(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の高さレベルを決定するように構成されたレベルセンサであって、
前記基板上に測定ビームを投影するように構成された投影ユニットであって、周期Ｐを有する投影格子を含み、前記投影格子が前記測定ビームを付与するように構成され、それにより前記周期Ｐを有し、第１の方向に周期的に変動する強度分布を有するパターン付測定ビームを得る、投影ユニットと、
前記基板上での反射後に反射したパターン付測定ビームを受け入れるための検出ユニットであって、前記反射したパターン付測定ビームが前記周期Ｐを有し、第２の方向に周期的に変動する強度部分を有し、前記検出ユニットが、前記周期的に変動する強度分布を有する前記反射したパターン付測定ビームを受け入れるように構成されたセンサアレイを含み、前記センサアレイが複数の感知素子を含み、前記複数の感知素子が前記周期Ｐの半分より小さいか又は実質的にそれに等しいピッチｐで前記第２の方向に沿って配置される、検出ユニットと、
入力において前記センサアレイから１つ以上のセンサ信号を受け入れ、前記センサアレイから受け入れた前記１つ以上のセンサ信号に基づいて前記基板の前記高さレベルを決定するように構成された処理ユニットと、
を備え、
前記センサアレイが、ピッチｐで前記第２の方向に沿って交互に配置された第１の組の感知素子と第２の組の感知素子とを含み、ｎが偶数であるｎ＊ｐが、前記周期的に変動する強度の前記周期Ｐに対応し、
前記第１の組の感知素子の前記感知素子同士が、前記センサアレイの第１の共通出力で接続され、
前記第２の組の感知素子の前記感知素子同士が、前記センサアレイの第２の共通出力で接続される、レベルセンサ。
【請求項２】
前記センサアレイが、前記反射したパターン付測定ビームの前記周期的強度分布を直接受け入れるように構成される、請求項１に記載のレベルセンサ。
【請求項３】
前記第２の方向に前記周期的強度分布に沿った位置と前記第２の方向に前記センサアレイに沿った位置との間の１対１の対応を有する、請求項１に記載のレベルセンサ。
【請求項４】
前記投影格子が複数のスロット状アパーチャを含む、請求項１から３の何れか一項に記載のレベルセンサ。
【請求項５】
前記感知素子が、前記周期的に変動する強度分布の前記第１の方向に対して垂直な方向に伸びる、請求項１から４の何れか一項に記載のレベルセンサ。
【請求項６】
前記処理ユニットが、前記基板の前記高さを決定するために、前記センサアレイの前記第１の共通出力から第１の信号を受け入れるための第１の入力と、前記センサアレイの前記第２の共通出力から第２の信号を受け入れるための第２の入力と、を有する、請求項１から５の何れか一項に記載のレベルセンサ。
【請求項７】
前記センサアレイが、単一フォトダイオード又はＣＣＤセルから製造される、請求項１から６の何れか一項に記載のレベルセンサ。
【請求項８】
前記センサアレイが、２Ｄ  ＣＣＤアレイなどの感知素子の２次元アレイを含む、請求項１から３の何れか一項に記載のレベルセンサ。
【請求項９】
放射ビームを調節するように構成された照明システムと、
パターニングデバイスを支持するように構成された支持部であって、前記パターニングデバイスが前記放射ビームの断面にパターンを付与してパターン付放射ビームを形成できる、支持部と、
基板を保持するように構築された基板テーブルと、
前記基板のターゲット部分に前記パターン付放射ビームを投影するように構成された投影システムと、
前記基板テーブル上の基板の高さレベルを測定するための請求項１から８の何れか一項に記載のレベルセンサと、
を含む、リソグラフィ装置。
【請求項１０】
基板テーブル上に基板を提供することと、
請求項１から８の何れか一項に記載のレベルセンサを使用して、前記基板テーブル上の前記基板の高さレベルを測定することと、
前記基板上にパターン付放射ビームを投影し、それにより前記パターン付ビームに対して前記基板を位置決めし、前記位置決めが少なくとも部分的に前記測定した高さレベルに基づくものであることと、
を含む、デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  本出願は、２０１４年１２月２２日に出願され、参照により全体として本明細書に取り入れられる欧州仮特許出願第１４１９９５４４．９号の利益を請求するものである。
【０００２】
[0002]  本発明は、レベルセンサ、レベルセンサを含むリソグラフィ装置、及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば、１つ又はいくつかのダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが付与される隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行に同期的にスキャンしながら、パターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナと、を含む。
【０００４】
[0004]  一般に、その上にパターンを投影しなければならない基板の表面は完全に平らであるわけではない。その上、基板は数ミクロンの厚みの変動を示す可能性がある。基板表面のこの非平坦性及び／又は厚みの変動の結果、例えばフォーカスエラー又は結像エラーにより、正しくないパターンの投影が行われる可能性がある。基板の非平坦性及び／又は厚みの変動を補正するために、望ましくはリソグラフィ装置に一体化されたレベルセンサを提供することが提案されている。このようなレベルセンサは、基板上にパターンが転写、例えば投影される前に基板のハイトマップ（ｈｅｉｇｈｔ  ｍａｐ）を決定するために使用することができる。このハイトマップは、その後、パターニングデバイスの空間像を合焦した状態に維持するために、基板上のパターンの転写中に基板の位置を訂正するために使用することができる。
