(57)【要約】面（３０）と基準線との間の高度変化を測定する干渉計装置（２６）である。上記干渉計装置は、寸法的に安定した計測学フレーム（１１）を含み、基準線は、少なくとも２つの直交する方向において、上記計測学フレームに対して名目的な並進面に取り付けられたオブジェクト（１２）に規定され、一方で、上記少なくとも２つの直交する方向に対して名目的には垂直な方向において比較的より小さい高度変化を受ける。細長い反射体手段は、上記計測学フレームまたは上記オブジェクトに対して取り付けられて上記面を提供し、少なくとも１つの干渉計システム（２８）は、上記オブジェクト上の少なくとも一部に取り付けられて上記オブジェクトと共に移動する。上記干渉計システムは、上記細長い反射体手段へと進み、かつ上記細長い反射体手段から続く少なくとも１つの光路に沿って進行する測定ビーム（３２）を提供する。【選択図】図１
2004510129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面と基準線との間の高度変化を測定する干渉計装置であり、
寸法的に安定した計測学フレームと、
少なくとも２つの直交する方向において、該計測学フレームに対して名目的な並進面に取り付けられたオブジェクトに基準線を規定し、一方で、該少なくとも２つの直交する方向に対して名目的には垂直な方向において比較的より小さい高度変化を受ける手段と、
該計測学フレームに対して取り付けられて該面を提供する細長い反射体手段と、
該オブジェクト上の少なくとも一部に取り付けられて該オブジェクトと共に移動する少なくとも１つの干渉計システムと
を備え、該干渉計システムは、該細長い反射体手段へと進み、かつ該細長い反射体手段から続く少なくとも１つの光路に沿って進行する測定ビームを提供して、該オブジェクトが移動すると、該面と該基準線との間の高度変化によって変化する情報を含む信号を提供するように構成され、該干渉計システムは、該信号が、該２つの直交する方向のうちの少なくとも１つの周辺における、該オブジェクトの角回転の変化に敏感でないように構成された、装置。
【請求項２】
前記光路は少なくとも１つの折り畳みを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記信号を受信し、かつ、該信号から前記高度を決定する手段をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記オブジェクトは、露光位置にウェハを保持するフォトリソグラフィック並進ステージを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記干渉計システムは、前記ステージ外に取り付けられた光源および参照経路を有する干渉計、ならびに該ステージ上に取り付けられた細長いペンタプリズムを含み、該干渉計は該ステージ外に前記参照ビームを生成し、該参照ビームを該ステージ上の該細長いペンタプリズムに方向付け、該細長いペンタプリズムは該少なくとも１つの光路を提供する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記細長い反射体手段はルーフプリズムを含み、前記信号は、前記直交する方向のうちの少なくとも２つの方向の周辺における前記ステージの角回転に敏感でない、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記干渉計システムは、ビーム生成器、前記ステージ外に取り付けられた検出器、および該ステージ上に取り付けられた干渉計を備えた、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
第１のフォトリソグラフィック並進ステージに対して移動するように取り付けられた第２のフォトリソグラフィック並進ステージをさらに備え、これにより、該フォトリソグラフィックステージのうちの１つが他方の上を移動し、両方が直交する方向で移動し、該干渉計は、該ステージそれぞれから前記基準線までの高度差を測定するように構成されている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
オブジェクト上の基準線に沿った点と、移動した参照ボディ上の基準線に沿った点との間の高度変化を測定する干渉計装置であり、
少なくとも２つの直交する方向において、該参照ボディに対して名目的な並進面に取り付けられたオブジェクトを規定し、一方で、該少なくとも２つの直交する方向と名目的には垂直な方向において比較的より小さい高度変化を受ける手段と、
該参照ボディに対して取り付けられた細長い反射体手段と、
移動する該オブジェクト平面に平行な入力ビームを生成する光源と、
該面上の少なくとも一部に取り付けられて該面と共に移動する少なくとも１つの干渉計システムと
を備え、該干渉計システムは、オブジェクト基準線を表す点の集合に沿って該入力ビームによって走査され、該細長い反射体手段へと進み、かつ、該細長い反射体手段から進む光路に沿って進行する測定ビームを提供するように構成され、該参照ボディに関連付けられた参照ボディの基準線を規定する該オブジェクト基準線上の点の集合に対応する点の集合に沿って該細長い反射体手段を走査し、該干渉計システムは、該オブジェクトが移動する場合に、該基準線上の対応する点間の距離によって変化する情報を含む信号を提供し、該参照ボディに対する該オブジェクトの任意の位置における該基準線の対応する位置間の距離は該高度であり、該干渉計は、該信号が該２つの直交する方向のうちの少なくとも１つの周辺における該オブジェクトの角回転の変化に敏感でないように構成されている、装置。
【請求項１０】
面と基準線との間の高度変化を測定する干渉計装置であり、
寸法的に安定した計測学フレームと、
少なくとも２つの直交する方向において、該計測学フレームに対して名目的な並進面に取り付けられたオブジェクトに基準線を規定し、一方で、該少なくとも２つの直交する方向に対して名目的には垂直な方向において比較的より小さい高度変化を受ける手段と、
該オブジェクトに対して取り付けられて該オブジェクトと共に移動する面を提供する細長い反射体手段と、
該寸法的に安定した計測学フレーム上の少なくとも一部に取り付けられた少なくとも１つの干渉計システムと
を備え、該干渉計システムは、該細長い反射体手段へと進み、かつ該細長い反射体手段から少なくとも１つの光路に沿って進行する測定ビームを提供して、該オブジェクトが移動すると、該面と該基準線との間の高度変化によって変化する情報を含む信号を提供するように構成され、該干渉計システムは、該２つの直交する方向のうちの少なくとも１つの周辺における、該オブジェクトの角回転の変化に敏感でないように構成されている、装置。
【請求項１１】
前記光路は少なくとも１つの折り畳みを含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記信号を受信し、かつ、該信号から前記高度を決定する手段をさらに含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記オブジェクトは、露光位置にウェハを保持するフォトリソグラフィック並進ステージを含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１のフォトリソグラフィック並進ステージに対して移動するように取り付けられた第２のフォトリソグラフィック並進ステージをさらに備え、これにより、該フォトリソグラフィックステージのうちの１つが他方の上を移動し、両方が直交する方向で移動し、該干渉計は、該ステージそれぞれから前記基準線までの高度差を測定するように構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
ウェハ上に集積回路を製造する際に用いられる前記干渉計装置に動作的に関連付けられたマイクロリソグラフィック手段をさらに含み、該マイクロリソグラフィック手段は、
ウェハを支持する少なくとも１つのステージと、
放射線源、マスク、位置決めシステム、レンズアセンブリ、および該干渉計装置の所定の部分を含む照射系と
を備え、該マイクロリソグラフィック手段は、該放射線源が該マスクを通って放射線を方向付けて、空間的にパターン化された放射線を生成するように動作し、該位置決めシステムは、該放射線源からの放射線に対する該マスクの位置を調整し、該レンズアセンブリは、該ウェハ上に該空間的にパターン化された放射線を結像し、該干渉計装置は該放射線源からの該放射線に対する該マスクの位置を測定する、請求項４に記載の干渉計装置。
【請求項１６】
ウェハ上に集積回路を製造する際に用いられる前記干渉計装置に動作的に関連付けられたマイクロリソグラフィック手段をさらに含み、該マイクロリソグラフィック手段は、
ウェハを支持する少なくとも１つのステージと、
放射線源、マスク、位置決めシステム、レンズアセンブリ、および該干渉計装置の所定の部分を含む照射系と
を備え、該マイクロリソグラフィック手段は、該放射線源が該マスクを通って放射線を方向付けて、空間的にパターン化された放射線を生成するように動作し、該位置決めシステムは、該放射線源からの放射線に対する該マスクの位置を調整し、該レンズアセンブリは、該ウェハ上に該空間的にパターン化された放射線を結像し、該干渉計装置は該放射線源からの該放射線に対する該マスクの位置を測定する、請求項１３に記載の干渉計装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は概して干渉法に関し、具体的には、干渉装置および干渉方法に関する。干渉装置および干渉方法により、基準面と参照面との間の高度が、面の少なくとも一部が相互に対して移動し得る場合に測定され得る。
【０００２】
干渉法は、多数の臨界寸法を測定および制御するために、マイクロ生産プロセスにおいて広く用いられている、しっかりと確立された計測学である。これは、０．１μｍより小さい臨界寸法よりも１０〜４０％よい精度が必要である、半導体などを製造する際に特に重要である。
【０００３】
半導体材料から製造された集積回路は、シリコンウェハ上に異なる材料の層を連続して堆積して、パターン化することによって構築され、通常、垂直なｚ方向を有するデカルトｘ−ｙ座標を有する、名目的には平坦な露光面内に存在する。パターン化プロセスは、露光、フォトレジストの成長、次いで、下層のエッチングおよびドーピング、次いで、別の層の堆積の組み合わせを含む。このプロセスの結果、ウェハ面上の材料構造が、マイクロメートルの尺度で複雑になり、そして非常に不均一になる。
【０００４】
通常、各ウェハは「フィールド」（これは、「グリッド」として公知の名目的には直線的に分布するようにウェハ上に配列されている）と呼ばれるパターンと同じパターンの複数のコピーを含む。常にではないが、各フィールドは１つの「チップ」に対応することが多い。
【０００５】
露光プロセスは、ウェハ上で回転されたフォトレジスト上に（そしてその内部に）次の層のパターンの像を投影することを含む。集積回路が正常に機能するには、各連続した投影像がウェハ上にすでにあるパターンと厳密に合致する必要がある。ウェハ上にすでにあるパターンの位置、方向および歪みを決定し、次いで、投影像に対して正しくパターンを配置するプロセスは、「アライメント」と呼ばれる。実際の成果（すなわち、各連続したパターン化された層がいかに厳密にその前の層と合致しているか）は、「オーバーレイ」と呼ばれる。
【０００６】
