JP6770641B2 - 高さセンサ、リソグラフィ装置、及びデバイスを製造するための方法 - Google Patents

高さセンサ、リソグラフィ装置、及びデバイスを製造するための方法 Download PDF

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Description

（関連出願の相互参照）
[0001] 本出願は、２０１６年１１月２日に出願された欧州特許出願第１６１９６９０２．７号の優先権を主張する。この出願は参照により全体が本願に含まれる。
[0002] 本発明は、例えばリソグラフィ技法によるデバイスの製造において使用できる方法及び装置に関し、更に、リソグラフィ技法を用いてデバイスを製造する方法に関する。本発明は、更に具体的には、基板上のマークの位置を決定するための位置センサ及び方法に関する。
[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。その場合、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（例えばダイの一部、１つのダイ、又はいくつかのダイを含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板上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。これらのターゲット部分は一般に「フィールド」と呼ばれる。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、パターンをこの所与の方向（「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] 概して、パターンを投影すべき基板の表面は完全に平坦であるわけではない。更に、基板は数ミクロンの厚さのばらつきを有する可能性がある。この基板表面の非平坦性及び／又は厚さのばらつきの結果として、例えばフォーカスエラー又は結像エラーのためにパターンの不正確な投影が行われる恐れがある。基板の非平坦性及び／又は厚さのばらつきを補正するため、望ましくはリソグラフィ装置に一体化された高さセンサ（レベルセンサと呼ばれることもある）を用いることが知られている。このような高さセンサを用いて、例えば投影によってパターンを基板上に転写する前に、基板の高さマップを決定できる。その後、パターニングデバイスの空間像を適正なフォーカスに維持するため、この高さマップを用いて、基板上へのパターンの転写中に基板の位置を補正することができる。この文脈において「高さ」は、基板に対して面から出ていく方向の寸法を広義に示し、地球又は重力に対する特定の向きは示唆していないことは理解されよう。
[0005] 典型的に、そのような高さセンサは、基板上に測定ビームを投影する投影ユニットを備えている。投影ユニットは、実質的に周期的な放射強度を測定ビームに与えるように配置された投影格子と、基板上で反射した後の測定ビームを受光する典型的に２つ以上の検出要素を備えた検出ユニットと、検出ユニットの検出器によって受光した測定ビーム部分に基づいて高さレベルを計算する処理ユニットと、を備える。
[0006] この一般的なタイプの様々な高さセンサは、例えばＵＳ７２６５３６４号及びＵＳ７６４６４７１号（双方ともTeunissen等）に開示されている。可視放射又は赤外放射の代わりにＵＶ放射を用いる高さセンサが、ＵＳ２０１０２３３６００Ａ１号（den Boef）に開示されている。既知の構成において、レベルセンサの検出ユニットは、反射した測定ビームを別個のセンサで受光される異なる部分に分割するように構成された検出格子を含むことができる。ＷＯ２０１６１０２１２７Ａ１号（Reijnders/ASML）では、検出格子を必要とすることなく、多要素検出器を用いて格子像の位置を検出及び認識するコンパクトな高さセンサが記載されている。
[0007] 典型的に、高さセンサは、（それ自体の光学系に対して）固定位置で測定を行う。光学系に対して基板を移動させて、基板の複数の位置で高さ測定を取得する。ＵＳ８９４７６３２Ｂ２号に開示されている高さセンサでは、光学要素を移動させることによって基板の１つ以上の面内方向で測定位置をスキャンして、基板に対する全体的な光学系のスキャン移動を必要とすることなく、様々な位置で高さ測定を取得することを可能とする。
[0008] 格子パターンに基づく高さセンサでは、（光学系の倍率及び基板上の入射角を含む他のファクタと共に）格子ピッチが、高さの変動に対するセンサの感度を決定するが、これは同時に、測定できる高さ範囲を相対的に極めて狭い範囲に限定する。既知の装置では、高さセンサのスキャン中に基板の位置は細かく制御されるので、センサから表面までの距離は常に範囲内に留まる。しかしながら、これはセンサの適用性に対する制約となる。例えば、そのような基板高さの細かい制御を必要としない装置を提供することが望ましい場合があるが、基板表面の高さの変動の範囲は現在のセンサ設計の範囲を超える可能性がある。格子ピッチを増大させると範囲が拡大するが、これは直接に高さ測定の精度を低下させる。
[0009] 第１の態様における本発明は、測定中に基板表面位置の細かい制御を必要とすることなく基板の正確な高さ測定の実行を可能とすることを目指している。
[0010] 第１の態様における発明は高さセンサを提供する。この高さセンサは、放射を基板へ送出すると共に基板から反射された放射を集光し、集光された放射を処理して基準高さに対する基板の表面高さの測定を導出するように構成された光学系を備える。高さセンサは、基板の１つ以上の位置において高さを測定している間に、光学系が接続されている基準構造に対する基準高さを調整するための構成を含む。
[0011] 一実施形態において、基準構造に対する基板サポートの位置の測定に少なくとも部分的に応じて基準高さを自動的に調整するためにコントローラが提供されている。
[0012] 一実施形態において、少なくとも部分的に、測定された基板の高さの逸脱（excursion）を追跡することによって基準高さを自動的に調整するためにコントローラが提供されている。
[0013] いくつかの実施形態において、集光された放射を検出するために多要素検出器が提供され、選択された要素からの信号を組み合わせて測定が導出され、基準高さは全体的に又は部分的に多要素検出器内の異なる要素を選択することによって調整される。別の実施形態において、基板の１つ以上の位置において高さを測定している間、基準高さは多要素検出器内の異なる要素を選択することだけによって調整される。更に別の実施形態において、集光された放射は集束されて多要素検出器上に格子パターンの像を形成し、多要素検出器の要素のピッチは多要素検出器上の格子パターンのピッチの２倍以上であり、任意選択的に４倍以上である。
[0014] 他の実施形態において、基準高さを調整するための構成は光学系における１つ以上の可動要素を含む。可動要素の数は１つだけもしくは２つとするか、又は実質的に光学系全体を可動とすることも可能である。別の実施形態において、少なくとも１つの可動光学要素は、放射を投影合焦サブシステムから基板へ誘導するための要素を含む。別の実施形態において、少なくとも１つの可動光学要素は、集光された放射を基板から検出合焦サブシステムへ誘導するための要素を含む。別の実施形態において、可動要素は、基板における放射の入射角を変動させることなく基準高さを変動させるように、角度を変えずに並進するよう配置されている。別の実施形態において、少なくとも１つの可動光学要素は、集光された放射を検出合焦サブシステムからセンササブシステムへ誘導するための要素である。別の実施形態において、少なくとも１つの可動光学要素は、基板へ送出される放射に格子パターンを適用するための格子である。別の実施形態において、少なくとも１つの可動光学要素は、集光された放射における格子パターンと相互作用するための検出格子である。別の実施形態において、少なくとも１つの可動光学要素は、基板へ送出される放射に格子パターンを適用するための格子、及び集光された放射における格子パターンと相互作用するための検出格子の双方を含む。
