記フォトリソグラフィ露光装置が照明源を含み、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３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記チャンバ内に収容されたビーム書込み装置を備える、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３３】
前記ビーム書込み装置がビーム源を含み、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３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記チャンバ内に前記二次ガスおよび前記補償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２９に記載のシステム。
【請求項３５】
前記二次ガス源および補償ガス源から前記ガス吸気口へ二次ガスおよび補償ガスを方向づけるように構成されたガス多岐管を更に備える、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記チャンバ内に背景ガスを導入するように構成された背景ガス源を更に備え、前記チャンバ雰囲気が背景ガスを含む、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記ガス多岐管は更に、前記背景ガス源から前記ガス吸気口へ前記背景ガスを方向づけるように構成されている、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記二次ガスおよび補償ガスは、前記チャンバに導入される前に前記背景ガスに加えられる、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３９】
前記チャンバの外にガスを排出するように構成されたガス排気口を更に備える、請求項２９に記載のシステム。
【請求項４０】
前記移動可能なステージを支持するように構成された空気軸受を更に備え、前記空気軸受に前記二次ガスおよび補償ガスが供給される、請求項２９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記干渉システムは、前記チャンバ内部の第１の位置での雰囲気の屈折度をモニタするように構成された屈折計を含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項４２】
前記干渉システムは、前記干渉システムで使用される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含む、請求項２９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、非一様な気体混合の屈折度変動の干渉測定に対する影響を低減するシステムおよび方法を特徴とする。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００１年１２月３日出願のヘンリー・ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ｈｉｌｌ）の「Ａ  ＭＥＴＨＤ  ＦＯＲ  ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ  ＦＯＲ  ＥＦＦＥＣＴＳ  ＯＦ  ＮＯＮ−ＩＳＯＴＲＯＰＩＣ  ＧＡＳ  ＭＩＸＴＵＲＥＳ  ＩＮ  ＳＩＮＧＬＥ−ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ  ＡＮＤ  ＭＵＬＴＩＰＬＥ−ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ  ＤＩＳＰＥＲＳＩＯＮ  ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲＳ」という名称の仮特許出願第６０／３３７，４５９号の優先権を主張し、参照により、その全内容を本願明細書に援用する。
【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が異なるので、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、空気の乱れおよび干渉計環境内の気体の非一様分布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、たとえば湿度変化および／または付加的な気体の存在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】
干渉計測定ビーム経路内の気体の組成変動に起因する反射率の変動を低減することにより干渉測定の精度を向上させることができる。このような屈折率の変動を低減するための一方法は、干渉計付近の気体組成を一定に保つことである。しかしながら、多くのシステムでは、一定の気体組成を維持することは実際的ではない（或いは、ほぼ不可能である）。多くのシステムでは、その使用中の異なる段階で、異なる気体組成が用いられる。例えば、多くのシステムは、その使用中、ある背景ガス組成を維持しながら、システム環境内に１種類以上の処理用ガスを導入する。更に、例えば、漏れやすいシールおよび／またはガス抜けまたはシステム部品からの揮発性物質の揮発に起因して、多くのシステムでは、長期間に亘って一定の気体組成を維持することは非常に困難であるか、或いは不可能である。
【００１０】
リソグラフィ・システムは、干渉計を高精度測定に用いる一例である。このようなシステムの動作中に、システムを収容するチャンバ内部の気体組成は一つ以上の要因により変化し得る。たとえば、多くのシステムでは、ウェハは高濃度窒素環境でＵＶ放射に晒される。この理由は、酸素（例えば、空気中の酸素）と比較して、窒素は極小量しかＵＶ放射を吸収しないからである。
