(57)【要約】一つの態様では、本発明は、可動ステージと、ステージの第１自由度に関する情報を供給するように構成される干渉計と、ステージの第２自由度に関する情報を供給するように構成されるエンコーダと、そしてステージの位置を第１及び第２自由度に関する情報に基づいてモニタリングするように構成される電子プロセッサと、を含むシステムを特徴とする。
2010510672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
可動ステージと、
前記ステージの第１自由度に関する情報を供給するように構成される干渉計と、
前記ステージの第２自由度に関する情報を供給するように構成されるエンコーダと、
前記第１及び第２自由度に関する情報に基づいて前記ステージの位置をモニタリングするように構成される電子プロセッサと
を備えるシステム。
【請求項２】
前記ステージの位置をモニタリングすることは、前記干渉計からの前記第１自由度に関する情報を使用して、前記エンコーダからの前記第２自由度に関する情報の不確定性を低減することを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第２自由度に関する情報の不確定性は、前記エンコーダを使用して行なわれる測定に関する不確定性低周波発生源が前記情報に与える影響度を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記低周波発生源は、前記エンコーダシステムにおける周期誤差、非線形非周期誤差、幾何学誤差、アッベオフセットエラー、または温度変化の環境的影響を含む、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記ステージの第１自由度に関する情報は、第１ビーム経路と第２ビーム経路との光路長差に関連する干渉信号を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記ステージの位置をモニタリングすることは、干渉信号直交成分を前記干渉信号に基づいて導出することを含む、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記エンコーダはセンサ及びスケールを含み、前記第２自由度に関する情報は、前記センサと前記スケールとの間の相対運動に応答して前記センサによって生成されるエンコーダ信号を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記ステージの位置をモニタリングすることは、エンコーダ信号直交成分を前記エンコーダ信号に基づいて導出することを含む、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記電子プロセッサは、前記第１及び第２自由度に関する情報に基づいて前記エンコーダを校正するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記エンコーダを校正することは、干渉信号直交成分を前記第１自由度に関する情報に基づいて導出すること、エンコーダ信号直交成分を前記第２自由度に関する情報に基づいて導出すること、スーパーヘテロダイン位相を、前記干渉信号直交成分及び前記エンコーダ信号直交成分に基づいて導出することを含む、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記ステージの位置の変化に対する前記スーパーヘテロダイン位相の感度は、ほぼゼロである、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記ステージの位置をモニタリングすることは、スーパーヘテロダイン位相を、前記第１自由度に関する情報、前記第１自由度に関する情報を前記第２自由度に関する情報に関連付ける係数、及び基準周波数に基づいて導出することを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１自由度に関する情報を前記第２自由度に関する情報に関連付ける係数は、前記エンコーダのスケールピッチと前記ステージの第１自由度に対する前記干渉計の感度との比である、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記干渉計は、前記ステージの第１自由度に関する情報を含む干渉信号を生成し、前記干渉信号は、前記基準周波数とは異なる周波数を有する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１自由度は第１軸に沿った前記ステージの位置である、請求項１記載のシステム。
【請求項１６】
前記第２自由度は第２軸に沿った前記ステージの位置である、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１軸及び前記第２軸は平行である、請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１軸は前記第２軸と同一である、請求項１６記載のシステム。
【請求項１９】
前記システムは、前記ステージに取り付けられる測定対象物を備え、前記干渉計は、ビームを誘導して前記測定対象物で反射させることにより、前記ステージの第１自由度に関する情報を供給するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項２０】
前記可動ステージはウェハを支持するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項２１】
前記可動ステージは、フラットパネルディスプレイの構成要素を支持するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項２２】
前記干渉計はダブルパス干渉計である、請求項１記載のシステム。
【請求項２３】
前記干渉計は高安定平面ミラー干渉計である、請求項１記載のシステム。
【請求項２４】
前記干渉計は多軸干渉計である、請求項１記載のシステム。
【請求項２５】
前記エンコーダは、スケールを有する対象物と、該対象物に対して配置されるセンサとを含むことにより、前記対象物が前記センサに対して移動するときに前記スケールを検出する、請求項１記載のシステム。
【請求項２６】
前記センサは前記スケールを、前記対象物が前記検出器に対して移動している間に前記スケールによって反射される、または伝播される照明光を検出することにより検出する、請求項２５記載のシステム。
【請求項２７】
前記対象物は前記可動ステージに取り付けられる、請求項２５記載のシステム。
【請求項２８】
前記エンコーダはリニアエンコーダである、請求項１記載のシステム。
【請求項２９】
前記エンコーダは光エンコーダである、請求項１記載のシステム。
【請求項３０】
前記エンコーダは絶対値エンコーダである、請求項１記載のシステム。
【請求項３１】
前記エンコーダはインクリメンタルエンコーダである、請求項１記載のシステム。
【請求項３２】
集積回路をウェハに形成するために使用されるリソグラフィシステムであって、
空間的にパターニングされた放射線を前記ウェハに結像させる照明システムと、
結像される前記放射線に対する前記ウェハの位置をモニタリングする請求項１記載のシステムと、
前記ステージの位置を、前記結像される放射線に対して調整する位置決めシステムであって、前記ウェハが前記ステージによって支持される、前記位置決めシステムと
を備えるリソグラフィシステム。
【請求項３３】
前記リソグラフィシステムはデュアルステージリソグラフィシステムである、請求項３２記載のリソグラフィシステム。
【請求項３４】
集積回路をウェハに形成するために使用されるリソグラフィシステムであって、
放射線源を含む照明システムと、マスクと、位置決めシステムと、レンズアセンブリと、請求項１記載のシステムと、を備え、
動作状態において、前記線源は放射線を前記マスクを介して誘導して、空間的にパターニングされた放射線を生成し、前記位置決めシステムは、前記マスクの位置を前記線源からの前記放射線に対して調整し、前記レンズアセンブリは、前記空間的にパターニングされた放射線を、前記ステージによって支持される前記ウェハに結像させ、前記システムは、前記線源からの放射線に対する前記マスクの位置をモニタリングする、リソグラフィシステム。
【請求項３５】
前記リソグラフィシステムはデュアルステージリソグラフィシステムである、請求項３４記載のリソグラフィシステム。
【請求項３６】
リソグラフィマスクを作製するために使用されるビーム書き込みシステムであって、
書き込みビームを供給して基板をパターニングする光源と、
前記書き込みビームを前記基板に誘導するビーム誘導アセンブリと、
前記ビーム誘導アセンブリに対するステージの位置をモニタリングする請求項１記載のシステムと、
前記ステージ及び前記ビーム誘導アセンブリを互いに対して位置決めする位置決めシステムであって、前記基板が前記ステージによって支持される、前記位置決めシステムと
を備えるビーム書き込みシステム。
【請求項３７】
方法であって、
干渉計を使用して、可動ステージの第１自由度に関する情報を供給すること、
エンコーダを使用して、前記ステージの第２自由度に関する情報を供給すること、
前記ステージの位置を、前記第１及び第２自由度に関する情報に基づいてモニタリングすること
を含む方法。
【請求項３８】
集積回路をウェハに形成するために使用されるリソグラフィ法であって、
請求項３７記載の方法を使用してステージの位置をモニタリングすることであって、前記ウェハが前記ステージ上に支持される、前記モニタリングすること、
空間的にパターニングされた放射線を前記ウェハに結像させること、
前記ステージの位置を調整すること
を含むリソグラフィ法。
【請求項３９】
集積回路を形成するために使用されるリソグラフィ法であって、
入力放射線をマスクを介して誘導して空間的にパターニングされた放射線を生成すること、
前記マスクを前記入力放射線に対して位置決めすること、
前記入力放射線に対する前記マスクの位置を、請求項３７記載の方法を使用してモニタリングすること、
前記空間的にパターニングされた放射線をウェハに結像させること
を含むリソグラフィ法。
【請求項４０】
集積回路をウェハに形成するリソグラフィ法であって、
リソグラフィシステムの第１構成要素をリソグラフィシステムの第２構成要素に対して位置決めして、前記ウェハを空間的にパターニングされた放射線で露光すること、
前記第２構成要素に対する前記第１構成要素の位置を、請求項３７記載の方法を使用してモニタリングすること
を含むリソグラフィ法。
【請求項４１】
集積回路を形成する方法であって、請求項３８記載のリソグラフィ法を含む方法。
【請求項４２】
集積回路を形成する方法であって、請求項３９記載のリソグラフィ法を含む方法。
【請求項４３】
集積回路を形成する方法であって、請求項４０記載のリソグラフィ法を含む方法。
【請求項４４】
リソグラフィマスクを作製する方法であって、
書き込みビームを基板に誘導して基板をパターニングすること、
前記基板を前記書き込みビームに対して位置決めすること、
前記書き込みビームに対する前記基板の位置を、請求項３７記載の方法を使用してモニタリングすること
を含む方法。
【請求項４５】
電子モジュールであって、
対象物の位置に関する情報を干渉計から受信し、かつ前記対象物の位置に関する情報をエンコーダから受信するように構成される電子プロセッサを備え、
動作状態において、前記電子プロセッサは、干渉信号直交成分、及びエンコーダ信号直交成分を、前記エンコーダからの情報に基づいて導出し、スーパーヘテロダイン位相を、前記干渉信号直交成分、及び前記エンコーダ信号直交成分に基づいて導出し、前記対象物の位置に関する情報を前記スーパーヘテロダイン位相に基づいて出力する、  電子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、リソグラフィシステムに関し、更に干渉計測定システム及びエンコーダ測定システムの複合測定システムを使用するリソグラフィシステムにおける構成要素に対するその場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）モニタリングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィシステムは、コンピュータチップなどのような大規模集積回路を形成するために広く使用される。リソグラフィシステムの機能は、空間的にパターニングされた放射線を、フォトレジストで覆われたウェハに誘導することである。このプロセスでは、ウェハのどの位置が放射線を受けるのかを決定し（位置合わせ）、そして放射線をフォトレジストに当該位置で当てる（露光）。
【０００３】
概括すると、リソグラフィツール、露光システム、または露光ツールとも表記されるリソグラフィシステムは通常、照明システム及びウェハ位置決めシステムを含む。照明システムは紫外線、可視光線、ｘ線、電子線またはイオン放射線のような放射線を供給する放射線源、及び放射線にパターンを付与することにより空間的にパターニングされた放射線を生成するレチクルまたはマスクを含む。更に、縮小リソグラフィの場合、照明システムは空間的にパターニングされた放射線をウェハに結像させるレンズアセンブリを含むことができる。結像した放射線で、ウェハを覆うレジストを露光する。照明システムは更に、マスクを支持するマスクステージ、及びマスクを介して誘導される放射線に対するマスクステージの位置を調整する位置決めシステムを含む。ウェハ位置決めシステムは、ウェハ及びウェハチャックを支持するウェハステージ、及び結像した放射線に対するウェハステージの位置を調整する位置決めシステムを含む。集積回路を形成するために、多くの露光工程を行なうことができる。リソグラフィについての一般的な参考文献として、例えばＪ．Ｒ．シーツ（Ｊ．Ｒ．Ｓｈｅａｔｓ）及びＢ．Ｗ．スミス（Ｂ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈ）によるマイクロリソグラフィ：科学と技術（Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）（マーセル  デッカー（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ）社、ニューヨーク，１９９８）を参照されたく、この参考文献の内容は、本明細書において参照されることにより本明細書に組み込まれる。
【０００４】
