(57)【要約】【課題】ビーム入射角を高精度で検出することができる小形軽量のビーム入射角検出センサユニット、ビーム入射角測定ユニット、ビーム入射角検出装置および移動装置を提供する。【解決手段】ビームを遮蔽する第１のビーム遮蔽層本体に、ビームが入射可能の第１のスリット１１Ｃｂを形成した第１のビーム遮蔽層１１Ｃと、この第１のビーム遮蔽層１１Ｃに所定間隔を置いて対向配置される第２のビーム遮蔽層本体に、その平面方向に沿う横方向へ前記第１のスリット１１Ｃｂに対して相対的にずれた位置にて第２のスリット１２Ｃｂを形成した第２のビーム遮蔽層１２と、前記第１，第２のスリット１１Ｃｂ，１２Ｃｂから入射されたビームを検出するセンサ素子を有するセンサ層１３Ｃと、を具備している。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームを遮蔽する第１のビーム遮蔽層本体に、ビームが入射可能の第１の入射部を形成した第１のビーム遮蔽層と、
この第１のビーム遮蔽層本体に所定間隔を置いて対向配置される第２のビーム遮蔽層本体に、その平面方向に沿う横方向へ前記第１のビーム入射部に対して相対的にずれた位置にて第２のビーム入射部を形成した第２のビーム遮蔽層と、
前記第１，第２のビーム入射部から入射されたビームを検出するセンサ素子を有するセンサ層と、
を具備していることを特徴とするビーム入射角検出センサユニット。
【請求項２】
前記第１，第２のビーム入射部は、前記第１，第２のビーム遮蔽層本体の厚さ方向にそれぞれ貫通するスリットであることを特徴とする請求項１記載のビーム入射角検出センサユニット。
【請求項３】
前記第１，第２のビーム入射部同士の相対的位置ずれは、これら第１，第２のビーム入射部の配置ピッチの差により設定されていることを特徴とする請求項１または２記載のビーム入射角検出センサユニット。
【請求項４】
前記第１の入射部と第２の入射部との間、またはこれら第１，第２の入射部同士と前記センサ素子との間に、第１の入射部の幅と同等以上の空洞を形成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のビーム入射角検出センサユニット。
【請求項５】
前記空洞は、その少なくとも一部が電気絶縁体により包囲されていることを特徴とする請求項５記載のビーム入射角検出センサユニット。
【請求項６】
前記空洞は、前記第１の入射部の形成の前に、前記第１のビーム遮蔽層本体をエッチングして前記空洞とすべき空間を形成し、その中にウエットエッチング速度もしくは等方性ドライエッチング速度が第１のビーム遮蔽層本体より速い材料により充填し、この充填材料を第１の入射部を形成してからウエットエチングもしくは等方性ドライエッチングにより除去することにより形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のビーム入射角検出センサユニット。
【請求項７】
前記請求項１〜６のいずれか１項記載のビーム入射角検出センサユニットの複数個を一平面上に一体に並設し、これらビーム入射角検出センサユニットの前記第１，第２のビーム入射部同士の相対的位置ずれを、前記第１または第２のビーム入射部の短手方向の幅のｎ（整数）分割の値を最小単位としたとき、ゼロを含み少なくとも当該最小単位のマイナスｎ倍からプラスｎ倍までの間の位置ずれを有するように構成したことを特徴とするビーム入射角測定ユニット。
【請求項８】
前記複数の第１，第２の各ビーム入射部は、前記第１，第２の各ビーム遮蔽層において、斜め方向に所要の間隔を置いてそれぞれ孤立して配置されていることを特徴とする請求項７記載のビーム入射角測定ユニット。
【請求項９】
請求項７または８記載のビーム入射角測定ユニットと、
このビーム入射角測定ユニットの同一平面上に一体に並設されて、前記第１ビーム入射部と第１ビーム入射部との相対的位置と目標値とのずれを検出する参照センサユニットと、
を具備していることを特徴とするビーム入射角検出装置。
【請求項１０】
前記参照ユニットは、前記ビーム入射角検出センサユニットにおける第１のビーム遮蔽層に第２のビーム遮蔽層を密着させて形成されていることを特徴とする請求項９記載のビーム入射角検出装置。
【請求項１１】
請求項９または１０のビーム入射角検出装置を搭載した移動可能の移動装置本体と、
前記ビーム入射角検出装置により検出されたビーム入射角に基づいて前記移動装置の移動を制御する移動制御装置と、
を具備していることを特徴とする移動装置。
【請求項１２】
前記ビーム入射角検出装置により検出されたビーム入射角に基づいて前記移動装置本体の姿勢を制御する姿勢制御装置を、
具備していることを特徴とする請求項１１記載の移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビーム、電子ビーム、イオンビーム等のビームの入射角を検出するビーム入射角検出センサユニット、ビーム入射角測定ユニット、ビーム入射角検出装置およびこれらを搭載した移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細で精密な加工にはプラズマ放電やスパッタリング、レーザビーム、電子ビーム、イオンビームなどの荷電粒子ビームが用いられることがある。これらは荷電粒子の照射方向やエネルギーを制御することにより精密な加工ができるので、半導体装置の製造技術に適用されることが多い。近年の半導体産業の成長は機械加工では得られない精度の加工技術の成長を推進したが、これらはビームとしての性質を利用するためにビームの照射方向を制御することにより用いられる。
【０００３】
また、ビームは加工技術だけでなく、観測や測定にも用いられる。レーザビーム、Ｘ線ビーム、赤外線ビームなどは位置や方位の測定に用いられる。そのときにビームの照射方向や入射方向を精密に測定することが重要になる。
【０００４】
従来、この種の荷電粒子の入射角モニタ素子の一例としては、下記特許文献１に記載されたものがある。これは、メンブレンに開口部を設けてあり、ここから入射したイオンビームが予めその下部に作製してあるパタン形成部に当り、そのパタンを変形させる。この後、メンブレンを取り去り、変形したパタンを観察することによりビームの角度を知るという方法である。
【特許文献１】特開２００８−２７６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の荷電粒子の入射角モニタ素子では、そのパタン形成部にイオンビームが入射された後は、メンブレンを破壊して除去するので、繰返し使用することができないうえに、入射角検出精度が低いという課題がある。また、この方式は、破壊的であり、精密さにかける欠点がある。本方式はスリットとセンシングパタンの貼合せ精度を測定する手法がなく、目視や金属顕微鏡で判別できる様な変形を与えるビームに使用方法が限定される。また、ビーム入射角を観察（目視）で判別できる簡便性はあるが、１度以下のビーム入射角度を問題にするときは不十分である。
【０００６】
図１（Ａ）〜（Ｃ）は従来のＸ線ビームの角度観察方法の一例であるすだれコリメータＫの原理図である。このすだれコリメータＫは、すだれ１と２を所定の間隔Ｄを置いて対向配置し、Ｘ線を遮蔽するすだれ本体１ａ，２ａに、スリット等のＸ線が通過（入射）する複数の通過部１ｂ，１ｂ，…、２ｂ，２ｂ，…を面方向（図１中長手方向）に所要の等ピッチａによりそれぞれ配設している。すだれ２の背後にはすだれ２の長手方向の長さとほぼ等しい長さのシンチレータ等の複数のＸ線検出器３，３，…をそれぞれ設けている。
【０００７】
したがって、図１（Ａ）に示すようにコリメータＫに垂直に入射したＸ線は矢線で示すようにすだれ１、２のスリット等通過部１ｂ，１ｂ，…、２ｂ，２ｂ，…をそれぞれ通過してＸ線検出器３に入射される。このときＸ線は透過したので見えることになる。また、図１（Ｂ）に示すように、Ｘ線がある角度に傾くと、すだれ２の遮蔽部２ａ，２ａ，…が邪魔してＸ線がＸ線検出器３に入射されないので、見えない。さらに、（Ｃ）のようにＸ線がさらに傾くとまたＸ線源が見える。
【０００８】
このように、等間隔のすだれ１，２により、Ｘ線の入射角度を検出できる。
【０００９】