概して、アライメントプロセスは、すでに存在するパターンの実際の形状に合致させるために、ウェハおよび／または投影像ならびに像の所定の歪みの並進的および回転的な位置決めの両方を必要とする。あるパターンを他のパターンの上に載せるには、ウェハと像とを正しく位置決めする必要があるという事実は明らかである。像の実際の歪みも必要であることが多い。熱および振動などの他の影響も補正を必要とし得る。
【０００７】
このすべての最終的結論は、ウェハ上にプリントされた第１のレベルのパターンの形状は理想的ではなく、続くすべてのパターンを、第１のレベルのプリントパターンの全体的形状に適合するように可能な程度に調整する必要があることである。露光ツールによって、これらの影響を説明する能力は異なるが、通常、説明され得る歪みまたは形状の変化は、ｘおよびｙの倍率およびスキューを含む。これらの歪みは、並進および回転と組み合わされた場合、平面において完全なセットの線形変換をなす。
【０００８】
問題は、投影像とウェハ上にすでにあるパターンとを継続的に合致させることであり、単にウェハ自体を位置決めすることではないため、露光ツールは、ウェハパターン自体と投影像との両方の相対位置、方向、および歪みを効果的に検出または推測することが可能である必要がある。
【０００９】
回路パターン自体を直接感知することは難しいため、回路パターンに基準または「アライメントマーク」を加えることによってアライメントを達成し得る。これらのアライメントマークを用いて、レチクルの位置、方向および歪み、および／または投影像の位置、方向および歪みを決定し得る。アライメントマークをさらに、回路パターンと共にウェハ上にプリントし得、これにより、アライメントマークを用いて、ウェハパターンの位置、方向および歪みを決定し得る。アライメントマークは通常、レチクル上に１本以上の透明または不透明な線を含む。線は、ウェハ上にプリントされると、「トレンチ」または「メサ」になる。格子（これは、単にトレンチおよび／またはメサの反復的なアレイ）などのより複雑な構造およびチェックボードパターンも用いられる。アライメントマークは通常各フィールドの「切り溝」の端部に沿って配置されるか、または数個の「マスターマーク」がウェハにわたって分布される。アライメントマークは必要ではあるが、チップ回路部の一部ではないため、チップメーカーの立場からは有効なウェハ面積、すなわち「実装可能面積（ｒｅａｌ　ｅｓｔａｔｅ）」を無駄にしている。これにより、アライメントマークは可能な限り小さくなり、一辺において数百マイクロメータより小さいことが多い。
【００１０】
アライメントセンサは、アライメントマークを「見る」ために露光ツール内に組み込まれている。通常、ウェハ、レチクル、および／または投影像自体用に別個のセンサがある。全体的なアライメント戦略に依存して、これらのセンサは完全に別個のシステムであってもよいし、または効果的に組み合わせて１つのセンサにしてもよい。例えば、投影像を直接見ることが可能なセンサは、ウェハマークに対しては名目的には「ブラインド（ｂｌｉｎｄ）」であり、これにより、別個のウェハセンサが必要である。レチクルのアライメントマーク自体を介してウェハを「見る」センサは、基本的にレチクルおよびウェハのアライメントを同時に実行し、これにより、別個のレチクルセンサは必要ではない。投影像中のアライメントマークの位置がレチクルのアライメントマークの位置から推測される場合、像位置に対してレチクルを慎重に較正することが、アライメント工程の前に実行されている必要があることに留意されたい。
【００１１】
さらに、上記で示唆されるように、実質的にすべての露光ツールが、ウェハアライメントマークを光学的に検出するセンサを用いる。すなわち、センサは、ウェハ上の１以上の波長に光を投影して、ウェハ平面内の位置関数として、アライメントマークからの散乱／回折を検出する。多くの種類のアライメントセンサが通常用いられており、そしてその光学的構成は、簡単な顕微鏡からヘテロダイン格子干渉計まで全スペクトルをカバーする。さらに、種々のセンサ構成が所与のウェハタイプによって動作がよくなったりまたは悪くなったりするため、ほとんどの露光ツールは、１つより多いセンサ構成を備えて、可能な限り広い範囲のウェハタイプに対して良好なオーバーレイを可能にする。
【００１２】
アライメントセンサの総合的な仕事は、露光ツールに対して固定された座標システム中に、ウェハ上に所与のサブセットのすべてのアライメントマークそれぞれの位置を決定することである。次いで、「グローバル」および「フィールドバイフィールド（ｆｉｅｌｄ−ｂｙ−ｆｉｅｌｄ）」と呼ばれる２つの一般的な方法のいずれかでこれらの位置データを用いて、アライメントを実行する。グローバルアライメントにおいて、数個のみのフィールド内のマークは、アライメントセンサ（単数または複数）によって探し出され、データは、ウェハ上のすべてのフィールドの最適なアライメントを決定するために、最適に適合するように組み合わされる。フィールドごとのアライメントにおいて、１つのフィールドから集められたデータを用いて、そのフィールドのみのアライメントが行われる。グローバルアライメントは通常、ウェハ上のすべてのフィールドが探し出されるわけではないためより速く、そして、すべてのデータを共に組み合わせて全体的な最適な適合度を見つけるため、雑音に対する感度が低い。しかし、最適な適合度の結果はフィードフォワードアプローチまたは推測位置アプローチで用いられるため、最適な適合度の結果は露光ツールの全体的な光学機械的な安定性に依存する。
【００１３】
アライメントは通常、２つの工程プロセスとして実施される。すなわち、数十ナノメータの精度を有する細密なアライメント工程が、マイクロメートルの精度の最初の粗いアライメント工程に続く。そして、アライメントはウェハをすべての６つの自由度（３つの並進および３つの回転）で位置決めすることを必要とする。しかし、ウェハが投影像平面内にあるようにウェハを調整すること、すなわち、ウェハを平坦化し、そしてウェハのフォーカスをすること（これは、１つの並進の自由度（光軸、ｚ軸またはｘ−ｙウェハ方向に平行な法線に沿った移動）、および２つの回転の自由度（ウェハ平面を投影像平面に平行になるように方向付けする）を含む）は通常、アライメントとは別個のものと考えられる。アライメントを指す場合、平面内での並進（２つの自由度）および投影光軸周辺の回転（１つの自由度）のみを意味することが通常である。名称がこのように異なる理由は、必要な精度が異なるからである。平面内の並進および回転に必要な精度は通常、数十ナノメータのオーダ、すなわち、ウェハ上にプリントされる最小のフィーチャサイズまたは臨界寸法（ＣＤ）の約２０〜３０％である必要がある。現在における最新技術のＣＤ値は数百ナノメータのオーダであり、したがって、必要なアライメント精度は１００ｎｍより小さい。一方、平面外の並進および回転に必要な精度は、露光ツールのすべての使用可能な焦点深度に関し、これは通常、ＣＤ値に近い。したがって、平面外のウェハのフォーカスおよび平坦化は、平面内アライメントほど高い精度を必要としない。さらに、フォーカスおよび平坦化用センサは通常、「アライメントセンサ」とは完全に異なり、そして、フォーカスおよび平坦化は通常、ウェハ上のパターンに依存しない。ウェハ面またはその代用物のみが感知される必要がある。しかし、これは依然、中でも、ウェハの上の光学投影系の垂直位置（高度）に関する正確な知識を必要とする重要なタスクである。この垂直位置の測定を達成するには、例えば、米国特許第６，０２０，９６４号に記載されるような干渉計が公知である。しかし、この干渉計は、測定オブジェクトに測定ビームが１回のみ伝播した後に、関連付けられた参照ビームと平行でない測定ビームの影響を受け、光信号上で運搬される情報を電子形態に変換するための、測定オブジェクトへの１回の伝播の後の測定ビームと関連付けられた参照ビームとが平行でないことに起因した、検出器における干渉計の参照ビームおよび測定ビームの有意なシヤーの影響を受け、そして高度に直接関連付けられていない測定ビーム経路の一部への環境および乱流の影響を受けるように見える。
【００１４】
したがって、本発明の主な目的は、干渉装置と、ウェハの上のフォトリソグラフィック光学系の高度が正確に測定され得、測定オブジェクトへの１回の伝播の後、測定ビームおよび関連付けられた参照ビームが平行でないことに起因したビームシヤーが最小になり、測定オブジェクトへの１回の伝播の後、測定ビームおよび関連付けられた参照ビームの非平行性を減少させる装置とを提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、干渉装置と、ウェハの上のフォトリソグラフィック光学系の高度が、最小のビームシヤーおよび測定オブジェクトへの１回の伝播の後、測定ビームと関連付けられた参照ビームとの非平行性が減少することにより、正確に測定され得、一方で、測定経路の高度部分のみに沿った媒体の環境および乱流の影響に起因した屈折率の変化に敏感であり、測定の他の部分のみに沿った媒体の環境および乱流の影響に起因した屈折率の変化に敏感でない装置とを提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、干渉装置と、ウェハの上のフォトリソグラフィック光学系の高度が、光学系からウェハ上を見下ろすことによって、またはウェハから光学系を見上げることによって、正確に測定され得る装置とを提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、干渉装置と、ウェハの上のフォトリソグラフィック光学系の高度がウェハのｘおよびｙの並進によって正確に測定され得、これにより、高度情報を運搬する光信号の周波数で、いかなるドップラーシフトも導入しない装置とを提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、図面と共に以下の詳細な説明を読む場合に、部分的に明らかとなり、残りは以後明らかになる。
【００１９】
（発明の説明）
本発明の構造、動作および方法論は、本発明の他の目的および利点と共に、図面と共に詳細な説明を読むことによって最もよく理解され得る。図面中、各部分は参照符号が割り当てられ、参照符号は種々の図面に現れる場合常に、同部分を識別する。
【００２０】
本発明は概して干渉法に関し、具体的には、干渉装置および干渉方法に関する。干渉装置および干渉方法により、参照面より上の参照線までの高度が、面の少なくとも一部が相互に対して移動し得る場合に測定され得る。具体的には、投影フォトリソグラフィック装置内のウェハ面の位置に対する光学系の高度を測定することに用いて、焦点を最適化することに特に適している、本発明の７つの実施形態および１つの変形を記載する。
【００２１】
周知であるように、光学リソグラフィは、電磁スペクトルの紫外線（ＵＶ）の可視部分内またはこの付近にある放射線の投影を介したレリーフ像パターンの生成に関与し、半導体デバイス用の超小型回路パターンを製造する際に広く用いられてきた。現在の投影技術により、解像度を０．１μｍより小さくすることが可能である。図１に図示する（参照符号１０と示す）のは、本発明の種々の実施形態が組み込まれ得る一般的なフォトリソグラフィック投影系である。システム１０を簡略化しながらも十分に詳しく図示して、これを用いて半導体デバイスを生産するように、本発明の実施形態がシステム１０中の臨界寸法の関係に関する情報をいかに提供し得るかに関する理解を提供する。図１に見受けられるように、システム１０は、投影タイプの結像系であり、その主な素子として、ウェハステージ１２、マスクステージ１４、ウェハステージ１２とマスクステージ１４との間の中間空間中にある対物レンズ１６、および光源１６およびコンデンサ１８を含む照射系を有する。