【０００５】
[0005]  典型的に、このようなレベルセンサは、基板上に測定ビームを投影するための投影ユニットであって、実質的に周期的な放射強度を有する測定ビームを付与するように配置された投影格子を含む投影ユニットと、基板上での反射後に測定ビームを受け入れるために典型的に２つ以上の検出器を含む検出ユニットと、検出ユニットの検出器によって受け入れられた測定ビームの各部分を基礎として高さレベル（ｈｅｉｇｈｔ  ｌｅｖｅｌ）を計算するための処理ユニットと、を含む。
【０００６】
[0006]  既知の配置では、レベルセンサの検出ユニットは、例えば別々のセンサによって受け入れられる異なる部分に反射測定ビームを分割するように構成された検出格子を含み、かなり嵩張って複雑なものになる可能性がある。
【０００７】
[0007]  リソグラフィ装置で使用するためにあまり複雑ではないレベルセンサを提供することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【０００８】
[0008]  したがって、本発明の一態様では、基板の高さレベルを決定するように構成されたレベルセンサであって、
基板上に測定ビームを投影するように構成された投影ユニットであって、周期Ｐを有する投影格子を含み、投影格子が測定ビームを付与するように構成され、それにより周期Ｐを有し、第１の方向に周期的に変動する強度分布を有するパターン付測定ビームを得る、投影ユニットと、
基板上での反射後に反射したパターン付測定ビームを受け入れるための検出ユニットであって、反射したパターン付測定ビームが周期Ｐを有し、第２の方向に周期的に変動する強度部分を有し、当該検出ユニットが、周期的に変動する強度分布を有する反射したパターン付測定ビームを受け入れるように構成されたセンサアレイを含み、センサアレイが複数の感知素子を含み、複数の感知素子が周期Ｐの半分より小さいか又はそれに等しいピッチｐで第２の方向に沿って配置される、検出ユニットと、
入力においてセンサアレイから１つ以上のセンサ信号を受け入れ、センサアレイから受け入れた１つ以上のセンサ信号に基づいて基板の高さレベルを決定するように構成された処理ユニットと、
を含む、レベルセンサが提供される。
【０００９】
[0009]  本発明の他の態様により、
基板テーブル上に基板を提供することと、
本発明によるレベルセンサを使用して、基板テーブル上の基板の高さレベルを測定することと、
基板上にパターン付放射ビームを投影し、それによりパターン付ビームに対して基板を位置決めし、位置決めが少なくとも部分的に測定した高さレベルに基づくものであることと、
を含む、デバイス製造方法が提供される。
【００１０】
[0010]  対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照しながら以下に本発明の実施形態について説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を図示している。
【図２】当技術分野で知られているレベルセンサを図示している。
【図３】本発明の一実施形態によるレベルセンサを図示している。
【図４】本発明によるレベルセンサ内で適用可能なセンサアレイの第１の実施形態を図示している。
【図５】本発明によるレベルセンサの投影ユニット内で適用可能な投影格子を図示している。
【図６】本発明によるレベルセンサ内で適用可能なセンサアレイの第２の実施形態を図示している。
【図７】本発明によるレベルセンサ内で適用可能なセンサアレイの第３の実施形態を図示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[0011]  図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示したものである。この装置は、
放射ビームＢ（例えばＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を調節するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するように構成され、特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１のポジショナＰＭに接続された支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成され、特定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２のポジショナＰＷに接続された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴａ又はＷＴｂと、
パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに与えられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ以上のダイを含む）に投影するように構成された投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳと、を備える。
