(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の投影ビームを供給する放射線システムと、
マスクを保持するマスクホルダが設けられたマスクテーブルと、
基板を保持する基板ホルダが設けられた基板テーブルと、
マスクの照射部を基板のターゲット部上に結像する投影システムと、を備え、さらに、
コヒーレント放射線源と、
この放射源から放出されたビーム間の干渉から生じる所望の信号を検出する検出器と、を有する光学測定システムを備えるリソグラフィック投影装置であって、
前記放射線源から放出された放射線の位相を変調して、前記装置内の少なくとも１のスプリアスビームからの干渉により生じた少なくとも１のスプリアス信号の検出が抑制される位相変調器により特徴づけられるリソグラフィック投影装置。
【請求項２】
前記位相変調の周波数は、前記所望の信号の周波数に相対して前記スプリアス信号の周波数をシフトするように選択される請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記位相変調の変調振幅および周波数は、前記スプリアス信号の振幅を減少するように選択される請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記位相変調器は、偏光状態コントローラを備える請求項１，２または３に記載の装置。
【請求項５】
前記位相変調器は、さらに、前記コヒーレント放射線を複数の変調振幅で連続的に変調する制御可能な減衰器を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記位相変調器は、さらに、所定のデューテイサイクルにおいて前記複数の変調振幅間で連続的に切り替えるスイッチング手段を備える請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記位相変調の変調周波数（Ｆ）および変調振幅
【外１】
0003949868.tif 000053
は、下記関係：
【数１】
0003949868.tif 000054
ここで、Ｚは、前記装置に特有の距離である。を満たす請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
位相変調周波数は、前記所望の信号の周波数より高い請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
位相変調周波数は、１ ＧＨｚより大きい請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記位相変調器は、電気光学素子を備える請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記光学測定システムは、マスクと基板を相互にアライメントさせるアラインメントシステム内に設けられる請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記光学測定システムは、マスクおよび基板の少なくとも１を投影ビームに対してレベリングするレベリングシステム内に設けられる請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記光学測定システムは、マスクおよび基板テーブルの少なくとも一つの位置と速度と加速度の少なくとも１つを決定するステージ位置測定システム内に設けられる請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
コヒーレント放射線源と；この放射線源から放出されたビーム間の干渉から生じる所望の信号を検出する検出器と、を備える光学測定システムであって、前記放射線源から放出された放射線の位相を変調して、光学測定システム内の少なくとも一つのスプリアスビームからの干渉により生じた少なくとも一つのスプリアス信号の検出が抑制される位相変調器により特徴づけられる光学測定システム。
【請求項１５】
放射線感受性材料層で少なくとも一部が覆われた基板を提供し、パターンを含むマスクを提供し、放射線の投影ビームを使用して、マスクパターンの少なくとも一部の像を放射線感受性材料層のターゲット領域上に投影するステップを備えるデバイス製造方法であって、この方法は、コヒーレント放射線源と、この放射線源から放出されたビーム間の干渉から生じる所望の信号を検出する検出器と、を有する光学測定システムを備える装置を使用して実施され、位相変調器は、前記放射線源により放出された放射線の位相を変調するために使用され、これにより、前記装置内の少なくとも一つのスプリアスビームからの干渉により生じた少なくとも一つのスプリアス信号の検出が抑制される方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線の投影ビームを供給する放射線システムと、
マスクを保持するマスクホルダが設けられたマスクテーブルと、
基板を保持する基板ホルダが設けられた基板テーブルと、
