(57)【要約】エンコーダ・スケールの自由度に沿った変化についての情報を決定するための方法は、異なる経路に沿って第１のビームおよび第２のビームを導き、第１のビームと第２のビームを結合して出力ビームを形成することであって、第１のビームおよび第２のビームが共通の光源から発生し、第１のビームおよび第２のビームの周波数が異なり、第１のビームが非リトロー角でエンコーダ・スケールに接触し、第１のビームがエンコーダ・スケールから少なくとも１度回折する、形成すること、出力ビームに基づいて干渉信号を検出することであって、この干渉信号が、第１のビームと第２のビームの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む、検出すること、このヘテロダイン位相に基づいてエンコーダ・スケールの自由度についての情報を決定することを含む。
2013525750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンコーダ・スケールの自由度に沿った変化についての情報を決定するための方法であって、
異なる経路に沿って第１のビームおよび第２のビームを導き、該第１のビームと第２のビームを結合して出力ビームを形成することであって、該第１のビームおよび第２のビームが共通の光源から発生し、該第１のビームおよび第２のビームは異なる周波数を有し、該第１のビームが非リトロー角で該エンコーダ・スケールに接触し、該第１のビームが該エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折する、前記形成すること、
該出力ビームに基づいて干渉信号を検出することであって、該干渉信号が、該第１のビームと該第２のビームとの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む、前記検出すること、
該ヘテロダイン位相に基づいて該エンコーダ・スケールの自由度についての情報を決定すること
を含む方法。
【請求項２】
前記第１のビームが、前記エンコーダ・スケールに垂直に入射する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のビームが、前記エンコーダ・スケールに非垂直に入射する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のビームは、回折した測定ビームが前記エンコーダ・スケールに対して垂直になるように、ある角度で該エンコーダ・スケールに入射する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記自由度が、前記エンコーダ・スケールの面内に存在する軸に沿った該エンコーダ・スケールの位置である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１および第２のビームが直線偏光のビームである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記エンコーダ・スケールからの回折の前後での前記第１のビームの経路が平面を画定し、該第１のビームが、前記平面に対して垂直に偏光されている、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記エンコーダ・スケールが、第１の方向に沿って延在する回折格子ラインを備え、測定ビームが、回折格子ラインに平行な方向で直線偏光されている、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のビームおよび第２のビームを導くことが、前記エンコーダ・スケールからの回折の前に、該第１のビームの偏光状態を９０°だけ回転させることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１および第２のビームが直交偏光のビームである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記干渉信号を検出することが、前記直交偏光された第１のビームおよび第２のビームのそれぞれの成分を伝達する偏光素子を介して、前記出力ビームを導くことを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
異なる経路に沿って前記第１のビームおよび第２のビームを導くことが、ビーム・スプリッタを使用して、入力ビームから該第１のビームおよび第２のビームを得ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のビームおよび第２のビームが、前記ビーム・スプリッタを使用して結合される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のビームおよび第２のビームが、第２のビーム・スプリッタを使用して結合される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ビーム・スプリッタが、偏光ビーム・スプリッタである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２のビームが、前記エンコーダ・スケールに接触しない、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のビームが、前記エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折する、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記回折された第２のビームが、ゼロ次の回折ビームである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記回折された第２のビームが、前記エンコーダ・スケールにおいて前記第１のビームと同一直線上にある、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のビームが、前記エンコーダ・スケールから１度だけ回折する、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のビームが、前記エンコーダ・スケールから２度以上回折する、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記エンコーダ・スケールから回折する前の前記第１のビームの経路が、２度目に該エンコーダ・スケールから回折した後の該第１のビームの経路に平行である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記エンコーダ・スケールから１度目の回折をおこなった後、前記第１のビームが、再帰反射器によって導かれて、前記第２のビームと結合される前に該エンコーダ・スケールから２度目の回折をおこなう、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記情報が、２つ以上のヘテロダイン位相測定値に基づいて得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
第３のビームと第４のビームを結合して、第２の出力ビームを形成することであって、前記第３のビームおよび第４のビームが前記共通の光源から得られ、該第３のビームが前記エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折する、前記形成すること、
該第２の出力ビームに基づいて第２の干渉信号を検出することであって、該第２の干渉信号が、該第３のビームと該第４のビームの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む、前記検出すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１および第３のビームが、同じ位置で前記エンコーダ・スケールに接触する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１および第２のビームが、互いに異なる位置で前記エンコーダ・スケールに接触する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記情報が、第１の出力ビームと第２の出力ビームの前記ヘテロダイン位相に基づいて決定される、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
１度回折した測定ビームおよび前記第３のビームが、それぞれ、該測定ビームの＋１次および−１次の回折次数である、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記自由度が、前記エンコーダ・スケールの面内の第１の軸に沿った該エンコーダ・スケールの変位に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記エンコーダ・スケールの第２の自由度についての情報を決定することをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２の自由度が、前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿った前記エンコーダ・スケールの変位である、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第２の軸が、前記エンコーダ・スケールの面内にある、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２の軸が、前記エンコーダ・スケールの面に垂直である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記自由度が、軸の周りの前記エンコーダ・スケールの傾斜である、請求項１に記載の方法。
【請求項３７】
前記共通の光源によって生成され、かつ前記第１のビームがそこから得られる入力ビームの基準位相を監視することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３８】
前記情報を決定することが、前記ヘテロダイン位相と前記基準位相を比較することを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１のビームが、４００ｎｍ〜１，５００ｎｍの範囲の波長を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１のビームが、約６３３ｎｍまたは約９８０ｎｍの波長を有する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記エンコーダ・スケールが回折格子を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４２】
前記回折格子のピッチが、約１λ〜約２０λの範囲であり、ここでλが前記第１のビームの波長である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記回折格子のピッチが、約１μｍ〜約１０μｍの範囲である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１のビームおよび第２のビームが、光学アセンブリを使用して、それぞれの経路に沿って導かれ、前記方法がさらに、前記情報を決定している間に前記光学アセンブリに対して前記エンコーダ・スケールを移動させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４５】
前記光学アセンブリまたはエンコーダ・スケールが、ウェーハ・ステージに取り付けられ、前記方法がさらに、前記情報に基づいて、リソグラフィ・システムからの放射に対するウェーハの位置を監視することを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記光学アセンブリまたはエンコーダ・スケールが、レチクル・ステージに取り付けられ、前記方法がさらに、前記情報に基づいて、リソグラフィ・システムからの放射に対するレチクルの位置を監視することを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
エンコーダ・システムであって、
入力ビームから第１のビームおよび第２のビームを得て、該第１のビームおよび第２のビームを互いに異なる経路に沿って導き、該第１のビームと第２のビームを結合して出力ビームを形成するように構成された光学アセンブリであって、該第１のビームおよび第２のビームが互いに異なる周波数を有する、前記光学アセンブリと、
該第１のビームが非リトロー角で回折エンコーダ・スケールに接触し、該第１のビームが該回折エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折するように該第１のビームの経路に配置された回折エンコーダ・スケールと、
該出力ビームを検出するように配置された検出器と、
該第１のビームと第２のビームとの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む干渉信号を該検出器から受信し、該ヘテロダイン位相に基づいて該エンコーダ・スケールの自由度についての情報を決定するように構成された電子プロセッサと
を備えるエンコーダ・システム。
【請求項４８】
前記光学アセンブリが、前記入力ビームを前記第１のビームおよび第２のビームに分割する光学素子を備える、請求項４７に記載のエンコーダ・システム。
【請求項４９】
前記光学素子が非偏光ビーム・スプリッタである、請求項４８に記載のエンコーダ・システム。
【請求項５０】
前記光学素子が偏光ビーム・スプリッタである、請求項４８に記載のエンコーダ・システム。
【請求項５１】
前記光学素子が、前記第１のビームと第２のビームを結合して、前記出力ビームを形成する、請求項４８に記載のエンコーダ・システム。
【請求項５２】
前記光学アセンブリは、前記第１のビームおよび第２のビームを得る前に、前記入力ビームを２つの平行なサブ入力ビームに分割するように構成された、１つまたは複数の光学素子を備える、請求項４７に記載のエンコーダ・システム。
【請求項５３】
前記光学アセンブリは、前記サブ入力ビームのうちの一方を前記第１のビームおよび第２のビームに分割し、他方のサブ入力ビームを第３のビームおよび第４のビームに分割するように構成されたビーム・スプリッタを備え、該光学アセンブリが、該第３のビームおよび第４のビームを、互いに異なる経路に沿って導き、該第３のビームと第４のビームとを結合して第２の出力ビームを形成する、請求項５２に記載のエンコーダ・システム。
【請求項５４】
前記光学アセンブリが、前記第３のビームを導いて、前記エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折させる、請求項５３に記載のエンコーダ・システム。
【請求項５５】
前記光学アセンブリは、１度回折した第１のビームおよび第３のビームをそれぞれ反射して、前記エンコーダ・スケールから２度目に回折させるように配置された２つの再帰反射器を備える、請求項５４に記載のエンコーダ・システム。
【請求項５６】
前記第１および第３のビームが、互いに異なる位置で前記エンコーダ・スケールに接触する、請求項５５に記載のエンコーダ・システム。
【請求項５７】
前記エンコーダ・スケールが、前記第１のビームおよび第３のビームを回折させて、それぞれ＋１次および−１次の回折次数にする、請求項５５に記載のエンコーダ・システム。
【請求項５８】
前記光学アセンブリにおける前記入力ビームの経路が、第１の出力ビームおよび第２の出力ビームの経路に平行である、請求項５３に記載のエンコーダ・システム。
【請求項５９】
前記入力ビームならびに、第１および第２の出力ビームの経路が、前記エンコーダ・スケールの面に平行である、請求項５８に記載のエンコーダ・システム。
【請求項６０】
前記光学アセンブリが、前記第１のビームの前記経路内に半波長板を備える、請求項４７に記載のエンコーダ・システム。
【請求項６１】
前記エンコーダ・スケールが回折格子を備える、請求項４７に記載のエンコーダ・システム。