【００１１】
理想的には、このようなリソグラフィ・システムは、露光中、ウェハの周りに１００％純粋な窒素環境を維持するのであろう。実際に、多くのシステムでは、露光直前に、ウェハ近傍の領域が、乾燥した極めて純粋な窒素でパージされる。しかしながら、純粋な窒素環境では、処理中のウェハに損傷を与え得る静電放電が非常に発生しやすい。従って、多くのリソグラフィ・システムは、静電放電を減らすために少量の水蒸気および／または酸素を含む高濃度窒素の背景雰囲気を維持する。システム内のこの二次ガス（例えば、水蒸気および／または酸素）の量は時間の関数として変化し得る。あるケースでは、少量の二次ガスが周期的間隔をおいてシステムに導入される。このため、二次ガスの濃度は、導入直後が最も高く、その後減少する。
【００１２】
多くの場合、二次ガスは背景ガスとは異なる屈折度を有する。このような状況では、チャンバ内の雰囲気の平均屈折度が二次ガスの濃度の関数として変化するだけではなく、二次ガスがチャンバ雰囲気内で非一様に分布している状態で、局所的な屈折率も変化し得る。
【００１３】
システム内の二次ガス成分の濃度の僅かな変化によりシステム雰囲気の平均的なおよび／または局所的な屈折度の変動が生じる別の例としては、外部の気体がチャンバ内に漏れ入る場合がある。この例には、空気が不良シールを介してチャンバ内に漏れ入る場合や、または、空気（または、他の気体）が、チャンバ内部のシステム部品を支持するために使用される空気軸受からチャンバ内に漏れ入る場合が含まれる。空気軸受内の気体は通常高圧であり、有機化合物等の好ましくない成分で汚染され得る。有機化合物源の１つは、例えば、軸受に高圧気体を供給するために使用されるポンプ内のポンプ・オイルからの化合物である。従って、空気軸受内で使用される気体がチャンバ雰囲気と同じ組成式を有している場合であっても、チャンバ内に漏れ入った場合、軸受の気体での異物混入により屈折度変動が生じ得る。
【００１４】
一般的に、背景ガスから構成される閉環境内部の一様な雰囲気に関しては、雰囲気の屈折度は背景ガスの屈折度と等しい。異なる屈折度を有する二次ガスを環境に導入することにより、環境の平均屈折度が変化する。加えて、二次ガスが非一様に分布している状態では、その環境内で行われる高精度干渉測定を害し得る雰囲気の屈折度の局所的変動が二次ガスにより引き起こされ得る。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
従って、本発明のある態様では、非一様な気体混合の屈折度変動の干渉測定に対する影響を低減する（例えば、排除する）装置および／または方法を特徴とする。このことは、補償ガスをチャンバに供給してチャンバ雰囲気の屈折度に対する二次ガスの影響を低減することにより達成される。好ましい実施形態では、二次ガスがチャンバに導入される前に（または、導入されている状態で）補償ガスが二次ガスと混合される。補償ガス／二次ガス混合物の固有屈折特性（例えば、固有屈折度または逆分散能）の値が、チャンバ内の背景ガスの固有屈折特性の値と同じになるように、補償ガスが選択される。以下、補償ガス／二次ガス混合物を改質二次ガス混合物と呼ぶ。それらの固有屈折特性値が同じであるため、背景ガス中の改質二次ガス混合物の非一様分布の影響は、チャンバ内の雰囲気の屈折度に実質的に作用しない。従って、本発明では、より正確な干渉測定をこのような雰囲気内で行うことができる。
【００１６】
本発明の一態様では、単波長干渉計の測定経路における背景ガスおよび二次ガスの非一様なガス混合の影響を補償する方法を特徴とする。方法は、背景ガスおよび改質二次ガス混合物の組合せの固有屈折度がガス混合物の濃度に一様に独立であるように補償ガスを二次ガスに加えることを含む。背景ガスと改質二次ガスとの固有屈折度が同じである場合、固有屈折度に関する一様条件が満足される。
【００１７】
複数波長分散干渉計においては、本発明は、背景ガスおよび改質二次ガス混合物の組合せの固有屈折特性が改質二次ガス混合物の濃度の少なくとも一次の成分に一様に独立であるように補償ガスを二次ガスに加えることを含み、非一様なガス混合の影響を補償する方法を特徴とする。背景ガスと改質二次ガスとの固有屈折特性が同じである場合、固有屈折特性に関する一様条件が満足される。気体の逆分散能は、二波長分散干渉法において使用され得る固有屈折特性である。
【００１８】
本発明の実施形態は、３つ以上の波長に基づく分散干渉法の応用に適用可能であり、背景ガスおよび改質二次ガス混合物を含む測定経路内の気体の固有屈折特性は、測定経路に沿う改質二次ガス混合物の濃度とは独立である。
【００１９】
各々のケースにおいて、背景ガス、二次ガス、および補償ガスの各々が１つ以上の成分を含んでもよい。
概して、本発明の第１の態様では、（ｉ）第１の値の固有屈折特性を持つ雰囲気を含むチャンバ内で干渉測定を行うこと、（ii）チャンバ内に二次ガスを導入してチャンバ雰囲気の組成を調節すること、（iii）チャンバ内に補償ガスを導入することを備える方法を特徴とする。二次ガスの導入により生じる第１の値からの雰囲気の固有屈折特性の変動が、補償ガスにより低減される。
【００２０】
方法は、以下の特徴のうちの１つ以上、およびまたは本発明の他の態様の特徴を含んでもよい。
干渉測定は、チャンバ内の可動ステージの位置を測定してもよい。干渉測定は、第１波長の入力ビームから、測定ビームおよび基準ビームを派生させること、測定ビームを方向づけて測定対象物から反射させること、反射した測定ビームを基準ビームと重ね合わせること、重なり合った反射測定ビームおよび基準ビームの強度を検出することを含んでもよい。
【００２１】