マスクの照射部を基板のターゲット部上に結像する投影システムと、を備えるリソグラフィック投影装置に関する。より詳細には、本発明は、たとえば、レーザーで生成されるコヒーレント光ビームを使用する装置のサブシステムに関する。本発明は、たとえば、とくに、アラインメントシステム、レベリングシステムあるいはステージ位置測定システムで使用されるような干渉計測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リソグラフィック投影装置は、たとえば、集積回路（ＩＣ）の製造で使用することができる。この場合に、マスク（レチクル）は、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを含むことがあり、このパターンは、この後、感光性材料（レジスト）の層が被覆された基板（シリコンウエハ）上のターゲット領域（ダイ）上で結像させることができる。一般的に、単一ウエハは、一回に一つづつ、レチクルを通って連続的に照射される隣接したダイの全ネットワークを含んでいる。一の型式のリソグラフィック投影装置においては、各ダイは、全レチルクパターンを一回のゴーでダイ上に露光することにより照射され、この装置は、一般的に、ウエハステッパと呼ばれている。一般的に、ステップアンドスキャン装置と呼ばれている他の装置においては、各ダイは、所定の基準方向（“走査”方向）の投影ビーム下でレチクルパターンを漸進的に走査し、同時に、この方向に並行あるいは逆平行なウエハテーブルを走査することにより照射され；一般的に、投影システムは、倍率Ｍ（一般的に、<ｌ）を有しているので、ウエハテーブルが走査されるときの速度は、レチクルテーブルが走査されるときの速度の倍率Ｍ倍である。本明細書中で記載されているリソグラフィクデバイスに関するより多くの情報が、国際特許出願第ＷＯ  ９７／３３２０５号から得ることができる。
【０００３】
非常に最近になるまで、この型式の装置は、単一のマスクテーブルと単一の基板テーブルを含んでいた。しかし、少なくとも２つの独立して可動な基板テーブルを有する機械が現在、利用可能であり、たとえば、国際特許出願第ＷＯ  ９８／２８６６５号および第ＷＯ  ９８／４０７９１号明細書に記載されているマルチステージ装置を参照されたい。このマルチステージ装置の基本的操作原理は、第１の基板テーブルが、投影システムの下側にあり、このテーブル上に配置された第１の基板の露光を許容するときに、第２の基板テーブルが、ローデイング位置に在り、露光された基板を排出し、新しい基板を収集し、この新しい基板上でいくつかの初期アラインメント測定を実施し、この後、第１の基板の露光が完了しだい、この新しい基板を投影システム下側の露光位置に搬送するために待機することができ、ここからサイクルが繰返されるということであり、この態様において、機械効率を実質的に増し、機械所有コストを改善することができる。
【０００４】
このリソグラフィックデバイスの投影放射線は、一般的に、３６５nm、２４８nmあるいは１９３nmの波長を有するＵＶ（紫外線）光である。しかし、半導体業界での設計基準の精細度が絶え間なく向上するので、新しい放射線型式に対する要望の増加を招いている。近い将来に対する現在の候補は、極紫外線光（ＥＵＶ）および粒子ビーム（たとえば、エレクトロンあるいはイオンビーム）も含め、１５７nmあるいは１２６nmの波長を有するＵＶ光を含んでいる。
【０００５】
干渉計測定システムは、たとえば、
マスクを基板に正確に整合させるために、
基板の特定のターゲット領域上に配向された投影ビームに対し基板および／またはマスクを正確にレベリングするために、
基板および／またはマスクステージの位置、速度および／または加速度を正確に決定するために、
リソグラフィック投影装置の種々のサブシステムで使用することができる。干渉計測定システムの１例においては、コヒーレント光ビームは、たとえば、第１のコンポーネント（たとえば、レチクル）に設けられた回折格子により、２つのビームに分割される。これらの２つのビームは、この後、再結合されて、第２のコンポーネント（たとえば、ウエハ）に設けられた透過型回折格子に衝突する干渉パターンを形成する。干渉パターンと第２の格子の一致は、モアレパターンを生成する。全透過強度は、第１，２のコンポーネントの相対的変位の関数であるモアレパターンの位相と共に変化する。したがって、これらのコンポーネントの相対位置は、全透過強度を検出することにより、高分解能で決定することができる。
【０００６】
リソグラフィック投影装置で使用される投影放射線は、上述の干渉計測定システムで使用されるコヒーレント光ビームとは異なる型式あるいは波長のものであってもよいことが明白に留意されるべきである。たとえば、ＤＵＶ投影装置の場合、投影波長は、２４８nmであるが、アラインメントシステム、レベリングシステムおよびステージ位置測定システムは、たとえば、HeNeレーザー（波長＝６３２nm）あるいはダイオードレーザーからの放射線を用いる場合が多い。
【０００７】
本明細書中で記載されている干渉計測定システムにおいて、上記第１,２のコンポーネントの位置は、再現可能に定めることが可能であること（たとえば、レジストレーションマークが異なる露光に対して正確にアラインメントされること）が重要である。しかし、再現性および測定精度の低下を招くことがあり（したがって、たとえば、オーバーレイ性能、フォーカスおよび走査同期のようなファクターでの大きな誤差を招くことがある）システムで生成される測定信号中のノイズの存在により、かなりの問題が生じることがある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、この問題を解消することである。したがって、本発明は、
ほぼコヒーレントな放射線源と、
この放射線源から放出されたビーム間の干渉から生じる所望の信号を検出する検出器と、
を備える光学測定システムを提供し、上記放射線源から放出された放射の位相を変調して、光学測定システム内の少なくとも１のスプリアス信号からの干渉により生じる少なくとも１のスプリアス信号の検出が抑制される位相変調器により特徴づけられる。
【０００９】
本発明に至る実験において、本発明者は、このような光学測定システムの測定信号中のノイズは、たとえば、
