JP2010219528A - リソグラフィ装置のためのレベルセンサの構成及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】改良されたレベルセンサを提供する。
【解決手段】レベルセンサはリソグラフィ装置において基板表面高さを測定する。レベルセンサには、検出用の放射を基板に発する光源と、基板から反射された放射を測定するための検出器ユニットと、が設けられている。光源は、リソグラフィ装置において基板を処理するために使用されるレジストが反応する波長域の検出用放射を発する。
【選択図】図４

Description

本発明は、リソグラフィ装置及びデバイス製造方法に関する。特に、本発明は、レベルセンサの構成及び基板のレベル測定の方法に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板、通常は基板の目標部分に転写する機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いられる。この場合、例えばマスクまたはレチクルとも称されるパターニングデバイスが、集積回路の各層に対応した回路パターンを形成するために使用され得る。このパターンが基板（例えばシリコン基板）の（例えばダイの一部、あるいは１つまたは複数のダイからなる）目標部分に転写されることになる。パターンの転写は典型的には、基板に塗布された放射感応性材料（レジスト）層への像形成により行われる。一般に一枚の基板にはネットワーク状に隣接する一群の目標部分が含まれ、これらは連続的にパターン形成される。公知のリソグラフィ装置にはいわゆるステッパとスキャナとがある。ステッパにおいては、目標部分にパターン全体が一度に露光されるようにして各目標部分は照射を受ける。スキャナにおいては、所与の方向（スキャン方向）に放射ビームによりパターンを走査するとともに基板をスキャン方向に平行または逆平行に走査するようにして各目標部分は照射を受ける。また、パターンを基板にインプリントすることにより、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。

欧州特許出願EP-A-1037117には、リソグラフィ投影装置におけるオフアクシスのレベリングの構成が開示されている。この構成を使用することにより、リソグラフィマップにおける基板の高さマップが測定される。ここでのレベルセンサは、回折光学素子と、６００乃至１０５０ｎｍの範囲の波長の多色放射とを使用している。

改良されたレベルセンサの構成及び動作が提供されることが好ましい。

本発明の一態様によれば、リソグラフィ装置における基板の感光層表面の位置を測定するためのレベルセンサが提供される。レベルセンサは、基板からの反射された放射を動作中に測定するための検出器ユニットを備え、検出器ユニットは、基板を処理するために使用される感光層に反応する波長範囲の放射を測定する。

本発明の一態様によれば、基板の感光層表面の位置を測定するよう構成されているリソグラフィ装置が提供される。リソグラフィ装置は、基板により反射された化学線に基づいて高さを測定する。

本発明の一態様によれば、リソグラフィ装置における基板の感光層表面の位置を測定する方法が提供される。この方法は、基板からの反射された放射を動作中に測定することを含み、反射された放射は、基板を処理するために使用される感光層に反応する波長範囲にある。本発明の一態様によれば、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することを含むデバイス製造方法が提供される。この方法は、該基板により反射された化学線に基づいて基板の感光層表面の位置を測定する。

本発明の実施形態が以下に説明されるがこれらは例示に過ぎない。この説明に用いられる参照符号は各図面において対応する部分を指し示す。各図面において同様の符号は同様の部分を示す。

本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を示す図である。 投影格子を使用するレベルセンサの構成を模式的に示す図である。 基板上の層とレベルセンサの測定ビームとを含む模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係るレベルセンサの構成を模式的に示す図である。 検出器ユニットの一部を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る検出器ユニットの一部を示す断面図である。 フロントエンドプロセスに典型的な基板上の層を示す断面図である。 フロントエンドプロセス層をもつ基板の見かけ表面沈下量を２つの波長域について入射角度の関数として示すグラフである。 バックエンドプロセスに典型的な基板上の層を示す断面図である。 バックエンドプロセス層をもつ基板の見かけ表面沈下量を２つの波長域について入射角度の関数として示すグラフである。 本発明の一実施形態に係り、シャッタを含むレベルセンサの構成を模式的に示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す図である。この装置は、
放射ビームＢ（例えばＵＶ放射またはＤＵＶ放射）を調整するよう構成されている照明光学系（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を支持するよう構成され、いくつか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構成されている第１の位置決め装置ＰＭに接続されている支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
基板（例えばレジストでコーティングされたウエーハ）Ｗを保持するよう構成され、いくつかのパラメータに従って基板を正確に位置決めするよう構成されている第２の位置決め装置ＰＷに接続されている基板テーブル（例えばウエーハテーブル）ＷＴと、
パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば１つまたは複数のダイからなる）目標部分Ｃに投影するよう構成されている投影系（例えば屈折投影レンズ系）ＰＳと、を備える。

