(57)【要約】  一態様において、本発明は方法に特徴があり、その方法は、干渉分光法システムにおける干渉計を用いて、第１ビーム経路と第２ビーム経路との間の光路差に関係づけられる位相を含む出力ビームを生成することであって、第１ビームは第１の箇所における測定物体に接触し、第１ビームまたは第２ビームは第２の箇所における測定物体に接触し、第１の箇所および第２の箇所は異なる、出力ビームを生成すること、第１の箇所における測定物体の不完全性に起因し、かつ第２の箇所における測定物体の不完全性に起因するずれであって、第１ビーム経路または第２ビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処する事前校正済み情報を提供すること、出力ビームから得られる情報および事前校正済み情報に基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定すること、を含む。
2007526450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
干渉分光法システムにおける干渉計を用いて、第１ビーム経路と第２ビーム経路との間の光路差に関係づけられる位相を含む出力ビームを生成することであって、前記第１ビームは第１の箇所における測定物体に接触し、第１ビームまたは第２ビームは第２の箇所における測定物体に接触し、第１の箇所および第２の箇所は異なる、出力ビームを生成すること、
第１の箇所における測定物体の不完全性に起因し、かつ第２の箇所における測定物体の不完全性に起因するずれであって、前記第１ビーム経路または前記第２ビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処する事前校正済み情報を提供すること、
前記出力ビームから得られる情報および事前校正済み情報に基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定すること、を備える方法。
【請求項２】
前記事前校正済み情報が、第１の箇所または第２の箇所における測定物体の不完全性に起因する、前記公称ビーム経路によって規定される平面内での前記第１ビーム経路または前記第２ビーム経路のずれによって生じる光路差への影響に対処するものである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記事前校正済み情報が、第１の箇所または第２の箇所における測定物体の不完全性に起因する、前記公称ビーム経路によって規定される平面からの前記第１ビーム経路または前記第２ビーム経路のずれによって生じる、光路差への影響に対処するものである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記事前校正済み情報がさらに、干渉計の少なくとも１つの光学部品における不完全性に起因する前記第１ビーム経路または前記第２ビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる、光路差への影響に対処する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
干渉計の少なくとも１つの光学部品における不完全性は、光学部品の表面における不完全性を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
干渉計の少なくとも１つの光学部品における不完全性は、光学部品におけるバルク不完全性を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記事前校正済み情報がさらに、光源から得られる入力ビームを干渉計までの入力ビーム経路からずらす光源内の不完全性に起因する前記第１ビーム経路または前記第２ビーム経路の前記公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処するものである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１ビームまたは前記第２ビームが、第１の箇所および第２の箇所とは異なる１つまたは複数のさらなる箇所における測定物体に接触し、前記事前校正済み情報が、前記１つまたは複数のさらなる箇所における測定物体の不完全性に起因する前記第１ビーム経路または前記第２ビーム経路の前記公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処するものである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記事前校正済み情報は、干渉計に対する測定物体の角度方向、測定物体と干渉計との間の距離、および干渉計に対する入力ビームの方向のうちの少なくとも１つについてパラメータ化されている、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記事前校正済み情報は、干渉計に対する測定物体の角度方向、測定物体と干渉計との間の距離、および干渉計に対する入力ビームの方向のうちの少なくとも２つについてパラメータ化されている、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記事前校正済み情報は、干渉計に対する測定物体の角度方向、測定物体と干渉計との間の距離、および干渉計に対する入力ビームの方向についてパラメータ化されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記事前校正済み情報は、電子記憶媒体に表現として記憶される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記表現は、ルックアップ・テーブルを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記表現は、関数的表現を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの自由度について前記決定された測定物体の位置は、干渉計に対する測定物体の変位に関係づけられている、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの自由度について前記決定された測定物体の位置は、干渉計に対する測定物体の変位である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの自由度について前記決定された測定物体の位置は、測定物体の角度方向に関係づけられている、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの自由度について前記決定された測定物体の位置は、測定物体の角度方向である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
測定物体の位置を決定することが、出力ビームの位相を測定すること、および所定の情報から得られる１つまたは複数の値に基づいて位相を測定物体の位置に関係づけることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記所定の情報から得られる値は、位相に基づいて選択される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記所定の情報から得られる値は、測定物体の角度方向に基づいて選択される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記所定の情報から得られる値は、前記公称経路に対する、光源から得られる入力ビームの干渉計までの経路に基づいて選択される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記入力ビーム経路の前記公称経路からのずれをモニタすることをさらに備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記位相Φと前記光路差との間の関係を、以下の方程式、
Φ＝２ｐｋＬζ（１−（θ１−η１）２−（θ２−η２）２）＋２ｋ（Ｘ１＋Ｘ２）
によって表わすことができ、ここで、ｐは整数、ｋは波数、Ｌは干渉計と測定物体との間の相対距離、θ１およびθ２は、干渉計に対する測定物体の直交座標に沿った角度方向、ζおよびη１およびη２は、少なくとも１つのビーム経路の前記公称ビーム経路からのずれに依存する項、Ｘ１およびＸ２は、それぞれ第１の箇所および第２の箇所における測定物体の表面の公称の平面表面からの局所変位である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
干渉計を用いて前記出力ビームを生成することが、測定物体が干渉計に対して移動するときに前記出力ビームを生成することを含み、測定物体の位置を決定することが、相対移動の間に測定物体の位置をモニタすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
干渉計を用いて前記出力ビームを生成することが、入力ビームを少なくとも前記第１ビームおよび前記第２ビームに分離すること、前記第１ビームおよび前記第２ビームをそれらの個々の経路に沿って送ること、一方または両方のビームが測定物体に接触した後に２つのビームを再結合することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２ビームが、第２の箇所において測定物体に接触し、前記光路差が、干渉計に対する測定物体の角度方向に関係づけられている、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
方法であって、
干渉計を用いて、第１ビーム経路と第２ビーム経路との間の光路差に関係づけられる位相を含む出力ビームを生成することであって、第１ビームは第１の箇所における測定物体に接触する、出力ビームを生成すること、
第１の箇所における測定物体の不完全性に起因するずれであって、公称ビーム経路によって規定される平面からの前記第１ビーム経路のずれによって生じる光路差への影響に対処する事前校正済み情報を提供すること、
前記出力ビームから得られる情報および事前校正済み情報に基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定すること、を備える方法。
【請求項２９】
前記事前校正済み情報が、第１の箇所における測定物体の不完全性に起因するずれであって、公称ビーム経路によって規定される平面内での第１ビーム経路のずれによって生じる光路差への影響に対処するものである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記事前校正済み情報が、第１の箇所における測定物体の表面の公称の平面表面からの局所変位によって生じる光路差への影響に対処するものである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１ビームまたは前記第２ビームが、第２の箇所における測定物体に接触し、第１の箇所および第２の箇所は異なる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記事前校正済み情報が、第２の箇所における測定物体の不完全性に起因するずれであって、前記第１ビーム経路または前記第２ビーム経路の前記公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処するものである、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
方法であって、
干渉計を用いて、第１ビーム経路と第２ビーム経路との間の光路差に関係づけられる位相を含む出力ビームを生成することであって、第１ビームまたは第２ビームは測定物体に接触する、出力ビームを生成すること、
測定物体の不完全性に起因する前記第１ビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処し、かつ干渉計の１つまたは複数のオプティクスにおける不完全性または出力ビームの生成に用いられる光源における不完全性に起因する第１ビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処する事前校正済み情報を提供すること、
前記出力ビームから得られる情報および事前校正済み情報に基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定すること、を備える方法。
【請求項３４】
方法であって、
干渉分光法システムにおける第１干渉計および第２干渉計を用いて、第１出力ビームおよび第２出力ビームをそれぞれ生成することであって、各出力ビームは、２つのビーム経路間の光路差に関係づけられる位相を含み、少なくとも一方のビーム経路は測定物体に接触する、第１出力ビーム及び第２出力ビームを生成すること、
前記第１干渉計の軸の前記第２干渉計の軸に対するミスアライメントに対処する事前校正済み情報を提供すること、
前記第１出力ビームおよび前記第２出力ビームから得られる情報および前記事前校正済み情報に基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定すること、を備える方法。
【請求項３５】
自由度が測定物体の角度方向に対応している、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
各干渉計に対して、前記事前校正済み情報が、干渉分光法システムにおける他の不完全性に起因するずれであって、少なくとも一方のビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処するものである、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
他の不完全性は、干渉計の少なくとも１つの光学部品における不完全性、測定物体における不完全性、または光源から得られる入力ビームを干渉計までの入力ビーム経路からずらす光源内の不完全性を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
装置であって、
第１ビーム経路と第２ビーム経路との間の光路差に関係づけられる位相を含む出力ビームを生成するように構成された干渉計であって、第１ビームは第１の箇所における測定物体に接触し、第１ビームまたは第２ビームは第２の箇所における干渉計に接触し、第１の箇所および第２の箇所は異なる、干渉計と、
前記干渉計に結合された電子コントローラであって、動作中に、前記出力ビームから得られる情報と、第１の箇所における測定物体の不完全性に起因し、第２の箇所における測定物体の不完全性に起因するずれであって、少なくとも一方のビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処する事前校正済み情報とに基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定する電子コントローラと、を備える装置。
【請求項３９】
装置であって、
