(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィ装置のためのアライメントセンサであって、当該アライメントセンサはリソグラフィ装置の固定部分に対するリソグラフィ装置の可動部分のアライメントを測定するよう配置および構成され、当該アライメントセンサは、
ある光波長及びあるパルス繰り返し周波数のパルス列を発生するよう構成される光源と、
パルス列の光伝播経路に配置される非線形光学素子であって、前記光波長のパルス列をある光波長範囲の変換パルス列に変換するよう構成される非線形光学素子と、
前記変換パルス列をアライメントマーク上に投影するよう構成される光学結像システムと、
前記アライメントマークにより散乱された散乱フィールドを検出する検出器と、
前記検出器により検出された検出散乱フィールドからアライメントデータを導き出すよう構成されるデータ処理装置と、を備え、
前記光学結像システムはパルス遅延発生器を備え、
前記パルス遅延発生器は、
前記パルス列を第１偏光の第１偏光パルス列と前記第１偏光と異なる第２偏光の第２偏光パルス列とに分離するよう構成されるスプリッタと、
前記第１偏光パルス列と前記第２偏光パルス列を結合パルス列に再結合するよう構成される再結合器と、を備え、
前記第１偏光パルス列の伝播経路の伝播経路長は、第１および第２偏光パルス列の一方を偏光パルス列の他方に対して遅延させるよう、前記第２偏光パルス列の伝播経路の伝播経路長とは異なっており、
前記光学結像システムは、前記結合パルス列をアライメントマーク上に投影するよう構成される、
ことを特徴とするアライメントセンサ。
【請求項２】
第１偏光パルス列の伝播経路の伝播経路長と第２偏光パルス列の伝播経路の伝播経路長の差は、パルス繰り返し周波数のパルス繰り返し時間の１０％から５０％の相対遅延分、第１偏光パルス列と第２偏光パルス列を互いに対して遅延させることを特徴とする請求項１に記載のアライメントセンサ。
【請求項３】
前記パルス遅延発生器は、前記再結合器の下流に配置された４分の１波長板をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のアライメントセンサ。
【請求項４】
前記光学結像システムは、前記光学結像システムの光路内の前記パルス遅延発生器の下流に、第２パルス遅延発生器をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のアライメントセンサ。
【請求項５】
前記パルス遅延発生器は、前記パルス遅延発生器の前記再結合器の下流に配置された２分の１波長板をさらに備え、前記第２パルス遅延発生器は、前記第２パルス遅延発生器の前記再結合器の下流に配置された４分の１波長板をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のアライメントセンサ。
【請求項６】
１つのパルス遅延発生器とさらなるパルス遅延発生器のそれぞれの経路長の差は、パルス繰り返し周波数のパルス繰り返し時間の２５％から５０％の間であり、もう１つのパルス遅延発生器とさらなるパルス遅延発生器のそれぞれの経路長の差は、パルス繰り返し周波数のパルス繰り返し時間の５％から２５％の間であることを特徴とする請求項４または５に記載のアライメントセンサ。
【請求項７】
前記パルス遅延発生器及び／又は前記第２パルス遅延発生器は、前記スプリッタおよび前記再結合器の一部をそれぞれ形成する分離面および再結合面を備える第１光学ブロックであって、前記分離面および前記再結合面が伝播経路に対して４５度の角度で配置される第１ブロックと、前記分離面および前記再結合面とそれぞれ実質的に平行に配置されるとともに、前記分離面および前記再結合面から、前記スプリッタの前記分離面からの１つの偏光パルス列が反射する反射方向に間隔をあけた２つの反射面を有する第２光学ブロックと、により形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のアライメントセンサ。
【請求項８】
前記第２光学ブロックは、前記第１光学ブロックまで延在していることを特徴とする請求項７に記載のアライメントセンサ。
【請求項９】
前記データ処理装置は、前記検出器により検出される散乱フィールドのパルス列を滑らかにするよう構成されるローパスフィルタを備え、前記データ処理装置は、前記ローパスフィルタの出力信号を積分し、積分されたローパスフィルタの出力信号と記憶されたキャリブレーション信号とを比較し、該比較からアライメントデータを導き出すよう構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のアライメントセンサ。
【請求項１０】
前記非線形光学素子は、光波長を白色光の光学スペクトルに変換するよう構成されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のアライメントセンサ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載のアライメントセンサを備えることを特徴とするリソグラフィ装置。
【請求項１２】