照明系は、放射の方向や形状の調整またはその他の制御用に、各種の光学素子例えば屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子または他の各種光学部品を含んでもよく、あるいはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。

支持構造は、パターニングデバイスを支持する。すなわち支持構造ＭＴは、パターニングデバイスの荷重を支える。支持構造は、パターニングデバイスの向きやリソグラフィ装置の構成、あるいはパターニングデバイスが真空環境下で保持されるか否かなどの他の条件に応じた方式でパターニングデバイスを保持する。支持構造においてはパターニングデバイスを保持するために、機械的固定、真空固定、静電固定、または他の固定用技術が用いられる。支持構造は例えばフレームまたはテーブルであってよく、必要に応じて固定されていてもよいし移動可能であってもよい。支持構造は、パターニングデバイスを例えば投影系に対して所望の位置に位置決めできるようにしてもよい。本明細書では「レチクル」または「マスク」という用語を用いた場合には、より一般的な用語である「パターニングデバイス」に同義であるとみなされるものとする。

本明細書では「パターニングデバイス」という用語は、例えば基板の目標部分にパターンを形成すべく放射ビームの断面にパターンを付与するために使用され得るいかなるデバイスをも指し示すよう広く解釈されるべきである。放射ビームに与えられるパターンは、基板の目標部分に所望されるパターンと厳密に対応していなくてもよい。このような場合には例えば、放射ビームのパターンが位相シフトフィーチャあるいはいわゆるアシストフィーチャを含む場合がある。一般には、放射ビームに付与されるパターンは、目標部分に形成される集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応する。

パターニングデバイスは透過型であっても反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、例えばマスクやプログラマブルミラーアレイ、プログラマブルＬＣＤパネルなどがある。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、バイナリマスクやレベンソン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、更に各種のハイブリッド型マスクが含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例としては、小型のミラーがマトリックス状に配列され、各ミラーが入射してくる放射ビームを異なる方向に反射するように個別に傾斜されるというものがある。これらの傾斜ミラーにより、マトリックス状ミラーで反射された放射ビームにパターンが付与されることになる。

本明細書では「投影系」という用語は、使用される露光光あるいは液浸や真空の利用などの他の要因に関して適切とされるいかなる投影系をも包含するよう広く解釈されるべきである。投影系には例えば屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系、磁気的光学系、電磁気的光学系、静電的光学系、またはこれらの任意の組み合わせなどが含まれる。以下では「投影レンズ」という用語は、より一般的な用語である「投影系」と同義に用いられ得る。

ここに説明されるのは、（例えば透過型マスクを用いる）透過型のリソグラフィ装置である。これに代えて、（例えば上述のようなプログラマブルミラーアレイや反射型マスクなどを用いる）反射型のリソグラフィ装置を用いることもできる。

リソグラフィ装置は２つ以上（２つの場合にはデュアルステージと呼ばれる）の基板テーブル（及び／または２つ以上のマスクテーブル）を備えてもよい。このような多重ステージ型の装置においては追加されたテーブルは並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルで露光が行われている間に他の１以上のテーブルで準備工程を実行するようにしてもよい。

リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部が液体で覆われるものであってもよい。この液体は比較的高い屈折率を有する例えば水などの液体であり、投影系と基板との間の空隙を満たす。液浸露光用の液体は、例えばマスクと投影系との間などのリソグラフィ装置の他の空間に適用されるものであってもよい。液浸技術は投影系の開口数を増大させる技術として周知である。本明細書では「液浸」という用語は、基板等の構造体が液体に完全に浸されているということを意味するのではなく、露光の際に投影系と基板との間に液体が存在するということを意味するに過ぎない。

図１に示されるようにイルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。例えば光源がエキシマレーザである場合には、光源とリソグラフィ装置とは別体であってもよい。この場合、光源はリソグラフィ装置の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームは光源ＳＯからイルミネータＩＬへとビーム搬送系ＢＤを介して受け渡される。ビーム搬送系ＢＤは例えば適当な方向変更用のミラー及び／またはビームエキスパンダを含んで構成される。あるいは光源が例えば水銀ランプである場合には、光源はリソグラフィ装置に一体に構成されていてもよい。光源ＳＯとイルミネータＩＬとは、またビーム搬送系ＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射系または放射システムと総称される。

