JP2006179902A - 超音波距離センサ - Google Patents

Abstract

【課題】より効果的な距離センサを使用するシステム及び方法を提供すること。
【解決手段】照明システム、パターニング装置を支持するように構成された支持部、及び投影システムを備えるリソグラフィ装置。画素格子結像では、多数の小さな光学スポットがマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）を使用して基板表面上に結像される。ＭＬＡのｚ位置は、基板表面上にスポットの焦点を結ばせるため、かつ／又は基板表面の高さの差を補償するために調整可能である。集光調整は、基板表面近傍に設けられた超音波距離センサの出力に基づいている。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波距離センサに関し、より詳しくは、ただし限定ではなく、そのような超音波距離センサをリソグラフィ装置に使用することに関する。

リソグラフィ装置は基板上に、通常は基板の目標部分（ｔａｒｇｅｔ ｐｏｒｔｉｏｎ）上に、所望のパターンを施す機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）を製造するのに使用することができる。この場合には、或いはマスク又はレチクル（ｒｅｔｉｃｌｅ）とも呼ばれるパターニング装置を、ＩＣの個々の層に形成される回路パターンを生成するために使用することができる。このパターンは、基板（例えば、シリコン・ウエハ）上の（例えば、１つ又はいくつかのダイの一部を構成する）目標部分上に転写することができる。パターンの転写は通常、基板の上に設けられた感放射線性材料の層（例えば、レジスト）の上に結像することを介して行われる。一般に、単一の基板は、連続してパターン形成される隣接する目標部分のネットワークを含む。知られているリソグラフィ装置は、各目標部分が、目標部分上に全てのパターンを一時に露光することにより照射されるステッパと、基板を所与の方向（「スキャニング」方向）に平行に、又は非平行に同期してスキャンしながら、パターンを放射ビームを介してスキャンすることによって、各目標部分がこの方向に照射されるスキャナを含む。パターンを基板上にインプリントすることによって、パターニング装置から基板にパターンを転写することも可能である。

マスクレスのリソグラフィでは、各レンズがパターン形成されたビームのそれぞれの部分を受け集光するように配置された、一連のレンズを備える投影システムを使用して、基板の目標部分上にパターン形成されたビームを投影することが知られている。したがって、一連のレンズの各レンズは、基板上に放射のそれぞれのスポットを投影し、一連のレンズが集合的に基板上に放射パターンを投影する。リソグラフィ機械の１つの型式では、基板上のレジスト層の結像は、画素格子結像（ｐｉｘｅｌ ｇｒｉｄ ｉｍａｇｉｎｇ）を使用して行われる。これを達成するために、一連のマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）を使用して、多数の小さな光学スポットがレジスト層上に結像される。各ＭＬＡ又はＭＬＡ群のｚ位置は、スポットを基板の表面に焦点を結ばせるために調整可能である。ＭＬＡ群の集光は、基板の表面の高さの相異を補償することができるように調整可能である。ＭＬＡ群のそのような集光調整は、基板表面の近辺に設けられたレベル・センサの出力を基にしてフィード・フォワード・モードで行うことができる。従来システムの有効性は、そのような距離センサの精度によって限定されている。

したがって、より効果的な距離センサを使用するシステム及び方法が求められている。

本発明の一実施例によれば、基板の表面の高さを監視する超音波距離センサが提供される。このセンサは、超音波発信システム、超音波受信システム、及び信号プロセッサを備える。この超音波発信システムは、基板表面に向かって第１の送信ビーム、及び第２の送信ビームを発信する。超音波受信システムは、第１の送信ビームの基板表面からの反射によって生じる第１の反射ビーム、及び第２の送信ビームの反射によって生じる第２の反射ビームを受信する。信号プロセッサは、基板表面の高さを監視するために、送信され、かつ反射されたビームの発信及び受信間の時間差を示す超音波発信システム及び超音波受信システムからの受信信号を処理する。

本発明の一実施例によれば、照明システム、支持部、投影システム、及び超音波距離センサを備えるリソグラフィ装置が提供される。照明装置は、放射ビームを調整する。支持部は、パターニング装置を支持するように構成される。パターニング装置は、ビームをパターン形成する。投影装置は、基板の目標部分上にパターン形成されたビームを投影する。超音波距離センサは、基板表面の高さを監視し、超音波発信システム、超音波受信システム、及び信号プロセッサを備える。超音波発信システムは、基板表面に向かって第１の送信ビーム、及び第２の送信ビームを発信する。超音波受信システムは、第１の送信ビームの基板表面からの反射によって生じる第１の反射ビーム、及び第２の送信ビームの反射によって生じる第２の反射ビームを受信する。信号プロセッサは、基板表面の高さを監視するために、送信され、かつ反射されたビームの発信及び受信間の時間差を示す、超音波発信システム及び超音波受信システムからの受信信号を処理する。

本発明の一実施例によれば、基板表面高さを監視するための、以下のステップを含む方法が提供される。基板表面に向かって第１の超音波送信ビームを発信するステップ。第２の超音波送信ビームを発信するステップ。第１の送信ビームの基板表面からの反射によって生じる第１の反射ビームを受信するステップ。第２の送信ビームの反射によって生じる第２の反射ビームを受信するステップ。基板表面の高さを監視するために、送信され、かつ反射されたビームの発信及び受信間の時間差を示す信号を処理するステップ。

本発明の一実施例によれば、以下のステップを含む素子製造方法が提供される。基板表面高さの変化に応じてパターンの画像の集光を調整しつつ、パターニング装置から基板表面上にパターンを転写するステップ。基板表面高さは、以下の方法により監視される。基板表面に向かって第１の超音波送信ビームを発信すること。第２の超音波送信ビームを発信すること。第１の送信ビームの基板表面からの反射によって生じる第１の反射ビームを受信すること。第２の送信ビームの反射によって生じる第２の反射ビームを受信すること。基板表面の高さを監視するために、送信され、かつ反射されるビームの発信及び受信間の時間差を示す信号を処理すること。