二次ガスが導入されている状態で、補償ガスがチャンバ内に導入されてもよい。ある実施形態では、方法は、チャンバを通過するように背景ガスを流すことを備え、チャンバ雰囲気が背景ガスを含む。これらの実施形態では、チャンバ内に二次ガスを導入することは、チャンバを通過するように背景ガスを流す前に、二次ガスを背景ガスに加えることを含む。これに代えて、或いは加えて、チャンバ内に補償ガスを導入することは、チャンバを通過するように背景ガスを流す前に、補償ガスを前記背景ガスに加えることを含む。
【００２２】
ある実施形態では、二次ガスおよび背景ガスを導入することは、二次ガスと補償ガスとを含むガス混合物をチャンバ内に導入することを含む。ガスが混合ガスとして導入される実施形態では、ガス混合物を導入することは、（例えば、空気軸受から）チャンバ内にガス混合物が漏れることを含み得る。
【００２３】
チャンバがフォトリソグラフィ露光装置を収容していてもよい。このような実施形態では、フォトリソグラフィ露光装置の露光サイクル中に干渉測定および二次ガスの導入が行われ得る。
【００２４】
ある実施形態では、チャンバがビーム書込み装置を収容している。
固有屈折特性が固有気体屈折度であってもよい。チャンバ雰囲気は、第１波長において固有屈折度（ｎ1−１）sを有する背景ガスと、第１波長において固有屈折度（ｎ2−１）sを有する二次ガスと、第１波長において固有屈折度（ｎ3−１）sを有する補償ガスとを含み、（ｎ1−１）s≠（ｎ2−１）sであってもよい。ある実施形態では、（ｎ1−１）s＞（ｎ2−１）sであり、かつ、（ｎ3−１）s＞（ｎ1−１）sである。別の実施形態では、（ｎ1−１）s＜（ｎ2−１）sであり、かつ、（ｎ3−１）s＜（ｎ1−１）sである。ある実施形態では、二次ガスは部分分圧ｘ2を有し、補償ガスは部分分圧ｘ3を有し、
【００２５】
【数１】
2005512035.tif 000003
である。
【００２６】
干渉測定は分散干渉測定であってもよい。分散干渉法については、固有屈折特性が逆分散能であってもよい。第１波長λ1および第２波長λ2での二次ガスおよび補償ガスの固有屈折度に基づいて、補償ガスの部分分圧が二次ガスの部分分圧に関連し得る。このような実施形態では、雰囲気が背景ガスを含み、背景ガスの逆分散能、二次ガスの逆分散能および補償ガスの部分分圧に基づいて、補償ガスの部分分圧が二次ガスの部分分圧に関連し得る。更に、二次ガスは部分分圧ｘ2を有し、前記補償ガスは部分分圧ｘ3を有し、
【００２７】
【数２】
2005512035.tif 000004
であり、ここで、Γ1Γ2およびΓ3はそれぞれ、背景ガス、二次ガスおよび補償ガスの逆分散能であり、（ｎ2−１）λ1および（ｎ2−１）λ2はそれぞれ、第１波長および第２波長における二次ガスの固有屈折度についてのものであり、（ｎ3−１）λ1および（ｎ3−１）λ2はそれぞれ、第１波長および第２波長における第３ガスの固有屈折度についてのものであってもよい。
【００２８】
チャンバ雰囲気が空気または窒素を含んでもよい。二次ガスがＨ2Ｏ、Ｏ2、炭化水素、またはそれらの混合物を含んでもよい。補償ガスがＣＯ2、ＮＯ2、ＣＨ3ＣＨ3またはそれらの混合物を含んでもよい。
【００２９】
ある実施形態では、方法は、システム内の位置で前記雰囲気の固有屈折特性を測定し、測定された固有屈折特性に基づいて干渉測定を補正することを備える。
本発明の別の態様では、移動可能なステージと、測定経路に沿う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と、移動可能なステージと干渉システムとを収容し、第１の値の固有屈折特性を有する雰囲気を含むチャンバとを含むシステムを特徴とする。システムは、二次ガスおよび補償ガスをチャンバ内に導入するように構成された二次ガス源および補償ガス源も含み、二次ガスの導入により生じる第１の値からの雰囲気の固有屈折特性の変動が、補償ガスにより低減される。
【００３０】
システムの実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上、および／または本発明の他の態様の特徴を含むことができる。システムは、第１の態様の方法を行うように構成されてもよい。
【００３１】
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装置を含んでもよい。フォトリソグラフィ露光装置が照明源を含み、システムの動作中に、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してもよい。
【００３２】
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んでもよい。ビーム書込み装置がビーム源を含み、システムの動作中に、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してもよい。
【００３３】
システムは、チャンバ内に二次ガスおよび補償ガスを導入するように構成されたガス吸気口を含んでもよい。これに代えて、或いは加えて、システムは、チャンバの外にガスを排出するように構成されたガス排気口を含んでもよい。システムは更に、二次ガス源および補償ガス源から前記ガス吸気口へ二次ガスおよび補償ガスを方向づけるように構成されたガス多岐管を含んでもよい。システムは、チャンバ内に背景ガスを導入するように構成された背景ガス源を含み、チャンバ雰囲気が背景ガスを含んでもよい。ガス多岐管は更に、背景ガス源からガス吸気口へ前記背景ガスを方向づけるように構成されていてもよい。ある実施形態では、二次ガスおよび補償ガスは、チャンバに導入される前に背景ガスに加えられる。
【００３４】
システムは、移動可能なステージを支持するように構成された空気軸受を備え、空気軸受に前記二次ガスおよび補償ガスが供給されてもよい。