【請求項６２】
前記回折格子が、１次元または２次元の回折格子である、請求項６１に記載のエンコーダ・システム。
【請求項６３】
システムであって、
移動可能なステージと、
請求項４７に記載のエンコーダ・システムと
を備え、エンコーダ・スケールまたは光学アセンブリのいずれかが該ステージに取り付けられている、システム。
【請求項６４】
エンコーダ・システムであって、
入力ビームから第１のビームおよび第２のビームを得るための手段であって、該第１のビームおよび第２のビームが互いに異なる周波数を有する、前記得るための手段と、
該第１のビームおよび第２のビームを互いに異なる経路に沿って導くための手段と、
該第１のビームと第２のビームとを結合して出力ビームを形成するための手段と、
該第１のビームが非リトロー角で回折エンコーダ・スケールに接触し、該第１のビームが該回折エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折するように該第１のビームの経路に配置された回折エンコーダ・スケールと、
該出力ビームを検出するための手段と、
該第１のビームと第２のビームとの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む干渉信号を検出器から受信し、該ヘテロダイン位相に基づいて該エンコーダ・スケールの自由度についての情報を決定するための手段と
を備えるエンコーダ・システム。
【請求項６５】
エンコーダ・システムであって、
互いに異なる周波数を有する直線偏光のビームである第１のビームおよび第２のビームを入力ビームから得るように構成された光学アセンブリであって、該第１のビームおよび第２のビームを互いに異なる経路に沿って導き、該第１のビームと第２のビームを結合して出力ビームを形成するようにさらに構成され、該光学アセンブリは、該第１のビームの経路内に配置され、かつ該第１のビームの直線偏光状態を９０°だけ回転させるように構成された光学素子を備える、前記光学アセンブリと、
該第１のビームが回折エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折するように該第１のビームの該経路内に配置された回折エンコーダ・スケールと、
該出力ビームを検出するように配置された検出器と、
該第１のビームと第２のビームの間の光路差に関連するヘテロダイン位相を含む干渉信号を該検出器から受信し、該ヘテロダイン位相に基づいて該エンコーダ・スケールの自由度についての情報を決定するように構成された電子プロセッサと
を備えるエンコーダ・システム。
【請求項６６】
前記光学素子が、前記第１のビームの前記経路と２度交差し、そのたびに前記第１のビームの前記直線偏光状態を９０°だけ回転させる、請求項６５に記載のエンコーダ・システム。
【請求項６７】
前記光学素子が半波長板である、請求項６５に記載のエンコーダ・システム。
【請求項６８】
前記第１のビームが、前記エンコーダ・スケールから２度回折する、請求項６５に記載のエンコーダ・システム。
【請求項６９】
前記第１のビームが、前記エンコーダ・スケールにおいてｐ偏光である、請求項６５に記載のエンコーダ・システム。
【請求項７０】
エンコーダ・システムであって、
第１の方向で第１のビームを反射し、該第１の方向に対して垂直な第２の方向で第２のビームを伝達し、該第１のビームと第２のビームを結合して、該第２の方向に平行な経路に沿って偏光ビーム分割素子から出る出力ビームを形成するように構成された偏光ビーム分割素子であって、該第１のビームおよび第２のビームは、互いに異なる周波数を有し、共通の光源から得られる、前記偏光ビーム分割素子と、
該第１のビームが回折エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折するように該第１のビームの経路内に配置された回折エンコーダ・スケールと、
該出力ビームを検出するように配置された検出器と、
該第１のビームと第２のビームとの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む干渉信号を該検出器から受信し、該ヘテロダイン位相に基づいて該エンコーダ・スケールの自由度についての情報を決定するように構成された電子プロセッサと
を備えるエンコーダ・システム。
【請求項７１】
前記回折エンコーダ・スケールが、前記第１の方向に対して垂直に配向される、請求項７０に記載のエンコーダ・システム。
【請求項７２】
前記第１のビームが、前記回折エンコーダ・スケールに垂直に入射する、請求項７０に記載のエンコーダ・システム。
【請求項７３】
基板上に集積回路を製造するのに使用するためのリソグラフィ法であって、
移動可能なステージ上で該基板を支持すること、
空間的にパターン形成された放射を該基板上に結像すること、
該ステージの位置を調整すること、
請求項１に記載の方法を使用して該ステージの位置を監視すること
を含み、
エンコーダ・スケールまたは光学アセンブリが該ステージに取り付けられ、情報が、軸に沿った該ステージの該位置に対応する、リソグラフィ法。
【請求項７４】
基板上に集積回路を製造するためのリソグラフィ法であって、
空間的にパターン形成された放射に該基板を曝すよう、リソグラフィ・システムの第１の構成部品を、リソグラフィ・システムの第２の構成部品に対して位置決めすること、
請求項１に記載の方法を使用して、該第１の構成部品の位置を監視すること
を含み、
エンコーダ・スケールまたは光学アセンブリが該第１の構成部品に取り付けられ、情報が、該第１の構成部品の該位置に対応する、リソグラフィ法。
【請求項７５】
ウェーハ上に集積回路を製造するのに使用するためのリソグラフィ・システムであって、
空間的にパターン形成された放射を該ウェーハ上に結像する映写レンズと、
該結像された放射に対する該ウェーハの位置を監視するように構成された、請求項４７に記載のエンコーダ・システムと、
該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
を備え、該ウェーハが該ステージによって支持される、リソグラフィ・システム。
【請求項７６】
ウェーハ上に集積回路を製造するのに使用するためのリソグラフィ・システムであって、
放射源、マスク、位置決めシステム、映写レンズ、及び請求項４７に記載のエンコーダ・システムを含む照明システムを備え、
動作中、該放射源が、該マスクを通して放射を導いて、空間的にパターン形成された放射を生成し、該位置決めシステムが、該放射源からの該放射に対する該マスクの位置を調整し、該映写レンズが、該空間的にパターン形成された放射をステージによって支持された該ウェーハ上に結像し、該システムが、該放射源からの該放射に対する該マスクの位置を監視する、リソグラフィ・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、干渉計エンコーダ・システムおよびその方法、ならびにこのエンコーダ・システムおよびその方法における用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
場合によっては、干渉測定システムは、光学干渉信号に基づいて測定対称物の相対位置の変化を監視する。たとえば、干渉計は、測定対象物から反射する測定ビームを、「基準ビーム」と呼ばれることがある第２のビームと重ね合わせ、干渉させることによって光学干渉信号を生成するが、この測定ビームおよび基準ビームは共通の光源から得られる。測定対象物の相対位置の変化は、測定された光学干渉信号の位相の変化に対応する。
【０００３】
このような干渉測定システムの１例が干渉計エンコーダ・システムであり、これは、エンコーダ・スケールと呼ばれる測定目盛りを追跡することによって対象物の動きを評価する。通常、干渉計エンコーダ・システムは、エンコーダ・スケールおよびエンコーダ・ヘッドを備える。エンコーダ・ヘッドは、干渉計を備える組立体である。干渉計は、測定ビームをエンコーダ・スケールに送り、ここでこの測定ビームが回折する。干渉計は、回折した測定ビームと基準ビームを組み合わせて、対称物の位置に関連する位相を含む出力ビームを形成する。リソグラフィ・ツールでの移動可能なステージの動きを監視するためのリソグラフの用途に、エンコーダ・システムが広く使用される。大気乱流の影響を比較的受けにくいことにより、このような用途にはエンコーダ・システムが有利になることがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、エンコーダ・スケールが特定の測定方向に移動した結果として生じる、エンコーダ・スケールから回折された反射ビームまたは伝達ビームにおいて発生する位相変化のヘテロダイン計測を実施するための、エンコーダ・システムおよびその方法に関する。エンコーダ・システムは、非リトロー型の構成において回折された測定ビームに基づいて干渉信号を生成するように構成してもよい。エンコーダ・システムは、コンパクトなエンコーダ・ヘッドを含み、複数の測定チャネルを提供することができる。
【０００５】
ある種の態様では、本開示は、（１）周波数の異なる２つの線形直交偏光成分を有する周波数が安定した照明の光源ビームと、（２）監視される本体に取り付けられたエンコーダ・スケール上に、一方または両方の成分を送るための手段（たとえば、光学アセンブリ）と、（３）回折したビームの一方または両方の成分を受光するための手段（たとえば、光学アセンブリ）と、（４）両方の周波数成分と組み合わせ、混合してヘテロダイン信号を生成するための手段（たとえば、光学アセンブリ）と、（５）電気測定信号を生成するための手段（たとえば、光電検出器を備える検出器モジュール）と、（６）測定された位相を示すための手段（たとえば、位相計／アキュムレータ）であって、測定された位相が、エンコーダ・スケールの回折構造、および感度の高い方向に沿ったエンコーダ・スケールの変位に関連する手段とを備える、エンコーダ・スケールの１つまたは複数の変位方向での変化を正確に測定できるエンコーダ・システムを特徴とする。各実施形態には、以下の特徴のうちの１つまたは複数が含まれ得る。たとえば、各実施形態は、ヘテロダイン・レーザ源および検出手段とともに動作するため、リトロー型で動作しないよう設計してもよく、エンコーダ・スケールの傾きおよび傾斜の直接の影響は受けなくてもよく（ｆｉｒｓｔ−ｏｒｄｅｒ  ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｔｏ）、計測上の最低限２つの軸（たとえば、ＸおよびＺ、ＹおよびＺ）を設けてもよく、かつ／または２Ｄのエンコーダ・スケールとともに機能して、必要なら完全３Ｄの動き検出を実現することができる。エンコーダ・システムは、リソグラフィ・ツールで使用できるが、他の用途で使用することもできる。
【０００６】
本発明の様々な態様について以下に概要を述べる。
一般に、第１の態様では、本発明は、エンコーダ・スケールの自由度に沿った変化についての情報を決定するための方法を特徴とし、この方法は、異なる経路に沿って第１のビームおよび第２のビームを導き、この第１のビームと第２のビームを結合して出力ビームを形成することであって、第１のビームおよび第２のビームが共通の光源から発生し、第１のビームおよび第２のビームの周波数が異なり、第１のビームが非リトロー角でエンコーダ・スケールに接触し、第１のビームがエンコーダ・スケールから少なくとも１度回折することと、出力ビームに基づいて干渉信号を検出することであって、この干渉信号が、第１のビームと第２のビームの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含むことと、このヘテロダイン位相に基づいてエンコーダ・スケールの自由度についての情報を決定することとを含む。
【０００７】
各方法の実装形態には、以下の特徴のうちの１つまたは複数が含まれ得る。たとえば、第１のビームは、エンコーダ・スケールに垂直に入射することができる。第１のビームは、エンコーダ・スケールに非垂直に入射することができる。第１のビームは、回折した測定ビームがエンコーダ・スケールに対して垂直になるよう、ある角度でエンコーダ・スケールに入射することができる。
【０００８】
自由度は、エンコーダ・スケールの面に存在する軸に沿ったエンコーダ・スケールの位置とすることができる。
第１のビームおよび第２のビームは、直線偏光のビームとすることができる。エンコーダ・スケールからの回折の前後での第１のビームの経路は、平面を画定することができ、第１のビームは、この平面に対して垂直に偏光させることができる。実施形態によっては、エンコーダ・スケールは、第１の方向に沿って延在する回折格子ラインを備えることができ、測定ビームが、回折格子ラインに平行な方向で直線偏光される。第１のビームおよび第２のビームを導くことには、エンコーダ・スケールからの回折の前に、第１のビームの偏光状態を９０°だけ回転させることが含まれ得る。
【０００９】
実施形態によっては、第１のビームおよび第２のビームは、直交偏光されたビームである。干渉信号を検出することには、直交偏光された第１のビームおよび第２のビームのそれぞれの成分を伝達する偏光素子を介して、出力ビームを導くことが含まれ得る。
【００１０】
互いに異なる経路に沿って第１のビームおよび第２のビームを導くことには、ビーム・スプリッタを使用して、入力ビームから第１のビームおよび第２のビームを得ることが含まれ得る。ビーム・スプリッタを使用して、第１のビームと第２のビームを結合することができる。実施形態によっては、第２のビーム・スプリッタを使用して、第１のビームと第２のビームを結合することができる。ビーム・スプリッタは、偏光ビーム・スプリッタとすることができる。
【００１１】
実施形態によっては、第２のビームは、エンコーダ・スケールに接触しない。あるいは、第２のビームは、少なくとも１度エンコーダ・スケールから回折することができる。回折された第２のビームは、ゼロ次の回折ビームとすることができる。回折した第２のビームは、エンコーダ・スケールにおいて第１のビームと同一直線上にすることができる。
【００１２】
第１のビームは、エンコーダ・スケールから１度だけ回折することができる。あるいは、実施形態によっては、第１のビームは、２回以上（たとえば２回）エンコーダ・スケールから回折する。エンコーダ・スケールから回折する前の第１のビームの経路は、２度目にエンコーダ・スケールから回折した後の第１のビームの経路に平行とすることができる。エンコーダ・スケールから１度目の回折をおこなった後、第１のビームは、再帰反射器によって導かれて、第２のビームと結合される前にエンコーダ・スケールから２度目の回折をおこなうことができる。
【００１３】
情報は、２回以上のヘテロダイン位相測定に基づいて得ることができる。
この方法にはさらに、第３のビームと第４のビームを結合して、第２の出力ビームを形成することであって、この第３のビームおよび第４のビームが共通の光源から得られ、第３のビームが少なくとも１度エンコーダ・スケールから回折することと、第２の出力ビームに基づいて第２の干渉信号を検出することであって、この第２の干渉信号が、第３のビームと第４のビームの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含むこととが含まれ得る。第１のビームと第３のビームは、同じ位置でエンコーダ・スケールに接触することができる。別法として、またはさらに、第１のビームと第２のビームは、互いに異なる位置でエンコーダ・スケールに接触することができる。第１の出力ビームと第２の出力ビームのヘテロダイン位相に基づいて、情報を決定することができる。１度回折した測定ビームおよび第３のビームは、それぞれ、測定ビームの＋１次および−１次の回折次数とすることができる。
【００１４】
自由度は、エンコーダ・スケールの面内の第１の軸に沿ったエンコーダ・スケールの変位に対応することができる。この方法には、エンコーダ・スケールの第２の自由度についての情報を決定することが含まれ得る。第２の自由度は、第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿ったエンコーダ・スケールの変位とすることができる。第２の軸は、エンコーダ・スケールの平面内とすることができる。第２の軸は、エンコーダ・スケールの面に対して垂直とすることができる。