[0015] 一実施形態において、高さセンサの光学系に対する、高さ測定が行われる面内位置は、調整された基準高さとは実質的に独立している。
[0016] 一実施形態において、高さ測定が行われる面内位置は、調整された基準高さによってずれる。別の実施形態において、高さの測定は、面内位置ずれの識別を可能とする情報と共に出力される。別の実施形態において、基板に対する基板の面内位置は、実質的に所望の位置で測定が得られるように、基準高さの調整によって生じたずれを補償するよう制御される。
[0017] 一実施形態において、基準高さの調整は、様々な基準高さに対応したある範囲の状態を光学系が循環している間の測定時点を選択することを含む。
[0018] 一実施形態において、基準高さの調整は、様々な基準高さで行われた一連の高さ測定から高さ測定を選択することを含む。
[0019] 本発明は更に、リソグラフィプロセスを用いて基板にデバイスパターンが適用される、デバイスを製造する方法を提供する。この方法は、基板において測定された高さを参照して基板の表面上に適用されるパターンを合焦することを含む。測定された位置は、上述したような本発明に従った高さセンサを用いて取得される。
[0020] 本発明は更に、基板にパターンを適用する際に使用されるリソグラフィ装置を提供する。このリソグラフィ装置は、上述したような本発明に従った高さセンサと、基板位置決めサブシステムと、基板の複数の位置で基板表面の高さを高さセンサに測定させるため、及び、測定された高さを用いて基板に適用される１つ以上のパターンの合焦を制御するために構成されたコントローラと、を含む。一実施形態では、少なくとも高さ方向に関して、基板位置決めサブシステムは、粗動レベルの作動及び微動レベルの作動とは異なり、単一レベルの作動を実施する。
[0021] 本発明の上記及びその他の態様は、以下に記載される例を検討することによって理解されよう。
[0022] 本発明の実施形態を、添付の図面を参照して、単なる例示として以下に説明する。
本発明に従った高さセンサを使用することができるリソグラフィ装置を示す。 本発明のいくつかの実施形態に従った高さセンサの動作原理を示す。 図２の高さセンサの検知範囲を示す。 既知の構成に従った、図１の装置において基板と関連して動作する高さセンサのコンポーネントを概略的に示す。 本発明の第１の実施形態に従って変更された高さセンサのコンポーネントを概略的に示す。 本発明の実施形態において使用可能な、別々の測定ステージ及び露光ステージを有する既知のリソグラフィ装置のコンポーネントを概略的に示す。 本発明の別の実施形態に従って変更されたリソグラフィ装置のコンポーネントを概略的に示す。 本発明の第２の実施形態に従って動作する変更された高さセンサのコンポーネントを概略的に示す。 本発明の第３の実施形態に従って動作する変更された高さセンサのコンポーネントを概略的に示す。 本発明の第４の実施形態に従って動作する変更された高さセンサのコンポーネントを概略的に示す。 本発明の第５の実施形態に従って動作する変更された高さセンサのコンポーネントを概略的に示す。 本発明の別の実施形態を実施するため図２に示された高さセンサの代わりに使用できる、ＷＯ２０１６１０２１２７Ａ１号（Reijnders/ASML）に開示されているタイプの高さセンサの動作原理を示す。 本発明の第６の実施形態に従って動作する、図１２の高さセンサに基づいて変更された高さセンサのコンポーネントを概略的に示す。 本発明の第７の実施形態に従って動作する変更された高さセンサのコンポーネントを概略的に示す。
[0023] 本発明の実施形態を詳述する前に、本発明の実施形態を実施することができる例示の環境を提示することが有用であろう。
[0024] 図１はリソグラフィ装置ＬＡ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ＤＵＶ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に接続されたパターニングデバイスサポート又は支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、それぞれ基板（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２つの基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴａ及び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、を含む。基準フレームＲＦは、様々なコンポーネントを接続し、パターニングデバイス及び基板、並びにそれらのフィーチャの位置を設定及び測定するための基準として機能する。
[0025] 照明システムは、放射を誘導し、整形し、又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらの任意の組み合わせ等の様々なタイプの光学コンポーネントを含むことができる。
[0026] パターニングデバイスサポートＭＴ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。パターニングデバイスサポートは、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サポートＭＴ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サポートは、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。
[0027] 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。
[0028] 本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過パターニングデバイスを使用する）。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）。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。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。「パターニングデバイス」という用語は、そのようなプログラマブルパターニングデバイスを制御する際に使用するためのパターン情報をデジタル形式で記憶するデバイスを指すものとして解釈することもできる。
[0029] 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、例えば屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁気型及び静電型光学システム、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。