【００１３】
[0012]  照明システムは、放射を誘導し、成形し、及び／又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型又は他のタイプの光学部品、あるいはそれらの任意の組み合わせなどの様々なタイプの光学部品を含むことができる。
【００１４】
[0013]  支持構造は、パターニングデバイスを支持、すなわちその重量を支えている。支持構造は、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。支持構造は、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電気等のクランプ技術を使用することができる。支持構造は、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。支持構造は、パターニングデバイスが例えば投影システムなどに対して確実に所望の位置にくるようにできる。本明細書において「レチクル」又は「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。
【００１５】
[0014]  本明細書において使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを付与するために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに付与されるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。
【００１６】
[0015]  パターニングデバイスは透過性又は反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）位相シフトマスク、ハーフトーン型（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）位相シフトマスクのようなマスクタイプ、更には様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例として、小型ミラーのマトリクス配列を使用し、ミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射ビームにパターンを与える。
【００１７】
[0016]  本明細書において使用する「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁気光学システム及び静電気光学システム、又はその任意の組み合わせを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これは更に一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。
【００１８】
[0017]  本明細書で示すように、本装置は、（例えば透過マスクを使用する）透過タイプである。あるいは、装置は、（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、又は反射マスクを使用する）反射タイプでもよい。
【００１９】
[0018]  リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）又はそれ以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスクテーブル）を有するタイプでよい。このような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルを並行して使用するか、１つ以上の他のテーブルを露光に使用している間に１つ以上のテーブルで予備工程を実行することができる。図１の例における２つの基板テーブルＷＴａ及びＷＴｂがこれを例示している。本明細書で開示される発明は、スタンドアロン型で使用可能であるが、特に、シングルステージ又はマルチステージのいずれかの装置の露光前測定ステージにおいて、追加の機能を提供することができる。
【００２０】
[0019]  リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を充填するように、基板の少なくとも一部が相対的に高い屈折率を有する液体、例えば水によって覆えるタイプでもよい。リソグラフィ装置内の他の空間、例えばマスクと投影システムとの間に液浸液を印加することもできる。液浸技術は、投影システムの開口数を増やすための分野では周知である。本明細書で使用する「液浸」という用語は、基板などの構造を液体に沈めなければならないという意味ではなく、露光中に投影システムと基板との間に液体が存在するというほどの意味である。
【００２１】
[0020]  図１を参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。
【００２２】
[0021]  イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えていてもよい。一般に、イルミネータの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒ及びσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調節することができる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。イルミネータを用いて放射ビームを調節し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。