露光中、放射線源で、パターニングされたレチクルを照射し、このレチクルで放射線を散乱させて空間的にパターニングされた放射線を生成する。レチクルはマスクとも表記され、そしてこれらの用語は以下において同じ意味に使用される。縮小リソグラフィの場合、縮小レンズが散乱放射線を収集してレチクルパターンの縮小像を形成する。別の構成として、近接転写の場合、散乱放射線はウェハに接触する前に短い距離（通常、ミクロンのオーダー）を伝搬してレチクルパターンの１：１像を生成する。照射によってレジストの中で光−化学プロセスが始まり、このプロセスによって放射線パターンをレジスト内の潜像に変化させる。
【０００５】
以下に干渉計システムと略記される干渉計測定システムは通常、ウェハ及びレチクルの位置を制御し、そしてレチクル像をウェハに転写する位置決め機構の重要な構成要素である。干渉計システムを使用して、レンズアセンブリ、放射線源、または支持構造のような露光システムの他の構成要素に対するウェハステージ及びマスクステージの各々の位置を正確に測定することができる。このような場合、干渉計システムを固定構造に取り付け、そして測定対象物をマスクステージ及びウェハステージのうちの一方のステージのような可動要素に取り付けることができる。別の構成として、状態を逆にすることができ、この場合、干渉計システムを可動対象物に取り付け、そして測定対象物を固定対象物に取り付ける。
【０００６】
更に広い意味においては、このような干渉計システムを使用して露光システムの他のいずれかの構成要素に対する露光システムのいずれか一つの構成要素の位置を測定することができ、この場合、干渉計システムは、これらの構成要素のうちの一つの構成要素に取り付けられるか、或いは一つの構成要素によって支持され、そして測定対象物は、これらの構成要素のうちの他の構成要素に取り付けられるか、或いは他の構成要素によって支持される。
【０００７】
リソグラフィツールは、キャビティを排気した状態ではなく、リソグラフィツールのキャビティにガスを充填した状態で動作させるのが好ましいが、それには種々の理由がある。しかしながら、リソグラフィツールのステージまたはステージ群の位置をモニタリングするために使用される干渉計システムの測定経路及び参照経路におけるガスのような分散媒質を導入すると、干渉計システムを使用して行なわれる測定に、大気の影響によって不確定性が生じる。
【０００８】
ガスの屈折率に関連する測定の難しさは、未知の長さの、または可変する長さの測定経路に亘っての屈折率変化を、温度及び圧力を制御することができない状態で補正することである。例示的な状況として、集積回路をマイクロリソグラフィによって形成する際に用いられるような干渉による高精度距離測定を挙げることができる。これについては、例えば、Ａｐｐｌ．  Ｏｐｔ．  ２６（１３），  ｐｐ  ２６７６−２６８２  （１９８７）に掲載されたＮ．ボブロフ（Ｎ．Ｂｏｂｒｏｆｆ）による「空気乱流及び非線形性に起因するレーザ干渉分光法における残留誤差」と題する記事、及び測定科学と技術（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＆  Ｔｅｃｈ．）  ４（９），  ｐｐ  ９０７−９２６  （１９９３）に掲載された、これもＮ．ボブロフ（Ｎ．Ｂｏｂｒｏｆｆ）による「干渉による変位測定の最近の進歩」と題する記事を参照されたい。前述の引用参考文献に記載されているように、ガス中での干渉による変位測定は、周囲の不確定性の影響、特に空気圧及び温度の変化の影響を受け；湿度の変化に起因するような空気組成の不確定性の影響を受け；そしてガスの乱流効果の影響を受ける。このような要素によって、変位を測定するために使用される光の波長が変化する。正常な条件の下では、空気の屈折率は、例えば約１．０００３であり、この値には１×１０−５〜１×１０−４のオーダーの変化が生じる。多くの適用形態において、空気の屈折率は、０．１ｐｐｍ（百万分の１）未満の相対精度〜０．００１ｐｐｍ未満の相対精度で判明する必要があり、これらの２つの相対精度は、干渉による１メートル変位測定の場合の１００ｎｍ及び１ｎｍ未満の変位測定精度にそれぞれ対応する。
【０００９】
この技術分野では、位相を評価するヘテロダイン法が頻繁に参照されており、この方法では、位相が時間の経過とともに高精度に変化する。例えば、公知の形態の先行技術によるヘテロダイン距離測定干渉計では、光源は、わずかに異なる光周波数（例えば、２ＭＨｚ）を有する２つの直交偏光ビームを放出する。この場合の干渉計用受信器は通常、直線偏光板及び光検出器により構成されることにより、時間変化する干渉信号を測定する。信号はビート周波数で振動し、そして信号の位相は相対位相差に対応する。ヘテロダイン干渉法による距離測定における先行技術の別の代表例は、本出願の譲受人が保有し、かつＧ．Ｅ．ゾンマーグレン（Ｇ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎ）及びＭ．シャーム（Ｍ．Ｓｃｈａｈａｍ）に対して発行された米国特許第４，６８８，９４０号明細書（１９８７）に示唆されている。これらの公知の形態の干渉測定では通常、干渉計の測定経路におけるガスの屈折率の変化が補正されない。
【００１０】
屈折率の変化を検出する一つの方法では、測定経路に沿った圧力及び温度の変化を測定し、そして測定経路の光路長に与える影響を計算する。この計算を可能にする数学方程式は、Ｊ．  Ｒｅｓ．  ＮＢＳ  ８６（１），  ｐｐ  ２７−３２  （１９８１）に掲載されたＦ．Ｅ．ジョーンズ（Ｆ．Ｅ．Ｊｏｎｅｓ）による「空気の屈折率」と題する記事に開示されている。この技術の実施形態は、Ａｐｐｌ．  Ｏｐｔ．  ２４（６），  ｐｐ  ８０８−８１５  （１９８５）に掲載されたＷ．Ｔ．エストラー（Ｗ．Ｔ．Ｅｓｔｌｅｒ）による「空気中での高精度干渉変位測定方法」と題する記事に記載されている。この方法によって近似値が得られ、かつ空気密度の緩やかな広範囲に及ぶ変化を補正することができる。
【００１１】
変化する屈折率の影響を測定経路に亘って検出する別の方法は、多波長距離測定によって行なわれる。基本原理は次のように理解することができる。干渉計及びレーザレーダは、基準と対象物との間の光路長を、ほとんどの場合、外気中で測定する。光路長は、屈折率及び測定ビームが伝搬する物理経路の積分積である。屈折率は波長とともに変化するが、物理経路は波長の影響を受けることがないという点において、計測手段に少なくとも２つの波長を用いることを前提にすると、一般的に、物理経路長は光路長から、特に屈折率の変化の影響度から導出することができる。波長の変化に伴う屈折率の変化はこの技術分野では分散として知られており、そしてこの手法は、分散法と表記される場合が多い。
【００１２】
２波長距離測定システムの例は、ＳＰＩＥ  １３１９，複雑系における光学（Ｏｐｔｉｃｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｓｙｓｔｅｍｓ），  ｐｐ  ５３８−５３９  （１９９０）に掲載されたＹ．ジュ（Ｙ．Ｚｈｕ），Ｈ．マツモト（Ｈ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ），Ｔ．オオイシ（Ｔ．Ｏ’ｉｓｈｉ）による「空気屈折率の変化を測定する長アーム２色干渉計」と題する記事に記載されている。ジュ（Ｚｈｕ）らによるシステムでは、１０６４ｎｍ波長のＹＡＧレーザ、及び６３２ｎｍのＨｅＮｅレーザを直交位相検出手段と共に用いる。ほぼ同じ計測手段が、Ｐｒｏｃ．  ３ｒｄ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  Ｏｎ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｓｏｃ．  ｏｆ  Ｊａｐａｎ，  ３９  （１９８９）に掲載されたジュ（Ｚｈｕ）らによる「長経路距離干渉計を用いる場合の大気による位相及び強度の揺らぎの測定」と題し、かつ上述の記事よりも早い時期の記事に日本語で記載されている。
【００１３】
マイクロリソグラフィ用の２波長高精度干渉計システムの例は、Ａ．イシダ（Ａ．Ｉｓｈｉｄａ）に対して発行された米国特許第４，９４８，２５４号明細書（１９９０）に記載されている。同様の装置がイシダ（Ｉｓｈｉｄａ）によって、Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ２８（３），  Ｌ４７３−４７５  （１９８９）に掲載された「２次高調波光を使用して、空気乱流による誤差を除去する２波長変位測定干渉計」と題する記事に記載されている。この記事には、屈折率の変化によって生じる誤差を、２波長分散検出手段を利用して除去する変位測定干渉計が開示されている。Ａｒ＋レーザ光源は両方の波長を同時に、この技術分野でＢＢＯとして知られている周波数逓倍結晶を利用して供給する。ＢＢＯ逓倍結晶を使用することにより、２つの波長がほぼ位相ロックされるので、屈折率測定の安定性及び精度が著しく向上する。
【００１４】
Ｓ．Ａ．リス（Ｓ．Ａ．Ｌｉｓ）に対して発行された「空気乱流補正を行なう干渉測定システム」と題する米国特許第５，４０４，２２２号明細書（１９９５）には、分散法を用いて屈折率変化を検出し、そして補正する２波長干渉計が開示されている。同様の装置がリス（Ｌｉｓ）によって、ＳＰＩＥ  ２４４０  （１９９５）に掲載された「空気乱流が補正されたＩＣ製造用干渉計」と題する記事に記載されている。Ｓ．Ａ．リス（Ｓ．Ａ．Ｌｉｓ）による米国特許第５，４０４，２２２号明細書の技術を改良した技術が、米国特許第５，５３７，２０９号明細書に開示されている。この特許は、第２のＢＢＯ逓倍結晶を追加して、位相検出手段の精度を向上させることを開示している。ＢＢＯ結晶を追加することにより、厳密に２の倍数だけ異なる波長を有する２つのビームを光学的に干渉させることができる。結果として生じる干渉は、屈折率に直接依存するが、ステージ移動の影響をほとんど受けることがない位相を有する。
【００１５】
スーパーヘテロダイン法を利用する２波長距離測定システムは、本出願の譲受人が保有する、ヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ）及びＰ．デ  グルート（Ｐ．ｄｅ  Ｇｒｏｏｔ）による「空気の屈折率をマルチパス干渉補償法を使用して測定するスーパーヘテロダイン法及び装置」と題する米国特許第５，７６４，３６２号明細書、及びＰ．デ  グルート（Ｐｅｔｅｒ  ｄｅ  Ｇｒｏｏｔ）及びヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ）による「空気の屈折率を、電子式周波数乗算手段を使用して補正するスーパーヘテロダイン干渉計及び方法」と題する米国特許第５，８３８，４８５号明細書に記載されている。２つの引用特許の両方の内容は、本明細書において参照されることにより、当該内容の全体が本明細書に組み込まれる。２つの引用特許の両方では、測定経路におけるガスの影響に起因する測定位相への影響度は屈折率に直接依存するが、ステージ移動に起因する影響度は大幅に小さくなる。参考文献の２つの特許のうちの１番目の特許はマルチパス干渉補償法を利用し、そして２番目の参考特許は、電子式周波数乗算手段を利用している。
【００１６】
本出願の譲受人が保有し、かつ分散干渉法に関連する他の米国特許は、米国特許第６，３３０，０６５  Ｂ１号、米国特許第６，３２７，０３９  Ｂ１号、第６，４０７，８６６号、第６，５２５，８２５号、第６，５２５，８２６  Ｂ２号、第６，５２９，２７９号、及び第６，２１９，１４４  Ｂ１号である。本出願の譲受人が保有する他の引用特許の内容は、本明細書において参照されることにより、当該内容の全体が本明細書に組み込まれる。
【００１７】
本出願の譲受人が保有し、かつ逆分散能のようなガスの固有特性の測定に関連する米国特許は、米国特許第６，１２４，９３１号である（Γモニタ）。本出願の譲受人が保有する引用特許の内容は、本明細書において参照されることにより、当該内容の全体が本明細書に組み込まれる。
【００１８】
ガスの乱流の影響を補正する非分散装置及び非分散法は、本出願の譲受人が保有する、ヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ）による「干渉法におけるガスの時間変化する光学特性を補正する方法及び装置」と題する米国特許出願第１０／３５０，５２２号に記載されている。特許出願第１０／３５０，５２２号には、第１ビームの伝搬方向に加わるガスの乱流の影響を、第１ビーム及び第２ビームの伝搬方向に加わるガス乱流の測定影響を使用することにより補正することが開示されている。第１及び第２ビームは空間的に分離され、かつ第１及び第２ビームの伝搬方向はほぼ平行である。第１ビームの測定経路長に与えるガスの乱流の影響は、測定経路長に亘って測定される第１ビームの伝搬方向の変化の乱流効果、及びビームの伝搬方向に与えるガス乱流の影響と、光路長に与える対応する影響との既知の関係を使用することにより補正される。引用される特許出願第１０／３５０，５２２号の内容は、本明細書において参照されることにより、当該内容の全体が本明細書に組み込まれる。
【００１９】
ガスの乱流の影響を補正する別の非分散装置及び非分散法は、本出願の譲受人が保有する、ヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ）による「干渉計の測定経路における屈折率摂動の補正」と題する米国特許出願第１０／７０１，７５９号に記載されている。米国特許出願第１０／７０１，７５９号には、ビームの光路長に与える、または干渉計システムの２つのビームの平均光路長に与えるガスの乱流の影響を、第１ビームの測定経路を通過するガスセル群が第２ビームの測定経路を引き続き輸送される構成において、単一波長で測定され、かつ第１ビーム及び第２ビームの相対測定経路長に与えるガス乱流の差分の影響を使用することにより補正することが開示されている。空間的に分離された第１及び第２ビームの伝搬方向はほぼ平行である。引用される米国特許出願第１０／７０１，７５９号の内容は、本明細書において参照されることにより、当該内容の全体が本明細書に組み込まれる。
【００２０】
ガスの乱流の影響を補正する別の非分散装置及び非分散法は、本出願の譲受人が保有する「多軸干渉計の測定経路におけるガスの乱流の影響の補正」と題する米国仮特許出願第６０／６７６，１９０号、対応する実用出願第１１／４１３，９１７号、及びこれも「多軸干渉計の測定経路におけるガスの乱流の影響の補正」と題する米国特許出願第１１／４１３，９１７号の一部継続出願（ＣＩＰ）に記載されている。仮特許出願及び２つの実用出願はヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ）によるものであり、そして引用される仮特許出願及び２つの実用出願の内容は、本明細書において参照されることにより、当該内容の全体が本明細書に組み込まれる。
