JP2011257394A - 位置センサ及びリソグラフィ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトなユニット内に組み込むことができ、複数の自由度の位置測定値を提供できる位置センサを提供する。
【解決手段】位置センサは、ターゲットの位置データを測定するように構成される。位置センサは、放射ビームを照射するように構成された放射源と、放射ビームを第１の回折方向に少なくとも１つの１次放射ビームに回折するように構成された第１の格子と、１次回折ビームの光路内に配置され、第１の格子で回折された１次回折ビームを、第１の回折方向に実質的に垂直な第２の回折方向に回折するように構成された第２の格子とを含む。第２の格子はターゲットに接続される。第１の検出器は、第１の格子によって回折されたビームの少なくとも一部を検出するように構成され、少なくとも１つの第２の検出器は第１の格子と第２の格子によって回折されたビームの少なくとも一部を検出するように構成される。
【選択図】図２

Description

[0001] 本発明は、位置センサ、そのような位置センサを含むリソグラフィ装置及びそのような位置センサの使用に関する。

[0002] 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。このパターンを、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つ又は幾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、順次パターンが与えら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。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することが可能である。

[0003] リソグラフィ分野における現在の傾向は、スループットの増大（すなわち、時間単位当たりの処理可能なウェーハ数の増加）とパターンの解像度の増大、すなわち、基板上に提供されるパターンの寸法の低減へ向かっている。これらの要件は、例えば、基板を支持する基板テーブルのスキャン速度の増大と、基板テーブル、パターニングデバイスなど位置決め精度の向上と言い換えることができる。速度のそのような増大は、比較的軽量のステージ（基板ステージ又はマスクステージなど）の使用を必要とする。そうした速い速度とそれに対応する加速度が与えられると、そのような軽量の構造は共振を引き起こすことがある。言い換えれば剛体質量として振舞わないことがある。そのような非剛体挙動に対処するため、過剰決定された位置センシング情報を入手してそれによって基板テーブル、パターニングデバイス支持体などの部分の非剛体挙動を検知するマルチプルポジションセンシングが提案されている。非剛体挙動に関して、例えば、共振、屈曲、膨張などに関して得られたデータをアクチュエータ制御システム内に適用してそのような挙動を補償し、及び／又は抑制することができる。

[0004] コンパクトなユニット内に組み込むことができ、複数の自由度の位置測定値を提供できる位置センサを提供することが望ましい。

[0005] 本発明の一実施形態によれば、ターゲットの位置データを測定するように構成された位置センサであって、
伝搬方向と、放射ビームの伝搬方向に垂直で、互いに垂直な方向として画定された第１及び第２の回折方向とを有する放射ビームを照射するように構成された光源と、
放射ビームを、回折のために、第１の回折方向に伝搬方向成分を有する少なくとも第１の回折ビーム内に回折するように構成された第１の格子と、
第１の回折ビームの光路内に配置され、第１の格子で回折された第１の回折ビームを、回折によって、第１の回折方向に垂直な第２の回折方向に伝搬方向成分を有する少なくとも第２の回折ビーム内に回折するように構成された第２の格子であって、ターゲットに接続された第２の格子と、
第１の格子によって回折された第１の回折ビームの少なくとも一部を検出するように構成された第１の検出器と、
第１の格子と第２の格子によって回折された第２の回折ビームの少なくとも一部を検出するように構成された少なくとも１つの第２の検出器と
を含む位置センサが提供される。

[0006] 本発明の別の実施形態では、パターニングデバイスから基板上へパターンを転写するように配置されたリソグラフィ装置であって、ステージの位置を測定するように構成された本発明の一態様によるステージと、少なくとも１つの位置センサとを含むリソグラフィ装置が提供される。

[0007] 本発明のさらに別の実施形態では、位置データを測定するように構成された位置センサであって、位置センサは、
伝搬方向と、放射ビームの伝搬方向に垂直で、互いに垂直な方向として画定された第１及び第２の回折方向とを有する放射ビームを照射するように構成された光源と、
第１の回折方向の放射ビームを、回折のために、第１の回折方向に伝搬方向成分を有する少なくとも第１の回折ビーム内に回折するように構成された第１の格子と、
回折ビームを第１の格子へ反射して第１の格子によって再び回折する第１のレトロリフレクタと、
第１の格子によって回折されたビームの少なくとも一部を検出するように構成された少なくとも１つの検出器とを含み、
第１のレトロリフレクタは、第１の格子の第１の伝搬方向に沿って見て実質的に同じ位置に入射するように回折ビームを反射するように構成された位置センサが提供される。