【００１５】
自由度は、軸の周りのエンコーダ・スケールの傾斜とすることができる。
この方法には、共通の光源によって生成され、第１のビームがそこから得られる入力ビームの基準位相を監視することが含まれ得る。情報を決定することには、ヘテロダイン位相を基準位相と比較することが含まれ得る。
【００１６】
第１のビームは、４００ｎｍ〜１，５００ｎｍの範囲の波長を有することができる。実施形態によっては、第１のビームは、約６３３ｎｍまたは約９８０ｎｍの波長を有する。
エンコーダ・スケールは、回折格子を備えることができる。この回折格子のピッチは、約１λ〜約２０λの範囲とすることができ、ここでλは第１のビームの波長である。実施形態によっては、回折格子のピッチは、約１μｍ〜約１０μｍの範囲である。
【００１７】
第１のビームおよび第２のビームは、光学アセンブリを使用して、それぞれの経路に沿って導くことができ、この方法はさらに、情報を決定している間に光学アセンブリに対してエンコーダ・スケールを移動させることを含む。光学アセンブリまたはエンコーダ・スケールは、ウェーハ・ステージに取り付けることが可能であり、この方法はさらに、情報に基づいて、リソグラフィ・システムからの放射に対するウェーハの位置を監視することを含む。光学アセンブリまたはエンコーダ・スケールは、レチクル・ステージに取り付けることが可能であり、この方法はさらに、情報に基づいて、リソグラフィ・システムからの放射に対するレチクルの位置を監視することを含む。
【００１８】
一般に、他の態様では、本発明は、入力ビームから第１のビームおよび第２のビームを得て、この第１のビームおよび第２のビームを互いに異なる経路に沿って導き、第１のビームと第２のビームを結合して出力ビームを形成するように構成された光学アセンブリであって、第１のビームおよび第２のビームが互いに異なる周波数を有する光学アセンブリと、第１のビームが非リトロー角で回折エンコーダ・スケールに接触し、第１のビームが回折エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折するように第１のビームの経路内に配置された回折エンコーダ・スケールと、出力ビームを検出するように配置された検出器と、第１のビームと第２のビームの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む干渉信号を検出器から受信し、このヘテロダイン位相に基づいてエンコーダ・スケールの自由度についての情報を決定するように構成された電子プロセッサとを備えるエンコーダ・システムを特徴とする。
【００１９】
エンコーダ・システムの実施形態には、以下の特徴のうちの１つもしくは複数、および／または他の態様の特徴が含まれ得る。たとえば、光学アセンブリには、入力ビームを第１のビームと第２のビームに分割する光学素子が含まれ得る。この光学素子は、非偏光ビーム・スプリッタまたは偏光ビーム・スプリッタとすることができる。光学素子は、第１のビームと第２のビームを結合して、出力ビームを形成することができる。
【００２０】
光学アセンブリには、第１のビームおよび第２のビームを得る前に、入力ビームを２つの平行なサブ入力ビームに分割するように構成された、１つまたは複数の光学素子が含まれ得る。光学アセンブリには、サブ入力ビームのうちの一方を第１のビームおよび第２のビームに分割し、もう一方のサブ入力ビームを第３のビームおよび第４のビームに分割するように構成されたビーム・スプリッタを備えることができ、この光学アセンブリは、第３のビームおよび第４のビームを、互いに異なる経路に沿って導き、この第３のビームと第４のビームを結合して第２の出力ビームを形成する。光学アセンブリは、第３のビームを導いて、少なくとも１度エンコーダ・スケールから回折させる。光学アセンブリには、１度回折した第１のビームおよび第３のビームをそれぞれ反射して、エンコーダ・スケールから２度目に回折させるように配置された２つの再帰反射器が含まれ得る。第１のビームと第３のビームは、互いに異なる位置でエンコーダ・スケールに接触する。エンコーダ・スケールは、第１のビームおよび第３のビームを回折させて、それぞれ＋１次と−１次の回折次数にすることができる。光学アセンブリにおける入力ビームの経路は、第１の出力ビームおよび第２の出力ビームの経路に平行とすることができる。入力ビームならびに、第１および第２の出力ビームの経路は、エンコーダ・スケールの面に平行とすることができる。
【００２１】
光学アセンブリには、第１のビームの経路内に半波長板が含まれ得る。
エンコーダ・スケールには、回折格子が含まれ得る（たとえば、１次元または２次元のエンコーダ・スケール）。
【００２２】
別の態様では、本発明は、移動可能なステージ、および前述の態様のエンコーダ・システムを備えるシステムを特徴とし、エンコーダ・スケールまたは光学アセンブリのいずれかがステージに取り付けられる。
【００２３】
一般に、他の態様では、本発明は、入力ビームから第１のビームおよび第２のビームを得るための手段であって、この第１のビームおよび第２のビームが互いに異なる周波数を有する手段と、第１のビームおよび第２のビームを互いに異なる経路に沿って導くための手段と、第１のビームと第２のビームを結合して出力ビームを形成するための手段と、第１のビームが非リトロー角で回折エンコーダ・スケールに接触し、第１のビームが回折エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折するように第１のビームの経路内に配置された回折エンコーダ・スケールと、出力ビームを検出するための手段と、第１のビームと第２のビームの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む干渉信号を検出器から受信し、このヘテロダイン位相に基づいてエンコーダ・スケールの自由度についての情報を決定するための手段とを備えるエンコーダ・システムを特徴とする。
【００２４】
エンコーダ・システムの各実施形態には、他の態様の１つまたは複数の特徴が含まれ得る。
一般に、別の態様では、本発明は、互いに異なる周波数を有する直線偏光のビームである第１のビームおよび第２のビームを入力ビームから得るように構成された光学アセンブリであって、この第１のビームおよび第２のビームを互いに異なる経路に沿って導き、第１のビームおよび第２のビームを結合して出力ビームを形成するようにさらに構成され、第１のビームの経路内に配置され、第１のビームの直線偏光状態を９０°だけ回転させるように構成された光学素子を備える光学アセンブリと、第１のビームが回折エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折するように第１のビームの経路内に配置された回折エンコーダ・スケールと、出力ビームを検出するように配置された検出器と、第１のビームと第２のビームの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む干渉信号を検出器から受信し、このヘテロダイン位相に基づいてエンコーダ・スケールの自由度についての情報を決定するように構成された電子プロセッサとを備えるエンコーダ・システムを特徴とする。
【００２５】
エンコーダ・システムの実施形態には、以下の特徴のうちの１つもしくは複数、および／または他の態様の特徴が含まれ得る。たとえば、光学素子は、第１のビームの経路と２度交差することができ、そのたびに第１のビームの直線偏光状態を９０°回転させる。光学素子は、半波長板とすることができる。第１のビームは、エンコーダ・スケールから２度回折することができる。第１のビームは、エンコーダ・スケールにおいてｐ偏光とすることができる。
【００２６】
一般に、他の態様では、本発明は、第１の方向で第１のビームを反射し、第１の方向に対して垂直な第２の方向で第２のビームを伝達し、第１のビームと第２のビームを結合して、第２の方向に平行な経路に沿って偏光ビーム分割素子から出る出力ビームを形成するように構成された偏光ビーム分割素子であって、第１のビームおよび第２のビームが互いに異なる周波数を有し、共通の光源から得られる偏光ビーム分割素子と、第１のビームが回折エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折するように第１のビームの経路内に配置された回折エンコーダ・スケールと、出力ビームを検出するように配置された検出器と、第１のビームと第２のビームの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む干渉信号を検出器から受信し、このヘテロダイン位相に基づいてエンコーダ・スケールの自由度についての情報を決定するように構成された電子プロセッサとを備えるエンコーダ・システムを特徴とする。
【００２７】
エンコーダ・システムの実施形態には、以下の特徴のうちの１つもしくは複数、および／または他の態様の特徴が含まれ得る。たとえば、回折エンコーダ・スケールは、第１の方向に対して垂直に配向することができる。第１のビームは、回折エンコーダ・スケールに垂直に入射することができる。
【００２８】
一般に、他の態様では、本発明は、光学アセンブリに対する回折格子の自由度に沿った変化についての情報を決定するための方法を特徴とし、これらの方法は、光学アセンブリを使用して、第１のビームと第２のビームを結合して出力ビームを形成することであって、第１のビームが、光学アセンブリに対して移動可能な回折格子から回折され、第１のビームおよび第２のビームが共通の光源から得られ、第１のビームが、共通の光源から得られ、回折格子にぶつかる、ゼロ次以外の回折次数の１次ビームであり、第１のビームが、回折格子において１次ビームと同一直線上にないことと、第１のビームと第２のビームの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む干渉信号を出力ビームに基づいて検出することと、このヘテロダイン位相に基づいて、光学アセンブリに対する回折格子の自由度に沿った変化についての情報を決定することとを含む。
【００２９】
これらの方法の実装形態には、以下の特徴のうちの１つもしくは複数、および／または他の態様の特徴が含まれ得る。たとえば、１次ビームは、回折格子に垂直に入射することも、また非垂直に入射することもできる。
【００３０】
１次ビームは、直線偏光ビームとすることができる。１次ビームは、回折格子にぶつかる前に、回折格子の回折格子ラインに平行な方向で直線偏光させることができる。
第１のビームおよび第２のビームは、偏光ビームとすることができる。第１のビームは、第２のビームに対して垂直に偏光させることができる。第１のビームおよび第２のビームは、直線偏光のビームとすることができる。
【００３１】
実施形態によっては、第２のビームは、回折格子に接触しない。あるいは、実施形態によっては、第２のビームが、回折格子から少なくとも１度回折する。第２のビームは、ゼロ次の回折ビームとすることができる。第２のビームは、回折格子において、１次ビームと同一直線上とすることができる。第２のビームは、回折次数の１次ビームとすることができる。第２のビームは、ゼロ次の回折次数の１次ビームとすることができる。第１のビームは、第１の回折次数の１次ビームとすることができる。
【００３２】
実施形態によっては、この方法は、第３のビームと第４のビームを結合して、第２の出力ビームを形成することであって、この第３のビームおよび第４のビームが共通の光源から得られることと、第２の出力ビームに基づいて第２の干渉信号を検出することであって、この第２の干渉信号が、第３のビームと第４のビームの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含み、第３のビームが、回折格子から回折され、第１のビームとは異なるビームであることとを含む。第１のビームおよび第３のビームは、それぞれ、１次ビームの＋１次および−１次の回折次数とすることができる。第２のビームおよび第４のビームは、ゼロ次の回折次数の１次ビームから得ることができる。
【００３３】
自由度は、回折格子の面内の第１の軸に沿った回折格子の変位に対応することができる。回折格子には、第１の軸に対して垂直な第１の方向に沿って延在する回折格子ラインが含まれ得る。この方法には、光学アセンブリに対する回折格子の第２の自由度についての情報を決定することが含まれ得る。第２の自由度は、第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿った回折格子の変位とすることができる。第２の軸は、回折格子の場所の中とすることができる。あるいは、第２の軸は、回折格子の面に対して垂直とすることができる。
【００３４】
自由度は、回折格子の面に垂直な軸に沿った回折格子の変位に対応することができる。
自由度は、光学アセンブリに対する回折格子の傾斜とすることができる。
これらの方法には、共通の光源によって生成され、１次ビームがそこから得られる入力ビームの基準位相を監視することが含まれ得る。情報を決定することには、ヘテロダイン位相を基準位相と比較することが含まれ得る。
【００３５】
第１のビームは、第２のビームと結合する前に、回折格子から２度回折させることができる。第１のビームは、第２のビームと結合する前に、再帰反射器によって導かれて、少なくとも１度回折格子にぶつかることができる。
【００３６】
第１のビームおよび第２のビームは、互いに異なるゼロ次以外の回折次数の１次ビームとすることができる。
１次ビームは、第１の成分および第２の成分を含むことができ、第１の成分および第２の成分は、ヘテロダイン周波数および様々な直交偏光状態を規定する、互いに異なる周波数を有する。１次ビームは、４００ｎｍ〜１，５００ｎｍの範囲の波長を有することができる。たとえば、１次ビームは、約６３３ｎｍまたは約９８０ｎｍの波長を有することができる。
【００３７】
この回折格子のピッチは、約１λ〜約２０λの範囲とすることができ、ここでλは１次ビームの波長である。回折格子のピッチは、約１μｍ〜約１０μｍの範囲とすることができる。
【００３８】
これらの方法には、情報を決定している間に、光学アセンブリに対して回折格子を移動させることが含まれ得る。光学アセンブリまたは回折格子は、ウェーハ・ステージに取り付けることが可能であり、この方法はさらに、情報に基づいて、リソグラフィ・システムからの放射に対するウェーハの位置を監視することを含む。実施形態によっては、光学アセンブリまたは回折格子は、レチクル・ステージに取り付けることが可能であり、この方法はさらに、情報に基づいて、リソグラフィ・システムからの放射に対するレチクルの位置を監視することを含む。
【００３９】
一般に、他の態様では、本発明は、光学アセンブリに対する回折格子の自由度に沿った変化についての情報を決定するためのシステムを特徴とし、これらのシステムは、互いに異なる周波数および直交偏光状態を有する第１の成分ならびに第２の成分を含む入力ビームを供給するように構成された光源と、入力ビームから１次ビームを得て、この１次ビームを回折格子に導き、ゼロ次以外で回折格子から回折された第１のビームを受光し、それを第２のビームと結合して出力ビームを形成するように構成された光学アセンブリであって、１次ビームが、入力ビームの第１の成分を含み、第１のビームが回折次数の１次ビームであり、第１のビームが回折格子において１次ビームと同一直線上にはなく、第２のビームが、入力ビームの第２の成分を含み、光学アセンブリに対して回折格子が移動可能である光学アセンブリと、出力ビームを検出するように配置された検出器と、第１のビームと第２のビームの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む干渉信号を検出器から受信し、このヘテロダイン位相に基づいて、光学アセンブリに対する回折格子の自由度に沿った変化についての情報を決定するように構成された電子プロセッサとを備える。
【００４０】
これらのシステムの実施形態には、以下の特徴のうちの１つもしくは複数、および／または他の態様の特徴が含まれ得る。たとえば、このシステムは、移動可能なステージを備えることができ、この移動可能なステージに回折格子が取り付けられる。
【００４１】