第１ビーム経路と第２ビーム経路との間の光路差に関係づけられる位相を含む出力ビームを生成するように構成された干渉計であって、第１ビームは第１の箇所における測定物体に接触する、干渉計と、
前記干渉計に結合された電子コントローラであって、動作中に、前記出力ビームから得られる情報と、第１の箇所における測定物体の不完全性に起因するずれであって、公称ビーム経路によって規定される平面からの第１ビーム経路のずれによって生じる光路差への影響に対処する事前校正済み情報とに基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定する電子コントローラと、を備える装置。
【請求項４０】
干渉分光法システムであって、
測定物体と、
第１干渉計および第２干渉計であって、第１干渉計および第２干渉計のそれぞれは、第１ビーム経路と第２ビーム経路との間の光路差に関係づけられる位相を含む出力ビームを生成するように構成され、第１ビームは第１の箇所における測定物体に接触する、第１干渉計および第２干渉計と、
干渉計に結合された電子コントローラであって、動作中に、前記出力ビームから得られる情報と、前記第１干渉計の軸の前記第２干渉計の軸に対するミスアライメントに対処する事前校正済み情報とに基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定する電子コントローラと、を備える干渉分光法システム。
【請求項４１】
ウェハ上の集積回路の製造において用いるためのリソグラフィ・システムであって、
ウェハを支持するためのステージと、
空間的にパターニングされた放射をウェハ上に結像するための照明システムと、
結像された放射に対するステージの位置を調整するための位置決めシステムと、
結像された放射に対するウェハの位置をモニタするための請求項３８に記載の装置と、を備えるリソグラフィ・システム。
【請求項４２】
ウェハ上の集積回路の製造において用いるためのリソグラフィ・システムであって、
ウェハを支持するためのステージと、
放射供給源、マスク、位置決めシステム、レンズ・アセンブリ、および請求項３８に記載の装置を備える照明システムであって、動作中に、供給源は、前記マスクを通して放射を送って、空間的にパターニングされた放射を生成し、前記位置決めシステムは、前記供給源からの放射に対するマスクの位置を調整し、前記レンズ・アセンブリは、空間的にパターニングされた放射をウェハ上に結像し、前記装置は、前記供給源からの放射に対するマスクの位置をモニタする、照明システムと、を備えるリソグラフィ・システム。
【請求項４３】
リソグラフィ・マスクの製造において用いるためのビーム書き込みシステムであって、
基板をパターニングするための書き込みビームを供給する供給源と、
前記基板を支持するステージと、
前記基板に前記書き込みビームを送出するためのビーム送りアセンブリと、
前記ステージおよび前記ビーム送りアセンブリを互いに位置決めするための位置決めシステムと、
前記ビーム送りアセンブリに対する前記ステージの位置をモニタするための請求項３８に記載の装置と、を備えるビーム書き込みシステム。
【請求項４４】
ウェハ上の集積回路の製造において用いるためのリソグラフィ方法であって、
前記ウェハを可動ステージ上に支持すること、
空間的にパターニングされた放射を前記ウェハ上に結像すること、
ステージの位置を調整すること、
請求項１に記載の方法を用いてステージの位置をモニタすること、を備えるリソグラフィ方法。
【請求項４５】
集積回路の製造において用いるためのリソグラフィ方法であって、
空間的にパターニングされた放射を生成するためにマスクを通して入力放射を送ること、
前記入力放射に対してマスクを位置決めすること、
前記入力放射に対するマスクの位置を、請求項１に記載の方法を用いてモニタすること、
空間的にパターニングされた放射をウェハ上に結像すること、を備えるリソグラフィ方法。
【請求項４６】
ウェハ上に集積回路を製造するためのリソグラフィ方法であって、
空間的にパターニングされた放射にウェハを露出するために、リソグラフィ・システムの第１のコンポーネントをリソグラフィ・システムの第２のコンポーネントに対して位置決めすること、
前記第２のコンポーネントに対する前記第１のコンポーネントの位置を、請求項１に記載の方法を用いてモニタすること、を備えるリソグラフィ方法。
【請求項４７】
請求項４４に記載のリソグラフィ方法を含む集積回路の製造方法。
【請求項４８】
請求項４５に記載のリソグラフィ方法を含む集積回路の製造方法。
【請求項４９】
請求項４６に記載のリソグラフィ方法を含む集積回路の製造方法。
【請求項５０】
請求項４１に記載のリソグラフィ・システムを用いることを含む集積回路の製造方法。
【請求項５１】
請求項４２に記載のリソグラフィ・システムを用いることを含む集積回路の製造方法。
【請求項５２】
基板をパターニングするために基板に書き込みビームを送ること、
前記書き込みビームに対して前記基板を位置決めすること、
前記書き込みビームに対する前記基板の位置を、請求項１に記載の干渉分光法を用いてモニタすること、を備えるリソグラフィ・マスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、直線変位および角度変位測定用の分散型干渉計などの干渉計、すなわちリソグラフィ・スキャナまたはステッパ・システムにおけるマスク・ステージまたはウェハー・ステージなどの測定物体の直線変位および角度変位を測定する干渉計に関し、また波長をモニタしてガスの固有特性を決定する干渉計にも関する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条に基づき以下の出願に対して優先権を主張する。仮特許出願第６０／４７９，７４１号明細書、発明の名称「平面ミラー干渉計測定システムにおけるビーム・ミスアライメントの幾何学的な影響の補償」（２００３年６月１９日出願）。なお、この文献の全体の内容が、本明細書において参照により取り入れられている。
【背景技術】
【０００３】
変位測定干渉計では、光学的干渉信号に基づいて、基準物体に対する測定物体の位置の変化をモニタする。干渉計では、測定物体から反射される測定ビームを、基準物体から反射される基準ビームと重ね合わせて干渉させることによって、光学的干渉信号を生成する。
【０００４】
多くの応用例において、測定および基準ビームは、直交偏光であるとともに周波数が異なっている。異なる周波数の生成は、たとえば、レーザ・ゼーマン分裂によって、音響光学的な変調によって、またはレーザ内部で復屈折素子を用いて等によって、行なうことができる。直交偏光しているため、偏光ビーム・スプリッタによって、測定および基準ビームを測定および基準物体に、それぞれ送ることができ、また反射される測定および基準ビームを組み合わせて、重なり合う出射する測定および基準ビームを形成することができる。重なり合う出射ビームによって出力ビームが形成される。出力ビームはその後、偏光子を通過する。偏光子によって、出射する測定および基準ビームが混合されて、混合ビームが形成される。混合ビーム内の出射する測定および基準ビームの成分が互いに干渉する結果、混合ビームの強度が、出射する測定および基準ビームの相対位相によって変化する。
【０００５】
混合ビームの時間依存性の強度は、検出器によって測定されて、その強度に比例する電気的干渉信号が生成される。測定および基準ビームは周波数が異なるため、電気的干渉信号には、出射する測定および基準ビームの周波数間の差に等しいビート周波数を有する「ヘテロダイン」信号が含まれる。測定および基準経路の長さが、たとえば測定物体を含むステージの並進によって、互いに対して変化している場合には、測定されるビート周波数には、２νｎｐ／λに等しいドップラ・シフトが含まれる。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媒体たとえば空気または真空の屈折率、ｐは基準および測定物体までの光路数である。測定される干渉信号の位相の変化は、測定物体の相対位置の変化に対応する。たとえば、２πの位相の変化は、実質的にλ／（２ｎｐ）の距離変化Ｌに対応する。距離２Ｌは、往復の距離変化、または測定物体を含むステージとの間の距離の変化である。言い換えれば、位相Φは、理想的には、Ｌに正比例しており、平面ミラー干渉計、たとえば高安定性平面ミラー干渉計に対して、以下のように表現することができる。
【０００６】
【数１】
2007526450.tif 000003
ここで、ｋ＝２πｎ／λであり、θは、干渉計の公称軸に対する測定物体の方位である。この軸は、Φが最大になる測定物体の方位から決定することができる。Φが小さい場合、方程式（１）は、以下のように近似することができる。
【０００７】
【数２】
2007526450.tif 000004
残念ながら、観察可能な干渉位相Φチルダーは、位相Φに必ずしも等しいとは限らない。たとえば、干渉計の多くには、非線形性たとえば「周期誤差」として知られるものが含まれている。周期誤差は、測定される干渉信号の観察可能な位相および／または強度への影響として表現することができ、たとえば光路長２ｐｎＬの変化に対して正弦的に依存する。位相の一次の周期誤差は、たとえば、（４πｐｎＬ）／λに正弦的に依存し、位相の二次の周期誤差は、たとえば、２（４πｐｎＬ）／λに正弦的に依存する。より高次の周期誤差が存在する可能性もあるとともに、副高調波の周期誤差、ならびに検出器および信号処理エレクトロニクスを備える干渉計システムの他の位相パラメータに正弦的に依存する周期誤差も存在する可能性がある。
【０００８】
周期誤差に加えて、非周期的な非線形性または非周期誤差が存在する。非周期誤差の供給源の例は、干渉計の測定経路における光学ビームの回折である。回折に起因する非周期誤差は、たとえばシステムの挙動を分析することによって決定されている。これは、たとえば、ジェイ．ピー．モンカリン（Ｊ．−Ｐ．  Ｍｏｎｃｈａｌｉｎ）、エム．ジェイ．ケリー（Ｍ．Ｊ．Ｋｅｌｌｙ）、ジェイ．イー．トーマス（Ｊ．Ｅ．Ｔｈｏｍａｓ）、エヌ．エー．カーニット（Ｎ．Ａ．Ｋｕｒｎｉｔ）、エイ．スゾーク（Ａ．Ｓｚｏｋｅ）、エフ．ツェルニケ（Ｆ．Ｚｅｒｎｉｋｅ）、ピー．エッチ．リー（Ｐ．Ｈ．Ｌｅｅ）、およびエイ．ジャーバン（Ａ．Ｊａｖａｎ）、「高精度２ビーム走査型マイケルソン干渉計による正確なレーザ波長測定（Ａｃｃｕｒａｔｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｗｉｔｈ  Ａ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｔｗｏ−Ｂｅａｍ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）」、アプライド・オプティクス（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ）、２０（５）、７３６〜７５７，１９８１の研究に見出される。
【０００９】
非周期誤差の第２の供給源は、干渉計素子を横断する光学ビームの「ビーム・シアリング（ｂｅａｍ  ｓｈｅａｒｉｎｇ）」の影響、ならびに基準および測定ビームの一方の他方に対する横シアリング（ｌａｔｅｒａｌ  ｓｈｅａｒｉｎｇ）である。ビーム・シアリングの原因は、たとえば、干渉計までの入力ビームの伝搬方向の変化、または二重光路平面ミラー干渉計たとえば差動平面ミラー干渉計（ＤＰＭＩ）または高安定性平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）における物体ミラーの方位の変化である可能性がある。
【００１０】
したがって、誤差たとえば前述の周期および非周期誤差に起因して、観察可能な干渉位相には通常、Φ以外の影響が含まれる。したがって、観察可能な位相は、より正確には、以下のように表現される。
【００１１】
【数３】
2007526450.tif 000005
ここで、Ψおよびζは、周期および非周期誤差にそれぞれ起因する影響である。
【００１２】
観察可能な位相への周期および非周期誤差に起因する影響の作用は、各干渉計におけるこれらの誤差を定量化することによって、およびこのデータを用いてその後の測定値を補正することによって、減らすことができる。周期誤差を定量化するための種々の技術が、以下の文献に記載されている。共通所有の米国特許第６，２５２，６６８号明細書、米国特許第６，２４６，４８１号明細書、米国特許第６，１３７，５７４号明細書、および米国特許出願第１０／２８７，８９８号明細書、発明の名称「干渉分光法の周期誤差の補償」（２００２年１１月５日出願、ヘンリー  エイ．ヒル（ＨｅｎｒｙＡ．Ｈｉｌｌ））。なお、各文献の全体の内容が本明細書において参照により取り入れられている。これらの影響を補償するために、周期誤差の補償システムおよび方法を用いて、観察される位相への周期誤差の影響を特徴付ける周期誤差関数を決定することができる。干渉計および干渉計のコンポーネントにおける非周期誤差を特徴付けるために使用可能な装置の例および方法の詳細が、米国特許出願第１０／３６６，５８７号明細書、発明の名称「干渉分光法システムにおける非周期誤差の特徴付けおよび補償」（ヘンリー  エイ．ヒル、２００３年２月１２日出願）に記載されている。なお、この文献の全体の内容が本明細書において参照により取り入れられている。
【００１３】
周期および／または非周期誤差に起因するわずかな影響も、小さいか、そうでなければ方程式（２）によって補償されると仮定すると、変位測定干渉計によって測定される観察可能な位相は、２ｐｋＬ（１−θ２）に等しくなるはずである。この関係では、測定ビームと基準ビームとの間の光路差は２ｐｋＬ（１−θ２）に等しいということを仮定しており、測定物体の方位が既知ならば、この関係によって、干渉計からの測定物体の変位Ｌを、測定される位相から容易に決定することができる。
【００１４】
干渉分光法の測定システムが、２つ以上の直線変位平面ミラー干渉計を含み、一つには、測定物体の角度方向の変化を測定するために使用する場合には、２つ以上の干渉計が測定する観察可能な位相はそれぞれ、２ｐｋＬ（１−θ２）の形式となるはずである。結果として生じる光学的または電子的に得られる位相差を用いて、２つ以上の平面ミラー干渉計に共通の測定物体の角度方向の変化を算出することが、２つ以上の干渉計の測定軸が平行ならば可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ある特定の態様においては、本発明は、１つまたは複数の干渉計ビームの公称ビーム経路からのずれによって、光路差が、方程式（２）に対して仮定される光路差から変化する可能性があるという理解に基づいている。このようなずれから生じる誤差は、幾何学的な非周期誤差と言われる。このような誤差が生じる場合、方程式（２）の関係を用いて、測定される位相からＬを決定すると、誤った結果が得られる可能性がある。このような結果は、高いレベルの精度を要求する用途では弊害をもたらす可能性がある。さらに、このようなビーム経路ずれの影響は、Ｌが比較的大きい（たとえば０．５ｍ以上の）場合には増大する。その理由は、光路差へのビーム経路ずれの影響は通常、Ｌとともに大きさが変わるからである。
【００１６】
いくつかの態様においては、本発明は、複数光路干渉計（たとえば、二重光路干渉計）では、測定物体の不完全性に付随する幾何学的な誤差に対処する補償方式は、干渉計ビームが接触する測定物体の各箇所における不完全性に対処しなければならないという理解に、基づいている。たとえば、システムが二重光路干渉計および平面ミラー測定物体を用いる場合、ミラーの不完全性に対する補償は、干渉計測定ビームが接触する両方のミラー箇所における不完全性に対処しなければならない。