【００２２】
ウェハステージ１２はウェハ２０を保持するように装備され、ある場合には、複数のウェハを処理するためのシャトル移送構成が設けられる。ウェハ２０上に形成されるのは、レリーフパターン２２であり、これは通常０．１μｍより小さいフィーチャを有するチップを含む。レリーフパターン２２を、マスクステージ１４上に置かれた１つ以上のマスク２４の複数の像を形成することによって、ウェハ２０上に形成する。これに関して、マスクステージ２４は、ウェハステージが静止している間に、照射系によって提供された照射内に配置された停止位置内または停止位置外に移動され得るか、あるいはウェハステージが走査システム内で同期的に移動されている間に、マスクステージ平面にわたって走査され得る。
【００２３】
対物レンズ１６の光学的構成は、高い開口数において回折が限定された解像度の空中像の形成を可能にする顕微鏡システムに最もよく似ている。照射系は通常、対物レンズの入射瞳内で光源の像の焦点を調整してマスク平面において最大の均一性を提供する。ウェハステージおよびマスクステージのｘ位置およびｙ位置、ならびにグローバル座標および相互に対する角関係は、周知の干渉計（図示せず）によって測定される。このタイプの干渉計は、例えば、「Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ　Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　Ｄｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　Ａｎｇｌｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，Ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｃ．Ｚａｎｏｎｉ、ＶＤＩ　Ｂｅｒｉｃｈｔｅ　ＮＲ．７４９（１９８９年）に図示および記載されている。
【００２４】
ステージの運動とは別に、システムの主な素子の残りは通常、熱的に安定しており、そしてそうでない場合にはその位置および移動が正確に制御される必要がある、移動可能な素子から機械的に分離された、厳密な計測学フレームまたは空間フレーム１１（点線で図示する）内に保持される。計測学フレーム１１は、ｘおよびｙの並進ステージを含む種々の素子を支持するためにも機能する。マスクステージおよびウェハステージの相互および結像系に対する位置および移動に加え、結果的に、ウェハ内のマスクフィーチャを最良に複製する焦点位置を提供するように焦点を最適化するには、ウェハステージと対物レンズ１６との間の垂直分離または高度を測定する必要があることも多い。これを達成するために、本発明は、高度を測定する２つのモジュール２６および２８を用いる。この場合、高度は、モジュール２８と、対物レンズ１６に関連付けられた参照面３０との間の垂直分離である。モジュール２６をステージから取り外し、モジュール２８をウェハステージ１２上に取り付ける。見受けられるように、モジュール２６および２８は、異なる機能を実行する素子を有する種々の構成で存在し得る。
【００２５】
ここで図２ａを参照して、側面図（図１の紙面から切り取られる）で示されるのは、通常、サブシステム４０として示される本発明の第１の実施形態である。サブシステム４０は、モジュール２８内に存在するミラー４２および４４から形成された、ステージに取り付けられた開いた細長いペンタプリズムを含む。ここで、モジュール２６は、周知の様態で参照ビームおよび測定ビームを生成する干渉計であり、そして偏光されたマイケルソン干渉計の形態であり得る。続いて記載する第１の実施形態の変形において、モジュール２６は、上で参照したＺａｎｏｎｉの論文に記載される、平面ミラーの干渉計の形態であるか、または安定性が高い平面ミラー干渉計の形態であり、測定ビームは、モジュール２８への２回目の伝播を行う。同文献の全内容を本明細書において参考として援用する。測定ビームの２回目の伝播の記述は、ビーム３２および３４の１回目の伝播に与えられた記述の対応する部分と同じである。
【００２６】
参照面３０の低面上でステージ外に取り付けられるのは、細長い平面ミラー４６である。モジュール２６は、測定ビーム３２を反射するミラー４２において測定ビーム３２を左下に方向付ける。これにより、測定ビーム３２はミラー４４に衝突し、ミラー４４で反射され、ウェハのｘ−ｙ平面にほぼ垂直な角度のｚ方向にビーム３６として進行する。ビーム３６は、ミラー４６で反射し、ミラー４４へと戻り、ミラー４４からミラー４２へと反射し、次いで、モジュール２６によって示される干渉計へと進行する。モジュール２６において、ビーム３４は、通常の方法で参照ビームと結合されて、光信号を生成し、次いで、光信号から得られる電子信号を生成する。光信号は、参照ビームと測定ビームとの間の光路長の差に関する情報を備えている。本明細書においてビーム３２〜３８を別個に示すが、これらは名目的には、同延であることが理解される。
【００２７】
電子信号内に含まれる光路長情報は、屈折率、ならびに測定ビームおよび参照ビームの真空波長の知識で処理されて、モジュール２６と平面ミラー４６との間の物理経路長の変化（これは、モジュール２６とモジュール２８との間の距離の変化、およびモジュール２８と拡張ミラー４６との間の高度の変化を含む）を抽出する。高度の変化を決定するために、モジュール２６からウェハステージ１２上に設けられたモジュール２８までのｘの距離変化を測定する別の干渉計をモジュール２６に設ける。そしてｘの距離変化は、物理経路長、ｘ＋ｚ（高度）の対応する変化から減算される。
【００２８】
特定の最終用途の用途に関して、ステージの高速のスリューレイトによって誘導される環境の変化および乱流の影響によって生じる、測定経路を介した媒体の屈折率の変化を補償する必要があり得る。これを達成するために、共有に係る米国特許出願第０９／２５２，２６６号、第０９／２５２，４４０号（ＵＳＰ第６，２１９，１４６号）および第０９／２３２，５１５号（ＵＳＰ第６，１２４，９３１号）に開示される装置および方法を用い得る。これらの同時係属中の特許出願の開示を、本明細書においてその全体を参考として援用する。
【００２９】
他の特定の最終用途の用途に関して、高度に関する情報を含む電子干渉信号の測定された位相の周期的エラーを補償する必要があり得る。周期的エラーの影響は、以下に示す方法および装置を組み込んだ最終用途の用途の必要に応じて、一部または全体が、減少、および／または測定および補償され得る。これらの方法および装置とは、Ｇ．Ｗｉｌｋｅｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｗ．Ｈｏｕに対する１９９４年７月１９日に発行された「Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ　Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ」という名称の米国特許第５，３３１，４００号、Ｓ．Ｒ．Ｐａｔｅｒｓｏｎ、Ｖ．Ｇ．ＢａｇｄａｍｉおよびＣ．Ａ．Ｚａｎｏｎｉによって１９９８年１０月０６日に出願された「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｈａｖｉｎｇ　Ｒｅｄｕｃｅｄ　Ｃｙｃｌｉｃ　Ｅｒｒｏｒｓ」という名称の同時係属中の共有に係る米国特許出願第０９／１６８，２００号（ＵＳＰ第６，１８１，４２０号）、Ｈ．Ａ．Ｈｉｌｌによって１９９９年３月１５日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　Ｆｏｒ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇ　Ｃｙｃｌｉｃ　Ｅｒｒｏｒｓ　Ｉｎ　Ｄｉｓｔａｎｃｅ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」という名称の同時係属中の共有に係る米国特許出願第０９／２６８，６１９号（ＵＳＰ第６，１３７，５７４号）、およびＨ．Ａ．Ｈｉｌｌによって２０００年４月２４日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　Ｆｏｒ　Ｑｕａｎｔｉｆｙｉｎｇ　Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｉｅｓ　Ｉｎ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ　Ｓｙｓｔｅｍｓ」という名称の同時係属中の共有に係る米国特許出願第０９／５５７，３３８号に記載されている方法および装置である。３つの同時係属中の出願の内容を本明細書において参考として援用する。
【００３０】
高度を測定することが可能であることに加え、干渉計２６、サブシステム４０、および細長いミラー４６を含む第１の実施形態は、ペンタプリズムと平面ミラーとを組み合わせて用いるため、ｙ軸周辺のステージの傾きに敏感でない。しかし、ｘ軸周辺での回転、そしてｚ軸周辺での偏揺れには敏感である。このように敏感であるため、干渉計モジュール２６の検出器において測定ビームおよび参照ビームの角度およびシヤー（横方向のオフセット）が変位することは自明である。参照ビームおよび測定ビームの両方が干渉計を介して往復の変移を行う、第１の実施形態の１回伝播システムに関して、ｘ−ｙ平面における角度変位の大きさは、２（Δθｘ＋Δθｚ）で与えられる。但し、ΔθｘおよびΔθｚは、ｘ軸周辺でのステージの回転角度、およびｚ軸周辺でのステージの偏揺れ角度であり、シヤーは、２（ΔθｘＬ＋ΔθｚＬ）で与えられる。但し、Ｌは実施形態間で異なる特性長である。これらの大きさは、ΔθｘおよびΔθｚがより大きい値であることを必要とする作業には許容され得ないが、ΔθｘおよびΔθｚがより小さい値である多くの用途には許容される。ΔθｘおよびΔθｚの許容値の決定は、混合出力ビームの検出器における縞コントラストの考慮に基づく。
【００３１】
第１の実施形態の変形は、モジュール２８、細長いミラー４６、および平面ミラー干渉計などの２回伝播干渉計の形態、または上で参照したＺａｎｏｎｉの論文に記載されるような安定性が高い平面ミラー干渉計の形態のモジュール２６を含む。測定ビームの２回目の伝播の説明は、１回目の伝播のビーム３２および３４に対して与えられた記載の対応する部分と同じである。
【００３２】
高度を測定することが可能であることに加え、第１の実施形態の変形は、拡張ミラー４６に測定ビームを２回伝播するため、干渉計システムの出力ビームの測定ビームおよび参照ビームの素子の相対的な伝播方向に対して、ステージのｘ軸周辺での回転、ｙ軸周辺での傾き、そしてｚ軸周辺での偏揺れに敏感でない。しかし、第１の実施形態の変形は、ステージのｘ軸周辺での回転、そしてｚ軸周辺での偏揺れには敏感である。このように敏感であるため、干渉計モジュール２６の検出器において測定ビームおよび参照ビームのシヤー（横方向のオフセット）が変位することは自明である。参照ビームおよび測定ビームの両方が干渉計を介した往復の変移を行う、第１の実施形態の変形の２回伝播システムに関して、ｘ−ｙ平面における角度変位の大きさは、４（Δθｘ＋Δθｚ）で与えられる。但し、ΔθｘおよびΔθｚは、ステージのｘ軸周辺での回転角度、およびステージのｚ軸周辺での偏揺れ角度であり、シヤーは、４（ΔθｘＬ＋ΔθｚＬ）で与えられる。但し、Ｌは実施形態間で異なる特性長である。これらの大きさは、ΔθｘおよびΔθｚがより大きい値であることを必要とする作業には許容され得ないが、ΔθｘおよびΔθｚがより小さい値である多くの用途には許容される。ΔθｘおよびΔθｚの許容値の決定は、混合出力ビームの検出器において、測定ビームと参照ビームとの重複の程度の考慮に基づく。