基板を保持する基板テーブルを備え、前記アライメントセンサは、前記基板のアライメントマークによって、前記基板テーブルにより保持された基板の位置を決定するよう構成されることを特徴とする請求項１１に記載のリソグラフィ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年７月３０日に出願された米国仮出願第６２／０３０，６３９号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、アライメントセンサおよびそのようなアライメントセンサを備えるリソグラフィ装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、たいていは基板の目標部分に与える機械である。リソグラフィ装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に用いられる。その場合、マスクまたはレチクルとも称されるパターニングデバイスがＩＣの個々の層に形成される回路パターンを生成するために使用されうる。このパターンは、基板（例えばシリコンウェーハ）上の（例えばダイの一部、一つのダイ、またはいくつかのダイを含む）目標部分に転写されることができる。パターンは典型的に基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層への結像により転写される。一般に、一枚の基板にはネットワーク状に隣接する目標部分が含まれ、これらは連続してパターン付与される。従来のリソグラフィ装置は、いわゆるステッパおよびスキャナを含む。ステッパでは、パターン全体を目標部分に一回で露光することで各目標部分が照射される。スキャナでは、放射ビームに対してパターンを所与の方向（「スキャン」方向）にスキャンするとともに、この方向に平行または反平行に基板を同期させてスキャンすることにより各目標部分が照射される。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へパターンを転写することが可能である。
【０００４】
リソグラフィでは、半導体構造を製造するときに、多くの層が互いの上に設けられる。オーバーレイエラーを低減するために、層は小さい線幅を達成できるよう互いに対して正確にアライメントされなければならない。
【０００５】
そこに、アライメントセンサが利用される。基板の１つ以上の処理層にアライメントマークが設けられる。基板がリソグラフィ装置に搭載されるたびに、アライメントマークが測定され、それから基板の位置が導き出される。そこで、アライメントセンサは、そのマークにより散乱を生じさせるために、光パルスをアライメントマーク上に投影する。散乱フィールドの強度は、光学的処理の後に、例えば干渉計による光学的処理の後に、検出器により測定され、位置情報（検出器に対するマークの位置を表す）がそこから導き出される。アライメントマークは、例えば回折格子または非回折構造を備えてよい。回折格子により散乱する光は、一般的には回折光と称される散乱フィールドである。
【０００６】
基板構造は、ますます複雑になる傾向があり、基板に設けられる層の総数は増加傾向にある。その結果、アライメントに用いられるマークは、その上に設けられるいくつかの層で覆われる可能性がある。層の構造によって、特定の光波長の光の透過が影響を受ける可能性がある。その結果、そのような波長の光パルスが、これらの層によって吸収、反射または他の影響を受ける可能性がある。マークを確実に検出する可能性を高めるために、多波長の光パルスが用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
より正確なアライメント測定を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある実施形態によれば、リソグラフィ装置のためのアライメントセンサが提供される。当該アライメントセンサはリソグラフィ装置の固定部分に対するリソグラフィ装置の可動部分のアライメントを測定するよう配置および構成される。当該アライメントセンサは、
【０００９】
ある光波長及びあるパルス繰り返し周波数のパルス列を発生するよう構成される光源と、
【００１０】
パルス列の光伝播経路に配置される非線形光学素子であって、光波長のパルス列をある光波長範囲の変換パルス列に変換するよう構成される非線形光学素子と、
【００１１】
変換パルス列をアライメントマーク上に投影するよう構成される光学結像システムと、
【００１２】
アライメントマークにより散乱された散乱フィールドを検出する検出器と、
【００１３】
検出器により検出された検出散乱フィールドからアライメントデータを導き出すよう構成されるデータ処理装置と、を備える。
【００１４】
光学結像システムは、パルス遅延発生器を備え、
【００１５】
パルス遅延発生器は、
【００１６】
パルス列を第１偏光の第１偏光パルス列と第１偏光と異なる第２偏光の第２偏光パルス列とに分離するよう構成されるスプリッタと、
【００１７】
第１偏光パルス列と第２偏光パルス列を結合パルス列に再結合するよう構成される再結合器と、を備える。
【００１８】
第１偏光パルス列の伝播経路の伝播経路長は、第１および第２偏光パルス列の一方を偏光パルス列の他方に対して遅延させるよう、第２偏光パルス列の伝播経路の伝播経路長とは異なっており、
【００１９】
光学結像システムは、結合パルス列をアライメントマーク上に投影するよう構成される。
【００２０】
本発明の別の実施形態では、このようなアライメントセンサを備えるリソグラフィ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
添付の模式図を参照して、例示のみを目的として本発明の実施形態について以下で説明する。模式図において、対応する参照符号は対応する部分を指し示す。
【００２２】
【図１Ａ】本発明の実施形態が設けられる反射型リソグラフィ装置を模式的に示す図である。
【００２３】
【図１Ｂ】本発明の実施形態が設けられる透過型リソグラフィ装置を模式的に示す図である。
【００２４】
【図２】本発明の実施形態が実行されるアライメントセンサの模式図である。
【００２５】
【図３】本発明の実施形態に係るアライメントセンサに備えられるパルス遅延発生器の模式図である。
【００２６】
【図４】本発明の実施形態に係るアライメントセンサに備えられるパルス遅延発生器の別の実施形態の模式図である。
【００２７】
【図５】図３に従うパルス遅延発生器の実装の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