【００１７】
補償方式が、測定物体上での干渉計ビームの各接触点に対処することで、接触点間で変化する測定物体の不完全性に対処することができる。たとえば、二重光路干渉計では、このような補償方式によって、測定される位相への互いの影響を打ち消す測定物体の不完全性に対処することができる。対照的に、たとえば、補償方式が１つの箇所における（たとえば、干渉計軸に沿っての）ミラーの不完全性にのみ対処する場合には、測定物体上での干渉計ビームの各接触箇所における不完全性間の違いに適応できないことにより、補償が誤ったものとなる可能性がある。
【００１８】
測定物体における不完全性によって、公称上の測定物体位置からの測定物体の変位が、導入される可能性がある。その代わりに、またはそれに加えて、測定物体における不完全性によって、入射ビームが公称ビーム経路から偏向される可能性がある。公称ビーム経路とは、測定物体にどんな不完全性もない場合にビームが従うであろう経路である。いくつかの態様においては、本発明は、測定物体の不完全性を正確に補償するためには、補償方式は、入射面（すなわち、公称ビーム経路および測定物体表面の法線によって規定される平面）内でのビーム偏向および入射面からのビーム偏向の両方に対処しなければならないという理解に、基づいている。
【００１９】
したがって、ある特定の態様においては、本発明の特徴は、干渉計測定値において、ミラーの不完全性に起因する幾何学的な誤差を正確に補償する方法およびシステムである。また実施形態には、干渉計の測定値において、干渉計の１つまたは複数のオプティクスにおける不完全性および／または干渉計が使用する光源における不完全性を補償することも、含めることができる。
【００２０】
いくつかの態様においては、本発明は、複数自由度の干渉分光法システムでは、１つまたは複数の干渉計測定軸の公称上は平行な測定軸からのずれによって、共通の測定物体の変化度の算出される変化に誤差が生じる可能性があるという理解に基づいている。たとえば、干渉分光法システムが、公称上は平行な２本の軸に沿ってのステージ・ミラーの変位をモニタすることによって、ステージ・ミラーの角度方向をモニタする場合、測定される角度方向に、軸のミスアライメントによる誤差が導入される。さらに、干渉計軸の隔離距離は、軸に沿ってのミラー変位の関数として変化するため、誤差は、軸に沿ってのステージ・ミラーの変位とともに系統的に変化する。このような誤差が生じる場合、方程式（２）の関係を用いて、測定される位相から個々のＬの値を決定すると、誤った結果が得られる可能性がある。このような結果は、高レベルの精度を要求する用途では弊害をもたらす可能性がある。
【００２１】
したがって、ある特定の態様においては、本発明の特徴は、複数自由度の干渉計システムにおける干渉計軸のミスアライメントに対処するために干渉計測定値を補償する方法およびシステムである。さらに、いくつかの態様においては、本発明の特徴は、ビーム経路の、単一の干渉計の公称ビーム経路からのずれまたは複数自由度の干渉計システムの公称ビーム経路からのずれに対処するために、干渉計測定値を補償する方法およびシステムである。干渉計ビーム経路の公称経路からのずれは、干渉計または干渉計システムをその使用前に校正する間に、および／または干渉分光法システムがオフ・ラインである間に、決定される。この事前に校正済みの情報が、干渉計または干渉分光法システムに与えられる。システムは、この情報を用いて測定値を補正して、測定値がビーム経路ずれに対処するようにする。
【００２２】
ビーム経路ずれの供給源としては、干渉計または干渉計システムを構成する１つまたは複数の光学部品における不完全性、測定物体における不完全性、および干渉計または干渉計システムの入力ビームの経路を変化させ得る干渉計光源における不安定性、および複数自由度干渉計システムの個々の干渉計に対する入力ビームのミスアライメントが挙げられる。ビーム経路のずれは、完全にアライメントされている欠陥のないシステムに対応する公称経路に対して、特徴付けることができる。測定ビームと出力ビームの測定ビーム成分とに対する公称経路は、測定物体の角度方向に依存する。言い換えれば、公称経路は、光路差が２ｐｋＬ（１−θ２）に等しく対応する経路である。ここで、Ｌおよびθは、固定された基準座標システムに対して測定される。また、基準ビームと出力ビームの基準ビーム成分とに対する公称経路は、基準物体の角度方向（可変であっても良い）に依存する。
【００２３】
事前校正済み情報は、表現（たとえば、ルックアップ・テーブルまたは関数的表現）として、電子データ記憶媒体（たとえば、メモリ・チップまたはディスク）内に記憶しても良い。電子データ記憶媒体は、干渉計のエンド・ユーザに与えられる。干渉計をその最終用途応用において動かす制御アルゴリズムが、データ記憶媒体からの情報にアクセスして、干渉計測定値をそれ相応に補償する。
【００２４】
補償は、オン・ラインでリアル・タイムに行なっても良いし、オフ・ラインで行なっても良い。本方法の応用を用いて、他の誤差の影響たとえば波面誤差およびビーム・シアー（ｂｅａｍ  ｓｈｅａｒ）に起因する非周期誤差を、切り離しても良い。
【００２５】
本明細書で開示される技術を用いた干渉計は、リソグラフィ・ツールおよびビーム書き込みシステムで用いても良い。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の種々の態様および特徴を、以下にまとめる。
一般的に、第１の態様において、本発明の特徴は、干渉分光法システムにおける干渉計を用いて、第１ビーム経路と第２ビーム経路との間の光路差に関係づけられる位相を含む出力ビームを生成することであって、第１ビームは第１の箇所における測定物体に接触し、第１ビームまたは第２ビームは第２の箇所における測定物体に接触し、第１の箇所および第２の箇所は異なる、出力ビームを生成すること、第１の箇所における測定物体の不完全性に起因しおよび第２の箇所における測定物体の不完全性に起因するずれであって、第１ビーム経路または第２ビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処する事前校正済み情報を提供すること、出力ビームから得られる情報および事前校正済み情報に基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定すること、を含む方法である。
【００２７】
本方法の実施形態には、以下の特徴の１つまたは複数が含まれていても良い。
事前校正済み情報は、第１の箇所または第２の箇所における測定物体の不完全性に起因するずれであって、公称ビーム経路によって規定される平面内での第１ビーム経路または第２ビーム経路のずれによって生じる光路差への影響に対処することができる。事前校正済み情報は、第１の箇所または第２の箇所における測定物体の不完全性に起因するずれであって、公称ビーム経路によって規定される平面からの第１ビーム経路または第２ビーム経路のずれによって生じる光路差への影響に対処することができる。事前校正済み情報はさらに、干渉計の少なくとも１つの光学部品における不完全性に起因する第１ビーム経路または第２ビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処することができる。たとえば、干渉計の少なくとも１つの光学部品における不完全性は、光学部品の表面における不完全性および／または光学部品におけるバルク不完全性を含むことができる。事前校正済み情報はさらに、光源から得られる入力ビームを干渉計までの入力ビーム経路からずらす光源内の不完全性に起因する第１ビーム経路または第２ビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処することができる。
【００２８】
第１ビームまたは第２ビームは、第１の箇所および第２の箇所とは異なる１つまたは複数のさらなる箇所における測定物体に接触することができ、事前校正済み情報は、１つまたは複数のさらなる箇所における測定物体の不完全性に起因する第１ビーム経路または第２ビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処することができる。
【００２９】
事前校正済み情報は、干渉計に対する測定物体の角度方向、測定物体と干渉計との間の距離、および干渉計に対する入力ビームの方向のうちの少なくとも１つについてパラメータ化され得る。いくつかの実施形態においては、事前校正済み情報は、干渉計に対する測定物体の角度方向、測定物体と干渉計との間の距離、および干渉計に対する入力ビームの方向のうちの少なくとも２つについてパラメータ化される。たとえば、事前校正済み情報は、干渉計に対する測定物体の角度方向、測定物体と干渉計との間の距離、および干渉計に対する入力ビームの方向についてパラメータ化され得る。事前校正済み情報を、電子記憶媒体内に表現として記憶することができる。たとえば、表現は、ルックアップ・テーブルおよび／または関数的表現を含むことができる。
【００３０】
少なくとも１つの自由度について決定された測定物体の位置は、干渉計に対する測定物体の変位に関係づけることができる。たとえば、少なくとも１つの自由度について決定された測定物体の位置は、干渉計に対する測定物体の変位であることができる。少なくとも１つの自由度について決定された測定物体の位置は、測定物体の角度方向に関係づけることができる。たとえば、少なくとも１つの自由度について決定された測定物体の位置は、測定物体の角度方向であることができる。
【００３１】
測定物体の位置を決定することは、出力ビームの位相を測定すること、および所定の情報から得られる１つまたは複数の値に基づいて位相を測定物体の位置に関係づけることを含むことができる。所定の情報から得られる値を、位相に基づいて選択することができる。所定の情報から得られる値を、測定物体の角度方向に基づいて選択することができる。所定の情報から得られる値を、公称経路に対する、光源から得られる入力ビームの干渉計までの経路に基づいて、選択することができる。本方法はさらに、入力ビーム経路の公称経路からのずれをモニタすることを含むことができる。位相Φと光路差との間の関係を、以下の方程式、
Φ＝２ｐｋＬζ（１−（θ１−η１）２−（θ２−η２）２）＋２ｋ（Ｘ１＋Ｘ２）
によって表わすことができ、ここで、ｐは整数、ｋは波数、Ｌは干渉計と測定物体との間の相対距離、θ１およびθ２は、干渉計に対する測定物体の直交座標に沿っての角度方向、ζおよびη１およびη２は、少なくとも１つのビーム経路の公称ビーム経路からのずれに依存する項、Ｘ１およびＸ２は、それぞれ第１の箇所および第２の箇所における測定物体の表面の公称の平面表面からの局所変位である。
【００３２】
干渉計を用いて出力ビームを生成することは、測定物体が干渉計に対して移動するときに出力ビームを生成することを含むことができ、測定物体の位置を決定することは、相対移動の間に測定物体の位置をモニタすることを含むことができる。干渉計を用いて出力ビームを生成することは、入力ビームを少なくとも第１ビームおよび第２ビームに分離すること、第１ビームおよび第２ビームをそれらの個々の経路に沿って送ること、一方または両方のビームが測定物体に接触した後に２つのビームを再結合することを含むことができる。第２ビームは、第２の箇所における測定物体に接触することができ、光路差を、干渉計に対する測定物体の角度方向に関係づけることができる。
【００３３】
一般的に、他の態様において、本発明の特徴は、干渉計を用いて、第１ビーム経路と第２ビーム経路との間の光路差に関係づけられる位相を含む出力ビームを生成することであって、第１ビームは第１の箇所における測定物体に接触する、出力ビームを生成すること、第１の箇所における測定物体の不完全性に起因するずれであって、公称ビーム経路によって規定される平面からの第１ビーム経路のずれによって生じる光路差への影響に対処する事前校正済み情報を提供すること、出力ビームから得られる情報および事前校正済み情報に基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定すること、を含む方法である。
【００３４】
本方法の実施形態には、以下の特徴および／または他の態様の特徴の１つまたは複数が含まれていても良い。
事前校正済み情報は、第１の箇所における測定物体の不完全性に起因するずれであって、公称ビーム経路によって規定される平面内での第１ビーム経路のずれによって生じる光路差への影響に対処することができる。事前校正済み情報は、第１の箇所における測定物体の表面の公称の平面表面からの局所変位によって生じる光路差への影響に対処することができる。第１ビームまたは第２ビームは、第２の箇所における測定物体に接触することができ、第１の箇所および第２の箇所は異なる。事前校正済み情報は、第２の箇所における測定物体の不完全性に起因する第１ビーム経路または第２ビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる、光路差への影響に対処することができる。
【００３５】
一般的に、さらなる態様においては、本発明の特徴は、干渉計を用いて、第１ビーム経路と第２ビーム経路との間の光路差に関係づけられる位相を含む出力ビームを生成することであって、第１ビームまたは第２ビームは測定物体に接触する、出力ビームを生成すること、測定物体の不完全性に起因する第１ビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処し、および干渉計の１つまたは複数のオプティクスにおける不完全性または出力ビームの生成に用いられる光源における不完全性に起因する第１ビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処する事前校正済み情報を提供すること、出力ビームから得られる情報および事前校正済み情報に基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定すること、を含む方法である。
【００３６】
本方法の実施形態には、以下の特徴および／または他の態様の特徴の１つまたは複数が含まれていても良い。
一般的に、他の態様において、本発明の特徴は、干渉分光法システムにおける第１干渉計および第２干渉計を用いて、第１出力ビームおよび第２出力ビームをそれぞれ生成することであって、各出力ビームは、２つのビーム経路間の光路差に関係づけられる位相を含み、少なくとも一方のビーム経路は測定物体に接触する、出力ビームを生成すること、第１干渉計の軸の第２干渉計の軸に対するミスアライメントに対処する事前校正済み情報を提供すること、第１出力ビームおよび第２出力ビームから得られる情報および事前校正済み情報に基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定すること、を含む方法である。
【００３７】
本方法の実施形態は、以下の特徴および／または他の態様の特徴の１つまたは複数が含まれていても良い。
