JP7076042B2 - レーザ三角測量装置及び較正方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１８年１０月２日に出願された欧州特許出願公開第１８１９８２３９．８号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0002] 本発明は、距離測定デバイス及び方法に関する。より詳細には、本発明は、装置と物体との間の距離を測定するための三角測量変位装置、及び可動部品なしの光学インライン較正方法に関する。

[0003] 物体表面までの距離を正確に測定する技術は、三角測量変位センサの使用によるものである。これらのセンサは、測定中に放射ビームが物体に投影されて、放射ビームの一部が受取要素、通常はリニアアレイ光電検出器に反射される、基本原理に基づいて動作する。距離測定は、放射ビームが物体表面に投影されて物体表面で反射され、それにより、反射された放射ビームが、較正された距離に対応する、較正されたベースライン位置からずれた位置で検出器により受け取られたときに実現される。センサに対する物体の距離は、受取要素に当たる放射ビームの位置を定める。したがって、物体とセンサとの間の距離が変化すると、受取要素上のビームの位置が変化する。変位センサが使用され得る前に、入力変数（センサと物体との間の空間距離）と出力変数との正確なマッピング関係を知る必要がある。このマッピング関係を知ることは較正により達成される。

[0004] 変位センサは、表面の位置、振動、プロファイル測定値などの幾何学量の超精密測定に使用される。例えば、三角測量技術を使用することにより、基準、例えばセンサに対する物体までの距離又は物体の変位を、非接触測定が必要であるときでさえ高分解能で決定することができる。リソグラフィ装置（リソグラフィ装置に関する更なる情報は、米国特許第６９５２２５３号において得られる）では、例えば、可動部品、例えば可動ステージの位置を極めて正確に知る必要がある。このことは、これらの部品の位置が頻繁に監視されることを意味し、位置の頻繁な監視は、変位センサを使用した三角測量により実現することができる。キャリア、例えばウェーハステージの位置を高精度で知る必要がある、メトロロジ装置についても同じことが言える。追加的に、光学要素の位置、例えば、メトロロジデバイス及びカメラシステムにおいて使用されるレンズ又は回折格子の位置の測定及び監視も、リソグラフィ装置、メトロロジ装置内に、及び撮影デバイス内に配置された三角測量変位センサにより実施され得る。最後に、変位センサの使用は、可動ステージ又は光学要素に限定されず、ドリフトの原因となる様々な（準）静止部品にも適用され得ることが明らかである。

[0005] 変位センサの精度は、センサ出力の、直線較正線からの直線性誤差偏差などの、固有の系統的誤差の影響を受ける。変位センサはサブミクロン分解能を有し得るが、直線性誤差は、分解能レベルよりもはるかに大きいことがある。直線性誤差は通常、定常的なものではない、例えば環境変化に起因するものなので、変位センサは、信頼性の高い測定結果を確保するために頻繁な較正を必要とする。位置が正確に判明している測定放射ビーム中にゲージ基準を配置することにより三角測量変位センサ（又はより一般には、装置）を較正するのが一般的である。これらのゲージ基準は、物体平面の近傍に又は物体平面内に位置決めされ、測定すべき物体の代わりとなる。通常、測定装置は、較正、すなわち、エクスシチュ較正を実施するために、システム又はシステムが使用されている機能環境、例えばリソグラフィ装置から取り外す必要がある。しかし、システムの環境条件は、エクスシチュ較正中の環境条件と異なることがある。インシチュ較正は、放射ビーム中にゲージ基準を配置するために変位センサが利用可能である場合に有利であることがある。インシチュ較正手順とエクスシチュ較正手順の両方において、外部ゲージ基準は、較正手順中に放射ビームの内外に移動させて配置する必要があり、操作に時間がかかり及び操作が面倒であるだけでなく、これらの較正方法はシステムの休止時間をもたらす。

[0006] 本発明の目的は、装置を較正するための較正要素をシステムの内外に移動させる必要がない三角測量技術に基づく距離測定装置を提供することである。上記を考慮すると、本発明は、デバイスの第１の表面と第２の表面との間に所定の距離を有する、透過型デバイスを備える、装置から物体までの距離を決定するための装置を提供する。透過型デバイスの第１の表面は、放射ビームの第１の部分を反射するように配置され、及び透過型デバイスの第２の表面は、放射ビームの第２の部分を反射するように配置される。装置は、放射ビームの第１の部分の少なくとも一部を検出器上の第１の箇所で受け取り、放射ビームの第２の部分の少なくとも一部を検出器上の第２の箇所で受け取り、及び透過型デバイス及び物体との相互作用後の放射ビームの少なくとも一部を検出器上の第３の箇所で受け取るように構成された検出器を更に備える。装置は、検出器から信号を受信して、第１の箇所と第２の箇所との間の空間距離及び第１の箇所と第３の箇所との間の空間距離及び／又は第２の箇所と第３の箇所との間の空間距離に基づいて装置から物体までの距離を決定するように構成されたプロセッサを備える。