イルミネータＩＬは放射ビームの角強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えてもよい。一般には、イルミネータの瞳面における強度分布の少なくとも半径方向外径及び／または内径の大きさ（通常それぞれ「シグマ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）」、「シグマ−インナ（σ−ｉｎｎｅｒ）」と呼ばれる）が調整される。加えてイルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の要素を備えてもよい。イルミネータはビーム断面における所望の均一性及び強度分布を得るべく放射ビームを調整するために用いられる。

放射ビームＢは、支持構造（例えばマスクテーブルＭＴ）に保持されるパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射して、当該パターニングデバイスによりパターンが付与される。マスクＭＡを通過した放射ビームＢは投影系ＰＳに進入する。投影系ＰＳはビームを基板Ｗの目標部分Ｃに投影する。第２の位置決め装置ＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）により基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。基板テーブルＷＴは例えば放射ビームＢの経路に異なる目標部分Ｃを順次位置決めするように移動される。同様に、第１の位置決め装置ＰＭと他の位置センサ（図１には明示せず）とにより放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。この位置決めは例えばマスクライブラリからのマスクの機械的交換後や露光走査中に行われる。一般にマスクテーブルＭＴの移動は、第１の位置決め装置ＰＭの一部を構成するロングストロークモジュール（粗い位置決め用）及びショートストロークモジュール（精細な位置決め用）により実現される。同様に基板テーブルＷＴの移動は、第２の位置決め装置ＰＷの一部を構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により実現される。ステッパでは（スキャナとは逆に）、マスクテーブルＭＴはショートストロークのアクチュエータにのみ接続されているか、あるいは固定されていてもよい。マスクＭＡと基板Ｗとは、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を用いてアライメントされてもよい。図においては基板アライメントマークが専用の目標部分を占拠しているが、アライメントマークは目標部分間のスペースに配置されてもよい（これはスクライブライン・アライメントマークとして公知である）。同様に、マスクＭＡに複数のダイがある場合に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。

図示の装置は例えば次のうちの少なくとも１つのモードで使用され得る。

１．ステップモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンの全体が１回の照射（すなわち単一静的露光）で目標部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは実質的に静止状態とされる。そして基板テーブルがＸ方向及び／またはＹ方向に移動されて、異なる目標部分Ｃが露光される。ステップモードでは露光フィールドの最大サイズが単一静的露光で転写される目標部分Ｃのサイズを制限することになる。

２．スキャンモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間（すなわち単一動的露光の間）、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期して走査される。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影系ＰＳの拡大（縮小）特性及び像反転特性により定められる。スキャンモードでは露光フィールドの最大サイズが単一動的露光での目標部分の（非走査方向の）幅を制限し、スキャン移動距離が目標部分の（走査方向の）長さを決定する。

３．別のモードにおいては、マスクテーブルＭＴがプログラム可能パターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とされ、放射ビームＰＢに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、基板テーブルＷＴが移動または走査される。このモードではパルス放射源が通常用いられ、プログラム可能パターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの毎回の移動後、または走査中の連続放射パルス間に必要に応じて更新される。この動作モードは、上述のプログラマブルミラーアレイ等のプログラム可能パターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。

上記で記載したモードを組み合わせて動作させてもよいし、各モードに変更を加えて動作させてもよいし、さらに全く別のモードでリソグラフィ装置を使用してもよい。

本発明の実施形態は、リソグラフィ装置における基板に関してレベルセンサ測定を実行するための方法及び構成に関する。

従来のレベルセンサにおいては、レベルセンサは基板Ｗの表面高さまたは表面高さプロファイルを測定する。レベルセンサの模式図を図２に示す。レベルセンサ測定は基板処理のすべての段階で実行される。基板Ｗに複数の層４が既に形成されている場合にも実行される。層４は例えば、酸化物層、ポリシリコン層、誘電体反射防止コーティング（ＤＡＲＣ）、金属層（例えば銅）、及びレジスト層を含む。

放射体６（例えば光源の形式をとる）は、パターン７（例えば３０μｍのピッチＰを有する格子）に放射を発し、そうして形成された放射ビームは基板Ｗ（または基板Ｗ上の複数層４の最上面）に投影される。この投影は、投影光学系（例えばレンズの形式をとる）９を使用して入射角θでなされる。リソグラフィ装置においてレベルセンサ測定に使用される放射は６００ｎｍ乃至１０５０ｎｍの波長範囲を持つ。すなわち、基板Ｗの処理に使用されるレジストが反応しない波長範囲である。反射された放射は、別のレンズ９を使用して基準格子８へと再度集束される。基準格子８により伝達された放射を処理するために検出器５が使用される。そして、測定信号が処理されて層４の高さが得られる。このレベルセンサの構成は、光学三角測量技術に基づいている。測定高さは検出器５により測定された信号の強度に直接関連しており、入射角に依存する周期性をもつ（Ｐ／２ ｓｉｎθ）。