この明細書は、本発明の特徴を含む一以上の実施の形態を開示する。開示される実施の形態は、本発明を例示のみする。本発明の範囲は、開示される実施の形態に限定されない。本発明は、本書に添付される請求項によって定義される。
【００２９】
本書における「一つの実施の形態」、「ある実施の形態」、「ある例示的な実施の形態」などといった言及は、その説明される実施の形態がある特定の特徴、構造、又は性質を含んでもよいことを表すが、その特定の特徴、構造、又は性質がどの実施の形態にも必ず含まれうることを表すものではない。また、こうした言い回しは同一の実施の形態に言及するものでは必ずしもない。さらに、ある特定の特徴、構造、又は性質がある実施の形態と結びつけて説明されるとき、そうした特徴、構造、又は性質を他の実施の形態と結びつけてもたらすことはそれが明示的に説明されているか否かにかかわらず当業者の知識の範囲内にあるものと理解される。
【００３０】
しかしながら、このような実施の形態を詳細に記載する前に、本発明の実施の形態が実施されうる例示的な環境を示すことが有益である。
【００３１】
［反射型および透過型リソグラフィシステム例］
図１Ａおよび１Ｂは、本発明の実施の形態が実装されうるリソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’をそれぞれ模式的に示す図である。リソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’はそれぞれ以下を含む。放射ビームＢ（例えばＤＵＶまたはＥＵＶ放射）を調整するよう構成される照明システム（イルミネータ）ＩＬと；パターニングデバイス（例えばマスク、レチクルまたはダイナミックパターニングデバイス）ＭＡを支持するように構成され、パターニングデバイスを正確に位置決めするように構成される第１位置決めシステムＰＭに接続されるサポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと；基板（例えば、レジストコートされたウェハ）Ｗを保持するように構成され、基板Ｗを正確に位置決めするように構成される第２位置決めシステムＰＷに接続される基板テーブル（例えば、ウェハテーブル）ＷＴと；を含む。リソグラフィ装置１００および１００’は、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されるパターンを基板Ｗの（例えば一以上のダイを備える）目標部分Ｃに投影する投影システムＰＳを有する。リソグラフィ装置１００において、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳは反射型である。リソグラフィ装置１００’において、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳは透過型である。
【００３２】
照明システムＩＬは、放射Ｂを方向付け、成形し、または制御するための屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、静電型、あるいは他の種類の光学素子といった各種光学素子、またはこれらの任意の組合せを含んでもよい。
【００３３】
サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡの向き、リソグラフィ装置１００および１００’の設計および例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されるか否かといった他の条件に応じた方法でパターニングデバイスＭＡを保持する。サポート構造ＭＴは、機械式、真空式、静電式または他の固定技術を用いてパターニングデバイスＭＡを保持してもよい。サポート構造ＭＴは、フレームまたはテーブルであってもよく、例えばこれらは要求に応じて固定式であっても可動式であってもよい。サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスが、例えば投影システムＰＳに対して、所望の位置にあることを確実にしてもよい。
【００３４】
「パターニングデバイス」ＭＡの用語は、例えば基板Ｗの目標部分Ｃにパターンを生成するために放射ビームＢの断面にパターンを付与するのに使用可能な任意のデバイスを指し示すものと広義に解釈されるべきである。放射ビームＢに付与されるパターンは、目標部分Ｃに生成される集積回路等のデバイスにおける特定の機能層に対応することができる。
【００３５】
パターニングデバイスＭＡは、（図１Ｂのリソグラフィ装置１００’のように）透過型であってもよいし、（図１Ａのリソグラフィ装置１００のように）反射型であってもよい。パターニングデバイスＭＡの例には、マスクや、プログラマブルミラーアレイ、プログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィにおいて周知であり、バイナリマスク、レベンソン型位相シフトマスク、減衰型位相シフトマスク、さらには多様なハイブリッド型マスクなどのマスク型を含む。プログラマブルミラーアレイは例えば、小型ミラーのマトリックス配列で構成され、各ミラーは、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個別に傾けることが可能である。傾けられたミラーは、ミラーマトリックスにより反射された放射ビームＢにパターンを付与する。
【００３６】
「投影システム」ＰＳの用語は、用いられる露光放射や、液浸液の使用または真空環境の使用などの他の要素に応じて、屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、静電型の光学システムまたはこれらのいかなる組合せを含む、いかなる種類の投影システムを包含することができる。真空環境はＥＵＶまたは電子ビーム放射のために用いることができる。他のガスは非常に多くの放射または電子を吸収しうるからである。したがって、真空環境は真空壁および真空ポンプの助けによりビーム経路の全体に与えることができる。