リソグラフィック投影装置の（一般的な）複合投影レンズ内、あるいは、たとえば、放射線システムあるいはアラインメントシステムで使用されるその他の光学システム内の空気／ガラス界面でのマスクされていない反射、
レチクルで発生する同様な反射、
から発生するスプリアス放射線ビームの存在により生じることがあることを決定した。しかし、この反射の正確な位置は、一般的に、定めるのが困難である。さらに、装置の光学コンポーネント上に反射防止コーテイングを被覆することは、一般的に、この問題の効果的解決策ではない。
【００１０】
本発明は、検出システムを修正せずに、ノイズ信号をほぼ除去可能とする点で有利であり、放射線源のビーム路に位相変調器を設けることが必要とされるにすぎない。
【００１１】
位相変調器は、複数の変調振幅で放射線を連続的に変調する制御可能な減衰器を備えるのが好ましい。これは、他のスプリアス信号を抑制可能とし、光学測定システム内の所定範囲の異なる位置でスプリアス信号により生じるノイズ信号の抑制を許容する利点を有している。
【００１２】
位相変調器は、たとえば、LiNbO3素子のような電気光学素子を備えるのが好ましい。本明細書中で論述されている変調器は、たとえば、本明細書中に参照用に記載されている米国特許第５１８９５４７号明細書に記載されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の上記観点について、以下の実施形態で完全に説明する。
【００１４】
本発明のリソグラフィック投影装置を使用する製造プロセスにおいて、マスクのパターンが、エネルギー感受性材料（レジスト）の層で少なくとも一部が覆われた基板上に結像される。この結像ステップ前に、基板に、たとえば、プライミング、レジストコーテイングおよびソフトベーキングのような種々の手順が実施されることがある。露光後、基板は、後露光ベーキング（ＰＥＢ）、現像、ハードベーキングおよび結像部の測定／検査が実施されることがある。この一連の手順は、たとえば、ＩＣのようなデバイスの個々の層にパターンを形成するベースとして使用される。このパターン層は、この後、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械的研磨等を実施されることがあり、これらの手順は、全て個々の層を研磨するためのものである。複数の層が必要とされる場合には、全手順あるいはその変形が、各新規な層に対し繰返されなければならない。最終的に、一連のデバイスが、基板（ウエハ）上に配置される。これらのデバイスは、この後、ダイシングあるいはソーイングのような技術により互いに分離され、個々のデバイスは、ピン等に接続されたキャリア上に装着される。このプロセスに関するその他の情報は、たとえば、“Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing”と題する書籍、第３版、Peter van Zant著、McGraw Hill Publishing Co., 1997年発行、ISBN 0-07-067250-4から得ることができる。
【００１５】
この明細書において、ＩＣ製造における本発明の装置の使用についてとくに参照しているが、この装置は、他の多くの可能な適用例を有することが明白に理解されなければならない。たとえば、この装置は、統合光学システム、磁気ドメインメモリーの案内および検出パターン、液晶デイスレーパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造で用いることができる。当業者は、これらの他の適用例に鑑みて、この明細書中の用語“レチクル”、“ウエハ”、あるいは、“ダイ”の使用は、より一般的な用語“マスク”、“基板”および“ターゲット領域”を意味するものである。
【００１６】
つぎに、添付概略的図面を参照して本発明の例示的実施形態について説明する。
【００１７】
[実施例１]
より特定の実施形態についてより詳細に論述する前に、まず一般的な用語で本発明について論述する。
【００１８】
検出干渉信号中のノイズは、干渉計測定システムの性能をかなり低下させることがある。調査の結果、明白なノイズの原因は、装置内のスプリアス反射である可能性があるということが分った。スプリアス反射ビームは、所望の干渉ビームに干渉してノイズ信号を生成することがある。レーザー光のような干渉計放射線の位相変調の効果が、本発明者により調査された。干渉計測定システムにおいて、測定された信号強度（Ｉ）は、２つのコヒーレントレーザービームの干渉により、複素振幅ＥlおよびＥ2で形成される：
【数２】
0003949868.tif 000002
ここで、
【外２】
0003949868.tif 000003
および
【外３】
0003949868.tif 000004
は、２つの干渉ビームの位相であり、その差は、次式により与えられる：
【数３】
0003949868.tif 000005
ここで、νLは、レーザー光の平均光角周波数であり、ｔ12は、ビーム間の時差であり、νLは、角周波数Ωおよび次式で与えられる振幅
【外４】
0003949868.tif 000006
でのレーザー光の位相変調である：
【数４】
0003949868.tif 000007
[２]を式[１]に代入すると、干渉ビーム間の位相差が次式から得られる：
【数５】
0003949868.tif 000008
ここで、干渉ビーム間の位相差の変調振幅a12は、次式で与えられる：
【数６】
0003949868.tif 000009
ここで、PD12は、２つの干渉ビーム間の光路差であり、cは、光の速度である。式[４]は、レーザー光の位相変調の振幅
【外５】