[0030] 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やすために当技術分野では周知である。
[0031] 動作中、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と共に放射システムと呼ぶことができる。
[0032] イルミネータＩＬは、例えば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、インテグレータＩＮ、及びコンデンサＣＯを含んでいてもよい。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。
[0033] 放射ビームＢは、パターニングデバイスサポートＭＴ上に保持されたパターニングデバイス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。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、２Ｄ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又は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。
[0034] 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（スクライブライ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。小さなアライメントマーカをデバイスフィーチャの中でもダイ内に含めることができ、その場合、マーカは可能な限り小さく、隣接したフィーチャと異なる結像又はプロセス条件を必要としないことが望ましい。アライメントマーカを検出するアライメントシステムは、以下に更に記載される。
[0035] 図示する装置は多種多様なモードで用いることができる。スキャンモードでは、パターニングデバイスサポート（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴが同期的にスキャンされる一方、放射ビームに付与された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サポート（例えばマスクテーブル）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、スキャン移動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。当技術分野において周知のように、他のタイプのリソグラフィ装置及び動作モードも可能である。例えばステップモードが知られている。いわゆる「マスクレス」リソグラフィでは、プログラマブルパターニングデバイスは静止状態に保持されるがパターンが変化し、基板テーブルＷＴを移動又はスキャンする。
[0036] 上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、あるいは全く異なる使用モードも利用できる。
[0037] リソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルＷＴａ及びＷＴｂと、２つのステーションすなわち露光ステーションＥＸＰ及び測定ステーションＭＥＡとを有する、いわゆるデュアルステージタイプである。これら２つのステーション間で基板テーブルを交換することができる。露光ステーションで一方の基板テーブル上の１枚の基板を露光している間に、測定ステーションで他方の基板テーブルに別の基板をロードして、様々な準備ステップを実行できる。これによって、装置のスループットの大幅な増大が可能となる。準備ステップは、レベルセンサＬＳを用いて基板の表面等高線（surface height contour）をマッピングすること、及びアライメントセンサＡＳを用いて基板上のアライメントマーカの位置を測定することを含み得る。基板テーブルが測定ステーション及び露光ステーションにある間にその位置を位置センサＩＦが測定できない場合、第２の位置センサを設けて、双方のステーションで基準フレームＲＦに対する基板テーブルの位置を追跡することも可能である。他の構成も既知であり、図示されているデュアルステージ構成の代わりに使用できる。例えば、基板テーブル及び測定テーブルが提供される他のリソグラフィ装置が既知である。これらは準備測定を実行する際は連結され、基板テーブルで露光を行う際は連結解除される。
[0038] 図２に、当技術分野において既知の高さセンサが概略的に示されている。高さセンサＬＳは、基板Ｗの高さマップを決定するように構成されている。この高さマップを用いて、基板Ｗ上へのパターンの投影中に基板の位置を補正することができる。高さセンサは、投影ユニット１００及び検出ユニット１１０を含む光学系を備えている。高さセンサは処理ユニット１２０も含む。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を提供する光源を備えている。光源は、例えば狭帯域又は広帯域の光源、偏光又は未偏光、パルス光又は連続光とすることができる。光源は、例えば偏光又は非偏光のレーザビームとすればよい。光源は、複数のＬＥＤのような、異なる色を有する複数の光源を含むことができる。本開示の文脈において「光」という場合、可視光に限定されると解釈されるのではなく、紫外線（ＵＶ）放射、及び基板表面上での反射に適した任意のタイプの放射を包含すると理解されることに留意するべきである。ＵＶ放射を用いるように適合された高さセンサは、例えばＵＳ２０１０２３３６００Ａ１号（den Boef等）に開示されている。
[0039] 図示されている投影格子１０２は周期格子であり、周期構造を有することによって、周期的に変動する強度を有する測定ビーム１３０を生成する。具体的には、パターン付与された測定ビームの強度は、矢印１３２で示される方向に沿って周期的に変動する。周期的に変動する強度を有する測定ビーム１３０は、基板Ｗ上の測定位置１４０へ誘導される。測定位置１４０において測定ビームは基板で反射され、検出ユニット１１０へ向かう（矢印１５０で示されている）。実際には、光学系は、投影ユニット１００と検出ユニット１１０との間のパターン付与された測定ビームの経路に沿って別の光学要素を含む。これらの別の要素は、動作原理のみを示す図２では省略されている。これらの別の要素を用いて、以下で説明するように高さセンサの変更を実施できる。
[0040] 検出ユニット１１０は検出格子１１２を備えている。この例では検出格子１１２は、反射測定ビーム１５０を分割し、受光した反射測定ビーム１５０の部分を２つの別々の方向１５２、１５４へ誘導する三角形フィーチャの格子１１４を含む。（方向１５２及び１５４に沿って）方向転換されたビームは次いで、検出ユニット１１０の合焦光学系１１６によって受光される。合焦光学系１１６は、受光した方向転換されたビームを検出ユニット１１０の光検出器１１８、１１９上に結像するように構成されている。光検出器１１８、１１９によって生成された信号は次いで、高さセンサＬＳの処理ユニット１２０に提供される。処理ユニット１２０は更に、受信した信号に基づいて、基板Ｗの高さｈ、すなわち図示されているＺ方向における基板の位置を決定するように構成されている。