ある実施形態では、干渉システムは、チャンバ内部の第１の位置での雰囲気の屈折度をモニタするように構成された屈折計を含む。干渉システムは、干渉システムで使用される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含んでもよい。
【００３５】
本発明の実施形態は、以下の利点のうちの１つ以上を含む。
本発明の実施形態は、雰囲気の組成を変化させることを利用して、システムでの干渉法の精度を向上させる。例えば、実施形態では、リソグラフィ・システムおよび／またはビーム書込みシステムにおいて行われる干渉測定の精度が向上する。
【００３６】
他の利点は、高精度の単波長干渉法および複数波長分散干渉法の実施において、干渉計の測定経路内の気体成分の濃度分布を知る必要がないことである。
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。
【００３７】
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】
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
ウェハ位置決めシステム１２０は空気軸受１２４により支持される。空気軸受１２４は、それがなければウェハ・ステージ１４２を介してウェハ１２２へ伝達される機械的振動からウェハ位置決めシステムを分離する機能を有する。空気軸受１２４は、高圧気体が供給される空気チャンバを含む。この気体は、多岐管１２６を介して空気軸受１２４へポンプ１２５より供給される。
【００４６】
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または再帰反射器を含む。この測定ビームは反射して干渉計１５０に戻る。
【００４７】
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。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させ得る汚染物（たとえば、塵または望ましくないガス）を少なくする。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。
【００４８】
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。
【００４９】
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）。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
チャンバ１０１は、露光サイクル中のある段階で処理用ガスをウェハ周囲の領域に噴出するように配置された処理用ガス吸気口１８０を含む。空気が露光放射を大きく吸収または散乱するときに、これは特に重要となり得る。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。従って、本実施形態では、ウェハ１２２を露光する直前に、極めて純粋な窒素をウェハに噴出する。
【００５３】
チャンバ１０１は、それぞれ１種（または複数種）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１９０およびガス排気口１８２も含み、チャンバ雰囲気を制御することができる。システムの動作中、窒素源１９２からの窒素はガス吸気口１９０を介してチャンバ１０１内へ流入する。この窒素はチャンバ雰囲気の主成分であり、本実施形態では背景ガスと呼ぶ。他の実施形態では、背景ガスは、追加成分を、即ち、窒素以外の１種類以上の気体を含み得る。チャンバの反対側端部では、この窒素がガス排気口１８２を介してチャンバから排出され、結果として、背景ガスがチャンバを通り持続的に流れる。
【００５４】
システム動作中のある段階では、チャンバ１０１内部での静電放電を低減するために少量の二次ガス（例えば、水蒸気または酸素）が背景ガスに加えられる。二次ガスは、二次ガス源１９４に貯蔵されており、多岐管１９９内で背景ガスと混合される。
【００５５】
二次ガスを背景ガスと混合する前に、補償ガス源１９６に貯蔵されている補償ガスが多岐管１９９内で二次ガスと混合される。チャンバ内部の二次ガスの非一様分布によるチャンバ雰囲気の屈折度変動を低減するように補償ガスが選択される。補償ガスが多岐管１９９内で二次ガスと混合されるので、二次ガスおよび補償ガスは、改質二次ガス混合物としてチャンバ１０１に流入する。しかしながら、別の実施形態では、それらが測定ビーム１５５付近に到達するまでに二次ガスと補償ガスとが適切に混合されるのであれば、純粋な二次ガスがチャンバ内へ導入されてもよい。
【００５６】
チャンバ１０１内の二次ガスの非一様分布を引き起こす別の原因は、空気軸受１２４からチャンバ内部への気体の漏れである。空気軸受内の主要な気体は、背景ガスと同じ高濃度窒素組成となるように選択することができるが、空気軸受の気体は、異物、例えばポンプ・オイルからの有機化合物も含み得る。空気軸受１２４からチャンバ内部への漏れの影響を軽減するために、リソグラフィ・システム１００は、多岐管１２６内で空気軸受の気体と混合される補償ガス用の追加ガス源１２８も含む。この補償ガスは、システムで行われる干渉測定に関して、チャンバ１０１内へ漏れる空気軸受の気体の非一様分布の影響を低減するように選択される。空気軸受に送り込まれる気体と混合される補償ガスの種類および量は、リソグラフィ・システム１００内に導入される前に、ポンプ１２５により送り込まれる気体の組成をモニタすることにより経験的に決定することができる。
【００５７】