図２はＸ線の入射角度とすだれ１，２の透過率を模式的に示す。Ｘ線検出器３の検出出力の隣り合うピークＰａとピークＰｂ間の角度は角度の分解指標ａ／Ｄを与える。すだれコリメータ分解指標はすだれの隔たりＤに対するすだれ１のスリット１６のピッチａの割合で定義できる。
【００１０】
しかしながら、このような従来のすだれコリメータＫは、すだれ１，２を金属加工により形成するので、これら両者１，２間の間隔Ｄが例えば２００μｍくらいの大きい間隔があるうえに、すだれ１，２は、堅牢な基板と構造でできているので、コリメータＫ全体は１０ｃｍ以上で１０Ｋｇのオーダーの大きさと重さになる。
【００１１】
このために、すだれコリメータＫの小型化のためには、すだれ１，２自身を例えば薄膜で作る必要がある。しかしながら、例えば、設計上必要な１μｍ以下の薄膜の上に金属のラインを配置させ、それをすだれ層として、２枚の薄膜層を対向配置しても、振動や熱膨張、ストレスなどで薄膜は変形してしまうので２枚の薄膜を安定に固定できないという堅牢さの課題がある。
【００１２】
（ビーム入射角度の検出限界と加工精度の課題）
また、従来のすだれコリメータＫには、その全体を小型化するために、仮にすだれ１，２同士の対向間隔Ｄを小さくすると、高い分解指標を維持するために、すだれ１のＸ線通過部（スリット）１ｂ，１ｂ，…のピッチａも小さくしなくてはならない。機械加工でこれを行うのは困難である。
【００１３】
例えばすだれ１，２の対向間隔を１ｍｍにすれば、１度のビーム入射角度検出でも１００分の２ｍｍの通過部１ｂ，１ｂ，…のピッチａが必要であり、０．１度では１０００分の２ｍｍのピッチａの加工が必要になる。
【００１４】
ところで、すだれ１，２の横方向の加工精度を上げるには半導体の微細加工技術を使用できるが、横方向の微細加工をする場合には、縦方向の凹凸や高低があると精度の高い微細パタンの加工は非常に困難である。すなわち、すだれ１，２同士の対向間隔Ｄは大きくできない。よって、分解指標が制限されてしまうため、入射角度の測定精度が低下することになる。
【００１５】
（微細すだれのパタン近接の課題）
さらに、すだれ１，２の通過部１ｂ，１ｂ，…、２ｂ，２ｂ，…の微細なすだれパタン１００ｎｍを加工する場合、すだれパタンの転写が困難であるという課題がある。すなわち、微細なスリットパタンを転写するときに、横方向で互いに隣り合う通過部１ｂ，１ｂ、２ｂ，２ｂ同士間に露光時の光の干渉が生じて精密転写が困難であり、近接させたスリットパタンの形に制限がある。
【００１６】
（すだれ１，２の位置合せずれが生じるという課題）
またすだれ１，２の形状の微細化ができたとしても、すだれ１，２の位置合わせ精度が課題になる。すなわち、例えば１００ｎｍの加工をすると、すだれ１，２の製造時の位置ずれは２０〜５０ｎｍにもなる。このために、例えばビーム入射角度の検出精度を０．１度程度を設定するときは、これが課題になる。
【００１７】
例えば、すだれ１，２の両層が相互に接触していれば上記の範囲で位置ずれを許容できるが、１０倍も離れるとさらに位置合わせの精度が悪くなる。
【００１８】
このような位置合わせずれをなくすことができないので、微細な角度を測定するのは補正する機構が必要である。
【００１９】
（パタン倒れの課題）
仮に、微細パタンをすだれ状にして、すだれ１，２の層を形成するときには、まず、レジストパタンをすだれ状に作る必要がある。しかし、現像液がレジストパタン同士を吸着してパタンを倒してしまう。また、ゴミを洗浄するために使う薬品でも表面張力によるパタン倒れが起きる。
【００２０】
（コストの課題）
さらに、従来のすだれコリメータＫは大型重量であるという課題のほかに、他の幅広い応用を目指す場合には、製造コストを低減することが必要である。人工衛星に搭載する目的の場合でもコストは課題である。民間の応用拡大を考えると桁違いの小型化とコストダウンが必要であるので、これも課題である。
【００２１】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、ビーム入射角を高精度で検出することができる小形軽量のビーム入射角検出センサユニット、ビーム入射角測定ユニット、ビーム入射角検出装置および移動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
請求項１に係る発明は、ビームを遮蔽する第１のビーム遮蔽層本体に、ビームが入射可能の第１の入射部を形成した第１のビーム遮蔽層と、この第１のビーム遮蔽層本体に所定間隔を置いて対向配置される第２のビーム遮蔽層本体に、その平面方向に沿う横方向へ前記第１のビーム入射部に対して相対的にずれた位置にて第２のビーム入射部を形成した第２のビーム遮蔽層と、前記第１，第２のビーム入射部から入射されたビームを検出するセンサ素子を有するセンサ層と、を具備していることを特徴とするビーム入射角検出センサユニットである。
【００２３】
請求項２に係る発明は、前記第１，第２のビーム入射部は、前記第１，第２のビーム遮蔽層本体の厚さ方向にそれぞれ貫通するスリットであることを特徴とする請求項１記載のビーム入射角検出センサユニットである。
【００２４】
請求項３に係る発明は、前記第１，第２のビーム入射部同士の相対的位置ずれは、これら第１，第２のビーム入射部の配置ピッチの差により設定されていることを特徴とする請求項１または２記載のビーム入射角検出センサユニットである。
【００２５】
請求項４に係る発明は、前記第１の入射部と第２の入射部との間、またはこれら第１，第２の入射部同士と前記センサ素子との間に、第１の入射部の幅と同等以上の空洞を形成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のビーム入射角検出センサユニットである。
【００２６】
請求項５に係る発明は、前記空洞は、その少なくとも一部が電気絶縁体により包囲されていることを特徴とする請求項５記載のビーム入射角検出センサユニットである。
【００２７】
請求項６に係る発明は、前記空洞は、前記第１の入射部の形成の前に、前記第１のビーム遮蔽層本体をエッチングして前記空洞とすべき空間を形成し、その中にウエットエッチング速度もしくは等方性ドライエッチング速度が第１のビーム遮蔽層本体より速い材料により充填し、この充填材料を第１の入射部を形成してからウエットエチングもしくは等方性ドライエッチングにより除去することにより形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のビーム入射角検出センサユニットである。
【００２８】
請求項７に係る発明は、前記請求項１〜６のいずれか１項記載のビーム入射角検出センサユニットの複数個を一平面上に一体に並設し、これらビーム入射角検出センサユニットの前記第１，第２のビーム入射部同士の相対的位置ずれを、前記第１または第２のビーム入射部の短手方向の幅のｎ（整数）分割の値を最小単位としたとき、ゼロを含み少なくとも当該最小単位のマイナスｎ倍からプラスｎ倍までの間の位置ずれを有するように構成したことを特徴とするビーム入射角測定ユニットである。
【００２９】
請求項８に係る発明は、前記複数の第１，第２の各ビーム入射部は、前記第１，第２の各ビーム遮蔽層において、斜め方向に所要の間隔を置いてそれぞれ孤立して配置されていることを特徴とする請求項７記載のビーム入射角測定ユニットである。
【００３０】
請求項９に係る発明は、請求項７または８記載のビーム入射角測定ユニットと、このビーム入射角測定ユニットの同一平面上に一体に並設されて、前記第１ビーム入射部と第１ビーム入射部との相対的位置と目標値とのずれを検出する参照センサユニットと、を具備していることを特徴とするビーム入射角検出装置である。
【００３１】
請求項１０に係る発明は、前記参照ユニットは、前記ビーム入射角検出センサユニットにおける第１のビーム遮蔽層に第２のビーム遮蔽層を密着させて形成されていることを特徴とする請求項９記載のビーム入射角検出装置である。
【００３２】
請求項１１に係る発明は、請求項９または１０のビーム入射角検出装置を搭載した移動可能の移動装置本体と、前記ビーム入射角検出装置により検出されたビーム入射角に基づいて前記移動装置の移動を制御する移動制御装置と、を具備していることを特徴とする移動装置である。
【００３３】