[0041] 他の形態の検出ユニットも既知であり、図示されているものは一例に過ぎないことは理解されよう。別の例として、公開特許出願ＵＳ２０１０２３３６００Ａ１号は、微分検出スキーム（differential detection scheme）に基づく初期のタイプの高さセンサを記載している。そのような既知の検出スキームでは、偏光器及びシャープレート（例えばウォラストンプリズムの形態）の組み合わせによって、基準格子上で反射ビームから２つの横方向に剪断された格子像を生成する。生成された像は基準格子により伝送され、２つの検出器によって検出される。図２の設計と同様に、これらの信号を処理して高さ信号を生成する。既知の設計の偏光コンポーネントはコストが高いので、ＵＶ放射を用いる高さセンサでは図２の設計が有利である。
[0042] 図３は、図２の高さセンサの処理ユニット１２０で得られる信号の形態を示す。横軸は、基板Ｗに対するセンサの高さｚｓを表す。縦軸は、２つの光検出器１１８、１１９によって生成された信号間の差として得られる非対称性Ａを表す。高さｚｓが変わると、図２から、投影格子１０４によって発生した格子パターンの明るいフリンジが検出格子の三角形フィーチャ１１４の異なる部分に投影されることがわかる。明るいフリンジが主として光検出器１１８又は光検出器１１９のどちらを照射しているかに応じて、非対称性信号Ａは正の値及び負の値に変化する。これによって、図３の曲線２００で示されるほぼ正弦波の形態の変動が生じる。格子は無限でないので、変動の振幅は曲線の中央部２０２で最大となり、高さセンサは、非対称性信号Ａが高さｚｓに対してほぼ線形の変動を示すこの中央部の領域のみで動作するように設計されている。この動作領域は近似的にボックス２０４で画定されている。従って、投影格子及び検出格子のピッチは正弦波変動の周期を決定し、結果として高さセンサの動作範囲２０６を限定する。また、投影格子のピッチは動作範囲内の曲線２００の線形部分の傾きを決定し、従って高さセンサの感度を決定する。
[0043] 次に図４を参照すると、例えば図１に示されているタイプのリソグラフィ装置内の基準フレームＲＦ及び基板サポートＷＴに対する高さセンサＬＳのコンポーネントの物理的な配置が示されている。デュアルステージ装置の場合、図４の基板サポートＷＴは基板サポートＷＴａ又はＷＴｂのいずれかであり得る。すでに図２に示した高さセンサのコンポーネントは、図４において同一の参照番号で示されている。従って、投影ユニット１００及び検出ユニット１１０は、基準フレームに搭載されると共にそれぞれ投影格子１０４及び検出格子１１２を含むことが図示されている。これらのコンポーネントは別個に基準フレームＲＦに搭載されて図示されているが、高さセンサフレームを提供し、これをリソグラフィ装置の基準フレームＲＦに搭載してもよいことは理解されよう。
[0044] また、図４には、図２に示されていない光学系の追加のコンポーネントも図示されている。これらのコンポーネントは光ビームを調節及び合焦するためのものであり、他のものは光学系をコンパクトな構成に折り曲げるためのものである。湾曲リフレクタ又はプリズムを用いて、合焦及び折り曲げ機能を単一の要素にまとめることができる。これらの機能は図４では概略的に表され、それらの詳細な実施はむろん実施によって異なる。例示として、投影ユニット１００において、測定ビーム１３０の経路を折り曲げて投影合焦ユニット３６４に誘導する入射ミラー３６２が示されている。出射ミラー３６６は、測定ビーム１３０を基板Ｗの測定位置１４０への入射に適した角度に方向転換する。同様に、検出ユニット１１０において、入射ミラー３７２は反射ビーム１５０を検出合焦ユニット３７４へ方向転換する。出射ミラー３７６は、反射ビームの経路を検出格子１１２及び合焦ユニット１１６へ方向転換する。
[0045] この既知の構成において、高さセンサの基準高さｚｒｅｆはリソグラフィ装置の基準フレームＲＦに対して固定されている。この基準高さに対して高さ値ｚｓが表現又は規定される。再び図３を参照すると、既知の高さセンサは例えば数ミクロンの動作範囲を有する。基板の様々な位置で高さを測定する間、高さセンサの動作範囲内に表面を維持するため、基板の高さはリソグラフィ装置の位置決めサブシステムによって制御される。基準フレームＲＦに対する基板サポートの高さｚｔの変動は、位置センサＩＦ（図１にも示されている）を用いて高い精度で測定される。これらの高さの変動を、高さセンサによって測定された高さｚｓの変動に加算又は減算することで、基板サポートに対する基板表面の全高値ｈが得られる。
[0046] 高さセンサの限定された動作範囲が、基板の複数の位置で高さマップを測定する間に基板テーブルＷＴ及び基板Ｗの高さを決定する位置決めサブシステムに対して厳しい要件を課すことは認められよう。以下で示されるように、高さセンサの動作範囲を拡大すると、装置の残り部分に対する設計上の制約が緩和する。既知の設計では、動作範囲を拡大すると、それに応じて感度が低下することになる。これは許容できない可能性がある。
[0047] 図５は、変更された高さセンサの第１の例のコンポーネントを概略的に示し、高さセンサの光学系は図４の既知の高さセンサと同じ要素を全て含んでいる。要素５０２〜５５０は図４の高さセンサの要素１０２〜１５０に相当し、実質的に同じように動作する。要素５６２〜５７６は図４の高さセンサの要素３６２〜３７６に相当し、実質的に同じように動作する。
[0048] この変更された高さセンサは、基板の高さｚｓを測定する際の基準高さｚｒｅｆが基板の測定中に可変である点で、図４のものと機能的に異なっている。基準高さｚｒｅｆは、基準フレームＲＦによって規定される固定基準高さｚ０に対して量Δｚｒｅｆだけ変動することができる。可変基準高さｚｒｅｆは、特に基板サポートの高さｚｔの変動を追跡するように制御できるので、測定される高さｚｓは高さセンサの動作範囲内に保持される。３つの値、すなわちΔｚｒｅｆ、ｚｓ、及びｚｔを組み合わせて、固定基準ｚ０に対する基板表面の高さを前述のものと同じ精度で測定する。しかしながら、基準フレームＲＦに対する基板の位置決めの精度は緩和される。
[0049] この可変基準高さの機能を与えるいくつかの実施を、以下に記載される例に開示する。第１のタイプの例では、光学系の１つ以上の要素を物理的に移動させることによって基準高さｚｒｅｆの変動を達成する。光学系は、多数のレンズ、湾曲ミラー、平面ミラー、プリズム、格子等を含み得る。それらのいずれも、可動要素として選択される候補となり得る。
[0050] 図５の例では、投影ユニット１００の出射ミラー５６６を小さい角度Δθだけ傾けること、及び検出ユニット１１０の入射ミラー５７２を同様の角度だけ傾けることによって、基準高さｚｒｅｆの変動を達成する。これによって測定ビーム５３０は、点線で示される元の位置よりも低い、すなわち基準フレームＲＦから遠い測定位置５４０で反射される。ミラーを傾けることは、プロセッサ５２０又は図示しない別のコントローラの制御下で任意の適切なアクチュエータによって実施できる。双方のミラーを同じ量だけ傾けるので、合焦光学系５７４内及び後段の要素３７６、５１２、５１６における反射ビーム経路は影響を受けない。また、測定位置５４０の面内（ｘ、ｙ）位置も影響を受けない。しかしながら、Δｚｒｅｆの変動によって、基準高さｚｒｅｆは傾き角Δθと共に予測可能に変動する。適切な方程式又はルックアップテーブルによって、プロセッサ５２０（又は図示しない別のコントローラ）は、ミラーの位置から変動Δｚｒｅｆを計算する。動作中の非対称性信号Ａの変動を追跡し、これを動作範囲の中央の近くに保つことによって、変動を自動的に制御できる。この代わりに又はこれに加えて、基板テーブルＷＴの測定高さｚｔとミラー５６６、５７２を傾けることによる基準高さの変動との間に、点線で示されている制御接続５８０を生成することができる。