【００２１】
単一波長での測定経路の光路長における滞留による変化の影響は、本出願の譲受人が保有する「フォトリソグラフィ露光サイクル中のステージミラー変形のインプロセス補正」と題する米国特許第７，０７５，６１９  Ｂ２号明細書、及び「干渉計におけるガス屈折率の変化の影響の補正」と題する米国特許第６，８４２，２５６号明細書に記載されているような手順を使用することにより補正することができる。２つの米国特許はヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ）によるものであり、そしてこれらの米国特許の両方の内容は、本明細書において参照されることにより、当該内容の全体が本明細書に組み込まれる。
【００２２】
Ｄ．Ｂ．レビトン（Ｄ．Ｂ．Ｌｅｖｉｔｏｎ）による「２次元絶対値光エンコーディングを行なう方法及び装置」と題する米国特許第６，７６５，１９５  Ｂ１号明細書、及びＢ．Ｋ．ジョーンズ（Ｂ．Ｋ．Ｊｏｎｅｓ）及びＭ．ナーム（Ｍ．Ｎａｈｕｍ）による「繰り返し疑似ランダムパターンを使用して絶対位置決めを行なうシステム及び方法」と題する米国特許第６，９３７，３４９  Ｂ２号明細書に記載されているような平面エンコーダを使用して、リソグラフィツールのステージのような対象物の位置をモニタリングすることができる。平面エンコーダ測定システムでは通常、ガスの影響に起因する誤差が、リソグラフィツールにおける変位測定干渉計よりも小さい。しかしながら、平面エンコーダは更に、周期誤差、非線形非周期誤差、幾何学誤差、アッベオフセットエラー（例えば、回転軸からの測定軸のずれによって生じる線形変位誤差）、及び温度変化の環境的影響のような一連の他の誤差を示し得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２３】
平面エンコーダのスケールをリソグラフィツールにおいてその場測定し、そしてモニタリングする方法及びシステムが開示される。エンコーダスケールを時間の関数として測定することにより、エンコーダを使用してモニタリングされる測定対象物の推定位置の種々の誤差（例えば、上述した誤差）の影響を補正することができる。本明細書において開示される方法及びシステムは、高精度で、例えばナノメートル未満、及びナノメートルの精度で、ウェハの寸法に亘って平面エンコーダシステムを用いて測定するために使用することができる。
【００２４】
或る実施形態では、干渉計システム及びエンコーダシステムの複合システムが測定システムにおいて使用される。エンコーダシステムは、測定対象物の位置の変化に関する情報を、測定対象物の周囲におけるガスの影響の影響を受け難くした状態で供給する。関連する干渉計システムは、エンコーダシステムのスケールに対する周期誤差、非線形非周期誤差、幾何学誤差、アッベオフセットエラーの影響、及び／又は温度変化の影響を小さくする（例えば、補正する）情報を供給する。エンコーダシステムは平面エンコーダ及び／又はリニアエンコーダを含むことができる。
【００２５】
平面エンコーダまたはリニアエンコーダは、エンコーダの測定経路におけるガスの影響が、ナノメートル及びナノメートル未満のレベルのエンコーダの位置測定の再現性に、ほとんど影響することがないように構成することができる。しかしながら、エンコーダシステムは、リソグラフィツールに使用されるウェハの大きさに亘ってナノメートル及びナノメートル未満のレベルで校正される必要がある。干渉計システムによって、このような校正を容易にすることができる。
【００２６】
或る実施形態では、多軸測定システム用の多次元エンコーダ（例えば、２次元、３次元エンコーダ）、及び多軸非分散及び／又は分散干渉計を使用することができる。多軸測定システムは、シングル及び／又はマルチ（例えば、デュアル）ステージリソグラフィツールにおいて使用することができ、この場合、干渉計システムを使用して平面エンコーダをナノメートル及びナノメートル未満のレベルでウェハの大きさに亘ってその場で校正する。
【００２７】
或る実施形態では、干渉計システム及びエンコーダシステムを含むステージ測定システムにおける情報を処理することにより、スーパーヘテロダイン信号直交成分、及びそれぞれのスーパーヘテロダイン位相が生成され、この場合、スーパーヘテロダイン位相は、エンコーダシステムの誤差に起因する影響因子を含み、そして測定対象物の位置の変化に対するスーパーヘテロダイン位相の感度が低下する（例えば、感度が無くなる）。スーパーヘテロダイン位相の感度の低下の分類は、干渉計システムの対応するヘテロダイン位相またはホモダイン位相の感度との比較に基づいて行なわれる。
【００２８】
或る実施形態では、共役直交成分の位相、またはヘテロダイン信号直交成分の位相を持つ共役直交成分またはヘテロダイン信号直交成分は、干渉計システムのヘテロダイン位相から生成される。ヘテロダイン信号直交成分の位相は、周期誤差、非周期非線形誤差、幾何学誤差、測定対象物として使用されるステージミラーの表面形状誤差、及びそれぞれのアッベオフセットエラーのような誤差が補正された干渉計システムの対応するヘテロダイン位相の高調波または非高調波を含む。ヘテロダイン信号直交成分の位相は更に、第１基準信号の位相を含むことができ、この場合、第１基準信号の周波数は、対応する干渉計システムへの入力ビームの測定ビーム成分及び参照ビーム成分の周波数差の周波数とは、例えば１０ｋＨｚまたは１００ｋＨｚだけ異なる。ヘテロダイン位相の高調波または非高調波は、エンコーダスケールのピッチと、λを干渉計システムの測定ビームの波長とした場合の平面ミラー干渉計に対応する干渉計システムのそれぞれの変位感度、例えばλ／４との比に等しい。スーパーヘテロダイン信号直交成分の対応する位相を持つ対応するスーパーヘテロダイン信号直交成分は、干渉計システムのヘテロダイン信号直交成分、及びエンコーダシステムの共役信号直交成分を使用して生成することができる。
【００２９】
スーパーヘテロダイン信号直交成分の位相は主として、干渉計システムの測定経路及び参照経路における大気乱流により生成されるような低周波数成分、及びエンコーダシステムにおける周期誤差、非線形非周期誤差、幾何学誤差、アッベオフセットエラー、及び温度変化の環境的影響のようなエンコーダシステムの誤差のみを含む。スーパーヘテロダイン信号直交成分の位相を次に処理して、エンコーダシステムをその場で校正し、そしてエンコーダシステムの校正の変化をモニタリングすることができる。
【００３０】
アッベオフセットエラーは、干渉計システム及びエンコーダシステムのステージ測定システムの極めて深刻な誤差発生源である。或る実施形態では、エンコーダシステムのアッベオフセットエラーの補正では、干渉計システム及び一つ以上のアーチファクトウェハを使用して得られる情報を使用する。このような補正は、例えば「シングル及びマルチステージリソグラフィツールにおけるウェハ、ウェハチャック、及びウェハステージ測定システム位置合わせ、及び校正」と題する米国仮特許出願第６０／６１６，５７５号、及び対応する米国特許出願第１１／２４６，９４２号に記載されているような方法に基づいて行なわれる。仮特許出願及び非仮特許出願は共に、ヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ）及びジェフリー  ジョンストン（Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）によるものであり、そしてこれらの特許出願の内容が本明細書において参照されることにより、当該内容の全体が本明細書に組み込まれる。ウェハステージの相対位置の位置特定及び記録に使用される位置合わせマークの位置特定は、アライメントスコープ、及び干渉計／エンコーダステージ測定システムの干渉計システムを使用して行なうことができる。
【００３１】
本発明の態様は次のように要約される。
概括すると、第１の態様では、本発明は、可動ステージと、ステージの第１自由度に関する情報を供給するように構成される干渉計と、ステージの第２自由度に関する情報を供給するように構成されるエンコーダと、そしてステージの位置を第１及び第２自由度に関する情報に基づいてモニタリングするように構成される電子プロセッサと、を含むシステムを特徴とする。
【００３２】
本システムの実施形態は、次の特徴及び／又は他の態様の特徴のうちの一つ以上の特徴を含むことができる。例えば、ステージの位置をモニタリングする工程は、干渉計からの第１自由度に関する情報を使用して、エンコーダからの第２自由度に関する情報の不確定性を低減する工程を含むことができる。第２自由度に関する情報の不確定性は、エンコーダを使用して行なわれる測定に関する不確定性低周波発生源が情報に与える影響度を含むことができる。低周波発生源は、エンコーダシステムにおける周期誤差、非線形非周期誤差、幾何学誤差、アッベオフセットエラー、または温度変化の環境的影響を含むことができる。
【００３３】
ステージの第１自由度に関する情報は、第１ビーム経路と第２ビーム経路との光路長差に関連する干渉信号を含むことができ、この場合、第１ビーム経路はステージに取り付けられる対象物に接触する。ステージの位置をモニタリングする工程は、干渉信号直交成分を干渉信号に基づいて導出する工程を含むことができる。
【００３４】
エンコーダはセンサ及びスケールを含むことができ、そして第２自由度に関する情報は、センサとスケールとの相対運動に応答してセンサによって生成されるエンコーダ信号を含むことができる。ステージの位置をモニタリングする工程は、エンコーダ信号直交成分をエンコーダ信号に基づいて導出する工程を含むことができる。
【００３５】
電子プロセッサは、エンコーダを第１及び第２自由度に関する情報に基づいて校正するように構成することができる。エンコーダを校正する工程は、干渉信号直交成分を第１自由度に関する情報に基づいて導出する工程と、エンコーダ信号直交成分を第２自由度に関する情報に基づいて導出する工程と、そしてスーパーヘテロダイン位相を、干渉信号直交成分及びエンコーダ信号直交成分に基づいて導出する工程と、を含むことができる。ステージの位置の変化に対するスーパーヘテロダイン位相の感度は、ほぼゼロとすることができる。
【００３６】
ステージの位置をモニタリングする工程は、スーパーヘテロダイン位相を、第１自由度に関する情報、第１自由度に関する情報を第２自由度に関する情報に関連付ける係数、及び基準周波数に基づいて導出する工程を含むことができる。第１自由度に関する情報を第２自由度に関する情報に関連付ける係数は、エンコーダのスケールピッチとステージの第１自由度に対する干渉計の感度との比とすることができる。干渉計は、ステージの第１自由度に関する情報を含む干渉信号を生成することができ、そして干渉信号は、基準周波数とは異なる周波数を有する。
【００３７】
第１自由度は第１軸に沿ったステージの位置とすることができる。第２自由度は第２軸に沿ったステージの位置とすることができる。第１及び第２軸は平行にすることができる。第１軸は第２軸と同じとすることができる。
【００３８】
本システムは、ステージに取り付けられる測定対象物を含むことができ、そして干渉計は、ビームを誘導して測定対象物で反射させることにより、ステージの第１自由度に関する情報を供給するように構成される。
【００３９】
可動ステージは、ウェハを支持するか、またはフラットパネルディスプレイの構成要素を支持するように構成することができる。
干渉計はダブルパス干渉計とすることができる。干渉計は高安定平面ミラー干渉計とすることができる。干渉計は多軸干渉計とすることができる。
【００４０】
エンコーダは、スケールを有する対象物と、そして対象物に対して配置されるセンサと、を含むことにより、対象物がセンサに対して移動するときにスケールを検出することができる。センサはスケールを、対象物が検出器に対して移動している間にスケールによって反射される、または伝播される照明光を検出することにより検出する。対象物は可動ステージに取り付けることができる。
【００４１】
エンコーダはリニアエンコーダとすることができる。エンコーダは光エンコーダとすることができる。エンコーダは絶対値エンコーダまたはインクリメンタルエンコーダとすることができる。
【００４２】
別の態様では、本発明は、集積回路をウェハに形成するために使用されるリソグラフィシステムを特徴とし、本システムは、空間的にパターニングされた放射線をウェハに結像させる照明システムと、結像される放射線に対するウェハの位置をモニタリングする上述のシステムと、そしてステージの位置を、結像される放射線に対して調整する位置決めシステムであって、ウェハがステージによって支持される、前記位置決めシステムと、を含む。リソグラフィシステムはデュアルステージリソグラフィシステムとすることができる。
【００４３】
別の態様では、本発明は、集積回路をウェハに形成するために使用されるリソグラフィシステムを特徴とし、本システムは、放射線源を含む照明システムと、マスクと、位置決めシステムと、レンズアセンブリと、そして上述のシステムと、を含み、動作状態において、線源は放射線をマスクを介して誘導して、空間的にパターニングされた放射線を生成し、位置決めシステムは、マスクの位置を線源からの放射線に対して調整し、レンズアセンブリは、空間的にパターニングされた放射線を、ステージによって支持されるウェハに結像させ、そしてシステムは、線源からの放射線に対するマスクの位置をモニタリングする。リソグラフィシステムはデュアルステージリソグラフィシステムとすることができる。
【００４４】
別の態様では、本発明は、リソグラフィマスクを作製するために使用されるビーム書き込みシステムを特徴とし、本システムは、書き込みビームを供給して基板をパターニングする光源と、書き込みビームを基板に誘導するビーム誘導アセンブリと、ビーム誘導アセンブリに対するステージの位置をモニタリングする上述のシステムと、そしてステージ及びビーム誘導アセンブリを互いに対して位置決めする位置決めシステムであって、基板がステージによって支持される、前記位置決めシステムと、を含む。
【００４５】
概括すると、更に別の態様では、本発明は一つの方法を特徴とし、本方法は、干渉計を使用して、可動ステージの第１自由度に関する情報を供給する工程と、エンコーダを使用して、ステージの第２自由度に関する情報を供給する工程と、そしてステージの位置を、第１及び第２自由度に関する情報に基づいてモニタリングする工程と、を含む。