[0008] 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。
[0009]本発明を具体化できるリソグラフィ装置を示す図である。 [0010]本発明の一実施形態による位置センサの概略図である。 [0011]本発明の別の実施形態による位置センサの概略図である。 [0012]本発明のさらに別の実施形態による位置センサの概略図である。 [0013]図４の位置センサの一部の詳細図である。 [0014]（A）乃至（C）は、本発明のさらに別の実施形態による位置センサの概略図である。 [0015]本発明のさらに別の実施形態による位置センサの概略図である。 [0016]（A）乃至（C）は、本発明のさらに別の実施形態による位置センサの概略図である。

[0017] 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す。この装置は、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射又は任意の他の適切な放射）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築され、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配置するように構成された第１の位置決めデバイスＰＭに接続されたパターニングデバイス支持構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴとを含む。この装置は、また、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築され、特定のパラメータに従って基板を正確に配置するように構成された第２の位置決めデバイスＰＷに接続された基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴ又は「基板支持体」を含む。さらに、この装置は、基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つ又は複数のダイを含む）上にパターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢへ付与されたパターンを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を含む。

[0018] 照明システムは、放射の誘導、整形、又は制御を行うための、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気型等の光学コンポーネント、又はその任意の組合せなどの種々のタイプの光学コンポーネントを含んでいてもよい。

[0019] パターニングデバイス支持体は、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。このパターニングデバイス支持体は、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。パターニングデバイス支持体は、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。パターニングデバイス支持体は、パターニングデバイスが例えば投影システム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。

[0020] 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与え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、放射ビームに与えられるパターンは、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、放射ビームに与えられるパターンは、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。

[0021] 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、さら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、小さなミラーのマトリクス配列を使用し、そのミラーは各々、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。

[0022] 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、又はその任意の組合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、これはさらに一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。

[0023] 本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（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）。

[0024] 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又は「基板支持体」（及び／又は２つ以上のマスクテーブル又は「マスク支持体」）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、追加のテーブル又は支持体を並行して使用するか、又は１つ又は複数の他のテーブル又は支持体を露光に使用している間に１つ又は複数のテーブル又は支持体で予備工程を実行することができる。

[0025] 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を水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆えるタイプでもよい。液浸液は、例えばパターニングデバイス（例えばマスク）と投影システムの間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させるために当技術分野で周知である。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の間に液体が存在するというほどの意味である。

[0026] 図１を参照すると、照明システムＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源及びリソグラフィ装置は、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から照明システム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及び照明システム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。

[0027] 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ように設定されたアジャスタＡＤを備えていてもよい。通常、イルミネータＩＬ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ＩＬ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。

[0028] 放射ビームＢは、パターニングデバイス支持体（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ニングされる。パターニングデバイス（例えばマスク）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の位置決めデバイスＰＷと位置センサ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）の助けを借りて、基板テーブルＷＴは、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めできるように正確に移動できる。同様に、第１の位置決めデバイス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の経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めできる。一般に、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴの移動は、第１の位置決めデバイス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ＷＴ又は「基板支持体」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）、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）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。パターニングデバイス（例えばマスク）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、パターニングデバイス（例えばマスク）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。

[0029] 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．ステップモードにおいては、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴ又は「マスク支持体」及び基板テーブルＷＴ又は「基板支持体」は、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームに与えたパターン全体が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ＷＴ又は「基板支持体」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、単一静的露光で像が形成されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
２．スキャンモードにおいては、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴ又は「マスク支持体」及び基板テーブルＷＴ又は「基板支持体」は同期的にスキャンされる一方、放射ビームに与えら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）。パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴ又は「マスク支持体」に対する基板テーブルＷＴ又は「基板支持体」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、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴ又は「マスク支持体」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ＷＴ又は「基板支持体」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ＷＴ又は「基板支持体」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。