光学アセンブリには、第１のビームの経路内に配置された第２の回折格子が含まれ得る。第２の回折格子は、１次ビームの経路に平行な経路に沿って、第１のビームの向きを変えるように構成することができる。光学アセンブリには、第１のビームの経路内に配置され、第１のビームを導いて回折格子に２度目に接触するようになされた再帰反射器が含まれ得る。光学アセンブリには、入力ビームから１次ビームおよび第２のビームを得るように構成された偏光ビーム・スプリッタが含まれ得る。光学アセンブリには、出力ビームから第１のビームと第２のビームを結合するように構成された偏光ビーム・スプリッタが含まれ得る。光学アセンブリは、第２のビームを導いて回折格子に接触させるように構成することができる。
【００４２】
一般に、他の態様では、本発明は、光学アセンブリに対する回折格子の自由度に沿った変化についての情報を決定するための方法を特徴とし、これらの方法は、光学アセンブリを使用して、第１のビームと第２のビームを結合して出力ビームを形成することであって、第１のビームが、光学アセンブリに対して移動可能な回折格子から回折され、第１のビームおよび第２のビームが共通の光源から得られ、第１のビームが、共通の光源から得られ、回折格子にぶつかる、ゼロ次以外の回折次数の１次ビームであり、第１のビームが、回折格子において１次ビームと同一直線上にないことと、第１のビームと第２のビームの間の光路差に関連した位相を含む干渉信号を出力ビームに基づいて検出することと、この位相に基づいて、光学アセンブリに対する回折格子の自由度に沿った変化についての情報を決定することであって、この位相が、光学アセンブリに対する回折格子の傾きおよび／または傾斜の直接の影響を受けないこととを含む。
【００４３】
これらの方法の実装形態には、以下の特徴のうちの１つもしくは複数、および／または他の態様の特徴が含まれ得る。たとえば、位相は、ヘテロダイン位相とすることができる。この情報には、光学アセンブリに対する回折格子の少なくとも２つの自由度に沿った変化についての情報が含まれ得る。この少なくとも２つの自由度には、回折格子の面内の軸に沿った変位が含まれ得る。この少なくとも２つの自由度には、回折格子の面に対して垂直な軸に沿った変位が含まれ得る。
【００４４】
一般に、他の態様では、本発明は、軸に沿った回折格子の変位を監視するためのシステムを特徴とし、これらのシステムは、周波数が互いに異なる２つの直線偏光成分を有する照明を与える光源と、１つまたは両方の成分を回折格子上に導く手段と、回折格子から回折された１つまたは両方の成分を受光するための手段と、両方の周波数の成分を結合し混合するための手段と、結合され混合された成分を検出するための手段と、検出された成分に関連した位相を測定するための手段であって、成分のうちの１つまたは両方が回折格子においてリトロー条件を満たさない手段とを備える。このシステムの各実施形態には、他の態様の１つまたは複数の特徴が含まれ得る。
【００４５】
前述の各態様の実施形態には、以下の特徴のうちの１つまたは複数が含まれ得る。たとえば、光学アセンブリには、１次ビームを回折格子に向けて導くように配置された折曲げミラーが含まれ得る。この折曲げミラーは、第２のビームを回折格子に向けて導くことができる。このアセンブリは、入力ビームを１次ビームおよび第２のビームに分割するように構成された偏光ビーム・スプリッタを備えることができ、この１次ビームおよび第２のビームは、ビーム・スプリッタの直後の第１の平面内にあり、折曲げミラーは、１次ビームおよび第２のビームを、第１の平面に垂直な方向に導くように構成される。１次ビームおよび第２のビームは、共通の位置で回折格子に接触することができる。１次ビームおよび第２のビームは、同じ入射角で回折格子に接触することができるが、回折格子に対する垂線の両側から接触することができる。第１のビームは、回折次数の第２のビームと同一直線上にすることができる。光学アセンブリは、１次ビームおよび第２のビームをそれぞれ共通の位置に向けて反射するように構成された第１のミラーおよび第２のミラーを備えることができる。ビーム・スプリッタ、折曲げミラー、ならびに第１のミラーおよび第２のミラーは、全てモノリシック光学素子のインターフェースとしてもよい。モノリシック光学素子では、第１の平面に直交する最大寸法が、第１の平面でのモノリシック光学素子の最大寸法よりも小さくすることができ、たとえば、第１の平面に直交する最大寸法は、第１の平面での最大寸法の０．５倍以下（たとえば、０．３倍以下、０．２倍以下、０．１倍以下、０．０５倍以下）とすることができる。第１の平面に垂直なモノリシック光学アセンブリの最大寸法は、５ｃｍ以下（たとえば、４ｃｍ以下、３ｃｍ以下、２ｃｍ以下、１ｃｍ以下）とすることができる。
【００４６】
他の態様では、本発明は、基板上に集積回路を製造するのに使用するためのリソグラフィ法を特徴とし、これらの方法は、移動可能なステージ上で基板を支持することと、空間的にパターン形成された放射を基板上に結像することと、ステージの位置を調整することと、他の態様の方法またはシステムを使用してステージの位置を監視することとを含み、回折格子または光学アセンブリがステージに取り付けられ、情報が、軸に沿ったステージの位置に対応する。
【００４７】
他の態様では、本発明は、基板上に集積回路を製造するためのリソグラフィ法を特徴とし、この方法は、空間的にパターン形成された放射に基板を曝すよう、リソグラフィ・システムの第１の構成部品を、リソグラフィ・システムの第２の構成部品に対して位置決めすることと、他の態様の方法またはシステムを使用して、第１の構成部品の位置を監視することとを含み、回折格子または光学アセンブリが第１の構成部品に取り付けられ、情報が、第１の構成部品の位置に対応する。
【００４８】
他の態様では、本発明は、ウェーハ上に集積回路を製造するのに使用するためのリソグラフィ・システムを特徴とし、これらのシステムは、空間的にパターン形成された放射をウェーハ上に結像する映写レンズと、結像された放射に対するウェーハの位置を監視するように構成された他の態様のシステムと、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を備え、ウェーハはステージによって支持される。
【００４９】
他の態様では、本発明は、ウェーハ上に集積回路を製造するのに使用するためのリソグラフィ・システムを特徴とし、これらのシステムは、放射源、マスク、位置決めシステム、映写レンズを含む照明システムと、他の態様のシステムとを備え、動作中、放射源は、マスクを通して放射を導いて、空間的にパターン形成された放射を生成し、位置決めシステムが放射源からの放射に対するマスクの位置を調整し、映写レンズが、空間的にパターン形成された放射をステージによって支持されたウェーハ上に結像し、システムが、放射源からの放射に対するマスクの位置を監視する。
【００５０】
様々な基準が、参考として本明細書に援用される。矛盾が生じる場合は、本明細書が規定する。
添付図面および以下の説明において、１つまたは複数の実施形態の詳細を説明する。他の特徴および利点は、この説明および図面から、また特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】エンコーダ・システムの一実施形態の概略図である。
【図２】（Ａ）は、エンコーダ・システムの一実施形態の一部分の概略図、（Ｂ）は、エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図３】エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図４】エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図５Ａ】エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図５Ｂ】エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図５Ｃ】エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図６Ａ】エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図６Ｂ】エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図７】エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図８】エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図９】エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図１０】エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図１１】エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図１２】エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図１３】エンコーダ・システムの別の実施形態の一部分の概略図である。
【図１４Ａ】エンコーダ・システムの別の実施形態の概略図であって、エンコーダ・システムの動作図である。
【図１４Ｂ】エンコーダ・システムの別の実施形態の概略図であって、エンコーダ・システムの上面図である。
【図１４Ｃ】エンコーダ・システムの別の実施形態の概略図であって、エンコーダ・システムの側面図である。
【図１５】エンコーダ・システムの構成部品の別の実施形態の概略図であって、（Ａ）は、構成部品の上面図、（Ｂ）は、構成部品の正面図（Ｃ）は、構成部品の側面図である。
【図１６】干渉計を備えるリソグラフィ・ツールの一実施形態の概略図である。
【図１７Ａ】集積回路を作製するためのことを説明する流れ図である。
【図１７Ｂ】集積回路を作製するためのことを説明する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
様々な図面における同じ参照符号は、同じ要素を示す。
図１を参照すると、干渉計エンコーダ・システム１００は、光源モジュール１２０（たとえば、レーザを含む）、光学アセンブリ１１０、測定対象物１０１、検出器モジュール１３０（たとえば、偏光子および検出器）、ならびに電子プロセッサ１５０を備える。一般に、光源モジュール１２０は光源を備え、ビーム成形光学装置（たとえば、光コリメーティング光学装置）、光ガイド構成部品（たとえば、光ファイバ導波管）ならびに／または偏光管理光学装置（たとえば、偏光子および／もしくは波長板）など、他の構成部品も備えることができる。光学アセンブリ１１０の様々な実施形態を以下に説明する。光学アセンブリは、「エンコーダ・ヘッド」とも呼ばれる。参考として直交座標系が示してある。
【００５３】
測定対象物１０１が、Ｚ軸に沿って、光学アセンブリ１１０から何らかの公称寸法だけ離して配置される。リソグラフィ・ツールにおけるウェーハ・ステージまたはレチクル・ステージの位置を監視するのにエンコーダ・システムが使用される場合など、多くの用途では、測定対象物１０１は、光学アセンブリに対してＸおよび／またはＹ方向に移動するが、Ｚ軸に対して光学アセンブリから名目上一定の距離を維持する。この一定の距離は、相対的に小さく（たとえば、数センチメートル以下に）することができる。しかし、このような用途では、測定対象物の位置は通常、名目上一定の距離からわずかな程度だけ変化することになり、直交座標系内での測定対象物の相対的な向きも、わずかな程度だけ変化することができる。動作中、エンコーダ・システム１００は、光学アセンブリ１１０に対する測定対象物１０１のこれら自由度のうちの１つまたは複数を監視するが、これには、ｘ軸に対する測定対象物１０１の位置が含まれ、さらには、実施形態によっては、ｙ軸および／もしくはｚ軸、ならびに／または、ピッチおよびヨーの角度方向に対する測定対象物１０１の位置を含む。
【００５４】
測定対象物１０１の位置を監視するために、光源モジュール１２０は、入力ビーム１２２を光学アセンブリ１１０に送る。光学アセンブリ１１０は、入力ビーム１２２から測定ビーム１１２を得て、この測定ビーム１１２を測定対象物１０１に送る。光学アセンブリ１１０はまた、入力ビーム１２２から基準ビーム（図示せず）を得て、測定ビームとは異なる経路に沿ってこの基準ビームを送る。たとえば、光学アセンブリ１１０には、入力ビーム１２２を分割して、測定ビーム１１２と基準ビームを生成するビーム・スプリッタが含まれ得る。測定ビームおよび基準ビームは、直交した偏光を有することができる（たとえば、直交直線偏光）。
【００５５】
測定対象物１０１は、エンコーダ・スケール１０５を備え、このエンコーダ・スケールは、エンコーダ・ヘッドから１つまたは複数の回折次数に測定ビームを回折させる測定目盛りである。一般には、エンコーダ・スケールには、回折格子またはホログラフィック回折構造など、様々な異なる回折構造が含まれ得る。各例または回折格子は、正弦、長方形、または鋸歯状の回折格子を備える。回折格子は、ピッチが一定の周期的な構造を特徴とするが、より複雑な周期的な構造をも特徴とする（たとえば、チャープ回折格子）。一般に、エンコーダ・スケールは、２つ以上の平面に測定ビームを回折させることができる。たとえば、エンコーダ・スケールは、測定ビームをＸ−Ｚ平面およびＹ−Ｚ平面内の回折次数へと回折させる、２次元の回折格子とすることができる。エンコーダ・スケールは、測定対象物１１０の移動範囲に対応する距離にわたって、Ｘ−Ｙ平面内に延在する。
【００５６】
この実施形態では、エンコーダ・スケール１０５は、ページの平面に対して垂直に延在し、図１に示した直交座標系のＹ軸には平行に延在する回折格子ラインを有する回折格子である。格子ラインは、Ｘ軸に沿って周期的である。エンコーダ・スケール１０５は、Ｘ−Ｙ面に対応する回折格子面を有し、このエンコーダ・スケールは、測定ビーム１１２をＹ−Ｚ平面内の１つまたは複数の回折次数へと回折させる。
【００５７】
これら回折次数のうちの少なくとも１つの測定ビーム（１１４と表示されたビーム）が、光学アセンブリ１１０に戻り、そこで基準ビームと結合されて出力ビーム１３２を形成する。たとえば、１度回折した測定ビーム１１４は、１次回折ビームとすることができる。
【００５８】
出力ビーム１３２は、測定ビームと基準ビームの間の光路長差に関連する位相情報を含む。光学アセンブリ１１０は、出力ビーム１３２を検出モジュール１３０に送り、この検出モジュール１３０は、出力ビームを検出し、検出された出力ビームに応答して電子プロセッサ１５０に信号を送出する。電子プロセッサ１５０は、この信号を受信し分析し、光学アセンブリ１１０に対する測定対象物１０１の１つまたは複数の自由度についての情報を決定する。
【００５９】
実施形態によっては、測定ビームおよび基準ビームの周波数の差は小さくて（たとえば、ｋＨｚ〜ＭＨｚの範囲の差）、この周波数差に概ね対応する周波数において対象となる干渉信号を生成する。この周波数は、以下で同様に「ヘテロダイン」周波数、または「基準」周波数と呼ばれており、（角周波数に対して）ωＲとして表してある。測定対象物の相対位置における変化についての情報は、このヘテロダイン周波数における干渉信号の位相に概ね対応する。信号処理技法を使用して、この位相を抽出することができる。一般に、移動可能な測定対象物により、この位相期間は時間とともに変化するようになる。この点に関しては、測定対象物の動きの１次の時間導関数により、本明細書において「ドップラー」シフトと呼ばれる量だけ、干渉信号の周波数がヘテロダイン周波数からシフトすることになる。
【００６０】
他の技法の中でも特に、たとえば、２つの異なるレーザ・モードを使用して、レーザ・ゼーマン分裂、音響光学変調により、または複屈折素子を使用してレーザの内部で、測定ビームおよび基準ビームの様々な周波数を生成することができる。直交偏光により、偏光ビーム・スプリッタは、測定ビームおよび基準ビームを互いの異なる経路に沿って導き、それらを結合して出力ビームを形成することができ、この出力ビームは続いて偏光子を通過し、この偏光子は、直交偏光された成分を互いに干渉できるように混合する。目標物となる動きがない場合、干渉信号はヘテロダイン周波数で発振し、この周波数は、２つの成分の光学周波数における差に過ぎない。動きがある場合、ヘテロダイン周波数は、よく知られたドップラー関係を介して目標物の速度に関連する変化を受ける。したがって、ヘテロダイン周波数の変化を監視することにより、光学アセンブリに対する目標物の動きを監視することができるようになる。