本発明の別の実施例、特徴、及び利点、並びに本発明の様々な実施例の構造及び動作は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす添付の図面は、本発明の１つ又は複数の実施例を示し、説明と共に本発明の原理をさらに明らかにし、この関連する分野の技術者が本発明を製造し、使用できるようになる助けとなる。

次いで、本発明を添付の図面を参照して説明する。図面で、同一の参照番号は同一の、又は機能的に同様な要素を示す場合がある。さらに、参照番号の最左端の数字は、その参照番号が最初に現れた図面を示す場合がある。

図１は、本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を概略的に示す。この装置は、照明システム（照明器）ＩＬ、支持構造部（例えば、マスク・テーブル）ＭＴ、基板テーブル（例えば、ウエハ・テーブル）ＷＴ、及び投影システム（例えば、屈折投影レンズ・システム）ＰＳを備える。照明システムＩＬは、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射又は白色灯）を調整する。したがって、支持構造体ＭＴは、パターニング装置（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装置を正確に配置する第１の位置決め器ＰＭに結合されている。基板テーブルＷＴは、基板（例えば、レジストが塗布されたウエハ）Ｗを保持し、特定のパラメータに従って基板を正確に配置する第２の位置決め器ＰＷに結合されている。投影システムＰＳは、放射ビームＢに付与されたパターンを、基板Ｗ上の（例えば、１つ又は複数のダイを備える）目標部分Ｃ上にパターニング装置ＭＡによって投影する。

照明システムは、放射線を導き、形作り、又は制御するために、屈折、反射、磁気的、電磁気的、静電的又は他の種類の光学的構成部品、又はそれらの任意の組合せなどの、様々な種類の光学構成部品を含むことができる。

支持構造体は、パターニング装置を支持する、すなわちパターニング装置の荷重を受ける。それは、パターニングの向き、リソグラフィ装置の設計、又は、例えば、パターニング装置が真空環境中に保持されるか否かなどの他の条件に応じた方法で、パターニング装置を保持する。支持構造体は、パターニング装置を保持するために機械的、真空的、静電的又は他のクランプ技術を使用することができる。支持構造体は、例えば、要求に応じて固定可能な、又は移動可能なフレーム又はテーブルとすることができる。支持構造体は、例えば、投影システムに対してパターニング装置が所望の位置にあることを保証することができる。本明細書における術語「レチクル」、「マスク」のいかなる使用も、より一般的な術語「パターニング装置」の同義語であると考えることができる。

本明細書で使用される術語「パターニング装置」は、基板の目標部分にパターンを作り出すためなどに、その断面にパターンを有する放射ビームを付与するために使用することができる任意の装置を示すものとして広く解釈されるべきである。この説明を読めば通常の技術者に明らかになるであろうように、これは、任意の静的又は動的パターニング装置を含むことができる。

一実施例では、放射ビームに付与されたパターンが、基板の目標部分内の所望のパターンに厳密に対応していない可能性がある。例えば、パターンが位相シフト機能又は支援機能を含む場合である。一般に、放射ビームに与えられるパターンは、目標部分に作り出される、集積回路などの装置内の特定の機能層に対応するであろう。

様々な実施例では、パターン装置は透過型又は反射型である。パターニング装置の実施例には、限定ではないが、マスク、プログラマブル・ミラー・アレイ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｍｉｒｒｏｒ ａｒｒａｙ）、回析格子ライトバルブ（ｇｒａｔｉｎｇ ｌｉｇｈｔ ｖａｌｖｅ）、プログラマブルＬＣＤパネルなどが含まれる。マスクはリソグラフィでよく知られており、バイナリ、レベンソン型シフト、ハーフトーン型シフト、並びに様々な複合型のマスク種類を含む。プログラマブル・ミラー・アレイの一実施例は、入ってくる放射ビームを異なる方向に反射させることができるように各々を個々に傾かせることができる、小さなミラーの行列配置を使用する。

様々な実施例では、本明細書で使用される術語「投影システム」は、屈折、反射、反射屈折、磁気、電磁気及び静電的光学システム、又はこれらの組合せを含む、使用される照射放射に対し、或いは浸漬液体の使用又は真空の使用などの他の要因に対し適切な、任意の種類の投影システムを包含するものとして広く解釈されるべきである。本明細書での術語「投影レンズ」のいかなる使用も、より一般的な術語「投影システム」と同義語であると考えることができる。

一実施例では、この装置は（例えば、透過性マスクを使用する）透過型とすることができる。別法として、この装置は、（例えば、上記で述べたプログラマブル・ミラー・アレイを使用する、又は反射性マスクを使用する）反射型とすることもできる。

様々な実施例では、リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）の、又はそれを越える基板テーブル（及び／又は２つ又はそれを越えるマスク・テーブル）を有する型式とすることができる。そのような「多重ステージ」機械では、追加のテーブルは共に使用することができ、又は１つ又は複数の他のテーブルが照射のために使用されている間、１つ又は複数のテーブルで予備段階を行うことができる。

一実施例では、このリソグラフィ装置は、投影システムと基板の間の空間を満たすように、比較的高い屈折率を有する液体、例えば水、で基板の少なくとも一部分を覆うことができる。浸漬液体は、リソグラフィ装置の他の空間、例えば、マスクと投影システムの間にも適用することができる。浸漬技術が投影システムの開口数を増加させることは、この分野でよく知られている。本明細書で使用される術語「浸漬」は、基板などの構造体が液体中に浸漬しなければならないことを意味するのではなく、単に照射中液体が投影システムと基板の間に配置されることを意味する。