実際には、基板Ｗ上のレジスト及びその下の処理済み層４は（半）透明である。ある波長の光が処理済みの下層で反射され、この反射光にレジスト層で反射された光がコヒーレントに加わる。こうした干渉作用が重なって、大きな測定誤差が生じうる。この誤差は層の真の厚さに依存する。干渉作用を平均化するために、およそ１オクターブの広波長域が使用される。これが図３に模式的に示される。入射ビーム１１の一部が層４（この例ではレジスト層のみを含む）の表面で反射して反射ビーム１２が生じる。ところが、入射ビーム１１の一部は層４の内部へと屈折し、基板Ｗと層４との界面で反射する。このビームは層４の表面でもう一度屈折して二次ビーム１３となる。二次ビーム１３は反射ビーム１２に平行である。その結果、層４の正確な高さｈとは異なる値が得られてしまう。

測定高さの真のレジスト高さからの偏差は、「見かけの表面沈下（ＡＳＤ）」と呼ばれる。このＡＳＤは、例えば６００ｎｍ乃至１０５０ｎｍの広帯域の光を使用して積層の干渉作用の有害な影響を平均化することにより最小化される。

ＡＳＤの影響は、ウェーハ表面とノズルとの間の圧力計測または流量計測に基づく補助センサ（エアゲージ）を使用して補正される。しかし、このセンサは遅いので、ウェーハ上の数フィールドでの散発的な較正に使用されるのみである。また、基板表面に非常に接近するので（およそ２００μｍ）装置の安全性に問題が生じうる。これを解決するには高価な安全対策が必要である。さらに、２種のセンサを併用することもコスト増をもたらす。

本発明の一実施形態に係るレベルセンサの構成１０が図４に示される。この構成は既述のリソグラフィ装置（図１参照）に適用される。光源１６は特定の光スペクトルを有し、基板Ｗに放射を発する。光源１６からの放射は投影用の格子１７に向けられる。投影格子１７は光源１６と基板Ｗとの間に配置されている。図示の実施例では複数のミラー１４、１５を含む反射投影光学系を使用して、投影格子１７の形成する像が基板Ｗに投影される。基板Ｗで反射された放射は、更なる複数の反射要素１４、１５を使用して検出器ユニット１８へと光学的に集束される。検出器ユニット１８には例えば紫外線センサが設けられており、基板Ｗから反射された放射を計測しかつその反射放射から基板高さ（プロファイル）を動作中に決定する。

本発明の実施形態によれば、公知のレベルセンサに比べて短い波長の入射ビーム１１を発する光源１６を使用することによりＡＳＤの影響が軽減される。具体的には、光源１６は、リソグラフィ装置で基板Ｗの処理に使用されるレジストが反応する波長域の放射を発する。言い換えれば、リソグラフィ装置のレベルセンサで使用される波長は、基板処理に使用されるレジストが感光する波長に変更されている。これは化学線（すなわち化学変化を引き起こす光放射）とも言われる。使用するレジストにもよるが、５００ｎｍ未満の波長で測定が実行されるということである。一実施例においては、４００ｎｍ未満の波長（ＵＶ放射）が使用されてもよいし、３００ｎｍ未満の波長（ＤＵＶ放射）が使用されてもよい。

短い波長がプロセスのロバスト性を改善する理由はいくつかある。波長が短いほどレジストの屈折率は増加する。これによりレジストと空気との界面での反射が増えてレジストに進入する光が減る。今日の薄膜においては干渉作用の平均化が短波長でも改善されている。バックエンドプロセスでは銅が用いられるが、この場合には短波長で極めて低反射率であるという銅の特性を利用することができる。また、ポリシリコンや炭素ハードマスク等の最近の多くのプロセス層は紫外線に不透明であり、レベルセンサには下層があまり見えない。この作用についての詳細は「Refractive Index Measurements of Photoresist and Antireflective Coatings with Variable Angle Spectroscopic Ellipsometry（R.A. Synowickiほか著、SPIE Vol. 3332、384-390頁）」を参照されたい。この文献ではＳｉＯＮが可視光域（ｋ＝０）では透明であるが４００ｎｍ以下の波長では光エネルギを吸収し始めることが記載されている。ＳｉＯＮは基板コーティングに使用される公知の非有機反射防止材料である。