概して、背景ガス、二次ガス、および／または補償ガスは１つ以上の組成を含み得る。例えば、空気軸受で使用される二次ガスは、窒素と、水蒸気または空気との混合ガスであってもよい。ガスの特定の組合せは、異なる種類の干渉測定に関連付けて後述する。干渉システムの異なる実施形態を示し、説明する。それらは細部では異なるが、説明する実施形態は、多くの共通する要素を有している。後に理解されるように、説明する実施形態は、干渉光路がどのように提供されるか、および／またはある情報信号がどのように電子処理されるかというような細部において異なる。
【００５８】
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および７０、電子プロセッサ５０ならびにモニタ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は屈折計および／または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／または波長モニタを備え得る。Γモニタは気体の逆分散能を測定する。光路変位測定には、単波長で十分であり得る。
【００５９】
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。
【００６０】
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、光路長の変化、物理的な経路長の変化、ビームの波長の変化またはビームの伝播方向の変化をモニタするように設計し得る。
【００６１】
干渉計３０は、ヘンリー・アレン・ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａｌｌｅｎ  Ｈｉｌｌ）による、２００１年５月１０日に出願された、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するように構成された干渉計も備え得る。ステージ・ミラーの形状に関する２つの引用出願の内容全体を、参照により本願明細書に援用する。
【００６２】
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対の射出ビームとしてビーム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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
最終用途の応用例では、屈折度モニタまたは屈折計によって、干渉計システム１０内、特にモニタ６０内で気体の屈折度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。
【００６７】
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は、モニタ６０は波長モニタを含み得る。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。
【００６８】
ビーム２２が２種類以上の波長を備える応用例では、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号に記載されたような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。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、一様組成の変化による気体の屈折度の変化の影響を補償する。
【００６９】
背景ガスおよび改質二次ガスの組合せの固有屈折特性が改質二次ガス混合物の濃度に一様に独立となるように、補償ガスを二次ガスに加えて改質二次ガス混合物を形成することにより、背景ガスおよび二次ガスを含む干渉計３０の測定光路内の非一様なガス混合の影響が補償される。固有屈折特性の例としては、単波長干渉法での気体の固有屈折度と、二波長分散干渉法での気体の逆分散能とが挙げられる。
【００７０】
気体の全体的な屈折特性（例えば、チャンバ雰囲気の平均屈折度）の変化の影響は、干渉計３０の測定光路とは異なる１つの位置での気体の屈折特性の測定値を使用することにより電子プロセッサ５０において補償される。気体の全体的な屈折特性の測定値は、干渉信号７４に含まれる情報を処理することにより、電子プロセッサ５０によって取得される。気体密度の変化および組成の全体的な変化の影響を含む気体の全体的な屈折特性の変化について補償された位相情報は出力信号８０として生成される。
【００７１】
図３を参照すると、干渉計の一例が、偏光ヘテロダイン・シングルパス干渉計を示す符号２１０で示されている。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る。
【００７２】
本実施形態はヘテロダイン・システムを備えるが、ホモダイン・システムを使用することもできる。ホモダイン・システムでは、基準および測定ビームが同じ周波数を有する。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。
【００７３】
図３を参照して、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、図２の光源２０について示した説明と同じである。
【００７４】
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。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含む。
【００７５】
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、測定経路の物理的な往復長２Ｌ1および屈折率に関連する。
【００７６】
【数３】
2005512035.tif 000005