自由度は、測定物体の角度方向に対応することができる。各干渉計に対して、事前校正済み情報は、干渉分光法システムにおける他の不完全性に起因する少なくとも一方のビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処することができる。他の不完全性に、干渉計の少なくとも１つの光学部品における不完全性、測定物体における不完全性、または光源から得られる入力ビームを干渉計までの入力ビーム経路からずらす光源内の不完全性を含めることができる。
【００３８】
一般的に、他の態様において、本発明の特徴は、第１ビーム経路と第２ビーム経路との間の光路差に関係づけられる位相を含む出力ビームを生成するように構成された干渉計であって、第１ビームは第１の箇所における測定物体に接触し、第１ビームまたは第２ビームは第２の箇所における干渉計に接触し、第１の箇所および第２の箇所は異なる、干渉計と、干渉計に結合された電子コントローラであって、動作中に、出力ビームから得られる情報と、第１の箇所における測定物体の不完全性に起因しおよび第２の箇所における測定物体の不完全性に起因する少なくとも一方のビーム経路の公称ビーム経路からのずれによって生じる光路差への影響に対処する事前校正済み情報とに基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定する電子コントローラと、を備える装置である。
【００３９】
本装置の実施形態には、他の態様の特徴の１つまたは複数が含まれていても良い。
一般的に、他の態様において、本発明の特徴は、第１ビーム経路と第２ビーム経路との間の光路差に関係づけられる位相を含む出力ビームを生成するように構成された干渉計であって、第１ビームは第１の箇所における測定物体に接触する、干渉計と、干渉計に結合された電子コントローラであって、動作中に、出力ビームから得られる情報と、第１の箇所における測定物体の不完全性に起因するずれであって、公称ビーム経路によって規定される平面からの第１ビーム経路のずれによって生じる光路差への影響に対処する事前校正済み情報とに基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定する電子コントローラと、を備える装置である。
【００４０】
本装置の実施形態は、他の態様の特徴の１つまたは複数が含まれていても良い。
一般的に、他の態様において、本発明の特徴は、測定物体と、第１干渉計および第２干渉計であって、第１干渉計および第２干渉計のそれぞれは、第１ビーム経路と第２ビーム経路との間の光路差に関係づけられる位相を含む出力ビームを生成するように構成され、第１ビームは第１の箇所における測定物体に接触する、第１干渉計および第２干渉計と、干渉計に結合された電子コントローラであって、動作中に、出力ビームから得られる情報と、第１干渉計の軸の第２干渉計の軸に対するミスアライメントに対処する事前校正済み情報とに基づいて、少なくとも１つの自由度について測定物体の位置を決定する電子コントローラと、を備える干渉分光法システムである。
【００４１】
本システムの実施形態には、他の態様の特徴の１つまたは複数が含まれていても良い。
他の態様において、本発明の特徴は、ウェハを支持するためのステージと、空間的にパターニングされた放射をウェハ上に結像するための照明システムと、結像された放射に対するステージの位置を調整するための位置決めシステムと、結像された放射に対するウェハの位置をモニタするための前述の装置と、を備えるウェハ上の集積回路の製造において用いるためのリソグラフィ・システムである。
【００４２】
他の態様において、本発明の特徴は、ウェハを支持するためのステージと、放射供給源、マスク、位置決めシステム、レンズ・アセンブリ、および前述の装置を備える照明システムであって、動作中に、供給源は、マスクを通して放射を送って、空間的にパターニングされた放射を生成し、位置決めシステムは、供給源からの放射に対するマスクの位置を調整し、レンズ・アセンブリは、空間的にパターニングされた放射をウェハ上に結像し、装置は、供給源からの放射に対するマスクの位置をモニタする、照明システムと、を備えるウェハ上の集積回路の製造において用いるためのリソグラフィ・システムである。
【００４３】
さらなる態様においては、本発明の特徴は、リソグラフィ・マスクの製造において用いるためのビーム書き込みシステムであって、基板をパターニングするための書き込みビームを供給する供給源と、基板を支持するステージと、基板に書き込みビームを送出するためのビーム送りアセンブリと、ステージおよびビーム送りアセンブリを互いに位置決めするための位置決めシステムと、ビーム送りアセンブリに対するステージの位置をモニタするための前述の装置と、を備えるビーム書き込みシステムである。
【００４４】
他の態様において、本発明の特徴は、ウェハ上の集積回路の製造において用いるためのリソグラフィ方法であって、ウェハを可動ステージ上に支持すること、空間的にパターニングされた放射をウェハ上に結像すること、ステージの位置を調整すること、前述の方法を用いてステージの位置をモニタすること、を含むリソグラフィ方法である。
【００４５】
さらなる態様においては、本発明の特徴は、集積回路の製造において用いるためのリソグラフィ方法であって、空間的にパターニングされた放射を生成するためにマスクを通して入力放射を送ること、入力放射に対してマスクを位置決めすること、入力放射に対するマスクの位置を、前述の方法を用いてモニタすること、空間的にパターニングされた放射をウェハ上に結像すること、を含むリソグラフィ方法である。
【００４６】
さらに他の態様において、本発明の特徴は、ウェハ上に集積回路を製造するためのリソグラフィ方法であって、空間的にパターニングされた放射にウェハを露出するために、リソグラフィ・システムの第１のコンポーネントをリソグラフィ・システムの第２のコンポーネントに対して位置決めすること、第２のコンポーネントに対する第１のコンポーネントの位置を、前述の方法を用いてモニタすること、を含むリソグラフィ方法である。
【００４７】
さらなる態様においては、本発明の特徴は、前述のリソグラフィ方法を含む集積回路の製造方法である。
他の態様において、本発明の特徴は、前述のリソグラフィ・システムを用いることを含む集積回路の製造方法である。
【００４８】
さらに他の態様において、本発明の特徴は、基板をパターニングするために基板に書き込みビームを送ること、書き込みビームに対して基板を位置決めすること、書き込みビームに対する基板の位置を、前述の干渉分光法を用いてモニタすること、を含むリソグラフィ・マスクの製造方法である。
【００４９】
本発明の実施形態は、以下の優位性の１つまたは複数が含まれていても良い。
本明細書で開示される技術を用いて、干渉計および／または干渉計コンポーネントにおけるビーム経路ずれを特徴付けることを用いれば、最終用途応用における干渉計の正確度を向上させることができる。干渉位相から測定物体の自由度（たとえば変位または角度方向）を決定するときに、光路差に対するビーム経路ずれの影響を補償することによって、正確度が向上する。この結果、干渉計および干渉計コンポーネントを高精度の用途で用いることも可能である。このような用途では、補償がない場合、ビーム経路ずれの原因となる不完全性によって、干渉計および／またはコンポーネントが不正確になりすぎる。したがって、干渉計および／またはコンポーネントを、所望のレベルの正確度を得るためにより高品質のコンポーネントが必要になる用途において、用いることができる。品質がそれほど高くないコンポーネントは通常、品質が高い対応物よりも安価であるため、本技術によって、コストを削減することができる。
【００５０】
別に定義がない限り、本明細書で用いるすべての技術的および科学的な用語の意味は、本発明が属する当該技術における当業者によって広く理解されているものと同じである。本明細書において参照により取り入れた刊行物、特許出願、特許、および前述の他の参考文献と相容れない場合には、本出願が、定義も含めて、優先する。
【００５１】
本発明の他の特徴、目的、および優位性は、以下の詳細な説明から明らかになる。
種々の図面において、同様の参照符号は同様の構成要素を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
図１を参照して、干渉分光法システム１００には、干渉計サブシステム１０１および１５１が含まれている。これらは、平面ミラー測定物体１９０の変位およびビーム伝搬方向をそれぞれモニタするように構成されている。サブシステム１０１には、干渉計１１０が含まれている。干渉計１１０は、光源１１５から入力ビーム１２２を受け取るような位置にある。干渉計１１０は、入力ビーム１２２を分割して測定ビーム１２１と基準ビーム（図示せず）とにした後、測定ビーム１２１および基準ビームを、異なる経路に沿って送って、再結合して出力ビーム１２３を形成する。干渉計１１０から送られた測定ビーム１２１は、測定物体１９０によって反射される。測定ビーム１２１は、測定物体１９０と干渉計１１０との間で単一の光路を作るように示されているが、多くの実施形態において、測定ビーム１２１は測定物体までの複数の光路を作る。出力ビーム１２３は、検出器１２０に当たる。検出器１２０は、出力ビーム１２３の偏光成分の強度変化を検出する。検出器１２０は、時間依存性の強度変化を干渉信号として電子コントローラ１４０に伝達する。この干渉信号から、電子コントローラ１４０は干渉位相を取り出す。干渉位相は、測定ビーム１２１と基準ビームとの間の光路差に関係づけられる。その後、電子プロセッサ１４０は、干渉計１１０に対する測定物体１９０の変位を、位相、光路差、および相対変位の間の既知の関係に基づいて決定する。
【００５３】
サブシステム１５１には、角度干渉計１５０および検出器１５５が含まれている。ビーム・スプリッタ１４５によって、光源１１５からビームの一部１５２が、角度干渉計１５０に向けて送られる。角度干渉計１５０では、入力ビーム１２２の方向に関係づけられる干渉位相を有する出力ビーム１５３が生成される。検出器１５５は、出力ビーム１５３の偏光成分の強度をモニタして、出力ビーム強度に関係づけられる干渉信号を電子コントローラ１４０に伝達する。次に電子コントローラ１４０は、干渉信号から干渉位相を取り出して、干渉位相の変化から、入力ビーム１２２の伝搬方向のずれを決定する。
【００５４】
図１〜図３Ｂでは、図１に示したようなデカルト座標を参照する。
好ましくは、入力ビーム１２２、測定ビーム１２１、および出力ビーム１２３の成分の経路は、公称ビーム経路に一致する。公称経路が対応するビーム経路は、入力ビームの方位が干渉計１１０の好ましい測定軸に対して固定され、干渉計１１０および平面ミラー測定物体１９０を構成するオプティクスが完全であるビーム経路である。測定ビーム（および出力ビームの測定ビーム成分）の公称経路は、干渉計測定軸に対するミラー１９０の方位によって決定される。干渉計測定軸は、ｘ軸に平行である。したがって、測定ビームに対して１つの公称経路が存在するのではなくて、各干渉計に対する測定物体の各変位における測定物体の各方位に対して、異なる公称経路が存在する。
【００５５】
１つまたは複数の光学部品における不完全性（たとえば、光学表面の平坦さのずれ、または部品の屈折率の変化）、または光源１１５の不安定性、もしくはミスアライメントに起因して、入力ビーム１２２、測定ビーム１２１、および／または出力ビーム１２３の成分の経路が、公称ビーム経路からずれる場合がある。これらのずれによって、測定ビームと基準ビームとの間の光路差が、平面ミラー干渉計に対して前述の方程式（２）が与えるような関係が示す光路差から変化する可能性がある。システム１００は、これらのずれが原因で起こる光路差への影響に対処することを、１つまたは複数の測定可能なシステム・パラメータの関数としてパラメータ化される補正データを与えるルックアップ・テーブルにアクセスすることによって行ない、そして干渉計１１０に対する測定物体の変位を、補正された光路差に基づいて決定する。以下、正確な光路差の決定に対する詳細な説明を、特定の干渉計に対して行なう。
【００５６】
一例として、いくつかの実施形態において、干渉計１１０は、高安定性平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）である。図２を参照して、ＨＳＰＭＩ１１１には、偏光ビーム・スプリッタ３０、レトロリフレクタ３２、４分の１波長位相遅延プレート３４および３６、平面ミラー基準物体４２が含まれる。入力ビーム１２２は、２成分ビームである。２つの成分は、周波数が異なっており、また直交して平面偏光されている。異なる周波数は、光源１１５によって生成することができる。これは、たとえば、レーザ・ゼーマン分裂によって、音響光学的な変調によって、または復屈折素子を用いたレーザ内部等によって行なわれる。ＨＳＰＭＩ１１１によって、入力ビーム１２２は２つの成分に分割される。一方の成分（第１の光路測定ビーム２２および第２の光路測定ビーム２４として示される）は、ＨＳＰＭＩ１１１から出射する前に、測定物体１９０の表面によって２回反射される。他方の成分（第１光路基準ビーム２８および第２の光路基準ビーム２７によって示される）は、ＨＳＰＭＩ１１１から出射する前に、基準ミラー４２によって２回反射される。出射するビーム成分は、重なって、出力ビーム１２３を形成する。
【００５７】
検出器１２０において出力ビーム１２３が検出されることによって、電気的干渉信号５２が生成される。検出器１２０には、出力ビーム１２３の基準および測定ビーム成分を、偏光について混合するための偏光子が含まれる。電気的干渉信号５２には、ヘテロダイン位相Φを有するヘテロダイン信号が含まれる。
【００５８】
図３ａを参照して、ＨＳＭＰＩ１１１が測定すべき物理的変位Ｌと、ＨＳＰＭＩ１１１からのヘテロダイン信号の測定位相Φとの間の関係を説明する。位相Φは、三つの位相ΦＭ、ΦＳ、およびΦＲの合計として表現される。すなわち以下の通りである。
【００５９】
【数４】
2007526450.tif 000006
ここで、ΦＭは、ＨＳＷＩ１１１における測定ビーム経路からの、位相Φへの影響であり、ΦＳは、出力ビーム１２３の測定および基準ビーム成分の相対的な横シアーと、出力ビーム１２３の測定および基準ビーム成分の伝搬方向の相対的な差とによって導入される位相影響であり、ΦＲは、ＨＳＭＰＸ１１１における基準ビーム経路からの、位相Φへの影響である。図３ａおよび３ｂを参照して、位相ΦＭおよびΦＳが、以下の方程式によって、十分な近似で与えられる。
【００６０】
【数５】
2007526450.tif 000007
【００６１】
【数６】
2007526450.tif 000008