0003949868.tif 000010
と干渉パターンの位相変調の振幅（a12）との間の関係を確立する。[３]を式[１]に代入すると、検出干渉信号が与えられる：
【数７】
0003949868.tif 000011
この式をフーリエ級数（すなわち、周波数スペクトル）として展開すると、次式が得られる：
【数８】
0003949868.tif 000012
ここで、Ji(a)は、第一種および次数ｉのベッセル関数である。
【００１９】
この式の重要な特徴は、ｉ番目の高調波の振幅がJi(a)でスケーリングされるということである。したがって、ａの特定の値に対する、いわゆる“ベースバンド信号”の振幅は、
【数９】
0003949868.tif 000013
ゼロとなる。
【００２０】
実際のシステムでは、光学コンポーネントは、たとえば、ガラス−空気界面でのスプリアス反射を最小にする反射防止（ＡＲ）コーテイングを有している。しかし、たとえ最良のＡＲコーテイングでも、小さな複素振幅Ｅ3および位相
【外６】
0003949868.tif 000014
を有する別のビームを生成することがある小さな残留反射を示す。したがって、測定信号は、以下の通りとなる：
【数１０】
0003949868.tif 000015
この式右手側の最後の２項は、当然のこととして、測定されるべき所望の干渉信号である
【外７】
0003949868.tif 000016
の決定における誤りを生じるノイズ項である。Ｅ1およびＥ2の間の通路差が、実際上のように小さい（たとえば、数１００μm以下）場合、位相変調
【外８】
0003949868.tif 000017
は、所望の干渉項に重大な影響を及ぼさない。しかし、スプリアス反射が、最初の２つのビームに対して重大な通路差を有することがある場合は、２つのスプリアス干渉項は、式[４]で与えられた振幅を有する大きな位相変調を示す、すなわち、
【数１１】
0003949868.tif 000018
ここで、PDsは、スプリアスビームと主ビームのいずれかとの間の光路差である。
【００２１】
ベースバンド信号を抑制するために、ａの値は、Jo(a)=0となるように設定されなければならない。ベッセル関数は、複数のゼロを有し、この中の１は、
【外９】
0003949868.tif 000019
のときである。これを式[５]に代入すると、周波数Ωと、ベースバンド信号を抑制する位相変調の変調振幅
【外１０】
0003949868.tif 000020
との関係を与える：
【数１２】
0003949868.tif 000021
したがって、干渉計の放射線源からの放射線を位相変調することにより、および、変調周波数および振幅の適切な選択により、測定信号中のノイズを実質的に減少することができる。たとえば、全通路差が約６０ｎmで、変調周波数が５００MHzの場合、位相変調の振幅は、約1.4rad
【外１１】
0003949868.tif 000022
でなければならない。
【００２２】
[実施例２]
つぎに、本発明のリソグラフィック投影装置について説明する。この点で、図１は、
放射線（たとえば、ＵＶあるいはＥＵＶ放射線、エレクトロンまたはイオン）の投影ビームＰＢを供給する放射線システムＬＡ、Ｅｘ、ＩＮ、ＣＯと、
マスク（レチクル）ＭＡを保持するマスクホルダが設けられ、マスクをアイテムＰＬに正確に位置決めするマスクステージ位置決め手段PMに接続された可動マスクステージ（レチクルステージ）ＭＴと、
基板Ｗ（たとえば、レジスト被覆シリコンウエハ）を保持する基板ホルダが設けられ、基板をアイテムＰＬに正確に位置決めする基板ステージ位置決め手段PWに接続された可動基板ステージ（ウエハステージ）ＷＴと、
マスクＭＡの照射部を基板Ｗのターゲット部Ｃ（ダイ）上で結像する投影システムＰＬ（たとえば、屈折あるいは反射屈折システム、ミラー群またはフィールド検出器列）と、を備えるリソグラフィック投影システムを概略的に示している。簡略化のために、アイテムＰＬは、“レンズ”として参照されることがある。
【００２３】
放射線システムは、放射線のビームを生成するソースＬＡ（たとえば、ＨｇランプまたはエクシマレーザーあるいはＥＵＶまたは特定の放射線源）を備えている。このビームは、種々の光学コンポーネント、たとえば、ビーム成形オプチックスＥｘ、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯに沿って通過し、その結果生じるビームＰＢは、その横断面において所望の強度プロフィールおよび形状を有している。
【００２４】
ビームＰＢは、その後、マスクステージＭＴ上のマスクホルダに保持されたマスクＭＡをインターセプトする。マスクＭＡを通過後、ビームＰＢは、基板Ｗのアーゲット領域Ｃ上でビームＰＢを集束するレンズＰＬを通過する。干渉計変位および測定手段IFの助けにより、基板ステージＷＴは、正確に移動して、たとえば、異なるターゲット領域ＣをビームＰＢの通路内に配置することができる。同様に、位置決め手段（図示せず）が、たとえば、マスクＭＡをマスクライブラリーから機械的に取り戻した後、あるいは、マスク走査中に、マスクＭＡをビームＰＢの通路に正確に位置決めするために使用することができる。一般的に、ステージＭＴ、ＷＴの動きは、長行程モジュール（粗位置決め）および短行程モジュール（微細位置決め）の助けで実現される。これらのモジュールは、図１に明瞭に示されていない。ステップアンドスキャンデバイスとは反対に、ウエハステッパの場合、マスクテーブルＭＴには、微細位置決め用の短行程モジュールだけが設けられる。
【００２５】
図示した装置は、２つの異なるモードで使用することができる：