【００３３】
ここで、図２ａのペンタプリズム構成の別の例を示す図２ｂを参照する。ここで、図２ａのペンタプリズム素子４２および４４は、プリズム素子３９、４１および４３を含む光学的に等しいプリズムアセンブリ３７に置き換えられる。
【００３４】
ここで図３ａを参照して、本発明の第２の実施形態の斜視図を示す。第２の実施形態は、ステージ外に取り付けられた、開いて広がったポロミラーと共に、ステージに取り付けられ、開いて広がったペンタプリズムを用いて、フォトリソグラフィックステッパー（システム１０）の光学対物投影系１６に関連付けられた基準線のウェハに対する高度、およびステージ外の干渉計（２６）から高度が測定される点（モジュール２８）までの距離を測定する。サブシステム５０を含む第２の実施形態を示す。サブシステム５０は、多くの点でサブシステム４０と同一であるが、サブシステム４０を含む第１の実施形態の性能と比べて、その性能が主要な方法で高められている点が異なる。サブシステム４０の素子と実質的に同じであるサブシステム５０の素子は、図３の参照符号と同じ参照符号を保持する。
【００３５】
サブシステム５０は、広がった平面ミラー４６の代わりに、平面１６上に拡張ポロプリズム５２を用いるため、サブシステム４０とは異なる。拡張ポロプリズム５２を用いると横方向のシヤーが測定ビーム内に導入される。これにより、参照ビームが同様のオフセットを有するように、モジュール２６内の干渉計を改変する必要がある。
【００３６】
ポロプリズム５２を用いるため、参照ビームと測定ビームとの間の角度分離および横方向のシヤーの大きさは、干渉計が１回の伝播または２回の伝播のアーキテクチャのいずれであるかに関わらず、ここでは理想的には０である。これは、サブシステム５０が、ウェハステージのピッチ、偏揺れおよび回転の変化に敏感でないことを意味する。
【００３７】
図３ｂは、細長いペンタプリズム素子４２および４４が細長いペンタプリズムアセンブリ３７に置き換えられた、図３ａの別の実施形態を示す。
【００３８】
ここで、本発明の第３の実施形態の斜視図である図４を参照する。第３の実施形態は、相互に協働するステージ上に取り付けられた素子、およびステージ外に取り付けられた素子を用いて、フォトリソグラフィックステッパーの光学投影系に関連付けられた基準線のウェハに対する高度、およびステージ外の基準までの直交直線距離を測定する。第３の実施形態をサブシステム６０として示す。サブシステム６０は主な素子として、ステージ外の光源および検出器モジュール６２、ステージ上の細長いペンタプリズムおよび偏光ビームスプリッタモジュール６４、ステージ外の開いたポロプリズム６６、およびステージ外の細長いポロプリズム６８を含む。プリズム６８は、プレート３０の底面に固定され、モジュール６２およびプリズム６６はシステムの計測学フレーム（図示せず）に対して固定され、モジュール６４にはウェハステージ１２が固定して取り付けられ、このためモジュール６４はウェハステージ１２と共に移動する。
【００３９】
ステージ上のペンタプリズムおよび偏光ビームスプリッタモジュール６４は、低平面ミラー７０と、上平面ミラー７２、低平面ミラー７４、およびこれら２つの間に挟まれた偏光ビームスプリッタ層７６（ＰＢＳ）を含む上平面ミラーアセンブリとを含む。
【００４０】
ステージ外の光源および検出器モジュール６２を、入射ビーム７８を提供するように周知の様態で構成する。入射ビーム７８は、周波数ｆ１が異なる、２つの直交偏光素子を含む。レーザなどの入射ビーム１２の光源１０は、種々の任意の周波数変調装置および／またはレーザであり得る。例えば、レーザは、当業者に公知の種々の任意の従来技術において安定化されたガスレーザ（例えば、ＨｅＮｅレーザ）であり得る。例えば、Ｔ．Ｂａｅｒらに対する「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　０．６３３μｍ　Ｈｅ−Ｎｅ−ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　Ｚｅｅｍａｎ　Ｌａｓｅｒ」、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ、１９、３１７３〜３１７７（１９８０年）、１９７５年６月１０日にＢｕｒｇｗａｌｄらに対して発行された米国特許第３，８８９，２０７号、および１９７２年５月９日にＳａｎｄｓｔｒｏｍらに対して発行された米国特許第３，６６２，２７９号を参照されたい。あるいは、レーザは、当業者に公知の種々の任意の従来技術のうちの１つにおいて頻繁に一般に用いられるダイオードレーザであり得る。例えば、Ｔ．ＯｋｏｓｈｉおよびＫ．Ｋｉｋｕｃｈｉの「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｌａｓｅｒｓ　ｆｏｒ　Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ−ｔｙｐｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、１６、１７９〜１８１（１９８０年）、ならびにＳ．ＹａｍａｑｇｕｃｈｉおよびＭ．Ｓｕｚｕｋｉの「Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ａｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　ｏｆ　ａｎ　ＡｌＧａＡｓ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｌａｓｅｒ　ｂｙ　Ｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｏｐｔｏｇａｌｖａｎｉｃ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｋｒｙｐｔｏｎ」、ＩＥＥＥ　Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ＱＥ−１９、１５１４〜１５１９（１９８３年）を参照されたい。
【００４１】
２つの光学的振動数は、以下の技術のうちの１つによって生成され得る。これらの技術とは、（１）Ｚｅｅｍａｎのスプリットレーザの使用、（例えば、１９６９年７月２９日にＢａｇｌｅｙらに対して発行された米国特許第３，４５８，２５９号、Ｇ．Ｂｏｕｗｈｕｉｓによる「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｅ　Ｍｉｔ　Ｇａｓｌａｓｅｒｓ」、Ｎｅｄ．Ｔ．Ｎａｔｕｕｒｋ、３４、２２５〜２３２（１９６８年８月）、１９７２年４月１８日にＢａｇｌｅｙらに対して発行された米国特許第３，６５６，８５３号、およびＨ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏによる「Ｒｅｃｅｎｔ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｕｓｉｎｇ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｌａｓｅｒｓ」、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、６（２）、８７〜９４（１９８４年）を参照されたい）、（２）１対の音響光学ブラッグセルの使用（例えば、Ｙ．ＯｈｔｓｕｋａおよびＫ．Ｉｔｏｈによる「Ｔｗｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｌａｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｓｍａｌｌ　Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ａ　Ｌｏｗ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｒａｎｇｅ」、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ、１８（２）、２１９〜２２４（１９７９年）、Ｎ．Ｍａｓｓｉｅらによる「Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　Ｌａｓｅｒ　Ｆｌｏｗ　Ｆｉｅｌｄｓ　Ｗｉｔｈ　ａ　６４−Ｃｈａｎｎｅｌ　Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ、２２（１４）、２１４１〜２１５１（１９８３年）、Ｙ．ＯｈｔｓｕｋａおよびＭ．Ｔｓｕｂｏｋａｗａによる「Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｔｗｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ　ｆｏｒ　Ｓｍａｌｌ　Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」、Ｏｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１６、２５〜２９（１９８４年）、Ｈ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ（前出）、１９９６年１月１６日にＰ．Ｄｉｒｋｓｅｎらに対して発行された米国特許第５，４８５，２７２号、Ｎ．Ａ．ＲｉｚａおよびＭ．Ｍ．Ｋ．Ｈｏｗｌａｄｅｒによる「Ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｕｎａｂｌｅ　ｌｏｗ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｉｇｎａｌｓ」、Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．、３５（４）、９２０〜９２５（１９９６年）を参照されたい）、（３）１つの音響光学ブラッグセルの使用（例えば、１９８７年８月４日にＧ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎに対して発行された共有に係る米国特許第４，６８４，８２８号、１９８７年８月１８日にＧ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎに対して発行された共有に係る米国特許第４，６８７，９５８号、Ｐ．Ｄｉｒｋｓｅｎら（前出）を参照されたい）、（４）ランダムに偏光されたＨｅＮｅレーザの２つの縦方向モードの使用（例えば、Ｊ．Ｂ．ＦｅｒｇｕｓｏｎおよびＲ．Ｈ．Ｍｏｒｒｉｓによる「Ｓｉｎｇｌｅ　Ｍｏｄｅ　Ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｉｎ　６３２８　Ａ　ＨｅＮｅ　Ｌａｓｅｒｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ、１７（１８）、２９２４〜２９２９（１９７８年）を参照されたい）、（５）レーザに内蔵された複屈折素子などの使用（例えば、Ｖ．ＥｖｔｕｈｏｖおよびＡ．Ｅ．Ｓｉｅｇｍａｎによる「Ａ　”Ｔｗｉｓｔｅｄ−Ｍｏｄｅ”　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　Ｏｂｔａｉｎｉｎｇ　Ａｘｉａｌｌｙ　Ｕｎｉｆｏｒｍ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　ｉｎ　ａ　Ｌａｓｅｒ　Ｃａｖｉｔｙ」、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ、４（１）、１４２〜１４３（１９６５年）を参照されたい）、または１９９８年４月１７日にＨ．Ａ．Ｈｉｌｌによって出願された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｔｏ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　Ｔｗｏ　Ｎｏｎ−Ｐａｒａｌｌｅｌ　Ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｂｅａｍ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｉｎｔｏ　Ｔｗｏ　Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｌｙ　Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ　Ｂｅａｍ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ」という名称の米国特許出願第０９／０６１，９２８号に記載されるシステムの使用である。これらの文献の内容を本明細書において参考として援用する。