【００２３】
[0022]  放射ビームＢは、支持構造（例えば、マスクテーブルＭＴ）上に保持されたパターニングデバイス（例えば、マスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスによってパターン形成される。マスクＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２のポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを、例えば様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めするように正確に移動できる。同様に、第１のポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めできる。一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１のポジショナＰＭの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）の助けにより実現できる。同様に、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂの移動は、第２のポジショナＰＷの部分を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールを用いて実現できる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴをショートストロークアクチュエータのみに接続するか、又は固定してもよい。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アライメントマークは、専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分の間の空間に位置してもよい（スクライブレーンアライメントマークとして周知である）。同様に、マスクＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。
【００２４】
[0023]  図示のリソグラフィ装置は、以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。
１．ステップモードでは、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂは、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームに付与されたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一静的露光）。次に、別のターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂがＸ方向及び／又はＹ方向に移動される。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
２．スキャンモードでは、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに付与されるパターンがターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分の（スキャン方向における）高さが決まる。
３．別のモードでは、マスクテーブルＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持して基本的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを移動又はスキャンさせながら、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは、一般にパルス状放射源を使用して、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを移動させる毎に、又はスキャン中に連続する放射パルスの間で、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに容易に利用できる。
【００２５】
[0024]  上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。
【００２６】
[0025]  リソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルＷＴａ及びＷＴｂと、露光ステーション及び測定ステーションという２つのステーションと、を有し、その２つのステーション間で基板テーブルを交換できる、いわゆるデュアルステージタイプである。露光ステーションにおいて一方の基板テーブル上の１つの基板を露光している間に、測定ステーションにおいてもう一方の基板テーブルに他の基板を装填し、様々な予備行程を実行することができる。予備工程としては、レベルセンサＬＳを使用して基板の表面をマッピングすることと、アライメントセンサＡＳを使用して基板上のアライメントマーカの位置を測定することと、を含むことができる。
【００２７】
[0026]  レベルセンサＬＳは、例えば、以下により詳細に説明する本発明によるレベルセンサにすることができる。
【００２８】