ステップモードにおいて、マスクステージＭＴは、ほぼ静止状態に保持され、全マスク像が、一回のゴー（すなわち、単一の“フラッシュ”）でターゲット領域Ｃ上に投影される。基板ステージＷＴが、この後、ｘおよび／またはｙ方向にシフトし、この結果、異なるターゲット領域Ｃが、ビームＰＢにより照射される。
走査モードにおいて、所定のターゲット領域Ｃが単一の“フラッシュ”で露光されない点を除き、ほぼ同じ説明が、当てはまる。その代わりに、マスクステージＭＴは、速度νで所定の方向（いわゆる、“走査方向”、たとえば、ｘ方向）に移動可能であり、この結果、投影ビームＰＢは、マスク像を走査し；同時に、基板ステージＷＴは、速度Ｖ＝Ｍνで同じあるいは反対方向に移動し、ここで、Ｍは、レンズＰＬ（一般的に、Ｍ＝１／４またはｌ／５）の倍率である。この態様において、比較的大きなターゲット領域Ｃが、分解能について妥協せずに、露光可能である。
【００２６】
一般的に、基板Ｗの各ターゲット部Ｃは、連続照射過程において種々の露光を受ける。これらの露光は、一般的に、パターン層（たとえば、ＩＣの種々の半導体層の回路パターン）を生成し、これらの層は、互いに正確に（いわゆる、ナノメートルのオーダーのことが多い“オーバーレイ精度”）オーバーラップされなければならない。これとの関連で、基板テーブルＷＴおよびマスクテーブルＭＴの非常に正確な（再）位置決めが、極めて重要であることが分るであろう。このために、リソグラフィック投影装置のアラインメントシステム、レベリングシステムおよびステージ位置測定システムは、正確かつ再現性のある測定を許容しなければならない。これらのシステムは、投影リソグラフィーの分野で周知であり、その操作原理の詳細についてはここでは論述しない；その他の情報については、読者は、本明細書中に参照用に記載されている（ＷＯ  ９９／３２９４０に対応する）米国特許出願第０９／１１４７４８号を参照されたい。
【００２７】
[実施例３]
図２は、図１のリソグラフィック投影装置用干渉計オプチカルアラインメントシステムの例を概略的に示している。この装置は、ウエハ上の感光性レジストコーテイングを所望のパターンに露光するために、レチクル１０上のパターンをウエハ１２上に投影するためのものである。とくに、新たなパターンを、既に露光されかつパターンが形成されたウエハ上にオーバーレイするときに、レチクル１０とウエハ１２との間に再現性のあるレジストレーションを達成することが重要である。図示したアラインメントシステムは、リソグラフィック投影装置の露光システムと同じオプチックスのいくつか、とくに、投影レンズシステム１４を使用している点でスルーザレンズ（ＴＴＬ）システムである。
【００２８】
たとえば、ＨｅＮｅレーザー出射の632.8 nmの波長を有する赤色光のようなレーザー源からの照明ビーム（１５）が、アラインメントマーカーとも称されるウエハ格子１６に当たるが、レジストは紫外線光にのみ感受性を有しているので、レジストコーテイングを露光しない。ウエハ格子１６は、この場合、１６μmの周期を有し、反射回折次数を生成する。＋１および−１の回折次数を除き、全回折ビームが、投影レンズ１４に組み込まれた空間フィルタ１８によりブロックされる。
【００２９】
投影レンズ１４で透過される（E+1およびE-1で示された）＋１および−１の回折次数は、レチクル格子２０の近部のレチクル１０に正弦波強度干渉パターンを形成する。レチクル格子２０は、たとえば、３２μmの周期を有する透過型格子である。干渉縞およびレチクル格子２０は、モアレパターンを形成し、したがって、格子２０を透過する光の強度は、ウエハ格子１６の位置と共にハーモニックに変化する。干渉模様（すなわち、透過強度）の位相を測定することにより、ウエハ格子１６の位置は、測定可能である。強度は、検出器２４により、アラインメント検出ブロック２２内で測定される。アラインメント検出ブロック２２内に組み込まれた空間フィルタ２６は、レチクル格子２０のより高い回折次数をブロックするために使用される。
【００３０】
実際上、たとえば、投影レンズシステム内、イリュミネータ内、アラインメントシステムの光学素子内およびレチクル上でスプリアス反射が発生することがある多くのガラス−空気界面が存在する。どの界面が問題のある反射を生成するかを正確に決定することは困難であるが、たとえば、投影レンズ素子２８内での照明ビームの特定の部分的反射が、図３に概略的に示されている。反射ビームは、ELと表示され、調査の結果、反射ビームは、実際上、−１の次数の回折ビームに一致するため、空間フィルタ１８を通過することができることが分かった。ELの方向は、E-1に対し若干側方にシフトされたレチクル格子２０に当たることも意味する。レーザー光の非常にコヒーレントな性質は、スプリアス反射ビームELがレチクル１０でE+1およびE-1ビームと干渉することを意味する。
【００３１】
検出器２４により測定された強度の形態は、レチクル格子２０により回折されたビームEaおよびEb間の干渉を考慮することにより、計算することができる（図２を参照されたい）。ビームEaおよびEbは、入射ビームE+1、E-1およびELのそれぞれから生じる成分を有する。E+1およびE-1ビームは、装置の光軸３０を横切るｘの方向、すなわち、図２および３の垂直方向のウエハ格子１６の位置に比例した位相シフトを有している。スプリアス反射ビームELは、このｘ依存性位相シフトを有していないが、他の２つのビ−ムに対して相対的位相シフトを有し、この相対的位相シフトは、光路に比例し、投影レンズ２８からウエハ１２までの距離Zの約２倍である。
【００３２】
透過型格子のプロフィールおよび異なる次数の回折効率についての所定の仮定を行うことにより、検出器２４での相対的強度に対する下記近似式が導かれる：