【００４２】
ビーム７８の光源に用いられる特定のデバイスは、ビーム７８の直径および発散度を決定する。所定の光源（例えば、ダイオードレーザ）に関して、従来のビーム形成光学素子（例えば、従来の顕微鏡の対物レンズ）を用いて、続く要素に適切な直径および発散度をビーム７８に提供する必要がある。光源が、例えばＨｅＮｅレーザである場合、ビーム形成光学素子は必要でなくてもよい。
【００４３】
入射ビーム７８はＰＢＳ層７６に入射し、その偏光素子のうちの１つは、ＰＢＳ層７６からミラー７０に反射され、測定ビームとして測定経路に沿って進行し始める。ミラー７０に当たった後、この偏光素子は、測定ビーム素子８２としてポロプリズム６８に進む。ビーム素子８２は、測定ビーム素子８４としてミラー７０に返された後、ポロプリズム６８に入る。ビーム素子８４は、ＰＢＳ層７６から反射され、そしてリターンビーム８０の測定素子としてモジュール６２内に設けられた検出器（図示せず）に進む。
【００４４】
ビーム７８の他の偏光素子は、ＰＢＳ層７６を透過し、参照ビーム素子８６としてポロプリズム６６（この場合、ポロプリズム６６は参照である）に進む。参照ビーム素子８６は、参照ビーム素子８８としてポロプリズム６６によって返される。参照ビーム素子８８は、ＰＢＳ層７６を透過し、リターンビーム８０の参照ビーム素子として組み合わされる。ビーム８０の参照ビーム素子および測定ビーム素子は周知の様態で混合および分析され、ｚ＋ｘの寸法（そのｘ素子は別の干渉計（図示せず）を介して、またはモジュール６２によって生成されたさらなるビームの使用を介して決定されるが、周知の様態でウェハステージ１２上に設けられた平面参照ミラーに送られる）に関連した位相情報を抽出する。
【００４５】
第３の実施形態は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸周辺でのステージの回転に敏感でなく、ｙ軸には横方向のシヤーを有さず、ｘ軸およびｚ軸に横方向のシヤーを有する。ｘ軸の横方向のシヤーの大きさはΔθｘａｙで与えられる。但し、ａｙは、入射ビーム７８と出力ビーム８０との間の空間である。ｚ軸の横方向のシヤーの大きさはΔθｚａｙで与えられる。
【００４６】
ここで、本発明の第４の実施形態の側面図（図１のｘ−ｚ平面）である図５を参照する。第４の実施形態は、ステージに取り付けられた細長いプリズムを、ステージ外に取り付けられた逆反射体および平面ミラーと共に用いて、フォトリソグラフィックステッパーの光学投影系に関連付けられた基準線のウェハに対する高度の変化を測定する。サブシステム９０として示す第４の実施形態は、その主な素子に、ステージ外の干渉計９２、ウェハステージ１２に固定して取り付けられて、ウェハステージ１２と共に移動する、細長い（ｚ方向）ステージ上のプリズムアセンブリ９４、およびステージ外の逆反射体９６（例えば、コーナーキューブ）、およびプレート３０の下面に固定して取り付けられた細長い平面ミラー９８を含む。干渉計９２および逆反射体９６は、システム計測学フレームに固定して取り付けられる（図示せず）。
【００４７】
干渉計９２は、例えば、差動平面ミラータイプ（ＤＰＭＩ）または高い安定度の差動平面ミラータイプ（ＨＳＤＰＭＩ）であり得、そして測定ビーム１０４を生成するように動作する。測定ビーム１０４は、サブシステム９０の種々の他の素子間を進行して、測定ビーム１０６として返る。測定ビーム１０６は、周知の方法で干渉計９２内の参照ビームと結合されて、これらのビーム間の光路長の差に関連した位相情報を生成する。この情報は、電子的に分析されて、高度変化を直接抽出する。したがって、この実施形態は、高度情報が任意のｘ方向の測定から完全に外れているという特性を利点として有する。この特性は、ｘおよびｙの任意の測定値より比較的小さい光路長を有する高度が、環境の影響および乱流の影響によって生じた屈折率の変化に対して実質的に敏感でないため、この特性が重要である。結果、これらの影響に対する補償は、高度変化の測定の際に必要でなくともよく、これにより、システムの複雑さが相当低くなり、したがってコストも低くなる。さらに、この実施形態は有利に位相シフト素子を必要としないことに留意されたい。
【００４８】
第４の実施形態のアーキテクチャはさらに、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸周辺の角度変化に対して敏感でないが、ｘ、ｙおよびｚにおいて横方向のシヤーを有さない。ｘにおける横方向のシヤーの大きさは、４ΔθｘＬＲで与えられる。但し、ＬＲは、逆反射体の空間である。ｙにおける横方向のシヤーの大きさは、８ΔθｙＬＲで与えられ、ｚにおける横方向のシヤーの大きさは、４Δθｚｚで与えられる。ｘにおいてさらにステージ並進によって生じる横方向のシヤーがあり、これは２Δｚで与えられる。上述の横方向のシヤー素子はすべて１回伝播システム用である。
【００４９】
図６は、本発明の第５の実施形態の側面図（ｘ−ｚ平面）である。第５の実施形態は、ステージ外に取り付けられた逆反射体および細長い平面ミラーと共に動作し、偏光ビーム分割層を有するステージに取り付けられた細長いプリズムを用いて、フォトリソグラフィックステッパーの光学投影系に関連付けられた基準線のウェハに対する高度変化を測定する。サブシステム１２０として示す第５の実施形態は、ステージ外の光源および検出器モジュール１２２、ステージ上の細長いポロプリズムのビームスプリッタアセンブリ１２４、ステージ外の逆反射体１２６、およびプレート３０の下面に固定して取り付けられた、平坦でステージ外の細長いミラー１２８を含む。
【００５０】
モジュール１２２および逆反射体１２６は、システムの計測学フレームに固定して取り付けられ、逆反射体１２６は好適には、偏光保持光学系であるが、コーナーキューブであり得る。
【００５１】
アセンブリ１２４は、最も外側の面上に偏光ビーム分割層１３２（第１のＰＢＳ）を備えた第１の光学的に平坦なプレート素子１３０、および最も内側の面上に偏光ビーム分割層１３６（第２のＰＢＳ）を備えた第２の光学的に平坦なプレート素子１３４を含む。測定ビームを反射し、参照ビームを透過するように、第１および第２のＰＢＳを好適には構築する。
【００５２】
上述した周波数が異なる、直交偏光されたビーム素子を有する入射ビーム１３８を提供するように、光源および検出器モジュール１２２を構成する。ビーム１３８の偏光素子のうちの１つは、干渉計の測定ビームとして機能し、通常１３８Ｍと示す。一方、他の偏光素子は、参照ビームとして機能し、通常１３８Ｒとして示す。
【００５３】
ビーム１３８がＰＢＳ１３２に遭遇すると、ビーム１３８は、平坦な細長いミラー１２８に進むビーム１３８Ｍによって偏光の符号化された素子に分割される。ビーム１３８は、ミラー１２８で反射してプレート素子１３４の方向へと進む。プレート素子１３４において、ビーム１３８は、屈折されてＰＢＳ１３６に進み、ＰＢＳ１３６で反射し、素子１３４の最も外側の面で屈折され、そして逆反射体１２６に進む。ビーム１３８は、逆反射体１２６から素子１３４に戻り、再度最も外側の面で屈折され、ＰＢＳ１３６に進み、ＰＢＳ１３６で反射され、そして次いで再度最も外側の面で屈折される。この後、ビーム１３８は、リターンビーム１３８ＭＲとして平坦で細長いミラー１２８に進む。平坦なスティックミラー１２８は、ビーム１３８ＭＲを反射し、これにより、ビームはＰＢＳ１３２に戻り、ＰＢＳ１３２から、ビーム１３８は反射されて、ビーム１４０の測定ビーム素子になる。
【００５４】
参照ビーム１３８ＲはまずＰＢＳ１３２を通過し、このプロセスで屈折され、次いで、素子１３０の下面を出射する際に再度屈折される。参照ビーム１３８Ｒは次いで、ＰＢＳ１３６に進み、通過する際に屈折され、次いで、最も上側の面から素子１３４を出て、逆反射体１２６に進む。ビーム１３８Ｒは、逆反射体１２６からビーム１３８ＲＲとして反射される。ビーム１３８ＲＲは、入射経路とは逆の経路においてプリズムアセンブリ１２４に戻る。ビーム１３８ＲＲは、ＰＢＳ１３２においてビーム１３８ＭＲと再統合され、ビーム１４０の参照ビーム素子として進む。ビーム１３８ＭＲおよび１３８ＲＲは、周知の方法で再結合および分析されて、位相情報を抽出する。この位相情報から、高度変化が、電子信号処理手順を用いて決定される。
【００５５】
この実施形態は、いくつかの有利な特性を有する。これらの特性は以下である。（１）位相シフト素子が必要でない、（２）測定ビームおよび参照ビームがｘにおいて同延であるため、ｘにおいてドップラーシフトはない、および（３）さらに測定ビームおよび参照ビームがｘにおいて同延であるため、ｘにおいて屈折率の変化を補償する必要はない。但し、高度変化は直接測定されるため、精度に関する特定の要件を満たすためにｚにおいて補償が必要である場合がある。精度に関する特定の要件を満たす必要がない場合にはｚにおいて補償は必要でない。
【００５６】
ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸周辺でのステージの回転に敏感でない第５の実施形態は、以下のような横方向のシヤーの寄与率を有する。ｘ軸において、横方向のシヤーは４ΔθｘＬＲである。ｙ軸において、横方向のシヤーは８ΔθｙＬＲで与えられる。ｚ軸において、横方向のシヤーは４Δθｚｚおよび４Δｚで与えられる２つの項を有する。
【００５７】
ここで、本発明の第６の実施形態の側面図（ｘ−ｚ平面）である図７を参照する。第６の実施形態は、それぞれＰＢＳ層を備え、ステージ外に取り付けられた光源、検出器および逆反射体と共に動作する、１対のステージに取り付けられた細長いプリズムを用いて、フォトリソグラフィックステッパーの光学投影系に関連付けられた基準線のウェハに対する高度の２倍の変化を測定する。
【００５８】
通常、サブシステム１５０として示す第６の実施形態は、ステージ外に取り付けられた光源１５２、２つのプリズム偏光ビームスプリッタ素子１６０および１６２を含む細長いプリズム偏光ビームスプリッタアセンブリ１５４、ステージ外に取り付けられた検出器１５６、およびプレート３０の下面に固定して取り付けられたステージ外のポロの細長いミラー１５８を含む。光源１５２および検出器１５６は、寸法を安定させるためにシステムの計測学フレーム内に固定して取り付けられる。