ここで、Ｌは、点Ｎ（測定ビーム経路内の媒体の屈折率に依存する）、すなわち偏光ビーム・スプリッタ３０を通して見たときのレトロリフレクタ３２の節点の共役と、物体ミラー１９０の表面１９０Ａとの間の、干渉計１１１に対して規定される測定軸に沿っての距離であり；ＬＲは、点Ｎと基準ミラー４２との間の、干渉計１１１に対して規定される測定軸に沿っての距離であり；ｋは、光源１１５の波長λに対応する波数であり；θｚおよびθｙは、ｚ軸およびｙ軸のそれぞれの周りの物体ミラー１９０の表面１９０Ａの回転である；θｚ１およびθｚ２は、物体ミラー１９０の表面１９０Ｆの局所的な傾斜であって、第１の光路測定ビーム２２および第２の光路測定ビーム２４が、それぞれ物体ミラー１９０に接触する位置においてｘ−ｙ平面内で測定した傾斜であり；θｙ１およびθｙ２は、物体ミラー１９０の表面１９０Ｆの局所的な傾斜であって、第１の光路測定ビーム２２および第２の光路測定ビーム２４が、それぞれ物体ミラー１９０に接触する位置においてｘ−ｚ平面内で測定した傾斜であり；αｚおよびαｙは、ｘ−ｙおよびｘ−ｚ平面のそれぞれにおける干渉計測定軸に対する入力ビーム方向のずれであり；βｘおよびβｙは、ＨＳＭＰＩ１１１に向かって伝搬する第１の光路測定ビーム２２の成分の伝搬方向に対する、物体ミラー１９０に向かって伝搬する第２の光路測定ビーム２４の成分の方向の、ｘ−ｙおよびｘ−ｚ平面のそれぞれにおけるずれであり；γｚおよびγｙは、ＨＳＰＭＩ１１１に向かって伝搬する第２の光路測定ビーム２４の成分の方向に対する、出力ビーム１２３の測定ビーム成分の方向の、ｘ−ｙおよびｘ−ｚ平面のそれぞれにおけるずれであり；項Ｘ１およびＸ２は、物体ミラー１９０の表面１９０Ａからの表面１９０Ｆの局所変位であって、第１の光路測定ビーム２２および第２の光路測定ビーム２４が、それぞれ物体ミラー１９０に接触する位置においてｘ−ｙ平面内で測定した変位であり；ξは、１に、ＨＳＰＭＩ１１１と検出器１２０の感光性表面との間の測定ビーム経路長さと、ＨＳＭＰＩ１１１と測定物体１９０との間の測定ビーム経路長さ（すなわちＬ）との比率を加算したものである。添え字Ｒを有する項は、基準ビームに付随するパラメータを表わす。たとえば、方程式（６）における項（θｚ）Ｒは、基準ミラー４２の共役のｚ軸（測定ビーム１２１の空間内に位置し、物体ミラー１９０の表面１９０Ａに対して公称上は平行である）の周りの回転を表わす。
【００６２】
レトロリフレクタ３２の節点の共役の箇所は、偏光ビーム・スプリッタ３０を通して見たときのレトロリフレクタ３２の頂点の共役から変移する。変移は、偏光ビーム・スプリッタ３０およびレトロリフレクタ３２における測定経路の物理的な経路長と、偏光ビーム・スプリッタ３０およびレトロリフレクタ３２の屈折率の大きさとに依存する。節点とは、レトロリフレクタの外側から見たときの、レトロリフレクタ３２の頂点の画像の箇所のことである。Ｌに対する値は、たとえば以下のように記載しても良い。
【００６３】
【数７】
2007526450.tif 000009
ここで、ｌＭは、θｙ＝０およびθｚ＝０に対する空気中での測定経路の一方向の物理的な経路長である。ｎＩは、単一の媒体を含む干渉計のガラス部分の屈折率である。ｌＭ，Ｉは、θｙ＝０およびθｚ＝０に対する干渉計のガラス部分での測定ビームの一方向の物理的な経路長である。長さｌＭ，Ｉは、θｙ＝０およびθｚ＝０におけるビームの個々の物理的な経路長に、それぞれ対応し、レトロリフレクタ３２の頂点から測定される。
【００６４】
物体ミラー１９０の表面１９０Ｆは、物体ミラー１９０の物理的な表面に対応し、後述する技術によって特徴付けることができる。物体ミラー１９０の表面１９０Ａは、最小２乗法フィットなどのアルゴリズムによる物理的な表面１９０Ｆの平均値を表わす。好ましい実施形態においては、物体ミラー表面の特徴付けは、分解能が、測定ビーム直径の分解能のオーダであるか、またはこれよりも大きい。
【００６５】
ΦＲに対する方程式は、ΦＭに対して与えられる方程式すなわち方程式（５）の場合と同じ一般的な形式である。対応する方程式ΦＲを用いて、カラム基準を用いて構成される干渉計などの最終用途応用においての基準ビーム経路から生じる非線形の誤差を評価しても良い。この場合、偏光漏れフィルタが用いられる。これについては以下の文献に記載されている。仮出願第１０／３０３，２９９号明細書、発明の名称「直交偏光入力ビーム成分間の伝搬における角度差を用いる干渉分光法システムおよび方法」（ピータ・デ・グルート（Ｐｅｔｅｒ  ｄｅ  Ｇｒｏｏｔ）ら）、およびその対応する米国特許出願第１０／１７４，１４９号明細書。または干渉計の素子を、回転させるかまたは傾けて、ある特定の周期的な非線形誤差が取り除かれる。これについては以下の文献に記載されている。仮出願第１０／３１４，４９０号明細書、発明の名称「傾斜干渉計」（ヘンリー  エイ．ヒル）、およびその対応する米国特許出願第１０／２１８，９６５号明細書。引用した仮出願の両方および米国特許出願の両方の内容は、本明細書において参照により全体として取り入れられている。
【００６６】
ｘ−ｙおよびｘ−ｚ平面のそれぞれにおける出力ビーム１２３の測定ビーム成分と基準ビーム成分の伝搬方向の差σｚおよびσｙは、以下の通りである。
【００６７】
【数８】
2007526450.tif 000010
【００６８】
【数９】
2007526450.tif 000011
なお、たとえば、θｚ１＝θｚ２の場合、測定ビームがステージに接触する点におけるｘ−ｙ平面内のステージ・ミラーの傾斜の変化に起因する、δｚへの影響は、互いに打ち消し合う。
【００６９】
方程式（４）について後述する説明は、ΦＲおよびΦＳから生じる影響の点について行なう。その理由は、前述したように、ΦＲの影響の説明は、ΦＭの影響の説明の対応する部分と同じだからである。方程式（５）および（６）によって与えられるΦＲおよびΦＳの影響は、以下のようにベキ級数で展開しても良い。
【００７０】
【数１０】
2007526450.tif 000012
先頭項は、二次の項まで残している。公称経路からのずれによる影響を、より容易に識別できるように、方程式（１０）を以下のように書き直しても良い。
【００７１】
【数１１】
2007526450.tif 000013
方程式（１１）によれば、ずれの影響は、ｘ−ｙおよびｘ−ｚ平面内での有効測定軸の方向の、ηｚおよびηｙの変化に等しい。
【００７２】
【数１２】
2007526450.tif 000014
【００７３】
【数１３】
2007526450.tif 000015
また有効スケールまたは実効波長を因子ζだけ変える。
【００７４】
【数１４】
2007526450.tif 000016
したがって、入力および／または測定ビーム経路の公称経路からのずれに起因する光路差への影響に対処するために、方程式（２）を、以下のように表現し直すことができる。
【００７５】
【数１５】
2007526450.tif 000017
ここで、項は二次まで残しており、基準ビーム経路から生じる項は省略している。基準ビームから生じる項は、説明する手順により必要に応じて加えても良い。
【００７６】
測定軸の方向上で表面１９０Ｆが平面表面１９０Ａから逸脱すること（方程式（１２）および（１３）によって与えられるηｚおよびηｙによって表わされる）の系統的な影響は、表面１９０Ｆのプロファイルのおおよそ二次の空間微分、すなわち（θｚ１−θｚ２）および（θｙ１−θｙ２）に依存している。これは、表面１９０Ａの一次空間微分または傾き（たとえばθｚおよびθｙ）に依存するミラー物体１９０の回転の系統的な影響と対照的である。２つの系統的な影響について対称性が無い理由は、θｚおよびθｙの変化が、固体物としてのミラー物体１９０の回転を表わす一方で、たとえばθｚ１によって特定される回転は、ミラー物体１９０の一部の局所的な回転を表わしているからである。また２つの系統的な影響について対称性が無いということは、ミラー物体１９０の回転の個々の異なる点に付随するものとして理解しても良い。たとえば、θｚおよびθｙに付随する回転の点は、測定軸と表面１９０Ａとの交差部にあり、また、たとえばθｚ１に付随する局所的な回転の点は、第１の光路測定ビーム２２の経路が表面１９０Ｆとなす交差部に対応する。
【００７７】
表面１９０Ｆのおおよそ二次の空間微分の系統的な影響があるために、ある特定の最終用途応用においてミラー物体の表面に対する仕様を高精度にすることができる。一例として、直線変位測定の所望する正確度が０．１ｎｍ、測定経路の値Ｌ＝０．７、ξ＝１．１、およびθｚ＝０．５ミリラジアンである応用例を考える。振幅ａおよび空間波長Λ＝１ｃｍにより表面１９０Ｆが変形する場合、その結果、生じるａに関する仕様は以下のようになる。
【００７８】
【数１６】
2007526450.tif 000018
またはλ＝６３３ｎｍに対してａ≦λ／３０００である。空間波長が、測定ビームの１／ｅ２直径より大きいか、またはこのオーダであることの影響は、検出器１２０の感光性領域に渡る積分では取り除かれない。振幅ａに関する仕様を、Ｌ、θ＝（θｚ２＋θｙ２）１／２、第１の光路測定ビーム２２および第２の光路測定ビーム２４の間の隔離距離ｄ、ξ、Λの項を用いて、直線変位のある誤差εに対して一般的に表現すると、以下のようになる。
【００７９】
【数１７】
2007526450.tif 000019
なお、誤差σｚおよびσｙが信号５２のヘテロダイン信号の大きさをもたらすことがあり、その理由は、これらの誤差が、出力ビーム内の測定および基準ビーム成分が重なり合う程度に関係するからであるが、ヘテロダイン信号の大きさだけでは、ビーム経路ずれの正確な表示とはならない場合がある。その理由は、σｚおよびσｙは実質的にゼロとなることがあるが、他の成分であるζ、ηｚ、ηｙは、依然として光路差に影響する場合があるからである。
【００８０】
ずれαｚおよびαｙは通常、光源１１５および個々のビーム・システムの安定性およびアライメントの関数である。角度干渉計１５０（図１に示す）によって、αｚの測定値が得られるが、同様の角度変位干渉計（図示せず）を、角度干渉計１５０に直交して配向して設けると、αｙの測定値が得られる。光源１１５およびビーム送出システムが十分に安定である実施形態においては、干渉分光法システム１００に、サブシステム１５１が含まれている必要はなく、αｚおよびαｙを、周期的なシステム・メンテナンスの間に必要に応じて再校正することができる。
【００８１】
図４〜図８を参照して、角度干渉計の一例は、所定の光軸に対するビーム７１２の平均的な伝搬方向の角度測定を、１つの平面内で行なう干渉計７００である。角度干渉計７００には、ビーム・シアリング・アセンブリ（構成要素番号８３０において大まかに示される）、分析器８４０、レンズ８４６、検出器８６０、電子プロセッサ８７０が含まれる。ヘテロダイン干渉分光法の場合、入力ビーム７１２には、周波数の違いがｆ１である２つの直交偏光の光学ビーム成分が含まれる。２つの直交偏光の成分の偏光面は、図４の平面と、それぞれ平行および直交である。
【００８２】
ビーム・シアリング・アセンブリ８３０によって、２つの直交偏光ビーム８５０と８５２とのそれぞれの間に、横シアーＳａ１が導入される（図４参照）。空間的にずれた出力ビーム８５０および８５２のそれぞれの一部は、成分８５４および８５６として、それぞれ分析器８４０を透過する。分析器８４０は、ビーム成分８５４および８５６が両方とも、図４の平面に対して４５度に配向された共通の平面内で偏光されるように、配向されている。
【００８３】
次に、ビーム成分８５４および８５６は、レンズ８４６に入射する。レンズ８４６によって、ビーム成分８５４および８５６は、検出器８６０上のスポットに焦点合わせされ、好ましくは光量子検出器によって検出されて、電気的干渉信号８６２またはヘテロダイン信号ｓ１が生成される。スポットは、実質的に重なり合う。ヘテロダイン信号ｓ１は、電子プロセッサ８７０に送信されて、信号ｓ１のヘテロダイン位相と、図４の平面内でのビーム７１２の対応する平均の伝搬方向とが決定される。
【００８４】
ビーム・シアリング・アセンブリ８３０には、偏光ビーム・スプリッタ８３２および８３８、直角プリズム８３３および８３７、切頭のポロ・プリズム８３５および８３６が含まれている。図４の平面内で偏光されているビーム７１２の成分は、偏光ビーム・スプリッタ８３２を透過して、直角プリズム８３３によって反射され、切頭のポロ・プリズム８３６によって向きを変えられ、偏光ビーム・スプリッタ８３８によって反射されて、ビーム８５０となる。図４の平面に直交して偏光されているビーム７１２の成分は、偏光ビーム・スプリッタ８３２によって反射され、切頭のポロ・プリズム８３５によって向きを変えられ、直角プリズム８３７によって反射され、偏光ビーム・スプリッタ８３８を透過して、ビーム８５２となる。
【００８５】
なお、ビーム・シアリング・アセンブリ８３０および分析器８４０を通るビーム８５４および８５６のそれぞれに対するガラス内の光路は、好ましくは同じである。第１の実施形態の装置設計のこの特徴によって、温度変化に対して安定性の高い干渉計システムが形成される。
【００８６】
ヘテロダイン信号ｓ１は、以下のように表されても良い。
【００８７】
【数１８】
2007526450.tif 000020
ここでは以下の通りである。
【００８８】
【数１９】
2007526450.tif 000021
ω１＝２πｆ１であり、ζ１は、位相φ１に付随しないオフセット位相であり、ｋ１＝２π／λ１であり、λ１は入力ビーム７１２の波長であり、θ’１およびθ’２は、それぞれ直角プリズム８３３および偏光ビーム・スプリッタ８３８におけるビーム８５０の入射角度であり、θ’３およびθ’４は、それぞれ偏光ビーム・スプリッタ８３２および直角プリズム８３７におけるビーム８５２の入射角度であり、ｄ１、ｄ２、ｄ３、およびｄ４は、図５において規定される。方程式（１９）では、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく本発明の特徴を簡単な方法で実証するために、ビーム・シアリング・アセンブリ３０における光路はすべて、屈折率が同じであると仮定している。非限定的な例であるｄ１＝ｄ３、ｄ２＝ｄ４、θ’１＋θ’２＝π／２、およびθ’３＋θ’４＝θ／２に対して、方程式（１９）は、φ１に対してより簡単な式になる。
【００８９】
【数２０】
2007526450.tif 000022
横シアーＳａ１は、以下の方程式により、ビーム・シアリング・アセンブリ８３０の特性に関係づけられる。
【００９０】
【数２１】
2007526450.tif 000023
ここで、φ１およびφ’１は、偏光ビーム・スプリッタ８３２の入口ファセットにおけるビーム８５４の入射および屈折の角度であり、φ３およびφ’３は、偏光ビーム・スプリッタ８３２の入口ファセットにおけるビーム８５２の入射および屈折の角度である（図５を参照）。非限定的な例の場合には、以下のようになる。
【００９１】
【数２２】
2007526450.tif 000024
方程式（２１）および（２２）によって与えられるＳａ１に対する式によって、ビーム・シアーを生成するために用いられる主なメカニズムが表わされる。しかし、ビーム・シアーを導入する他のメカニズムが存在する。たとえば、入射角度に依存する位相シフトに関連するものである（たとえば、グース・ハンセン（Ｇｏｏｓ−Ｈａｎｃｈｅｎ）効果）。
【００９２】
振幅Ａ１は、｜ｈ（ｐ１）｜２のフーリエ変換のフーリエ成分に、十分な近似において比例している。すなわち、以下の通りである。
【００９３】
【数２３】
2007526450.tif 000025
ここで、ｈ（ｐ１）は、レンズ８４６におけるビーム８５４または８５６の一方の振幅のフーリエ変換に、レンズ８４６の瞳関数を乗じたものである。
【００９４】
【数２４】
2007526450.tif 000026
図６に、θｏ，ｊおよびθｉ，ｊの定義を示す。角度θｏ，ｊおよびθｉ，ｊは、レンズ８４６の物空間および像空間におけるビームｊの主光線の共役角度である。図７に、ｐｊの定義を示す。
【００９５】
方程式（１９）および（２０）から明らかなように、光学ビームの方向の変化に関する位相φ１の分解能は、長さ２３／２（ｄ１−ｄ２）の増加とともに、増加する。しかし、２３／２（ｄ１−ｄ２）に対する利用可能な範囲は、方程式（２３）に示したように、｜ｈ（ｐ１）｜２のフーリエ変換の空間周波数バンド幅によって規定される。