請求項１２に係る発明は、前記ビーム入射角検出装置により検出されたビーム入射角に基づいて前記移動装置本体の姿勢を制御する姿勢制御装置を、具備していることを特徴とする請求項１１記載の移動装置である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、センサ層に入射されるビームは、第１のビーム遮蔽層のスリット等の第１の入射部と、この第１の入射部に対して相対的にずれた位置にある第２のビーム遮蔽層のスリット等の第２の入射部とを経て入射されるので、そのビーム入射角は、第１，第２の入射部の相対的ずれにより規定され、求められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、これら添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００３６】
上記したように従来のコリメータＫのすだれ１のスリット１ｂ，１ｂ，…のピッチａを縮小を半導体露光技術の解像能力だけで縮小することは容易ではない。例えば１４０ｎｍのピッチａをレジストのリソグラフィーで転写するには、現在なら例えば５０〜８０億円の高価なＡｒＦ露光装置を使用する方法もあるが、これではコストが高過ぎる。また、転写ができたとしても、エッチング加工工程も高額になりもコスト高となる。
【００３７】
そこで、本発明は、すだれ１，と２の各通過部１ｂ，２ｂのピッチａをずらすというマスク作製のときのパタン配置のずらしの方法を使う。
【００３８】
図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、そのパタン配置のずらし方法を使用した本発明の第１の実施形態に係るビーム入射角検出センサユニット１０の原理を模式的に示す。図３（Ａ）は第１すだれ層１１、第２すだれ層１２、ビーム検出器であるセンサ層１３の配置例を示す模式平面図である。第１，第２すだれ層１１，１２の本体はＸ線等のビームを遮蔽する遮蔽材よりなり、相互に所定の間隔Ｄを置いて対向配置されている。これら第１，第２すだれ層１１，１２は、その平面方向（図３では長手方向）に、所要の等ピッチａを置いて、例えば平面矩形の複数のスリット１１ｂ，１１ｂ，…、１２ｂ，１２ｂ，…をビーム入射部の一例としてそれぞれ形成し、これらスリット１１ｂ，１１ｂ，…、１２ｂ，１２ｂ，…の間にビームを遮蔽する遮蔽部１１ａ，１１ａ，…、１２ａ，１２ａ，…をそれぞれ形成している。これら第１すだれ層１１の各第１スリット１１ｂ，１１ｂ，…と、第２すだれ層１２の各第２スリット１２ｂ，１２ｂ，…は、その平面方向（図３（Ａ），（Ｂ）では横方向（長手方向））で相対的に所定量ずれている。このずれは第１すだれ１１ｂと第２すだれ１２の一方の全体を横方向に所定量ずらして形成することにより実現される。すなわち、これは上述したマスク作成時のパタン配置のずらしの方法が使用される。
【００３９】
例えば、所定長の第１すだれ１１を、９個の第１スリット１１ｂ，１１ｂ，を設けるよう分割し、同長の第２すだれ層１２を、１０個の第２スリット１２ｂ，１２ｂ，…を設けるように分割することにより、これら第１スリット１１ｂ，１１ｂ，…と第２スリット１２ｂ，１２ｂ，…とを、相対的にずらすことができる。この相対的な位置ずれ（ピッチずれ）は、第２すだれ層１２の各スリット１２ｂの背後に、各々独立した複数のセンサ層１３，１３，…をそれぞれ一致させて配設することにより実現している。
【００４０】
したがって、図３に示すように、これらビーム入射角検出センサユニット１０に、図中矢線で示すようにＸ線やレーザ光等、所要のビームＢが垂直に照射されると、これらビームＢは第１，第２のすだれ層１１，１２の各遮蔽部１１ａ，１１ａ，…，１２ａ，１２ａ，…により遮蔽される一方、各スリット１１ｂ，１１ｂ，…、１２ｂ，１２ｂ，…を通過して各センサ層１３−１，１３−１０に入射され、検出される。このときのビームＢの相対的透過率の模式図は、図３（Ｃ）に示すようにセンサ層１３−１，１３−１０の配列中心部分が影になり、その中心部分のセンサ層１３−６の検出出力が最低を示し、いわば負のピーク−Ｐを生じる。
【００４１】
図４はこの入射角検出センサユニット１０にビームＢが所定角度傾斜して入射されたときの模式図を示す。図４（Ａ）はその断面を示し、図４（Ｂ）はセンサ層１３−１，１３−１０の応答の模式図（検出出力の分布図）である。負のピーク−Ｐは左（例えば第２番のセンサ層１３−２）に移り、正のピーク＋Ｐが右側の例えば第７番のセンサ層１３−７に現れる。このモデルではビーム入射角度を変えると、それに応じてセンサ層１３Ｃの検出出力のピークの分布も変化する。
【００４２】
これに対して、図１で示すコリメータＫは、第１スリット１の第ｍ番目のスリット１ｂｍと第２スリット２の第ｍ番目のスリット２ｂｍの位置が対向方向で一致し、かつ横方向にもずれていないので、各センサ層３の応答（検出出力の分布）はみな殆ど一致し、変化しない。この点が図３で示すビーム入射角検出センサユニット１０とは相違する。
【００４３】
また、上述したように第１，第２すだれ層１１Ｃ，１２Ｃの上記ピッチずれは、露光装置の転写により実現することは解像力の限界により、著しく困難であるが、一定間隔を分割する数で区別することはマスク作製のときに可能である。ＫｒＦやＡｒＦの露光装置用マスクは一般的に４倍の大きさで電子ビームによってパタンが転写されて作製される。マスク上での位置ずれはパタンの縮小投影転写されたウエハ上においては１／４に軽減される。このため問題としているピッチずれは同じマスク製造装置では精度は高く横方向の検出器の位置の順番決定データとして使うことができる。
【００４４】
このように第１スリット１１ｂと第２スリット１２ｂのピッチずれを有する２層のビーム入射角検出センサユニット１０では各センサ層１３の検出出力にピークが分布するビームの入射角度に個別対応させる。これによりピッチずれのない図１に示したコリメータＫよりも小さい角度ずれ幅で山谷の検出を可能にする。これを模式的にピークの高さは考慮しないで図５に示す。検出出力のピークはセンサ層１３の位置に対応し、その位置はビーム入射角度に対応している。ピッチずれのないコリメータＫの場合のビーム透過率が曲線Ａ−１のときの分解指標は、すだれ１，２の各スリット１ｂ，２ｂの均一ピッチをａとすると、隣り合うピークＰａ−Ｐｂ間の角度に対応する指標はａ／Ｄである。ピッチずれを与えた第１，第２すだれ層１１，１２を有するビーム入射角検出センサユニット１０のビーム透過率が曲線１０Ｋの場合は、隣り合うピークＰａ，Ｐｂ間の角度に相当する指標ａ／ｎＤが対応する分解指標である。なお、ｎは一定の周期長Ｃを等間隔でピッチをずらした数を示す。
【００４５】
（ピッチずらし２層すだれの設計）
次に、図６で示すビーム入射角検出センサユニット１０Ｃのスリットのピッチずらしによる分解指標改善について説明する。このビーム入射角検出センサユニット１０Ｃは、前記図４で示すビーム入射角検出センサユニット１０の第１すだれ層１１のスリット１１ｂを、所定の周期長Ｃ内でｎ個（例えば１０個）設けることにより第１すだれ層１１Ｃを形成し、同様に前記第２すだれ層１２のスリット１２ｂをｎ＋１個（例えば１１個）設けることにより、第２すだれ層１２Ｃを形成し、この第２すだれ層１２Ｃのスリット１２ｂ内にセンサ層１３を嵌合することにより、線状のセンサライン１３を形成した点に特徴がある。
【００４６】
図６（Ａ），（Ｂ）は本発明の他の実施形態に係るビーム入射角検出センサユニット１０Ｃを示す。すなわち、図６（Ａ）はこのビーム入射角検出センサユニット１０Ｃの第１，第２のすだれ層１１Ｃと１２Ｃを所定間隔Ｄを置いて対向配置した状態の模式平面図、同（Ｂ）は同断面図である。すなわち、第１すだれ層１１Ｃのスリット１１ＣｂのピッチＰ１はＣａ／ｎ，第２すだれ層１２Ｃのスリット１２ＣｂのピッチＰ２はＣａ／（ｎ＋１）である。
【００４７】
その差（Ｐ１−Ｐ２）はＣａ／ｎ（ｎ＋１）である。この差がスリット１１Ｃｂ，１２Ｃｂの横方向のずれ量の単位刻みになる。第１すだれ層１１Ｃと第２とすだれ層１２Ｃのスリット１１Ｃｂ，１２Ｃｂは、その一端から第ｍ番目１１Ｃｂ−ｍで１単位のセンサユニットセルＳＵを構成する。第ｍ番目のスリット１１Ｃｂ−ｍの位置ずれはｍＣａ／ｎ（ｎ＋１）であるから、すだれ層間隔をＤとすれば、ｍ番目のセンサ層１３Ｃはｔａｎ（θｍ）＝ｍＣａ／ｎ（ｎ＋１）Ｄの角度θｍで最もよく応答する。隣同士のセンサ層１３Ｃの最もよく応答する角度の差Δθはｔａｎ（Δθ）＝Ｃａ／ｎ（ｎ＋１）Ｄで与えられる。