【００５９】
光源１５２を、上述した異なる周波数からなる直交偏光されたビーム素子を有する入射ビーム１６４を提供するように構築する。入射ビーム１６４は、図６の類似物の説明に関して上述したように、素子１６０の第１のＰＢＳ層においてこれらの素子に分割される。素子のうちの１つは測定ビーム１６４Ｍ１としてミラー１５８に進み、他の素子は出力ビーム１６８の参照素子として検出器１５６に直接進む。
【００６０】
ビーム１６４Ｍ１は、ポロミラー１５８によってｙ方向において横方向に配置され、そしてビーム１６４Ｍ２としてウェハステージ１２上で素子１６０に向かって返される。この後、ビーム１６４Ｍ２は素子１６２に方向付けられ、素子１６２はビーム１６４Ｍ２をビーム１６４Ｍ３としてポロミラー１５８に再度方向付けする。ビーム１６４Ｍ３は、ビーム１６４Ｍ２と同じ平面にある。ビーム１６４Ｍ３は、ポロミラー１５８によって横方向にオフセットされ、ビーム１６４Ｍ４として素子１６２に返される。ここで、ビーム１６４Ｍ４はビーム１６４Ｍ１およびビーム１６４Ｒと同じ平面にある。測定ビーム１６４Ｍ４は、素子１６２の最後のＰＢＳにおいてビーム１６４Ｒと再統合される。このビームは、素子１６２において、ビーム１６８の測定素子として検出器１５６に進行する。
【００６１】
ビーム１６４Ｒおよび１６４Ｍ４は混合されて、位相情報を含む電子信号を生成する。位相情報から、高度の２倍の変化が、電子信号処理手順を用いて、直接抽出される。ここでも、この実施形態は、図６の第５の実施形態の特性と同じ有利な特性を有する。さらに、素子１６０と１６２との間の中間空間はカバーされて、この空間内で進行する測定ビームセグメントおよび参照ビームセグメント上で動作し得る乱流の影響を減少させ得ることが理解される。
【００６２】
第６の実施形態は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸周辺の角回転に敏感でなく、横方向のシヤーも有さない。
【００６３】
ここで、本発明の第７の実施形態の側面図（ｘ−ｚ平面）である図８ａを参照する。第７の実施形態は、一部は偏光ビーム分割層、そして一部は反射防止コーティングが施された前面を有し、ステージ外に取り付けられた細長い平面ミラー、光源、検出器モジュールと共に動作する、細長いステージに取り付けられたプリズムを用いて、フォトリソグラフィックステッパーの光学投影系に関連付けられた基準線のウェハに対する高度変化を直接測定する。
【００６４】
サブシステム１８０として示す第７の実施形態は、ステージ外に取り付けられた光源および検出器モジュール１８２、ステージ上に取り付けられた細長い直角柱１８６、およびプレート３０の下面に固定して取り付けられたステージ外の細長い平面ミラー１９２を含む。
【００６５】
プリズム１８６は、好適には溶融ケイ酸から製造され、斜辺面の半分以上に偏光ビーム分割層１８８（ＰＢＳ）を有し、残りの部分には反射防止（ＡＲ）コーティング１８６が施される。
【００６６】
サブシステム１８０の参照ビームおよび一方では測定ビームとして機能する１つの素子に関して上述したように、異なる周波数の直交偏光された素子を有する入射ビーム１９０を提供するようにモジュール１８２を構築する。ここでも、測定ビーム素子を反射し、参照ビーム素子を透過するようにＰＢＳ１８８を構築する。
【００６７】
ＰＢＳ層１８８に当たると、ビーム１９０は、参照ビーム１９０Ｒおよび測定ビーム素子１９０Ｍ１に分割される。ビーム１９０ＲはＰＢＳ１８８において屈折されて、プリズム１８４の後面に進行し、後面で反射して、次いで、プリズム１８４の底面で反射する。この後、ビーム１９０ＲはＰＢＳ１８８において再度屈折されて、出力ビーム２００の参照ビーム素子になる。
【００６８】
ビーム１９０Ｍ１はミラー１９２に進み、ミラー１９２によってビーム１９０Ｍ２としてプリズム１８４に再度方向付けされる。ビーム１９０Ｍ２はプリズム１８４に入射すると屈折され、内部で２度反射され、そしてビームがビーム１９０Ｍ３としてプリズム１８４から出ると再度屈折される。ビーム１９０Ｍ３は、ビーム１９０Ｍ４としてミラー１９２から反射する。ビーム１９０Ｍ４は、ＰＢＳ１８８で反射されて、ＰＢＳ１８８において参照ビーム１９０Ｒと再統合されて、出力ビーム２００の測定素子を形成する。
【００６９】
ビーム２００の素子は混合され、電子的に分析されて、ｘ位置またはずれに関するいかなる情報とも無関係に高度変化を直接決定する。
【００７０】
第７の実施形態は、ｘ軸およびｙ軸の周辺の角回転に敏感ではないが、ｚ軸における角回転は２Δθｚで与えられる。横方向のシヤーに対する感度は以下のようである。ｘ軸において、横方向のシヤーは４Δθｘｚで与えられる。ｙ軸において、横方向のシヤーは８Δθｙｚで与えられる。ｚ軸において、横方向のシヤーは２ΔθｚＬおよび２Δｚで与えられる。第７の実施形態の利点は、その非逆転特性、横方向のシヤーの減少、溶融ケイ酸内の測定ビームおよび参照ビーム用の経路が等しいこと、乱流に対する感度の減少、およびｚ方向のずれにおける相対的なビームシヤーがないことを含む。
【００７１】
第７の実施形態の変形は、ステージ外のミラー１９２を、ビームの対１９０Ｍ１／１９０Ｍ４と１９０Ｍ２／１９０Ｍ３との間に横方向のオフセットを作成する細長いポロプリズムと交換することによって製造され得る。第７の実施形態のこの変形は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の周辺の角回転に敏感ではなく、ｘにおける横方向のシヤーは第７の実施形態の半分であり、これはｙおよびｚにおいても同じである。
【００７２】
図８ｂは、サブシステム１８０の逆バージョンを示す。サブシステム１８０において、そのバーミラー１９２は、プレート３０の代わりにウェハステージ１２に取り付けられ、素子１８２および１８４はステージ外にある。
【００７３】
図８ｃは、図８ｂのサブシステム１８０の変形を示す。この変形において、バーミラー１９２は、図８ｄの断面図に示すポロプリズム１９１と交換される。
【００７４】
図８ｅは、図８ｃおよび図８ｄのポロプリズム１９１の代わりに用いられ得る別のプリズム素子１９３を示す。
【００７５】
ここで、システム２００として示す本発明の第８の実施形態の斜視図である図９ａを参照する。システム２００は、フォトリソグラフィック装置の１つの並進ステージ（ここでは、２０２として示すｘ並進ステージ）上に比較的小さい１／４波長板を取り付けたコンパクトな干渉計２０８を用いて、別の並進ステージ（２０４として示すｙ並進ステージ）とステージ外に取り付けられた細長いミラー２１２との間の高度変化を測定する。ｙ並進ステージ２０４には、必要な公差および垂直エッジ２０７に対して光学的に平坦な下面を有する細長いミラー２０６が設けられる。ｘおよびｙ並進ステージが移動すると、システム２００は、ｙ並進ステージの細長いミラー２０６の下面と、基準線に沿った細長いミラー２１２の底面との間の高度変化を測定する。
【００７６】
干渉計２０８は好適には、ＨＳＰＭＩタイプであり、図９ｂおよび図９ｃそれぞれに関して説明する２つのモードのうちの１つで動作され得る。ここで図９ｂを参照すると、図９ａのステージに取り付けられた干渉計２０８の一実施形態のより詳細な側面図が示されている。この実施形態は、同延の直交偏光された参照ビームおよび測定ビームを用いる折り畳まれたＨＳＰＭＩを含む。本図に見られるように、ステージ外の光源２１１は、上述したように、異なる周波数からなる１対の直交偏光されたビームを含む入射ビーム２１４を提供する。ビーム２１４は、光源とｘ並進ステージ２０２との間の中間自由空間内に提供され得るか、またはｘ並進ステージ２０２と共に進行する出力端部を有するファイバ送達システムを介して提供され得る。リターンビーム２１６は干渉計２０８を出て、混合偏光子２１３を通り、検出器２１８まで進行する。検出器２１８は、位相情報を高度変化に変換するために解析される電子信号２１７を生成する。
【００７７】
図９ｂに見られるように、干渉計２０８は、ＰＢＳ層２２６を有する偏光ビームスプリッタ２２４、および偏光ビームスプリッタ２２４の底面に光学的に取り付けられた逆反射体２２２を含む。偏光ビームスプリッタ２２４の右出力切小面上に位置付けされるのは、１／４波長板２３０を介してミラー２０７へのビームおよびミラー２０７からのビームを方向付ける折り畳みミラー２１０である。偏光ビームスプリッタ２２４の上面の上に取り付けられるのは、細長い測定ミラー２１２へとビームが進行し、かつ、細長い測定ミラー２１２からビームが進行する経路内にある別の１／４波長板２２８である。
【００７８】
ｘ位置またはｘ並進ステージ２０２のｘ位置の変化を測定するために、別個のステージ外の干渉計を用いて、入射ビーム２１９および出力ビーム２２１を生成および受け取り得る。入射ビーム２１９および出力ビーム２２１は、ミラー２０６の垂直面２０７と相互に作用し合い、垂直面は周知の様態で平面オブジェクトミラーとして機能する。
【００７９】
入射ビーム２１４、出力ビーム２１６の生成、および偏光の符号化された測定ビームおよび参照ビームを用いて折り畳まれたＨＳＰＭＩとしての干渉計２０８の動作は、当業者によく理解され、上述のＺａｎｏｎｉの論文において詳細に説明されているため、本明細書においてはさらに詳細に説明しない。しかし、ステージ外のミラー２１２とミラー２０７との間の高度変化を測定できるのは、細長いミラー２１２およびミラー２０７の下面を同時に見、そしてｘ並進ステージおよびｙ並進ステージが移動するように、ｘ並進ステージ上にＨＳＰＭＩを位置付けた特定のアーキテクチャの結果である。この特定のさらなる構成により、小さい１／４波長板の使用が可能になり、この結果、その付随的な利点を備えたコンパクトなステージ上の干渉計が得られる。
【００８０】
図９ｃは、図９ａのステージに取り付けられた干渉計２０８’の別の実施形態の側面図であり、直交偏光された別個の参照ビームおよび測定ビームを用いる折り畳まれたＨＳＰＭＩを含む。この実施形態において、入射ビームは偏光ビームスプリッタ２４２の使用を介して空間的に離れている直交偏光されたビーム素子を有する。偏光ビームスプリッタ２４２は、ビームスプリッタ２２４に素子のうちの１つを直接透過する一方で、他の素子を折り畳みミラー２４４に垂直に下向きに反射する。折り畳みミラー２４４は、次いで、第２の素子をビームスプリッタ２２４に方向付ける。別個の直交偏光されたビーム素子は、干渉計２０８’を通過する場合に、周知の様態で参照ビームおよび測定ビームとして機能する。干渉計２０８’を通過した後、測定素子および参照素子は、折り畳みミラー２４８および偏光ビームスプリッタ２４６を介した出力ビーム２１６の素子として進行するように再結合される。出力信号２１６は、偏光子２１３および検出器２１８を介して電子信号２１７に変換され、次いで、高度変化が電子信号プロセッサ２２０を介して決定される。
【００８１】
ここで、本発明の第９の実施形態の側面図を示す図１０ａを参照する。第９の実施形態は、１／４波長板を用いる干渉計を用い、かつ、フォトリソグラフィックステッパーなどの並進ステージ上に取り付けられて、別の並進ステージの上面と細長いステージ外のミラーとの間の高度変化を測定する。
【００８２】
図１０ａに見られるように、システム３００として第９の実施形態を示す。システム３００の主なコンポーネントは、ｘ並進ステージ３０２、ｙ並進ステージ３０４、および干渉計３０８がｙ並進ステージ３０４の特定の素子とステージ外に取り付けられた細長いミラー３１０との間にあるように、寸法的に安定したブラケット３０６を介してｘ並進ステージ３０２に取り付けられた干渉計３０８を含む。