【００３７】
リソグラフィ装置１００および／またはリソグラフィ装置１００’は、二つの基板テーブル（デュアルステージ）またはそれ以上の基板テーブル（および／または二つ以上のマスクテーブル）ＷＴを有する種類の装置であってもよい。このような「マルチステージ」の機械において、追加の基板テーブルＷＴが並行して使用されてもよいし、一以上のテーブルが露光のために使用されている間に一以上の他の基板テーブルＷＴで準備工程が実行されてもよい。
【００３８】
リソグラフィ装置（特に図１Ｂを参照して説明されるような透過型のもの）は、基板の少なくとも一部が、比較的高い屈折率を有する例えば水などの液体で覆われて投影系と基板との間の空間を満たすものであってもよい。液浸液は、例えばマスクと投影系の間などのリソグラフィ装置の他の空間に適用されるものであってもよい。液浸技術は、投影系の開口数を増大させるために使用可能である。本明細書では「液浸」という用語は、基板等の構造体が液体に完全に浸されているということを意味するのではなく、露光中に投影系と基板の間に液体が存在するということを意味するに過ぎない。
【００３９】
図１Ａおよび１Ｂに示されるように、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯからの放射ビームを受け取る。放射源ＳＯおよびリソグラフィ装置１００，１００’は、例えば放射源ＳＯがエキシマレーザである場合に、分離して存在してもよい。このような場合、放射源ＳＯはリソグラフィ装置１００または１００’の部分を形成するものではないとみなされ、放射ビームＢは、例えば適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤ（図１Ｂ）の助けにより、ビーム放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと通過する。その他の場合、例えば放射源ＳＯが水銀ランプである場合、放射源ＳＯはリソグラフィ装置１００，１００’の一体化された部分であってもよい。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに投影システムとみなされてもよい。
【００４０】
イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するように構成されるアジャスタＡＤ（図１Ｂ）を含んでもよい。たいていの場合、イルミネータの瞳面における強度分布の外側半径範囲および／または内側半径範囲（それぞれσアウタおよびσインナと通常呼ばれる）の少なくとも一方を調整できる。さらにイルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなどの様々な他の要素（図１Ｂ）を備えてもよい。イルミネータＩＬは、放射ビームＢを調整し、ビーム断面において所望の均一性および強度分布を有するように用いられてもよい。
【００４１】
図１Ａを参照すると、放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴに保持されるパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに入射し、パターニングデバイスＭＡによりパターンが付与される。リソグラフィ装置１００において、放射ビームＢはパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡで反射される。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡで反射された後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、放射ビームＢが基板Ｗの目標部分Ｂに集光される。第２位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ２（例えば、干渉計装置、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）の助けを借りて、例えば放射ビームＢの経路上に異なる目標部分Ｃを位置させるように、基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。同様に、第１位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサＩＦ１を用いて、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めすることができる。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を用いて位置合わせされることができる。
【００４２】
図１Ｂを参照すると、放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブルＭＴ）に保持されるパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスによりパターンが付与される。マスクＭＡを通過すると、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過して基板Ｗの目標部分Ｃに集光される。投影システムＰＳは、照明システムの瞳ＩＰＵと共役の瞳ＰＰＵを有する。放射の一部は、照明システムの瞳ＩＰＵでの強度分布から生じ、照明システムの瞳ＩＰＵにて強度分布像を生成するマスクパターンでの回折による影響なしにマスクパターンを通過する。
【００４３】