[0027]  いわゆるデュアルステージタイプ装置では、次の基板の予備行程と同時に１つの基板の露光を実行できるので、装置のスループットの実質的な増加が可能になる。基板テーブルが測定ステーション並びに露光ステーションにある間に位置センサＩＦが基板テーブルの位置を測定できない場合、基板テーブルの位置を両方のステーションで追跡できるようにするために第２の位置センサを設けてもよい。
【００２９】
[0028]  この装置は、上記の様々なアクチュエータ及びセンサの移動及び測定をすべて制御するリソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵを更に含む。ＬＡＣＵは、装置の動作に関連する所望の計算を実現するための信号処理及びデータ処理能力も含む。実際には、制御ユニットＬＡＣＵは、それぞれが装置内のサブシステム又はコンポーネントのリアルタイムデータ取得、処理、及び制御を処理する多くのサブユニットからなるシステムとして実現される。例えば、１つの処理サブシステムを基板ポジショナＰＷのサーボ制御専用にすることができる。別々のユニットで粗動アクチュエータと微動アクチュエータ又は種々の軸を処理することもできる。他のユニットを位置センサＩＦの読み出し専用にすることも可能である。これらのサブシステム処理ユニット、オペレータ、リソグラフィ製造プロセスに関係するその他の装置と通信する中央演算処理装置により、装置の全体的な制御を制御することができる。
【００３０】
[0029]  図２には、当技術分野で知られているレベルセンサが概略的に示されている。レベルセンサ５は、基板１０のハイトマップを決定するように構成される。このハイトマップは、基板１０上でのパターンの投影中に基板の位置を訂正するために使用することができる。レベルセンサは投影ユニット１００と検出ユニット１１０と処理ユニット１２０とを含む。投影ユニット１００は、投影ユニット１００の投影格子１０４によって付与される光ビーム１０２を提供する光源を含む。光源は、例えば、偏光又は無偏光でパルス状又は連続的な広帯域光源にすることができる。光源は、例えば、偏光又は非偏光のレーザビーム源にすることができる。光源は、異なる色を有する複数の光源を含むこともできる。本発明により、光は可視光に限定する必要はないが、基板の表面上で反射するのに適した任意のタイプの放射を包含するものと理解されることに留意されたい。
【００３１】
[0030]  示されている投影格子１０４は周期格子、即ち、結果的に測定ビーム１３０が空間的に周期的に変動する強度を有することになる周期構造を有するパターンであり、即ち、パターン付測定ビームの強度は矢印１３２によって示されている方向に沿って周期的に変動する。空間的に周期的に変動する強度を有する測定ビーム１３０は基板１０上の測定位置１４０に向かって向けられる。測定位置１４０では、測定ビームは基板１０上で反射し、検出ユニット１１０に向かって（矢印１５０によって示されるように）反射される。投影ユニット１００と検出ユニット１１０の間でパターン付測定ビームの経路に沿って更なる光学素子を設けることができることに留意されたい。検出ユニット１１０は、反射測定ビーム１５０を分割し、受け入れた反射測定ビームを２通りの別個の方向１５２、１５４に向けるために、三角形のフィーチャ１１４を含む検出格子１１２を含む。（方向１５２及び１５４に沿って）方向変更されたビームはその後、検出ユニット１１０の合焦光学部品１１６によって受け入れられ、合焦光学部品１１６は、受け入れた方向変更ビームを検出ユニット１１０の分離された検出器１１８及び１１９、例えば光検出器１１８、１１９上に結像するように構成される。検出器１１８、１１９によって生成された信号は、その後、レベルセンサ５の処理ユニット１２０に提供される。処理ユニット１２０は、受け入れた信号に基づいて、基板１０の高さ、即ち、示されているＺ方向の基板の位置を決定するように更に構成される。
【００３２】
[0031]  したがって、図２に概略的に示されているレベルセンサ５は、反射測定ビーム１５０を分離して、検出器１１８及び１１９に向かって方向変更するために、検出格子１１２及び合焦光学部品１１６を必要とする。これは実質的にレベルセンサのサイズ、複雑さ、及びコストを増加する可能性がある。
【００３３】
[0032]  更に、示されている配置は、２つの分離した別個の検出器１１８、１１９の使用を必要とする。一般に、異なるセンサを組み合わせる場合、重要なスペクトル変動又は感度に気付く可能性がある。このようなスペクトル感度の変動は、このような別個の分離したセンサが、正確に同じではない材料を使用して又はわずかに異なる複数のプロセスにより製造されるという事実に帰する可能性がある。異なる感度、特に異なる波長に対する感度の差を有する複数のセンサの使用は、レベルセンサが動作できる正確さに悪影響を及ぼす可能性がある。このように異なる感度の場合、センサ出力信号に基づいて正しい高さレベルを決定することは困難になるであろう。このように異なる感度が（例えば、較正により）分かっている場合でも、これは正確さを改善するには不十分である可能性がある。その理由は、投影された測定ビームのスペクトルが分かっている場合でも反射測定ビームのスペクトルは分かっていない可能性があり、それは適用されるレジストのタイプ次第であるからである。このため、異なるスペクトル感度を有する複数のセンサを使用して正確な高さ測定値を得るために、それぞれのセンサのスペクトル感度は反射測定ビームのスペクトル分布と同様に分かっていなければならず、後者は使用されるレジスト次第である。このため、異なる複数のセンサ、即ち、異なる感度を有する複数のセンサを使用すると、正確な位置測定に達するために複雑さが大幅に増加する。この問題を軽減するために、測定されたスペクトル感度に基づいて、複数組のセンサを選択することができる。しかしながら、十分に整合するスペクトル仕様を有する複数対又は複数組のセンサを得ることによる成果は低く、検出ユニット１１０のコストを増加する可能性がある。