レベルセンサによる測定にＵＶ光を用いるという思いつきは完全に受け入れ不可能であるように聞こえる。それは、決して基板を測定光で露光すべきでないという「神聖」なルールが存在するからである。しかしながら、システム上の要求をよく検討することで、レベリング測定は露光に通常使用されるよりもかなり低い極小の光レベルで行うことが可能であることが判明した。すなわち、更なる一実施例においては、（レベルセンサ測定に使用するために）基板Ｗに発せられる放射の線量（またはエネルギレベル）は予め定められた水準すなわち設定されたしきい値よりも小さい。このしきい値は例えば０．１ｍＪ／ｃｍ^２である。本発明の更なる一実施例によれば、レベルセンサ測定は、（図１を参照して）説明したリソグラフィ装置において実行される。この場合、投影系ＰＳから出射することが許容された迷光レベルに依存して予め定められた水準を使用する。上述の０．１ｍＪ／ｃｍ^２というしきい値は、リソグラフィ装置への実際の適用から導かれた値である。リソグラフィ装置においては、投影系ＰＳはその水準（約１％）の迷光がマスクパターンの露光中に基板Ｗに照射されることが許容されている。

しきい値設定の他の手法は、ロバストかつ反復可能な測定を実現するために要するエネルギの大きさはどの程度かということから考えることである。ある再現精度σ_ｈを実現するのに必要とされるフォトン数はおおよそ次式で与えられる。

σ_ｈを１ｎｍ、Ｐを３０μｍとした場合には、Ｎ_ｐｈは約６×１０^７となる。光検出器の効率を１０％、検出光学系の効率を７５％、レジストの反射（即ち鏡面反射）を２０％と仮定した場合には（これらは保守的な値であるが）、レジストに入射するフォトン数Ｎ_{ｐｈｏｔｏｎｓ}は４×１０^９となる。フォトン１つあたりの平均エネルギを６．６×１０^−１９Ｊとし、照射面積を２．５×２．５ｍｍ^２とすると、基板に入射するエネルギ密度は４×１０^−５ｍＪ／ｃｍ^２となる。これは、結像時のＵＶ迷光の要求水準（およそ０．１ｍＪ／ｃｍ^２）よりも大きさのオーダが小さい。

レベルセンサ１０により伝達された測定光のエネルギ線量が上述の予め定められたしきい値を超える場合であっても、上述のリソグラフィ装置（図１参照）での次の露光ステップを少し変更することにより本技術は使用可能である。この実施例においては、照明系ＩＬは、予め定められたしきい値を超える線量（またはエネルギレベル）をもつ放射をレベルセンサが与えた場合に、露光レベルのオフセットを適用するよう構成されている。すなわち、リソグラフィ装置のレベルセンサはしきい値を超える測定放射の線量（またはエネルギレベル）を基板Ｗに与えるよう動作し、その基板Ｗへの以降の露光ステップで線量補正を適用する。このようにして、レベルセンサの測定光による露光は基板Ｗ全体にわたって予測可能なＣＤのオフセットをもたらし、これは実際の露光中における少量の線量低減により補正が可能である。

更なる一実施例においては、レベルセンサ１０は、基板Ｗの全体にわたる測定光の光子エネルギの予測可能な分布（例えば均質な分布）を与えるよう構成されている。測定エネルギの実際の分布が既知である場合には、レベルセンサ測定中にそのエネルギ分布に依存して基板Ｗの実際の露光中に非常に単純な線量低減を適用することが可能である。

一実施例においては、光源１６は、本レベルセンサでの使用に適する特定の性質を有するものが使用される。重水素光源１６は約２００ｎｍ乃至４００ｎｍの波長スペクトルを有し、このスペクトルは分光放射照度が短波長ほど大きくなる。よって、測定高さへの複数層４の影響がほとんどまたはまったくない改良されたレベルセンサに特に適している。層の干渉は短波長で低感度となるからである。

更なる一実施例においては、検出器ユニット１８には、整合された複数の素子が設けられている。整合された素子は例えば放射検出器３５、３６である（下記の説明及び図６を参照）。整合された検出器３５、３６は、光源波長の関数であるエネルギプロファイルとは実質的に反比例であり波長の関数である感度プロファイルを有する。言い換えれば、使用される波長域での検出特性は、光源１６のそれと相補的である。