第２位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計装置、リニアエンコーダまたは静電容量センサ）の助けを借りて、例えば放射ビームＢの経路上に異なる目標部分Ｃを位置させるように基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。同様に、第１位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサ（図１Ｂに図示せず）を用いて、（例えばマスクライブラリの機械検索後やスキャン中において）放射ビームの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。
【００４４】
一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１位置決め装置ＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）の助けにより実現されてもよい。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２位置決め装置ＰＷの一部を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを用いて実現されてもよい。（スキャナと対照的に）ステッパを用いる場合、マスクテーブルＭＴは、ショートストロークアクチュエータのみに接続または固定されることができる。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を用いて位置合わせされてもよい。基板アライメントマークは、図示されるように専用の目標部分を占めているが、目標部分の間のスペースに位置していてもよい（これは、スクライブラインアライメントマークとして知られている）。同様に、マスクＭＡに一以上のダイが設けられる場合には、マスクアライメントマークはダイの間に位置してもよい。
【００４５】
マスクテーブルＭＴおよびパターニングデバイスＭＡは、真空チャンバ内にあってもよい。真空チャンバ内では、マスクなどのパターニングデバイスを真空チャンバの内外で移動するための真空内ロボットＩＶＲを用いることができる。または、マスクテーブルＭＴおよびパターニングデバイスＭＡが真空チャンバの外側にある場合、真空内ロボットＩＶＲと同様、様々な輸送作業に真空外ロボットを用いることができる。真空内および真空外ロボットの双方は、任意の積荷（例えばマスク）の円滑な搬送のため、搬送ステーションの固定されたキネマティックマウントに対して較正される必要がある。
【００４６】
リソグラフィ装置１００および１００’は、以下のモードの少なくとも一つで使用されることができる。
【００４７】
１．ステップモードでは、放射ビームＢに付与されたパターン全体が１回の照射で一つの目標部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは実質的に静止状態とされる（すなわち単一静的露光）。そして、基板テーブルＷＴはＸ方向および／またはＹ方向に移動され、異なる目標部分Ｃが露光される。
【００４８】
２．スキャンモードでは、放射ビームＢに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期してスキャンされる（すなわち単一動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）率および像反転特性により定められる。
【００４９】
３．別のモードでは、放射ビームＢに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とされ、基板テーブルＷＴは移動またはスキャンされる。パルス放射源ＳＯを用いることができ、プログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴが移動するたびに、または連続する放射パルスの間に必要に応じてスキャン中に更新される。この動作モードは、本書に記載されるプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに直ちに適用できる。
【００５０】
上記のモードを組み合わせて動作させてもよいし、モードに変更を加えて動作させてもよく、さらに全く別のモードを用いてもよい。
【００５１】
本書ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、本書に説明したリソグラフィ装置は他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。他の用途としては、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用案内パターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどがある。当業者であればこれらの他の適用に際して、本書における「ウェハ」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「目標部分」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。本書に言及された基板は露光前または露光後において、例えばトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、および／またはインスペクションツールにより処理されてもよい。適用可能であれば、本書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本書における基板という用語は既に処理されている多数の処理層を含む基板をも意味しうる。
【００５２】
別の実施の形態において、リソグラフィ装置１００は、ＥＵＶリソグラフィのためのＥＵＶ放射ビームを生成するように構成される極端紫外（ＥＵＶ）源を含む。一般にＥＵＶ源は、（後述の）放射システム中に構成され、対応する照明システムがＥＵＶ源のＥＵＶ放射ビームを調整するように構成される。
【００５３】