【００６１】
以下に述べる実施形態では、「入力ビーム」は一般に、光源モジュールが発するビームを指す。ヘテロダイン検出では、前述の通り、入力ビームは周波数がわずかに異なる成分を含む。
【００６２】
一般に、測定ビームは、１度回折した測定ビームがリトロー条件を満たさないような、ある入射角で測定対象物１０１に入射する。リトロー条件は、入射ビームに対する回折格子などの回折構造の向きを指し、この回折構造は、回折したビームを光源に向けて戻す。すなわち、エンコーダ・システム１００では、１度回折した測定ビームは、エンコーダ・スケールにおいて回折する前には測定ビームと同一線上にない。
【００６３】
エンコーダ・スケール１０５は、一方向に周期的な構造体として図１で示してあるが、より一般的には、測定対象物には、測定ビームを適切に回折させる様々な異なる回折構造体が含まれ得る。実施形態によっては、測定対象物には、２つの方向で（たとえば、ｘ軸およびｙ軸に沿って）周期的であり、測定ビームを２つの直交平面内のビームに回折させる回折構造体（たとえば、エンコーダ・スケール）が含まれ得る。一般に、エンコーダ・システムが、十分な強度を有する１つまたは複数の回折された測定ビームを供給して、システムにおける幾何学的な制約条件の中で、対応する基準ビームと結合されるとき、１つまたは複数の検出可能な干渉信号を確立するように、エンコーダ・スケールおよび光源モジュールの回折構造体が選択される。実施形態によっては、光源モジュールは、波長が４００ｎｍ〜１，５００ｎｍの範囲にある入力ビームを生成する。たとえば、入力ビームは、約６３３ｎｍまたは約９８０ｎｍの波長を有することができる。一般に、ヘテロダイン光源の周波数を分割すると、結果として、入力ビームの２つの成分の波長の間で非常にわずかな差を生じ、したがって、入力ビームは、厳密に単色でないとしても、単一波長によって入力ビームを特徴付けるのには実用的であることに留意されたい。実施形態によっては、光源モジュールには、ガス・レーザ（たとえば、ＨｅＮｅレーザ）、レーザ・ダイオードもしくは他の固体レーザ光源、発光ダイオード、またはスペクトル帯域幅を修正するためのフィルタのついた、もしくはついていないハロゲン・ライトなどの熱源が含まれ得る。
【００６４】
一般に、回折構造（たとえば、回折格子のピッチ）は、入力ビームの波長、ならびに光学アセンブリおよび測定に使用される回折次数の構成に応じて変更することができる。実施形態によっては、回折構造体は、ピッチが約１λ〜約２０λの範囲にある回折格子であり、ここでλは光源の波長である。回折格子のピッチは、約１μｍ〜約１０μｍの範囲とすることができる。
【００６５】
次に、エンコーダ・システムの様々な実装形態に移ると、実施形態によっては、エンコーダ・システムは、測定ビームがエンコーダ・スケールへの単一の経路を設け、単一の回折次数の測定ビームがこの測定に使用されるように構成される。たとえば、図２（Ａ）を参照すると、エンコーダ・システム２００の光学アセンブリ１１０は、第１の偏光ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）２１０、第２のＰＢＳ２２０、および回折格子２１１を備える。検出器モジュール１３０は、偏光子２３１および検出器２３０を備える。ＰＢＳ２１０は、入力ビーム１２２を分割して、測定ビーム１１２および基準ビーム１１３を生成する。図に示すように、測定ビーム１１２は、図の平面内で偏光され（ｐ偏光）、第２のビーム１１３は、図の平面に対して垂直に偏光される（ｓ偏光）。測定ビーム１１２は、エンコーダ・スケール１０５によって回折され、１度回折した測定ビーム１１４を生成し、このビームは、ゼロ次以外の回折次数（たとえば１次または２次）の測定ビーム１１２に対応する。回折格子２１１は、エンコーダ・スケール１０５と同様の回折構造（たとえば、同じピッチ）を有することができ、１度回折した測定ビーム１１４を回折させ、その結果、回折していない測定ビーム１１２の経路に平行な経路に沿って、ここで２度回折した測定ビームがＰＢＳ２２０に入射する。ＰＢＳ２２０は、２度回折した測定ビーム１１４と基準ビーム１１３を結合して、出力ビーム１３２を形成する。検出器モジュール１３０では、出力ビームが検出器２３０に入射する前に、偏光子２３１が、出力ビームの測定ビーム成分と基準ビーム成分を混合する。たとえば、偏光子２３１がｓ偏光された光の成分およびｐ偏光された光の成分を伝達するように、偏光子２３１の伝達軸を配向することにより（たとえば、ページの平面に対して４５°で伝達軸を配向することにより）、これを実現することができる。
【００６６】
エンコーダ・システム２００は、単一の検出チャネルを有するエンコーダ・システムの１例であり、ここで、測定ビームは測定対象物への単一の経路を設ける。ここで、検出器２３０で測定される位相は、Ｘ方向およびＺ方向でのエンコーダ・スケール１０５の動きに応じて変化することになる。このシステムの変形形態が実現可能である。たとえば、実施形態によっては、測定ビーム１１４には、周波数成分と偏光成分の両方が含まれ得る。たとえば、図２（Ｂ）を参照すると、非偏光ビーム・スプリッタ（ＮＰＢＳ）２１２を使用して、入力ビームを測定ビームと基準ビームに分割し、その結果、両方がｓ偏光とｐ偏光の両方を含む。しかし、１度回折した測定ビーム１１４および基準ビーム１１３は、ＰＢＳ２２０を使用して結合され、その結果、出力ビーム１３２における１度回折した測定ビーム１１４の一部分のみが、ある状態（この場合は、ｐ偏光）で偏光された成分に対応し、出力ビーム１３２における基準ビーム１１３の一部分のみが、直交偏光（ここでは、ｓ偏光）を有する成分に対応する。
【００６７】
さらに、一般には、エンコーダ・システム２００用の光学アセンブリには、図２（Ａ）に示した成分に加えて、またはそれに代えて、１つまたは複数の成分が含まれ得る。たとえば、実施形態によっては、回折格子２１１の代わりに、屈折構成部品２１３（たとえば、プリズムまたは他の屈折光学素子）を使用して、回折ビーム１１４の向きをＰＢＳ２２０に変えることができる。このような実施形態が図２（Ｂ）に示してある。
【００６８】
実施形態によっては、エンコーダ・システムは、追加のサブシステムを備える。たとえば、実施形態によっては、エンコーダ・システム２００は、入力ビーム１２２の位相を監視するローカルの基準を備える。図２（Ａ）に示すように、ローカルの基準は、ビーム・スプリッタ２４０（たとえば、ＮＰＢＳ）、偏光子２５０、および検出器２６０を使用して実現することができる。たとえば、入力ビーム１２２の各成分間の相対的な開始位相が可変である実施形態において、このような基準が有用になり得る。
【００６９】
実施形態によっては、エンコーダ・システムは、２つ以上の測定チャネルを設けることができる。複数のエンコーダ・ヘッドを使用することにより、追加のチャネルを設けることができる。別法として、またはさらに、実施形態によっては、複数の測定チャネルを実現するように、単一のエンコーダ・ヘッドを構成することができる。たとえば、図３には、２つの測定チャネルを組み込むエンコーダ・システム３００が示してあり、この測定チャネルのそれぞれが、別々に＋１次または−１次の測定ビーム回折次数に干渉して、動きの感度の解像度を改善するとともに、測定ビーム軸（すなわち、Ｚ軸）に沿ったエンコーダ・スケールの動きを区別する。ここで、各検出チャネルにおける第２のビームは、測定ビームのゼロ次の回折に対応し、名目上、エンコーダ・スケール１０５に垂直に入射する。
【００７０】
エンコーダ・システム３００は、ＮＰＢＳ３１０およびＮＰＢＳ３１２、ＰＢＳ３３０およびＰＢＳ３３２、回折格子３２０および３２２、偏光子３４０および３４２、ならびに検出器３５０および３５２を備える。光源モジュール１２０は、ＮＰＢＳ３１０およびＮＰＢＳ３１２を介して入力ビーム１２２を導いて、エンコーダ・スケール１０５に接触させる。エンコーダ・スケール１０５は、入射ビームを回折させて、０次、＋１次、−１次の回折次数を含め、複数の次数にする。＋１次の回折ビームがビーム３２１で示してあり、−１次の回折ビームがビーム３２３で示してある。これらの回折ビームのそれぞれが、図の平面内の偏光成分と図に対して垂直な偏光成分の両方を含む。
【００７１】
ゼロ次の回折ビームが移動して、ＮＰＢＳ３１２およびＮＰＢＳ３１０に戻る。ビーム・スプリッタ３１２は、このビームを分割し、一部分をビーム３５３として検出器３５２に導く。ビーム・スプリッタ３１０は、一部分をビーム３５１として検出器３５０に導く。
【００７２】
＋１次および−１次の回折ビーム３２１および３２３は、それぞれ回折格子３２０および３２２に伝搬する。これらの回折格子は、ビーム３２１および３２３を、それぞれ偏光ビーム・スプリッタ３３０および３３２に向けて回折させる。回折格子３２０および３２２は、入射ビームをさらなる方向へと回折させることができるが、話を明確にするために、図からは他の回折次数を省略する。
【００７３】
ＰＢＳ３３０は、ビーム３２１および３５１からの垂直偏光成分を結合して、第１の出力ビームを生成する。偏光子３４０は、偏光ビーム・スプリッタ３３０からの出力ビームの経路内に配置され、検出器３５０において垂直偏光状態の混合を実現するように、その経路軸を配向する。同様に、ＰＢＳ３３２は、ビーム３２３および３５３からの直交偏光成分を結合して、第２の出力ビームを生成する。偏光子３４２は、第２の出力ビームで直交偏光状態を混合したものを検出器３５２に供給する。
【００７４】
Ｚ方向でのエンコーダ・スケールの動きは、両方のチャネル測定で共通なので、Ｘに沿ったエンコーダ・スケールの動きが逆符号で検出されている間、２つの別々の位相の合計またはその差からなる複合信号により、２つの動きを区別することができる。この場合には、２つの検出器におけるＸに沿った動き（Δｘ）およびＺに沿った動き（Δｚ）の関数としての、位相の変化についての基本的な式は以下の通りである。
【００７５】
【数１】
2013525750.tif 000003
【００７６】
ここで、±の上付き文字は、＋または−の次数を表し、λは照明の波長であり、Λはエンコーダ・スケールの周期であり、１次の回折角（θ）はエンコーダ・スケールの式λ＝Λｓｉｎ（θ）から求まる。Ｚ軸およびＸ軸に沿った変位を得るために、合計の式と差の式を形成する。
【００７７】
【数２】
2013525750.tif 000004
【００７８】
および、
【００７９】
【数３】
2013525750.tif 000005
【００８０】
実施形態によっては、Ｙ軸に沿った変位を測定するために、追加のチャネルを設けることができる。このような２次元（２Ｄ）の用途（ＸおよびＹの測定）においては、領域回折格子を使用することができる。たとえば、エンコーダ・スケール１０５は、Ｘ方向およびＹ方向において周期的にすることができる。初めからＺ軸の周りに９０°回転される別の１組の成分を用いて、垂直な（Ｙ）軸での動きを得ることができ、たとえば、Ｙ方向での変位Δｙを示す２つのさらなる検出チャネルを設ける。
【００８１】
図２（Ａ）、（Ｂ）および図３に示す実施形態では、面内と面外の両方での試験エンコーダ・スケール１０５の角運動（たとえば、ｙ軸の周りの回転）に対する感度に問題がある。実施形態によっては、この感度を低減させることができる。たとえば、図４の実施形態で示す再帰反射器を加えて、エンコーダ・スケール１０５への測定ビームの２重経路を設けることにより、この感度を低減させることができる。ここで、エンコーダ・システム４００は、ＰＢＳ４１０ならびに再帰反射器４２０および４３０を備える。光源モジュール１２０は、入力ビーム１２２をＰＢＳ４１０に送り、ＰＢＳ４１０は、この入力ビームを測定ビーム１１２および基準ビーム４０２に分割し、ここで、測定ビーム１１２および基準ビーム４０２は偏光状態が直交している。ここで、測定ビーム１１２はｓ偏光を有し、ＰＢＳ４１０のビーム分割インターフェースによって反射され、基準ビーム４０２はｐ偏光を有し、インターフェースによって伝達される。ＰＢＳ４１０は、測定ビーム１１２をエンコーダ・スケール１０５に送り、このエンコーダ・スケールは、測定ビーム１１２を回折させて、１度回折した測定ビーム４０１（たとえば、＋１次の回折次数に対応する）を含め、様々な回折次数にする。再帰反射器４３０は、１度回折した測定ビーム４０１をエンコーダ・スケール１０５に反射して戻すように配置され、このエンコーダ・スケールは、回折されていない測定ビーム１１２に平行なＰＢＳ４１０に向けて測定ビームを回折させて戻す。ビーム４０１の偏光状態はｓ偏光のままであり、ＰＢＳ４１０のインターフェースによって反射されて検出器モジュール１３０に向かう。
【００８２】
ｐ偏光の基準ビーム４０２は、再帰反射器４２０によって反射されてＰＢＳ４１０に戻り、次にＰＢＳインターフェースにおいてエンコーダ・スケール１０５から２度回折したｓ偏光の測定ビームと再結合する。オーバラップするｓ偏光ビームとｐ偏光ビームが出力ビームを形成し、このビームは検出器モジュール１３０に伝搬する。この結果、Ｙ軸の周りでのエンコーダ・スケール１０５の回転により、結果として、双方のビームが出力ビームに結合されるときに、双方のビーム間の角度発散ではなく、基準ビーム４０２に対して、２度回折した測定ビームが横方向に変位する。
【００８３】
図３に示す実施形態が、＋／−１次の回折次数に基づいて２つのチャネルを監視するように構成された、図２（Ａ）のエンコーダ・システムとそれぞれ同様の設計を実施するのと同じようにして、図４のエンコーダ・システム４００は、複数の測定チャネル向けに＋／−１次の回折次数を両方利用するように構成することができる。たとえば、図５Ａおよび５Ｂに示すエンコーダ・システム５００は、２つの測定チャネルを設け、これらのチャネルは、Ｚ方向の動きを識別するために使用することができる。図５Ａには、Ｘ−Ｚ平面でのエンコーダ・システム５００が示してあり、図５Ｂには、Ｙ−Ｚ平面でのシステムが示してある。エンコーダ・システム５００は、ビーム分割プリズム５１０、ＰＢＳ５２０、ならびに再帰反射器５３０、５４０、および５５０を備える。ビーム分割プリズム５１０は、光源モジュール１２０からの入力ビームを分割して、互いに変位した２つの平行ビーム５２２および５２４を生成し、次いでこれらのビームは、それぞれＰＢＳ５２０のビーム分割インターフェースにおいて直交偏光ビームに分割される。ＰＢＳ５２０は、１対のビーム５２５および５２６をエンコーダ・スケール１０５に送り、もう１対のビーム５２７および５２８を再帰反射器５３０に送る。
【００８４】
再帰反射器５４０は、ビーム５２５からの＋１次の回折光を再帰反射するように配置される。同様に、再帰反射器５５０は、ビーム５２６からの−１次の回折光を再帰反射するように配置される。各再帰反射器から再帰反射されたビームは、両方ともエンコーダ・スケール１０５において２度目の回折をおこない、２度回折されたこれらのビームは、ＰＢＳ５２０に送られて戻る。
【００８５】
ビーム・ブロック５４１および５５１が、１度回折された測定ビームの経路内で再帰反射器５４０および５５０にそれぞれ設けられて、エンコーダ・スケールの相互作用のそれぞれについて適切な回折次数を分離する。具体的には、ビーム・ブロック５４１は、再帰反射器５４０に配置されて、ビーム５２６から＋１次の回折次数の光をブロックする。ビーム・ブロック５５１は、再帰反射器５５０に配置されて、ビーム５２５から−１の回折次数の光をブロックする。ブロックされたビームが、図５Ａおよび５Ｂに破線で示してある。
【００８６】
エンコーダ・スケール１０５からＰＢＳ５２０に送られて戻ったビームは、ＰＢＳ５２０のインターフェースでビーム５２７および５２８とオーバラップして、１対の出力ビーム５３１および５３２を生成する。検出器モジュール１３０は、出力ビーム５３１および５３２をそれぞれ検出するように配置された、１対の検出器５３５および５３６を備える。検出器モジュールはまた、出力ビームの直交偏光成分を混合するための偏光子（図示せず）を備える。
【００８７】