【００９６】
２３／２（ｄ１−ｄ２）に対する最適値は、個々の瞳を透過するビームの特徴的な空間寸法のほぼ半分に概ね等しい。たとえば、レンズ８４６において、ビーム８５４およびビーム８５６の両方に対して図４の平面内で矩形の瞳が寸法ｂで存在し、ビーム８５４および８５６の振幅がそれぞれの瞳に渡って均一である場合を考える。この場合、｜ｈ（ｐ１）｜２はサイン関数の２乗、すなわち（ｓｉｎｘ／ｘ）２であり、また｜ｈ（ｐ１）｜２のフーリエ変換は、三角関数Δである。三角関数Δは、２３／２（ｄ１−ｄ２）＝０において最大値１を有し、２３／２（ｄ１−ｄ２）≧ｂにおいて値が０である。したがって、２３／２（ｄ１−ｄ２）≧ｂにおいて振幅Ａ１＝０であり、光学ビームの方向の変化に関する位相φ１の分解能は、２３／２（ｄ１−ｄ２）＝０において０である。したがって、２３／２（ｄ１−ｄ２）に対する最適値は、この場合、ほぼｂ／２である。２３／２（ｄ１−ｄ２）に対する実際の最適値は、たとえば、信号対ノイズ比に関して最適な動作条件を規定するために用いられる基準に依存する。ビーム７１２の成分がガウシアン強度プロファイルを有する場合には、２３／２（ｄ１−ｄ２）に対する最適値は、ほぼｗである。ここでｗは、ビーム７１２の強度の値が、ビーム７１２の中心における強度の１／ｅに等しくなる半径である。
【００９７】
例として、ビームがガウシアン強度プロファイルを有していて、２ｗ＝５．０ｍｍ、θ１＝４５度、λ１＝６３３ｎｍである場合、ｄΦ１およびｄΦ３の変化に対する位相φ１の感度を微分形式で表わしたものが、以下の方程式で与えられる。
【００９８】
【数２５】
2007526450.tif 000027
なお、方程式（２５）から明らかなように、角度ｄΦ１およびｄΦ３の変化に対する位相φ１の変化の感度は、屈折率ｎとは無関係である。これは、角度干渉計の第１の実施形態の重要な特性である。詳細には、角度ｄΦ１およびｄΦ３の変化に対する位相φ１の変化の感度の、温度変化に対する感度は、ビーム・シアリング・アセンブリ８３０の光学素子の屈折率の熱誘導性の変化に対して一次において独立していて、ビーム・シアリング・アセンブリ８３０の光学素子の熱膨張係数にのみ依存している。ビーム・シアリング・アセンブリ８３０の素子の熱係数は、≦０．５ｐｐｍ／℃未満となるように選択することができる。同様の理由で、φ１のゼロ値は、ビーム・シアリング・アセンブリ８３０の温度変化に対する対応する低い感度も示す。
【００９９】
第１の実施形態が提供することができる平均値［ｄΦ１＋ｄΦ３］／２の範囲に関して制約を設ける２つの主な量は、差［ｄΦ１−ｄΦ３］／２の大きさと、検出器８６０の敏感領域のサイズである。ヘテロダイン信号の振幅は、ωｋ１［［ｄΦ１−ｄΦ３］／２］≒１のときに、ほぼ２分の１に減少する。方程式（２５）において省かれているｄΦ１およびｄΦ３の高次の項は、特定の最終用途応用に対して必要に応じて、方程式（１９）から容易に決めることができる。
【０１００】
図８に、ビーム・シアリング・アセンブリ８３０の他の実施形態を概略的に示す。この実施形態では、２つのプリズム８３３０および８３３２と偏光ビーム・スプリッタ界面８３４０とが含まれている。入力ビーム７１２の第１の成分が、偏光ビーム・スプリッタ界面８３４０を２回透過し、プリズム８３３０および８３３２のファセットによって反射されて、出力ビーム８３５０を形成する。入力ビーム７１２の第２の成分が、偏光ビーム・スプリッタ界面８３４０によって２回反射され、プリズム８３３０および８３３２のファセットによって反射されて、ビーム８３５０および８３５２を形成する。
【０１０１】
２つのプリズム８３３０および８３３２と偏光ビーム・スプリッタ界面８３４０とは、ビーム７１２の伝搬方向とビーム８３５０および８３５２に対する伝搬方向との関係について、ペンタ・プリズムと同じ特性を示す。プリズム８３３０および８３３２は好ましくは、同型であって、ビーム８３５０と８３５２との間にビーム・シアーＳａ３が導入されるように、相対的なサイズが選択される。屈折性媒体中の光路は、ビーム８３５０および８３５２に対して、実質的に同じである。ビーム８３５０および８３５２の残りの説明は、第１の実施形態のビーム８５０および８５２に対して行なった説明の対応する部分と同じであり、シアーＳａ１の代わりにシアーＳａ３を用いるものである。
【０１０２】
以下の文献に、さらなる角度変位干渉計の詳細が開示されている。ＰＣＴ公開ＷＯ００／６６９６９号明細書（ヘンリー  エイ．ヒル、２０００年１１月９日公開）（この文献の内容は本明細書において参照により取り入れられている）、および米国特許出願第１０／２７２，０３４号明細書（ヘンリー  エイ．ヒル、２００２年１０月１５日出願）、発明の名称「光学ビーム方向の変化を測定するための干渉計」。
【０１０３】
図２および図３を再び参照して、ずれθｚ１、θｚ２、θｙ１、θｙ２、βｚ、βｙ、σｚ、σｙは、ＨＳＰＭＩ１１１および測定物体１９０によって変わる。ビーム経路ずれの原因となる欠陥の不均一な性質に起因して、ずれθｚ１、θｚ２、θｙ１、θｙ２、βｚ、βｙ、σｚ、σｙは、公称経路が異なると変化する。さらに、ずれθｚ１、θｚ２、θｙ１、θｙ２、βｚ、βｙ、σｚ、σｙは、入力ビームの伝搬方向の関数として変化する。したがって、ずれθｚ１、θｚ２、θｙ１、θｙ２、βｚ、βｙ、σｚ、σｙは、干渉計に対する測定物体の変位、測定物体の角度方向、および入力ビーム伝搬方向の関数として、パラメータ化することができる。
【０１０４】
これらのずれが通常は時間とともにゆっくりと変化する応用例では、たとえば多くの精度測定応用例においては、その最終用途応用において干渉計を実施する前に、ずれを決定することができる。このデータは、システム１００を用いて捕捉した干渉位相データを分析すべきときにアクセスする表現（ルックアップ・テーブルなど）に、記憶することができる。いくつかの実施形態においては、観察可能なパラメータをビームずれに関係づける表現は、関数表現の形式（たとえば、１つまたは複数の代数関数）とすることができ、およびビームずれを、関数を用いてパラメータから決定することができる。
【０１０５】
ある特定の実施形態においては、測定物体の変位を、反復のプロセスを用いて決定することができる。補正データを、干渉分光法的に決定されたパラメータ（たとえば、測定物体の変位および／または角度方向）を用いてパラメータ化する場合、システムは、パラメータおよびずれ項の決定を、システムがパラメータに対する値に収束するまで繰り返すことができる。たとえば、ずれデータを測定物体の変位を用いてパラメータ化する場合、システムは、測定位相から方程式（２）を用いて、変位に対する初期決定を行なうことができる。次にシステムは、初期変位値を用いて、表現からのずれ項を決定する。このデータを用いて、システムは変位の再計算を方程式（１５）を用いて行なって、いったん補正された変位値を、与える。システムは、いったん補正された変位値に基づいてずれ項を再決定することによって、この手順を繰り返す。このプロセスは、補正された変位が適切に収束するまで、繰り返すことができる。
【０１０６】
観察可能なパラメータをずれ角度に関係づけるデータは、干渉計および他のコンポーネントをそれらの最終用途応用においてインストールする前に行なう校正手順において、特徴づけることができる。このことは、たとえば、米国特許出願第１０／３６６，５８７号明細書、発明の名称「干渉分光法システムにおける非周期的な非線形性を定量化および補償するための装置および方法」（ヘンリー  エイ．ヒル）に記載されている。なお、この文献の内容は本明細書において参照により全体として取り入れられている。いくつかの実施形態においては、ずれβｚ、βｙ、δｚ、およびδｙの測定を、適切なビームの一部を非偏光ビーム・スプリッタによって分割すること、ならびに測定物体の変位、方位角度、および／または入力ビームの方向を走査する間にビーム方向をモニタすることによって、行なうことができる。たとえば、βｚまたはβｙを決定するためには、ビーム・スプリッタを、測定物体までの測定ビームの第１の光路および第２の光路の両方に配置することができる。そして各光路に対する測定ビーム方向の追跡を、システムが測定物体の変位、方位角度、および／または干渉計の入力ビーム方向を走査する間に、ビーム・スプリッタが測定ビーム経路から方向づけたビーム方向をモニタすることによって、行なうことができる。
【０１０７】
ずれθｚ１、θｚ２、θｙ１、θｙ２、βｚ、βｙ、σｚ、σｙに対する非ゼロ値は、干渉計および／または平面ミラー測定物体における不完全性から生じる可能性がある。たとえば、θｚ１、θｚ２、θｙ１、および／またはθｙ２の非ゼロ値は、平面ミラー測定物体の表面不完全性によって生じる場合があるとともに、第１の光路測定ビームおよび／または第２の光路測定ビームの公称経路からのずれを引き起こす可能性がある。さらに、干渉計を構成する光学部品の不完全性がβｘおよび／またはβｙに影響することが、測定物体までの測定ビームの第１の光路の前に、または測定物体までのビームの第１の光路と第２の光路との間において、起こる可能性がある。
【０１０８】
ある特定の実施形態においては、平面ミラー測定物体の局所的な表面不完全性の測定を、平面ミラー測定物体から反射されるビームのビーム方向をモニタすることによって、行なうことができる。特に、このような技術によって、反射ビームの直径のオーダの分解能で、平面ミラー測定物体の局所的な傾斜情報を得ることができる。ビーム方向は、干渉分光法的にモニタすることもできるし、非干渉分光法的にモニタすることもできる。ビーム方向のモニタに適した干渉計の例としては、角度干渉計、たとえば前述した角度干渉計、およびハートマン・シャック（Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ）干渉計が挙げられる。
【０１０９】
ハートマン・シャック干渉計では、小型レンズ・アレイを用いており、このアレイを、測定すべき一対の重なり合うビームの経路に配置している。小型レンズ・アレイの焦点面に、検出器が位置している。ビームが一致しており、それらの経路が小型レンズの光軸に平行である場合には、ビームは、小型レンズ光軸にやはり一致するスポットのアレイに焦点合わせされる。しかし、一方のビームの方向がずれると、ビームは、ずれていないビームに対応する箇所とは異なる箇所に焦点合わせされる。検出器によって、これらのずれを追跡することができる。またデータを用いて、ビーム伝搬方向を、小型レンズ・アレイの特性および箇所に基づいて、計算することができる。他の応用例でハートマン・シャック干渉計（ハートマン・シャック・センサとも呼ばれる）を用いることが、たとえば以下の文献に開示されている。ライアング（Ｌｉａｎｇ），Ｊおよび共同作業者による「ハートマン・シャック波面センサを用いた人間の目の波面収差の客観的測定」米国光学学会誌（Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．）（Ａ）、１１，１９４９〜５７（１９９４）、Ｊ．ライアングおよびＤ．Ｒ．ウィリアムス（Ｗｉｌｌｉａｍｓ）による「正常な人間の目の収差および網膜の画質」米国光学学会誌（Ａ）、１４、２８７３〜８３（１９９７）、およびＰ．Ｍ．プリエト（Ｐｒｉｅｔｏ）および共同作業者による「人間の目におけるハートマン・シャックセンサの性能の解析、」米国光学学会誌（Ａ）、１７、１３８８〜９８（２０００）。
【０１１０】
ビーム方向をモニタする非干渉分光的な方法としては、たとえば、画素化された検出器アレイ（たとえば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラ）を用いてビーム方向を追跡することが挙げられる。ビーム方向が変化すると、ビームはアレイ内の異なる検出器素子に当たる。測定物体の変位、方位角度、および入力ビーム方向を走査する間にアレイ上のビーム箇所を追跡することによって、システムは、走査されたパラメータの関数として、ビーム方向の変化を決定することができる。画素化された検出器アレイを用いる場合、検出器アレイまでの被追跡ビームの光路は、十分な角度分解能が得られるように十分に長くなければならない。
【０１１１】
前述したずれは、本明細書で開示される技術を用いて直接モニタすることができる一方で、干渉分光法システムのコンポーネントの不完全性（平面ミラー測定物体の表面不完全性を含む）は、他の方法で特徴付けることもできる。たとえば、平面ミラー測定物体の反射表面の不完全性（たとえば、ミラーの表面トポグラフィの変化）は、ミラーの数値を測定することによって対処することができる。ミラーの数値とは、ミラーの表面トポグラフィの測定値である。各測定物体の数値は、たとえばフィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）干渉計を用いて特徴付けることができる。測定物体の部分の数値は、以下の文献に記載されるような技術によって決定しても良い。引用される共通所有の米国特許出願第１９／８５３，１１４号明細書、発明の名称「ステージ・ミラーのその場特徴付け」（２００１年５月１０日出願）、米国特許出願１０／２１７，５３１号明細書、発明の名称「ミラーのその場特徴付け」（２００２年８月１３日出願）、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０２／２５６５２号明細書、発明の名称「ステージ・ミラーその場特徴付け」、および米国特許出願第１０／４０６，７４９号明細書、発明の名称「ステージ・ミラー・マッピングのための方法および装置」（２００３年４月３日出願）。なお、この文献では、同じ発明の名称の仮出願第６０／３７１，１７２号明細書（２００２年４月９日出願）に対する優先権を主張する。これらの出願では、ヘンリー・アレン・ヒルの名前が発明者として挙がっており、各出願の全体の内容が本明細書において参照により取り入れられている。
【０１１２】
光学部品の不完全性を直接測定する実施形態においては、ビーム経路ずれを不完全性から決定することが、不完全性とビーム経路との間の既知の関係を用いて可能である。たとえば、光線追跡ツールを用いれば、干渉計を通る予想されるビーム経路を得ることが、たとえばシステム・コンポーネントにおける光学的表面とバルク不完全性とに関係づけられる経験データに基づいて、可能である。
【０１１３】
誤差校正時および／またはシステム１００の使用時に、θｚおよびθｙを、干渉分光法的にまたは他の方法によってモニタすることができる。平面ミラー測定物体の方位角度をモニタするための干渉分光法は、当該技術分野において十分に確立されている。平面ミラー測定物体の角度方向を干渉分光法的にモニタする方法の１つは、２つの変位測定干渉計（たとえば、２つのＨＳＰＭＩ）を用いることである。干渉計測定軸間の距離が既知であるならば、干渉計を用いて、測定軸によって規定される第１の平面内での測定物体方位を得ることができる。第１の平面に垂直な平面内での測定物体の角度方向を、第３の変位測定干渉計を用いて決定することができる。第３の変位測定干渉計は、その測定軸と他の干渉計の一方の測定軸とによって規定される平面が第１の平面に垂直になるように、位置付ける。このような多軸測定は、複数の別個の干渉計（複数のＨＳＰＭなど）を用いて行なっても良いし、複数の自由度で測定物体の箇所をモニタする複数軸の測定システムを用いて行なっても良い。複数軸の測定システムの例は、以下の文献に開示されている。米国特許第６，３１３，９１８号明細書、発明の名称「距離、角度、および分散を測定するための動的なビーム・ステアリング・アセンブリを有する単一光路および複数光路の干渉分光法システム」、米国特許出願第１０／３５２，６１６号明細書（２００３年１月２８日出願）、発明の名称「複数光路干渉分光法」、および米国特許出願第１０／３５１，７０７号明細書（２００３年１月２７日出願）、発明の名称「複数自由度干渉計」（すべてヘンリー  エイ．ヒルによる）。