【００３４】
[0033]  更に、適用される検出格子１１２及び合焦光学部品１１６により、反射測定ビーム１５０の強度が低減される。これを見越しておくために、投影ユニット１００において電力要件を増加する必要がある可能性がある。しかしながら、より強力な測定ビームを適用すると、基板１０上に存在するレジスト層に影響を及ぼす危険性が増大する可能性がある。
【００３５】
[0034]  これらの懸念の１つ以上に対処するために、本発明は反射したパターン付測定ビームを検出するための代替のやり方を提案している。
【００３６】
[0035]  図３は、本発明によるレベルセンサ２００の第１の実施形態を概略的に示している。
【００３７】
[0036]  レベルセンサ２００は、投影ユニット３００と検出ユニット３１０と処理ユニット３２０とを含む。
【００３８】
[0037]  図２の配置と同様に、投影ユニット３００は、投影ユニット３００の投影格子３０４によって付与される光ビーム３０２、例えば実質的に均一な光ビームを提供する光源を含む。光源は、例えば、広帯域光源あるいは偏光又は非偏光のレーザビームを提供する発生源にすることができる。示されている投影格子３０４は周期格子、即ち、空間周期Ｐを有するパターンである。投影格子３０４によって光ビーム３０２を付与することにより、空間的に周期的に変動する強度を有し、周期Ｐを有する測定ビーム３３０が得られる。付与された測定ビームの強度は矢印３３２によって示される第１の方向に沿って周期的に変動する。空間的に周期的に変動する強度を有する測定ビーム３３０は基板２１０上の測定位置２４０に向かって向けられる。測定位置２４０では、パターン付測定ビームは基板２１０上で反射し、検出ユニット３１０に向かって反射される（３５０）。投影ユニット３００と検出ユニット３１０の間で測定ビームの経路に沿って更なる光学素子、例えば１つ以上のレンズを設けることができることに留意されたい。反射したパターン付測定ビーム３５０は、矢印３３４によって示される第２の方向に周期的に変動する強度分布を有し、同じ周期Ｐを有する。
【００３９】
[0038]  図２のレベルセンサ５の検出ユニット１１０とは対照的に、本発明によるレベルセンサ内で適用される検出ユニット３１０は、パターン付測定ビームを分離するための検出格子を適用しない。むしろ、検出ユニット３１０は、周期的に変動する強度分布を有する反射したパターン付測定ビームを受け入れるように構成されたセンサアレイ３１２を含み、そのセンサアレイは複数の感知素子３１４を含み、複数の感知素子は（最適に）周期Ｐの半分より小さいか又はそれに等しいピッチｐで第２の方向（矢印３３４によって示される）に沿って配置される。本発明の意味の範囲内では、ピッチｐはセンサアレイの２つの隣接する感知素子間の距離を示すために使用される。
【００４０】
[0039]  したがって、本発明により、周期的に変動する強度分布はセンサアレイ３１２上に直接投影される。このため、第２の方向に周期的に変動する強度分布に沿った位置と第２の方向にセンサアレイに沿った位置との間の１対１の対応に気付くことができる。既知のレベルセンサ配置と比較して、反射したパターン付測定ビームは、異なるコンポーネントに分割する必要はないが、全体としてセンサアレイ上に投影される。
【００４１】
[0040]  本発明により、レベルセンサ２００は、入力においてセンサアレイから１つ以上のセンサ信号を受け入れ、センサアレイ３１２から受け入れた１つ以上のセンサ信号に基づいて基板の高さレベルを決定するための処理ユニット３２０を更に含む。
【００４２】
[0041]  一実施形態では、それぞれの感知素子は、受け入れた光の量を表す別々の出力信号を生成するように構成することができる。これらの出力信号は処理ユニット３２０に提供することができる。次に、処理ユニット３２０は、受け入れた信号に基づいて、感知素子の既知の位置に基づいて、例えばパターン付測定ビームの強度パターンの平均シフト又は変位を決定することにより、基板の高さを決定することができる。代替例として又は加えて、最大強度又は最小強度の位置を決定し、それを使用して基板の高さを決定することもできる。
【００４３】
[0042]  それぞれの感知素子が１つの出力信号を提供することに代わって、２つ以上の感知素子を互いに接続して、受け入れた光の総量を表す出力信号を得ることもできる。
【００４４】
[0043]  以降の図はいくつかの例を概略的に示している。
【００４５】
[0044]  図４には、本発明によるレベルセンサの検出ユニット内で使用可能なセンサアレイの第１の実施形態が概略的に示されている。示されているセンサアレイ４００は感知素子４１０の２次元アレイを含む。感知素子の２次元アレイは例えば２Ｄ  ＣＣＤ画像センサなどにすることができる。このような配置では、感知素子はＣＣＤ画像センサのピクセルと呼ぶことができる。代替的に、感知素子４１０はフォトダイオードなどにすることができる。図４は、感知素子４１０が位置決めされるピッチｐを更に示している。
【００４６】