エンコーダ・システム５００では、測定ビームはｓ偏光される。しかし、一般に、エンコーダ・システムは、測定ビームが他の偏光状態を有するように構成することができる。たとえば、測定ビームの偏光状態は、エンコーダ・スケール１０５から、測定ビーム向けに使用される回折次数まで最大回折強度を実現するように選択することができる。たとえば、エンコーダ・システムは、測定ビームがｐ偏光を有するように構成することができる。
【００８８】
図５Ｃを参照すると、３次元で配置されたエンコーダ・システム１７００は、２つの測定チャネルを設けるように構成され、ここで、測定ビームは回折格子１７０１においてｐ偏光を有する。エンコーダ・システム１７００は、ＮＰＢＳ１７５０、ＰＢＳ１７１０、ならびに再帰反射器１７３０、１７４０、および１７５０を備えるエンコーダ・ヘッドを有する。エンコーダ・システム１７００はまた、回折格子１７０１に面するＰＢＳ１７１０の面に配置された半波長板１７１１を備える。
【００８９】
ＮＰＢＳ１７５０は、入力ビームを２つのビームに分割し、それらをＰＢＳ１７１０に平行な経路に沿って送る。ＰＢＳ１７１０は、これらのビームのそれぞれを、測定ビームおよび基準ビームに分割する。測定ビームはｓ偏光を有し、基準ビームはｐ偏光を有する。基準ビームは、再帰反射器１７２０から反射して、ＰＢＳ１７１０に戻る。測定ビームは半波長板１７１１を通過し、この半波長板は、これらのビームをｓ偏光からｐ偏光に変換する。両方とも回折格子１７０１で回折する。再帰反射器１７３０は、測定ビームのうちの＋１次の回折次数の第１のビームを反射するように配置される。再帰反射器１７４０は、−１次の回折次数の他方の測定ビームを反射する。
【００９０】
測定ビームは、回折格子１７０１から２度目の回折をおこない、ＰＢＳ１７１０に戻る。ＰＢＳの立方体に入る前に、半波長板１７１１は、測定ビームの偏光状態をｐ偏光からｓ偏光に変換して戻す。測定ビームは、それぞれの基準ビームと再結合して、２つの出力ビーム１７６０および１７７０を形成し、これらのビームは、ＰＢＳ１７１０を出て、Ｙ軸に平行に伝搬する。
【００９１】
エンコーダ・システム１７００では、測定ビームがＰＢＳに対してｓ偏光であるが、エンコーダ・スケールの回折ビームに対してはｐ偏光であるという事実により、回折効率が高くなり、入力ビームのエネルギーを全体としてより効率よく使用できるようになる。さらに、エンコーダ・ヘッドは、特にＺ方向において、相対的にコンパクトにすることができる。たとえば、実施形態によっては、エンコーダ・ヘッドは、８１．９立方センチメートル（５立方インチ）未満（たとえば、約４９．２立方センチメートル（３立方インチ）以下、約３２．８立方センチメートル（２立方インチ）以下、約１６．４立方センチメートル（１立方インチ）以下）のボリューム内に収まる。実施形態によっては、エンコーダ・ヘッドは、Ｚ方向における厚さが２．５４センチメートル（１インチ）以下（たとえば、１ｃｍ以下、０．５ｃｍ以下）である。
【００９２】
実施形態によっては、偏光修正素子（たとえば、λ／４および／またはλ／８の波長板など、様々な遅延の波長板）を、ビームのうちの１つまたは複数のビームをより好都合な検出位置にシフトするよう組み込むことができる。たとえば、回折した測定ビームのうちの１つのビーム、および基準ビームのうちの対応する１つのビームの経路内に４分の１波長板を配置することができ、結果として、対応する出力ビームが、もう一方の出力ビームとは異なる面からＰＢＳを出ることになる。図６Ａには、エンコーダ・システム６００が４分の１波長板５５２および５５３を備えることを除いては、エンコーダ・システム５００に構造が類似しているエンコーダ・システム６００が示してある。４分の１波長板５５２は、エンコーダ・スケール１０５から回折された測定ビーム５２５の経路内に配置され、４分の１波長板５５３は、基準ビーム５２８の経路内でＰＢＳ５２０と再帰反射板５３０の間に配置される。両方のビームとも、それぞれの４分の１波長板を通る２重経路を形成し、その結果、波長板の効果は、ビームを９０°まで回転させることによりビームの偏光状態を変換することである。偏光がこのように変化する結果、出力ビーム５３２が、出力ビーム５３１とは異なる面を通ってＰＢＳ５２０を出る。
【００９３】
他の例として、図６Ｂを参照すると、エンコーダ・システム６００’において、λ／８板５５４が、ビーム５２７と５２８の両方の経路内でＰＢＳ５２０と再帰反射板５３０の間に配置されて、両方の偏光状態においてヘテロダイン基準を設ける。この実施形態では、出力ビーム５３１および５３２が、互いに異なる面からＰＢＳ５２０を出る。ＰＢＳ５２０とともにλ／８板５５４が、基準ビームを分割して立方体の両面に送り、試験ビームの偏光状態にのみ依存する面において、干渉信号へのアクセスが可能になる。しかし、より一般には、出力ビームは、いずれの測定ビーム経路が４分の１波長板を備えているかに応じて、いずれかの面から出ることができる。たとえば、戻ってくる２つの試験ビームをＰＢＳの上面で遮断するように配置されたλ／４板を置くことにより、両方の面で干渉信号へのアクセスが好都合になる。
【００９４】
一般に、やはり偏光変調素子を使用することにより、たとえば図７に示すように、左手および右手の再帰反射器について同一直線上のビームおよび同一の広がりをもつビームを有するという選択肢が可能になる。ここで、エンコーダ・システム７００は、前述の通り空間分離を使用して２つのチャネル測定を実現するのではなく、偏光状態に基づいて出力ビームを分離する。エンコーダ・システム７００は、ＰＢＳ５２０、ならびに再帰反射器５３０、５４０、および５５０の構成において、システム６００と同様である。しかしエンコーダ・システム７００は、光源モジュール１２０とＰＢＳ５２０の間にビーム・スプリッタを備えていない。ＰＢＳ５２０は入力ビーム１２２を分割して、ｓ偏光ビーム７２２およびｐ偏光ビーム７２１を生成する。ビーム７２２は、エンコーダ・スケール１０５から回折して、＋１次の回折次数（ビーム７２３）および−１次の回折次数（ビーム７２４）を含む複数の回折次数になる。再帰反射器５４０および５５０は、それぞれビーム７２３および７２４を反射するように配置される。偏光子８１０および８１２は、１度回折した測定ビーム７２４および７２３が再帰反射器によって反射される前に、それらの経路内に配置される。偏光子は両方とも、ｓ偏光を伝達するように配向された伝達軸を有する。偏光子は、再帰反射器５４０と５５０の間にビームの再循環を制限する。たとえば、偏光子８１０がない場合、ビーム７２３が、再帰反射器５４０を通って移動した後に、エンコーダ・スケール１０５に衝突すると考える。エンコーダ・スケール１０５から回折してビーム７２５になる前に、再帰反射器５５０を通過し、エンコーダ・スケール１０５から再度反射し、再帰反射器５４０を通って再循環する０次の反射が生じることになる。偏光子８１０および８１２は、この再循環ビーム、および最初に再帰反射器５４０を横切るそれに対応するビームを除去する。
【００９５】
エンコーダ・システム７００はまた、ビーム７２４の経路内の再帰反射器５５０とエンコーダ・スケール１０５の間に４分の１波長板８０１を備える。４分の１波長板８０１を通るビーム７２４の２重経路は、ビーム７２４の偏光状態をｓ偏光からｐ偏光に変換する。ビーム７２３および７２４が、エンコーダ・スケール１０５と同じ位置に入射し、ここで、これらのビームはエンコーダ・スケールによって再び回折される。２度回折したビーム７２３および７２４が再結合して、ビーム７２２に平行な経路に沿ってＰＢＳ５２０に向けて伝搬して戻るビーム７２５を形成する。
【００９６】
エンコーダ・システム７００は、ＰＢＳ５２０と再帰反射器７３０の間に、λ／８板５３２を備える。基準ビーム７２１は、再帰反射器５３０によって反射され、λ／８板を２度通過し、ｐ偏光から循環偏光に変換される。ＰＢＳ５２０は、測定ビーム７２５のｓ偏光成分と基準ビーム７２１のｐ偏光成分を結合して、検出器５６０によって検出される第１の出力ビーム５５８を形成する。ＰＢＳ５２０はまた、測定ビーム７２５のｐ偏光成分と基準ビーム７２１のｓ偏光成分を結合して、検出器５６１によって検出される第２の出力ビーム５５９を形成する。偏光子は、ＰＢＳ５２０と検出器５６０および５６１との間に配置することができるが、図７には示していない。
【００９７】
一般に、前述の実施形態は、エンコーダ・スケールからのゼロ次および／または＋／−１次の回折を利用するが、よい高い回折次数も使用することができる。たとえば、図８を参照すると、実施形態によっては、入力ビームの１つまたは両方の成分がエンコーダ・スケール１０５に送られ、回折されたある成分が、回折された別の成分と干渉することができるようになる。図８には、ミラー８３０（または他の反射素子）、回折格子８４０、および偏光ビーム・スプリッタ８１０を備えるエンコーダ・システム８００が示してある。エンコーダ・システム８００はさらに、光源モジュール１２０、ならびに検出器８２０および偏光子８１２を含む検出器モジュールを備える。
【００９８】
光源モジュール１２０は、入力ビーム１２２でエンコーダ・スケール１０５を照明し、この入力ビームは、回折されて＋１次の回折次数（ビーム８２１）および＋２次の回折次数（ビーム８２２）を含む複数の次数になる。ビーム８２１は、回折格子８４０を介してＰＢＳ８１０まで伝搬し、ビーム８２２は、ミラー８３０を介してビーム８２２まで伝搬する。ＰＢＳ８１０は、ビーム８２１のｓ偏光成分とビーム８２２のｐ偏光成分を結合して、偏光子８１２を通って検出器８２０に導かれる出力ビームを形成する。
【００９９】
エンコーダ・システム８００では、１次および２次の回折ビームが干渉する。両方の干渉成分がエンコーダ・スケールと相互作用できるようになる１つの利点は、面外のエンコーダ・スケールの（たとえば、Ｙ軸の周りの）回転が、この場合コモン・モードになることであるが、というのも、第１の回折次数と第２の回折次数の両方が、同じ回転の影響を受けているからである。同様の実施形態が図９に示してある。ここで、エンコーダ・システム９００は、エンコーダ・システム８００で使用される回折格子８４０の代わりに、バルクの光学構成部品８５０（たとえば、プリズム）を使用する。さらに、このシステムは、ビーム８２１のｐ偏光成分およびビーム８２２のｓ偏光成分から形成された出力ビームを測定するように構成される。
【０１００】
より複雑な構造体を組み上げて、たとえば、追加の測定チャネルを実現することができ、かつ／または感度を改善し、誤差要因を最小限に抑えることができる。たとえば、図１０には、＋１次、＋２次および−１次、−２次の回折次数を別々に使用して、動きの感度の解像度を改善するとともに、測定ビーム軸（Ｚ軸）に沿ったエンコーダ・スケールの動きを区別する、２つの測定チャネルのエンコーダ・システム１０００が示してある。一方の測定チャネルにおいて、エンコーダ・システム１０００は、エンコーダ・システム９００と同じ構造を使用する。−１次および−２次の回折次数を利用するために、入力ビーム１２２に対して対称に配置された同一セットの構成部品（すなわち、ＰＢＳ１０１０、バルクの光学構成部品１０５０、ミラー１０３０、偏光子１０１２、および検出器１０２０）を使用して、第２のチャネルが設けられる。
【０１０１】
Ｚ方向でのエンコーダ・スケールの動きは、両方のチャネルで共通なので、Ｘに沿ったエンコーダ・スケールの動きが逆符号で検出されている間、２つの別々の位相の合計またはその差からなる複合信号により、２つの動きを区別することができる。図１０に示す実施形態では、２つの検出器におけるＸに沿った動き（Δｘ）およびＺに沿った動き（Δｚ）の関数としての、位相の変化についての基本的な式は以下の通りである。
【０１０２】
【数４】
2013525750.tif 000006
【０１０３】
ここで、±の上付き文字は、＋または−の次数を表し、λは照明の波長であり、Λはエンコーダ・スケールの周期であり、エンコーダ・スケールの式ｎλ＝Λｓｉｎ（θｎ）は、ｎ次の回折角を示している。変位を得るために、以下の簡略な合計の式と差の式を形成する。
【０１０４】
【数５】
2013525750.tif 000007
【０１０５】
および、
【０１０６】
【数６】
2013525750.tif 000008
【０１０７】
一般に、各実施形態は、３つ以上の測定チャネルを特徴とすることができ、かつ／またはエンコーダ・スケールの変位に加えて、またはその代わりに、測定対象物の傾斜角を測定するよう構成することができる。たとえば、図１１を参照すると、エンコーダ・システム１１００により、入力ビーム１２２を分割し、２つの分離したポイントでエンコーダ・スケール１０５に問合せすることによって、測定対象物の局所的な傾斜の計算が可能になる。この例では、エンコーダ・システム１１００は、（たとえば、エンコーダ・スケール１０５と同じピッチを有する）回折格子１１１０を備え、この回折格子は、入力ビーム１２２を２つのビーム１１０１および１１０２（たとえば、それぞれ−１次および＋１次の回折次数）に分割する。非回折ビーム・スプリッタなど、他のタイプのビーム・スプリッタを使用することができる。
【０１０８】
ビーム１１０２の＋１次およびゼロ次の回折次数から、第１の測定チャネルが設けられる。エンコーダ・システム１１００は、＋１次の回折次数およびプリズム１１２４の経路内に配置されたＰＢＳ１１１４、ならびにゼロ次の回折次数の経路内のＮＰＢＳ１１３４を備える。ＮＰＢＳ１１３４は、ビーム１１０２のゼロ次の回折次数の一部分をＰＢＳ１１１４に送り、ここで、この一部分が＋１次の回折次数の成分と結合されて、第１の出力ビーム１１５２を形成し、検出器１１５０で検出する前に、このビームが偏光子１１５１によって分析される。この検出器で検出された干渉位相は、エンコーダ・スケール１０５のＸの動き、およびビーム１１０２がエンコーダ・スケール１０５に衝突する位置でのＺの動きに敏感である。
【０１０９】
ビーム１１０１の−１次およびゼロ次の回折次数から、第２の測定チャネルが設けられる。エンコーダ・システム１１００は、−１の回折次数およびプリズム１１２２の経路内に配置された偏光ビーム・スプリッタ１１１２、ならびにゼロ次の回折次数の経路内の非偏光ビーム・スプリッタ１１３２を備える。ビーム・スプリッタ１１３２は、ビーム１１０１のゼロ次の回折次数の一部分をＰＢＳ１１１２に送り、ここで、この一部分が−１の回折次数の成分と結合されて、第２の出力ビーム１１４２を形成する。偏光子１１４１は出力ビーム１１４２を分析し、次いで、このビームは検出器１１４０によって検出される。検出器１１４０で検出された干渉位相は、エンコーダ・スケール１０５のＸの動き、およびビーム１１０１がエンコーダ・スケール１０５に衝突する位置でのＺの動きに敏感である。
【０１１０】
ビーム１１０１のゼロ次の回折次数、およびビーム１１０２のゼロ次の回折次数を使用して、第３の測定チャネルが設けられる。エンコーダ・システム１１００は、ビーム１１０１のゼロ次の回折次数の一部分を反射して、非偏光ビーム・スプリッタ１１３４に隣接して配置された偏光ビーム・スプリッタ１１４４に導く光学素子（たとえば、プリズム）を備え、ここで、このビームの一部分が、ビーム１１０２のゼロ次の回折次数の一部分と結合される。結合されたビームは、検出器１１６０によって検出される。
【０１１１】
第３の測定チャネルは、２点間の幾何平均についての測定対象物の傾斜を効果的に監視し、この２点が結合しているので、別々の動きを求めるのに必要である。この幾何形状での位相測定を決定する式は以下の通りである。
【０１１２】
【数７】
2013525750.tif 000009
【０１１３】
ここで、θは、λ＝Λｓｉｎ（θ）で与えられる１次の回折角であり、φ±は、＋／−の回折ビームからの２つの位相であり、φｚは、２つの０次ビームの干渉からの位相である。これは、３つの式の単純な線形系である。３つの動きを求める。
【０１１４】
【数８】
2013525750.tif 000010
【０１１５】
ＹＺ平面内でこの幾何形状を再現すると、Ｘ軸とＹ軸の両方に沿った動きを監視できるようになる。