図１を参照すると、照明器ＩＬが放射源ＳＯから放射ビームを受ける。線源とリソグラフィ装置は、例えば、線源がエキシマ・レーザであるときは、別の構成要素とすることができる。そのような場合は、線源はリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは線源ＳＯから照明装置ＩＬに、例えば、適切な案内ミラー及び／又はビーム拡大器を備えるビーム供給システムＢＤを用いて移動される。別の場合は、例えば、線源が水銀ランプの場合は、線源はリソグラフィ装置の一体化した部分とすることができる。線源ＳＯ及び照明器ＩＬは、必要な場合ビーム供給システムＢＤと共に、放射システムと呼ぶことができる。

照明器ＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するための調整器ＡＤを備えることができる。一般に、照明器の瞳面（ｐｕｐｉｌ ｐｌａｎｅ）内の強度分布の少なくとも外側及び／又は内側半径方向の広がり（一般にそれぞれσアウター（σ−ｏｕｔｅｒ）及びσインナー（σ−ｉｎｎｅｒ）と呼ばれる）を調整することができる。さらに、照明器ＩＬは、インテグレータＩＮ及び集光レンズＣＯなどの、様々な他の構成部品を備えることができる。照明器は、放射ビームがその断面で所望の均一性及び強度分布を有するように調整するために使用することができる。

放射ビームＢは、支持構造体（例えば、マスク・テーブルＭＴ）上に保持されたパターニング装置（例えば、マスクＭＡ）上に入射し、パターニング装置によってパターン形成される。マスクＭＡを横切ることによって、放射ビームＢは、ビームを基板Ｗの目標部分Ｃ上に焦点を結ばせる投影システムＰＳを通過する。

第２の位置決め器ＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉装置、リニアエンコーダー又は容量センサ）を使用して、基板テーブルＷＴを正確に、例えば、異なる目標部分Ｃを放射ビームＢの通路内に配置することができるように移動することができる。同様に、第２の位置決め器ＰＭ及び（図１にはっきりと示されていない）別の位置センサを、例えば、マスク・ライブラリからの機械的に取り出された後で、又はスキャン中に、マスクＭＡを放射ビームの通路に対して正確に位置決めするために使用することができる。

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の一部をなす長ストロークのモジュール（粗位置決め）及び短ストローク・モジュール（精密位置決め）を使用して実現することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２の位置決め装置ＰＷの一部をなす長ストローク・モジュール及び短ストローク・モジュールを使用して実現することができる。

（スキャナではなく）ステッパの場合は、マスク・テーブルＭＴは、短ストローク・アクチュエータにのみ連結することができ、又は固定することができる。

一実施例では、マスク位置合わせマークＭ１、Ｍ２及び基板位置合わせマークＰ１、Ｐ２を使用して、マスクＭＡ及び基板Ｗは位置合わせすることができる。図示の基板位置合わせマークは、専用の目標部分を占有しているが、目標部分の間の空間に配置することができる（これらはスクライブ・レーン（ｓｃｒｉｂｅ−ｌａｎｅ）位置決めマークとして知られている）。同様に、マスクＭＡ上に複数のダイが設けられている場合には、マスク位置決めマークはダイの間に配置することができる。

記述された装置は、以下のモードの少なくとも１つで使用することができる。

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ＷＴは、基本的に静止して維持され、一方、放射ビームに付与された全てのパターンは、一時に目標部分Ｃ上に投影される（すなわち、単一の静止照射）。基板テーブルＷＴは次いで、別の目標部分Ｃを照射できるように、Ｘ及び／又はＹ方向に移動される。ステップ・モードでは、照射領域の最大寸法が、単一の静止照射で結像される目標部分Ｃの寸法の限界となる。

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ＷＴは、放射ビームの付与されたパターンが目標部分Ｃ上に投影される間、同調してスキャンされる（すなわち、単一動的照射）。マスク・テーブルＭＴに対する基板テーブルの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び画像反転特性によって決まる。スキャン・モードでは、照射領域の最大寸法が単一動的照射での目標部分の（非スキャニング方向での）幅を限定し、一方、スキャニング動作の長さは、目標部分の（スキャニング方向での）高さを決める。

３．別のモードでは、マスク・テーブルＭＴは、プログラマブル・パターン装置を保持して基本的に静止して維持され、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃ上に投影される間、基板テーブルＷＴが移動され、又はスキャンされる。このモードでは一般にパルス状の放射源が使用され、プログラマブル・パターン装置は、基板テーブルＷＴの各動作の後で、又はスキャン中の連続する放射パルス間で必要に応じて更新される。この動作モードは、上記で述べた型式のプログラマブル・ミラー・アレイなどのプログラマブル・パターニング装置を使用するマスクレスのリソグラフィに容易に適用することができる。

画素格子結像モード：基板上に形成されたパターンは、パターン・アレイ上に向けられたスポット発生器により形成されるスポットの後続の照射によって実現される。照射されるスポットは、実質的に同じ形状を有する。基板上で、スポットは実質的にグリッド内にプリントされる。一実施例では、スポット寸法は、プリントされた画素格子のピッチより大きいが、照射スポット・グリッドよりずっと小さい。プリントされるスポットの強度を変更することにより、パターンが実現される。露光フラッシュの間に、スポット上の強度分布が変更される。

上記で述べた使用モードの組合せ及び／又は変形形態、又は別の使用モードも使用することができる。

一実施例では、リソグラフィ機械は、フラットパネル・ディスプレイの製造に使用することができる。この実施例では、リソグラフィ装置は、マスクの画像を基板の上面の感光性のレジスト層上に投影する。一実施例では、画像は、レジスト層上に光学スポットの焦点を合わせるためにｚ位置を調整可能な一連のＭＬＡを使用する画素格子結像を使用して照射される。

この実施例では、マスク上に光学的設計で再現可能な最小の細部（約λ／ＮＡ、ここでλは照射される放射線の波長であり、ＮＡはレンズ・システムの開口数である）を転写するために、画像面は基板上のレジスト層と一致しなければならない（又は、換言すれば、レジストは焦点が合っていなければならない）。レジスト層の焦点が合っていない場合は、画像はボケるであろう。