[0030] 上述した使用モードの組合せ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

[0031] 図２は、ターゲットＴＡの傾斜ＴＬを検出するように配置された位置センサの側面図を示す。位置センサは、光源又は放射源、すなわち、可視、赤外又は紫外波長の単色ビームなどの放射ビームを伝送する送信機ＴＲを含む。送信機ＴＲは、ビームの方向に実質的に垂直に位置する第１の格子ＧＲ１へビームを放出する。１次及び−１次回折ビームが生成される（ゼロ次などのその他の次数も生成され得るが図示していない。これについては後述する）。１次及び−１次回折ビームは、ターゲットＴＡの表面に反射し（反射及び／又はゼロ次効果によって）、それによって第１の格子ＧＲ１に再度到達し、再度回折する。この実施形態では、１次回折は、第１のレトロリフレクタＲＦＬ１に入射し、同じ経路を第１の検出器ＳＥ１へ戻り（斜視図で分かるように）、それによって再び第１の格子によって２回回折される。レトロリフレクタは、角の立方体によって形成でき、反射したビームをｙ方向に（すなわち、図の方向に）平行移動させる。第１の格子ＧＲ１が２次元（例えば、交差）格子であって反射面である場合には、別のレトロリフレクタアーキテクチャが提供される。すなわち、第１の格子ＧＲ１は、ビームをＹ方向に偏向し、次に、反射面と第１の格子ＧＲ１とに当たり、ビームをターゲットＴＡ側へ曲げる。以下のように傾斜感度が得られる。第１に、図２に示すように、ターゲットＴＡの傾斜ＴＬは、第１の格子の上部でこの例では距離ＳＨだけ、ターゲットＴＡから反射したビームを移動させる。それによって、そのような傾斜の間に、格子ＧＲ１の周期的な性質によって第１の検出器ＳＥ１で受信された強度の（周期的な）変化が発生する。第２に、ターゲットが傾斜のために上昇する一方の経路とターゲットが傾斜のために下降する他方の経路についてレトロリフレクタへ向かう総経路長は増大する。したがって、２つの経路に沿ったビームの組合せは位相差を生じ、検出器ＳＥ１が受信する振幅が変化する。第１のレトロリフレクタＲＦＬ１はこの実施形態では１次ビームを反射するように構成されているので、この実施形態では経路長と格子のそれぞれの効果が相乗されて感度が向上する。経路長と位相差の効果の組合せによって位置検出感度を向上させることができる。さらに、感度の検出だけが必要なため、フォトダイオード（すなわち、安定し、便利で低コストの品目）を検出器として使用できる。振幅の変化によって位置検知デバイスの代わりにフォトダイオードを検出に使用でき、無線検知が可能になる。レトロリフレクタは、第１の格子による回折の回折方向から見てレトロリフレクタに到達する前のビームの回折と実質的に同じ第１の格子上の位置で反射するように配置されている。回折ビームがその方向に成分を有する第１の格子による回折の方向は、本明細書では第１の回折方向とも呼ばれる。送信機からレトロリフレクタへ向かうビームが受ける位相効果及び／又は経路長効果はレトロリフレクタから検出器への光路で実質的に再現され、これが位置センサの感度にプラスに作用する。

[0032] 図３は、図２の実施形態の変形例の斜視図を示す。ここで、図２の実施形態とは異なり、２回回折したビームの１次及び−１次ビームの両方はレトロリフレクタ（この例では隅の立方体）によって反射され、寄与の組合せが第１の検出器ＳＥ１によって受け取られる。格子の周期的な性格の上記の効果はここでは１次回折の増大と−１次回折の低減及びその逆の組合せとして使用される。格子ＧＲ１上の第１の回折の１次回折と−１次回折の一方だけが適用されるため、経路長変化の効果は打ち消される。

[0033] 図４は、図２に関して説明したのと同じセンサであるが、干渉計が追加され、干渉計のビームが送信機からの第１の回折におけるゼロ次回折ビームによって形成されるセンサを示す。ある程度の傾斜感度（及びｚ方向に増大する測定感度）を達成するため、干渉計はターゲット上に２回反射するように配置されている。図４に示す構成は、ターゲットの垂直位置（すなわち、ｚ方向の位置）とターゲットＴＡの傾斜の測定を可能にし、平面外（すなわち、水平ＸＹ平面外）測定を提供する。干渉計の一実施形態の詳細を図５に示す。第１の格子ＧＲ１からのゼロ次回折ビームがリターダＲＥＴと第１のビームスプリッタＢＳ１を通過する。ここで、ビームは基準ビーム内に分割され、基準ビームはレトロリフレクタＩＲＦＬ（例えば、隅の立方体）及び４分の１ラムダ板を介して干渉計検出器ＩＳＥへ誘導され、第２のビームスプリッタＢＳ２を介して移動するビームをターゲットＴＡの表面へ誘導し、上記ビームはそこで反射する。反射したビームは、第２のビームスプリッタＢＳ２によって別のレトロリフレクタＩＲＦＬへ誘導され、ＩＲＦＬはビームを第２のビームスプリッタＢＳ２へ反射するが、ビームは平行移動し、第２のビームスプリッタに反射した後、再びターゲットに反射し、他方の反射に対して平行移動する。次に、ビームは第２のビームスプリッタＢＳ２を通過し、第１のビームスプリッタＢＳ１に反射して検出器ＩＳＥに達する。図示のように４分の１及び２分の１ラムダ板が提供される。ターゲットＴＡが格子の場合、ターゲットＴＡはビームの偏光に影響し、４分の１ラムダ板が狙う効果に寄与し、別の構成を生むことがある。