【００４８】
センサ層１３Ｃは第２すだれ層１２Ｃのスリット１２Ｃｂの下方に位置するだけでもよいが、スリット１２Ｃｂ内に嵌合される方が好ましい。即ち、センサ層１３Ｃのセンサ面は第２すだれ層１２Ｃのスリット１２Ｃｂの図中上面と面一であるのが望ましい。
【００４９】
図７（Ｂ）は第１すだれ層１１Ｃの前記第ｍ番目のスリット１１Ｃｂｍを、第２すだれ層１２Ｃの１ピッチＰ１相当分横方向へずらしてオフセットＯＦを与えたときの断面を示す。図７（Ａ）はそのずらし量（オフセット）ＯＦを与える前の断面である。そのずらし量は任意でよい。仮に、ずらし量ＯＦがピッチＰ１の整数倍の場合は、ピッチずらしビーム入射角検出センサユニット１０Ｃの分解能を保ちながら、測定できる角度の拡張ができる。すなわち、図５で示すＰａは、この位置ずらしとピッチずれを与えたビーム入射角検出センサユニット１０の透過率の拡張に当り、この点線で示す領域までビームを検出できる。
【００５０】
図７（Ｂ）に示すように、第１すだれ層１１Ｃのｍ番目のスリット１１Ｃｂを有するセンサユニットＳＵＯも第１，第２すだれ層１１Ｃ，１２Ｃのスリット対応がずれるので、このセンサユニットセルＳＵＯはオフセットＯＦ量だけずれたスリットの対応になる。
【００５１】
図８は、センサユニットＳＵのセンサ層１３と第２すだれ層１２のスリット１２ｂの３つの異なる構造を示す。図８（Ａ）はセンサ層１３と第２すだれ層１２が分離している例を示し、同（Ｂ）はセンサ層１３Ｃの一部を第２すだれ層１２Ｃのスリット１２Ｃｂ内に嵌入させた構造例、（Ｃ）はセンサ層１３Ｃのほぼ全体を第２すだれ層１２Ｃのスリット１２Ｃｂ内に嵌合させた例を示す。これらセンサユニットＳＵを、後述するように半導体製造技術で実際に製造する場合は、工程数を減らしＣＭＰ（化学機械研磨）法で細いセンサライン１３Ｃを形成するので、（Ｃ）の構造が作り易い。
【００５２】
（ピッチずらしビーム入射角検出センサユニットの製造方法）
図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はピッチずらしを施した図６のセンサユニット１０Ｃや図７で示す基本的なビーム入射角検出センサユニットＳＵ（１０Ｃに相当）を半導体製造技術により製造する例を示す。図９（Ａ）はライン状のセンサ層１３Ｃの平面図、図９（Ｂ）は第２すだれ層１２Ｃの平面図、図９（Ｃ）は第１すだれ層１１Ｃの平面図を示す。
【００５３】
第２すだれ層１２Ｃの第ｍ番目のスリット１２Ｃｂ−ｍに設けるセンサ層１３Ｃは例えば１個であり、その幅は０．２μｍの幅で長さは５２μｍである。ライン状のセンサ層１３Ｃは図９（Ａ）中、上下一対の矩形状の第ｍ番目の電極リード１４と１５に架け渡すようにそれぞれ一体に接続されている。これら電極リード１４，１５は、図中上下一対の電極１６，１７にそれぞれ接続され、これら一対の電極１６，１７の長手方向両端には矩形状のパッド１６ａ，１６ｂと、１７ａ，１７ｂにそれぞれ接続される。例えば電極リード１４，１５の幅ＷＳＬは０．５μｍ、各電極１６，１７の長手方向で隣り合う電極リード１４同士と、１５同士のスペースＷＳＳは０．５μｍである。各電極１６，１７の幅ＷＤは３０μｍである。各パッド１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂは例えば一辺１００μｍの正方形であり、図中上下方向で隣り合うパッド１６ａと１７ａ、１６ｂと１７ｂのスペースは２μｍである。図中上下一対の電極１６，１７間のピッチＬｐは例えば１０２μｍである。
【００５４】
センサ層１３の本数ｎは，第１，第２すだれ層１１Ｃ，１２Ｃの図中左右両端のスリット１１Ｃｂと１１Ｃｂ、１２Ｃｂと１２Ｃｂ間の距離Ｃａはうなり周期長であり、分解能に関係する設計パラメータである。
【００５５】
図９（Ｃ）で示す第１すだれ層１１Ｃの第ｍ番目のスリット１１Ｃｂ−ｍは孤立したスリットであり、これ以外の点線で描いたスリット１１Ｃｂはピッチの違いを示すだけの目的で仮想的に配置して示しただけにすぎなく、実際には存在しない。第１すだれ層１１Ｃの長手方向両端部には図示しないプローブを挿通するパッド孔の一部１８ａ，１８ｂを形成している。
【００５６】
また、第２すだれ層１２Ｃについても、第１すだれ層１１Ｃと同様に、第ｍ番目のスリット１２Ｃｂ−ｍは孤立したスリットであり、これ以外の点線で描いたスリット１１Ｃｂはピッチの違いを示すだけの目的で仮想的に配置して示しただけにすぎなく実際には存在しない。
【００５７】
図１０は、これら３層１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃを重ねることにより構成されたセンサユニットセルＳＵの一例であるビーム入射角検出センサユニットが形成されるときの透視平面図である。これにより、図１０に示すように上下一対の電極１６，１７の間には一つのセンサユニットＳＵが配置されている。こうすることで、すだれ状のパタンを転写する必要がないために、光の干渉によるパタンの歪やオーバー露光、また薬品や洗浄液の表面張力にパタンの倒れという課題を解決することができる。この実施形態では１つビーム入射角検出センサユニット（センサユニットセルＳＵ）を配置したが、ビーム照射面積を広く確保するために、パタン倒れという課題が発生しない範囲で複数のセンサユニットセルＳＵを近接配置して各対の電極１６，１７の間に複数配置することによりビーム入射角測定ユニットに構成してもよい。
【００５８】
そして、図１０中、点線で示す第ｍ番目のセンサユニットセルＳＵであるビーム入射角検出センサユニット１０Ｃが一対の電極１６，１７間に一つある。ただし、ここでは対応する隣のセンサユニットの電極リードやセンサの一部は示してない。このセルＳＵが電極１６，１７を介してパッド１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂに接続されてパッド孔１８ａ，１８ｂに通じる。４つのパッド孔１８ａ，１８ｂを点線で囲まれる点線で示した測定電極ユニット１９が第ｍ番目のセンサの測定電極ユニットである。隣の（ｍ＋１）番目の電極ユニットの番号は数字を一つ増やした関係にある。
【００５９】
図１１はこの測定電極ユニット１９を１番からｎ番までのｎ個を横方向に並設した単方向のビーム入射角測定ユニット２０の平面模式図である。図１１中、各スリット１１Ｃｂの背後にはセンサ層１３Ｃがそれぞれ配設される。ここでは、センサユニットが電極を共有して直列に接続させて配置した平面図をしめしたが、各センサユニットが電極を共有しない独立した配置も信号の測定方式に応じて自由に設計できる。図示の都合上、各測定電極ユニット１９の２本の電極１５，１６を１本で図示し、片側２個一対のパッド１６ａ，１６ｂまたは１７ａ，１７ｂをそれぞれ１個で図示している。隣り合う測定電極ユニット１９，１９同士のパッド１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂのピッチＬｐにより、これら複数の測定電極ユニット１９の並列長さＬａが決まる。
【００６０】
図１２はこの単方向ビーム角度測定ユニット２０の例えば２つを、その上下を反転させて左右に並設することにより構成した双方向ビーム角度ユニット２０Ａの平面図である。この双方向ビーム角度測定ユニット２０Ａは、例えば図１２中、左右の双方向からのビームＢ，Ｂの入射角をそれぞれ検出できる。この双方向測定ユニット２０Ａは、その測定電極ユニット１９の個数ｎ＝５０とすれば、図９に示したセンサユニットセルＳＵの設計値を入れると、その長さＬｂは例えば１０．３ｍｍ、幅は固定で０．４ｍｍとした。単方向ビーム角度測定ユニット２０の長さＬａは同じパッドピッチで５．２ｍｍである。
【００６１】
製造上の課題を解決するために、以上のように、センサユニットセルＳＵを孤立させて平面の設計を行った。その理由を補足として次に述べる。
【００６２】