画像が鮮明である範囲に関しては、焦点深度（約λ／（ＮＡ）^２）は、通常のＵＶリソグラフィ機械では小さい（例えば、波長λ＝３５０ｎｍ、開口数ＮＡ＝０．２とすると焦点深度は約９μｍ）。試料台の平坦度、及び基板の厚さが通常の焦点深度より大きく変動するので、基板の位置又は画像面は、基板表面の高さ（すなわち、基板上のレジスト層の上面）の変動を補償するために照射中調整しなければならない。そのような調整が効果をあげるために、画像面の位置及び基板の高さマップを測定することが必要である。

高さマップは、様々な原理に基づいた距離センサによって測定することができる。一実施例では、トランスデューサによって発生し、基板上のレジスト層に移動し、レジスト層で反射され、次いでそれが検出されるトランスデューサに移動して戻る超音波パルスの飛行時間を測定することにこのセンサは基づく。

トランスデューサとレジスト層の上面の間の距離がｈの場合、飛行時間は、
ｔ＝２＊ｈ／ｖｓｏｕｎｄ ここで、ｖｓｏｕｎｄは音速
で与えられる。

したがって、ｔが測定され、音速が既知の場合はｈを計算することができる。

理論的には、超音波パルスは、レジストの表面で反射するのみならず、基板それ自体の上面及び下面でも反射する。音響インピーダンスＲＡ１を有する第１の媒体から音響インピーダンスＲＡ２を有する第２の媒体に入るとき、音波の反射係数は、
（ＲＡ１−ＲＡ２）^２／（ＲＡ１＋ＲＡ２）^２
になる。

例えば、「Ｔｈｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、Ｊｏｈｎ Ｇ．Ｗｅｂｓｔｅｒ，ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ １９９９ ＩＳＢＮ ０−８４９３−８３４７−１のセクション６．７を参照されたい。本書はその全体を参考として本明細書に援用する。

音響インピーダンスＲＡは、ρ＊ｖｓｏｕｎｄで与えられる。ここで、ρは音響波がそこを通過して移動する媒体の比密度であり、ｖｓｏｕｎｄは媒体（空気、液体又は固体）中の音速である。空気に対しては音響インピーダンスRAは約３００、一方、液体及び固体に対しては音響インピーダンスRAは約１．５＊１０^６であり、したがって、音波は空気−レジスト遷移領域によってほとんど完全に反射され、その結果、トランスデューサとレジスト表面の間の距離のみが測定される。

トランスデューサとレジスト表面の間の距離ｈは、空気中の音速ｖｓｏｕｎｄが既知の場合、以下の式を使用して飛行時間から計算することができる。
ｈ＝ｖｓｏｕｎｄ／（２ｔ）
別の実施例では、ｈは公式ｈ＝ｖｓｏｕｎｄ／ｔを使用して計算することができる。

音速は、空気の相対湿度、圧力及び温度によって決まる空気密度、並びに超音波の周波数によって決まる。

ｖｓｏｕｎｄは空気密度が既知の場合計算することができるが、より簡単な解決策は、レジスト表面に対する測定に加え、超音波センサによって行われる基準測定に対するものである。この場合は、基準測定はもう１つの測定と同じトランスデューサ周波数を使用し、２つの測定が行われる空気が同じ性質を有するように、もう１つの測定に近接して行われる。

例示的な超音波距離センサ
図２は、本発明の一実施例による超音波距離センサを示す。このシステムは、基板表面３（レジスト層の上面）に向かって第１の送信ビーム５を発信する第１のトランスデューサ１、及び基準面４に向けた第２の送信ビーム７を発信するための、第１のトランスデューサにすぐ隣接する第２のトランスデューサを含む。第１の送信ビーム５は基板表面３から反射され、表面３から反射されたビーム６は第１のトランスデューサに向かって逆送信される。第２の送信ビーム７は基準面４から反射され、表面４から反射されたビーム８は第２のトランスデューサに向かって逆送信される。第１のトランスデューサ１はビーム６の受信を検知し、第２のトランスデューサ２はビーム８の受信を検知する。以下で説明する方法で基板表面３の高さを監視するために、送信されかつ反射されたビーム５、６及び７、８の発信と受信間の飛行時間ｔ１及びｔ２を示す第１のトランスデューサ１及び第２のトランスデューサ２から受ける信号を処理するために、信号プロセッサ（図示せず）が設けられている。

第１のトランスデューサ１は、トランスデューサ１と基板表面３の間の飛行時間ｔ１を測定し、第２のトランスデューサ２は、トランスデューサ２と基準表面４の間の飛行時間ｔ２を測定し、どちらの測定も同一の成分を有する空気を通して行われる。したがって、第２のトランスデューサ２と基準表面４の間の距離ｈｒｅｆが既知の場合、ｖｓｏｕｎｄは以下の式から計算できることになる。
ｖｓｏｕｎｄ＝（ｈｒｅｆ／２）／ｔ２

その結果、第１のトランスデューサ１と基板表面３の間で測定されるべき距離ｈは、信号プロセッサによってｖｓｏｕｎｄと無関係である以下の式から計算できる。
ｈ＝ｔ１＊ｖｓｏｕｎｄ／２＝ｈｒｅｆ＊ｔ１／ｔ２

図３は、本発明の一実施例による超音波距離センサを示す。この実施例では、第２のトランスデューサ２によって表面４に向かって送信される第２の送信ビーム７、及び表面４から反射されるビーム８が、第１のトランスデューサ１によって基板表面３に向かって送信される第１の送信ビーム５及び表面３から反射されるビーム６に対して横切るよう第２のトランスデューサ２及び基準表面４は配置されている。この場合も測定は実質的に同じ成分の空気を通り行われ、信号プロセッサによる基板表面高さｈの決定も上記で述べたのと同じ方法で行われる。