ここで、（ｎ1−１）sおよび（ｎ2−１）sは、測定経路内の背景ガスおよび二次ガスの固有屈折度の平均であり、（ｎ3−１）sは、二次ガスを変質させるために使用される補償ガスの測定経路に沿った固有屈折度の平均であり、ｘ2およびｘ3はそれぞれ、測定経路に沿った二次ガスおよび補償ガスの平均部分分圧であり、Ｒは気体定数であり、ＰおよびＴはそれぞれ、気体の圧力および温度であり、波数ｋ1＝２π／λ1である。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）。
【００７７】
【数４】
2005512035.tif 000006
である場合、測定経路における背景ガスおよび改質二次ガス混合物の非一様な混合の影響が補償されることが式（１）から分かる。二次ガスの導入と同様の方法で補償ガスを干渉システム１０に導入することにより、式（２）により表される条件が本発明の第１実施形態において満足される。
【００７８】
異なる主要ガス、二次ガス、および二次ガスを改質するために使用される部分分圧ｘ3の追加ガスに対してλ1＝０．６３３μで式（２）により表される条件を満たす分圧比の例を表１に示す。
【００７９】
【表１】
2005512035.tif 000007
図３に示された干渉計はシングルパス干渉システムであるが、当業者にとっては、マルチパス干渉システムに一般化することは容易であろう。
【００８０】
図３に示されたビーム２３２は、モニタ２１２に入射する。モニタ２１２からの出力ビーム２３４は検出器２５０に入射する。検出器２５０は、モニタ２１２の位置における雰囲気の屈折度に関連する信号２５２を生成する。信号２５２は、電子プロセッサ２５４に送られ、そこで干渉システムの光路長測定を補償するために用いられる。
【００８１】
式（２）の条件が満足された場合、測定された位相φ1を補正するために必要な屈折度の値は、一定値のＰ／Ｔに対する測定経路の位置とは異なる位置で測定され得る。比Ｐ／Ｔが最終用途の要件を満足するほどには十分に一定でない場合、本発明の第３および第４実施形態で説明するように、その後の温度効果について補償するために別の手法が導入されてもよい。
【００８２】
図４を参照すると、モニタ２１２は屈折計２１２Ｒを含む。ビーム２３２は屈折計２１２Ｒに入射し、その一部は出力ビーム２３４として出射する。ビーム２３４は、屈折計２１２Ｒにおける気体の屈折度の測定値を得るために用いられ得る位相情報を含む。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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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（図４を参照されたし）。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。
【００８６】
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。
【００８７】
【数５】
2005512035.tif 000008
ここで、下付き文字Ｍはモニタ２１２Ｒの測定および基準経路を意味する。
【００８８】
ある実施形態では、屈折計を含むことに代えて、或いは加えて、モニタ２１２が波長モニタを含んでもよい。このような実施形態は、図３および４にそれぞれ示された干渉システムの装置および屈折計を含み得る。図５に、波長モニタの実施形態が概略的に示されている。
【００８９】
波長モニタ２１２Ｗは、２９２Ｗで全体的に示す真空セルを含むＤＰＭＩである。波長モニタ２１２Ｗの多くの要素は、第１実施形態の屈折計２１２Ｒと同じ機能を実施し、同じ番号が付された要素を含む。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。
【００９０】
図５に示すように、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、屈折計２１２Ｗに入射し、セル１２９２を通る基準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。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。
【００９１】
セル２９２Ｗは、真空チャンバ２９４を形成する要素２８４Ｗ、ミラー２８６およびシリンダ２９５を備える。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１２６２および１２６４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。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。
【００９２】
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。
【００９３】
【数６】
2005512035.tif 000009
２Ｌ3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。
【００９４】
電子プロセッサ（例えば、図３に示された電子プロセッサ２５４）は、φ2、φ3、Ｌ2およびＬ3の測定値ならびに式（１）、（３）および（４）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。φ1、φ2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ｘ2およびｘ3の変動範囲によって決まる。
【００９５】