すなわち、図１３（Ａ）に示すように第１すだれ層１１Ｃの複数のスリット１１Ｃｂ，１１Ｃｂ，…が、例えば四角の同じパタンで図中横方向に列状に隣接して配置する場合、ＫｒＦという露光技術により、そのスリットピッチＰＳを例えば０．２μｍのスリットパタンで作ると、図１３（Ｂ）に示すように隣り合うスリット１１Ｃｂ，１１Ｃｂ，…同士が丸くなってつながって一体になってしまうという課題がある。またこれらスリット１１Ｃｂ，１１Ｃｂ，…は、ＡｒＦ露光や電子ビーム露光などによりピッチの狭いスリットパタンを作ることは可能であるが、必要な深度での加工が困難である。さらに、ラインエッジラフネスが線幅のブロードニングになるので精度を悪くさせる。また、レジストパタンができたとしても、薬品洗浄ができない。このようにすだれであることのために横方向に微細なスリットパタンを横方向や縦方向に並設することは技術的に難易度が高く実現したとしても高価なプロセスとなる。
【００６３】
しかし、図１４に示すように複数のスリット１１Ｃｂ，１１Ｃｂ，…を、その対角線方向等斜め方向に所要のピッチＰＳを置いて配設することにより、各スリット１１Ｃｂを孤立させると、図１３（Ｂ）に示すように隣り合うスリット１１Ｃｂ，１１Ｃｂ同士の一体的な連結を防止できるうえに、光の干渉効果を防止または低減できる。また、これらスリットパタン同士が薬品による表面張力で倒れることがない。さらに、図１４（Ａ）のようにスリットピッチＰＳは自由に短くしてもスリットパタンは、同（Ｂ）に示すように転写できる。なお、図４（Ａ）はスリット１１Ｃｂの露光パタンのマスク上の配置例の平面模式図、同（Ｂ）はスリット１１Ｃｂのエッチングパタンの配置例の平面模式図である。
【００６４】
（堅牢なセンサユニットＳＵを実現する空洞構造の作製）
図１５は図１０等で示すセンサユニットセルＳＵの構造の一例を示す縦断面図である。このセンサユニットセルＳＵは、シリコン基板２１上に熱シリコン窒化膜２２を例えば厚さ２００ｎｍ成長させ、その上にシランＳｉＨ４とＮ２Ｏを用いた熱ＣＶＤ酸化膜２３を第２すだれ層１２として、例えば厚さ３００ｎｍ成長させる。センサ層１３Ｃの例えば設計幅２００ｎｍのセンサ層パタンは、レジストとＫｒＦ露光により転写してセンサ層１３Ｃと第２すだれ層１２Ｃの２層を兼ねたパタンを、溝パタンとして転写して熱ＣＶＤ酸化膜２３をエッチングして溝パタン２４を作る。
【００６５】
そして、この熱ＣＶＤ酸化膜２３上に、熱ＣＶＤシリコン窒化膜２５を、例えば厚さ５０ｎｍ成長させて、ポリシリコンを例えば２００ｎｍ成長させる。このとき電極１６，１７とパッド１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂの部分は凹んでいる。さらに例えばＴｉ５ｎｍ，ＴｉＮ１０ｎｍの積層膜をバリアメタルとして成膜後、タングステンＷをＣＶＤ法で、例えば厚さ２００ｎｍ成長させて，熱シリコン窒化膜２５をストッパーとしてＣＭＰで平坦にする。
【００６６】
この段階で、電極１６，１７とパッド１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂの上にはタングステンが残り、センサ層１３Ｃと電極リード１４，１５の部分にはタングステンが残っていない。パッド１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂと電極１６，１７はタングステンにより積層されてポリシリコンよりも、少なくとも例えば１／１００以下の低抵抗層となる。
【００６７】
この熱ＣＶＤシリコン窒化膜２５上には、熱減圧ＣＶＤシリコン窒化膜２６を例えば厚さ１０ｎｍ成長させて、後で行うＨＦウエットエッチングの保護膜として形成する。このあとＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）から成長させたＣＶＤ酸化膜２７を例えば１μｍ成長させる。熱減圧ＣＶＤシリコン窒化膜２６はＨＦエッチングのストッパーであればよくプラズマシリコンカーバイド膜でも良い。厚さはストッパーとして働くようにエッチング工程にあわせて調整する。
【００６８】
この後、例えば厚さ１００ｎｍのチタンナイトライドと例えば厚さ２００ｎｍのＣＶＤタングステン膜を積層成長させた積層膜により第１すだれ層２８を形成する。この第１すだれ層２８は光の遮光と表面に溜まる電荷を漏洩させて表面帯電の防止を図ることができる。
【００６９】
第１スリット１１Ｃｂとパッド孔１８ａ，１８ｂは、これを含む第１すだれ層１１Ｃのパタンをレジスト転写し、かつ第１すだれ層２８とＣＶＤ酸化膜２７をエッチグすることにより形成される。
【００７０】
次に、レジストをアッシングした後、ＨＦの希釈液で酸化膜２７をエッチングして横方向に少なくとも、例えば１μｍエッチングを進行させて止める。これにより空洞２９が形成される。この空洞２９がセンサユニットセルＳＵに必要なセンサ層１３Ｃとスリット１１Ｃｂを含み、他のセンサユニットセルＳＵとは酸化膜２７により電気的に絶縁された状態で隔離されて孤立している。なお、図１５中、符号３０は耐腐食や反応防止の保護層であるシリコン窒化膜である。
【００７１】
したがって、このセンサユニットセルＳＵによれば、スリット１１Ｃｂを通過したビームＢを、空洞２９の中にある一本のライン状のセンサ層１３Ｃを特定の角度で最も高い効率で照射する孤立したセンサユニットセル構造を形成することかできる。さらに、空洞２９の構造は他のセンサユニットセルＳＵとの干渉を防止することができる。また、第１すだれ層２８（１１Ｃ）は空洞２９の部分のみがメンブレンであり、他の領域は酸化膜２７によれ支持されて固定されているので、構造が堅牢である。
【００７２】
（合わせずれの補正構造の形成）
第１，第２すだれ層１１Ｃ，１２Ｃ製の複数層を積層する半導体の製造ではこれら複数層の合わせずれは必ず発生する。そこで、半導体の製造では、各層に位置合わせマークをいれて、光学的に合わせずれが最小になるようにして２つのすだれ層１１Ｃ，１２Ｃの位置合わせを行う。第１，第２すだれ層１１Ｃ，１２Ｃの位置ずれはビーム入射角度測定の誤差を与える。誤差をなくすることは出来ないが、ずれた量をモニターできれば、その値で補正して精度の高いビーム入射角度データを得ることが可能である。
【００７３】
そこで、２つの第１，第２すだれ層１１Ｃ，１２Ｃを離さずに一体に配置すれば、主な誤差はパタン転写装置性能とレチクル（ホトマスク基板）の合わせずれの合計で支配される。しかし、ビーム入射角度測定精度を求める本構造においては２つの第１，第２すだれ層１１Ｃ，１２Ｃを離間して配置する必要があるので合わせずれが大きくなるのを避けることは困難である。
【００７４】
そこで、２つの第１，第２すだれ層１１Ｃ，１２Ｃの合わせずれを測定し、そのずれ量により補正する必要がある。ビームの入射角度に依存しないセンサ構造の参照セルユニットＦＵにより合わせずれ量を測定するビーム入射角測定ユニット３１を次に説明する。
【００７５】
図１６〜図１８はこの参照セルユニットＦＵを具備したビーム入射角測定ユニット３１の製造工程をそれぞれ示す縦断面図であり、図１６（Ａ）は、第１，第２すだれ層１１Ｃ，１２Ｃのレジストパタンをレジスト層３２に転写した工程を示す。
【００７６】
図１６（Ｂ）はそのレジスト層３２のパタンをマスクにして第１すだれ層２８（１１Ｃ）をエッチングし、酸化膜２７を途中までハ−フエッチングしてハーフエッチスリット３３，３４をビーム入射角測定ユニットＳＵと参照セルユニットＦＵ毎にそれぞれ形成する工程を示す。
【００７７】
図１７（Ａ）は参照セルユニットＦＵのハーフエッチングのスリット３４を第１すだれ層１１Ｃのスリット１１Ｃｂよりも大きく拡張することにより拡張スリットパタン３４ａを第１すだれ層２８（１１Ｃ）のエッチパタンとして転写し、酸化膜２７を途中までエッチングしたところまでの工程を示す。
【００７８】
この後、リンをシリコン窒化膜２６を通過させて所定量、例えば１０１４／ｃｍ２注入する。これにより、センサ層１３Ｃには、第２すだれ層１２のパタン３５の位置合わせずれを反映したリンが注入される。この工程で合わせずれデータがセンサ層１３Ｃにドーズ量データとして移植されたことになる。これを例えば８００℃で５分間アニールし、リンを活性化させると位置ずれに応じて異なる抵抗値をもつポリシリコンのセンサ層１３Ｃが形成される。
【００７９】
図１７（Ｂ）は参照セルユニットＦＵをレジスト３６で保護しながらビーム入射角測定ユニットＳＵの酸化膜２７をエッチングしてスリット３３の底部をシリコン窒化膜２６の上面上まで形成したところまでの工程を示す。