図４は、本発明の一実施例による超音波距離センサを示す。この実施例では、第１のトランスデューサ１及び第２のトランスデューサ２は、既知の高さの差ｄを有して取り付けられている（第２のトランスデューサ２の基板表面３からの距離は知られていない）。信号プロセッサは、送信され反射されたビーム５、６及び７、８の発信と受信間の飛行時間ｔ１及びｔ２を示す第１のトランスデューサ１及び第２のトランスデューサ２から受けた信号から異なる方法で第１のトランスデューサ１と基板表面３の間の距離ｈを求める。反射されたビーム６及び８は、この場合どちらも基板表面３から反射される。

この実施例では、トランスデューサ１と表面３の間の飛行時間ｔ１は、ｔ１＝２＊ｈ／ｖｓｏｕｎｄによって与えられ、かつ、トランスデューサ２と表面３の間の飛行時間は、ｔ２＝２＊（ｈ＋ｄ）／ｖｓｏｕｎｄで与えられ、それらからｖｓｏｕｎｄ＝２ｄ／（ｔ２−ｔ１）、したがって、第１のトランスデューサ１と基板表面３の間の測定される距離ｈは、ｖｓｏｕｎｄに無関係である以下の式から信号プロセッサで計算することができる。
ｈ＝ｄ＊ｔ１／（ｔ２−ｔ１）

この実施例では、高さの差ｄは既知である。例えば、ｄはトランスデューサ１及びトランスデューサ２を測定された距離だけ離して取り付けることによって知ることができる。別法として、高さの差ｄは、基板を２つの高さの差ｄｈが既知である２つの異なる高さｈ及びｈ＋ｄｈで測定する較正ステップによって求めることができる。この較正ステップでは、信号プロセッサは、これら２つの異なる高さに対し、基板が高さｈにあるときの測定された飛行時間ｔ１及びｔ２、及び基板が高さｈ＋ｄｈにあるときの測定された飛行時間ｔ１’及びｔ２’から、ｄを計算することができる以下の式を使用して、第１のトランスデューサ１と基板表面３の間の高さ測定値ｄおよびｄ＋ｄｈを計算する。
ｈ＝ｄ＊ｔ１／（ｔ２−ｔ１）
ｈ＋ｄｈ＝ｄ＊ｔ１’／（ｔ２’−ｔ１’）

図５は、本発明の一実施例による超音波距離センサを示す。この実施例では、単一のトランスデューサ１’のみが、送信され反射されたビーム５、６及び７、８の発信及び受信間の飛行時間ｔ１及びｔ２の測定に使用される。トランスデューサ１’から基板表面３に移動する超音速ビームは、ビームの部分が基準表面４によって、かつ、基板表面３によって反射されるのを可能にするような特定の直径を有するべきである。信号プロセッサが反射された音波を処理するとき、基板表面３によって反射されたビームの部分の飛行時間ｔｓ、及び基準表面４によって反射されたビームの部分の飛行時間ｔｒを識別することができる。

この場合、
ｔｓ＝２＊ｈ／ｖｓｏｕｎｄ
ｔｒ＝２＊ｈｒｅｆ／ｖｓｏｕｎｄ
これらから信号プロセッサによって使用される、ｖｓｏｕｎｄに無関係な以下の式が誘導される。
ｈ＝ｈｒｅｆ＊（ｔｓ／ｔｒ）

図６は、本発明の一実施例による超音波距離センサ１０を示す。この実施例では、単一のトランスデューサが、図５を参照して上述した検知技術を実行するために使用される。この場合、トランスデューサ１１からの超音波ビームは、トランスデューサ１１から既知の距離に配置された基準反射器１２から部分的に反射され、かつ、基板の表面１４におけるレジスト層から部分的に反射されるように反射器１２を通過する。トランスデューサ１１は、１つは基準反射器１２からの、もう１つは基板表面１４からの２つのエコーを受信し、これらのエコーがトランスデューサで受信された移動時間ｔｒ及びｔｓを、トランスデューサと基板の間の空気の温度及び湿度変化を補償しつつ、上記で示したようにレジスト表面の高さを求めるために使用することができる。

一実施例では、１つのトランスデューサのみを使用することは、１つのトランスデューサのみが必要とされることによって、原価削減が可能になる。しかしながら、基準反射基板のための余地を有するために、トランスデューサは、２つのトランスデューサが使用される配置より基板表面から（数ｍｍ大きな）大きな距離で間隔を開けて配置される。

一実施例では、２つのトランスデューサを使用することによって、検出器配置のプロセス依存挙動に起因する誤差を、それらがどちらのトランスデューサについても同じになるため打ち消すことができる。しかしながら、どちらのトランスデューサも基板の同じ部分で測定する必要があり、したがって、トランスデューサをスキャニング方向で前後に配置しなければならない。

一実施例では、高精度のために空気に対する良好なカップリング効率を有する高周波超音波トランスデューサが使用される。このトランスデューサは、正確な移動時間測定、並びに短距離測定範囲（ｓｈｏｒｔ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｒａｎｇｅ）及び高パルス繰り返し率が可能なマイナー・リンギング（ｍｉｎｏｒ ｒｉｎｇｉｎｇ）ができるように、良好なパルス応答を達成するための広い帯域幅を有する。一般に、商業的に入手可能な超音波距離測定システムは、要求されるこの用途に適さない狭帯域幅のトランスデューサを使用する。最大分解能のためには、要求されるトランスデューサの最適中心周波数は、可能な限り高く、少なくとも数百ｋＨｚとすべきである。しかしながら、高周波数では、例えば、１ＭＨｚで約１６０ｄＢ／ｍから４ＭＨｚで約２０００ｄＢ／ｍへと、空気の吸収が劇的に増大する。これは約５ｍｍの最小自由動作範囲に対応する、約１０ｍｍでの約２０ｄＢの反射減衰量より大きいことに該当する。したがって、トランスデューサ最大中心周波数は約４ＭＨｚに限定される。