[0034] さらに自由度が大きい検知を追加する方法の開示の前に、図２及び図３に示す傾斜センサのいくつかの別の実施形態を開示する。図６Ａは、反射型ターゲットの代わりに（部分的に）透過的なターゲットが使用されるセンサの一実施形態を示す。送信機ＴＲから出たビームは、最初にターゲットの透過部分を通過する。次に、ビームは、第１の格子ＧＲ１（この実施形態では反射型であって、ターゲットの透過部分を通過した後にターゲットの透過部分へビームと１次及び−１次回折ビームを反射するように構成された）に反射する。次に、１次及び−１次反射ビームは、レトロリフレクタＲＦＬ１によって反射され、同様に第１の検出器ＳＥ１に戻り、再度格子ＧＲ１によって回折される。ターゲットＴＡの透過部分の傾斜ＴＬの結果、ビームが格子ＧＲ１に入射する場所はターゲットＴＡへの入射角と屈折率との変化のために変位し、その結果、１次及び−１次回折ビームの強度が変化し、この強度変化が検出器ＳＥ１によって検出される。

[0035] 別の代替形態を図６Ｂに示す。ここで、再び、ターゲットＴＡの透過部分又は接続部分を適用できる。図２及び図３の実施形態と同様であるが、第１の格子ＧＲ１は、送信機ＴＲと第１の検出器ＳＥ１の側に配置されている。送信機からのビームは第１の格子ＧＲ１によって回折され、１次及び−１次回折ビームはターゲットＴＡの透過部分を通過し、反射面ＲＦＳに反射する。反射ビームは再び透過部分を通過し、再び第１の格子ＧＲ１によって回折される。図６Ｂでは、−１次回折ビームが第１のレトロリフレクタＲＦＬ１に反射し、同じ経路に沿って第１の検出器ＳＥ１へ戻り、それによって第１の格子ＧＲ１によって２回回折される。しかし、図２で挙げたのと同じ理由で−１次回折ビームの代わりに１次回折ビームを適用してもよい。ターゲットＴＡ（の透過部分又は接続部分）を傾斜させる時に第１の格子ＧＲ１に対して回折ビームが変位するため、傾斜感度が得られ、これによって、図６Ａにも示すように入射角と屈折率の効果を含めることで解像度を向上させることができる。反射面ＲＦＳはターゲットＴＡの一部、例えば、上面にあってもよい。ＲＦＳを下面に配置する時には図２の構成が得られ、入射角と屈折率の効果が打ち消される。さらに、図３に示す構成もここで適用できる。

[0036] さらに別の代替実施形態を図６Ｃに示す。この実施形態では、格子ＧＲ１は反射型で、ターゲットの透過部分の表面に提供されている。ターゲットの透過部分を通過するビームは、第１の格子ＧＲ１によって回折され反射されてターゲットＴＡの透過部分の反対側の表面に提供された予備の格子ＧＲＡに達するが、ターゲットＴＡの片方の一部として提供されてもよい。そこで、ビームは再び回折され、同様の経路を伝って検出器ＳＥ１へ戻る（おそらくは再びレトロリフレクタと格子ＧＲＡとを介して）。ターゲットの傾斜ＴＬの結果として、格子ＧＲ１上のビームの変位が達成され、上記と同様の効果が得られる。

[0037] 図６Ａ〜図６Ｃの実施形態では、透過部分はターゲットの一部を形成してもよいが、ターゲットに接続されてもよいことが理解されよう。

[0038] 図６Ａ〜図６Ｃに示し、同図に関連して説明する実施形態を、図４及び図５に示し、同図に関連して説明する実施形態と同じ又は同様の干渉計構成と組み合わせて、傾斜測定にＺ位置測定を追加してもよい。さらに、図示のように、透過部分による屈折を達成するためにターゲットの透過部分の屈折率が周囲の媒体の屈折率とは異なることが理解されよう。

[0039] なお、図２、図３、図６Ａ〜図６Ｃの実施形態のいずれにおいても、ｚ方向の平行移動が水平方向の格子上のビームの移動を引き起こすため、干渉計を追加する代わりに、これらの図に開示するようにセンサによって、ｚ位置も測定することができる。上記複数のセンサを用いて、ｚ方向の傾斜と位置をこれらのセンサによって提供される複数の測定値から分離することができる。さらに上記実施形態では、ｚ位置は容量センサ、音響センサ又は線形光学センサなどの別のセンサによって測定可能である。

[0040] 図２、図３、図６Ａ〜図６Ｃに示し、同図に関連して説明する例を適用して、図示の構成に垂直に開示された構成を複製することで、Ｘ軸周りの傾斜とＹ軸周りの傾斜の測定（すなわち、リソグラフィ用語で「チップ」及び「チルト」の測定）が可能である。さらに、２次元の第１の格子ＧＲ１を適用して送信機からｘ方向（回折方向としての）へのビームの回折と、ｙ方向（回折方向としての）へのビームの回折が可能である。