[0051] プロセッサ５２０又は別個のプロセッサは、基準高さをこのように自動的に調整するためのコントローラとして動作できる。前述のように、高さ調整は、少なくとも部分的に基準構造に対する基板サポートの位置の測定に応じて実行できる。他の実施形態においてコントローラは、少なくとも部分的に、測定された基板の高さの逸脱を追跡することによって基準高さを自動的に調整するよう構成されている。これと同じ原理が、以下で説明される例に適用される。すなわち、基準高さの変動は、測定高さｚｓに応じて完全に高さセンサ内で制御することができる。プロセッサ５２０が受信する信号から基準高さの変動がわかるか又は計算できるならば、固定基準高さｚ０に対する高さ測定を計算することができる。この代わりに又はこれに加えて、基準高さの変動は、所与の実施において同等のセンサから受信されるような基板位置の測定を参照して部分的に制御できる。基準高さ及び基板サポートの位置がサーボコントローラによって制御される実施形態では、これらは必要な測定をすでに有し得る。いくつかの実施形態では、可動要素はｚｓの測定自体に基づいて制御され得る。このような場合、測定された高さｚｓ自体が制御ループのフィードバック信号として機能できるので、可動要素のための位置エンコーダは必要ないことがある。位置エンコーダは、むろん、例えば基板がセンサの範囲内に位置決めされていない場合のフォールバックとして望まれる場合がある。
[0052] 図６は、図１の装置の一実施形態の機械的構成全体を概略的に示す。この装置は、２つの基板サポート、並びに別々の測定ステーションＭＥＡ及び露光ステーションＥＸＰを有するタイプである。
[0053] ベースフレームＦＢは、装置をフロア上で支持して取り囲んでいる。装置内で、正確な位置基準として機能する基準フレームＲＦは、これを環境内の振動から隔離するエアベアリング６０２上に支持されている。このフレーム上に搭載されているのは、当然露光ステーションＥＸＰの主要部を形成する投影システムＰＳと、測定ステーションＭＥＡの機能的要素である器具６０４、６０６、６０８である。本例では、器具６０４及び６０８は高さセンサＬＳの投影ユニット１００及び検出ユニット１１０である。器具６０６はアライメントセンサＡＬである。露光ステーションＥＸＰの上方に、マスクテーブルＭＴ及びマスクＭＡが投影システムＰＳの上に搭載されている。第１のポジショナＰＭは、ロングストローク（粗動）アクチュエータ６１０及びショートストローク（微動）アクチェータ６１２、６１４を含む。これらは、投影システムＰＳに対する、従って基準フレームＲＦに対するマスクＭＡの所望の位置を得るためアクティブフィードバック制御によって動作する。この測定は概略的に６１６で示されている。マスクテーブルＭＴ及び第１のポジショナＰＭの少なくとも粗い移動を模倣して、フレーム及び他のコンポーネントに伝達される振動を低減するため、バランスマス６１８が提供されている。バランスマス６１８は、アクティブエアベアリング６２０を介してベースフレームＦＢ上に支持されている。低周波数サーボ制御によって、バランスマス６１８を所望の平均位置に保持する。この例のデュアルステージ構成に従って、ウェーハテーブルＷＴａ及びＷＴｂの形態の基板サポートが提供されており、各々に位置決め機構が関連付けられている。ウェーハテーブルＷＴａは露光ステーションにおいてウェーハＷがロードされた状態が示され、ウェーハテーブルＷＴｂは測定ステーションにおいて次のウェーハＷ’を載せた状態が示されている。各ウェーハテーブルは、器具６０４〜６０８に対して及び投影システムＰＳの出射レンズに対して正確に基板Ｗを位置決めするため、粗動アクチュエータ６２２及び微動アクチュエータ６２４、６２６を有する。ウェーハテーブルＷＴａ、ＷＴｂ、及びそれらの位置決めサブシステムは、共有バランスマス６２８上に支持されると共に接続されている。この場合も、エアベアリング、又は例えば磁気や静電気のような他の適切なベアリングが、例えば６３０で概略的に示されている。ウェーハＷ及びＷ’の位置の粗動制御及び微動制御に用いられるウェーハテーブル位置の測定は、測定ステーションの器具６０４〜６０８及び露光ステーションの投影システムＰＳに対して行われる。これらは双方とも究極的には基準フレームＲＦを参照する。
[0054] 次に、既知のリソグラフィ装置において器具６０４及び６０８で形成される高さセンサの動作を参照すると、可変基準高さｚｒｅｆを用いる変更された高さセンサを使用することで、基板表面を高さセンサの動作範囲内に維持する必要があった微動アクチュエータ６２６に対する制約が緩和する。
[0055] 更に、基準高さの変動の範囲が充分である場合、図７に示されているように、よりコストの低いリソグラフィ装置を構築できる。この変更されたリソグラフィ装置の機械的構成は図６のものと同一であるが、微動アクチュエータ６２４、６２６が固定搭載台７２６で置き換えられている点が異なっている。このため、ウェーハテーブルＷＴａ、ＷＴｂの全ての移動は粗動アクチュエータ６２２のみを使用して制御される。しかしながら、位置の測定は依然として正確である。高さセンサの動作範囲は、感度を損なうことなく効果的に拡大され、ウェーハテーブルのための低コストの位置決めサブシステムが可能となる。
[0056] 次に、図８から図１４を参照して、変更された高さセンサの代替的な実施形態について説明する。これらの変更された高さセンサの各々は、上述したものと同様にリソグラフィ装置において展開できる。これらの変更された高さセンサの各々は、図１、図６、及び図７に示されているタイプのデュアルステージ装置だけでなく、１つ以上の基板サポートを有するリソグラフィ装置において展開できる。これらのセンサの各々は、粗動アクチュエータ及び微動アクチュエータの双方を有するリソグラフィ装置、並びに、図７に示されているように粗動アクチュエータのみを有するリソグラフィ装置において展開できる。また、これらのセンサの各々は、半導体製造において使用されるインスペクション装置及び他のタイプのインスペクション装置を含む他のタイプの装置においても展開できる。
[0057] 図５に示されている変更された高さセンサの第１の実施形態は、上述のようにミラー５６６及び５７２を傾けることで基準高さを調整する。従って、基準高さが調整された場合、測定ビーム５３０の入射角も変化する。あるタイプの基板では、この入射角の変動が、報告される高さの変動を引き起こす可能性がある。これは高さ測定において可変の不正確さを招く恐れがあるが、これは適切な可変較正（variable calibration）によって対処できる。
[0058] 図８は、投影ユニット８００、検出ユニット８１０、及びプロセッサ８２０を有する変更された高さセンサの第２の実施形態を示す。これらのユニット内の全てのコンポーネントは、以下で説明される相違点を除いて図５と同一であり、図５と同一の参照符号が用いられる。
[0059] 図８の高さセンサは、基準高さｚｒｅｆの変動を達成する可動光学要素を含む。これらの可動光学要素は、この場合も投影ユニットの出射ミラー５６６及び検出ユニットの入射ミラー５７２である。しかしながら、基準高さの調整は、これらを傾けること又は回転させることではなく、図示のようにこれらのミラーをΔｘの量だけ線形移動させることで実施される。これによる効果は、測定ビーム５３０の入射角を変えることなく基準高さの変化Δｚｒｅｆが達成されることである。従って、入射角によるプロセス依存性の変動のために生じる不正確さの問題が回避される。可変較正は回避される。可動要素を駆動及び制御するため、並びに組み合わせ高さ測定を計算するための構成は、図５で上述したものと同じとすればよい。