トランスデューサ開口部（作動直径（ａｃｔｉｖｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ））は、ビーム形状、並びに距離が平均化される領域である基板上のトランスデューサ音波到達範囲（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）に影響を及ぼす。一実施例では、これで十分な空間分解能が可能となる場合には、無視可能なビーム拡散性を有するペンシル・ビームが使用される。

図７は、本発明の一実施例による距離検出器に関連する電子回路のブロック図である。この検出器は２重のセンサ・ユニット２０及び２１を備え、各々のユニットは２個の独立の超音波トランスデューサ及び関連するフロント・エンド電子機器を含む。一実施例では、各センサ・ユニットは、各々が前置増幅器／リミッター・ユニットを有する２個の圧電トランスデューサを含む。この２個のトランスデューサは、２個のトランスデューサ間の移動時間の差によって音響速度を求めることができるように、較正された量だけ垂直方向にオフセットされている。センサ・ユニット２０及び２１は、センサ・ユニットにトリガ・パルスを供給する共通の超音波パルサ２２、及び異なるトランスデューサ用の後置増幅器／フィルター・ユニット２３、２４、２５及び２６を含む中央電子ユニットに、ケーブルによって接続されている。

後置増幅器／フィルター・ユニット２３、２４、２５及び２６の出力は、４チャンネル高周波一時レコーダ２７（例えば、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器及びメモリ）のチャンネルに供給される。マイクロプロセッサ２８が測定プロセスを制御し、レコーダ２７によって受け取られる測定結果に応じてリソグラフィ機械の残りの部分と通信する。各センサ・ヘッドに対して検出器は、２つの個々の、独立のプロセス、すなわちデータ取得及び解析を行う測定プロセス、並びに制御パラメータの入力及び測定データの出力を含むメインマシンとのインターフェイスを取り扱う通信プロセスを走らせる。

図８は、本発明の一実施例による単一のセンサ・ヘッドに対する測定プロセスを示す。データ取得／測定プロセスは、開始ルーチン３０で開始し、２個のトランスデューサに対応する２つのチャンネルＡ及びＢの各々に対し送信ルーチン３１が追従し、そこでパルサは、対応するトランスデューサに短い超音波パルスを強制的に発信させるように電子的送信パルスを発生させる。同時に、一時レコーダを開始させるために取得ルーチン３２がトリガされる。トランスデューサによって受けられたエコー信号が一時レコーダによって（例えば、２つのチャンネルに対し同時に）記録された後で、プロセッサ・ソフトウエアは、各チャンネルに対する結果の選択された時間窓（ｔｉｍｅ ｗｉｎｄｏｗ）を転送ルーチン３３内に記憶させるために転送する。これにより、トリガ・ルーチン３４の中で、時間窓内のデータからエコー到着時間が決まる。各チャンネルに対する移動時間は、送信パルスの開始からエコー（最初又は特定の倍数のエコーのいずれか）の到着までの間の経過時間の量である。

別のソフトウエア・アルゴリズムは、次の送信／受信シーケンスが距離及び／又は音速の漸進的な変動を追跡するための追跡ルーチン３５を行うように、必要な場合補正しつつ、移動時間に関連する窓の配置を監視する。モード・ルーチン３６で、移動時間測定の統計値が、それに従って以下の内の１つであるモード・パラメータをセットするために監視される。すなわち、（ｉ）スタートアップに際し入る、エコーが広域の時間窓内で捜され計算された移動時間の統計値が監視される初期設定モード、（ｉｉ）安定動作が達成された後で入る、約±３σ限界を超える異常値が捨てられる通常モード、及び／又は（ｉｉｉ）選択された数の異常値が互いに近接して検出され、異常値の取り除きが不可能となった後で入り、その結果、距離測定のステップへの迅速な対応が可能となるロッキング・モードである。ロッキング・プロセスの完了で、システムは通常モードに戻る。

測定された移動時間は、サーキュラ・バッファ３７に入れられ（例えば、前に記録されたデータの上書き）、新たな値を加え、一方、最も古い値を取り除くことによって、バッファ内のすぐ前のｎサンプルにわたる平均値を再計算するのにも使用される。２つのチャンネルに対するバッファ３７からのチャンネルＡ及びＢに対する移動時間から音速が計算され、第３のｃｉｒｃｕｌａｒバッファ３８に記憶される。この実施によって、異常値が取り除かれ、最新のｎ測定値にわたり平均化され、最小限の計算オーバーヘッド（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｏｖｅｒｈｅａｄ）を有し、１とバッファ長間の任意の点での平均フィルター長ｎを有する、最新の測定値をいつでも確実に入手可能となる。

最初のエコーをトリガするとき、約２０のｎの値が、要求される精度を達成するのに適当であるはずである。チャンネル間の統計値が、例えば、距離のオフセット量に応じて少し異なる可能性があるので、ｎは各チャンネル及び第３のバッファ内の音速に対して別々にセットすることができる。この能力は特に、この最後の場合に対して重要である。何故なら、距離オフセット量は、個々の測定距離の１部分でしかなく、その結果、このバッファに対して、ｎは距離オフセット量と個々の距離の間の比のほぼ２乗に大抵はセットされるべきであると推定されているからである。

このデータ取得／測定プロセスとは別に、機械の残りの部分に対するデジタル・インターフェイス３９からデータに対する要求を受けたとき、読み出しルーチン４０によってチャンネルＡ及びＢ及び音速の平均値から最新の値が読み出され、Ａ及びＢ用の範囲を計算するために計算ルーチン４１内で使用され、それらをデジタル・インターフェイスに供給する距離出力プロセスが設けられる。

超音波発信器及び検出器電子回路に加え、温度補償を行うことができるように、空気温度を検出するために熱電対センサが設けられる。

この本文中で、集積回路（ＩＣ）の製造にリソグラフィ装置を使用することを特に参照しているが、本明細書で説明したリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁区メモリの案内及び検出パターン、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、等々などの他の用途を有することができることを理解されたい。当業者は、そのような代替用途の文脈で、本明細書の術語「ウエハ」又は「ダイ」のいかなる使用も、それぞれより一般的な術語「基板」又は「目標部分」と同義語として考えることができることを理解するであろう。