[0041] 図６Ａ〜図６Ｃの実施形態のリソグラフィ装置への適用例は以下を含んでもよい。図６Ａの実施形態を適用してロングストロークに対するショートストローク位置を測定でき、それによってショートストロークによりターゲットが提供され、第１の格子、検出器及びレトロリフレクタがロングストロークで提供される。それによって、第１の格子ＧＲ１をメトロロジーフレームＭＦ又はリソグラフィ装置のその他の基準構造上に提供できる。図６Ｂの実施形態を適用してロングストロークに対するショートストローク位置を測定できる（それによってショートストロークによりターゲットが提供され、第１の格子、検出器及びレトロリフレクタがロングストロークに提供される）。それによって、反射面ＲＦＳをメトロロジーフレームＭＦ又はリソグラフィ装置のその他の基準構造、又はショートストロークもしくはロングストローク上に提供できる。そのような適用例では、図６Ａと図６Ｂの両方の実施形態は、例えば、メトロロジーフレーム又はロングストロークなどの基準構造に対するターゲット、それ故、ショートストロークの測定を提供する。また、図６Ｃに示し、同図に関連して説明する実施形態を適用してショートストローク位置を測定でき、ロングストロークに対するショートストローク位置の測定の一例を提供する。また、格子ＧＲ１及び透過部分はショートストローク上に提供され、検出器ＳＥ１はロングストローク上に提供される。

[0042] 同様に、図２、図３、図６Ａ〜図６Ｃに示し、同図に関連して説明する実施形態を、例えば、ショートストローク−ロングストロークメトロロジー、ショートストローク−メトロロジーフレーム（又はその他の基準構造）メトロロジー及び／又はロングストローク−メトロロジーフレーム（他の基準構造の）メトロロジーに適用してもよい。これらの実施形態では、様々なメトロロジーコンポーネント（例えば、ＴＲ、ＳＥ１、ＧＲ１、ＴＡ）は、異なる構造で配置できる。例えば、ショートストローク−メトロロジーフレームメトロロジーの場合、送信機ＴＲと検出器ＳＥ１はバランスマス上に配置され、ビーム操縦光学系及びレトロリフレクタＲＦＬ１はロングストローク上に、格子ＧＲ１はショートストローク上に、反射面ＲＦＳはメトロロジーフレーム上に配置される。

[0043] 図７を参照しながら、６自由度のセンサの一例について以下に説明する。図７は、位置センサの一実施形態の上面図を示す。送信機ＴＲ、第１の検出器ＳＥ１、及び第１のレトロリフレクタＲＦ１は、図２に示し、同図に関連して説明する同装置に対応してもよい。第１の格子ＧＲ１の回折は、ｘ方向の方向性成分を入手した１次及び−１次回折を含む回折ビームを提供する。さらに、図２及び同図に関連する説明では反射型と呼ばれるターゲットは、第２の（この例では反射型の）格子ＧＲ２を備える。第２の格子ＧＲ２の各々によるゼロ次回折は、図２に示し、同図に関連して説明する経路をたどり、検出器ＳＥ１に達して傾斜又はｚ位置などの平面外の（すなわち、ｘ／ｙ平面外の）位置検知を提供する。第２の格子ＧＲ２からの１次及び−１次回折（第２の回折ビームとも呼ばれる）を第１の格子ＧＲ１（傾斜メトロロジーについて図２に示すような）を介して反射するように構成された第２のレトロリフレクタＲＦＬ２が提供される。これらの回折は、回折のために、ｙ方向の方向性成分を入手している。第１の格子ＧＲ１との第２の遭遇から発するｙ方向の１次回折の１つがレトロリフレクタによって反射される。第２の遭遇位置の第１の格子ＧＲ１の格子構造はｒｙ対ｙメトロロジーから見て互いに垂直であることに留意されたい。このために、交差格子（すなわち、２次元格子）に加えてこの２つの垂直な格子を適用できる。これらのレトロリフレクタＲＦＬ２はｘ方向に（すなわち、測定方向に垂直に）シフトを課してビームを第１の格子ＧＲ１へ三度戻し、第２の格子へ戻して第２の格子により再び回折される前に入射及び戻りビームを分離する。回折ビームは、各々第２の検出器ＳＥ２によって検出される。ターゲットのＹ方向の変位の結果、パターンＧＲ２は、Ｙ方向に変位し、これが第２の検出器ＳＥ２によって周期信号として検出される第２の格子での１次及び−１次回折に影響する（周期性は第２の格子ＧＲ２のパターンの周期性によって決定される）。Ｙ方向の位置の測定には１つの第２の検出器と１つの第２の格子で十分であることが理解されよう。しかし、図示の実施形態では、図面平面内の、すなわち、ｚ軸に対するターゲットの回転を２つの第２の検出器ＳＥ２による測定値の差から導出することができる。