【００８０】
図１８は参照セルユニットＦＵをレジストで保護しながらＨＦの希釈液でセンサユニットＳＵの酸化膜２７を少なくとも横方向に所定量、例えば１μｍエッチングして空洞２９を形成した工程の断面を示す。これにより、センサユニットＳＵには第１すだれ層１１Ｃのスリット１１Ｃｂよりも大きい空洞２９が形成され、参照ユニットセルＦＵには大きく開いた拡張スリット３４ａが形成される。参照セルユニットＦＵは、第１すだれ層１１Ｃに、そのスリット１１Ｃｂよりも大きく開口した拡張スリット３４ａを有するので、ビームの入射角度依存の特性は持たない。これにより、位置合わせずれ情報データを持つ参照セルユニットＦＵとそれを持たないセンサユニットＳＵが形成される。
【００８１】
図１９（Ａ），（Ｂ）は参照セルユニットＦＵの構造を模式的に示す縦断面図である。図１９（Ａ）は相互にピッチずれのある第１すだれ層１１Ｃと第２すだれ層１２Ｃのセンサ層１３Ｃの例えば図中中心のセンサ層１３Ｃｍの中心と、第１すだれ層１１Ｃのスリット１１Ｃｂ−ｍと一致し、第１すだれ層１１Ｃと、センサ層１３Ｃを有する第２すだれ層１２Ｃとのずれがない場合の参照セルユニットＦＵｏを示す。
【００８２】
図１９（Ｂ）は第１すだれ層１１Ｃと、センサ層１３Ｃを有する第２すだれ層１２Ｃが横方向に位置合わせずれＭＡがある参照セルユニットＦＵｍを示す。この参照セルユニットＦＵｍでは、第２すだれ層１２Ｃの例えばｍ−３番目のセンサ層１３ｍ−３の中心が第１すだれ層１１Ｃのｍ−３番目のスリット１１Ｃｂｍ−３の中心に一致している。
【００８３】
図１９（Ｃ）は、このときのビーム透過率を模式的に示す。この場合、第２すだれ層１２Ｃとセンサ層１３Ｃが重なって一体に形成されているので、ビームＢ１とビームＢ２の入射角度の依存性はなく、位置合わせずれＭＡに応じてピークの位置がずれる。
【００８４】
これにより参照セルユニットＦＵｏ，ＦＵｍのピークのセンサ位置に相当する合わせずれＭＡがあったことが分かる。したがって、センサ層１３Ｃのピーク位置データを参照して測定ユニットＳＵのデータを測定することにより、ビームＢの正味の入射角度を知ることになる。
【００８５】
図２０は図１２で示す双方向ビーム入射角測定ユニット２０Ａの測定データのモデルを示す。図中左端の電極１６（１７）を電源３７に接続する。他端の電極１６，１７を電源３７の反対電極のアース３８に接続する。センサ層１３Ｃはビームが照射されると抵抗が高くなる特性を有する。このとき、任意の隣り合う２本の電極１５ａ，１５ｂの間の電圧を電圧計３９で測定する。一本の電流が直列接続された各センサ層１３Ｃを通過して電源３７に戻る。電流は一つの値なので、電圧計３９の読みはセンサ層１３Ｃの抵抗値を与える。
【００８６】
したがって、ビーム入射角測定ユニット２０Ａの測定電圧カーブ４０のピークから測定されるビームのｔａｎθ４１が得られる。参照セルユニットの電圧カーブ４２のピークから位置あわせずれのｔａｎθｒ４３が得られる。θ−θｒがビームＢの入射角度を与える。
【００８７】
（堅牢なセンサユニットＳＵを実現する空洞構造と合わせずれの補正構造製造の派生プロセス）
堅牢なセンサユニットＳＵと合わせずれの補正構造を有するビーム入射角検出装置の製造派生プロセスを以下に示す。合わせずれの補正は上記参照セルユニットＦＵと同様のものを使う。また、第１すだれ層１１Ｃのスリット１１Ｃｂのスリットパタンは幅をセンサ層１３Ｃのセンサパタンの幅より十分大きなサイズとする。
【００８８】
図２１は第１すだれ層１１Ｃのスリット１１Ｃｂとセンサ層１３Ｃの合わせずれ補正後のセンサ層１３Ｃの位置とその検出信号の相対的な強度Ｗｏの関係を示す。スリット１１Ｃｂの開口幅Ｗの左端部Ｗｌ近傍と同右端部Ｗｒ近傍のセンサ層１３Ｃではすだれ層１２Ｃで遮蔽されるビームの検出強度変化位置がビーム入射角度のため開口部端部よりずれて検出される。
【００８９】
図２２に示す様にスリット左端部近傍データＷｌｄと右端部近傍データＷｒｄをスリット端部位置が一致する様データを平行移動させる。これら左右の信号データＷｌｄ，Ｗｒｄの交点５１は一意的に決まる。スリット端部位置５２と交点５１との間隔ｄｏがビームＢの傾きによって得られた信号のピーク差となりビーム角度に変換できる。また、本派生プロセスはすだれスリットパタンを大きく取ることにより空洞構造の形成が容易となる。
【００９０】
（実施例１）
図２３は第１実施例に係るセンサユニットＳＵの作製時のパラメータを表１で示す。第１，第２すだれ層１１Ｃ，１２Ｃのスリット本数（チャンネル数）は各々５０本とした。第１すだれ層１１Ｃと第２すだれ層１２Ｃ（この場合はセンサ層１３Ｃと一体に形成した）の層間の間隔Ｄは露光装置の合わせの能力や合わせマークの明瞭さの限界、焦点深度に影響を与えるＣＶＤ酸化膜の平坦度、大きなゴミの発生確率、基板ウエハの反りなどから例えば１μｍという値を選んだ。測定を容易にするために、パッド１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂの大きさとして例えば１００μｍを選んだ。これらパッド間隔を例えば２μｍとして１０２μｍがパッドのピッチとなり、センサユニットＳＵの横幅は例えば１０．４ｍｍとした。第１すだれ層１１Ｃのスリット１１Ｃｂとセンサ層１３Ｃが再び重なるまでの周期（うなりの周期長Ｃａ）はすだれ本数が与えられると分解能を決定する。ここではマスクの設計としてうなり周期長Ｃａは例えば５μｍと１μｍを選んだ。うなり周期長Ｃａが与えられると、１周期のずれａがＣａ／ｎで与えられる。スリット１１Ｃｂとラインの隔たりの最大値が最大の角度θ（ｔａｎθ）を与える。第１すだれ層１１Ｃのスリット１１Ｃｂとセンサ層１３Ｃの最小の位置ずれはチャンネル数ｎが大きいのでＣ／ｎ２で与えられる。そのときのビーム入射角度ΔθはｔａｎΔθ＝ａ／ｎ＝Ｃａ／ｎ２Ｄで与えられる。設計分解能指標としてはうなり周期長Ｃａが５と１μｍに対してｔａｎΔθ＝０．００２と０．０００４が得られる。センサユニットＳＵの種類を与えるパラメータとして、第１すだれ層１１Ｃと第２すだれ層１２Ｃ（この場合はセンサ層１３Ｃと一体）の重ね合わせのオフセット角度θＡＯＦを選んだ。ｔａｎ（θＡＯＦ）＝ｍａ＊Ｃａ／ｎＤとしてｍａが０、１、２、３の種類をえらんだ。こうすることで、分解能指標を同じに保ちつつ、測定する角度の区間をθＡＯＦを区間単位として連続させてｍａ倍まで増加させる設計が可能になる。
【００９１】
センサ層１３Ｃの横幅はリソグラフィーが作る溝幅と内張り（ライナー）膜としての減圧ＣＶＤシリコン窒化膜の厚みで決まるので、設計では決まらない。第１すだれ層１１Ｃのスリット１１Ｃｂの横幅は設計値だけでなくレジストの太りやエッチング時の減りなどで決まる。これらの仕上がり幅は細い方が検出値のピークの位置が狭い幅に現れるが、その分だけ検出値ピークの信号と雑音比が小さくなる。
【００９２】
図２４は上記センサユニットＳＵの要部立体斜視図である。センサユニットＳＵは基板２１上に形成され、その空洞２９は一つであり他のセンサユニットの空洞２９から孤立している。イオンビームやレーザー等のビームＢは、第１すだれ層２８（１１Ｃ）のスリット１１Ｃｂからその内方へ入射し、通過してセンサ層１３Ｃに入射される。
【００９３】
図２５は参照セルユニットＦＵの模式的立体斜視図である。この参照セルユニットＦＵでは、大きく開口した拡張スリッット３４ａからその内方へ入射したビームＢは、その入射角度に依存せずに、第２すだれ層２５（１２Ｃ）のスリット１２Ｃｂからその内方のセンサ層１３Ｃに到達する。したがって、第１すだれ層１１Ｃとセンサ層１３Ｃとの位置合わせずれだけが反映したセンサ層１３Ｃの検出信号が得られる。
【００９４】
（実施例２）
図２６は第２実施例に係るセンサユニットＳＵＡの下部構造の平面図、同（Ｂ）は同（Ａ）のＸＩ−ＸＩ断面図である。このセンサユニットＳＵＡの下部構造はセンサ層１３Ｃをｐｎ接合ダイオードにより形成する点で主な特徴を有する。すなわち、センサユニットＳＵＡの下部構造は、ｐ型シリコン基板３０１の中にｎ型拡散層を形成し、これをセンサライン６１とした。基板６０を酸化してシリコン酸化膜６２を例えば２００ｎｍ形成する。センサラインパタンをレジスト露光で転写してシリコン酸化膜６２をエッチングしてセンサ層１３Ｃのラインパタンの溝２４を作る。この後、レジストを剥離して洗浄したあと、酸化してスルー酸化膜６３を例えば５０ｎｍの厚さで成長させ、リンを例えば１０１４／ｃｍ２のドーズで打ち込み、例えば８００℃で１０分間アニールして活性化させてｎ型拡散層６１を形成する。このｎ型拡散層６１がセンサ層１３Ｃになる。これにより、ｐｎ接合ダイオードのセンサ層１３Ｃを形成する。