[0045]  図４の点線４２０は反射したパターン付測定ビームの周期的に変動する強度分布を概略的に示しており、Ｐは周期的に変動する強度分布の周期を示している。このような強度分布は、例えば、図５に概略的に示されている投影格子５００を使用して得ることができる。投影格子５００は複数のスロット状アパーチャ５１０を含み、それを通って測定ビームを提供して、周期的に変動する強度分布を有し、周期Ｐを有するパターン付測定ビームを得ることができる。
【００４７】
[0046]  図４に戻って参照すると、パターン付測定ビーム（例えば、図５の投影格子５００を使用して得られたもの）が感知素子４１０上に直接投影されると、その結果、感知素子内に電流が発生する場合もあれば（感知素子がフォトダイオードである場合）、電荷が発生する場合もある（ＣＣＤアレイ又はＣＣＤセルの場合）。発生した電流又は電荷は、例えば、（ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換）を使用して）デジタル信号に変換し、図３の処理ユニット３２０などの処理ユニットに提供することができる。当業者によって理解されるように、基板の高さレベル（即ち、図３に示されているＺ方向に沿った、基板の位置２４０）が変化すると、周期的に変動する強度分布の位置（点線４２０によって示される）は比例して変化し、即ち、周期的に変動する強度分布は矢印４３０によって示される方向に変位することになる。したがって、基板の高さを決定するためには、示されている方向４３０に沿って強度分布を査定することで十分である。このため、示されている方向４３０に対して垂直な方向に互いに隣接する複数の感知素子をグループ化するか又は接続して単一の感知素子を形成することができる。
【００４８】
[0047]  図６には、センサアレイを形成する感知素子のこのような配置が概略的に示されている。
【００４９】
[0048]  図６は、本発明によるレベルセンサ内で適用可能なセンサアレイ６００を概略的に示しており、センサアレイ６００は、周期的に変動する強度分布（点線４２０によって示される）が変動する方向４３０に対して垂直な方向に伸びる１組の細長い感知素子６１０を含む。図４の感知素子４１０と比較して、図６の感知素子６１０は、実質的に周期Ｐの半分に対応するピッチｐで方向４３０に互いに隣接して位置決めされる。このような配置では、感知素子内で発生した電流又は電荷は、受け入れた強度を表し、処理ユニットに（例えば、ＡＤＣを介して）提供することができる。実質的に周期Ｐの半分に等しいピッチｐを選択することにより、感知素子６１０を更にグループ化することが可能であることを観察することができる。図６から分かるように、素子６１０．１、６１０．３、６１０．５、及び６１０．７はいずれも周期的に変動する強度分布の同じ強度に曝される。同様に、素子６１０．２、６１０．４、６１０．６、及び６１０．８も同じ強度を経験する。
【００５０】
[0049]  一実施形態では、実質的に同じ強度を経験する感知素子は、第１の組と第２の組にグループ化することができる。このため、本発明の一実施形態では、レベルセンサのセンサアレイは第１の組の感知素子と第２の組の感知素子とを含み、これらはそれに沿って強度分布が周期的に変動する方向（即ち、図４及び図６に示されている方向４３０）に交互に配置され、第１の組の感知素子と第２の組の感知素子のピッチは反射したパターン付測定ビームの周期的に変動する強度分布の周期Ｐに対応する。したがって、図６を参照すると、感知素子６１０．１、６１０．３、６１０．５、及び６１０．７は第１の組の感知素子と見なすことができ、感知素子６１０．２、６１０．４、６１０．６、及び６１０．８はセンサアレイの第２の組の感知素子と見なされる。従って、１組の中の感知素子はピッチｐで配置され、２＊ｐ＝Ｐである。一般に、ピッチｐで配置され、ｎ＊ｐ＝Ｐであり、ｎが偶数の整数である感知素子は有利に適用することができる。
【００５１】
[0050]  一実施形態では、第１の組の感知素子の感知素子同士はセンサアレイの第１の共通出力で接続され、第２の組の感知素子の感知素子同士はセンサアレイの第２の共通出力で接続される。
【００５２】
[0051]  このような一実施形態は図７に概略的に示されている。見て分かるように、感知素子７１０．１、７１０．３、７１０．５、及び７１０．７は第１の共通出力７５０．１で接続された第１の組の感知素子と見なすことができ、感知素子７１０．２、７１０．４、７１０．６、及び７１０．８は第２の共通出力７５０．２で接続されたセンサアレイの第２の組の感知素子と見なされる。
【００５３】
[0052]  図７は、同じ組の２つの感知素子が位置決めされるピッチ２＊ｐを更に示している。
【００５４】
[0053]  好ましい一実施形態では、図７に概略的に示されているセンサアレイの構造は、単一フォトダイオードを使用して製造される。構造化（例えば、集束イオンビームミリング又はリソグラフィプロセスを使用する）により、示されている複数組の別個の感知素子及び共通出力を実現することができる。したがって、このような実施形態では、感知素子は、実質的に同じ材料を使用して、実質的に同じプロセスを使用して製造される。このため、感知素子は実質的に同じスペクトル感度を有することになる。
【００５５】
[0054]  このような配置では、それぞれの共通出力７５０．１及び７５０．２から１対の信号Ｓ１及びＳ２を得ることができ、これらの信号は図３の処理ユニット３２０などの処理ユニットに提供することができる。概略的に示されているセンサアレイ７００の典型的な寸法は、約１ｍｍの幅Ｗ及び５〜３００μｍの範囲内で典型的に約３０μｍの周期Ｐである。１組あたりの感知素子の数は、例えば１〜１０００の範囲内、好ましくは５〜１００の範囲内にすることができる。