一実施例として、本明細書で呼ばれている基板は、暴露の前又は後で、例えば、トラック（ｔｒａｃｋ）（通常レジスト層を基板に塗布し、暴露されたレジストを現像するツール）、測定ツール及び／又は検査ツールで処理することができる。本明細書での開示は、適用可能なときは、そのような及び他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板は例えば、複層ＩＣを作り出すために、複数回処理することができる。したがって、本明細書で使用する術語基板は、複数回の処理された層を既に含む基板を示すこともできる。

上記で、光学的リソグラフィの文脈で本発明の実施例の使用を特に参照しているけれども、本発明は、他の用途、例えば、インプリント・リソグラフィで使用することができ、文脈が許す場合は、光学的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、パターニング装置の形状が基板上に作り出されるパターンを画成する。パターニング装置の形状は、基板に供給されたレジスト層内に圧入されることができ、その後すぐレジストは電磁気放射、熱、圧力又はそれらの組合せを加えることによって硬化される。パターニング装置はレジストから外に移動され、レジストが硬化された後、レジスト内にパターンが残される。

本明細書で使用される術語「放射」及び「ビーム」は、（例えば、約３６５、２４８、１９３、１５７及び１２６ｎｍの波長を有する）紫外線（ＵＶ）放射、及び（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）超紫外線（ＥＵＶ）放射、並びにイオン・ビーム又は電子線ビームなどの粒子ビームを含む、全ての種類の電磁放射を包含する。

文脈が許す場合は、術語「レンズ」は、回析、反射、磁気、電磁気及び静電的光学構成部品を含む、様々な種類の光学構成部品の任意の１つ又は組合せを示すことができる。

上記で本発明の特定の実施例を説明してきたが、本発明は説明した以外の別の方法で実施することができることを理解されたい。例えば、本発明は、上記で開示した方法を説明する機械読み取り可能な指示書の１つ又は複数のシーケンスを含むコンピュータ・プログラム、又はその中にそのようなコンピュータ・プログラムを記憶させたデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気又は光学ディスク）の形態を取ることができる。

結論
本発明の様々な実施例を上記で開示してきたが、それらは例示の目的でのみ公開され、限定のためではないことを理解されるべきである。関連する分野の技術者には、形態及び詳細において、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変形形態がその中に作り出すことができることは明らかであろう。したがって、本発明の広さ及び範囲は、上記で開示したいかなる例示的な実施例によっても限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物に従ってのみ画成されるべきである。

要約書の項ではなく、課題を解決するための手段の項が特許請求の範囲を解釈するために使用されるためのものであることを理解されたい。要約書の項は、発明者（等）によって企図された本発明の全ての例示的実施例ではなく、１つ又は複数の実施例を示しており、したがって、決して本発明及び添付の特許請求の範囲を限定するためのものではない。

本発明の一実施例による、リソグラフィ装置を示す図である。 本発明の様々な実施例による、超音波距離センサのうちの１つを示す図である。 本発明の様々な実施例による、超音波距離センサのうちの１つを示す図である。 本発明の様々な実施例による、超音波距離センサのうちの１つを示す図である。 本発明の様々な実施例による、超音波距離センサのうちの１つを示す図である。 本発明の一実施例による、レイアウトの図である。 本発明の一実施例による、考え得る制御構成のうちの１つの図である。 本発明の一実施例による、考え得る制御構成のうちの１つの図である。

符号の説明

ＩＬ 照明システム
ＭＴ 支持構造部
ＷＴ 基板テーブル
ＰＳ 投影システム
Ｂ 放射ビーム
ＰＭ 第１の位置決め器
Ｗ 基板
ＰＷ 第２の位置決め器
Ｃ 目標部分
ＭＡ パターニング装置
ＳＯ 放射源
ＢＤ ビーム供給システム
ＩＮ インテグレータ
ＣＯ 集光レンズ
ＩＦ 位置センサ
Ｍ１、Ｍ２ マスク位置合わせマーク
Ｐ１、Ｐ２ 基板位置合わせマーク
１ 第１のトランスデューサ
２ 第２のトランスデューサ
３ 基板表面
４ 基準面
５ 第１の送信ビーム
６ 第１の反射ビーム
７ 第２の送信ビーム
８ 第２の反射ビーム
１０ 超音波距離センサ
１１ トランスデューサ
１２ 基準反射器
１４ 基板表面

Claims (23)