[0060] 図９は、投影ユニット９００、検出ユニット９１０、及びプロセッサ９２０を有する変更された高さセンサの第３の実施形態を示す。これらのユニット内の全てのコンポーネントは、以下で説明される相違点を除いて図５と同じであり、図５と同一の参照符号が用いられる。図５及び図８の例に比べて、この例ではミラー５６６及び５７２は固定されている（又は、少なくとも高さセンサの基準高さを調整する目的では移動しない）。その代わり、出射ミラー５７６が、可変量Δθだけ傾くか又は回転するように制御される。従って、所与の高さｚｓで投影格子５０４の像が検出格子５１２上にくる位置は変動する。同時に、基板上の測定ビームの入射角は不変であり、図５の例で言及した問題は回避される。また、アクチュエータ及び制御ループの数は低減している。可動要素を駆動及び制御するため、並びに組み合わせ高さ測定を計算するための構成は、図５で上述したものと同じとすればよい。図５及び図８の例に比べて、図９の例ではミラー５６６及び５７２は固定されている（又は、少なくとも基準高さを調整する目的では移動しない）。図５及び図８の例に比べて、図９の例では単一の移動要素の並進のみが必要である。
[0061] 図１０は、投影ユニット１０００、検出ユニット１０１０、及びプロセッサ１０２０を有する変更された高さセンサの第４の実施形態を示す。これらのユニット内の全てのコンポーネントは、以下で説明される相違点を除いて図５と同じであり、図５と同一の参照符号が用いられる。図５及び図８の例に比べて、この例ではミラー５６６、５７２、及び５７６は固定されている（又は、少なくとも高さセンサの基準高さを調整する目的では移動しない）。この例では、図示のように投影格子５０４の位置が可変量Δｐｇだけ並進するよう構成されている。従って、所与の高さｚｓで投影格子５０４の像が検出格子５１２上にくる位置が変動し、基準高さの所望の変化Δｚｒｅｆを引き起こす。図５及び図８の例に比べて、図１０の例では単一の移動要素の並進のみが必要である。図示されている移動Δｐｇを表す矢印で示すように、並進の方向は格子の面に対して多少の角度を付けることができる。これは、一定の光路長を維持するため、及び、投影格子の像を検出格子上に合焦させた状態を保持するためである。必要に応じて他の措置を取ってもよい。
[0062] 上述したように、図９及び図１０の構成は単一のアクチュエータ及び可動要素しか必要としないことによって簡略化される。これらの構成の問題点は、測定位置１４０の面内位置（すなわちｘ方向又はｙ方向の位置）が、基準フレームＲＦに対して可変となることである。従って、従来の高さセンサと同様に基板の面内位置をスキャンした場合、得られる測定は予想位置に対応しない。しかしながら、この面内の測定位置ずれは多くの方法で考慮することができる。第１の選択肢は、測定位置５４０が実際に予想位置となるように基板及び高さセンサの相対位置を制御することである。これは、基板テーブルの位置を制御することによって、又は高さセンサ内に面内測定位置を変動させる追加の機構を設けることによって達成できる。上述の特許ＵＳ８９４７６３２号は、高さセンサ及び基板を相互に物理的にシフトさせることなく測定位置を変動させるための機構を開示している。これらの機構の変動を用いて、測定位置が予想位置になるように、投影格子の移動によって生じる（相対的に極めて小さい）面内ずれを補償することができる。
[0063] 別の選択肢は、プロセッサ５２０が測定後に高さマップを数学的に補正し、これによって予想位置における高さの推定値を取得することである。第３の選択肢は、実際の測定位置の情報と共に高さマップを生成することである。露光ステーションのためのコントローラは、正しいフォーカスでパターンを適用するように投影システムを制御する際に面内ずれを考慮に入れることができる。
[0064] 測定位置の面内ずれの問題点とは別に、可動要素を駆動及び制御するため、並びに組み合わせ高さ測定を計算するための構成は、図５で上述したものと実質的に同じとすればよい。
[0065] 図１１は、投影ユニット１１００、検出ユニット１１１０、及びプロセッサ１１２０を有する変更された高さセンサの第４の実施形態を示す。これらのユニット内の全てのコンポーネントは、以下で説明される相違点を除いて図５と同じであり、図５と同一の参照符号が用いられる。図５及び図８の例に比べて、この例ではミラー５６６、５７２、及び５７６は固定されている（又は、少なくとも高さセンサの基準高さを調整する目的では移動しない）。この例では、図示のように検出格子５１２の位置が可変量Δｄｇだけ並進するよう構成されている。従って、所与の高さｚｓで投影格子５０４の像が検出格子５１２上にくる位置が変動し、基準高さの所望の変化Δｚｒｅｆを引き起こす。図示されている移動Δｄｇを表す矢印で示すように、並進の方向は格子の面に対して多少の角度を付けることができる。これは、一定の光路長を維持するため、及び、投影格子の像を検出格子上に合焦させた状態を保持するためである。必要に応じて他の措置を取ってもよい。
[0066] 図５及び図８の例に比べて、図１１の例は、単一の移動要素の並進しか必要としない可能性がある。図１１の構成の問題点は、図１０の場合と同様に、測定位置１４０の面内位置（すなわちｘ方向又はｙ方向の位置）が、基準フレームＲＦに対して可変となることである。従って、従来の高さセンサと同様に基板の面内位置をスキャンした場合、得られる測定は予想位置に対応しない。この測定位置の面内ずれは、すでに図１０で述べたように多くの方法で考慮することができる。
[0067] 図１１に任意選択として示されている代替的な選択肢は、投影格子５０４及び検出格子５１２の双方を対応する量Δｐｇ及びΔｄｇだけ移動させることである。これらの移動を同期させた場合、測定位置の面内ずれを回避することができる。
[0068] 測定位置の面内ずれの問題点とは別に、可動要素を駆動及び制御するため、並びに組み合わせ高さ測定を計算するための構成は、図５で上述したものと実質的に同じとすればよい。
[0069] 図１２及び図１３は、可変高さ基準を達成するために部品の移動を必要としない高さセンサの代替的な実施を示す。この高さセンサは、ＷＯ２０１６１０２１２７Ａ１号（Reijnders等）に開示されている高さセンサの変更バージョンに基づいている。図１２は、高さ検出の原理を簡潔に説明するため、ＷＯ２０１６１０２１２７Ａ１号からのコピーである。これ以上の詳細については、全体的な内容が参照により本願に含まれるＷＯ２０１６１０２１２７Ａ１号を参照されたい。
[0070] 図１２は、投影ユニット１２００、検出ユニット１２１０、及びプロセッサ１２２０を含む高さセンサを示す。図５〜図１１の構成と同様、投影ユニット１２００は、投影格子１２０４によってパターンが付与される光ビーム１２０２を提供する光源を備えている。光源は、例えば広帯域光源、又は偏光もしくは非偏光のレーザビームとすることができる。投影格子１２０４の作用によって、周期Ｐの周期的に変動する強度を有する測定ビーム１２３０が得られる。与えられる測定ビームの強度は、矢印１２３２で示される第１の方向に沿って周期的に変動する。周期的に変動する強度を有する測定ビーム１２３０は、基板上の測定位置５４０へ誘導される。測定位置５４０において、パターン付与された測定ビームは基板２１０で反射され、検出ユニット１２１０の方へ反射される（１２５０）。投影ユニット１２００と検出ユニット１２１０との間の測定ビームの経路に沿って、別の光学要素が提供され得ることに留意するべきである。反射されたパターン付き測定ビーム１２５０は、同じ周期Ｐを有し、矢印１２３４で示される第２の方向で周期的に変動する強度分布を有する。