本書に記載される実施の形態において「レンズ」および「レンズ素子」という用語は、文脈上許されれば、屈折型、反射型、磁気型、電磁気型および静電型の光学要素を含む、様々なタイプの光学要素のいずれか又はその組合せを指すことができる。
【００５４】
さらに、本書で用いられる「放射」および「ビーム」の用語は、いかなる種類の電磁的な放射を包含し、可視放射（例えば４００−７８０ｎｍの範囲の波長λを有する）、紫外（ＵＶ）放射（例えば３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長λを有する）、極端紫外（ＥＵＶまたは軟Ｘ線）放射（例えば５−２０ｎｍの範囲の波長λを有し、例えば１３．５ｎｍ）または５ｎｍ未満で機能する硬Ｘ線を含むとともに、イオンビームや電子ビームといった粒子ビームをも含む。一般に、約７８０−３０００ｎｍ（またはそれ以上）の間の波長を有する放射はＩＲ放射とみなされる。ＵＶは約１００−４００ｎｍの波長を持つ放射を指す。リソグラフィにおいて「ＵＶ」の用語は水銀放電ランプにより生成できる波長（Ｇ線４３６ｎｍ；Ｈ線４０５ｎｍ；および／またはＩ線３６５ｎｍ）にも適用される。真空ＵＶまたはＶＵＶ（つまり空気で吸収されるＵＶ）は、一般に約１００−２００ｎｍの波長を有する放射を指す。深紫外（ＤＵＶ）は一般に１２６ｎｍから４２８ｎｍの範囲の波長を有する放射を指し、ある実施の形態において、リソグラフィ装置内に用いられるエキシマレーザはＤＵＶ放射を生成できる。例えば５−２０ｎｍ範囲の波長を有する放射は、少なくとも一部が５−２０ｎｍの範囲に含まれる特定の波長帯に関連することが理解されよう。
【００５５】
アライメントセンサの実施形態は米国仮特許出願第６１／８８８，８０３号、出願日：２０１３年１０月９日で詳細に説明されており、ＰＣＴの下で国際公開第２０１５／０５１９７０号として公開されている。両方の文献の内容はその全体が参照により本明細書に援用される。
【００５６】
一般的に、アライメントマーク、例えば回折格子や他のタイプのアライメントマークなど、が基板上に設けられる。アライメントセンサは、アライメントマークによって散乱させるために、アライメントマーク上に光パルスを投影する。散乱光パルスの強度は検出器により測定され、そこから位置情報（例えばアライメントセンサに対するアライメントマークの位置を表す）が導き出される。
【００５７】
複数の波長が適用されてよい。それに加えて、光パルスは、狭帯域パルスをより広いスペクトルのパルス、複数の異なる波長のパルスや光波長帯のパルスなど、に変換する非線形光学素子に与えられる。異なる波長で散乱パターン、例えば回折格子を備えるアライメントマークを用いる場合は回折パターン、を検出するために、異なる波長または異なる波長帯に対して別々の検出器が設けられてもよい。基板構造は、ますます複雑になる傾向にあり、基板に設けられる層の総数は増加傾向にある。その結果、アライメントのために用いられるアライメントマークは、その上に設けられるいくつかの層で覆われる可能性がある。層の構造によって、特定の光波長の光の透過が影響される可能性がある。一部の波長の光パルスは吸収され、反射され、あるいはこれらの層により影響を受ける可能性がある。多数の波長を利用するとき、アライメントマークの検出は残っている波長を使用して実行される。
【００５８】
非線形光学素子はノイズ源を形成する可能性がある。これは、異なる波長のパルスへの入射パルスの変換がパルスごとのばらつきを示す可能性があるからである。このノイズ源は、アライメントセンサの測定結果の誤りになる可能性がある。
【００５９】
図２は、パルス列ＬＰＴを生成する光源ＬＬＳの概略図である。光源は、例えば可視スペクトル、近紫外（ＵＶ）スペクトルまたは近赤外（ＩＲ）スペクトルのパルスを放射するものであってよい。パルス列ＬＰＴは、任意の適切なパルス繰り返し周波数を有してよい。実用的な実装では、例えば１０ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲の繰り返し周波数、例えば約８０ＭＨｚのパルス繰り返し周波数が使用されてよい。パルス列は、フォトニック結晶ファイバなどの非線形光学素子ＮＬＯに提供される。その非線形光学特性のため、非線形光学素子は、（例えば単色の）パルスを波長範囲内の少なくとも２つの波長を備えるパルスに変換する。例えば非線形光学素子は、パルス列中の（例えば単色の）パルスを、例えば可視波長帯の光学スペクトルを超えるパルスに変換してよい。レンズシステムなどの結像システムＯＩＳは、非線形光学素子により変換されたパルスを基板上に、特にアライメントマークの検出が期待される基板のゾーンに投影する。非線形光学素子により変換されて光学結像システムにより投影されるパルス列ＬＰＴの入射により、散乱フィールドＤＰＮが発生する。回折格子を備えるアライメントマークの場合、散乱フィールドは例えば１つ以上の１次および−１次回折ビーム、２次および−２次回折ビームを含んでよい。検出器ＤＥＴ（例えばフォトダイオードから成る）は、散乱パターンを検出し、それに応じた検出器出力信号を生成する。データ処理装置ＤＰＤ（例えば適切なソフトウェア命令でプログラムされたマイクロプロセッサおよび／または専用のデータ処理ハードウェアを含む）は、検出器の検出器出力信号を受け、そこから、例えば検出器信号中の位相情報から、位置情報を導き出す。アライメントセンサに対するアライメントマークの位置を表す位置情報は、検出された散乱パターンから導き出されてよい。
【００６０】