[0044] 図７の実施形態では、第１の格子は、２次元格子（例えば、交差格子）を含んでいてもよい。それによって、第１の格子での回折は、ｘ方向に延在するビームを提供するだけでなく、ｙ方向に延在するビームも提供する。第１のレトロリフレクタＲＦＬ１、第１の検出器ＳＥ１、第２の格子ＧＲ２及び第２のレトロリフレクタＲＦＬ２を含むセンサアーキテクチャを９０度回転させた複製（ｘ−ｙ平面での送信機ＴＲを中心とする）によって、別の第１のレトロリフレクタＲＦＬ１、別の第１の検出器ＳＥ１、別の第２の格子ＧＲ２及び別の第２のレトロリフレクタＲＦＬ２が得られ、その結果、ｒｘの測定値（別の第１の検出器ＳＥ１による）、別の検出器ＳＥ２によるｘ及びｒｚの測定値が提供され得る。図４及び図５に関連して開示された干渉計、又はｚ方向の平行移動の結果として第１の格子ＧＲ１上でビームが水平に移動する回折ベースの代替光学系によって、組合せの６自由度の位置測定が可能になる。第２の格子ＧＲ２のための２次元格子の適用によって周期的構造の利用可能性の観点からのｘ及びｙ方向の（理論的に）無限の測定範囲が可能になる。リソグラフィ装置分野での適用例に戻ると、入手できたセンサの１つを提供してリソグラフィ装置内のステージなどの可動部の位置を測定できる。潜在的にコンパクトな性質でコンポーネント数が少ないため（したがって、潜在的に比較的低コストである）、ステージの様々な部分に複数の上記センサを提供して、屈曲、共振及びその他のステージの非剛体挙動に関する情報を得ることができる。

[0045] 図５に示し、同図に関連して説明する干渉計の感度は、ターゲット上にビームを複数回反射させることで改善できる。次に、各々の反復がターゲット上にビームを反射させる反復構造を提供できる複数のビームスプリッタ及びミラーを提供できる。図８Ａに示す実施形態では、図５の構成の同様のビームスプリッタ及びレトロリフレクタに加えて、第２のビームスプリッタＢＳ２に隣接するレトロリフレクタが各々の反復がターゲット上にビームを２回反射させるように構成された２つのビームスプリッタ及び２つのミラー上での反復にとって代わられる。そのような１つ、２つ又はそれ以上の反復の連鎖の終わりに、ビームが反復構造を介して戻り、ターゲット上に再度複数回反射するためのリフレクタが提供される。図８Ｂでは、別個のビームスプリッタと別個のミラーではなく、第２のビームスプリッタＢＳ２は、ＢＳ２及びＢＳ３ビームスプリッタの分割面が互いに実質的に９０度の角度をなすＶ字形構成であって、ターゲットから第２のビームスプリッタ上に反射したビームが第３のビームスプリッタへ反射し、そこから再びターゲットへ戻るような構成である第２及び第３のビームスプリッタＢＳ２、ＢＳ３のアセンブリ構成をとっている。同様に、互いに実質的に９０度をなすように配置されたミラーを含むＶ字形のミラー構成が提供され、第２のビームスプリッタを通過したビームを第３のビームスプリッタへ反射し、またその逆の動作を行う。Ｖ字形のミラー構成の中心軸はＶ字形のビームスプリッタの構成の中心軸に対してオフセットされているため、ターゲットへのビームの連続的な反射はオフセットされる。別の構成を図８Ｃに示す。図８Ｃに示す実施形態では、図５の構成と同様のビームスプリッタとレトロリフレクタに加えて、第２のビームスプリッタＢＳ２に隣接するレトロリフレクタが各々の反復がターゲット上にビームを１回反射させるように構成されたビームスプリッタと水平ミラーとの反復にとって代わられる。そのような１つ、２つ又はそれ以上の反復の連鎖の終わりに、ビームが反復構造を介して戻り、ターゲット上に再度複数回反射するためのリフレクタが提供される。水平ミラーを組み合わせてコンパクトで安定した構成を可能にする単一のミラーを得ることができる。図８Ａ〜図８Ｃに示す構成は、「ビームスプリッタ構成」ごとにｚ軸周りに（すなわち、メトロロジー軸周りに）個別に回転でき、例えば、よりコンパクトな解決策を得るか又はチップ／チルトの不感受性を向上させることができる。

[0046] 本明細書では、位置という用語は、任意の１自由度、すなわち、ｘ、ｙ、ｚ、ｒｘ、ｒｙ、ｒｚ又はこれらの２つ以上の組合せを含むものと理解されたい。ビームという用語は、可視、赤外、紫外線を含む任意の種類の放射ビームを含むが、これらに限定されないことを理解されたい。図２〜図８に示す実施形態では、ｘ方向は一般に第１の回折方向の一例と理解してよく、ｙ方向は第２の回折方向の一例と理解してよい。これらの実施形態では、放射源からの放射ビームの伝搬方向はｚ方向をたどる。実施形態に示すように、第１及び／又は第２の格子は実質的にｘｙ平面内に、すなわち、第１及び第２の回折方向の平面内に延在する。その他の任意の構成も適用できる。「回折方向の回折」又は「回折方向への回折」という表現は、ビームの方向が回折によって変えられて回折方向に方向線分を入手するような回折と理解されたい。図２、図３及び図６Ａ〜図６Ｃに示す例では、格子に入射する送信機からの垂直ビームは水平の（左から右又はその逆）方向成分を有する方向を入手した１次（及び／又は−１次）回折ビームを提供するので、回折方向は図面平面で左から右（又はその逆）の方向として理解されたい。