【００９５】
次にセンサ層１３Ｃのラインとコンタクトするためのコンタクトホール６４をあける。リンドープしたポリシリコンを例えば５８０℃で例えば２００ｎｍの厚さで成長させ、電極１６，１７のレジストパタンでポリシリコンをエッチングしてポリシリコン層６５からなる電極１６，１７を形成する。さらにこのポリシリコン電極６５の抵抗を下げる目的で窒化チタンとの積層構造で例えばコバルトを例えば厚さ１０ｎｍスパッタリングで成長させコバルトシリサイド層６６を例えば４７０℃ランプアニールで形成する。シリサイド以外のコバルトをＡＰＭ＋ＨＰＭで除去した後、例えば６００℃ランプアニールで低抵抗化を行う。これによりセンサ層１３ｃのラインに接続するコバルトシリサイド層６６の電極１６，１７を形成する。
【００９６】
図２７（Ａ）は、図２６（Ａ），（Ｂ）で示すセンサユニットＳＵＡの下部構造上にシリコン酸化膜２７を介して第１すだれ層１１Ｃを形成したセンサユニットＳＵＡの平面図であり、図２７（Ｂ）は第１すだれ層１１Ｃのスリット１１Ｃｂを横断するＸ２−Ｘ２の縦断面図である。すなわち、センサユニットＳＵＡは、ＨＦ薬品の保護膜となるプラズマシリコン窒化膜を例えば５０ｎｍの厚さで成長させ、その膜上にシリコン酸化膜２７を例えば１μｍの厚さで成長させる。さらに、この酸化膜２７上に、バリアー膜としてＴｉＮを例えば１００ｎｍ厚でスパッタリングで成長させて、その上にタングステンを例えば２００ｎｍ成長させてメタル製の第１すだれ層１１Ｃを形成する。スリットパタンとパッドパタンをレジスト転写して第１すだれ層１１Ｃと酸化膜２７をエッチングしてスリット１１Ｃｂを形成する。次にＨＦの希釈液で酸化膜２７を横方向に例えば、１μｍ以上エッチングすることで空洞２９を形成する。
【００９７】
そして、センサ層１３Ｃのｐｎ接合に逆バイアスを印加しておくと、光子の侵入によりキャリアーが生成されて光電流が流れる。このために、設計されたセンサ層１３Ｃの角度で光子が侵入したとき他のセンサよりも大きい電流が流れるのでこれを信号として光子の入射角度を測定できる。光子はＸ線であっても、可視光であってもよく、それらの強度が一定値を超えるとアバランシェホト電流が流れるのでセンサ層１３Ｃはアバランシェホトダイオード６７の機能をもつ。
【００９８】
図２８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はセンサ層１３Ｃの変形例を示す。図２８（Ａ）は基板２１上の酸化膜７０上に、ポリシリコン７１をセンサ層１３Ｃとして形成した点に主な特徴がある。このセンサ層１３Ｃ上にはビームを透過させるシリコン窒化膜７２をマスクにしてセンサ層１３Ｃを保護し、電極１６，１７とパッド１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ、電極リード１４，１５の部分を前述の方法によるコバルトシリサイドにより低抵抗化する。このポリシリコン製のセンサ層１３Ｃはイオンビームの入射角度に応じた抵抗値を示す。
【００９９】
図２８（Ｂ）はセンサ層１３ＣをＣｄＴｅ等の光導電材料７３により形成し、このセンサ層１３Ｃを光透過性の誘電体７４内に埋設した点に主な特徴を有する。このために、光は光透過性の誘電体７４を透過してセンサ層１３Ｃに到達する。センサ層１３ＣのＣｄＴｅは赤外線に応答して抵抗が低下する。また、センサ層１３Ｃとして、ＺｎＳを採用すると紫外線に応答してセンサ層１３Ｃの抵抗が低下する。この場合はイオンビームと違い、光が切れるとまた抵抗値は元に戻るので、センサ層１３Ｃの抵抗データは実時間で利用する例である。
【０１００】
図２８（Ｃ）はセンサ層１３Ｃをオープンで断線状態７５に形成した点に主な特徴を有する。この場合は金属粒子のビームが当るとメタル電極１６，１７は付着金属によりリークする。
【０１０１】
（実施例３）
図２９は図１で示す単方向ビーム入射角測定ユニットＳＵ２０の複数個を、そのビームの入射方向が図中縦方向に交互に変えるように並設し、その一端（図中上端）から他端（図中下端）へ向けて、オフセットパラメータｍａを０，１，２と順次変化させて配置したビーム入射角検出装置のチップ８０の平面的模式図である。このチップ８０のサイズの一例は基板２１が約５ｍｍ□である。
【０１０２】
図３０は複数のビーム入射角測定ユニットＳＵ２０と複数の参照セルユニットＦＵを図中縦方向に交互に配置し、図１２で示す双方向のビーム入射角測定ユニット２０Ａに形成し、このビーム入射角測定ユニット２０Ａのオフセットパラメータｍａを０，１，２，３と変化させて，さらに分解能指標の異なる複数のビーム入射角測定ユニット２０Ａを配置したビーム入射角検出装置のチップ８０の平面的模式図である。このチップ８１のサイズの一例はその基板２１が約１０．３ｍｍ□である。
【０１０３】
図３１は図３０で示すチップ８１とそれを９０度回転させたチップ８２をあわせて配置したビーム入射角検出装置チップ８３の平面的模式図である。このチップ８３のサイズの一例は１０．６×２１．２ｍｍ２である。このチップ８３またはセンサユニットＳＵに特定の色(波長)を通過させるフィルターをかぶせることは目的に応じて自由にできる。
【０１０４】
（実施例４）
図３２は上記ビーム入射角度を検出するビーム入射角検出装置のチップ８０〜８３のいずれか、例えば８３を搭載した移動装置９０の模式図である。この移動装置９０は装置本体９１を移動させる図示しない移動装置と、装置本体９０ａの姿勢を制御する図示しない姿勢制御装置と、を具備している。この姿勢制御装置は、対象物９１からのビームの入射角度をビーム入射角検出装置チップ８３により、その法線軸９２との角度Ｑａとして検出させ、その検出された検出結果に基づいて駆動力を使い、方向角度を小さくするか、または大きくするように姿勢を制御する。方向角度を小さくするときは対象物９１に正面を向くことであり、大きくすることは対象物に向かわない姿勢制御である。姿勢を制御して移動することで移動装置９０は対象物９１に近づくことができる。高速で近づくと衝突になるが、それがゆっくりだと呼び寄せる動作になる。
【０１０５】
対象物９１が発射するビームＢはレーザー光線であっても、赤外線、可視光、Ｘ線反射ビームであってもよい。移動装置９０は自動車等の車両や家電製品、ロボット、介護ロボット、撮像装置、ディスプレイ装置、測定装置、飛翔体、人工衛星であってもよい。
【０１０６】
ビームＢは移動装置９０から発射されるビームＢの反射ビームであってもよい。またビーム入射角検出装置チップ８０〜８３のいずれかを振動させて、その振動数と位相を参照して角度測定チップの信号を検波する方式で、雑音を排除して感度をよくするようにしてもよい。
【０１０７】
そして、このビーム入射角検出装置チップ８０〜８３のいずれかにより反射ビームの角度を測定すると、移動装置９０と対象物９１との距離を測定できる。距離を測定する目的で使うことも自由である。ところで、一般に、鏡面の表面にゴミがあると、この鏡面への垂直入射の光や電子ビームが乱反射する。したがって、ビーム入射角検出装置チップ８０〜８３に近接してビームを照射することにより、パーティクルやコンタミネーション等の汚染物質の有無を検出する目的にも使用できる。さらに、ビームの反射面の傾きを反射ビームの角度で測定できるので、この目的に使用することも装置設計で自由にできる。
【０１０８】
（実施例５）
図３３は、シリコン等の基板２１上に形成されたＬＳＩ回路層１００上に、上記ビーム入射角検出装置チップ層１０１を一体に形成したＬＳＩ１０２の縦断面図である。このＬＳＩ１０２によれば、ビーム入射角検出装置チッブ層１０１により検出したビーム入射角検出信号をＬＳＩ回路層１００により所要の目的に応じたデータ処理を行うことができ、これらを１チップにより構成することができる。
【０１０９】