図３に示すように、本発明の態様では、パルス遅延発生器ＰＤＧが設けられる。パルス遅延発生器ＰＤＧは、図２の説明で上述した結像システムＯＩＳ中に備えられてよい。パルス遅延発生器は、スプリッタＳＰＬおよび再結合器ＲＥＣを備える。スプリッタは、パルス列の伝播経路に配置され、パルス列を異なる偏光を有するパルス列、すなわち、第１偏光の第１偏光パルス列と第２偏光の第２偏光パルス列に分離する。第１偏光と第２偏光は互いに異なり、例えば互いに直交してよい。第１偏光の方向と第２偏光の方向は、図３にそれぞれ垂直矢印と水平矢印で模式的に図示されている。再結合器は、第１偏光パルス列と第２偏光パルス列を再結合し、再結合パルス列を生成する。スプリッタおよび再結合器は両方とも偏光スプリッタにより形成されてよい。第１偏光パルス列は、第１伝播経路ＦＰＰに沿って、スプリッタから再結合器に伝播する。第２偏光パルス列は、第２伝播経路ＳＰＰに沿って、スプリッタから再結合器に伝播する。この略図の実施形態では、第１伝播経路は、スプリッタに入射するパルス列の伝播経路と同じ方向に延びている。スプリッタは、分離面ＳＰＬＳをそなえている。これは、本実施形態では、スプリッタに入射するときパルス列の伝播経路に対して４５度の角度に配置されている。その結果、第２伝播経路はスプリッタから、第１伝播経路と垂直な方向に延びている。図示の実施形態では、パルス遅延発生器は、２つの部分から成る反射ミラーＲＭＲを備える。反射ミラーＲＭＲの第１の反射ミラーの反射面は、スプリッタの分離面と平行に配置される。反射ミラーＲＭＲの第２の反射ミラーの反射面は、再結合器の分離面ＳＰＬＳと平行に配置される。反射ミラーは、スプリッタおよび再結合器から第１伝播経路に垂直な方向に間隔をあけている。その結果、第１伝播経路の伝播経路長は第２伝播経路の伝播経路長と異なる。結果として、第１伝播経路に沿った伝播時間は第２伝播経路に沿った伝播時間と異なる。従って、再結合器により再結合される再結合パルス列においては、第１偏光パルス列と第２偏光パルス列の一方が他方に対して遅延する。第１伝播経路と第２伝播経路の間の伝播経路長の差、およびその結果としての遅延の差は、例えば、光源ＬＬＳにより生成されるパルス列のパルスサイクル時間の半分に設定されてよい。その結果、（アライメントマークに入射するときと検出器ＤＥＴに入射するとき）有効パルス周波数が２倍になる。
【００６１】
一般的に、第１偏光パルス列と第２偏光パルス列の互いに対する遅延差の結果、アライメントマークに入射するときと検出器ＤＥＴに入射するときの有効パルス周波数が増大する。上述したように、非線形光学素子は、パルス列中に光学的ノイズを導入する可能性があり、これは、既知の解決法では、検出器により検出されたときに検出器信号中にノイズ寄与をもたらし、従ってアライメント測定にノイズ寄与をもたらす。本発明者は、パルス列の異なる偏光中のノイズ寄与は相関関係のないことに気が付いた。その結果、第１および第２偏光の両方が用いられるときに全有効信号が増大する（例えば２倍）し、一方で非線形光学素子により第１および第２偏光パルス列に導入される光学的ノイズに相関関係がないので、アライメント測定の有効信号対雑音比が増大する。さらに、パルス周波数が効果的に増大し、これにより、検出器による検出器信号のより正確な平均化を行うことが可能となる（アライメントマークにより散乱した散乱ビームを検出する間に検出器が受ける有効全パルス数が増大する）。さらに、両方の偏光が用いられるとき、全有効パルス強度が増大し、低い量子光子ショット雑音リミットがもたらされ、従って改善されたアライメント測定再現性がもたらされる。さらに、アライメントマークに回折格子が存在する場合、回折格子に入射する２つの直交パルス列の結果として、回折格子の非対称効果がある程度平均化される。さらに、アライメント測定の適用空間が増大する。偏光方向の一方が低い検出器信号強度をもたらす場合（例えばアライメントマークを覆う基板層での吸収のため）、偏光方向の他方の検出器信号強度がより少ない程度に減少し、検出器信号強度を高める。
【００６２】
第１伝播経路と第２伝播経路の長さの差は、任意の適切な値を有してよい。ある実施形態では、第１偏光パルス列の伝播経路の伝播経路長と第２偏光パルス列の伝播経路の伝播経路長の差は、時間がたつと、第１偏光パルス列と第２偏光パルス列を互いに対してパルス繰り返し周波数のパルス繰り返し時間の１０％から５０％の相対遅延分シフトする。それにより、第１および第２パルス列は、時間がたつと、互いに対して間隔をあけ、これにより検出器はそれらを順々に検出することが可能となる。
【００６３】
ある実施形態では、パルス遅延発生器は、直線偏光に対して＋または−４５度に方向付けられ、再結合器の下流に配置される４分の１波長板ＱＷＰを備える。４分の１波長板は、第１および第２偏光パルス列の直交偏光をそれぞれ左または右回り円偏光、またはその逆に変換する。アライメントマークが回折格子を含む場合、回折格子は特定の偏光の入射光を回折するだけということがある。回転偏光、２つの直交する直線偏光が利用可能である。さらに、回転偏光は、回転対称であり、その結果として、第１方向に沿ったパターニングを伴うアライメントマークと第１方向と垂直な第２方向に沿ったパターニングを伴う別のアライメントマークは、同じように入射光を散乱する。一般的に、一方向に沿ったマークは、一部のパターニングがこの方向にない場合には、左回りおよび右回り円偏光を異なるように回折する。
【００６４】
さらなる実施形態が図４に示されている。この実施形態では、第１パルス遅延発生器ＰＤＧおよび第２パルス遅延発生器ＰＤＧが直列に接続されている。第１および第２パルス遅延発生器は、それぞれ上述のタイプおよび構成であってよい。パルス遅延発生器を直列につなぐことによって、パルス列のパルス繰り返し周波数がさらに増大する。効果的には、光源により生成されたパルス列中のそれぞれのパルスに対して、４つのパルスがアライメントマーク上に投影されてよい。一般的に、１つの遅延発生器の遅延時間の差は、光源によるパルス列出力のパルス繰り返し周波数の２５％から５０％の範囲の有効な遅延をもたらすよう設定される。もう１つのパルス遅延発生器とさらなるパルス遅延発生器のそれぞれの経路長の差は、パルス繰り返し周波数のパルス繰り返し時間の５％から２５％である。それによって、４つのパルスは、各パルス繰り返し時間内となり、パルスは順々に検出される。