[0047] 図２〜図７を通して、１次回折を一般に＋１と呼び、−１次回折を一般に−１と呼ぶ。

[0048] 一般に、第１の回折ビーム及び第２の回折ビームは１次（及び／又は−１次）回折ビームと理解すべきであるが、２次以上の回折も提供できる。

[0049] 回折という用語は、反射回折及び／又は透過回折を含むものと理解されたい。

[0050] 様々な図の部分を組み合わせて、新しい特別仕立ての測定構成を構築することができる。これによって、構成当たり１又は最大６の自由度を測定するメトロロジー構成を得ることができる。

[0051] 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。さらに基板は、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。

[0052] 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合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。

[0053] 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若しくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線光（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。

[0054] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折及び反射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。

[0055] 以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。例えば、本発明は、上記で開示したような方法を述べる機械読み取り式命令の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、又はこのようなコンピュータプログラムを内部に記憶したデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光ディスク）の形態をとることができる。

[0056] 上記の説明は例示的であり、限定的ではない。したがって、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。

Claims (28)

1. ターゲットの位置データを測定するように構成された位置センサであって、
   伝搬方向を有する放射ビームを提供するように構成された放射源と、
   前記放射ビームを、前記伝搬方向に実質的に垂直な第１の回折方向に伝搬方向成分を有する少なくとも第１の回折ビーム内に回折するように構成された第１の格子と、
   前記第１の回折ビームの光路内に配置され、前記第１の格子で回折された前記第１の回折ビームを、前記第１の回折方向と前記伝搬方向とに実質的に垂直な第２の回折方向に伝搬方向成分を有する少なくとも第２の回折ビーム内に回折するように構成された第２の格子であって、前記ターゲットに接続された第２の格子と、
   前記第１の格子によって回折された前記第１の回折ビームの少なくとも一部を検出するように構成された第１の検出器と、
   前記第１の格子と前記第２の格子によって回折された前記第２の回折ビームの少なくとも一部を検出するように構成された第２の検出器と
   を備える位置センサ。
2. 第１のレトロリフレクタと、
   前記第１の格子による少なくとも１つの１次回折と、前記第２の格子によるゼロ次回折とを介して前記放射源から前記第１のレトロリフレクタまで提供された順方向光路と、
   前記第２の格子によるゼロ次回折と、前記第１の格子による少なくとも１つの１次回折とを介して前記第１のレトロリフレクタから前記第１の検出器まで提供された逆方向光路と
   をさらに備える、請求項１に記載の位置センサ。
3. 前記第１のレトロリフレクタが、前記入射する１次回折ビームを反射して前記第１の回折方向に沿って前記第１の格子上の実質的に同じ位置で反射させるように構成される、請求項２に記載の位置センサ。
4. 第２のレトロリフレクタと、
   前記第１の格子による少なくとも１つの１次回折と、前記第２の格子による１次回折とを介して前記放射源から前記第２のレトロリフレクタまで提供された第２の順方向光路と、
   前記第２の格子による１次回折と、前記第１の格子による少なくとも１つの１次回折とを介して前記第２のレトロリフレクタから前記第２の検出器まで提供された第２の逆方向光路と
   をさらに備える、請求項２又は３に記載の位置センサ。
5. ２つの第２の格子と、２つの第２の検出器とを備える、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の位置センサ。
6. 前記第１の格子が、前記第１のそれぞれ前記第２の回折方向に伝搬方向成分を有するそれぞれの第１の回折ビーム内に前記ビームを回折するように構成された２つの２次元グリッドを備え、前記位置センサが、
   前記第１の格子で回折された前記１次回折ビームの光路内に配置され、前記第２の回折方向に前記伝搬方向成分を入手するように構成され、前記第１の格子で回折された前記１次回折ビームを回折して前記第１の回折方向に伝搬方向成分を入手するように構成され、前記ターゲットに接続された別の第２の格子と、
   前記第１の格子と前記別の第２の格子によって回折された前記ビームの少なくとも一部を検出するように構成された別の第２の検出器と