これに代えてまたはこれとともに、検出器ユニット１８におけるその他の（光学）素子が、例えばミラーの反射率または照明ファイバの透過率が、上述の整合された特性を得るよう調整されていてもよい。一例としては、短波長において高エネルギをもつ重水素光源が使用される場合に、検出器ユニット１８（または、より具体的には放射検出器３５、３６）は使用波長域の長波長側で高感度に設定される。このような整合のとりかたによって、レベルセンサ１０は波長の関数として実質的に均一な応答を与えることが可能となる。

公知のレベルセンサは図１及び図４の実施例に示されるように、格子を斜めの角度θで基板Ｗに投影する。反射された像が検出用の格子に投影される（例えば図１における基準格子８）。基板Ｗの垂直変位Ｚは検出格子に対し反射格子像を移動させる。これにより検出格子を透過した光に強度変化が生じる。この強度変化はＺ変位に比例する一方で、光源強度または基板（鏡面）反射率の変動によっても変化してしまう。これらの変動を取り除くには差分検出法が用いられる。この方法による公知の検出器ユニット５の構成においては、偏光子２１とシャープレート２２（例えばウォラストン（Wollaston）・プリズムの形式をとる）との組合せにより、反射ビーム２０から互いに横方向にずれた２つの格子像（ｅ及びｏ）が基準格子２３上に生成される。これを図５に模式的に示す。ｅ像及びｏ像は基準格子２３により伝達され２つの検出器（２５、２６）により検出される。そして、ｅ像及びｏ像は処理ユニット２７において、正規化された高さ信号ｈを与えるよう処理される。

この検出器ユニット５の公知の構成にはいくつかの欠点がある。偏光光学系（例えば偏光子２１）は高価であり、サイズの大型化とともに急速に価格が増加する。そのためレベルセンサを大視野へと大型化するとコスト増大を招く。ウォラストン・プリズムまたはシャープレートは、波長λ依存の位置ずれをもたらすという点で有色的である。この位置ずれにより、色依存の高さ誤差が生じる。この誤差は、ウォラストン・プリズム２２での分散が小さい長波長域では許容可能であり得るが、ＵＶ波長域に向けて急速に増加していく。

本発明の一実施形態によれば、振幅透過格子を使用するのではなく、三角形状のグレーティング形状をもつ比較的深さの浅い刻線が引かれた格子３１が使用される。図６に示すのが、一実施例に係る検出器ユニット１８の構成である。図示される検出器ユニット１８は、位相格子として機能する刻線格子３１を備える。刻線格子３１のピッチＰは、光源１６から発せられる放射の波長よりも大きい。ピッチＰは例えば、投影格子１７（図４参照）の像の周期に等しく、例えば３０μｍである。図６には透過性の格子３１が示されているが、代替例として反射性の刻線格子も使用可能である。透過性格子３１として適切な材料にはフッ化マグネシウムがあろう。これは（１２０ｎｍより大きい）使用波長域において十分に透明である。

刻線格子３１の三角形格子形状は１つの連続したくさび３１ａ、３１ｂとして機能する。このくさびは周知のスネルの法則に従って光ビーム２０の方向を変える。正のくさび３１ａ上の像は上方（ｕ）へと向けられ、負のくさび３１ｂ上の像は下方（ｄ）へと向けられる。刻線格子３１のちょうど中心に像が位置する場合には、ｕ像及びｄ像は等しい強度を持つ。このため、２つの検出器３５、３６に接続された処理ユニット３７の出力ｈはゼロとなる。基板高さが変わると投影格子３１の像位置がずれるので、ｕ信号とｄ信号とが釣り合わなくなる。

ｕビームとｄビームとがなす角度は投影格子１７に入射する像の発散度よりも大きくすべきである。また、刻線格子３１は光の発散度を増加させる。これは、波長依存の屈折（透過性の格子の場合に限る）と、くさびの大きさが有限であるために生じる回折とによるものである。回折による発散度は、おおよそ２λ／Ｐで与えられる。付加される発散度の合計は（０．１ラジアンのオーダと）小さく、実際の設計において許容可能である。なお、回折誘起の発散度増加は既存の偏光型検出（図５参照）においても存在することに留意すべきである。

図６の実施例における検出器ユニット１８にはいくつかの利点がある。例えば、実施例の構成は公知技術に比べて安価である。特にＵＶ領域においては偏光子２１及びシャープレート２２が非常に高価である。また、検出器ユニット１８は波長依存の高さオフセットを持たない。更に、容易に大視野のレベルセンサへと大型化することが可能である。