【００４６】
本方法の実施形態は、上に説明した複数の特徴のうちの一つ以上の特徴を含むことができる。
別の態様では、本発明は、集積回路をウェハに形成するために使用されるリソグラフィ法を特徴とし、本リソグラフィ法は、上述の方法を使用してステージの位置をモニタリングする工程であって、ウェハがステージ上に支持される、前記モニタリングする工程と、空間的にパターニングされた放射線をウェハに結像させる工程と、そしてステージの位置を調整する工程と、を含む。
【００４７】
別の態様では、本発明は、集積回路を形成するために使用されるリソグラフィ法を特徴とし、本リソグラフィ法は、入力放射線をマスクを介して誘導して空間的にパターニングされた放射線を生成する工程と、マスクを入力放射線に対して位置決めする工程と、入力放射線に対するマスクの位置を、上述の方法を使用してモニタリングする工程と、そして空間的にパターニングされた放射線をウェハに結像させる工程と、を含む。
【００４８】
別の態様では、本発明は、集積回路をウェハに形成するリソグラフィ法を特徴とし、本リソグラフィ法は、リソグラフィシステムの第１構成要素をリソグラフィシステムの第２構成要素に対して位置決めして、ウェハを空間的にパターニングされた放射線で露光する工程と、そして第２構成要素に対する第１構成要素の位置を、請求項に記載の上述の方法を使用してモニタリングする工程と、を含む。
【００４９】
別の態様では、本発明は、集積回路を形成する方法を特徴とし、本方法は、上に説明した複数のリソグラフィ法のうちのいずれかのリソグラフィ法を含む。
別の態様では、本発明は、リソグラフィマスクを作製する方法を特徴とし、本方法は、書き込みビームを基板に誘導して基板をパターニングする工程と、基板を書き込みビームに対して位置決めする工程と、そして書き込みビームに対する基板の位置を、上述の方法を使用してモニタリングする工程と、を含む。
【００５０】
概括すると、更に別の態様では、本発明は電子モジュールを特徴とし、本電子モジュールは、対象物の位置に関する情報を干渉計から、そして対象物の位置に関する情報をエンコーダから受信するように構成される電子プロセッサを含み、動作状態において、電子プロセッサは、干渉信号直交成分、及びエンコーダ信号直交成分を、エンコーダからの情報に基づいて導出し、スーパーヘテロダイン位相を、干渉信号直交成分、及びエンコーダ信号直交成分に基づいて導出し、そして対象物の位置に関する情報をスーパーヘテロダイン位相に基づいて出力する。モジュールの実施形態は、他の態様に関して上に説明した複数の特徴のうちの一つ以上の特徴を含むことができる。
【００５１】
本明細書において開示される実施形態は、以下の複数の利点のうちの一つ以上の利点を含むことができる。例えば、干渉計システム及び平面エンコーダシステムを含む測定システムは、エンコーダシステムに課される要求を軽減することができる、例えばエンコーダシステムは、一連の冗長性問題を処理する必要がない、或いはエンコーダスケール上の空間パターンは単純な２次元格子とすることができる。
【００５２】
別の利点は、干渉計システム及びエンコーダシステムを含む測定システムの平面エンコーダシステムは、絶対値平面エンコーダを含む必要がないことである。
別の利点は、リソグラフィツールにおけるガスの乱流の影響をナノメートル未満のレベルにまで小さくなるように低減することができる（例えば、無くすことができる）ことである。
【００５３】
別の利点は、干渉計システム及びエンコーダシステムを含む測定システムの平面エンコーダシステムの校正をその場で行なうことができることである。
別の利点は、干渉計システム及びエンコーダシステムを含む測定システムを、シングル及び／又はデュアルステージリソグラフィツール上で使用することができることである。
【００５４】
別の利点は、干渉計システム及びエンコーダシステムを含む測定システムのエンコーダシステムのアッベオフセットエラーの補正を、干渉計システム及び一つ以上のアーチファクトェハによって得られる情報に基づいて行なうことができることである。
【００５５】
他の利点は、詳細な説明、図面、及び請求項から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１ａ】干渉計システム及びエンコーダシステムを含むステージ測定システムを備えるシングルステージリソグラフィツールにおける構成要素の斜視図である。
【図１ｂ】干渉計システム及びエンコーダシステムを含むステージ測定システムを備えるシングルステージリソグラフィツールにおける構成要素の斜視図である。
【図１ｃ】干渉計システム及びエンコーダシステムを含むステージ測定システムを備えるデュアルステージリソグラフィツールにおける構成要素の斜視図である。
【図１ｄ】干渉計システム及びエンコーダシステムを含むステージ測定システムを備える別のデュアルステージリソグラフィツールにおける構成要素の斜視図である。
【図２】干渉計システム及びエンコーダシステムを含むステージ測定システムを備えるシングルステージリソグラフィツールにおける構成要素の斜視図である。
【図３】デュアルステージリソグラフィツールの模式図である。
【図４】デュアルステージリソグラフィツールの動作を示すフローチャートである。
【図５】高安定平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）の模式図である。
【図６】干渉計システム及びエンコーダシステムを含む計測システムにおける環境的影響、及び他の誤差の影響を補正するための信号処理を表す図である。
【図７ａ】集積回路を形成する工程を表すフローチャートである。
【図７ｂ】集積回路を形成する工程を表すフローチャートである。
【図８】干渉計システムを含むビーム書き込みシステムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
本明細書において開示される実施形態の構造及び動作は、詳細な説明を図面と関連付けながら一読することにより最も深く理解することができ、開示される実施形態の構成要素には参照番号が付されているので、これらの参照番号を使用してこれらの構成要素を、これらの構成要素が現われる図面の全てにおいて特定することができる。
【００５８】
種々の図面における同様の参照記号は同様の構成要素を指す。
図１ｃ及び３によれば、デュアルステージリソグラフィツール１００は、フレーム１０１に取り付けられるステージ基台１４０の上に配置される２つのウェハステージ、ステージ１１０及びステージ１２０を含む。ステージ１１０及びステージ１２０はウェハチャック１１１及び１２１をそれぞれ位置決めし、そして支持する。ステージ１１０は、位置合わせセンサ１８０及び露光レンズシステム１５０に対して露光位置に位置し、露光レンズシステム１５０は、動作状態において、放射線源１５５からの放射線を誘導して、ウェハチャック１１１に載せたウェハを照射する。ウェハチャック１１１に載せたウェハを露光している間に、線源１５５からの放射ビーム（例えば、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１３ｎｍのような波長の紫外線（ＵＶ）ビーム）は、ビーム整形光学系（例えば、透過光学系及び／又は反射光学系）を通過し、そして放射線源１５５から下方にステージ１１０に向かって伝搬する。放射ビームは、マスクステージに載せたマスク１５８を通過する。マスクをウェハステージ１１０上のウェハに露光レンズシステム１５０を介して結像させる。
【００５９】
ステージ１２０は、位置合わせセンサ１９０に対応し、ロード／アンロード位置に位置する。リソグラフィツールが、ロードされたウェハチャック群を露光位置とロード／アンロード位置との間で入れ替える構成の場合、ウェハチャック１２１の位置は、ウェハチャック１２１上の位置合わせパターン（位置合わせマークまたは位置合わせアーチファクトとも表記される）の位置を特定することによりステージ１２０上で特定され、そして新たにロードされるウェハの、ウェハチャック１２１に対する位置は、ウェハチャック１２１及びウェハチャック１２１にロードされるウェハ双方の上の位置合わせマークの位置を特定することにより特定される。リソグラフィツールが、ウェハステージ群を露光位置とロード／アンロード位置との間で入れ替える構成の場合、ウェハステージ１２０に対する、ウェハチャック１２１に新たにロードされるウェハの位置は、ウェハチャック１２１に新たにロードされるウェハの上の位置合わせマークの位置を特定することにより特定される。ロード／アンロード位置では、ウェハ交換装置（図示せず）が露光済みウェハを取り出し、そしてこれらのウェハを未露光ウェハと取り替え、そして新たにロードされるウェハの位置を、ツールがウェハチャック１１１のウェハを露光している間に求める。
【００６０】
リソグラフィツールが、ロードされたウェハチャック群を露光位置とロード／アンロード位置との間で入れ替える構成の場合、チャック交換システム（図には示されず）は、チャック１１１及び１２１を露光位置とロード／アンロード位置との間で入れ替える。リソグラフィツールが、ウェハステージ群を露光位置とロード／アンロード位置との間で入れ替える構成の場合、位置決めシステムを含むステージ交換システムは、ステージ１１０及び１２０を露光位置とロード／アンロード位置との間で入れ替える。２つの異なる動作モードの両方が設けられる場合、ステージ１１０及び１２０を位置決めするシステムはステージアクチュエータ１１２及び１２２を含む。ステージアクチュエータ１１２でステージ１１０を移動させるのに対し、アクチュエータ１２２でステージ１２０を移動させる。これらのアクチュエータは、ステージがロード／アンロード位置または露光位置に位置するときに、それぞれ位置合わせセンサ１９０または位置合わせセンサ１８０のいずれかに対して、ステージ群を平行移動させる。位置合わせセンサ１８０及び１９０は干渉計（例えば、白色光干渉計）を含むことができ、これらの干渉計は、ウェハステージ、ウェハチャックの上の位置合わせマーク、及び／又は干渉計の参照対象物及び測定対象物の両方として利用されるアーチファクトウェハ（これについては、米国特許出願公開第２００５−０１５１９５１  Ａ１号明細書を参照されたく、この公開公報の内容全体が本明細書において参照されることにより本明細書に組み込まれる）の上の位置合わせマークを使用する。図１ｃ及び３に示す座標系において、アクチュエータはステージ群をｘ方向及びｙ方向に平行移動させ、そしてステージ群をｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の回りに回転させることができる。
【００６１】
ステージ交換システムはステージ群をロード／アンロード位置と露光位置との間で、基台１４０をｚ軸に平行な軸の回りに回転させることにより入れ替えることができる。別の構成として、基台１４０は、ステージ群をｘ方向及びｙ方向に沿って並進移動させるコンベヤーを含むことができる。このような実施形態では、位置決めシステムはステージ群を、まずステージ群のうちの一方のステージをｙ方向に変位させ、そして次に、両方のステージを平行経路に沿って、ｘ軸に沿った相反する方向に移動させることにより入れ替えることができる。一旦、ｘ軸に沿ったこれらのステージの位置が入れ替わってしまうと、ｙ軸に沿って元々変位していたステージが当該ステージの元のｙ座標に戻り、入れ替えが完了する。
【００６２】
基台１４０、及び当該基台によって支持される種々の構成要素は、周囲振動から、例えば空気軸受けを含む減衰システムによって隔離することができる。
干渉計システム及びエンコーダシステムを含む測定システムを使用してツール１００内のステージ１１０及び１２０の位置をモニタリングする。干渉計システムは、露光位置に位置するステージ１１０の位置及び方位をモニタリングする干渉計１１５Ｂ及び１１５Ｃを含み、更にロード／アンロード位置に位置するステージ１２０の位置及び方位をモニタリングする干渉計１２５Ａ及び１２５Ｂを含む。エンコーダシステムは、エンコーダスケール１２２Ａ，１２２Ｂ，１１２Ｂ，及び１１２Ｃ、及びエンコーダヘッド１２３Ａ，１２３Ｂ，１１３Ｂ，及び１１３Ｃをそれぞれ含み、これらのエンコーダスケール及びエンコーダヘッドは、干渉計１２５Ａ，１２５Ｂ，１１５Ｂ，及び１１５Ｃにそれぞれ関連付けられる。干渉計１１５Ｂ及び１２５Ｂ、及び対応するエンコーダは、ｙ方向のステージ変位をモニタリングするのに対し、干渉計１１５Ｃ及び１２５Ａ、及び対応するエンコーダは、ｘ方向のステージ変位をモニタリングする。図１ｃに示す構成では、干渉計及びエンコーダは測定ビームを誘導して、ステージ群に取り付けられる平面ミラー測定対象物１１８Ｂ，１１８Ｃ，１２８Ａ，及び１２８Ｂから、及びエンコーダスケール１２２Ａ，１２２Ｂ，１１２Ｂ，及び１１２Ｃからそれぞれ反射させることによりステージの位置／方位をモニタリングする。
【００６３】
概括すると、エンコーダシステムは、センサ、トランスデューサを特徴とするか、または位置を符号化するスケールと対で配設されるリードヘッドを特徴とする。センサはスケールを読み取り、そして符号化された位置をアナログ信号またはデジタル信号に変換し、当該信号を次に、例えばデジタル読み出し装置によって位置に復号化することができる。移動は、経時的な位置の変化によって求めることができる。エンコーダ方式として、容量型エンコーダ、誘導型エンコーダ、渦電流式エンコーダ、磁気エンコーダ、及び光学エンコーダを挙げることができる。光学方式として、シャドウイング法、自己結像法、及び干渉法を挙げることができる。
【００６４】
リソグラフィツールが、ロードされたウェハチャック群を露光位置とロード／アンロード位置との間で入れ替える構成の場合、２つの測定対象物を各ステージに取り付ける。すなわち、測定対象物１１８Ｂ及び１１８Ｃをステージ１１０に取り付け、そして測定対象物１２８Ａ及び１２８Ｂをステージ１２０に取り付ける。リソグラフィツールが、ウェハステージ群を露光位置とロード／アンロード位置との間で入れ替える構成の場合、３つの測定対象物を各ステージに取り付ける。すなわち、測定対象物１１８Ａ，１１８Ｂ及び１１８Ｃをステージ１１０に取り付け、そして測定対象物１２８Ａ，１２８Ｂ，及び１２８Ｃをステージ１２０に取り付ける。測定対象物１１８Ｂ及び１１８Ｃは、測定ビーム１１７Ｂ及び１１７Ｃを干渉計１１５Ｂ及び１１５Ｃのそれぞれに向かって反射する。同様に、測定対象物１２８Ａ及び１２８Ｂは、測定ビーム１２７Ａ及び１２７Ｂを干渉計１２５Ａ及び１２５Ｂのそれぞれに向かって反射する。