1. 基板表面に向かって第１の送信ビーム、及び第２の送信ビームを発信する超音波発信システムと、
   前記基板表面からの前記第１の送信ビームの反射によって生じる第１の反射ビーム、及び前記第２の送信ビームの反射によって生じる第２の反射ビームを受信する超音波受信システムと、
   前記基板表面の高さを監視するために、送信され、かつ反射されたビームの発信及び受信間の時間差を示す、超音波発信システム及び超音波受信システムからの受信信号を処理する信号プロセッサと、
   を備える、基板表面センサの高さを監視する超音波距離センサ。
2. 前記超音波発信システムが
   前記第１の送信ビームを発信する第１のトランスデューサと、
   前記第２の送信ビームを発信する第２のトランスデューサと、を備える、請求項１に記載のセンサ。
3. 前記超音波発信システムが
   前記第１の反射ビームを受信する前記第１のトランスデューサと、
   前記第２の反射ビームを受信する前記第２のトランスデューサと、を備える、請求項２に記載のセンサ。
4. 前記第１及び第２の送信ビームの通路が隣接し、実質的に互いに平行であるように、前記第１及び第２のトランスデューサが配置される、請求項２に記載のセンサ。
5. 前記第１及び第２の送信ビームの前記通路が互いに横切るように、前記第１及び第２のトランスデューサが配置される、請求項２に記載のセンサ。
6. 前記超音波発信システムが、
   前記第１の送信ビーム及び前記第２の送信ビームのどちらも発信する単一のトランスデューサを備える、請求項１に記載のセンサ。
7. 前記超音波受信システムが、
   前記第１の反射ビーム及び前記第２の反射ビームのどちらも受信する単一のトランスデューサを備える、請求項６に記載のセンサ。
8. 前記第２の送信ビームを反射する基準表面が前記センサから既知の距離に配置され、
   前記単一のプロセッサが前記基板表面の前記センサからの距離を
   前記第１の送信ビームの発信と前記基板表面から反射された前記第１の反射ビームの受信間の前記時間差と、
   前記第２の送信ビームの発信と前記基準表面から反射された前記第２の反射ビームの受信間の前記時間差と、
   前記基準表面の前記センサからの既知の距離との間の関係から求める、請求項１に記載のセンサ。
9. 前記第１及び第２のトランスデューサが既知の距離を離して配置され、
   前記単一のプロセッサが前記基板表面の前記センサからの距離を
   前記第１の送信ビームの発信と前記基板表面から反射された前記第１の反射ビームの受信間の前記時間差と、
   前記第２の送信ビームの発信と前記基板表面から反射された前記第２の反射ビームの受信間の前記時間差と、
   前記第１及び第２のトランスデューサの既知の距離との間の関係から求める、請求項２に記載のセンサ。
10. 前記信号プロセッサが、
    前記第２のトランスデューサの既知の距離離れた２つの異なる高さ位置に対し、前記第２の送信ビームの発信と前記基板表面から反射された前記ビームの受信との間の前記時間差を監視することにより前記第１及び第２のトランスデューサの離れた距離を求める較正装置を備える、請求項９に記載のセンサ。
11. 前記超音波発信システムが、前記第１及び第２の送信ビームを超音波パルスとして発信する、請求項１に記載のセンサ。
12. 放射ビームを調整する照明装置と、
    ビームをパターン形成する、パターニング装置を支持する支持部と、
    基板の目標部分上にパターン形成されたビームを投影する投影システムと、
    前記基板表面の高さを監視する超音波距離センサであって、
    前記基板表面に向かって第１の送信ビーム、及び第２の送信ビームを発信する超音波発信システムと、
    前記基板表面からの前記第１の送信ビームの反射によって生じる第１の反射ビーム、及び前記第２の送信ビームの反射によって生じる第２の反射ビームを受信する超音波受信システムと、
    前記基板表面の高さを監視するために、送信され、かつ反射されたビームの前記発信及び前記受信間の時間差を示す、前記超音波発信システム及び前記超音波受信システムからの受信信号を処理する信号プロセッサと、を備える超音波距離センサと、
    を備えるリソグラフィ装置。
13. 基板表面に向かって第１の超音波送信ビームを発信するステップと、
    第２の超音波送信ビームを発信するステップと、
    前記基板表面からの前記第１の送信ビームの反射によって生じる第１の反射ビームを受信するステップと、
    前記第２の送信ビームの反射によって生じる第２の反射ビームを受信するステップと、
    前記基板表面の高さを監視するために、前記送信され、かつ反射されたビームの前記発信及び前記受信間の時間差を示す信号を処理するステップと、
    を含む、基板表面の高さを監視する方法。
14. 前記第１の送信ビームを第１のトランスデューサから発信するステップと、
    前記第２の送信ビームを第２のトランスデューサから発信するステップと、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１の反射ビームを前記第１のトランスデューサで受信するステップと、
    前記第２の反射ビームを前記第２のトランスデューサで受信するステップと、をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第１及び第２の送信ビームの通路が隣接し、実質的に互いに平行である、請求項１３に記載の方法。
17. 前記第１及び第２の送信ビームの前記通路が互いに横切る、請求項１３に記載の方法。
18. 前記第１の送信ビーム及び前記第２の送信ビームのどちらも発信する単一のトランスデューサを使用するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
19. 前記単一のトランスデューサを使用して、前記第１の反射ビーム及び前記第２の反射ビームを受信するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第２の送信ビームを反射させるために、基準表面を前記センサから既知の距離に配置するステップと、
    前記第１の送信ビームの発信と前記基板表面から反射された前記第１の反射ビームの受信間の前記時間差と、前記第２の送信ビームの発信と前記基準表面から反射された前記第２の反射ビームの受信間の時間差と、前記基準表面の前記センサからの既知の距離との間の関係から前記基板表面の前記センサからの距離を求めるステップとを含む、請求項１３に記載の方法。
21. 前記第１及び第２のトランスデューサを既知の距離を離して配置するステップと、
    前記第１の送信ビームの発信と前記基板表面から反射された前記第１の反射ビームの受信間の時間差と、前記第２の送信ビームの発信と前記基板表面から反射された前記第２の反射ビームの受信間の時間差と、前記第１及び第２のトランスデューサの前記既知の離れた距離との間の関係から前記基板表面の前記センサからの距離を求めるステップとを含む、請求項１４に記載の方法。
22. 前記第２のトランスデューサの既知の距離離れた２つの異なる高さ位置に対し、前記第２の送信ビームの前記発信と前記基板表面から反射された前記第２の反射ビームの前記受信との間の前記時間差を監視することにより前記第１及び第２のトランスデューサの離れた距離を求める較正ステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 基板表面高さの変化に応じてパターンの画像の集光を調整しつつ、パターニング装置から前記基板表面上にパターンの画像を転写するステップを含み、前記基板表面の前記高さが、
    前記基板表面に向かって第１の超音波送信ビームを発信することと、
    第２の超音波送信ビームを発信することと、
    前記第１の送信ビームの前記基板表面からの反射によって生じる第１の反射ビームを受信することと、
    前記第２の送信ビームの反射によって生じる第２の反射ビームを受信することと、
    前記基板表面の前記高さを監視するために、前記送信され、かつ反射されたビームの前記発信及び受信間の時間差を示す信号を処理することと、
    によって監視される、素子製造方法。