【数１３】
0003949868.tif 000023
ここで、使用されている記号は、下記意味を有している：
It          検出器における全強度
I           レチクルに入射する＋１および−１回折次数の強度
R           ウエハ格子（アラインメントマーカー）１６の回折効率にノーマラ
イズされたスプリアス反射の反射係数
ｘ         ウエハ格子／マーカー１６（したがって、ウエハ１２）の位置
Xｐ        ウエハ格子１６の周期（この特定の場合、１６μｍ）
【外１２】
0003949868.tif 000024
Z          ウエハと反射レンズ素子との間の距離
λ         レーザー光の波長
理想的状況においては、反射ビームはなく、すなわち、Ｒ＝０であり、検出器での検出強度信号は、ｘと共に、ハーモニックに単純に変化することが式[７]から見ることができる。実際上、ウエハ格子１６は、限定された幅を有し、レチクル格子２０およびウエハ格子の像が同じ幅を有している場合、検出強度は、三角形プロフィールを有する。三角形の全幅は、マーカー（格子１６）の幅に等しい。その結果実際に生じるアラインメント信号強度が、図４（Ａ）において位置ｘに対して垂直方向にプロットされている。
【００３３】
Ｒがゼロでないときは、ｘと共にであるが、所望信号の半分の周波数で変化する
【外１３】
0003949868.tif 000025
に比例する項があることが式[７]から見ることができる。図４（Ｂ）は、Ｒ＝0.1および
【外１４】
0003949868.tif 000026
（あるいはnπ）であり、
【外１５】
0003949868.tif 000027
が、１であるが、0.6 radの振幅を有するホワイト位相ノイズが加えられている場合の検出アラインメント信号を示している。サブハーモニック信号の存在を明瞭に見ることができるが、ノイズは、ほとんど認識できない。図４（Ｃ）は、Ｒ＝0.1であるが、平均位相
【外１６】
0003949868.tif 000028
で、0.6 radのホワイトノイズが
【外１７】
0003949868.tif 000029
に加えられている場合のアラインメント信号を示している。この場合、サブハーモニックの平均振幅は、ゼロである。しかし、この平均位相の場合、位相ノイズの振幅ノイズへの変換は、最大であり、ノイズは、認識することができる。
【００３４】
位相差は、以下のように表すことができる：
【数１４】
0003949868.tif 000030
ここで、光路差PDs＝２Ｚである。
【００３５】
これと、アラインメント信号中のノイズは、nπごとに最大であるという上記分析とから、アラインメント信号中のノイズは、レーザー光の波長の4分の１（この例では、
【外１８】
0003949868.tif 000031
）に等しい周期で、Ｚの関数として周期的に変化しなければならないということになる。この周期性は、ウエハ１２のＺ位置（デフォーカス）の関数として、アラインメント再現性をプロットすることにより、実験的に観察された。これにより、ノイズは、実際上、装置内のスプリアス反射によるものであることが確認された。
【００３６】
式[８]は、以下のように書き直すことができる：
【数１５】
0003949868.tif 000032
ここで、ｆは、レーザー周波数である。項Ｚおよびｆは、時間の関数として明瞭に記載され、これらの時間変化こそが、アラインメントノイズを生じている。Ｚにおける変動は、ウエハステージの振動により生じることがある。たとえば、ウエハステージのｚ方向における振動は、一般的に、
【外１９】
0003949868.tif 000033
に0.6 radの位相ノイズを生じる３０nmのオーダーであることがあり、ｙ軸を中心とする揺動は、
【外２０】
0003949868.tif 000034
に0.3 radの位相ノイズを生じる約１μradのことがあり、与えられたこれらの位相ノイズは、３つの標準的偏差範囲を表す。これらのウエハステージの振動の統計上の組合せは、
【外２１】
0003949868.tif 000035
に0.67 radの位相ノイズを生じる。レーザー周波数は、（ｉ）１０MHzのオーダーの）単一の縦方向レーザーモードの周波数変化と、（ｉｉ）（モード間隔が一般的に３００MHzの）２つの縦方向モードとの間のモードホッピングと、により生じる変化も示すことがある。ウエハテーブルの振動は、一般的に、より大きいが、周波数変化が、所定の状況においては重要である。
【００３７】
位相差
【外２２】
0003949868.tif 000036
は、ウエハテーブルの振動
【外２３】
0003949868.tif 000037
によるノイズ項と、レーザー光
【外２４】
0003949868.tif 000038
に故意に導かれる位相変調とに分解することができる：
【数１６】
0003949868.tif 000039
ここで、
【数１７】
0003949868.tif 000040
位相変調
【外２５】
0003949868.tif 000041
は、式[２]で与えられ、類似の操作により、下記式が与えられる：
【数１８】
0003949868.tif 000042
ここで、αは、無視できる一定の位相項である。
【００３８】
式[７]の右手のノイズ項は、
【外２６】
0003949868.tif 000043
に比例し；式[９]の
【外２７】
0003949868.tif 000044
を
【外２８】
0003949868.tif 000045
に代入し、展開すると、次式が与えられる：
【数１９】
0003949868.tif 000046