【００８３】
ｙ並進ステージ３０４は、必要な公差で光学的に仕上げられた上面を有する細長いミラー３４０を備え、ｙ−ｚ平面において垂直に方向付けられた細長い切小面３４２をさらに有する。入射ビーム３１８および出力ビーム３２０は、ステージ外に取り付けられた干渉計を介して切小面３４２と相互に作用し合って、周知の様態で対物ミラーとして動作する、ｘ並進ステージ３０２、垂直切小面３４２の位置または位置変化を測定し得る。
【００８４】
ここで図１０ｂを参照する。図１０ｂは、システム３００の選択された他の素子は示すが、説明を簡略化する目的で一部を除いて示す、図１０ａの干渉計３０８の斜視図である。図１０ｂに見られるように、干渉計３０８は、ＰＢＳ層３３２を有するビーム偏光ビームスプリッタ３３０、コーナーキューブ３３４または偏光保存光学系、偏光ビームスプリッタ３３０の上面および下面の上および下に位置決めされた１対の１／４波長板３３６および３３８を含む。同延の直交偏光されたビーム素子を含む入射ビーム３１２は干渉計３０８に入射し、偏光の符号化された測定ビームおよび参照ビームとして干渉計３０８を通過する。測定ビームおよび参照ビームは射出ビーム３１４の素子として再結合される。射出ビーム３１４はミキサー３１７に送られて、ｘ並進ステージ３０２およびｙ並進ステージ３０４が相互に対して移動した場合の、ミラー３１０の底面とミラー３４０の上面との間の高度変化を表す位相情報を含む、混合された出力ビーム３１９を生成する。混合された出力ビーム３１９は検出器３１６に送られる。検出器３１６は、出力ビーム３１９を電子出力信号３２１に変換する。次いで、電子出力信号３２１は電子アナライザ３２１に送られ、電子アナライザ３２１において、高度変化が電子的に決定される。参照経路および測定経路はガラスの中における光路長のバランスを取る必要があり、これを行うために、単に上述の説明を簡略化するために説明を省いたさらなるガラスを介して参照区間（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｌｅｇ）を送り得る必要があることが明らかである。
【００８５】
ここで、フォトリソグラフィックステッパー４１０の斜視図を示す図１１を参照する。本発明の実施形態を下向きに見ると、光学投影系４１２と、通常４１４のように示すウェハステージシステムとの間の高度を正確に測定するために組み込まれ得る。光学投影系４１２は、図１のステッパー１０の説明に関して説明したように、参照フレーム１１に取り付けられたプレート４１６に固定して取り付けられる。
【００８６】
ウェハステージシステムは、粗い調整ステージ４１８を含み、ステージ４１８の上にはウェハを置く微調整（ｆｉｎｅ）ステージ４２０を含む。粗い調整ステージ３１８の水平位置は、ｘ駆動バー４２２およびｙ駆動バー４２４によって決定される。ｘ駆動バー４２２およびｙ駆動バー４２４は、エアベアリング（図示せず）によって粗い調整ステージ４１８と結合され、粗い調整ステージ４１８はｘ−ｙ平面においてエアベアリング上にある。微調整ステージ４２０は、粗い調整ステージ４１８に対して移動され、ｘ−ｙ−ｚ平面において光学投影系４１２に対するウェハの正確な位置を決める。この目的から、微調整ステージは、微調整ステージが３つの並進および３つの回転である、６つの自由度を有するように周知の手段が提供される。
【００８７】
システム４１０を、簡略化しながらも、十分に詳細に示して、半導体デバイスを製造するために用いられるように、通常下向きの本発明の実施形態がいかに本発明に組み込まれ得るかの理解、およびシステム４１０の臨界寸法関係に関する情報を提供する。システム４１０内に組み込まれ得る種々の下向きの実施形態において、これらの実施形態は１本以上の軸上に存在し得るか、または１つより多い実施形態がハンドオフ構成において１本の軸に関連付けられ得、但し、１つはその軸に沿った位置をある所定の距離についてモニタリングし、次いで、別の実施形態は別の所定の距離をカバーするようにモニタリングし、カバーされたその２つの所定の距離はいくらか重複することに留意されたい。
【００８８】
ここで、下向きのシステム５００（測定ビーム（単数または複数）の最後のセグメントが、光学投影系の視点からウェハステージまたはその代用物に最初に衝突する意味で下向きに見る）の斜視図を示す図１２ａを参照する。システム５００は、粗い調整ステージ４１８の駆動バーに取り付けられた差動平面ミラー干渉計５１４を含み、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５１２、ＰＢＳ５１２の左切小面に取り付けられた逆反射体５１４、ＰＢＳ５１２の上切小面の上に取り付けられた１／４波長板５１６、ＰＢＳ５１２の底切小面の下に設けられたシヤープレートおよびビームスプリッタ５１８、ならびにシヤープレートおよびビームスプリッタ５１８の下に設けられた入力回転ミラー５２０を含む。
【００８９】
１／４波長板５１６の上には、参照フレーム１１に固定して取り付けられた細長いプリズム素子５２２があり、プリズム素子５２２のちょうど向かい側には、プレート５２６に取り付けられ、次いでさらに参照フレーム１１に固定して取り付けられた別のプリズム素子５２４がある。素子５２４の下には、微細に制御されたウェハステージ４２０に固定して取り付けられた細長いバーミラー５２８がある。
【００９０】
上述したように、入射ビーム５３０は、回転ミラー５２０によって上方に反射された後、干渉計５１０に入る。出力ビーム５３２は、上述のように、適切な検出および１回の処理手段に向けられる。測定ビーム５４０は、干渉計５１０から、細長いプラズマ素子５２２および５２４の角をなす切小面を介して、バーミラー５２８まで進む。参照ビーム５３６および５３８は、干渉計５１０から、細長いプラズマ素子５２２の角をなす切小面を介して、参照面５３４まで進む。
【００９１】
システム５００の動作において、ステージはｘおよびｙにおいて移動するが、干渉計５１４とステージとが固定されており、干渉計５１４がｘ方向において移動するようにステージを追うため、ステージ４２０上のバーミラー５２８とｘ方向における測定ビーム５４０との間には相対的移動はない。ｘ駆動バー４２２が移動すると、干渉計５１４がｘ方向において移動するように干渉計５１４を運ぶ。したがって、測定ビーム５４０は、ｘ方向において移動し、ステージがｘ駆動バー４２２に固定されているため、ステージと正確に同じ速度で移動する。したがって、ステージ４２０上のバーミラー５２８がｘ方向において実質的に干渉計５１４と共に移動し、粗い調整ステージ４１８はこれにくっついて移動する。そして、粗い調整ステージ４１８の上には、その細密な調整を有する微調整ステージ４２０があるが、ｘ方向に固定されている。しかし、ｙ方向において、ステージは移動し、これゆえにｙ方向においてバーがある必要がある。すなわち、ｙ方向において、下に来る測定ビーム５４０はｙ方向において固定される。しかしステージはｙ方向において固定されない。
【００９２】
ｘ方向においてこれを行うことを所望する場合、別の干渉計およびミラーの全セットを用いるオプションがある。さらに、１方向における移動をカバーするようにこの構成を実際に複製して、次いで、ウェハの残りの半分に行くことによって、これらのシステムのうちの１つをウェハのもう一方の側上に置き、握手するような形状にし得る。すなわち、これらのシステムはすべての動的範囲をカバーするために、範囲の一部が重複する。
【００９３】
システム５００は偏光干渉計であり、出力ビームおよび参照ビームおよび測定ビームが平行であるため、参照ビームおよび測定ビーム両方に対して敏感でない（伝播が２回の干渉計）特性を有する。バーミラーが角度を変えた場合には、ビーム間に所定のシヤーがあり得るが、横方向のシヤーのみで、角度の相対的変化はない。さらに、ｚが直接測定されるため、ｘおよびｙ方向のスピードに関する情報は必要でない。さらに、干渉計５１０は上および下に移動し得る。この運動は、干渉計５１０がＤＰＭＩであるため、測定されている距離を変更しない。さらに、振動によって誘導されるような小さい回転は許容可能である。これは、ドライババーが、ステージの質量を加速させるように作用する力によって駆動されているため、重要である。
【００９４】
ここで、光学投影系とウェハとの間の高度を測定する下向きの干渉計装置の別の実施形態を示す図１２ｂを参照する。ここで、装置を通常６００と示す。装置は偏光ビームスプリッタ６１２を含む差動平面ミラー干渉計６１０、逆反射体６１４および１／４波長板６１２を含むように見られる。干渉計６１０の上流に設けられているのは、図示はしないが、ビームスプリッタおよび入射ビームを形成し、出力ビームを結合するシャーリングシステムである。
【００９５】
干渉計６１０の下流には、参照フレーム１１にしっかりと取り付けられた細長いプラズマ素子６２２にビームを進行するように、そして素子６２２からビームを進行するように再度方向付けする回転ミラー６２０である。プラズマ素子６２２に向かい合っているのは、さらに参照フレーム１１に取り付けられた細長いプレート６２６である。プレート６２６に取り付けられているのは、プラズマ素子６２４である。プレート６２６およびプラズマ素子６２４上の平坦な面６３４は参照面として機能する。
【００９６】
微調整制御ウェハステージ４２０に取り付けられるのは、細長いバーミラー６２８である。ビームスプリッタ６１０は、駆動バーから外れて設けられ、折り畳みミラー６２０のみがそのまま図１２ａの駆動バーと同じ駆動バー上にある。したがって、折り畳みミラー６２０はｘ方向において並進する駆動バー（すなわち、図１２ａの駆動バーと同じ駆動バー）と共に移動し、干渉計６１０はツールの参照フレーム内に固定される。
【００９７】
ここで、入射ビームおよび出力ビームをそれぞれ６３０および６３２として示し、参照ビームを６３６および６３８として示し、そして測定ビームを６４０として示す。あるいは、動作は図１２ａの実施形態の動作と同様である。この実施形態の利点は、駆動バー上には、折り畳みミラー６２０しか無く、ほとんど質量が無い点である。この弱点は、さらに長さがあり、ここに乱流が入ってくる点であるが、図１２ａの実施形態にある安全性（ｉｍｍｕｎｉｔｙ）の特性すべては図１２ｂの実施形態にある。
【００９８】
ここで、通常７００と示す別の下向きの干渉計装置を示す図１２ｃを参照する。装置７００は、偏光ビームスプリッタ７１２を含む差動平面ミラー干渉計７１０、逆反射体７１４、および１／４波長板７１６を含む。ＰＢＳ７１２の下には、ビームスプリッタおよびシャーリングプレート７１８、そしてビームスプリッタおよびシャーリングプレート７１８の下には、入力回転ミラー７２０がある。参照フレーム１１に取り付けられるのは、細長い平坦プレート７２２および細長いプリズム素子７２４である。プレート７２２には、細長いプリズム素子７２８が取り付けられる。プリズム素子７２８およびプレート７２２の上のフラットは参照面として機能する。細長いバーミラー７２６は微調整制御ウェハステージ４２０に取り付けられる。
【００９９】