【００５６】
[0055]  本発明によるレベルセンサは、図２に示されているレベルセンサ５を上回る様々な利点を提供することができる。
【００５７】
[0056]  本発明によるレベルセンサは、検出ユニットのセンサアレイ上にパターン付反射測定ビームを直接適用することにより、例えば図２に示されているような検出格子又は合焦光学部品の使用を必要としない。その結果として、本発明によるレベルセンサは、図２に示されているレベルセンサと比較して、あまり複雑ではなく、より少ないコンポーネントを有する。このため、本発明によるレベルセンサはより小型にすることもできる。
【００５８】
[0057]  更に、レベルセンサの検出ユニット内に適用されるセンサアレイは全体として一般的な構造物から製造することができる。センサアレイは、例えば、基板上でリソグラフィプロセスを使用して製造されたＣＣＤアレイにすることができ、あるいは（上記のように）フォトダイオードから作成することができる。
【００５９】
[0058]  その結果として、センサアレイの感知素子は、例えばスペクトル感度に関して、密接に整合する特性を有すると期待することができる。
【００６０】
[0059]  既知のレベルセンサでは、２つ以上の別個のセンサ（図２のセンサ１１８、１１９など）が使用される。適切な選択が行われないと、このような１対のセンサはスペクトル感度に関して不正確な整合性を有することになるであろう。
【００６１】
[0060]  更に、検出格子及び合焦光学部品がないことにより、適用される光源の電力要件を低減することができる。約５０％の低減を実現できると期待される。電力要件の低減により、ＵＶ  ＬＥＤベースの光源など、比較的低い電力を有する光源の使用が可能になる。
【００６２】
[0061]  上記の諸実施形態、とりわけ図４及び図６の実施形態に関連して、以下のことを考慮に入れることによりレベルセンサの正確さを改善することができる。基板上の１つの測定スポットは複数の格子線の画像を含む。測定スポットの位置における基板の高さは、個々の格子線によって生成された信号を結合して平均格子シフトを決定することにより決定することができる。基板における反射が測定スポットについて一定である状況では、この結合により（ウェーハの測定スポットの位置において）正しい高さが得られる。しかしながら、基板の反射が、例えば基板の表面におけるパターンにより、測定スポットについて一定ではない場合、測定スポット内の異なる格子線によって生成される画像の強度は均一ではない（図５を参照）。これを考慮に入れない場合、測定スポットのいくつかの部分は、それぞれの光の強度が異なることにより、他の部分より高さを表す信号に対する貢献度が大きい。これは、（例えば図４又は図６の実施形態により）個々の格子線の高さのシフトを個別に測定し、その後、平均化すれば、解決することができる。
【００６３】
[0062]  本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導及び検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが、当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジーツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板処理ツールに適用することができる。更に基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。
【００６４】
[0063]  光リソグラフィの分野での本発明の実施形態の使用に特に言及してきたが、本発明は文脈によってはその他の分野、例えばインプリントリソグラフィでも使用することができ、光リソグラフィに限定されないことを理解されたい。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイス内のトポグラフィが基板上に作成されたパターンを画定する。パターニングデバイスのトポグラフィは基板に供給されたレジスト層内に刻印され、電磁放射、熱、圧力又はそれらの組み合わせを印加することでレジストは硬化する。パターニングデバイスはレジストから取り除かれ、レジストが硬化すると、内部にパターンが残される。
【００６５】
[0064]  本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍもしくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外光（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。
【００６６】
[0065]  「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電気光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントのいずれか一つ、又はその組み合わせを指すことができる。
【００６７】
[0066]  上記の説明は例示的なものであり、限定するものではない。したがって、以下に示す特許請求の範囲から逸脱することなく、記載された本発明に対して変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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