他の実施形態が図１２に示してあり、ここで、２つの周波数成分の空間および角度が分離されており、エンコーダ・スケール１０５と相互作用すると、自動的に、互いに異なる回折次数の組合せが可能になる。ここで、エンコーダ１２００はＰＢＳ１２１０を備え、このＰＢＳ１２００は入力ビーム１２２を分割して、ｓ偏光ビーム１２２２およびｐ偏光ビーム１２２４を生成する。ＰＢＳ１２１０は、ビーム１２２２をエンコーダ・スケール１０５に向けて送り、ミラー１２２０から反射するビーム１２２４をエンコーダ・スケール１０５に向けて伝達する。ミラー１２２０は、ビーム１２２２と同じ位置で、ビーム１２２４がエンコーダ・スケール１０５に接触するように配向される。ビーム１２２２は、通常（少なくとも名目上）エンコーダ・スケール１０５に入射し、ビーム１２２４は、非法線方向に沿ってエンコーダ・スケール１０５に入射する。両方のビームが、エンコーダ・スケール１０５によって回折されて複数の回折次数になり、システムは、ビーム１２２２および１２２４のそれぞれからの２つの回折次数がオーバラップし、２つの出力ビーム１２３１および１２３３を生成するように構成される。一般に、出力ビーム用に様々な異なる回折次数を選択することができるが、実施形態によっては、出力ビーム１２３１は、ビーム１２２２の−１次の回折次数およびビーム１２２４の＋３次の回折次数から形成することができる。出力ビーム１２３３は、ビーム１２２２の＋１次の回折次数、およびビーム１２２４の＋１次の回折次数から形成することができる。検出器１２３０および１２３２は、出力ビームを検出するように配置される。
【０１１６】
図１３には、さらなる実施形態であるエンコーダ・システム１３００が示してあり、これは、ビームの幾何形状がＰＢＳの代わりに２つの固定回折格子１３０５および１３１０を使用して実現されること以外は、エンコーダ・システム１２００と同様である。エンコーダ・システム１３００はまた、２つの偏光子１３１２および１３１４を備えており、これらは回折格子１３０５と１３１０の間に配置されている。ここで、回折格子１３０５は、入力ビーム１２２を回折させて、ビーム１３２２および１３２４（たとえば、＋１次および−１次の回折次数）を含め、様々な回折次数を生成する。偏光子１３１２は、ビーム１３２２の経路内に配置され、ビーム１３２２のｓ偏光成分を伝達する。偏光子１３１４は、ビーム１３２４の経路内に配置され、このビームのｐ偏光成分を伝達する。ここで偏光されたビーム１３２２および１３２４は、回折格子１３１０によって回折され、図１２を参照して説明するように、それぞれビーム１２２２および１２２４に対応する経路に沿ってエンコーダ・スケール１０５に向けて伝搬する。
【０１１７】
エンコーダ・システム１２００および１３００では、同様の測定を実現するための様々な光学的構成が示してある。回折および／または非回折の光学系の組合せを含め、他の構成が実現可能である。
【０１１８】
一般に、エンコーダ・システムで使用される１つまたは複数のビームの経路は、その最終用途の空間的な要求事項に適合させることができる。たとえば、１つまたは複数の経路を折り重ねて、エンコーダ・システムを特定の空間に適合させることができる。たとえば、図１４Ａ〜１４Ｃを参照すると、エンコーダ・システム１４００は、ＰＢＳ１４１０、およびエンコーダ・スケール１０５が存在する平面に平行な平面（図１６Ａに示してＸ−Ｙ面）に存在する、１対のミラー１４２２および１４２４を備える。図１４Ａには、エンコーダ・システム１４００の動作図が示してあるが、図１４Ｂおよび１４Ｃには、それぞれＸ−Ｙ面およびＹ−Ｚ面での図が示してある。ＰＢＳ１４１０は、光源からの光を分割して、直交偏光状態を有するビーム１４２１および１４２３を生成し、それぞれが、ミラー１４２２および１４２４のうちの一方から反射し、その結果、各ビームは共通のポイントでエンコーダ・スケール１０５に接触するように向きを変えられる。折曲げミラー１４１２は、Ｘ−Ｙ面からエンコーダ・スケール１０５に向けてビーム１４２１および１４２３の向きを変え、このエンコーダ・スケール１０５が、入射光を回折させて、ビーム１４０１を形成し、エンコーダ・スケール１０５をＺ軸に平行にする１対の平行で同一の広がりを有するビームを含め、１つまたは複数の回折次数を生成する。検出器１４２０は、出力ビーム１４０１を受光するように配置され、前述したのと同様にヘテロダイン干渉信号を生成する。
【０１１９】
図１４Ａに示すように、ＰＢＳ１４１０からのビーム１４２１および１４２３が、Ｚ軸に対して測定される入射角θでエンコーダ・スケール１０５に入射する。ミラー１４１２は、出力ビーム１４０１の経路内に配置された開口１４１５を備え、この出力ビームが検出器１４２０まで通過できるようになる。
【０１２０】
もちろん、回折ビームを検出器に送るための他の構成も実現可能である。たとえば、実施形態によっては、ミラーではなくビーム・スプリッタを使用して、回折光の一部分を検出器まで通過させることができる。別法として、またはさらに、出力ビーム１４０１を検出器に送るように配向された折曲げミラー１４１２とＰＢＳ１４１０の間に、追加のミラーを配置することができる。
【０１２１】
エンコーダ・システム１４００は、いくつかの利点を有することができる。たとえば、エンコーダ・システムは、１次的には、傾斜またはヨーに対する感度はないが、Ｘ方向の動き（図示の通り）だけには敏感である。さらに、このようなエンコーダ・システムは、たとえば、光が測定対象物への複数の経路を設け、そのそれぞれにおいて入射光の一部分のみが回折されて使用可能な（１つまたは複数の）次数になるエンコーダ・システムに対して、光源からの光を相対的に効率的に使用することができる。
【０１２２】
各実施形態において、エンコーダ・システムの光路を折り曲げることにより、設計者は、少なくとも１つの次元において相対的に狭くなることがある空間に、エンコーダ・ヘッドの光学装置を適合させることができるようになる。たとえば、図１６Ａ〜１６Ｃに示したエンコーダは、Ｚ方向に小さいフットプリントを有することができ、このようなエンコーダをＺ方向の相対的に小さい空間に設置できるようにする。
【０１２３】
測定対象物の追加の自由度に対する感度が必要となる実施形態では、追加のエンコーダ・ヘッドまたは他の装置を設けることができる。たとえば、Ｙの動き感度については、図１４Ａ〜１４Ｃに示すのと同様の、（Ｚ軸の周りに）９０°で配向された他のエンコーダ・ヘッドを備えてもよい。もちろん、このような構成では、Ｙ方向ならびにＸ方向で光を回折させるための測定対象物を含むことになる。たとえば、測定対象物は、直角に配向された２つの回折格子を含むことができ、またはＸ方向とＹ方向の両方で周期的とすることができる。Ｚの動きについては、変位測定干渉計（たとえば、エンコーダ・スケールに垂直にぶつかる高安定度の平面鏡干渉計）を使用することができる。
【０１２４】
実施形態によっては、ＸおよびＹの動きエンコーダ、ならびにＺの動き干渉計は、測定対象物上の様々なポイントをサンプリングできるが、Ｚの感度がない場合は、様々なポイントをサンプリングしても、一般に傾斜感度は得られない。
【０１２５】
実施形態によっては、折曲げ光学装置（たとえば、折曲げミラー）を、エンコーダ・ヘッドを形成する光学アセンブリの他の構成部品と集積化することができる。たとえば、図１５（Ａ）〜（Ｃ）を参照すると、エンコーダ・システム１５００は、ＰＢＳインターフェース１５１０、ミラー１５１２および１５１４、ならびに折曲げミラー１５２０が、全て、単一の複合光学構成部品の様々なインターフェースによって設けられている、複合モノリシック・アセンブリ１５０１を備える。たとえば、接着剤界面でＰＢＳコーティングとともに接着された２つのたとえばガラスから、アセンブリ１５０１を形成することができる。ミラー界面１５１２および１５１４は、反射コーティング（たとえば、銀または多層の誘電体コーティング）を含むことができ、素子内の全反射によって反射が生じるように構成することができる。このアセンブリは、Ｚ方向の寸法が相対的に小さくてもよい。たとえば、アセンブリは、Ｚ方向の厚さが２．５４センチメートル（１インチ）未満（たとえば、約１ｃｍ以下、約０．５ｃｍ以下）とすることができる。最終用途に応じて、アセンブリは、１６．４立方センチメートル（１立方インチ）以下のボリュームを占めることができる。
【０１２６】
一般に、エンコーダ・スケールの自由度についての情報を決定することを含め、前述の分析法のいずれも、コンピュータのハードウェアもしくはソフトウェア、またはその両方の組合せで実施することができる。たとえば、実施形態によっては、電子プロセッサ１５０は、コンピュータに設置し、１つまたは複数のエンコーダ・システムに接続することができ、またエンコーダ・システムからの信号の分析を実行するように構成することができる。分析は、本明細書に記載の方法に従う標準的なプログラミング技法を使用するコンピュータ・プログラムで実施することができる。プログラム・コードが入力データ（たとえば、干渉位相情報）に適用されて、本明細書に記載の機能を実行し、出力情報（たとえば、自由度の情報）を生成する。この出力情報が、表示モニタなど、１つまたは複数の出力装置に加えられる。各プログラムは、高水準の手続きプログラミング言語またはオブジェクト指向プログラミング言語で実施して、コンピュータ・システムと通信してもよい。しかし、必要なら、プログラムは、アセンブリ言語または機械語で実施することができる。どんな場合でも、言語は、コンパイル型言語またはインタープリタ型言語とすることができる。さらに、プログラムは、その目的用に予めプログラムされた専用の集積回路上で実行することができる。
【０１２７】
本明細書に記載の手順を実行するよう、記憶媒体または記憶装置がコンピュータに読み込まれるときに、コンピュータを構成し動作させるために、このようなコンピュータ・プログラムはそれぞれ、一般または特殊目的のプログラム可能なコンピュータで読取り可能な記憶媒体または記憶装置（たとえば、ＲＯＭもしくは磁気ディスケット）に記憶されることが好ましい。コンピュータ・プログラムはまた、プログラムを実行中にはキャッシュ・メモリまたはメイン・メモリに常駐することができる。分析法はまた、コンピュータ・プログラムで構成された、コンピュータ読取り可能な記憶媒体として実施することができ、ここで、そのように構成された記憶媒体により、コンピュータは、特定の事前定義された方式で動作して、本明細書に記載の機能を実行できるようになる。
【０１２８】
リソグラフィ・ツール用途
コンピュータ・チップなどの大規模集積回路を製造するのに使用されるリソグラフィ用途において、リソグラフィ・ツールは特に有用である。リソグラフィは、半導体製造産業にとって、鍵となるテクノロジー・ドライバである。１００ｎｍの線幅（設計ルール）以下にまでオーバレイを改良することが、もっとも困難な５つの挑戦のうちの１つであり、たとえば「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｒｏａｄｍａｐ」（１９９７年）の８２頁を参照されたい。
【０１２９】
オーバレイは、性能、たとえばウェーハおよびレチクル（すなわちマスク）のステージを位置決めするのに使用される度量衡システムの確度および精度に直接依存する。リソグラフィ・ツールは、５，０００万ドルから１億ドル／年の製品を生産することがあるので、度量衡システムを改善することで得られる経済価値は大きい。リソグラフィ・ツールの歩留がそれぞれ１％上昇すると、結果として、集積回路製造業者にほぼ１００万ドル／年の経済利益がもたらされ、リソグラフィ・ツールのベンダには競争に有利な大きな利点がもたらされる。
【０１３０】
リソグラフィ・ツールの機能は、空間的にパターン形成された放射を、フォトレジストでコーティングされたウェーハに送ることである。このことには、ウェーハのどの位置で放射を受けることになるのか決定すること（位置合わせ）と、その位置でフォトレジストに放射を加えること（露光）とが必要となる。
【０１３１】
露光中、放射源は、パターン形成されたレチクルを照明し、このレチクルは、放射を散乱して、空間的にパターン形成された放射を生成する。レチクルはマスクとも呼ばれ、これらの用語は、以下で交換可能に使用される。縮小リソグラフィの場合、縮小レンズが散乱放射を収集し、レチクル・パターンの縮小イメージを形成する。あるいは、プロキシミティ露光の場合、レチクル・パターンの１：１のイメージを生成するようにウェーハに接触する前に、散乱放射が伝搬する距離はわずかである（通常、およそ数ミクロン程度である）。この放射は、放射パターンをレジスト内の潜像に変換する光化学ことを、レジストにおいて開始する。
【０１３２】
ウェーハを適切に位置決めするために、ウェーハは、専用のセンサによって測定できる位置合わせマークをウェーハ上に備える。位置合わせマークの測定位置が、ツール内のウェーハの位置を定める。この情報は、ウェーハ表面の所望のパターン形成の仕様とともに、空間的にパターン形成された放射に対するウェーハの位置合わせを誘導する。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ーハを支持する移動可能なステージは、放射がウェーハの正確な位置を露光するようにウェーハを移動させる。リソグラフィ・ツール、たとえばリソグラフィ・スキャナによっては、露光中にウェーハに合わせて移動される移動可能なステージ上にマスクも配置される。
【０１３３】
前述のエンコーダ・システムなどのエンコーダ・システムは、ウェーハおよびレチクルの位置を制御し、レチクルのイメージをウェーハ上に位置合わせする、位置決め機構の重要な構成部品である。このようなエンコーダ・システムが前述の特徴を備える場合、システムによって測定される距離の確度を、オフラインの保守を行うことなく長期間にわたって向上および／または維持することができ、結果として、歩留が改善し、ツールの故障時間が減少することにより、スループットが高くなる。
【０１３４】
一般に、リソグラフィ・ツールは、露光システムとも呼ばれるが、通常、照明システムおよびウェーハ位置決めシステムを備える。照明システムは、紫外線、可視光、ｘ線、電子線、またはイオン放射などの放射を供給する放射源、および、放射をパターン化し、それにより空間的にパターン形成された放射を生成するレチクルすなわちマスクを備える。さらに、縮小リソグラフィの場合、照明システムには、空間的にパターン形成された放射をウェーハ上に結像させるためのレンズ・アセンブリが含まれ得る。結像された放射は、ウェーハ上にコーティングされたレジストを露光する。照明システムはまた、マスクを支持するためのマスク・ステージ、および、マスクを通して向けられた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を備える。ウェーハ位置決めシステムは、ウェーハを支持するためのウェーハ・ステージ、および、結像された放射に対するウェーハ・ステージの位置を調整するための位置決めシステムを備える。集積回路の製造には、複数の露光ことが含まれ得る。リソグラフィについての一般的な参考として、たとえば、ＭｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙでのＪ．Ｒ．ＳｈｅａｔｓおよびＢ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈ著「Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９９８年）を参照されたい。この内容を参考として本明細書に援用する。
【０１３５】
前述のエンコーダ・システムを使用して、レンズ・アセンブリ、放射源、または支持構造体など、露光システムの他の構成部品に対するウェーハ・ステージおよびマスク・ステージのそれぞれの位置を精密に測定することができる。こうした場合には、エンコーダ・システムの光学アセンブリを、固定した構造体に取り付けることができ、エンコーダ・スケールを、マスクおよびウェーハ・ステージのうちの１つなど移動可能な要素に取り付けることができる。あるいは、光学アセンブリを移動可能な対象物に取り付け、エンコーダ・スケールを固定した対象物に取り付けて、この状況を逆にすることができる。
【０１３６】
より一般には、このようなエンコーダ・システムを使用して、露光システムの任意の１つの構成部品に対する、露光システムの任意の他の構成部品の位置を測定することができ、ここで、光学アセンブリが、構成部品の一方に取り付けられ、またはそれによって支持され、エンコーダ・スケールが、構成部品の他方に取り付けられ、またはそれによって支持される。
【０１３７】