また、この新規の構成は、光の観点からも大変効率的である。つまり遮断される光がない。振幅格子８ではなく位相格子３１が使用されるからである。したがって、より多数の光子を使用した測定をすることができる。この検出器ユニット１８の実施例は、上述のようにＵＶレベルセンサの実施例に特に好適である。しかし、コスト低減のために、可視光波長で使用する公知のレベルセンサへの適用も可能である。

刻線格子３１自体は公知であり例えば分光の分野で使用されている。多くの適用例において刻線格子３１はブレーズ角を有する。本実施例ではブレーズ角は必須ではなくゼロに等しくてもよい。正のくさび３１ａ及び負のくさび３１ｂが刻線格子３１の法線に対しなす角度が等しくてもよい。

シミュレーション結果を示す。レベルセンサが５００ｎｍ乃至１０００ｎｍの波長域で使用された場合と、２００ｎｍ乃至４００ｎｍの波長域で（上述の実施例にて）使用された場合とを示す。見かけの表面沈下量（ＡＳＤ）を入射角θの関数として測定した。入射角及びＡＳＤを図７ｂ及び８ｂに示す。

１つ目のシミュレーションはフロントエンドプロセスに典型的な基板Ｗ上の複数層４についてのものである。基板Ｗ上の層４は下から順に、５０ｎｍの酸化層４ａ、７０ｎｍのポリシリコン層４ｂ、４０ｎｍの誘電体反射防止コーティング（ＤＡＲＣ）層４ｃ、８０ｎｍのレジスト層４ｄである（図７ａ参照）。得られたＡＳＤは２つのうち短波長域のほうが良好である。これは図７ｂにはっきりと表れている。

２つ目のシミュレーションはバックエンドプロセスに典型的な基板Ｗ上の複数層４についてのものである。基板Ｗ上の層４は下から順に、５０ｎｍの酸化層４ａ、７０ｎｍの銅層４ｅ、４０ｎｍの誘電体反射防止コーティング（ＤＡＲＣ）層４ｃ、８０ｎｍのレジスト層４ｄである（図８ａ参照）。得られたＡＳＤは同様に短波長域が良好である。これは図８ｂにはっきりと表れている。

上述の各実施形態に有用に組合せ可能である一実施例を述べる。この実施例では、光源１６からの化学線は、アライメント走査中、またはレベルセンサ測定を必要または有用としないいずれかの期間に基板Ｗに投射されないようにしている。この作用は図９に例示されるシャッタ１９を組み込むことにより実現されてもよい。シャッタ１９は所望の開閉状態に制御される。なお、シャッタ１９は投影格子１７の上流に配置することは必須ではなく、光源１６と基板Ｗとの間の光路上の任意の位置に設けてもよい。しかし、光源近傍にシャッタを配置することにより、反射された迷光や光路での加熱などの潜在的な問題を軽減することができる。他の構成としては、不使用時に光源を切るよう動作するコントローラＣを設けてもよい。この場合、機械的にはシャッタより単純であるものの、要求される切り換えがシステムの安定性に影響しうるという問題が生じる可能性がある。

本明細書ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、リソグラフィ装置は他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。他の用途としては、集積光学システム、磁区メモリ用案内パターンおよび検出パターン、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がある。当業者であればこれらの他の適用に際して、本明細書における「基板」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「目標部分」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。基板は露光前または露光後においてトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、及び／またはインスペクションツールにより処理されてもよい。適用可能であれば、本明細書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本明細書における基板という用語は既に処理されている多数の処理層を含む基板をも意味する。

ここでは特に光学的なリソグラフィを本発明に係る実施形態に適用したものを例として説明しているが、本発明は例えばインプリントリソグラフィなど文脈が許す限り他にも適用可能であり、光学的なリソグラフィに限られるものではない。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィーが基板に生成されるパターンを決める。パターニングデバイスのトポグラフィーが基板に塗布されているレジスト層に押し付けられ、電磁放射によってレジストが硬化される。レジストが硬化されてから、パターニングデバイスは、パターンが生成されたレジストから外されて外部に移動される。

本明細書において「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外（ＵＶ）放射（例えば約３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長を有する）、極紫外（ＥＵＶ）放射（例えば５乃至２０ｎｍの範囲の波長を有する）、及び、イオンビームまたは電子ビーム等の粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射を示す。