【００６５】
別の位置決めシステムは、マスク１５８を放射線源１５５及び露光レンズシステム１５０に対して位置決めする。位置決めシステムは、例えば圧電トランスデューサ素子、及び対応する制御電子部品を含むことができる。リソグラフィツール１００は更に、マスクステージの位置だけでなく、リソグラフィ構造を形成するプロセスにおいて高精度にモニタリングする必要がある位置を有する他の可動要素の位置をモニタリングする干渉計システムを含むことができる（上のＳｈｅａｔｓ及びＳｍｉｔｈによるＭｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙを参照されたい）。
【００６６】
電子コントローラ（例えば、コンピュータ）はツール１００の種々の構成要素（例えば、放射線源１５５、レンズシステム１５０、位置合わせセンサ１８０及び１９０、及び干渉計１１５Ｂ，１１５Ｃ，１２５Ａ，及び１２５Ｂ、及びそれぞれのエンコーダ）と通信し、そして当該システムにおけるウェハの変位、露光、及び取り出しを調整する。電子コントローラはユーザインターフェースを含むことができ、ユーザインターフェースを介して、オペレータが情報を供給し、そして種々のツール手順を開始することができる。
【００６７】
リソグラフィツール１００の或る実施形態では、干渉計システムを使用して、複数の軸に沿った距離、及び例えばこれらには制限されないが、マスク（またはレチクル）ステージ群に関連する角度を測定することができる。また、ＵＶ（紫外）放射線ではなく、ｘ線ビーム、電子ビーム、イオンビーム、及び可視光ビームを含む他の放射線を使用してウェハを露光することができる。
【００６８】
或る実施形態では、リソグラフィツールは、この技術分野でカラム参照（ｃｏｌｕｍｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）として知られる手段を含むことができる。このような実施形態では、これらの干渉計のうちの一つ以上の干渉計が、参照ビームを外部参照経路に沿って誘導し、外部参照経路は、或る構造、例えばレンズシステム１５０に取り付けられて照射ビームを誘導する参照ミラーに接触する。参照ミラーは参照ビームを反射して干渉計に戻す。ステージ１１０上の測定対象物により反射される測定ビームと、レンズハウジングに取り付けられる参照ミラーにより反射される参照ビームとを合成する際に干渉計によって生成される干渉信号は、照射ビームに対するステージの位置の変化を示す。更に、或る実施形態では、干渉計システムを、リソグラフィツール１００のレチクル（またはマスク）ステージまたは他の可動構成要素の位置の変化を測定するように位置決めすることができる。一般的に、リソグラフィツール１００はスキャニングツールまたはステッパーツールとすることができる。
【００６９】
デュアルステージリソグラフィシステムの例も、本出願の譲受人が保有する、Ｈｅｎｒｙ  Ａ．  Ｈｉｌｌによる「デュアルステージリソグラフィツールにおける干渉計システム誤差補正」と題する米国特許出願第１０／４１１，８９０号に記載されており、この米国特許出願の内容は、本明細書において参照されることにより本明細書に組み込まれる。
【００７０】
図３には、デュアルステージリソグラフィシステムが示されるが、本明細書において記載される測定方法及びシステムはシングルステージリソグラフィシステムにおいて使用することもできる。一般的に、リソグラフィツールは乾式リソグラフィツールまたは液浸リソグラフィツールとすることができる。
【００７１】
次に、リソグラフィツール１００の動作に注目しながら、まず、動作を１枚のウェハに関して簡単に説明し、続いて、種々のプロセス工程について更に詳細に説明する。リソグラフィツールの動作は、図５に示すフローチャート６００に要約される。
【００７２】
まず、露光済みウェハをロード／アンロード位置に位置するステージ１２０から取り出し、そしてウェハ交換装置で未露光ウェハを当該ウェハの所定の位置にロードする（工程６０１）。次に、ツール１００は干渉計１２５Ａ及び１２５Ｂ、及びそれぞれのエンコーダを初期化し（工程６０２）、ステージ１２０上のウェハの位置及び方位を、位置合わせセンサ１８０及び干渉計１２５Ａ及び１２５Ｂ、及び関連するエンコーダを使用して求める（工程６０３）。次に、ツール１００は、ステージ１１０及びステージ１２０の位置を入れ替えて、ステージ１２０が露光位置に位置し、かつステージ１１０がロード／アンロード位置に位置するようにする（工程６０４）。一旦、ステージ１２０が露光位置に位置すると、ツールはステージ上の基準位置（例えば、位置合わせマークに対応する）を特定し（工程６０５）、そして干渉計１１５Ｂ及び１１５Ｃ、及びそれぞれのエンコーダを初期化し（工程６０６）、そして次に、ウェハを露光装置に対して位置決めする。次に、ツール１００は手順を進めてウェハを露光する（工程６０７）。一旦、露光が完了すると、ツール１００は再度、ステージ群を入れ替え、ステージ１２０をロード／アンロード位置に戻るように移動させ、そしてステージ１１０を露光位置に移動させ（工程６０８）、そしてこの手順を繰り返す。
【００７３】
第１工程、すなわちステージ１２０上にロードされるときの工程６０１に戻ってこの工程について述べると、ステージ上のウェハの位置及び方位は必ずしも、露光を行なうために十分に高い精度で判明する訳ではない。ウェハの位置合わせは、露光位置に位置するときに行なうことができるが、露光位置に位置するウェハの位置合わせに要する時間によって、露光サイクルが長くなり、かつウェハスループットが低くなり得る。従って、位置合わせ工程は、ウェハがロード／アンロード位置に位置している間に行ない、そしてこの位置合わせ中に導出される情報を使用して露光位置における位置合わせ時間を短縮する。
【００７４】
位置合わせ工程の目的は、ステージに対するウェハの位置及び方位を求めることにある。位置合わせが行なわれている間に、ツール１００は、ステージ群を入れ替える場合に干渉計１２５Ａ及び１２５Ｂを初期化して、ステージを複数の干渉計が共有する基準座標系に記録する。基準座標系内におけるステージの次の移動は、複数の干渉計によって干渉精度でモニタリングされる。
【００７５】
初期化では、ステージをロード／アンロード位置の既知の基準位置に移動させる。ステージが基準位置に到達するポイントは、ステージ上の位置合わせマークの位置を特定することにより導出される。基準位置は、干渉計１２５Ａと測定対象物１２８Ａとの間の距離、及び干渉計１２５Ｂと測定対象物１２８Ｂとの間の距離が、ロード／アンロード位置に位置するステージの運動範囲と比較して相対的に小さい状況におけるステージ位置に対応し得る。例えば、基準位置では、これらの測定対象物は、これらの対象物のそれぞれの干渉計から約５センチメートル未満の距離だけ離れて位置することができる。
【００７６】
一旦、ステージが基準位置に位置すると、電子コントローラはシステムを、干渉計１２５Ａ及び１２５Ｂから受信する各信号のヘテロダイン干渉位相を記録することにより初期化する。これらの位相における後続の変化をコントローラが使用して、測定対象物の位置、従って基準位置に対するステージ及びウェハの位置をトラッキングする。
【００７７】
初期化の後、基準座標系におけるステージの位置が判明するが、ステージ上のウェハの位置は判明しない。ステージ上のウェハの位置を求めるために、ステージアクチュエータはステージ位置を、ウェハの位置が位置合わせセンサ１９０によって特定されるまでスキャンすることができる。基準座標系における位置合わせセンサ１９０の位置はシステム設計及び校正から明らかになる。このスキャンが行なわれている間、干渉計１２５Ａ及び１２５Ｂはステージの位置をモニタリングする。干渉計測定値は、システム誤差に関して、現在の構成のシステムに関して取得されるデータを使用して補正することができ、干渉計測定値の精度を向上させることができる。ステージでウェハの位置を、十分な数の位置合わせマークが特定されてステージ上のウェハの位置及び方位が明確に決定されるまでスキャンする。電子コントローラはこの情報を保持して、露光中のウェハの位置合わせに使用する。
【００７８】
一旦、ツール１００がウェハの位置を求め、そして一旦、ステージ１１０上のウェハに対する露光サイクルが完了すると、ツール１００はこれらのステージ位置を入れ替えて、ステージ１２０及び各ウェハを露光位置に移動させる。この段階では、ステージ１２０上のウェハの位置及び方位は判明しているが、レンズシステム１５０に対するステージの位置は、ステージ群が入れ替わるときには判明しない、またはウェハステージに対するウェハチャックの位置は、ロードされたウェハチャック群が入れ替わるときには判明しない。
【００７９】
レンズシステム１５０に対するステージ１２０の位置は、ステージを基準位置に移動させることにより求めることができる。基準位置は、例えばステージ内の、またはウェハチャック内の３つ以上の位置合わせマークの位置を必要に応じて特定することにより特定される。一旦、基準位置が特定されてしまうと、ツール１００は干渉計１１５Ｂ及び１１５Ｃ、及びそれぞれのエンコーダを初期化して、ツールがウェハをレンズシステム１５０に対して正確に位置決めすることができ、かつ露光スキャン中のウェハの位置をモニタリングすることができるようにする。ウェハステージ群が入れ替わるとき、干渉計測定値は、システム誤差に関して、露光位置に位置するステージ１２０に対応する事前取得データを使用して補正することができる。誤差補正によって精度向上が可能になるので、誤差補正を行なわない同等のシステムにおいて必要となる場合よりも少ない位置合わせマークの位置を特定することにより、レンズシステム１５０に対する初期のウェハ位置合わせを十分高い精度で行なうことができる。
【００８０】
露光は、ウェハの位置をスキャンさせながら（または、リソグラフィツールがステッパーである場合はステップ移動させながら）ウェハを露光放射線で露光して、例えば個別マイクロチップ群または個別マイクロチップ群の一部に対応するウェハの異なる部分が露光されるようにすることにより行なわれる。スキャンを行なっている間、ツールはウェハ位置を干渉計１１５Ｂ及び１１５Ｃ、及びそれぞれのエンコーダを使用してモニタリングして、この場合も同じように、干渉計測定値及びエンコーダ測定値をシステム誤差に関して補正する。一旦、露光が完了すると、ステージ１２０をロード／アンロード位置に戻し、そして露光済みの各ウェハを新規ウェハに取り替える。
【００８１】
干渉計システムに対するエンコーダシステムの位置
エンコーダスケール１２２Ａ，１２２Ｂ，１１２Ｂ，及び１１２Ｃは、図１ｃでは測定ビーム１２７Ａ，１２７Ｂ，１１７Ｂ，及び１１７Ｃの真下に位置する。この位置によって、それぞれのエンコーダに関連するアッベオフセットエラーの絶対値を小さくする（例えば、最小にする）ことができる。エンコーダスケールの他の位置を利用することもできる。例えば、別の干渉計システム及びエンコーダシステムの斜視図を図１ｄに示す。図１ｄに示す別の干渉計システム及びエンコーダシステムの利点は、エンコーダスケール１２２Ｄ及び１１２Ｄを含むエンコーダに関連するアッベオフセットエラーの絶対値を、図１ｃに示す干渉計システム及びエンコーダシステムに対応するアッベオフセットエラーよりも、それぞれのエンコーダのスケール表面をウェハ表面の平面に一層近付けて配置することにより小さくすることができることである。ステージ１１０及び１２０のピッチの変化に関する情報は、干渉計１１５Ｂ及び１２５Ｂのそれぞれから得られる。
【００８２】
シングルステージリソグラフィツールに対応する干渉計システム及びエンコーダシステムの斜視図を図１ａに示す。図１ａに示すステージ１１０に対応する干渉計システム及びエンコーダシステムについての説明は、図１ｃに示すステージ１１０に対応する干渉計システム及びエンコーダシステムに関して本明細書において提示される説明の対応する部分と同じである。シングルステージリソグラフィツールに対応する別の干渉計システム及びエンコーダシステムの斜視図を図１ｂに示す。
【００８３】
図１ｂに示す別の干渉計システム及びエンコーダシステムの利点は、エンコーダスケール１１２Ｂ及び１１２Ｃを含むエンコーダに関連するアッベオフセットエラーの絶対値を、図１ａに示す干渉計システム及びエンコーダシステムに対応するアッベオフセットエラーよりも、それぞれのエンコーダのスケール表面をウェハ１１１のウェハ表面の平面に一層近付けて配置することにより小さくすることができることである。
【００８４】
図１ｂに示す別の干渉計システム及びエンコーダシステムの別の利点は、エンコーダスケール１１２Ｂ及び１１２Ｃが、ビーム経路１１７Ｂ及び１１７Ｃにおけるガス流パターンに大きく影響することがないことである。
【００８５】
シングルステージリソグラフィツールに対応する干渉計システム及びエンコーダシステムの斜視図を図２に示すが、この場合、エンコーダシステムは、ステージ１１０の下に配置される単一のエンコーダスケール１１２Ｅ及びエンコーダヘッド１１３Ｅを含む。エンコーダ検出器１１３Ｅの軸は、各リソグラフィツールの投影光学系の軸に一致させる。ステージ１１０のピッチ及びヨーの変化に関する情報は干渉計１１５Ｂ及び１１５Ｃから得られる。図２に示す干渉計システム及びエンコーダシステムでは、エンコーダスケール１１３Ｅに関連するアッベオフセットエラーの絶対値が増大するが、必要になるエンコーダスケール及びエンコーダヘッドの数が減るという利点が生じる。図２に示す干渉計システム及びエンコーダシステムの別の利点は、エンコーダスケール１１２Ｅが、ビーム経路１１７Ｂ及び１１７Ｃにおけるガス流パターンに大きく影響することがないことである。
【００８６】
一般的に、リソグラフィツールがウェハの位置合わせを行なう場合、当該リソグラフィツールは、位置合わせマークが配置されるユーザ定義位置を見付け出す。或る実施形態では、従来の処理用ウェハではなく、校正ウェハの上の位置合わせマークの位置を特定するために位置合わせセンサを使用することができる。校正ウェハは、互いから既知の変位だけ離れて位置する多数の位置合わせマークを有する。校正ウェハ群を使用してステージ測定システムを、校正ウェハ上のマーク群の間において測定システムで測定される変位の変化を経時的にモニタリングすることにより再校正することができる。或る実施形態では、校正ウェハは、ウェハ中心からウェハ半径の約７０％の距離だけ離れて円形状に位置する６〜８個の位置合わせマーク箇所を含む。ツールはステージを、これらの位置合わせマークの各々の位置が位置合わせセンサ１９０によって特定されるまで回転させることができる。このデータセットに基づいて、モデル（例えば、線形モデル）を導出して、ウェハグリッド及び／又はショット期間を指定することができる。モデルによって、ウェハグリッドの倍率、回転、及び直交性、及び露光ショット期間を定量化することもできる。これらのモデル計算によって、ツールの倍率、回転、及び直交性に関する位置合わせ補正を定量化することもできる。次に、モデルを測定済みの位置合わせデータから減算することができ、これによって位置合わせ残差（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｒｅｓｉｄｕａｌｓ）または非線形誤差（ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ  ｅｒｒｏｒｓ：ＮＬＥｓ）が得られる。ＮＬＥはここでは、高さ位置合わせ精度の指標として使用される。