上述のように、Jo項は、照明光の位相変調の周波数および振幅、したがって、式[５]により与えらるａの適切な値を適切に選択することにより、ゼロに低下させることができる。ｌの解決法が、ａ＝2.4により与えられ、スプリアス反射とウエハマーカーとの間の距離Ｚおよび位相変調（Ω＝2πF）の周波数Ｆの項に明瞭に与えられている関係は、以下の通りである：
【数２０】
0003949868.tif 000047
ａ＝2.4以外の他の解決法があることは勿論である。
【００３９】
式[１０]は、本発明の他の特徴を示している。実際上、ウエハ格子の位置は、たとえば、125 Hzの周波数で走査され、検出アラインメント信号の位相は、ウエハ位置を与える。式[７]から、ノイズ信号は、通常、アラインメント信号のサブハーモニック（すなわち、62.5 Hz）のときであるが、位相ノイズは、所望のアラインメント信号に“リーク”することを意味する幅を有する。入射光を位相変調することにより、位相ノイズは、変調周波数Ωの中心付近の高調波になる（式[７]の
【外２９】
0003949868.tif 000048
ノイズ項が掛けられた式[１０]右手側の最後の2項）。これが、図５に概略的に示され、図５は、位相ノイズ４０の周波数スペクトルが、アラインメント信号４２を低下させることがない高周波数領域に向けてシフトされるようになることを示している。必要ならば、検出信号は、フィルタリングすることができる。
【００４０】
位相変調の使用は、アラインメントシステムの大幅な再設計を必要としないために、魅力的である。検出器側に復調は必要でなく、ソース側の照明ビームに位相変調を含むことが必要であるにすぎない。位相変調器の選択は、特定の適用例に依存する。たとえば、式[１１]から、数ラジアンの位相振幅変調を達成することができる変調器の場合、数十mmのＺを有するシステムにおいては、変調周波数は、数GHzのオーダーでなければならない。これは、たとえば、LiNbO3位相変調器のような電気光学素子で達成することができる。照明ソースは、HeNeレーザーである必要はないが、たとえば、レーザーダイオードのようなソリッドステートレーザーであってもよく、ソースは、直接位相変調可能であってもよい。例示のシステムでは、RF信号発生器は、GHz信号を生成し、この信号は、干渉計入射放射線が通過する電気光学位相変調器を駆動するRFパワー増幅器に供給される。
【００４１】
用語“位相変調”は、放射線ビームの複素振幅をその位相を変える項倍する効果を記述するために使用されていた。この用語の例が、位相変調が、ハーモニックであり、特定の周波数と振幅を有する式[２]に与えられている。しかし、放射線の偏光状態の変調は、事実、この位相変調の一般化であり、したがって、用語“位相変調”は、本明細書中では広義で理解するべきものとする。偏光状態の変更は、（たとえば、水平および垂直コンポーネント、ビーム用ジョーンズベクトルの素子のような）異なる偏光コンポーネントの位相を互いに効果的に変調する。たとえば、複屈折電気光学素子で、偏光状態を高調波として変えることは、上記で分析したようと同じ結果を生成する。
【００４２】
[実施例４]
式[１１]から分るように、スプリアスノイズ項をキャンセルするのに必要な位相変調は、Ｚの値に依存し、したがって、上記の特定の解決法は、特定のスプリアス反射に対してのみ100％有効であるにすぎない。実際上、Ｚを直接測定する必要はないが、その代わりに、装置が、セットアップされ、位相変調は、ノイズを最小とするように調整することができる。事実、２つの自由度、すなわち位相変調振幅と変調周波数があるために、２つの異なるスプリアス反射を完全に除去さすることが可能である。
【００４３】
つぎに、本発明のその他の実施形態、第１に、より多くのスプリアス反射信号を除去可能とする実施形態と、第２に、所定範囲のＺ値に対しスプリアス信号を除去可能とし、これにより、各スプリアス反射を生じるインターフェースの位置を知る必要性と本発明が使用される各特定のシステムに対して位相変調をカスタマイズする必要性を除去する実施形態とについて説明する。
【００４４】
干渉計のレーザービームが、振幅m1で位相変調される場合、干渉パターンの縞のコントラスト（Ｃ）は、次式で与えられる：
【数２１】
0003949868.tif 000049
ここで、ｚは、（
【外３０】
0003949868.tif 000050
で、図２および３の装置内の）干渉ビームの光路差（PD）である。光の速度と角変調周波数は、それぞれ、ｃおよびΩである。J0は、ゼロ次数のベッセル関数である。C(z)のプロットが、Ω／2π=4.7 GHz、m1=1.2radに対して図６において与えられている。縞のコントラストは、z=32 mmの場合、０に減少することが分かる。換言すれば、32 mmのPDを有する２つのビーム間のスプリアス干渉は、目に見えない。
【００４５】
変調深さm1が、2.75ラジアンに増加する場合、図７に示したコントラストC(z)が得られる。９〜54 mmのPDの場合、縞のコントラストは、実際上、逆になる：C(z)<0。
【００４６】
２つの変調振幅ｍlおよびｍ2間で変調振幅を周期的に切り替えることにより、コントラストＣも２つの対応する値ClおよびC2間で切り替えられる。切り替え周波数が、十分に高い（たとえば、
【外３１】
0003949868.tif 000051
）である場合、実際に観察されるコントラストは、検出器の応答が非常に遅いために、２つのコントラスト値の重み付き平均である。したがって、ブロック形状の切り替え周波数のデユーデイーサイクルがｄである場合、観察されるコントラストＣは、以下のようになる：
【数２２】