【０１１４】
干渉計１１０の誤差を減らすための前述の技術を、ＨＳＰＭＩに関して詳細に説明しているが、この技術は、他のタイプの干渉計に適用しても良い。たとえば、誤差低減技術は、前述したような複数自由度の干渉計に適用することができる。図９に、複数自由度干渉計の例を示す。同図では、干渉計４１０を含む干渉分光法システム４００が示されている。干渉計４１０によって、測定物体４４０の２つの自由度が測定される。干渉計４１０には、２つのＨＳＰＭＩに対応する複合光学アセンブリが含まれている。干渉計４１０に加えて、干渉分光法システム４００にはさらに、供給源４１２、検出器４５０および４１５０、および電子プロセッサ４６０が含まれている。一方のＨＳＰＭＩは、偏光ビーム・スプリッタ４３０、レトロリフレクタ４３２、４分の１波長位相遅延プレート４３４および４３６を含み、第１の光路測定ビーム４２２および第２の光路測定ビーム４２４をそれぞれ生成し、また出力ビーム４２６を生成する。第２のＨＳＰＭＩは、偏光ビーム・スプリッタ４３０、レトロリフレクタ４１３２、４分の１波長位相遅延プレート４３４および４３６を含み、第１の光路測定ビーム４１２２および第２の光路測定ビーム４１２４をそれぞれ生成し、また出力ビーム４１２６を生成する。
【０１１５】
光源４１２によって、入力ビーム４２０が供給される。ビーム４２０は、非偏光ビーム・スプリッタ４４２によって分割されて、各ＨＳＰＭＩ用の入力ビームに対応する２つのビームになる。ビーム４２０の向きが変えられた部分は、ミラー４４４によって干渉計４１０に向けて戻される。
【０１１６】
検出器４５０において出力ビーム４２６が検出されることによって、電気的干渉信号４５２が生成される。検出器４５０には、出力ビーム４２６の基準および測定ビーム成分を、偏光について混合するための偏光子が含まれている。電気的干渉信号４５２には、ヘテロダイン位相Φ１を有するヘテロダイン信号が含まれる。検出器４１５０において出力ビーム４１２６が検出されることによって、第２の電気的干渉信号４１５２が生成される。検出器４１５０には、出力ビーム４１２６の基準および測定ビーム成分を、偏光について混合するための偏光子が含まれる。電気的干渉信号４１５２には、ヘテロダイン位相Φ２を有するヘテロダイン信号が含まれる。
【０１１７】
ヘテロダイン位相Φ１およびΦ２はそれぞれ、方程式（４）、（５）、（６）、および（１１）に対応する方程式によって表わすことができる。したがって、各位相に対応する光路差を、前述の説明の場合と同様に決定することができる。これらの光路差は、測定物体表面上の２つの異なる箇所における測定物体の干渉計に対する変位に、直接関係づけられる。これらの箇所は、ビーム４２２および４２４とビーム４１２２および４１２４とが、それぞれ表面に接触する中間点に対応する。
【０１１８】
２つの変位測定を用いて測定物体の角度方向を決定することが、変位を測定した箇所間の距離が既知であるならば、可能である。システムは、２つの変位測定におけるビーム経路ずれによって生じる、光路差への影響に対処しているため、システムは、角度方向測定におけるこれらのずれにも対処する。
【０１１９】
一般にスケール因子ζは同じではなく、また測定ビーム４２２および４２４と測定ビーム４１２２および４１２４とに対応する２つの干渉計の測定軸は、一般に平行ではない。個々の測定軸に対する異なる方向は、２つの干渉計に対する異なる２組のηｚおよびηｙによって表わされる。個々の測定軸に対する方向が異なるために、測定物体４４０の方位において算出される変化に、系統的な誤差が生成される。算出される変化は、個々の測定軸が平行でないことに対して未補償である測定物体４４０の変位において観察される違いと、個々の測定軸の仮定される一定間隔とに基づいている。
【０１２０】
一般に、測定において個々の測定軸が平行でないことを補償するために、１つまたは複数の異なるアプローチを採用しても良い。たとえば、いくつかの実施形態においては、変位測定において測定軸が平行でないことの影響を補償するのではなくて、測定軸間の間隔としてパラメータｄを用いることができる。ここでｄは、一定ではなく、たとえば測定経路長さＬによって決まる。ｄとたとえばＬとの間の関数的な依存性は、引用される米国特許出願第１０／３６６，５８７号明細書に記載されるような技術によって、および／または方程式（４）、（５）、および（６）または（１１）を用いることによって、測定することができる。ある特定の実施形態においては、測定軸は平行（すなわち、ｄは一定）であると仮定することができ、個々の測定変位において、ηｚおよびηｙの組に対応する影響の有限な値を補償する。
【０１２１】
本発明の補償の態様の優位性は、たとえばβｚおよびβｙの値に影響する干渉計の光学部品の許容誤差を緩和して、製造コストを低くできることである。
ある特定の最終用途応用において生成されるｄ、ηｚ、ηｙ、およびζに対する正確度の仕様を、高くすることができる。一例として、直線変位測定の必要な正確度が０．１ｎｍ、測定経路の値Ｌ＝０．７、ｄ＝４０ｍｍ、ξ＝１．１、およびθｚ＝０．５ミリラジアンである場合を考える。さらに、θに対して必要とされる正確度εθを、以下のように仮定する。
【０１２２】
【数２６】
2007526450.tif 000028
ｄに対して必要とされる対応する正確度εｄは、以下のようになる。
【０１２３】
【数２７】
2007526450.tif 000029
η＝（ηｚ２＋ｙη２）１／２に対して必要とされる対応する正確度εηは、以下のようになる。
【０１２４】
【数２８】
2007526450.tif 000030
ｄ、ηｚ、ηｙ、およびζに対する正確度の仕様は、干渉計システムを軸外しアライメント・スコープとともに用いる場合には、さらに高くなっても良い。このようなパラメータの誤差の影響は、概ね、干渉計システムの測定軸からの軸外しアライメント・スコープの変位とｄとの比率だけ増幅される。比率に対する典型的な値は、４である。いくつかの実施形態においては、干渉計４１０を用いて測定物体の角度方向の測定値を得ることができ、この測定値を用いて、適切なビームずれデータを調べて干渉計に対する測定物体の変位が決定される。言い換えれば、このような角度方向測定値を用いて、θｘおよびθｙを決定すること、および方程式（１５）におけるζ、ηｚ、およびηｙに対する適切な値を決定することが、できる。
【０１２５】
前述の実施形態においては、測定ビームと基準ビームとの間の光路差を、干渉計に対する測定物体の変位に直接関係づけることができる。しかし他の実施形態においては、本明細書で説明した誤差補正技術を、光路差を干渉分光法システムの他の自由度に直接関係づける干渉計に適用することができる。たとえば、いくつかの実施形態においては、光路差を、測定物体の角度方向に直接関係づけることができる。このような実施形態に含まれる干渉計は、測定ビームだけが測定物体に接触する（基準ビームは接触しない）という代わりに、両方のビームが測定物体に、しかし異なる箇所に、接触するように送られるというものである。このような構成では、位相は、２つのビーム経路によって規定される平面内での測定物体の角度方向に直接関係づけられる。このような干渉計の例は、前述の米国特許出願第１０／３５１，７０８号明細書、発明の名称「多軸干渉計」（２００３年１月２７日出願、ヘンリー  エイ．ヒル）に記載されている。
【０１２６】
ＨＳＰＭＩに対して前述した分析の形式を、これらの他の形式の干渉計に適用することができる。一般的に、方程式（１２）に対応する関係を、干渉計の幾何学的構成に基づいて決定することができ、その後にシステムは、その関係に基づいて、干渉位相測定値から測定物体の角度方向（または他の自由度）を決定することができる。
【０１２７】
より一般的には、本明細書で開示した誤差補正技術を利用しても良い干渉計の他の形式の例には、単一光路および複数光路の両方の干渉計（ＨＳＰＭＩは、二重光路干渉計である）が含まれ、またパッシブ干渉計、ダイナミック干渉計、および分散型干渉計が含まれる。その代わりに、またはそれに加えて、本誤差補正技術は、複数の自由度をモニタする干渉計、測定物体の角度方向の変化をモニタする干渉計、およびビーム伝搬方向を測定する角度変位干渉計に適用することができる。
【０１２８】
ダイナミック干渉計の例は、米国特許出願第１０／２２６，５９１号明細書（２００２年８月２３日出願）、発明の名称「入力ビームの方向を制御するダイナミック干渉計」（ヘンリー  エイ．ヒル）に、記載されている。パッシブ・ゼロ・シアー干渉計の例が、米国特許出願第１０／２０７，３１４号明細書、発明の名称「パッシブ・ゼロ・シアー干渉計」（２００２年７月２９日出願）（ヘンリー  エイ．ヒル）に記載されている。以下の文献に、角度変位干渉計の例が記載されている。米国特許出願第１０／２２６，５９１号明細書、発明の名称「入力ビームの方向を制御するダイナミック干渉計」（２００２年８月２３日出願）；米国仮出願第６０／３１４，３４５号明細書（２００１年８月２２日出願）、発明の名称「角度敏感なビーム・スプリッタを用いたパッシブ・ゼロ・シアー干渉計」（両方ともヘンリー  エイ．ヒル）、および米国特許出願第１０／２７２，０３４号明細書、発明の名称「光学的ビーム方向の変化を測定するための干渉計」（２００２年１０月１５日出願）（ヘンリー  エイ．ヒルおよびジャスティン・クリューザ（Ｊｕｓｔｉｎ  Ｋｒｅｕｚｅｒ））。その代わりに、またはそれに加えて、干渉分光法システムには、１つまたは複数の差動角度変位干渉計が含まれていても良い。その例も、米国特許出願第１０／２７２，０３４号明細書に記載されている。複数の自由度を測定するためおよびビーム・シアーを低減するための干渉分光法システムの例が、米国特許願第１０／３５２，６１６号明細書（２００３年１月２８日出願）、発明の名称「複数光路干渉分光法」（ヘンリー  エイ．ヒル）に記載されている。複数光路干渉計の他の形式は、次の論文に記載されている。題名「距離および角度測定のための差動干渉計装置：原理、優位性、および用途（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ｄｉｓｔａｎｃｅ  ａｎｄ  ａｎｇｌｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」（Ｃ．ザノイ（Ｚａｎｏｎｉ）著）、ＶＤＩベリクテ（Ｂｅｒｉｃｈｔｅ）Ｎｒ．７４９，９３〜１０６（１９８９）。２波長分散型干渉計の例が、以下の文献に記載されている。米国特許第１，２１９，１４４Ｂ１号明細書、発明の名称「複数光路干渉分光法を用いて空気の屈折率および光路長の影響を測定するための装置および方法」（ヘンリー  エイ．ヒル、ピータ・デ・グルート、およびフランクＣ．デマレスト（ＦｒａｎｋＣ．Ｄｅｍａｒｅｓｔ））、および米国特許第１，３２７，０３９Ｂ１号明細書（ピータ・デ・グルート、ヘンリー  エイ．ヒル、およびフランクＣ．デマレスト）。
【０１２９】
本明細書で説明した干渉分光法システムによって、非常に正確な測定値が得られる。このようなシステムは、大規模集積回路たとえばコンピュータ・チップなどの製造に用いられるリソグラフィ応用例において、特に有用となることができる。リソグラフィは、半導体製造業界におけるキー・テクノロジ・ドライバである。オーバーレイの向上は、１００ｎｍライン幅（デザイン・ルール）に至るまでおよびそれより下において最も困難な５つの課題の１つである。これについては、たとえば、半導体業界ロードマップ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｒｏａｄｍａｐ）、ｐ．８２（１９９７）を参照されたい。
【０１３０】
オーバーレイは、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用いられる距離測定干渉計の性能、すなわち正確度および精度に、直接依存する。リソグラフィ・ツールによって５０００万〜１億ドル／年の製品が生産されることがあるため、距離測定干渉計の性能が向上することから得られる経済的な値は、相当なものになる。リソグラフィ・ツールの歩留まりが１％増加するごとに、約１００万ドル／年の経済的利益が集積回路製造業者にもたらされるとともに、実質的な競争力のある優位性がリソグラフィ・ツール供給メーカにもたらされる。
【０１３１】
リソグラフィ・ツールの機能は、空間的にパターニングされた放射を、フォトレジスト・コーティングされたウェハ上に送ることである。プロセスには、ウェハのどの箇所が放射を受け取るべきかを決定すること（アライメント）、および放射をフォトレジストのその箇所に当てること（露光）が伴う。
【０１３２】
ウェハの位置を正確に合わせるために、ウェハ上には、専用のセンサによって測定可能なアライメント・マークが含まれる。アライメント・マークの測定位置によって、ツール内でのウェハの箇所が規定される。この情報によって、ウェハ表面の所望するパターニングの仕様とともに、空間的にパターニングされた放射に対するウェハのアライメントがガイドされる。このような情報に基づいて、フォトレジスト・コーティングされたウェハを支持する並進可能なステージが、放射がウェハの正確な箇所を露光するように、ウェハを移動させる。
【０１３３】
露光時、放射源が、パターニングされたレチクルを照明し、レチクルによって放射が散乱されて、空間的にパターニングされた放射が生成される。レチクルはマスクとも言われる。以下では、これらの用語は交換可能に用いる。縮小リソグラフィの場合、散乱された放射は縮小レンズによって集められて、レチクル・パターンの縮小画像が形成される。あるいは、近接印刷の場合には、散乱された放射は、ウェハに接触する前に短い距離（通常はミクロンのオーダ）を伝搬して、レチクル・パターンの１：１画像を生成する。放射によって、レジスト内で光化学的なプロセスが始まり、放射パターンがレジスト内の潜像に変換される。
【０１３４】
干渉分光法システムは、ウェハおよびレチクルの位置を制御してウェハ上のレチクル画像を位置合わせする位置決めメカニズムの重要なコンポーネントである。このような干渉分光法システムに、前述した特徴が含まれれば、距離測定値に対する周期誤差の影響が最小になるため、システムが測定する距離の正確度が増加する。
【０１３５】