入射ビームおよび出力ビームはそれぞれ７３６および７３８であり、参照ビームはビーム７３２および７３４と示され、測定ビームは７３０として示される。図１２ａの実施形態に適用される基本的にすべてのものは、図１２ｃの実施形態にも適用されるが、図１２ｃの実施形態は、ｘ方向において並進するバーと同じバー上に設けられた干渉計ビームスプリッタシステムを備えたＤＰＭＩである点が異なる。唯一の違いは、参照ミラーが、第２の細長いプリズム素子ではなく、第１の細長いプリズム素子においてその上部に設けられている点である。したがって、この実施形態は、総距離ｚに、２つのプリズム素子間のｙ距離を加算した距離を測定する。しかし、これらの２つのプリズム素子が固定されているため、この実施形態は依然、基本的にｚのみを測定する。この実施形態で失われ得る良さは、２つの細長いプリズム素子間の空間が変化し（すなわち、メインフレームがｙ方向に延び）、かつ、この変化が補償されない（図１２ａにおいては補償された）場合、小さな誤差が生じ得る点である。しかし、この実施形態は、参照ビームが、バーミラー間を進まず、干渉計と第１のバーミラーとの間のみを進むため、参照ビーム中の乱流の影響が減少するという利点を有する。
【０１００】
ここで、さらに別の下向きの装置８００を示す図１２ｄを参照する。装置８００は、参照フレーム１１上にあり、粗い調整ステージ４１８または微調整ステージ４２０のいずれの上にもない差動平面ミラー干渉計８１０を含む。干渉計８１０は、偏光ビームスプリッタ８１２、逆反射体８１４、および１／４波長板８１６を含む。入射ビームを８３６と示し、出力ビームを８３８と示す。入射ビーム８３６は、シヤープレートによって分割され、出力ビームは、同じシヤープレート（図示しないがよく理解されている）によって再結合される。
【０１０１】
参照ビームは８３２および８３４であり、測定ビームは８３０である。入力回転ミラー８２０は、第１の細長いバーアセンブリにすべてのビーム用の上方経路を提供する。第１の細長いバーアセンブリは、参照フレーム１１に取り付けられた細長いプレート８２２、細長いプレート８２２に取り付けられた細長いプリズム素子８２８を含む。これらの素子上のフラット８１８は、参照面として機能する。
【０１０２】
測定ビーム８３０は、ここでも参照フレーム１１に取り付けられた細長いプリズム素子８２４を介して、微調整制御ウェハステージ４２０に取り付けられた細長いバーミラー８２６に進む。ここで、入力折り畳みまたは回転ミラー８２０は、図１２ｂの実施形態にあるような駆動バー上に設けられる。参照ミラーは、フラット８１８を含む第１の細長いバーミラーアセンブリである。図１２ｄの実施形態は、図１２ｂの実施形態が図１２ａの実施形態に対するのと同様に、図１２ｃの実施形態に対する。
【０１０３】
ここで図１３ａを参照すると、粗い調整ｘ−ｙステージ４１８に取り付けられた干渉計９１０を含む下向きの装置９００が示されている。干渉計９１０は、偏光ビームスプリッタ９１２、入力折り畳みプリズム９２２、逆反射体９１４、プリズム回転素子９２７および９２０、ならびに１／４波長板９１６および９１８を含む。
【０１０４】
粗い調整ｘ−ｙステージ４１８に取り付けられるのは細長い回転バー９２４であり、参照フレーム１１には、干渉計９１０の参照面として機能する平坦なセクション９２９をさらに含む細長いプリズム素子９２６が取り付けられる。微調整ｘ−ｙステージ４２０に取り付けられるのは細長いバーミラー９２８である。入力および出力ビーム経路を９３０と示す。入射ビームは干渉計９１０まで進行する。入射ビームは、干渉計９１０のＰＢＳ９１２において、参照フラット９２９に進行する参照ビーム９３４、および細長いステージバーミラー９２８に進行する測定ビーム９３２に分割される。参照ビームおよび測定ビームはさらに、干渉計９１０を介して、ビームが出力ビーム９３０として干渉計９１０に入った経路と同じ経路に沿って戻るように再結合される。
【０１０５】
図１３ｂは、図１３ａの実施形態の変形を示す。ここで下向きの装置１０００は、偏光ビームスプリッタ１０１２を含む差動平面ミラー干渉計１０１０、逆反射体１０１８、入力折り畳みプリズム１０１５、ならびに１／４波長板１０１４および１０１６を含む。
【０１０６】
細長い折り畳みバー１０３０は粗い調整ｘ−ｙステージ４１８に取り付けられ、細長い折り畳みミラー１０１６は参照フレーム１１に取り付けられる。さらに参照フレーム１１に取り付けられるのは、干渉計１０１０の参照面として機能する細長いバーミラー１０２８である。微調整ｘ−ｙステージ４２０上には細長いバーミラー１０２０が取り付けられる。入力および出力ビーム１０２２は、干渉計１０１０への経路そして干渉計１０１０からの経路と同じ経路に沿って進行する。干渉計１０１０において、入力および出力ビーム１０２２は、参照ビーム１０２４および測定ビーム１０２６として分割され、そして再結合される。
【０１０７】
ここで、基本的に図６の実施形態の逆バージョンである装置１０４０を示す図１４を参照する。ここで、参照フレームを１０４２と示す。参照フレーム１０４２に対して細長いバープリズム１０４４および１０４６が取り付けられる。細長いバーミラー１０６０は微調整制御ウェハステージ４２０に取り付けられ、逆反射体１０６２は粗い調整ステージ駆動バーに取り付けられる。バープリズム１０４４と１０４６との間には、プリズム反射体、ならびにＰＢＳ層１０５０および１０５２を備えた偏光ビームスプリッタ１０５１である。直角柱１０４６は粗い調整ステージ４１８に取り付けられ、入力および出力ビーム経路は１０４８によって示される。この実施形態は、ウェハステージ４２０を下向きに見る点を除いて、基本的に図６の様態の逆の様態で動作する。
【０１０８】
種々の実施形態を説明してきたが、本発明の教示に基づいてさらなる変更をいかに行うかは当業者に明らかであり、このようなすべての変更は本発明の範囲内にあることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明がウェハの面に対する光学投影系の高度を正確に測定するように組み込まれ得る、フォトリソグラフィックステッパーまたは走査システムを高度に図式化した斜視図である。
【図２ａ】
図２ａは、本発明の第１の実施形態の（図１の紙の平面から取られた）側面図である。第１の実施形態は、ステージ外に取り付けられた細長い平面ミラーと共に、ステージに取り付けられた開いた細長いペンタプリズムを用いて、フォトリソグラフィックステッパーの光学投影系に関連付けられた基準線のウェハに対する高度と、ステージ外の干渉計から高度が測定される点までの距離との和（ｚ＋ｘ）を測定する。
【図２ｂ】
図２ｂは、図２ａの実施形態の変形の側面図である。
【図３ａ】
図３ａは、本発明の第２の実施形態の透視図である。第２の実施形態は、ステージ外に取り付けられた、開いた細長いポロミラーと共に、ステージに取り付けられ、開いた細長いペンタプリズムを用いて、フォトリソグラフィックステッパーの光学投影系に関連付けられた基準線のウェハに対する高度、ステージ外の干渉計から高度が測定される点までの距離を測定する。
【図３ｂ】
図３ｂは、図３ａの第２の実施形態の変形の透視図である。
【図４】
図４は、本発明の第３の実施形態の透視図である。第３の実施形態は、ステージ外に取り付けられた逆反射体および細長いポロミラーと共に、ステージに取り付けられた細長いペンタプリズムを用いて、フォトリソグラフィックステッパーの光学投影系に関連付けられた基準線のウェハに対する高度と、ステージ外参照までの直交的線形距離との和を測定する。
【図５】
図５は、本発明の第４の実施形態の側面図である。第４の実施形態は、ステージに取り付けられた細長いプリズムを、ステージ外に取り付けられた逆反射体および細長い平面ミラーと共に用いて、フォトリソグラフィックステッパーの光学投影系に関連付けられた基準線のウェハに対する高度を測定する。
【図６】
図６は、本発明の第５の実施形態の側面図である。第５の実施形態は、ステージ外に取り付けられた逆反射体および細長い平面ミラーと共に、偏光ビーム分割層を有する細長いプリズムを含むステージに取り付けられた干渉計を用いて、フォトリソグラフィックステッパーの光学投影系に関連付けられた基準線のウェハに対する高度を測定する。
【図７】
図７は、本発明の第６の実施形態の側面図である。第６の実施形態は、それぞれが偏光ビーム分割層を有する１対の細長いプリズムを含むステージに取り付けられた干渉計を、ステージ外に取り付けられた逆反射体、光源および検出器と共に用いて、フォトリソグラフィックステッパーの光学投影系に関連付けられた基準線のウェハに対する高度の２倍を測定する。
【図８ａ】
図８ａは、本発明の第７の実施形態の側面図である。第７の実施形態は、ステージ外に取り付けられた細長い平面ミラーと共に動作し、一部は偏光ビーム分割層、そして一部は反射防止コーティングが施された前面を有する細長いプリズムを有するステージに取り付けられた干渉計を用いて、ウェハに対するフォトリソグラフィックステッパーの光学投影系に関連付けられた基準線の高度を測定する。
【図８ｂ】
図８ｂは、図８ａの実施形態の下向きの変形の側面図である。
【図８ｃ】
図８ｃは、図８ｂの実施形態の変形の側面図である。
【図８ｄ】
図８ｄは、図８ｃの実施形態の素子を拡大した側面図である。
【図８ｅ】
図８ｅは、図８ｄの素子の代替物を拡大した側面図である。
【図９ａ】
図９ａは、本発明の第８の実施形態の斜視図である。第８の実施形態は、フォトリソグラフィック装置の１つの並進ステージ上に比較的小さい１／４波長板を取り付けたコンパクトな干渉計を用いて、別の並進ステージとステージ外に取り付けられた細長いミラーとの間の高度変化を測定する。
【図９ｂ】
図９ｂは、図９ａのステージに取り付けられた干渉計の一実施形態の側面図であり、同延の直交偏光された参照ビームおよび測定ビームを用いる折り畳まれたＨＳＰＭＩを含む。
【図９ｃ】
図９ｃは、図９ａのステージに取り付けられた干渉計の別の実施形態の側面図であり、直交するように偏光され、かつ、空間的に隔てられた参照ビームおよび測定ビームを用いる折り畳まれたＨＳＰＭＩを含む。
【図１０ａ】
図１０ａは、本発明の第９の実施形態の透視図である。第９の実施形態は、１／４波長板を用いる干渉計を用い、かつ、フォトリソグラフィックステッパーなどの並進ステージ上に取り付けられて、別の並進ステージの上面と細長いステージ外のミラーとの間の高度変化を測定する。
【図１０ｂ】
図１０ｂは、図１０ａの干渉計の側面図であり、説明を簡略化する目的で一部を除いて図示する。
【図１１】
図１１は、フォトリソグラフィックステッパーまたは走査システムの斜視図である。本発明の下向きの実施形態は、ウェハ面に対する光学投影系の高度を正確に測定するために組み込まれ得る。図１１は、粗い調整ステージを位置決めする駆動バーと共に粗い調整ステージおよび微調整ステージを示す。
【図１２ａ】
図１２ａは、本発明の下向きの実施形態の斜視図である。差動平面ミラーの干渉計および入力ミラーは、粗い調整ステージの駆動バーに取り付けられている。
【図１２ｂ】
図１２ｂは、図１２ａに示す本発明の実施形態に類似するが、差動平面ミラーの干渉計は、ステッパーの粗い調整ステージ上にも微調整ステージ上にも取り付けられていない、実施形態の斜視図である。
【図１２ｃ】
図１２ｃは、さらに別の下向きの実施形態の斜視図である。差動平面ミラーの干渉計は、粗い調整ステージの駆動バーに取り付けられている。
【図１２ｄ】
図１２ｄは、図１２ｃの実施形態に類似するが、その干渉計は、ステッパーの粗い調整ステージ上にも微調整ステージ上にも取り付けられていない、実施形態である。
【図１３ａ】
図１３ａは、下向きの実施形態のさらに別の例であり、干渉計は粗い調整ｘ−ｙステージに取り付けられている。
【図１３ｂ】
図１３ｂは、図１３ａの実施形態の変形である。
【図１４】
図１４は、図６の実施形態の逆バージョンの側面図である。
【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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