[0071] 図５の高さセンサの検出ユニット５１０とは異なり、検出ユニット１２１０は、パターン付与された測定ビームを分離するための検出格子を使用しない。検出ユニット１２１０は、周期的に変動する強度分布を有する反射されたパターン付き測定ビームを受光するように構成された多要素光検出器１２１２を備えている。多要素光検出器は検知要素１２１４のアレイを含む。これらの検知要素は、第２の方向（矢印１２３４で示されている）に沿って、周期Ｐの半分以下のピッチｐで配列されている。本開示の原理によれば、ピッチｐは任意選択的に周期Ｐの３分の１又は４分の１よりも小さい。本開示の意味内で、ピッチｐは、多要素光検出器の２つの隣接した検知要素間の距離を示すために用いられ、ピッチＰは、多要素光検出器に投影された場合の強度分布内の２つの隣接したピーク間の距離と考えることができる。この比較では、光学系における格子ピッチのいかなる拡大又は縮小も無視されるが、むろんこれは実際の実施形態では考慮される。
[0072] 従って、周期的に変動する強度分布は多要素光検出器１２１２に直接投影される。このため、周期的に変動する強度分布に沿った第２の方向の位置と検知要素アレイに沿った第２の方向の位置との間には１対１の対応関係が認められる。高さセンサは更に、多要素光検出器からのセンサ信号を受信すると共に、センサアレイから受信した１つ以上のセンサ信号に基づいて基板の高さを決定するプロセッサ１２２０を備えている。
[0073] ＷＯ２０１６１０２１２７Ａ１号に開示されている一実施形態において、各検知要素は受光量を表す別個の出力信号を発生するように構成されている。これらの出力信号は処理ユニット１２２０に与えられる。処理ユニット１２２０は、受信した信号及び検知要素の既知の位置に基づいて、例えばパターン付与された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って、基板の高さを決定できる。この代わりに又はこれに加えて、最大強度又は最小強度の位置を決定し、これを用いて基板の高さを決定してもよい。各検知要素が出力信号を与える代わりに、２つ以上の検知要素を相互に接続して、組み合わせた受光量を表す出力信号を取得してもよい。どのように達成するにしても、これらの要素を２つのグループにまとめて、図５〜図１１の実施形態において光検出器対５１８／５１９から得られた信号と機能的に同様である信号を取得することも可能である。
[0074] 図１３は、本開示の原理を応用して部品を移動させずに可変基準高さを達成するための図１２の高さセンサの変更を示す。図５〜図１１の例と異なる高さセンサ部分のみが図示されている。反射測定ビーム５５０はこの図の左下部から入射する。例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサとすることができる多要素光検出器１２１２の拡大平面図が示されている。個々の検知要素１２１４は、（この例では）２次元アレイに配列されている。アレイの１次元は、反射測定ビーム１２５０の光分布内のフリンジ１３０２と位置合わせされている。アレイの方向は原理上このように位置合わせする必要はない。アレイは原理上２次元である必要はなく、１次元としてもよいが、その場合フリンジ１３０２の方向と位置合わせされる。この例でフリンジが離間している方向の検知要素のピッチｐは、（多要素光検出器に投影された場合の）投影格子のピッチＰの４分の１（１／４）である。
[0075] 既知の検出器と同様、検知要素からの信号は２つの信号Ｓ１及びＳ２に組み合わされる。図３に示したものと同様に、これらの信号間の非対称性によって高さの測定が得られる。高さセンサの基準高さの変動を達成するため、どの検知要素を組み合わせて各信号Ｓ１、Ｓ２を取得するかを選択する際に、変動Δｐｉｘを適用することができる。セレクタ１３０４は、アレイの隣接した行からの信号をどのように組み合わせるかを象徴的に示す。図１２を参照して上述したように、個々の検知要素からの全ての信号をプロセッサ１２２０に送出してプロセッサ１２２０で組み合わせるか、又は、好適な場合、検知要素のグループの信号を多要素光検出器で組み合わせることができる。ここに記載され、図１３に概略的に示されている処理は、いずれの方法でも実施できる。
[0076] 図１２〜図１３の例は、（少なくとも可変基準高さの実施のための）可動光学要素を含まないが、可動選択を駆動及び制御するため、並びに組み合わせ高さ測定を計算するための構成は、図５〜図１１で上述したものと実質的に同じとすればよい。プロセッサ１２２０においてパターン認識処理を適用してフリンジパターンの位置１３０６を検出し、高さセンサが基板の複数の位置を測定する際にリアルタイムでこれを追跡することができる。パターン認識を適用してフリンジパターンの位置を認識し、前述のように検知要素信号を２つの信号Ｓ１、Ｓ２に組み合わせることなく基準高さの変動を含む高さ測定を直接導出することも可能である。図１２〜図１３の例では、多要素光検出器内の異なる要素を選択することだけで基準高さを調整することは認められよう。これは、異なる動作モード間で較正又は変更を行うために１つ以上の光学要素が可動である可能性を排除することは意図しておらず、基板の１以上の位置で高さを測定している間に基準高さを調整するために光学要素を移動させる必要はないということが意図される。
[0077] 可動光学要素を用いる例に戻ると、図１４は、基準フレームに対して高さセンサの光学系本体全体を移動させる１つ以上のサブフレーム１４０２に光学系全体が搭載されている最後の例を示す。従って、基準高さｚｒｅｆは光路の妨害なしに変動する。光源及び光検出器のようないくつかの要素は、例えば光ファイバによって光学系の移動部分に結合されている場合、移動する必要がない可能性がある。
[0078] 上述の例は全て、様々な用途に適合可能である。上述の特許ＵＳ８９４７６３２号は、複数の測定ビームが基板を平行にスキャンする例を開示している。そのようなシステムで本開示の原理を適用する場合、設計者は、多様な選択肢の中から、異なる測定ビームについて個別に基準高さを変動させるか否か、どの程度変動させるか、及びそのために最良の機構はどれなのかを選ばなければならない。基板全体のスキャン中の様々な時点で生じる変動に比べ、所与の時点における平行な位置間の高さの変動は極めて小さい可能性がある。その場合、同一の基準高さを用いて平行ビームの全てを測定することは極めて許容可能であり得る。あるいは、例えば、各測定位置について基準高さを完全に別個に制御することを必要とせず、全ての測定位置を動作範囲内に収めるために基準高さを単に傾けるだけで充分であり得る。
[0079] 上述の例の全てにおいて、基準高さの変動は、上述した調整に加えて、例えば測定ビームを基板上の狭い場所に合焦させた状態に保持するための二次的な調整を含み得る。これらの二次的な調整の必要性は、本明細書に記載された実施形態のいずれかの詳細な設計において決定できる。