【００８７】
校正ウェハは、リソグラフィツールのステージ測定システムの校正だけでなく、他のリソグラフィツールのステージ測定システムに対する一つのリソグラフィツールの一つのステージ測定システムの校正における標準として使用することができる。別の構成として、または追加される形で、校正ウェハは、座標測定機を検査するボールプレートとして、球をピラミッド状ピット群の各ピットに配置することにより使用することもできる。アーチファクトプレートからボールプレートに、そしてボールプレートからアーチファクトプレートに切り替える機能によって更に、リソグラフィ座標測定システムを他の座標測定機と比較する方法を提供することができる。
【００８８】
干渉計１１５Ｂ，１１５Ｃ，１２５Ａ，及び１２５Ｂ、及びそれぞれのエンコーダの動作、及び干渉計システム及びエンコーダシステムから生じるシステム誤差の発生源について次に説明する。これらの誤差は、ツールの使用前に、そして／またはツールがオフラインになっているときに特徴付けることができる。干渉計システム（例えば、干渉計及び測定対象物）及びエンコーダシステムの構成要素は、これらの構成要素をツール内に設置する前に特徴付けることができるが、一旦、これらの構成要素が設置されてしまうときに、これらの構成要素を特徴付けると有利であり、その理由は、システム誤差の発生源がこれらの構成要素の設置または使用の間に変化し得るからである。例えば、ステージミラー測定対象物をステージに固定することによって生じる応力によって、ミラーの表面に歪みが生じ得るので、システム誤差が発生する。更に、異なる測定対象物を各干渉計に対して使用すると変化を授受することになるので、干渉計システムの誤差は、干渉計システムを入れ替えるたびに特徴付け、そしてそれに応じて補正する必要がある。システム誤差の更に別の発生源、及びこれらの誤差を特徴付ける方法について以下に説明する。
【００８９】
ツール１００において使用される干渉計のような変位測定干渉計は、参照対象物に対する測定対象物の位置の変化を、光干渉信号に基づいてモニタリングする。干渉計は光干渉信号を、測定対象物によって反射される測定ビームを、参照対象物によって反射される参照ビームと重ね合わせ、そして干渉させることにより生成する。
【００９０】
図４によれば、模式的に示される変位測定干渉計の一つの例が高安定平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）３１０である。更に、干渉計３１０は平面ミラー測定対象物３４０と、光源３１２と、検出器３５０と、そして電子プロセッサ及びコンピュータ３６０と、を含む。ＨＳＰＭＩ３１０は偏光ビームスプリッタ３３０と、再帰性反射体３３２と、１／４波長位相遅延板３３４及び３３６と、そして平面ミラー参照ミラー３４２と、を含む。光源３１２は入力ビーム３２０をＨＳＰＭＩ３１０に誘導し、ＨＳＰＭＩ３１０は入力ビームを２つの成分に分離する。１回目通過測定ビーム３２２及び２回目通過測定ビーム３２４として示される一方の成分は、ＨＳＰＭＩ３１０から出射する前に、測定対象物３４０によって２回反射される。１回目通過参照ビーム３２８及び２回目通過参照ビーム３２７として示される他方の成分は、ＨＳＰＭＩ３１０から出射する前に、参照ミラー３４２によって２回反射される。これらの出射ビーム成分は重なり合い、そして出力ビーム３２６として示される。
【００９１】
或る実施形態では、測定ビーム及び参照ビームは直交偏光及び異なる周波数を有する（例えば、ヘテロダイン検出方式の場合）。異なる周波数は、例えばレーザゼーマン（Ｚｅｅｍａｎ）分裂により、音響光学変調により生成するか、または複屈折素子を用いるレーザの内部で生成することができる。直交偏光によって偏光ビームスプリッタは測定ビーム及び参照ビームを測定対象物及び参照対象物にそれぞれ誘導し、そして反射される測定ビーム及び参照ビームを合成して重なり出射測定ビーム及び参照ビームを形成することができる。これらの重なり出射ビームは出力ビームを形成し、次にこの出力ビームが偏光板を通過する。偏光板は出射測定ビーム及び参照ビームの偏光を混合して混合ビームを形成する。混合ビーム中の出射測定ビーム及び参照ビームの成分は互いに干渉して、混合ビームの強度が出射測定ビーム及び参照ビームの相対位相とともに変化するようになる。
【００９２】
検出器３５０は、出力ビームの参照ビーム成分と測定ビーム成分とを偏光に関して混合する偏光板を含む。検出器３５０は、混合ビームの時間依存強度を測定し、そして当該強度に比例する電気干渉信号を生成する。測定ビーム及び参照ビームは異なる周波数を有するので、電気干渉信号は、出射測定ビームの周波数と出射参照ビームの周波数との差に等しいビート周波数を有する「ヘテロダイン」信号を含む。測定経路の長さ、及び参照経路の長さが、例えば測定対象物を含むステージを並進移動させることによって互いに対して変化している場合、νを測定対象物及び参照対象物の相対速度とし、λを測定ビーム及び参照ビームの波長とし、ｎを光ビームが伝搬する媒質、例えば空気または真空の屈折率とし、そしてｐを参照対象物及び測定対象物に到達するまでの通過回数とする、すなわちＨＳＰＭＩ３１０の場合は２であるとすると、測定ビート周波数は２νｎｐ／λに等しいドップラーシフトを含む。測定干渉信号の位相の変化は測定対象物の相対位置の変化に対応し、例えば２πの位相変化はλ／（２ｎｐ）の距離変化Ｌにほぼ対応する。距離２Ｌは、往復距離変化であるか、または干渉計から測定対象物までの距離の変化である。別の表現をすると、位相Φは理想的には、Ｌに直接比例し、そして次式のように表わすことができる。
【００９３】
【数１】
2010510672.tif 000003
残念なことに、観測可能な干渉位相またはヘテロダイン位相〜Φが必ず位相Φに全く等しいという訳ではない。多くの干渉計が、例えば「周期誤差（ｃｙｃｌｉｃｅｒｒｏｒｓ）」のような非線形性を含む。周期誤差は、測定干渉信号に関して観測可能な位相及び／又は強度に対する影響度として表わすことができ、そして例えば、光路長２ｐｎＬの変化に対して正弦関数的に変化する。詳細には、位相の１次周期誤差は、この例では（４πｐｎＬ）／λに対して正弦関数的に変化し、そして位相の２次周期誤差は、この例では２（４πｐｎＬ）／λに対して正弦関数的に変化する。更に高い次数の周期誤差は、分数調波の周期誤差、及び検出器及び信号処理電子部品を含む干渉計システムの他の位相パラメータに対して正弦関数的に変化する周期誤差として与えることもできる。
【００９４】
周期誤差の他に、「非周期誤差（ｎｏｎ−ｃｙｃｌｉｃ  ｅｒｒｏｒｓ）」とも表記される非周期非線形性がある。非周期誤差の発生源の一つの例が、干渉計の測定経路における光ビームの回折によるものである。回折に起因する非周期誤差は、例えば応用光学（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ），  ２０（５），  ７３６−７５７，  １９８１に掲載されたＪ．−Ｐ．モンチャリン（Ｊ．−Ｐ．Ｍｏｎｃｈａｌｉｎ），Ｍ．Ｊ．ケリー（Ｍ．Ｊ．Ｋｅｌｌｙ），Ｊ．Ｅ．トーマス（Ｊ．Ｅ．Ｔｈｏｍａｓ），Ｎ．Ａ．カーニット（Ｎ．Ａ．Ｋｕｒｎｉｔ），Ａ．ゾーケ（Ａ．  Ｓｚｏｋｅ），Ｆ．ツァーニケ（Ｆ．Ｚｅｒｎｉｋｅ），Ｐ．Ｈ．リー（Ｐ．Ｈ．Ｌｅｅ），及びＡ．ジャバン（Ａ．Ｊａｖａｎ）による「高精度２ビーム走査型マイケルソン干渉計による高精度のレーザ波長測定」と題する論文に記載されているようなシステムの動作を分析することにより導出されている。
【００９５】
非周期誤差の第２の発生源は、干渉素子を通過する光ビームの「ビームずれ」の影響、及び参照ビーム及び測定ビームのうちの他方のビームに対する一方のビームの横方向ずれの影響によるものである。ビームずれは、例えば干渉計への入力ビームの伝搬方向の変化、または上述のＨＳＰＭＩのようなダブルパス平面ミラー干渉計における対象ミラーの方位の変化によって起こり得る。
【００９６】
従って、前述の周期誤差及び非周期誤差のような誤差に起因して、観測可能な干渉位相は通常、影響因子をΦの他に含む。従って、観測可能なヘテロダイン位相は更に正確に次式のように表わされる。
【００９７】
【数２】
2010510672.tif 000004
上の式では、ψ及びζは、周期誤差及び非周期誤差のそれぞれに起因する影響因子である。変位測定用途では、観測可能な位相は多くの場合、２ｐｋＬに等しいという前提であり、この前提によって、Ｌを測定位相から容易に求めることができる。多くの場合において、この前提は、周期誤差及び／又は非周期誤差に起因する影響度が小さい、または用途に必要とされる精度のレベルが比較的低い場合に特に、合理的な近似となる。しかしながら、高いレベルの精度を必要とする用途では、周期誤差及び／又は非周期誤差についてその原因を明らかにする必要がある。例えば、集積回路マイクロリソグラフィ形成に対する高精度変位測定要求は非常に厳しくなってきているが、これはその部分的理由として、ステッパー及びスキャナにおける結像系の視野が狭く限定されているからであり、更にその部分的理由として、ウェハ上の配線幅のサイズが継続的に小さくなっているからである。ステッパー及びスキャナによる高精度変位測定の要求は通常、ステッパーまたはスキャナのステージミラーに取り付けられる平面ミラー干渉計の外部ミラー群のうちの一つのミラーを装着した平面ミラー干渉計によって満たされる。
【００９８】
ウェハは通常、完全に平坦である訳ではないので、ウェハステージの方位を一つ以上の角度自由度で調整してウェハ上の露光箇所におけるウェハの非平坦性を補正する必要もある。平面ミラー干渉計の使用と一つ以上の角度自由度の変化とが組み合わされて、干渉計部品を通過する光ビームの横方向ずれが発生する。参照ビーム及び測定ビームのビームずれの影響は、コモンモードビームずれ、及び差分ビームずれとして効果的に表現することができる。差分ビームずれは、参照ビームと測定ビームの横方向ずれの差であり、そしてコモンモードビームずれは、参照ビームと測定ビームの平均横方向ずれである。
【００９９】
横方向ビームずれの上述した発生源は、距離測定干渉法において深刻な問題を引き起こす可能性がある。測定区間の長さが１メートルであり、ステージミラーの方位角の変化に対応する代表値が０．０００５ラジアンであり、そしてダブルパス平面ミラー干渉計を使用する場合、干渉計の出力ビームの参照成分と測定成分との間の相対横方向ずれは２ミリメートルである。相対横方向ずれが２ミリメートル、ビーム径が、例えば６ミリメートル、そして出力ビーム成分の波面誤差がλ／２０のオーダーの場合、１ナノメートルよりも大きい、或いは約１ナノメートルの誤差が、推定距離測定値に生じることになる。この誤差は非周期誤差であり、そしてこの誤差により、集積回路形成におけるステッパー及びスキャナのマイクロリソグラフィへの適用に大きな制約が課される。
【０１００】
また、波面誤差は、透過面の不完全性、及び再帰性反射体、位相差板のような構成要素の不完全性、及び／又はビームの波面に望ましくない変形を生じさせるマルチモード光ファイバとの結合により生じる。
【０１０１】
周期誤差を定量化する種々の技術が、本出願の譲受人が保有する米国特許第６，２５２，６６８号、第６，２４６，４８１号、第６，１３７，５７４号、及び第６，８０６，９６１号明細書、及びヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ）による「電子周期誤差の補正」と題する米国特許出願第１１／０６０，１７３号に記載されている。これらの特許文献の各々の内容全体が、本明細書において参照されることにより本明細書に組み込まれる。
【０１０２】
これらの影響因子を除去するために、周期誤差補正システム及び方法を使用して、観測される位相への周期誤差影響因子を特徴付ける周期誤差関数を導出することができる。或る実施形態では、周期誤差を特徴付けるために、異なる光路長差に対応する干渉信号に対する複数回の測定を分析して非線形性を定量化するシステム及び方法を用いる。特定の実施形態では、時間変化する干渉信号または時間変化する干渉信号から抽出される位相をフーリェ変換し、そしてこれらの非線形性のうちの少なくとも幾つかの非線形性をフーリェ変換信号の絶対値の自乗（すなわち、パワースペクトル）のピークに関連付ける。このような各ピークの周波数でのフーリェ変換の振幅及び位相を使用して、関連付けされた非線形性を定量化する。各ピークの周波数、及び当該周波数を分解することができるかどうかは通常、光路長差の変化率、すなわちドップラーシフトに依存する。従って、システム及び方法を用いて複数のドップラーシフトの各々に対応する複数の時間変化する干渉信号を分析することにより、システム及び方法を用いない場合には分からないままになる恐れのある非線形性を解決することができ、また異なるドップラーシフトによる測定に対する非線形性の影響を補完することができる。例えば、非線形性の影響は、測定対象物が固定されているか、或いは方向を変えているときに、すなわちドップラーシフトがゼロになっているか、或いはゼロを横切っているときに、測定に関して補完することができる。
【０１０３】
干渉計の非周期誤差を小さくする一つの方法では、非常に品質の高い光学素子を使用する。商用目的からすると、この解決方法は、干渉計のコストが必然的に高くなるので魅力的ではない。誤差を小さくする別の方法では、干渉計を設置する前に干渉計の誤差を定量化し、そして次に、干渉計により行なわれる測定を干渉計の最終使用形態において事前調整済みデータに基づいて補正する。
【０１０４】
或る実施形態では、干渉計に関連する非周期誤差の定量化では、位相が依存するパラメータをスキャンしながら干渉計出力ビームに関連する観測可能な位相をモニタリングする。誤差の他の発生源が無視できる、または除去されると仮定すると、観測可能な位相に対する非周期誤差の影響度は、参照値からの観測可能な位相の変化から導出される。参照値は、干渉作用により生じる別の位相を利用して得られる、または観測可能な位相とスキャンされるパラメータとの間の数学的関係から導出される位相値を利用して得られる。