これにより、図３を参照して説明した単一のパルス遅延発生器を採用した実施形態について上述した効果をさらに促進することが可能となる。パルスを互いに離すために、１つのパルス遅延発生器とさらなるパルス遅延発生器のそれぞれの経路長の差は、パルス繰り返し周波数のパルス繰り返し時間の実質的に５０％に設定されてよく、もう１つのパルス遅延発生器とさらなるパルス遅延発生器のそれぞれの経路長の差は、パルス繰り返し周波数のパルス繰り返し時間の実質的に２５％に設定されてよい。４つのパルスを発生させるために、１つのパルス遅延発生器を非常に短い遅延とし、もう１つのパルス遅延発生器をパルス繰り返し時間の実質的に５０％の遅延を有するようにすることも可能である。最大の遅延を有するパルス遅延発生器と最小の遅延を有するパルス遅延発生器がどちらかの順序で直列につながれてもよい。図４に示すように、２分の１波長板ＨＷＰが第１のパルス遅延発生器の下流且つ第２のパルス遅延発生器の上流に設けられる。２分の１波長板は、第１および第２偏光方向（垂直および水平矢印で表される）を有する直交偏光を４５度変換する。その結果、第２パルス遅延発生器に入射するそれぞれのパルスは、第２偏光方向の成分だけでなく第１偏光方向の成分を含む。その結果、第２のパルス遅延発生器は再度各パルスを第１パルス遅延発生器の後に２つのパルス、すなわち第１偏光方向のパルスと第２偏光方向のパルスが生じるよう分割する。
【００６５】
パルス繰り返し時間とパルス繰り返し周波数のそれぞれへの言及に関して遅延を述べる場合、これは、１つまたは自然数のパルス繰り返し時間を規定量分超える遅延を含むものと理解されることに注意する。例えば、パルス繰り返し時間の２５％の遅延は、パルス繰り返し時間の１２５％、２２５％、３２５％の遅延もまた参照するものと理解すべきである。
【００６６】
遅延発生器のある実施形態が図５を参照して説明される。図５は、図３と同様に、スプリッタＳＰＬ、再結合器ＲＥＣ、および反射ミラーＲＭＲを示す。第１の光学ブロックＦＯＢはスプリッタおよび再結合器を備える。スプリッタＳＰＬの分離面および再結合器ＲＥＣの再結合面は、それぞれ、第１伝播経路ＦＰＰに対してそれぞれ４５度に配置されている。それにより、スプリッタおよび再結合器が単一部品に組み込まれている。第２の光学ブロックＳＯＢは、２つの反射面を備え、それらは反射ミラーＲＭＲとして機能する。反射面は、それぞれ分離面および再結合面と平行に配置されており、分離面および再結合面から、スプリッタの分離面からの１つの偏光パルス列が反射する反射方向に、この実施例では、パルス列の第１伝播経路ＦＰＰの方向に垂直な方向に、間隔をあけている。第２伝播経路は、符号ＳＰＰで示されている。このように、僅かな部品しか採用されておらず、遅延時間は、第１および第２の光学ブロックの寸法設計により効果的に設定される。ある実施形態では、第２の光学ブロックは第１の光学ブロックまで延在しており、従ってそれらの間には狭いギャップしか残されていない。これは、遅延時間がとして光学ブロックの寸法設計により設定されることを可能とする。従って、第１光学ブロックの分離面および再結合面に面する側の第２光学ブロックの形状は、第１光学ブロックの分離面および再結合面の形状を補完する。第１および第２の光学ブロックは、ガラス、カルサイト、プラスチック、空気などの任意の実質的に透明な素材から形成されてよい。多くの他の遅延発生器の実施が可能である。例えば、スプリッタ、再結合器および偏光依存性遅延は、偏光依存性遅延を有するファイバに一体的に設けられてもよい。そのような実施形態では、両方の（例えば直交する）偏光が同じファイバを通過するが、それらの一方は他方よりも大きく遅延する。
【００６７】
ある実施形態では、処理装置は、ローパスフィルタを備える。ローパスフィルタは、検出器により検出される回折パターンのパルス列を滑らかにする。データ処理装置は、
【００６８】
ローパスフィルタの出力信号を積分し、
【００６９】
積分されたローパスフィルタ出力信号と記憶されたキャリブレーション信号とを比較し、
【００７０】
比較からアライメントデータを導き出す、よう構成されてよい。このように、検出器によって検出される検出・回折パルス列は、検出器出力信号からパルス繰り返し周波数成分を低減するためにローパスフィルタされる。結果として生じる信号は、アナログ・デジタル変換器によりデジタル化されてよい。デジタル化された信号は、さらに積分され、記憶されたキャリブレーションデータ、例えばフィルタされ、積分された検出器信号の関数として回折格子の位置データを表す記憶されたキャリブレーション曲線など、と比較される。キャリブレーションデータも、様々な検出器、例えば１次回折を検出する検出器および−１次回折を検出する検出器、のキャリブレーションデータにより形成されてよい。そのような場合、積分された１次および−１次信号の比からキャリブレーションが実行されてよい。
【００７１】
ある実施形態では、非線形光学素子は、光波長を白色光スペクトルに変換するよう構成される。白色光は例えば約５００ナノメートルから約２．５マイクロメートルまでの全ての波長を含むスペクトルである。多くの色が存在するほど、ユーザは多数の色を選択（または検討）する自由度が高まる。より多くの利用可能な色は、処理に対する影響が少ないことを意味する（スタックパラメータ）。
【００７２】
本発明の別の態様によれば、上述のアライメントセンサを備えるリソグラフィ装置が提供される。リソグラフィ装置は、図１および／または図１Ｂを参照して説明したようなタイプであってよい。リソグラフィ装置は、基板を保持する基板テーブルを備えてよい。アライメントセンサは、基板の位置を測定して基板を整列させることができるように、基板テーブルにより保持される基板の位置を決定するよう構成される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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