   をさらに備える、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の位置センサ。
7. 干渉計をさらに備え、前記干渉計の入力ビームが、前記第１の格子のゼロ次回折ビームによって提供される、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の位置センサ。
8. 前記干渉計が、デュアルビームスプリッタと、デュアル干渉計レトロリフレクタとを備え、前記干渉計ビームを前記ターゲット上で２回反射するように構成される、請求項７に記載の位置センサ。
9. 前記干渉計が、前記ビームを前記ターゲット上で少なくとも３回反射する複数のビームスプリッタを備える、請求項７に記載の位置センサ。
10. 前記第２の格子が反射型で、前記第１の格子で回折された前記第１の格子からの前記第１の回折ビームの少なくとも一部を前記第１の格子側へ反射し、前記第１のレトロリフレクタが、前記第１の格子で回折された前記１次回折ビームから回折され、前記第２の格子によって反射された回折ビームを反射するように配置される、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の位置センサ。
11. 前記第１のレトロリフレクタが、１次及び−１次回折ビームを反射するように構成される、請求項１０に記載の位置センサ。
12. 別の第１のレトロリフレクタをさらに備え、前記第２の格子が反射型で、前記第１の格子からの前記１次及び−１次回折ビームの少なくとも一部を前記第１の格子側へ反射し、前記第１のレトロリフレクタが、前記１次回折ビームから回折され、前記第２の格子によって反射された前記第１の格子からの１次回折ビームを前記第１の格子側へ反射するように配置され、前記別の第１のレトロリフレクタが、前記−１次回折ビームから回折され、前記第２の格子によって反射された前記第１の格子からの１次回折ビームを前記第１の格子側へ反射するように配置される、請求項１０に記載の位置センサ。
13. 前記第１の格子によって回折された前記１次回折ビームを前記ターゲットの透過部分を通して伝送するように配置される、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の位置センサ。
14. パターニングデバイスから基板上へパターンを転写するように配置されたリソグラフィ装置であって、ステージと、前記ステージの位置を測定するように構成された請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の少なくとも１つの位置センサとを備えるリソグラフィ装置。
15. 前記位置センサを少なくとも２つ備え、各々の前記位置センサが、前記ステージの位置を測定するように構成される、請求項１４に記載のリソグラフィ装置。
16. 前記位置センサを少なくとも４つ備える、請求項１５に記載のリソグラフィ装置。
17. 前記位置センサを少なくとも６つ備える、請求項１５に記載のリソグラフィ装置。
18. 位置データを測定するように構成された位置センサであって、
    伝搬方向を有する前記放射ビームを提供するように構成された放射源と、
    第１の回折方向の前記放射ビームを、前記伝搬方向に実質的に垂直な第１の回折方向に伝搬方向成分を有する少なくとも１つの回折ビーム内に回折するように構成された第１の格子と、
    前記回折ビームを前記第１の格子へ反射して前記第１の格子によって再び回折される第１のレトロリフレクタと、
    前記第１の格子によって回折された前記ビームの少なくとも一部を検出するように構成された検出器とを備え、
    前記第１のレトロリフレクタが、前記回折ビームを反射して前記第１の回折方向から見て前記第１の格子上の実質的に同じ位置に入射させるように構成される位置センサ。
19. 前記光源、前記検出器及び前記第１のレトロリフレクタが、基準構造に接続される、請求項１８に記載の位置センサ。
20. ターゲットの位置データを測定するように構成され、前記ターゲットの表面に提供され、前記回折ビームを前記第１の格子へ反射するように構成された反射面を備え、前記第１の格子が前記基準構造に接続される、請求項１９に記載の位置センサ。
21. 前記第１のレトロリフレクタが、前記第１の格子によって回折された前記反射回折ビームの別の回折の１次及び−１次回折ビームを反射するように構成される、請求項１８に記載の位置。
22. ２つの第１のレトロリフレクタを備え、前記レトロリフレクタの一方が、前記第１の格子で回折された前記反射回折ビームの別の回折の１次回折ビームを反射するように構成され、前記レトロリフレクタの他方が、前記第１の格子で回折された反射した−１次回折ビームの別の回折の１次回折ビームを反射するように構成される、請求項２０に記載の位置センサ。
23. 前記ターゲットの位置データを測定するように構成され、前記ターゲットに接続され、周囲の媒体の屈折率とは異なる屈折率を有する透過部分を備え、前記透過部分が前記１次回折ビームの光路内に位置する、請求項１９に記載の位置センサ。
24. 前記第１の格子が、前記基準構造に提供される、請求項２３に記載の位置センサ。
25. 前記第１の格子が、前記透過部分に提供される、請求項２３に記載の位置センサ。
26. 前記第１の検出器が、フォトダイオードを備え、検出されたビームの強度を表す出力信号を提供するように構成される、請求項１６から２３のいずれかに記載の位置センサ。
27. 前記回折ビームの光路長の変化及び／又は位相差を検出するように構成される、請求項１８から２６のいずれか一項に記載の位置センサ。
28. 請求項１８から２７のいずれかに記載の前記位置センサの使用、特に、請求項２６及び／又は２７に記載の、傾斜センサとしての位置センサの使用。

Images