0003949868.tif 000052
この“振幅切り替え”技術で、他の２つの自由度が存在する：
１．第２の位相変調の振幅ｍ2
２．重み付け係数（すなわち、スイッチング信号のデユーデイサイクル）ｄ
【００４７】
振幅切り替え位相変調器を使用してその結果生じる縞のコントラストの例が、ｍl=1.0rad、ｍ2=2.45radおよびｍ3=0.48radに対して、図８に示されている。この特定の例の場合、約16〜48 mmの範囲のPDを有するスプリアス反射は、ほとんど完全に除去される。
【００４８】
本発明のこの位相変調振幅切り替えの側面の実施は、限界近くでは、既述の位相変調器より複雑であるだけである。図９を参照すると、位相変調発明の実施形態は、レーザー５０と、レーザービ−ムが透過するLiNbO3電気光学位相変調器５２とを有している。位相変調器５２は、RFパワー増幅器５６を介して4.7 GHz RF信号発生器５４からの信号により駆動される。この基本システムは、切り替え信号ソース６０からの信号により駆動される電流制御減衰器５８にRF 信号を通すことにより振幅切り替えを達成するように修正される。この切り替え信号ソース６０は、矩形波パターンを出力するプログラマブルデユーテイサイクルを有する1 MHz信号発生器である。
【００４９】
上述の振幅切り替えは、極めて高い周波数で行われるが、共鳴LiNbO3位相変調器の帯域は、4.7 GHzの変調周波数で約25 MHzであり、したがって、1 MHzの切り替え周波数が、これらの光学コンポーネントで達成することができる。
【００５０】
[実施例５]
特定の適用例では、位相変調器を通過するコヒーレント光ビームの一回の通過は、位相変調の所望の振幅を生成するのに不充分であることがある。この場合、多数の他の変形例を考慮することができる。たとえば：
（１）位相変調器に１回以上光ビームを通すことが考えられるであろう。これは、たとえば、簡単なミラーで位相変調されたビームを逆反射することにより達成することが可能であり；２回目の通過が適切に遅延すれば、位相変調の振幅は倍になる。
（２）２つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）間に挟まれたロータから成るファラデーアイソレータを使用することができる。２つのＰＢＳを互いに４５°に配向することにより、ファラデーアイソレータは、光学ダイオードとして作用する。コヒーレントソースからの光は、ファラデーアイソレータを通って位相変調器に達し、位相変調器を通過後、光は、２回目で位相変調器およびファラデーアイソレータに反射して戻り、これにより、出射光は、“２重変調”される。
【００５１】
本発明は、たとえば、その他の切り替え波形、より多くの切り替えレベル等を使用することにより、より多くの自由度に展開可能であることは勿論である。
【００５２】
本発明の特定の実施形態について上述したが、本発明は、上述した以外の態様で実施可能であることが分るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化したリソグラフィック投影装置を概略的に示す図。
【図２】本発明が適用されるリソグラッフィク投影装置の関連コンポーネントの概略図。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明が対象とする装置の問題を示す図。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、検出アラインメント信号とその問題の例を示す図。
【図５】（Ａ）および（Ｂ）は、ノイズが所望のアラインメント信号に存在する状態を示す周波数スペクトルとノイズ問題を解消する本発明の効果を示す図である。
【図６】本発明の他の異なる実施形態の場合の減少した縞のコントラスト、したがって、ノイズ干渉抑制の効果を示す図。
【図７】本発明の他の異なる実施形態の場合の減少した縞のコントラスト、したがって、ノイズ干渉抑制の効果を示す図。
【図８】本発明の他の異なる実施形態の場合の減少した縞のコントラスト、したがって、ノイズ干渉抑制の効果を示す図。
【図９】本発明の実施形態の位相変調器構成を示す図。
【符号の説明】
１０  レチクル
１２  ウエハ
１４  投影レンズシステム
１５  照明ビーム
１６  ウエハ格子
２０  レチクル格子
２２  アラインメント検出ブロック
２４  検出器
２６  空間フィルタ
２８  投影レンズ素子
３０  光路
５０  レーザー
５２  位相変調器
５４  ＲＦ信号発生器
５６  パワー増幅器
５８  減衰器
６０  切り替え信号ソース
ＩＦ  干渉計変位および測定手段
ＭＡ  マスク
ＭＴ  マスクステージ
ＰＢ  投影ビーム
ＰＬ  アイテム
ＰＭ  マスクステージ位置決め手段
Ｗ  基板
ＷＴ  基板ステージ
【図１】
0003949868.tif 000055
【図２】
0003949868.tif 000056
【図３】
0003949868.tif 000057
【図４】
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【図５】
0003949868.tif 000059
【図６】
0003949868.tif 000060
【図７】
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【図８】
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【図９】
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