図３４はセンサユニットＳＵに微分回路１１０を接続した回路図を示す。すなわち、隣り合うセンサユニットＳＵの一部の電極のうちの隣り合う電極端子１５ｘ，１５ｙに差動増幅器１１１の二つのゲートをそれぞれ接続する。差動増幅器１１１のコモン電極は高インピーダンスの電流源トランジスタ１１２に接続される。差動増幅器１１１のゲートは平衡入力端子であり、電極の電位に対して追随して浮遊している。電極端子１５ｘ，１５ｙ間にわずかの電圧が生じると二つの差動増幅器１１１のトランジスタの抵抗が急激に互いに反対方向に変化して電流源トランジスタ１１２から供給される電流の平衡が非対称に崩れて流路が変わる。この電流の変化が負荷トランジスタ１１３で電圧に変換されて差動出力端子１１４から電圧として出力される。
【０１１０】
すなわち、電極端子１５ｘ，１５ｙに差動増幅器１１１を接続したので、出力端子１１４の出力の電位は図１２に示したセンサユニットＳＵの電圧カーブの傾きを測定したことになる。即ち、電圧カーブを微分したことになる。このために、正と負の電圧ピークが現れるので、これらピーク間の中心のセンサ層１３Ｃがビームの入射角度に相当する。この回路を使うことでビーム入射角度に相当するピークの位置を電圧カーブの微分で決められるので決定精度が高まる。さらにこのデータを角度に直すなどのデータ処理を行うＬＳＩを設計することは自由である。なお、上記各実施例において、第１すだれ層１１，１１Ｃのスリット１１ｂ，１１ｂｃはビームの透過体や透過層によりビーム透過可能に閉じてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】従来のすだれコリメータの原理を説明する模式図であり、（Ａ）はＸ線源がそのＸ線入射角に応じてＸ線検出器により検出される状態を示し、同（Ｂ）はＸ線源がそのＸ線入射角に応じてＸ線検出器により検出されない状態を示し、（Ｃ）は再びＸ線源がそのＸ線入射角に応じてＸ線検出器により検出される状態を示す。
【図２】図１で示すすだれコリメータの透過率の角度依存性のモデル図。
【図３】本発明の一実施形態に係るビーム入射角検出センサユニットの原理を示す模式図であり、（Ａ）はその平面を示し、（Ｂ）は同縦断面を示し、（Ｃ）は同検出器が測定する透過率を示す。
【図４】（Ａ）は図３で示すビーム入射角検出センサユニットに対してビームが斜めに入射された状態を示す模式図、（Ｂ）は同センサ層の位置により異なる透過率を示すグラフ。
【図５】図３で示すセンサユニットの透過率の角度依存性のモデル図。
【図６】（Ａ）は本発明の他の実施形態に係るセンサユニットの平面図、（Ｂ）は同断面図。
【図７】（Ａ）は第１，第２すだれ層のスリットピッチのオフセット無しのビーム入射角検出センサユニットの縦断面を示す模式図、（Ｂ）は同オフセットを有するビーム入射角測定ユニットの縦断面図を示す模式図。
【図８】本発明に係るセンサユニット構造の変形例の要部を縦断面で示す模式図であり、（Ａ）は３層が分離した構造例を示し、（Ｂ）は第２すだれ層にとセンサを接触させた構造例を示し、（Ｃ）は第２すだれ層にセンサ層を一体に形成した構造例を示す。
【図９】（Ａ）は図８（Ｃ）で示すビーム入射角検出センサユニットのセンサ層の平面図、（Ｂ）は同第２すだれ層の平面図、（Ｃ）は同第１すだれ層の平面図。
【図１０】図９で示すビーム入射角検出センサユニットの各層を重ね合せた透視平面図。
【図１１】図９で示すビーム入射角検出センサユニットの複数を一列状に並設した単方向ビーム角度測定ユニットの平面図。
【図１２】双方向ビーム入射角測定ユニットの平面図。
【図１３】図１０等で示すすだれ層をＫｒＦ露光でピッチ０．２μｍを解像して酸化膜をエッチングしたときの平面模式図であって、（Ａ）はすだれ層のスリットを並設したときの露光パタンのマスク平面模式図、（Ｂ）は同スリットのエッチングパタンの平面模式図。
【図１４】図１０等で示すすだれ層をＫｒＦ露光でピッチ０．２μｍの孤立パタンを解像して酸化膜をエッチングしたときの模式的平面図であって、（Ａ）はすだれ層のスリットを孤立列形成したときの露光パタンのマスク上配置例の平面図、（Ｂ）は同孤立スリットのエッチングパタンの配置例の平面図。
【図１５】本発明に係るセンサユニットを半導体製造装置により形成したときの縦断面図。
【図１６】ビーム入射角検出装置の製造工程をそれぞれ示す縦断面図であって、（Ａ）は第１すだれ層のレジストパタン転写工程、（Ｂ）は酸化膜のハーフエッチ工程を示す。
【図１７】（Ａ）は図１６（Ｂ）の工程の次の工程である参照ユニットのスリット拡張工程図、（Ｂ）はビーム入射角測定ユニットのスリットのエッチング工程図。
【図１８】図１７（Ｂ）の次の工程であるビーム入射角測定ユニットの酸化膜をＨＦ希釈液でエッチングして空洞を形成する工程、をそれぞれ示す。
【図１９】（Ａ）は本発明の一実施形態に係るビーム入射角検出装置であって、第１すだれ層とセンサ層が位置ずれしてない構造の縦断面図、（Ｂ）は同位置合わせずれがある構造の縦断面図、（Ｃ）はこれら両者の透過率をそれぞれ示すグラフ。
【図２０】図１２で示す双方向の測定データのモデルの模式図。
【図２１】第１すだれのスリット幅を拡張させたときにビーム入射角測定ユニットの検出信号強度との関係。
【図２２】本発明に係るビーム入射角測定ユニットの拡張した第１すだれスリット左右端部データ補正によるビーム入射角度算出モデル図。
【図２３】本発明に係るビーム入射角測定ユニットの所要のパラメータを表１で示す図。
【図２４】本発明の一実施形態に係るビーム入射角検出装置のビーム入射角測定ユニットの概略立体斜視図。
【図２５】本発明に係るビーム入射角検出装置の参照ユニットセルの模式的立体斜視図。
【図２６】（Ａ）は基板の中にセンサ層を埋設した本発明に係るビーム入射角測定ユニットの他の一例の下部構造の平面図、（Ｂ）は同下部構造の縦断面図。
【図２７】（Ａ）はセンサ層が基板の中に埋設されたセンサユニットの平面図、（Ｂ）は同（Ａ）のＸ２−Ｘ２断面図。
【図２８】本発明に係るビーム入射角測定ユニットのセンサ層構造の変形例をそれぞれ示す縦断面図であって、（Ａ）はポリシリコンのセンサ層を示し、（Ｂ）は光導電材料のセンサ層を示し、（Ｃ）は断線のセンサを示す。
【図２９】本発明に係る単方向ビーム入射角測定ユニットを形成したチップの平面模式図。
【図３０】本発明に係るビーム入射角検出装置を形成したチップの平面模式図。
【図３１】本発明に係るビーム入射角検出装置の他の実施形態のチップの平面模式図。
【図３２】本発明に係るビーム入射角検出装置のチップを搭載した移動装置と対象物を示す模式図。
【図３３】ＬＳＩ回路層に、本発明のビーム入射角測定ユニットやビーム入射角検出装置チップ層を一体的に形成したＬＳＩチップの縦断面図。
【図３４】本発明に係るビーム入射角測定ユニットやビーム入射角検出装置の電極に微分回路を接続した一例の模式図。
【符号の説明】
【０１１２】
１  第１すだれ
２  第２すだれ
３  Ｘ線検出器
１０，１０Ｃ  ビーム入射角検出センサユニット
１１，１１Ｃ  第１すだれ層
１１ａ，１１Ｃａ  第１すだれ層のビーム遮蔽部
１１ｂ，１１Ｃｂ  第１すだれ層のスリット
１２，１２Ｃ  第２すだれ層
１２ａ，１２Ｃａ  第２すだれ層のビーム遮蔽部
１２ｂ，１２１Ｃｂ  第２すだれ層のスリット
１３  センサ
１３Ｃ  センサ層
１４，１５  電極リード
１６，１７  電極
１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ  電極パッド
１８ａ，１８ｂ  電極パッド孔
２０  単方向ビーム入射角測定ユニット
２０Ａ  双方向ビーム入射角測定ユニット
２１  基板
２２  熱シリコン窒化膜
２３  熱ＣＶＤ酸化膜
２４  溝パタン
２５  熱ＣＶＤシリコン窒化膜
２６  熱減圧ＣＶＤシリコン窒化膜
２７  ＣＶＤ酸化膜
２８  第１すだれ層
３０  シリコン窒化膜（保護膜）
８０，８１，８２，８３  ビーム入射角検出装置チップ
９０  移動装置
１００  ＬＳＩ回路層
１０１  ビーム入射角検出装置層
１０２  ＬＳＩチップ
１１０  微分回路
１１１  差動増幅器
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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