ある実施形態では、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、かつ非自明な（ｎｏｎ−ｔｒｉｖｉａｌ）関数を用いて測定ビーム経路における屈折度に対して測定された屈折度をマッピングすることにより、干渉計の測定ビーム経路での気体の屈折度の変化の影響について更に補償するように干渉システムを適用することができる。このような実施形態の例が、本願と同じ権利者が所有する２００２年１１月１４日出願のヘンリー・アレン・ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａｌｌｅｎ  Ｈｉｌｌ）による「ＣＰＭＥＮＳＡＴＩＮＧ  ＦＯＲ  ＥＦＦＥＣＴＳ  ＯＦ  ＶＡＲＩＡＴＩＯＮＳ  ＩＮ  ＧＡＳ  ＲＥＦＲＡＣＴＩＶＩＴＹ  ＩＮ  ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲＳ」という名称の米国特許出願第１０／２９４，１５８号に開示されている。ヒル（Ｈｉｌｌ）による引用特許の内容を参照により本願明細書にそれら全体を援用する。
【００９６】
ある実施形態では、干渉システムが分散干渉システムであってもよい。図６は、二波長分散干渉システムの測定経路内の背景ガスと改質二次ガス混合物との非一様な混合物の均一な空間分布からのＰ／Ｔの空間分布の変動の影響について補償する実施形態の概略図を示している。均一な空間分布からのＰ／Ｔの空間分布の変動の影響は、分散干渉法を使用することにより補償される。背景ガスと改質二次ガス混合物との組合せの逆分散能が改質二次ガス混合物の濃度と一様に独立であるように補償ガスを二次ガスに加えることによって、非一様な混合の影響が補償される。Ｐ／Ｔの非一様分布および非一様混合の影響では、光路長において測定された両方の変化が補償される。気体の屈折率と測定経路の物理長のどちらか１つ、或いは両方が変化し得る。
【００９７】
第４実施形態の干渉システムは、図６において３１０で概略的に示された偏光ヘテロダイン・シングルパス分散干渉計と、ヘンリー・アレン・ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａｌｌｅｎ  Ｈｉｌｌ）の「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ  ＩＮＴＲＩＮＳＩＣ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ  ＯＦ  Ａ  ＧＡＳ」という名称の引用米国特許第６，１２４，９３１号に記載されたようなΓモニタを備えるモニタ３１２とを備える。この構成は、偏光マイケルソン干渉計として当該技術分野で知られており、単純な図で示す。第４実施形態はヘテロダイン・システムを備えるが、基準および測定ビームがドップラー・シフト導入前に同じ周波数を持つホモダイン・システムにおいて使用するために容易に適用される。
【００９８】
図６に示すように、光源３２０から放出される光ビーム３２２の第１部分は、非偏光ビーム・スプリッタ３４２を透過してビーム３２４を形成する。ビーム３２２の第２部分は、非偏光ビーム・スプリッタ３４２で反射して、ミラー３４４で反射した後でビーム３３２を形成する。ビーム３２２は、例えば調和的に関連する２対１の異なる波長λ1およびλ2を有する２つのビームを含む。ビーム３２２の２つの異なる波長のビームの各々に関する光源３２０の説明は、本発明の第１実施形態の光源２２０について示した説明の対応する部分と同じである。
【００９９】
図６に示すように、干渉計３１０は、対象物用再帰反射器３３８、基準用再帰反射器３４０、ならびに、波長λ1およびλ2での動作用に設計された偏光ビーム・スプリッタ界面３３６を備えた偏光ビーム・スプリッタを含む。ビーム３２４の測定ビーム成分は、ビーム３２８として偏光ビーム・スプリッタ界面３３６を透過する。ビーム３２８は、対象物用再帰反射器３３８で反射し、次いで、出力ビーム３３０の測定ビーム成分として偏光ビーム・スプリッタ界面３３６を透過する。ビーム３２４の基準ビーム成分は、ビーム３２６として偏光ビーム・スプリッタ界面３３６で反射する。ビーム３２６は、基準用再帰反射器３４０で反射し、次いで、出力ビーム３３０の基準ビーム成分として偏光ビーム・スプリッタ界面３３６で反射する。出力ビーム３３０の基準および測定ビーム成分は、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、ならびに波長λ1およびλ2での光路長の分散についての情報を含む。ビーム３３０は干渉計３１０を出射し、検出器３４６に入射して、２つの電気的な干渉信号を含む信号３４８が生成される。検出器３４６は、ビーム３３０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。電子プロセッサ３４５は、信号３４８を検出し、ウェハを位置決めするために用いられる出力信号３５６を生成する。
【０１００】
入力ビーム３２２から派生した追加のビーム３３２は反射器３４４によりモニタ３１２へ反射される。出力ビーム３３４は、モニタ３１２を出射し、検出器３５０に入射する。出力ビーム３３４は、モニタ３１２の位置での雰囲気の逆分散能についての情報を含む。検出器３５０は、出力ビーム３３４に応答して信号３５２を生成する。信号３５２は、チャンバ雰囲気の逆分散能の変動について出力信号３５６を補償するために電子プロセッサ３５４により使用される。
【０１０１】
干渉計３１０により、それぞれ波長λ1およびλ2でのビーム３３０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およびφ5が導入される。位相シフトφ4およびφ5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２Ｌ4および気体の屈折率の平均値に関連する。
【０１０２】
【数７】
2005512035.tif 000010