[0080] 上述の例の全てにおいて、高さセンサは、基準高さを所望の設定へ持っていくことによって基準高さを制御するのではなく、ある範囲の基準高さ設定にわたって連続的に高さセンサをスキャンすることで動作してもよい。次いで、測定を行う時点を選択すること、及び／又は連続した測定を行い、その中のどれを用いるかを選択することによって、測定の目的のために有効な基準高さ設定を調整できる。１つ以上の移動光学要素を用いる実施形態では、例えば、ある範囲の様々な基準高さを実質的に循環するある範囲の位置にわたって光学要素を振動又は発振させることができる。次いで、このサイクル内の適切なポイントで単一の高さ測定を実行するか、又はサイクル全体を通して複数の測定を実行した後、適切な基準高さの測定を使用して高さマップを規定することができる。
[0081] これらの「循環」実施形態では、各サイクルにおいて測定位置は固定のままであるか、又は高さセンサは、基準高さの変動をより迅速に循環しながら基板のスキャンを続けることができる。後者の場合、図９、図１０、及び図１１の例と同様、測定位置５４０は選択された基準高さに依存する可能性がある。この測定位置の変動に対処する解決策についてはすでに説明した。
[0082] 上述の例は周期格子パターンが投影及び検出されることを想定しているが、原理上、単一のバー又はスポットから複雑なコードパターンまで、任意のパターンを検出できる。その点で、「格子」という用語は、高さ検知に用いられる放射に対して認識可能パターンを適用するための任意のデバイスと解釈するべきであり、これは投影格子及び検出格子に等しく当てはまる。
[0083] 結論として、高さセンサの基本的な動作範囲を拡大することなく、より幅広い高さ値にわたって半導体基板又は他の製品における高さ測定をどのように実行できるかが示された。精度を維持できると共に、全体的な装置のコストを削減することができる。本発明の具体的な実施形態について上述したが、本発明は記載されたもの以外で実施され得ることは認められよう。
[0084] 一実施形態では、高さ検知ハードウェアに関連付けて、上述したタイプの測定方法を実施する機械読み取り可能命令の１以上のシーケンスを含むコンピュータプログラムを含むことができる。このコンピュータプログラムは、例えば、その目的に専用であるか又は図１の制御ユニットＬＡＣＵに一体化されたプロセッサ５２０、８２０、９２０、１０２０、１１２０、１２２０等によって実行できる。また、そのようなコンピュータプログラムが記憶されているデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光学ディスク）も提供することができる。
[0085] 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適用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。
[0086] 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、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍもしくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、１ｎｍ〜１００ｎｍ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。
[0087] 「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。反射コンポーネントは、ＵＶ及び／又はＥＵＶ範囲で作動する装置に使用される可能性が高い。
[0088] 本発明の幅及び範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによっても限定されず、特許請求の範囲及びその同等物によってのみ規定されるものである。

Claims (14)

  1. 放射を基板へ送出すると共に前記基板から反射された放射を集光し、前記集光された放射を処理して基準高さに対する前記基板の表面高さの測定を導出するように構成された光学系を備える高さセンサであって、前記基板の１つ以上の位置において前記高さを測定している間に、前記光学系が接続されている基準構造に対する前記基準高さを調整するための構成を含み、
    前記基準高さを調整するための前記構成は前記光学系における１つ以上の可動要素を含み、
    前記可動要素は、前記基準高さを変動させるように、並進するよう構成されている、高さセンサ。
  2. 前記基準構造に対する基板サポートの位置の測定に少なくとも部分的に応じて前記基準高さを自動的に調整するためにコントローラが提供されている、請求項１に記載の高さセンサ。
  3. 前記集光された放射を検出するために多要素検出器が提供され、選択された要素からの信号を組み合わせて前記測定が導出され、前記基準高さは少なくとも部分的に前記多要素検出器内の異なる要素を選択することによって調整される、請求項１又は２に記載の高さセンサ。
  4. 前記基板の１つ以上の位置において前記高さを測定している間、前記基準高さは前記多要素検出器内の異なる要素を選択することだけによって調整される、請求項３に記載の高さセンサ。
  5. 前記集光された放射は集束されて前記多要素検出器上に格子パターンの像を形成し、前記多要素検出器の要素のピッチは前記多要素検出器上の前記格子パターンのピッチの２倍以上であり、任意選択的に４倍以上である、請求項３又は４に記載の高さセンサ。
  6. 少なくとも１つの可動光学要素は前記放射を投影合焦サブシステムから前記基板へ誘導するための要素を含む、請求項１に記載の高さセンサ。
  7. 少なくとも１つの可動光学要素は前記集光された放射を前記基板から検出合焦サブシステムへ誘導するための要素を含む、請求項１又は６に記載の高さセンサ。
  8. 前記可動要素は、前記基板における前記放射の入射角を変動させることなく前記基準高さを変動させるように、角度を変えずに並進するよう配置されている、請求項１、６、又は７に記載の高さセンサ。
  9. 前記少なくとも１つの可動光学要素は前記集光された放射を検出合焦サブシステムからセンササブシステムへ誘導するための要素である、請求項１に記載の高さセンサ。
  10. 前記少なくとも１つの可動光学要素は、前記基板へ送出される前記放射に格子パターンを適用するための格子、及び／又は前記集光された放射における格子パターンと相互作用するための検出格子である、請求項１に記載の高さセンサ。
  11. 前記高さセンサの前記光学系に対する、前記高さ測定が行われる面内位置は、前記調整された基準高さとは実質的に独立している、請求項１から１０のいずれかに記載の高さセンサ。
  12. リソグラフィプロセスを用いて基板にデバイスパターンが適用される、デバイスを製造する方法であって、前記基板において測定された高さを参照して前記基板の表面上に前記適用されるパターンを合焦することを含み、前記測定された位置は請求項１から１１のいずれかに記載の高さセンサを用いて取得される、方法。
  13. 基板にパターンを適用する際に使用されるリソグラフィ装置であって、請求項１から１１のいずれかの記載の高さセンサと、基板位置決めサブシステムと、前記基板の複数の位置で前記基板表面の前記高さを前記高さセンサに測定させるため、及び、前記測定された高さを用いて前記基板に適用される１つ以上のパターンの合焦を制御するために構成されたコントローラと、を含むリソグラフィ装置。
  14. 少なくとも高さ方向に関して、前記基板位置決めサブシステムは、粗動レベルの作動及び微動レベルの作動とは異なり、単一レベルの作動を実施する、請求項１３に記載のリソグラフィ装置。
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