【０１０５】
参照値が別の干渉位相を利用して得られる場合、参照値は、スキャン中に参照干渉計によりモニタリングされる余分の位相とすることができる。テスト対象の干渉計及び参照干渉計が測定対象物の同じ自由度をモニタリングするように構成される場合、観測可能な位相及び余分の位相は、非周期誤差及び他の誤差が無い状態において比例する必要がある。従って、この関係からの観測可能な位相の変化は全て、テスト干渉計の非周期誤差によって生じ得る。勿論、これは、余分の位相の測定に対する参照干渉計の非周期誤差の影響が無視できると仮定している。この仮定を保証するために、参照干渉計を高品質素子を使用して作製して干渉計の非周期誤差の発生源を少なくする。別の構成として、または追加される形で、参照干渉計を非周期誤差が小さくなる態様で動作させる、例えば測定対象物から短距離の位置で動作させて非周期誤差の発生源となるビームずれを小さくする。余分の位相の測定値の非周期誤差を最小化する別の方法では、既知の非周期誤差を有する参照干渉計を使用する。従って、参照値は、所定の非周期誤差影響度を持つ参照干渉計から観測することができる位相を補正することにより求めることができる。
【０１０６】
参照値を求める別の方法は、スキャンされるパラメータを観測可能な位相に関連付ける既知の関係（例えば数学公式）に基づいて行なわれる。例えば、干渉計における測定ビームと参照ビームとの光路長差が観測可能な位相に与える影響は、干渉計の幾何学的形状から求めることができる。この幾何学的形状の影響は通常、干渉計に対する測定対象物の方位及び位置のようなパラメータによって変わる。従って、これらのパラメータのうちの一つをスキャンしながら観測可能な位相をモニタリングし、そして非周期誤差を、スキャンされるパラメータに対する、位相に関して予測される関数依存性からの観測可能な位相の変化として求めることができる。
【０１０７】
非周期誤差データは、干渉計アセンブリ全体に関して求める他に、干渉計の構成要素群に関して求めることができる。例えば、ファイバ光ピックアップ（ＦＯＰ）を使用して干渉計出力ビームを、遠く離れた位置の検出器に供給する場合、ビームずれのような干渉計に起因するアーチファクトは、出力ビームがＦＯＰに結合することによって更に別の非周期誤差が生じるように作用し得る。これらの更に別の非周期誤差は、干渉計／ＦＯＰ複合アセンブリに関して求めることができるが、これらの非周期誤差は、ＦＯＰのみに関して求めることもできる。一つの構成要素に対応する非周期誤差関数を導出する原理は、干渉計に関する原理と同じである。すなわち、システムは、位相が依存するパラメータをスキャンしながら、干渉計によって生じる観測可能な位相を構成要素を使用してモニタリングする。非周期誤差の影響は、誤差の他の発生源が無視できるか、または除去されると仮定すると、参照値からの観測可能な位相の変化として導出される。或る実施形態では、ＦＯＰの非周期誤差は、２成分からなる光ビーム、例えばヘテロダイン干渉計システムの出力ビームの差分コモンモードビームずれの関数として測定される。
【０１０８】
非周期誤差関数の他に、干渉計システムに関する重要情報を、非周期誤差関数を測定するプロセスにおいて生成することもできる。この更に別の情報は干渉計システムの測定軸を、一つ以上のパラメータ、例えば測定経路の物理長、及び干渉計への入力ビームの伝搬方向によって変わる測定軸として含むことができる。干渉計アセンブリが２つ以上の平面ミラー干渉計を含む場合、非周期誤差関数を測定するプロセスでは、２つ以上の干渉計の各々の測定軸を全てマッピングすることもでき、そして２つ以上の測定軸の間隔の正確な測定値を供給することができる。この情報を使用して一つ以上の平面に在る平面ミラー測定対象物の角度変位の変化を求めることができる。
【０１０９】
干渉計及び干渉計の構成要素群の非周期誤差を特徴付けるために使用することができる装置の例、及び方法の詳細については、ヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ）による「干渉計システムにおける非周期誤差の特徴付け、及び補正」と題する米国特許出願第１０／３６６，５８７号に記載されている。この引用された特許出願の内容全体が本明細書において参照されることにより本明細書に組み込まれる。
【０１１０】
リソグラフィツール干渉計システムに関連する他のシステム誤差もツールの使用前に特徴付けることができる。例えば、上述したツールの干渉計システムのシステム誤差の別の潜在発生源は、測定対象物の反射面の不完全性、例えばミラーの表面形状の変化である。ミラーの表面形状の指標はミラーの面形状精度（ｍｉｒｒｏｒ’ｓ  ｆｉｇｕｒｅ）である。各測定対象物の面形状精度は、例えばフィゾー干渉計（Ｆｉｚｅａｕ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）を使用して特徴付けることができる。測定対象物の各部分の面形状精度は、例えば本出願の譲受人が保有する「ステージミラーのその場特徴付け」と題する米国特許出願第０９／８５３，１１４号、２００２年８月１３日出願のこれも「ミラーのその場特徴付け」と題する米国特許出願第１０／２１７，５３１号、及び「ステージミラーマッピング方法及び装置」と題する米国特許第７，０１９，８４３号明細書に記載されているような手法によって求めることもできる。これらの出願、及び特許はヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ）を発明者とし、そして各特許文献の内容全体が本明細書において参照されることにより本明細書に組み込まれる。
【０１１１】
或る実施形態では、測定対象物は、リソグラフィツール干渉計を使用してその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で特徴付けられる。各測定対象物は、露光位置及びロード／アンロード位置に位置する対応する干渉計を使用して特徴付けられる。ミラーに関連する誤差を求める際に多くの場合に重要となるものが必ずしもミラーの実際の物理的変形ではなく、リソグラフィ露光サイクル中の干渉測定ビーム（群）に対するミラーの「実効的な」光学的変形であるので、その場特徴付けは有利である。この実効的な光学的変形は、ミラーの物理的変形だけでなく、フォトリソグラフィ露光サイクル中のステージの移動により生じる熱及び空気乱流のような環境的影響によって生じる測定ビーム経路に沿った光学的勾配も含む。このような光学的勾配によって、干渉測定ビームの伝搬特性がミラーの物理的変形と同じ態様で変化し得る。従って、或る実施形態では、リソグラフィツールはミラー特徴付け手順をプロセス中に実行することにより、環境的影響を特徴付けに取り込む。次に、特徴付けを使用して、ステージのプロセス中の干渉測定を補正する。
【０１１２】
従って、測定対象物に関連するシステム誤差及びランダム誤差を補正することができる。この補正では、ミラーの設置前の不完全性の原因、ミラー設置により生じるミラーの変形の原因、及びステージ位置をモニタリングするために使用される干渉計にとってのミラー表面の「見え方」に影響を与えるフォトリソグラフィ露光サイクル中の環境的影響の原因を明らかにする。また、この補正では、例えば剥離または埃によるミラー表面の全ての工程中の形状劣化を補償することができる。更に、補正値をフォトリソグラフィ露光サイクルの複数のサイクル中に平均し、そして継続的に更新することにより、補正値の統計学的精度をリソグラフィツールのスループットを下げることなく向上させることができる。
【０１１３】
このようなミラーの特徴付け手法は、複数の測定軸に対するステージ位置を干渉法により測定することにより行なって、ステージ位置に関する余分の情報を提供することができる。例えば、ウェハステージの面内回転は、ウェハステージの２つの異なる側面に接触する個別の干渉測定ビームを利用して２回測定することができる。次に、この２回の面内回転測定は、ステージの位置が第１軸（例えばｘ軸）に沿ってステップ移動する、またはスキャンされるときに繰り返すことができる。従って、複数の余分の測定の差は、当該第１軸に平行に向いた第１ステージミラーの実効的な光学的変形によるものである。次に、プロセスを、第１軸に直交する第２軸（例えばｙ軸）に沿ったステージの複数回の並進移動に対して繰り返して、第２軸に平行に向いた第２ステージミラーの実効的な光学的変形を求めることができる。
【０１１４】
干渉計のシステム誤差をこのような態様で特徴付けることにより、スキャンされるパラメータの関数である一つ以上の位相項を生成することができる。これらの位相項は、例えばルックアップテーブルとして、べき級数表示として、またはフーリェ級数におけるようなスペクトルとして保存することができる。各干渉計に対応するこれらの位相項は、異なるステージの測定対象物に関して同じになる可能性があるが、異なる可能性の方が高い。スキャンされるパラメータとして、干渉計に対する測定対象物の位置及び／又は方位、測定対象物の回転軸に対する干渉計軸の位置、ビームずれ、及び測定ビーム及び／又は参照ビームの伝搬方向を挙げることができる。
【０１１５】
誤差データは、干渉計のエンドユーザに供給される或る電子データ記憶媒体（例えばメモリチップまたはディスク）に保存することができる。ツールの干渉計システムを動作させる制御アルゴリズムは非周期誤差関数にデータ記憶媒体からアクセスし、そして観測可能な位相を、下流の計算を位相に基づいて行なう前に補正する。
【０１１６】
これまで、リソグラフィツール１００の特定の構成要素及び構成について説明してきたが、同様のコンセプトを他の実施形態において使用することができる。例えば、これまでの説明では、ＨＳＰＭＩを参照しているが、一般的には、他のタイプの変位測定干渉計を使用することができる。他のタイプの干渉計として、シングルパス干渉計及びダブルパス干渉計（ＨＳＰＭＩはダブルパス干渉計である）の両方を挙げることができ、更に受動干渉計、動的干渉計、及び分散干渉計を挙げることができる。別の構成として、または更に追加される形で、リソグラフィツール１００は、一自由度よりも多くの自由度をモニタリングする干渉計、測定対象物の方位角の変化をモニタリングする干渉計、及びビーム伝搬方向を測定する角度変位干渉計を含むことができる。
【０１１７】
動的干渉計の例は、本出願の譲受人が保有する、ヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌ）による「入力ビームの方向を制御する動的干渉計」と題する米国特許出願第１０／２２６，５９１号に記載されている。ビームずれがゼロの受動干渉計の例は、本出願の譲受人が保有する、ヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ）による「ビームずれがゼロの受動干渉計」と題する米国特許出願第１０／２０７，３１４号に記載されている。角度変位干渉計の例は、本出願の譲受人が保有し、かつ共にヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ）によって著された「角度検出ビームスプリッタを使用する、ビームずれがゼロの受動干渉計」と題する米国特許出願第１０／２２６，５９１号及び米国仮出願第６０／３１４，３４５号、及びヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ）及びジャスティン  クラウザー（Ｊｕｓｔｉｎ  Ｋｒｅｕｚｅｒ）による「光ビーム方向の変化を測定する干渉計」と題する米国特許第６，９１７，４３２号明細書に記載されている。別の構成として、または更に追加される形で、干渉計システムは、一つ以上の差分角度変位干渉計を含むことができ、この干渉計の例もまた米国特許第６，９１７，４３２号に記載されている。一自由度よりも多くの自由度を測定し、そしてビームずれを小さくする干渉計システムの例は、ヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ）による「マルチパス干渉補償法」と題する米国特許出願第１０／３５２，６１６号に記載されている。他の形態のマルチパス干渉計は、ＶＤＩＢｅｒｉｃｈｔｅ Ｎｒ．７４９，  ９３−１０６（１９８９）に掲載されたＣ．ザノニ（Ｃ．Ｚａｎｏｎｉ）による「距離及び角度測定のための差分干渉計構成：原理、利点、及び適用形態」と題する記事に記載されている。２波長分散干渉計の例は、ヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ），ピーター  デ  グルート（Ｐｅｔｅｒ  ｄｅ  Ｇｒｏｏｔ）、及びフランク  Ｃ．デマレスト（Ｆｒａｎｋ  Ｃ．Ｄｅｍａｒｅｓｔ）による「空気の屈折率及び光路長の影響をマルチパス干渉補償法を使用して測定する装置及び方法」と題する米国特許第６，２１９，１４４Ｂ１号、及びピーター  デ  グルート（Ｐｅｔｅｒ  ｄｅ  Ｇｒｏｏｔ），ヘンリー  Ａ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌ），及びフランク  Ｃ．デマレスト（Ｆｒａｎｋ  Ｃ．Ｄｅｍａｒｅｓｔ）による米国特許第６，３２７，０３９Ｂ１号明細書に記載されている。
【０１１８】
また、ツール１００では、測定対象物がステージに取り付けられ、そして干渉計がフレームに取り付けられるが、他の構成を用いることができる。例えば、干渉計をステージに取り付け、そして測定対象物をフレームに取り付けることができる。或る実施形態では、検出器を干渉計から遠く離れた位置に配置することができ、そして出力ビームを検出器に、ファイバ光ピックアップ（ＦＯＰ）を使用して誘導することができる。或る実施形態は、上に説明されるカラム参照を含むことができる。
【０１１９】
或る実施形態では、マスクを定期的に取り替える場合、第２マスクステージをツインウェハステージと同様な態様で用いることができる。干渉計を使用してマスク位置をモニタリングする場合、上に説明したコンセプトと同様のコンセプトを用いてシステムのスループットを上げる、そして／またはマスク位置決め精度を向上させることができる。概して、本明細書に開示されるコンセプトは、構成要素の位置を干渉法によりモニタリングする手法を利用する他のシステムに適用することができ、この場合、モニタリングされる構成要素は異なる段階で動作中に取り替えられる。
【０１２０】