ここで、（ｎ）λ1および（ｎ）λ2はそれぞれ、波長λ1およびλ2での測定経路における気体の屈折率の平均である。式（５）は、
【０１０３】
【数８】
2005512035.tif 000011
と表すこともでき、ここで、Γは、波長λ1およびλ2での測定経路における気体の逆分散能であり、［（ｎ）λ2−（ｎ）λ1］は、波長λ1およびλ2についての気体の分散である。
【０１０４】
分散は、シフトφ4およびφ5から式（５）および（６）を用いてプロセッサ３５４によって取得される。逆分散能Γは、
【０１０５】
【数９】
2005512035.tif 000012
と表すこともでき、ここで、Γ1Γ2およびΓ3はそれぞれ、背景ガスの逆分散能、二次ガスの逆分散能および補償ガスの逆分散能であり、ここでは、一次の項が維持される。
【０１０６】
式（８）の考察より、
【０１０７】
【数１０】
2005512035.tif 000013
である場合、測定経路における背景ガスと二次ガスとの非一様な混合の影響が補償されることがわかる。
【０１０８】
式（９）により表される条件は、二次ガスの導入と同様に、干渉システム３１０内へ補償ガスを導入することにより満足される。式（９）により表される状態は、改質二次ガス混合物の逆分散能が背景ガスの逆分散能と同じである状態と等価である。式（９）の因子
【０１０９】
【数１１】
2005512035.tif 000014
は、気体の固有特性であり、したがって、特定の最終用途において使用される対応パラメータを近似する気体の圧力および温度の任意の組合せについて決定され得る。波長λ1＝０．６３３μｍおよびλ2＝０．３１６μｍでの、背景ガスとしての空気、異なる二次ガス、および部分分圧ｘ3を持つ補償ガスについて式（９）により表される条件を満足する分圧比の例を表２に示す。同様の結果が、窒素背景ガスの分圧比について得られる。
【０１１０】
Γモニタを含むことに代えて、或いは加えて、分散干渉システムの実施形態は、干渉計の動作波長の一つまたは両方の波長をモニタする１つ以上の波長モニタを含むことができる。
【０１１１】
【表２】
2005512035.tif 000015
非一様ガス組成の影響が補償されるように他の複数波長分散干渉システムを設計することができる。背景ガス、二次ガス、および補償ガスの対応する分散特性が改質二次ガス混合物の濃度の空間分布に一様に独立であるように補償ガスを二次ガスに加えることにより、式（２）および（９）により表されるような状態が得られる。本発明について説明した実施形態を本発明の範囲および精神を逸脱することなく３つ以上の波長に拡張する方法は、当業者にとっては明らかであろう。
【０１１２】
図１に示すように、リソグラフィ・システムの他の実施形態では、説明した１つ以上の干渉システムは、例えば、これに限定はされないが、ウェハ・ステージおよびレチクル（またはマスク）ステージと関連する複数の軸および角度に沿う距離を測定するために使用することができる。また、ＵＶレーザ・ビーム以外に、例えば、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む他のビームがウェハを露光するために使用されてもよい。
【０１１３】
当該技術分野では周知のように、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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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）。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
ビーム書込みシステム１２００はガス源９６０，９７０，９８０を含む。ガス源９６０は、ガス吸気口９５０を介してチャンバ１２０１に背景ガスを供給する。ビーム書込みシステム１２００の動作中の異なる段階では、ガス源９７０により、ガス吸気口９５０を介してチャンバ１２０１内に二次ガスが導入される。二次ガスが導入されると同時に、ガス源９８０により、チャンバ１２０１内に補償ガスが導入される。チャンバ内部で行われる干渉測定に対する二次ガスの非一様分布の影響が補償ガスにより低減される。補償ガスおよび二次ガスは多岐管９９０内で混合され、改質二次ガス混合物としてガス吸気口９５０を介してチャンバ１２０１内へ流入する。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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およ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】
【０１２４】
【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】シングルパス干渉計およびモニタを含む干渉システムの概略図。
【図４】屈折度モニタの概略図。
【図５】波長モニタの概略図。
【図６】分散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】
2005512035.tif 000018
【図２】
2005512035.tif 000019
【図３】
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【図４】
2005512035.tif 000021
【図５】
2005512035.tif 000022
【図６】
2005512035.tif 000023
【図７】
2005512035.tif 000024
【図８】
2005512035.tif 000025
【図９】
2005512035.tif 000026
【国際調査報告】
2005512035.tif 000027