干渉システム１８２６を使用するリソグラフィ・ツール１８００の１例が、図１６に示してある。エンコーダ・システムは、露光システム内のウェーハ（図示せず）の位置を精密に測定するのに使用される。ここで、ステージ１８２２を使用して、露光ステーションに対して、ウェーハを位置決めし、支持する。スキャナ１８００はフレーム１８０２を備え、このフレームは、他の支持構造体および様々な構成部品を、その構造体上に担持する。露光ベース１８０４は、その上にレンズ・ハウジング１８０６を取り付け、その頂部にレチクルすなわちマスクのステージ１８１６を取り付け、このステージが、レチクルすなわちマスクを支持するのに使用される。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が、概略的に要素１８１７で示してある。位置決めシステム１８１７には、たとえば、圧電変換器要素および対応する制御電子装置が含まれ得る。説明しているこの実施形態には含まれていないが、前述のエンコーダ・システムのうちの１つまたは複数を使用して、マスク・ステージ、ならびに、リソグラフィ構造体を製造するためのことにおいて位置を正確に監視しなければならない他の移動可能な要素の位置を精密に測定することもできる（前述のＭｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙでのＳｈｅａｔｓおよびＳｍｉｔｈ著「Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」参照）。
【０１３８】
ウェーハ・ステージ１８２２を担持する支持ベース１８１３が、露光ベース１８０４の下につるしてある。ステージ１８２２は、光学アセンブリ１８２６によってステージに送られる測定ビーム１８５４を回折させるための測定対象物１８２８を備える。光学アセンブリ１８２６に対してステージ１８２２を位置決めするための位置決めシステムが、概略的に要素１８１９で示してある。位置決めシステム１８１９には、たとえば、圧電変換器要素および対応する制御電子装置が含まれ得る。測定対象物は、測定ビームを回折させ、露光ベース１１０４に取り付けられた光学アセンブリまで反射して戻る。エンコーダ・システムは、前述の実施形態のいずれとすることもできる。
【０１３９】
動作中、放射ビーム１８１０、たとえば、ＵＶレーザ（図示せず）からの紫外線（ＵＶ）ビームが、ビーム整形光学アセンブリ１８１２を通過し、ミラー１８１４で反射した後に下向きに進む。その後、放射ビームは、マスク・ステージ１８１６によって担持されるマスク（図示せず）を通過する。マスク（図示せず）は、レンズ・ハウジング１８０６内に担持されたレンズ・アセンブリ１８０８を介して、ウェーハ・ステージ１８２２上のウェーハ（図示せず）に結像される。ベース１８０４、およびそれによって支持された様々な構成部品は、ばね１８２０によって示した制振システムによって、環境の振動から分離される。
【０１４０】
実施形態によっては、前述のエンコーダ・システムのうちの１つまたは複数を使用して、たとえば、それだけに限定されないが、ウェーハおよびレチクル（すなわちマスク）のステージに関連した複数の軸および角度に沿った変位を測定することができる。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、他のビームを使用してウェーハを露光することができる。
【０１４１】
実施形態によっては、光学アセンブリ１８２６を位置決めして、レチクル（すなわちマスク）ステージ１８１６、またはスキャナ・システムの他の移動可能な構成部品の位置の変化を測定することができる。最後に、スキャナに加えて、またはスキャナではなく、ステッパを必要とするリソグラフィ・システムとともに、同様にしてエンコーダ・システムを使用することができる。
【０１４２】
当技術分野でよ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ための製造法の重要な部分である。たとえば、米国特許第５，４８３，３４３号には、このような製造法のことが概説してある。図１７Ａおよび１７Ｂを参照して、これらのことを以下に説明する。図１７Ａは、半導体チップ（たとえば、ＩＣまたはＬＳＩ）、液晶パネル、またはＣＣＤなど、半導体デバイスを製造することの順序の流れ図である。こと１９５１は、半導体デバイスの回路を設計するための設計ことである。こと１９５２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ことである。こと１９５３は、シリコンなどの材料を使用して、ウェーハを製造するためのことである。
【０１４３】
こと１９５４は、前こと（ｐｒｅ−ｐｒｏｃｅｓｓ）と呼ばれるウェーハことであり、そのように準備されたマスクおよびウェーハを使用して、リソグラフィを介してウェーハ上に回路が形成される。十分な空間解像度で、マスク上のパターンに一致する回路をウェーハ上に形成するために、ウェーハに対するリソグラフィ・ツールの干渉位置決めが必要である。本明細書に記載の干渉法およびそのシステムは、ウェーハことで使用されるリソグラフィの有効性を改善するのに、特に有用になる可能性がある。
【０１４４】
こと１９５５は、後こと（ｐｏｓｔ−ｐｒｏｃｅｓｓ）と呼ばれる組立てことであり、こと１９５４で処理されたウェーハが、半導体チップに形成される。このことは、組み立てること（ダイシングおよびボンディング）およびパッケージすること（チップ封止）を含む。こと１９５６は、検査ことであり、こと１９５５で製造された半導体デバイスの動作検査、耐久性検査などが実行される。これらのことを使用して、半導体デバイスが完成し、出荷される（こと１９５７）。
【０１４５】
図１７Ｂは、ウェーハことの詳細を示す流れ図である。こと１９６１は、ウェーハの表面を酸化させるための酸化ことである。こと１９６２は、ウェーハ表面上に絶縁膜を形成するためのＣＶＤことである。こと１９６３は、蒸着によってウェーハ上に電極を形成するための電極形成ことである。こと１９６４は、ウェーハにイオンを注入するためのイオン注入ことである。こと１９６５は、レジスト（感光性の材料）をウェーハに加えるためのレジストことである。こと１９６６は、前述の露光装置を用いて、露光（すなわちリソグラフィ）により、マスクの回路パターンをウェーハ上に焼き付けるための露光ことである。またしても前述のように、本明細書に記載の干渉システムおよびその方法を使用すると、このようなリソグラフィ・ことの確度および解像度が改善する。
【０１４６】
こと１９６７は、露光済みのウェーハを現像するための現像ことである。こと１９６８は、現像されたレジスト・イメージではない部分を取り除くためのエッチングことである。こと１９６９は、エッチングことを経た後でウェーハ上に残っているレジスト材料を分離するためのレジスト分離ことである。これらのことを繰り返すことで、ウェーハ上に、回路パターンが形成され、また重畳される。
【０１４７】
前述のエンコーダ・システムは、対象物の相対的な位置を精密に測定する必要のある、他の用途でも使用することができる。たとえば、基板またはビームのいずれかが移動するにつれて、レーザ、ｘ線、イオン・ビーム、または電子ビームが基板上にパターンをマーキングする用途では、エンコーダ・システムを使用して、基板と書込みビームの間の相対的な動きを測定することができる。
【０１４８】
他の実施形態は、以下の特許請求の範囲にある。
【図１】
2013525750.tif 000011
【図５Ｃ】
2013525750.tif 000012
【図１６】
2013525750.tif 000013
【図２】
2013525750.tif 000014
【図３】
2013525750.tif 000015
【図４】
2013525750.tif 000016
【図５Ａ】
2013525750.tif 000017
【図５Ｂ】
2013525750.tif 000018
【図６Ａ】
2013525750.tif 000019
【図６Ｂ】
2013525750.tif 000020
【図７】
2013525750.tif 000021
【図８】
2013525750.tif 000022
【図９】
2013525750.tif 000023
【図１０】
2013525750.tif 000024
【図１１】
2013525750.tif 000025
【図１２】
2013525750.tif 000026
【図１３】
2013525750.tif 000027
【図１４Ａ】
2013525750.tif 000028
【図１４Ｂ】
2013525750.tif 000029
【図１４Ｃ】
2013525750.tif 000030
【図１５】
2013525750.tif 000031
【図１７Ａ】
2013525750.tif 000032
【図１７Ｂ】
2013525750.tif 000033
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月10日(2012.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンコーダ・スケールの少なくとも一つの自由度に沿った変化についての情報を決定するための方法であって、
異なる経路に沿って第１のビームおよび第２のビームを導き、該第１のビームと第２のビームを結合して出力ビームを形成することであって、該第１のビームおよび第２のビームが共通の光源から発生し、該第１のビームおよび第２のビームは異なる周波数を有し、該第１のビームが非リトロー角で該エンコーダ・スケールに接触し、該第１のビームが該エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折する、前記形成すること、
該出力ビームに基づいて干渉信号を検出することであって、該干渉信号が、該第１のビームと該第２のビームとの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む、前記検出すること、
該ヘテロダイン位相に基づいて該エンコーダ・スケールの少なくとも一つの自由度についての情報を決定すること
を含み、前記エンコーダ・スケールは、面内に延在し、前記少なくとも一つの自由度は、前記エンコーダ・スケールの面外の自由度を含む、方法。
【請求項２】
前記第１のビームは、回折した測定ビームが前記エンコーダ・スケールに対して垂直になるように、ある角度で該エンコーダ・スケールに入射する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記自由度が、前記エンコーダ・スケールの面内に存在する軸に沿った該エンコーダ・スケールの位置である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のビームが、前記エンコーダ・スケールに接触しない、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のビームが、前記エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記回折された第２のビームが、ゼロ次の回折ビームである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記情報が、２つ以上のヘテロダイン位相測定値に基づいて得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第３のビームと第４のビームを結合して、第２の出力ビームを形成することであって、前記第３のビームおよび第４のビームが前記共通の光源から得られ、該第３のビームが前記エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折する、前記形成すること、
該第２の出力ビームに基づいて第２の干渉信号を検出することであって、該第２の干渉信号が、該第３のビームと該第４のビームの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む、前記検出すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記自由度が、前記エンコーダ・スケールの面内の第１の軸に沿った該エンコーダ・スケールの変位に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記エンコーダ・スケールの第２の自由度についての情報を決定することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記共通の光源によって生成され、かつ前記第１のビームがそこから得られる入力ビームの基準位相を監視することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
エンコーダ・システムであって、
入力ビームから第１のビームおよび第２のビームを得て、該第１のビームおよび第２のビームを互いに異なる経路に沿って導き、該第１のビームと第２のビームを結合して出力ビームを形成するように構成された光学アセンブリであって、該第１のビームおよび第２のビームが互いに異なる周波数を有する、前記光学アセンブリと、
面内に延在する回折エンコーダ・スケールであって、該回折エンコーダ・スケールは、該第１のビームが非リトロー角で回折エンコーダ・スケールに接触し、該第１のビームが該回折エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折するように、該第１のビームの経路に配置されている、前記回折エンコーダ・スケールと、
該出力ビームを検出するように配置された検出器と、
該第１のビームと第２のビームとの間の光路差に関連したヘテロダイン位相を含む干渉信号を該検出器から受信し、該ヘテロダイン位相に基づいて該エンコーダ・スケールの少なくとも一つの自由度についての情報を決定するように構成された電子プロセッサと
を備え、前記少なくとも一つの自由度は、前記エンコーダ・スケールの面外の自由度を含む、エンコーダ・システム。
【請求項１３】
前記光学アセンブリが、前記入力ビームを前記第１のビームおよび第２のビームに分割する光学素子を備える、請求項１２に記載のエンコーダ・システム。
【請求項１４】
前記光学素子が、前記第１のビームと第２のビームを結合して、前記出力ビームを形成する、請求項１３に記載のエンコーダ・システム。
【請求項１５】
前記光学アセンブリは、前記第１のビームおよび第２のビームを得る前に、前記入力ビームを２つの平行なサブ入力ビームに分割するように構成された、１つまたは複数の光学素子を備える、請求項１２に記載のエンコーダ・システム。
【請求項１６】
前記光学アセンブリは、前記サブ入力ビームのうちの一方を前記第１のビームおよび第２のビームに分割し、他方のサブ入力ビームを第３のビームおよび第４のビームに分割するように構成されたビーム・スプリッタを備え、該光学アセンブリが、該第３のビームおよび第４のビームを、互いに異なる経路に沿って導き、該第３のビームと第４のビームとを結合して第２の出力ビームを形成する、請求項１５に記載のエンコーダ・システム。
【請求項１７】
前記光学アセンブリが、前記第３のビームを導いて、前記エンコーダ・スケールから少なくとも１度回折させる、請求項１６に記載のエンコーダ・システム。
【請求項１８】
前記光学アセンブリは、１度回折した第１のビームおよび第３のビームをそれぞれ反射して、前記エンコーダ・スケールから２度目に回折させるように配置された２つの再帰反射器を備え、前記第１及び第３のビームは、互いに異なる位置で前記エンコーダ・スケールに接触する、請求項１７に記載のエンコーダ・システム。
【請求項１９】
前記光学アセンブリにおける前記入力ビームの経路が、第１の出力ビームおよび第２の出力ビームの経路に平行である、請求項１６に記載のエンコーダ・システム。
【請求項２０】
前記光学アセンブリが、前記第１のビームの前記経路内に半波長板を備える、請求項１２に記載のエンコーダ・システム。
【請求項２１】
前記エンコーダ・スケールが回折格子を備える、請求項１２に記載のエンコーダ・システム。
【請求項２２】
前記回折格子が、１次元または２次元の回折格子である、請求項２１に記載のエンコーダ・システム。
【請求項２３】
システムであって、
移動可能なステージと、
請求項１２に記載のエンコーダ・システムと
を備え、エンコーダ・スケールまたは光学アセンブリのいずれかが該ステージに取り付けられている、システム。
【国際調査報告】
2013525750.tif 000034
2013525750.tif 000035