スーパーヘテロダイン信号直交成分、及びスーパーヘテロダイン信号直交成分の位相の生成：
ステージ測定システム７００における情報処理の内容を図６に示す。ステージ測定システム７００は、干渉計システム７１０及びエンコーダシステム７１２を含み、そして図６に要素７７８及び７８０としてそれぞれ示されるスーパーヘテロダイン信号直交成分ＳＣ及びＳＳを生成する。スーパーヘテロダイン信号直交成分７７８及び７８０から、図６に要素７８２として示される各スーパーヘテロダイン位相Θが一つ以上の自由度の各自由度に対応して位相計７４０によって生成される。位相７８２はエンコーダシステム７１２の誤差の影響を含み、そして測定対象物の位置の変化に対する位相７８２の感度が低下する（例えば、感度が無くなる）。スーパーヘテロダイン信号直交成分の位相の感度の低下の分類は、干渉計システムの対応するヘテロダイン位相またはホモダイン位相の感度との比較に基づいて行なわれる。
【０１２１】
図６を参照しながら説明を続けると、干渉計システム７１０はヘテロダイン信号７６０及び基準信号７６２を位相計７２０に送信し、位相計７２０では、ヘテロダイン信号７６０の位相〜Φが導出される。位相〜Φは要素７６４として示される。位相７６４はプロセッサ７２４に転送され、このプロセッサでは、要素７６８として示されるヘテロダイン位相〜ΦＣが一つ以上の自由度の各自由度に対応して生成される。位相７６８は、周期誤差、非周期非線形誤差、幾何学誤差、測定対象物として使用されるステージミラーの表面形状誤差、及び該当するアッベオフセットエラーのような干渉計システム７１０の誤差が補正された状態の位相７６４の観測値である［等式（２）及び関連する説明を参照されたい］。〜Φの補正に使用される情報は、システム７２２から信号７９６として取得される。システム７２２は、例えば波長モニタ、分散干渉計、ステージミラーマッピング及びモニタリング装置、及び干渉計システム７１０の測定経路におけるガスの逆分散能のモニタを含むことができる。
【０１２２】
要素７７２として示される位相φｈが次に、プロセッサ７２６によって生成される。位相７７２は、基準信号直交成分（基準信号７６２と混同されてはならない）の位相ωＲｔ、及び位相７６８の非高調波または高調波を含む、すなわち次式で表わされる。
【０１２３】
【数３】
2010510672.tif 000005
上の式では、要素７６６として示されるωＲは、干渉計システム７１０への入力ビームの測定ビーム成分及び参照ビーム成分の周波数差の周波数ωと、例えば１０ｋＨｚまたは１００ｋＨｚだけ異なる基準信号直交成分の周波数であり、そしてρは、エンコーダシステム７１２のエンコーダスケールのピッチと、λを干渉計システム７１０の測定ビームの波長とした場合の平面ミラー干渉計に対応する干渉計システム７１０の各変位感度、例えばλ／４との比に等しい要素７７０として示される非高調波倍率または高調波倍率である。位相７６８の非高調波または高調波は、位相７６８の非分数調波または分数調波とすることができる。
【０１２４】
要素７７４及び７７６としてそれぞれ示される共役直交成分またはヘテロダイン信号直交成分ＨＣ及びＨＳはプロセッサ７２８によって、ヘテロダイン位相７７２に基づいて、一つ以上の自由度の各自由度に対応して生成される。ヘテロダイン信号直交成分７７４及び７７６は次式のように表わすことができる。
【０１２５】
【数４】
2010510672.tif 000006
上の式では、ＡＨはヘテロダイン信号直交成分の振幅である。エンコーダシステム７１２からの要素７９２及び７９４としてそれぞれ示されるエンコーダ信号直交成分ＥＣ及びＥＳは次式のように表わすことができる。
【０１２６】
【数５】
2010510672.tif 000007
上の式では、φＥ及びＡＥはそれぞれ、信号直交成分７９２及び７９４の位相及び振幅である。
【０１２７】
スーパーヘテロダイン信号直交成分７７８及び７８０は、ヘテロダイン信号直交成分７７４及び７７６、及びエンコーダ信号直交成分７９４及び７９２に基づいて、次の数式に従って生成される。
【０１２８】
【数６】
2010510672.tif 000008
スーパーヘテロダイン信号直交成分７７８及び７８０の要素７８２として示される位相Θは主として、干渉計システムの測定経路及び参照経路における大気乱流により生成されるような低周波数成分（干渉信号の他の誤差は既に、他の方法を使用して補正されていることに留意されたい）、及びエンコーダシステムにおける周期誤差、非線形非周期誤差、幾何学誤差、アッベオフセットエラー、及び温度変化の環境的影響のようなエンコーダシステムの誤差のみを含む。位相７８２を次に、プロセッサ７５０によって処理して、校正信号７８４を、例えばフーリェ級数及び変換分析法、相関法、及びアーチファクトェハを使用してエンコーダシステムをその場で校正し、そしてエンコーダシステムの校正の変化をモニタリングすることにより得られる結果を使用して生成する。校正信号７８４をプロセッサ７５２によって処理して、エンコーダ信号７９２及び７９４の誤差が補正された状態のエンコーダシステム７１２の信号７８６を生成する。例えば、スーパーヘテロダイン位相の変化は、エンコーダ信号における低周波数の不確定性発生源によるものであり、そして当該変化を使用して、エンコーダを使用してこれらの誤差の原因を明らかにするために行なわれるステージ位置の測定を補正することができる。
【０１２９】
アプリケーション
上に説明したように、リソグラフィツールは、コンピュータチップなどのような大規模集積回路を形成するために使用されるリソグラフィ用途において特に有用である。リソグラフィツールは、液晶表示パネルのようなフラットパネルディスプレイパネルを製造するためにも使用される。リソグラフィは、半導体製造産業の発展を推進するキーテクノロジーである。重ね合わせ精度の向上は、線幅（設計ルール）を１００ｎｍにまで小さくし、更に１００ｎｍ未満にするための最も困難な５つの技術的課題のうちの一つであり、これについては、例えば半導体産業ロードマップ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｒｏａｄｍａｐ），  ｐ．  ８２  （１９９７）を参照されたい。
【０１３０】
重ね合わせ精度は、ウェハステージ及びレチクル（またはマスク）ステージの位置決めに使用される距離測定干渉計の性能、すなわち精度及び確度に直接依存する。リソグラフィツールにより年当り５０〜１００百万ドルの製品を生産することができるので、性能の改良された距離測定干渉計がもたらす経済的価値は非常に大きい。リソグラフィツールによる歩留まりが１％上がるたびに、年当り約百万ドルの経済効果が集積回路製造業者にもたらされ、そしてリソグラフィツールベンダーには、それにほぼ匹敵する大きな利益がもたらされる。上に説明される方法及び装置は、重ね合わせ精度を、リソグラフィツールにおける局所屈折率変化に関連するステージ位置決め誤差を小さくすることにより向上させることができる。
【０１３１】
この技術分野では公知のことであるが、リソグラフィは、半導体装置を形成する形成方法の重要な部分である。例えば、米国特許第５，４８３，３４３号明細書にはそのような形成方法の工程の概要が記載されている。これらの工程について、図７ａ及び７ｂを参照しながら以下に説明する。図７ａは、半導体チップ（例えば、ＩＣまたはＬＳＩ）のような半導体装置、液晶パネル、またはＣＣＤを形成するシーケンスのフローチャートである。工程１１５１は、半導体装置の回路を設計する設計プロセスである。工程１１５２は、マスクを回路パターン設計に基づいて作製するプロセスである。工程１１５３は、ウェハを、シリコンのような材料を使用することにより製造するプロセスである。
【０１３２】
工程１１５４は、前工程プロセスと呼ばれるウェハプロセスであり、このようにして予め作製しておいたマスク及びウェハを使用することによって、回路をリソグラフィを利用してウェハに形成する。十分高い空間分解能でマスク上のこれらのパターンに対応する回路をウェハに形成するために、リソグラフィツールをウェハに対して干渉法によって位置決めする必要がある。本明細書において説明される干渉計方法及びシステムは、ウェハプロセスにおいて使用されるリソグラフィの有効性を向上させるために特に有用となり得る。
【０１３３】
工程１１５５は、工程１１５４によって処理されたウェハが半導体チップ群として形成される後工程プロセスと呼ばれる組立工程である。この工程では、組み立て（ダイシング及びボンディング）、及びパッケージング（チップ封止）を行なう。工程１１５６は検査工程であり、工程１１５５によって作製される半導体装置の動作性チェック、耐久性チェックなどが実施される。これらのプロセスにより、半導体装置を仕上げ、そして出荷する（工程１１５７）。
【０１３４】
図７ｂは、ウェハプロセスの詳細を示すフローチャートである。工程１１６１は、ウェハの表面を酸化させる酸化プロセスである。工程１１６２は、絶縁膜をウェハ表面に形成するＣＶＤプロセスである。工程１１６３は、電極をウェハに蒸着堆積法によって形成する電極形成プロセスである。工程１１６４は、イオンをウェハに注入するイオン注入プロセスである。工程１１６５は、レジスト（感光材料）をウェハに塗布するレジストプロセスである。工程１１６６は、上述した露光装置により、マスクの回路パターンをウェハに露光印刷する（すなわちリソグラフィ）露光プロセスである。この場合も同じように、上述したように、本明細書において説明される干渉計システム及び方法を使用することにより、このようなリソグラフィ工程の精度及び分解能を向上させる。
【０１３５】
工程１１６７は、露光済みウェハを現像する現像プロセスである。工程１１６８は、現像されたレジスト像を除く部分を除去するエッチングプロセスである。工程１１６９は、エッチングプロセスが施された後にウェハに残留するレジスト材料を剥離する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、回路パターンをウェハに形成し、そして重ね合わせる。
【０１３６】
上述の干渉計システムは、対象物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使用することもできる。例えば、基板またはビームのいずれかが移動するときに、レーザ、ｘ線、イオン、または電子ビームのような書き込みビームによってパターンを基板の上に刻印する適用形態では、干渉計システムを使用して、基板と書き込みビームとの相対移動を測定することができる。
【０１３７】
一例として、ビーム書き込みシステム１２００の模式図が図８に示される。光源１２１０は書き込みビーム１２１２を生成し、そしてビーム集束アセンブリ１２１４は、放射ビームを、可動ステージ１２１８によって支持される基板１２１６に誘導する。ステージの相対位置を求めるために、干渉計システム１２２０は参照ビーム１２２２を、ビーム集束アセンブリ１２１４に取り付けられるミラー１２２４に誘導し、そして測定ビーム１２２６を、ステージ１２１８に取り付けられるミラー１２２８に誘導する。参照ビームはビーム集束アセンブリに取り付けられるミラーに接触するので、ビーム書き込みシステムは、カラム参照を使用するシステムの一例である。干渉計システム１２２０は、これまでに説明した複数の干渉計システムのうちのいずれの干渉計システムとすることもできる。干渉計システムによって測定される位置の変化は、基板１２１６上における書き込みビーム１２１２の相対位置の変化に対応する。干渉計システム１２２０は、基板１２１６上における書き込みビーム１２１２の相対位置を表わす測定信号１２３２をコントローラ１２３０に送信する。コントローラ１２３０は出力信号１２３４を、ステージ１２１８を支持し、かつ位置決めする基台１２３６に送信する。更に、コントローラ１２３０は信号１２３８を光源１２１０に送信して、書き込みビーム１２１２の強度を変化させる、または書き込みビーム１２１２を遮断することにより、書き込みビームが、基板の選択位置においてのみ光物理的変化または光化学的変化が生じるのに十分な強度で基板１２１６に接触するようになる。
【０１３８】
更に、或る実施形態では、コントローラ１２３０は、ビーム集束アセンブリ１２１４に書き込みビームを基板の或る領域に亘って、例えば信号１２４４を使用して走査させることができる。その結果、コントローラ１２３０は、システムの他の構成要素に指示して、基板をパターニングさせる。パターニングは通常、コントローラに格納されている電子設計パターンに基づいて行なわれる。或る適用形態では、書き込みビームで、基板を覆うレジストをパターニングし、そして他の適用形態では、書き込みビームで、基板を直接パターニングする、例えばエッチングする。
【０１３９】
このようなシステムの重要な適用形態は、これまでに説明されているリソグラフィ法において使用されるマスク及びレチクルの作製である。例えば、リソグラフィマスクを作製するために、電子ビームを使用して、クロム被覆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においては、ビーム書き込みシステムでは、電子ビーム経路を真空に保持する。また、書き込みビームが、例えば電子ビームまたはイオンビームである場合においては、ビーム集束アセンブリは、真空下において帯電粒子を基板の上に集束させ、かつ誘導する四重極レンズのような電界発生装置を含む。書き込みビームが放射ビーム、例えばｘ線、ＵＶ、または可視光線である他の場合においては、ビーム集束アセンブリは、放射線を基板に集束させ、かつ誘導する対応する光学系を含む。
【０１４０】
他の実施形態は以下の請求項に含まれる。
尚、本明細書における「〜Φ」の記載は、
【０１４１】
【数７】
2010510672.tif 000009
に対応するものとして、翻訳時に代替として用いられたものである。
【図１ａ】
2010510672.tif 000010
【図１ｂ】
2010510672.tif 000011
【図１ｃ】
2010510672.tif 000012
【図１ｄ】
2010510672.tif 000013
【図２】
2010510672.tif 000014
【図３】
2010510672.tif 000015
【図４】
2010510672.tif 000016
【図５】
2010510672.tif 000017
【図６】
2010510672.tif 000018
【図７ａ】
2010510672.tif 000019
【図７ｂ】
2010510672.tif 000020
【図８】
2010510672.tif 000021
【国際調査報告】
2010510672.tif 000022