「レンズ」という用語は、文脈が許す限り、屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁的光学素子、及び静電的光学素子を含む１つまたは各種の光学素子の組み合わせを指し示すものであってもよい。

本発明の具体的な実施形態が上述のように説明されたが、本発明は上述の形式以外の形式でも実施可能であると理解されたい。例えば本発明は、上述の方法が記述された機械で読み取り可能な１以上の一連の指示を含むコンピュータプログラムの形式、またはこのようなコンピュータプログラムが記録されたデータ記録媒体（例えば半導体メモリや磁気・光ディスク）の形式をとってもよい。

本発明の種々の実施例を上に記載したが、それらはあくまでも例示であって、それらに限定されるものではない。本発明の請求項の範囲から逸脱することなく種々に変更することができるということは、関連技術の当業者には明らかなことである。

Claims (18)

1. リソグラフィ装置における基板の感光層表面の位置を測定するためのレベルセンサであって、
   基板からの反射された放射を動作中に測定するための放射検出器を備え、
   前記放射検出器は、基板を処理するために使用される感光層に反応する波長範囲の放射を測定することを特徴とするレベルセンサ。
2. 前記波長範囲の放射を基板に向けて発する光源と、
   基板を支持し前記表面を位置決めするための基板支持部と、を備え、
   前記光源の放射が前記検出器へと基板により鏡面反射されることを特徴とする請求項１に記載のレベルセンサ。
3. 前記光源は重水素光源であることを特徴とする請求項２に記載のレベルセンサ。
4. 前記波長範囲は４００ｎｍ未満の放射を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレベルセンサ。
5. 基板の感光層表面の受光する放射の線量が予め定められた水準を下回ることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のレベルセンサ。
6. 前記予め定められた水準は、１×１０^−８Ｊ／ｍ^２であることを特徴とする請求項５に記載のレベルセンサ。
7. 前記検出器ユニットは、前記光源の発する放射の波長よりも大きいピッチで刻線が刻まれた刻線格子を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のレベルセンサ。
8. 前記光源と基板との間に配置された投影用の格子をさらに備え、前記刻線格子のピッチと前記投影用の格子のピッチとが等しいことを特徴とする請求項７に記載のレベルセンサ。
9. 前記検出器ユニットは、光源波長の関数である分光放射照度プロファイルとは実質的に反比例であり波長の関数である感度プロファイルを有する素子を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のレベルセンサ。
10. 前記光源から基板に投射される光を遮るよう動作するシャッタをさらに備えることを特徴とする請求項２から９のいずれかに記載のレベルセンサ。
11. 前記光源を消灯するためのコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項２から９のいずれかに記載のレベルセンサ。
12. 基板の感光層表面の位置を測定するよう構成されているリソグラフィ装置であって、
    前記リソグラフィ装置は、基板により反射された化学線に基づいて高さを測定することを特徴とするリソグラフィ装置。
13. 請求項１から１１のいずれかに記載のレベルセンサを備えることを特徴とする請求項１２に記載のリソグラフィ装置。
14. 前記リソグラフィ装置は、基板の目標部分に露光放射のパターン付き放射ビームを投影する投影系をさらに備え、基板の感光層表面の受光する放射の線量が予め定められた水準以下であり、該水準は、前記投影系を出射することが許容されている迷光の大きさに依存することを特徴とする請求項１２または１３に記載のリソグラフィ装置。
15. 露光放射の放射ビームを調整する照明系を備え、該照明系は、前記レベルセンサにより与えられる放射の線量を補正するための露光レベルのオフセットを与えることを特徴とする請求項１２から１４のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
16. リソグラフィ装置における基板の感光層表面の位置を測定する方法であって、
    基板からの反射された放射を動作中に測定することを含み、
    反射された放射は、基板を処理するために使用される感光層に反応する波長範囲にあることを特徴とする方法。
17. リソグラフィ装置において基板上の感光層表面の位置を測定する方法であって、該リソグラフィ装置は前記感光層に放射ビームを投影し、前記感光層は前記放射ビームの波長を含む波長範囲の放射に反応する材料を含み、該測定方法は、
    前記感光層の材料が反応する前記波長範囲内の波長を有する測定放射ビームを前記感光性表面で反射し、
    反射された測定ビームを受光し、
    反射された測定ビームに基づいて前記感光性表面の位置を決定することを含むことを特徴とする方法。
18. パターニングデバイスから基板にパターンを転写することを含むデバイス製造方法であって、該基板により反射された化学線に基づいて基板の感光層表面の位置を測定することを含む方法。

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