一般的に、リソグラフィ・システ（露光システムとも言われる）には通常、照明システムおよびウェハ位置決めシステムが含まれる。照明システムには、紫外線、可視、Ｘ線、電子、またはイオン放射などの放射を供給するための放射供給源、および放射にパターンを与えるためのレチクルまたはマスクが含まれており、この結果、空間的にパターニングされた放射が生成される。加えて、縮小リソグラフィの場合には、照明システムには、空間的にパターニングされた放射をウェハ上に結像するためのレンズ・アセンブリが含まれる。結像された放射によって、ウェハ上にコーティングされたレジストが、露光される。また照明システムには、マスクを支持するためのマスク・ステージと、マスクを通して送られる放射に対してマスク・ステージの位置を調整するための位置決めシステムとが、含まれる。ウェハ位置決めシステムには、ウェハを支持するためのウェハー・ステージと、結像された放射に対してウェハー・ステージの位置を調整するための位置決めシステムとが、含まれる。集積回路の製造には、複数の露光ステップを含むことができる。リソグラフィの概略について参考にするには、たとえば、以下の文献を参照されたい。Ｊ．Ｒ．シーツ（Ｓｈｅａｔｓ）およびＢ．Ｗ．スミス（Ｓｍｉｔｈ）、マイクロリソグラフィ：科学および技術（Ｍｉｃｒｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）（マーセル・デッカ（Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ）社、ニューヨーク、１９９８）。なお、この文献の内容は本明細書において参照により取り入れられている。
【０１３６】
前述した干渉分光法システムを用いれば、ウェハー・ステージおよびマスク・ステージのそれぞれの位置を、露光システムの他のコンポーネント、たとえばレンズ・アセンブリ、放射供給源、または支持構造に対して、正確に測定することができる。このような場合、干渉分光法システムを静止構造に取り付けて、測定物体を可動要素たとえばマスクおよびウェハー・ステージの一方に取り付けることができる。あるいは、状況を逆にして、干渉分光法システムを可動物体に取り付けて、測定物体を静止物体に取り付けることもできる。
【０１３７】
より一般的には、このような干渉分光法システムを用いて、露光システムの任意の１つのコンポーネントの位置を、露光システムの任意の他のコンポーネントに対して、測定することができる。すなわち、干渉分光法システムを、１つのコンポーネントに取り付けるかまたはこれによって支持し、測定物体を、他のコンポーネントに取り付けるかまたはこれによって支持する。
【０１３８】
図１０に、干渉分光法システム１１２６を用いるリソグラフィ・スキャナ１１００の例を示す。干渉分光法システムを用いて、露光システム内のウェハ（図示せず）の位置を正確に測定する。ここでは、ステージ１１２２を用いて、露光ステーションに対してウェハを位置決めして支持する。スキャナ１１００には、フレーム１１０２が含まれている。フレーム１１０２には、他の支持構造およびこの構造上に保持される種々のコンポーネントが保持されている。露光ベース１１０４の上部には、レンズ・ハウジング１１０６が載置されている。レンズ・ハウジング１１０６の上部には、レチクルまたはマスク・ステージ１１１６が載置されている。レチクルまたはマスク・ステージ１１１６は、レチクルまたはマスクを支持するために用いられる。露光ステーションに対してマスクを位置決めするための位置決めシステムを、構成要素１１１７によって概略的に示す。位置決めシステム１１１７には、たとえば、圧電性のトランスデューサ素子および対応する制御エレクトロニクスを含めることができる。説明したこの実施形態には含まれていないが、前述した干渉分光法システムの１つまたは複数を用いて、マスク・ステージの位置だけでなく、リソグラフィ構造の製造プロセスにおいて位置を正確にモニタしなければならない他の可動素子も正確に測定することができる（上記のシーツおよびスミスのマイクロリソグラフィ：科学および技術を参照のこと）。
【０１３９】
露光ベース１１０４の下には、支持ベース１１１３が吊るされており、この支持ベース１１１３にはウェハー・ステージ１１２２が保持されている。ステージ１１２２には、平面ミラー１１２８が含まれている。平面ミラー１１２８は、干渉分光法システム１１２６によってステージに送られる測定ビーム１１５４を、反射するためのものである。干渉分光法システム１１２６に対してステージ１１２２を位置決めするための位置決めシステムを、構成要素１１１９によって概略的に示す。位置決めシステム１１１９には、たとえば、圧電性のトランスデューサ素子および対応する制御エレクトロニクスを含めることができる。測定ビームは反射されて、露光ベース１１０４上に載置された干渉分光法システムまで戻る。干渉分光法システムは、前述した実施形態のどれであっても良い。
【０１４０】
動作時、放射ビーム１１１０、たとえばＵＶレーザ（図示せず）からの紫外線（ＵＶ）ビームが、ビーム成形オプティクス・アセンブリ１１１２を通過して、ミラー１１１４で反射された後に下方に進む。その後、放射ビームは、マスク・ステージ１１１６が保持するマスク（図示せず）を通過する。マスク（図示せず）は、ウェハー・ステージ１１２２上のウェハ（図示せず）上に、レンズ・ハウジング１１０６内に保持されるレンズ・アセンブリ１１０８を介して、結像される。ベース１１０４およびこれによって支持される種々のコンポーネントは、バネ１１２０によって表わされる制動システムによって、環境の振動から隔離されている。
【０１４１】
リソグラフィ・スキャナの他の実施形態においては、前述した干渉分光法システムの１つまたは複数を用いて、たとえばウェハおよびレチクル（またはマスク）ステージ（しかしこれに限定されない）に付随する複数の軸に沿っての距離および角度を測定することができる。またＵＶレーザ・ビームではなくて、他のビームを用いてウェハを露光することもできる。たとえば、Ｘ線ビーム、電子ビーム、イオン・ビーム、および可視の光学ビームなどが挙げられる。
【０１４２】
いくつかの実施形態においては、リソグラフィ・スキャナには、当該技術分野においてカラム基準として知られるものを含めることができる。このような実施形態においては、干渉分光法システム１１２６から、基準ビーム（図示せず）が外部の基準経路に沿って送られる。外部の基準経路は、放射ビームを送るある構造（たとえばレンズ・ハウジング）上に載置される基準ミラー（図示せず）に接触する。基準ミラーによって、基準ビームは反射されて、干渉分光法システムまで戻る。干渉分光法システム１１２６によって干渉信号が生成されるのは、干渉信号ステージ１１２２から反射される測定ビーム１１５４と、レンズ・ハウジング１１０６上に載置される基準ミラーから反射される基準ビームとが組み合わされるときである。干渉信号は、放射ビームに対するステージ位置の変化を示す。さらに他の実施形態においては、干渉分光法システム１１２６の位置を、レチクル（またはマスク）ステージ１１１６またはスキャナ・システムの他の可動コンポーネントの位置の変化を測定するような箇所にすることができる。最後に、干渉分光法システムは、同様の方法で、スキャナに加えてまたはスキャナの代わりにステッパを含むリソグラフィ・システムとともに、用いることができる。
【０１４３】
当該技術分野において良く知られているように、リソグラフィは、半導体デバイスを作る製造方法の重要な部分である。たとえば米国特許５，４８３，３４３号明細書には、このような製造方法のためのステップの概要が述べられている。以下、図１１ａおよび１１ｂを参照して、これらのステップについて説明する。図１１ａは、半導体チップ（たとえばＩＣまたはＬＳＩ）などの半導体デバイス、液晶パネル、またはＣＣＤの製造手順のフロー・チャートである。ステップ１１５１は、半導体デバイスの回路を設計するための設計プロセスである。ステップ１１５２は、回路パターン設計に基づいてマスクを製造するためのプロセスである。ステップ１１５３は、シリコンなどの材料を用いることによってウェハを製造するためのプロセスである。
【０１４４】
ステップ１１５４は、前工程と呼ばれるウェハ・プロセスである。ここでは、前述のように用意されたマスクおよびウェハを用いて、リソグラフィを通してウェハ上に回路が形成される。ウェハ上に、十分な空間分解能のマスク上パターンに対応する回路を形成するためには、ウェハに対してリソグラフィ・ツールを干渉分光法的に位置決めする必要がある。本明細書で説明した干渉分光法およびシステムは、ウェハ・プロセスにおいて用いら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。
【０１４５】
ステップ１１５５は、組み立てステップであり、後工程と呼ばれる。ここでは、ステップ１１５４によって処理されたウェハが、半導体チップに形成される。このステップには、組み立て（ダイシングおよびボンディング）とパッケージング（チップ封止）とが含まれる。ステップ１１５６は、検査ステップである。ここでは、ステップ１１５５によって形成された半導体デバイスの操作性チェック、耐久性チェックなどが行なわれる。これらのプロセスを用いて、半導体デバイスは完成され、出荷される（ステップ１１５７）。
【０１４６】
図１１ｂは、ウェハ・プロセスの詳細を示すフロー・チャートである。ステップ１１６１は、ウェハ表面を酸化させるための酸化プロセスである。ステップ１１６２は、ウェハ表面上に絶縁膜を形成するためのＣＶＤプロセスである。ステップ１１６３は、蒸着によってウェハ上に電極を形成するための電極形成プロセスである。ステップ１１６４は、ウェハにイオンを注入するためのイオン注入プロセスである。ステップ１１６５は、ウェハにレジスト（感光性材料）を塗布するためのレジスト・プロセスである。ステップ１１６６は、前述した露光装置を通して、ウェハ上にマスクの回路パターンを、露光（すなわち、リソグラフィ）によって印刷するための露光プロセスである。この場合も、前述したように、本明細書で説明した干渉分光法システムおよび方法を用いることによって、このようなリソグラフィ・ステップの正確度および分解能が改善される。
【０１４７】
ステップ１１６７は、露光されたウェハを現像するための現像プロセスである。ステップ１１６８は、現像されたレジスト画像以外の部分を取り除くためのエッチング・プロセスである。ステップ１１６９は、エッチング・プロセスを受けた後にウェハ上に残るレジスト材料を剥離するためのレジスト剥離プロセスである。これらのプロセスを繰り返すことによって、ウェハ上に回路パターンが形成されて重ね合わせられる。
【０１４８】
前述した干渉分光法システムは、物体の相対位置を正確に測定する必要がある他の用途においても使用できる。たとえば、書き込みビームたとえばレーザ、Ｘ線、イオン、または電子ビームが、基板またはビームが移動したときに、基板上にパターンをマークする応用例において、干渉分光法システムを用いて、基板と書き込みビームとの間の相対移動を測定することができる。
【０１４９】
一例として、図１２に、ビーム書き込みシステム１２００の概略図を示す。供給源１２１０によって書き込みビーム１２１２が生成され、ビーム・フォーカシング・アセンブリ１２１４から、放射ビームが、可動ステージ１２１８によって支持される基板１２１６に送られる。ステージの相対位置を決定するために、干渉分光法システム１２２０から、基準ビーム１２２２が、ビーム・フォーカシング・アセンブリ１２１４上に載置されるミラー１２２４に送られ、測定ビーム１２２６が、ステージ１２１８上に載置されるミラー１２２８に送られる。基準ビームが、ビーム・フォーカシング・アセンブリ上に載置されるミラーに接触するため、ビーム書き込みシステムは、カラム基準を用いるシステムの例である。干渉分光法システム１２２０は、前述した干渉分光法システムのどれであっても良い。干渉分光法システムによって測定される位置変化は、基板１２１６上での書き込みビーム１２１２の相対位置の変化に対応する。干渉分光法システム１２２０は、コントローラ１２３０に、基板１２１６上での書き込みビーム１２１２の相対位置を示す測定信号１２３２を送る。コントローラ１２３０からは、出力信号１２３４が、ステージ１２１８を支持および位置決めするベース１２３６に送られる。加えて、コントローラ１２３０から信号１２３８が供給源１２１０に送られて、書き込みビーム１２１２の強度を変えるかまたはこれを遮蔽して、書き込みビームが、基板の選択位置のみにおいて、光物理または光化学変化を起こすのに十分な強度で基板に接触するようにする。
【０１５０】
さらに、いくつかの実施形態においては、コントローラ１２３０によって、ビーム・フォーカシング・アセンブリ１２１４に、基板のある領域上に対して書き込みビームを走査させることができる。走査は、たとえば信号１２４４を用いて行なわれる。結果として、コントローラ１２３０から、システムのその他のコンポーネントに命令が出されて、基板がパターニングされる。パターニングは通常、コントローラ内に記憶される電子デザイン・パターンに基づいている。いくつかの応用例では、書き込みビームによって、基板上にコーティングされたレジストがパターニングされ、他の応用例では、書き込みビームによって、基板が直接パターニング、たとえばエッチングされる。
【０１５１】
このようなシステムの重要な応用例は、前述したリソグラフィ方法において用いら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・マスクを製造するために、電子ビームを用いて、クロム・コーティングされたガラス基板をパターニングすることができる。書き込みビームが電子ビームである場合、ビーム書き込みシステム内では、真空中に電子ビーム経路が形成されている。また書き込みビームが、たとえば電子またはイオン・ビームである場合には、ビーム・フォーカシング・アセンブリには、真空下で荷電粒子を焦点合わせして基板上に送るための電界発生器たとえば四重極レンズが含まれる。書き込みビームが、放射ビーム、たとえばＸ線、ＵＶ、または可視放射である他の場合には、ビーム・フォーカシング・アセンブリには、放射を焦点合わせして基板に送るための対応するオプティクスが含まれる。
【０１５２】
本発明の多くの実施形態について、説明してきた。それにもかかわらず、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく種々の変更を行なっても良いことが理解される。他の実施形態は、請求項の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】干渉分光法システムの実施形態を示す概略的なダイアグラムである。
【図２】高安定性平面ミラー干渉計ＨＳＰＭＩの概略的なダイアグラムである。
【図３Ａ】図２のＨＳＰＭＩにおけるビームに対するビーム経路ずれを示す概略的なダイアグラムである。
【図３Ｂ】図２のＨＳＰＭＩにおける測定物体の局所的な表面特性を示すダイアグラムである。
【図４】角度変位干渉計の実施形態を示す概略的なダイアグラムである。
【図５】図４に示す角度変位干渉計の部分を通るビーム経路を示す概略的なダイアグラムである。
【図６】図４に示す角度変位干渉計の他の部分を通るビーム経路を示す概略的なダイアグラムである。
【図７】図４に示す角度変位干渉計の他の部分を通るビーム経路を示す概略的なダイアグラムである。
【図８】ビーム・シアリング・アセンブリの実施形態を示す概略的なダイアグラムである。
【図９】複数自由度干渉計の実施形態を示す概略的なダイアグラムである。
【図１０】干渉計を含むリソグラフィ・ツールの実施形態を示す概略的なダイアグラムである。
【図１１Ａ】集積回路の製造ステップを説明するフロー・チャートである。
【図１１Ｂ】集積回路の製造ステップを説明するフロー・チャートである。
【図１２】干渉分光法システムを含むビーム書き込みシステムの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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