[0007] 上記を考慮して、本発明は、内部基準又はゲージを備える距離測定のための装置を提供する。すなわち、透過型デバイスは、２つの基準表面として使用される第１の表面及び第２の表面を提供する。これらの２つの基準表面の相互間距離は事前に定められる。これにより、透過型デバイスはゲージ基準として使用され得る。第１の表面及び第２の表面によりそれぞれ反射された放射ビームの第１の部分及び第２の部分は、検出器上の異なる箇所、すなわち第１の箇所及び第２の箇所で受け取られる。これにより、第１の表面と第２の表面との間の空間距離が検出器上の箇所の差に変換される。したがって、物体により反射されて検出器により検出器上の箇所で少なくとも一部が受け取られる放射ビームは、物体と装置の第１の表面及び／又は第２の表面との間の空間距離と相関があることがある。

[0008] 装置は、ゲージ基準として使用され得る透過型デバイスを備えるので、物体により反射された放射ビームの検出器による記録が、透過型デバイスの表面で反射された放射ビームに対応する記録と比較され得る。したがって、各測定は、エクスシチュ較正のための外部ゲージ基準を挿入せずに、又はエクスシチュ較正のための環境から装置を取り外さずに、透過型デバイスからの反射により較正され得る。

[0009] 実施形態では、装置は、透過板により構成される透過型デバイスを備える。第１の表面は透過板の一方の側にあり、及び第２の表面は透過板の反対側にある。例えば、２つの分離した個別の要素の代わりに板を使用することが、安定性の観点から好ましい。透過板の場合には、第１の表面と第２の表面とが強固に接続される。これにより、両表面間の距離が保たれる。

[00010] 実施形態では、透過型デバイスは平行平面透過板である。透過型デバイスの第１の表面と第２の表面の両方は、透過板の第１の表面で反射された放射ビームと第２の表面で反射された放射ビームとが互いに平行に伝搬するような向きに等しく配置される。これにより、透過板と検出器との間の距離は、反射された放射ビームの検出器上の第１の箇所と第２の箇所との間の空間距離に影響を及ぼさない。

[00011] 実施形態では、透過型デバイスには、少なくとも１つの調整可能な反射面が設けられる。少なくとも１つの調整可能な反射面は、切り替え可能なミラーを備え得、及び反射率は、コントローラにより制御され得る。少なくとも１つの反射面は、純粋な反射状態に、純粋な透過状態に、又は中間状態に切り替えられ得る。この反射面の切り替えは、第１の表面及び／又は第２の表面を通過する放射パワーの量を制御でき、これにより、検出器と相互作用する反射された放射ビームの強度も制御できるという利点を有する。加えて、透過型デバイスの反射率、ひいては透過率を調整することにより、物体に衝突する放射パワーを制御することができる。この放射パワーの制御は、物体への放射誘起損傷を防止するのに必要であることがある。

[00012] 実施形態では、装置は、少なくとも、第１の所定の厚さを有する第１の透過板と、第２の所定の厚さを有する第２の透過板とを備える。別の実施形態では、装置は、各々が所定の厚さを有する複数の透過板を備える。各透過板は、反射された追加のビームを導入し得る。各透過板は、反射された追加の放射ビームを検出器へ誘導するように配置される。したがって、２つ以上の透過板を備える透過型デバイスを距離測定デバイスに設けることにより、反射される放射ビームの数、及び検出器による対応する記録を増加させてもよい。このことは、基準位置の数が増加するので、装置の較正及び直線性を改善するのに有益であることがある。

[00013] 実施形態では、透過型デバイスは、物体から反射された放射ビームと交差しないように配置される。この配置は、物体から反射された放射ビームが透過型デバイスと相互作用せずに通過するための凹所により達成される。このように、物体から反射された放射ビームは、透過型デバイスの影響を受けない。これにより、反射された放射ビームの更なる反射及び／又は吸収が防止される。

[00014] 実施形態では、放射ビームは、少なくとも、第１の放射ビームと第２の放射ビームとを含み、第１の放射ビーム及び第２の放射ビームは、幾何学的に異なる透過型デバイスと交差する。互いに対して異なる向きに配置される少なくとも２つの放射ビームを使用することにより、物体上の少なくとも２箇所についての物体と装置との間の距離を測定することができる。これにより、２つ以上の次元での距離の測定が可能となる。

[00015] 実施形態では、装置は、環境変化を監視するための温度センサを備える。環境温度の変化により、例えば、透過型デバイスの幾何学的特性が変化する可能性がある。結果として、検出器により記録される基準位置が、幾何学的変化に応じてずらされることがある。装置の温度を監視することにより、そのような熱誘起のずれを観測して補正することができる。

[00016] 実施形態では、装置は、放射ビームの強度及び／又は放射ビームの波長及び／又は透過型デバイスの少なくとも１つの表面の反射率を制御するように構成されたプロセッサを備える。放射ビーム及び／又は透過型デバイスの光学特性を制御することにより、距離測定を物体の表面特性に対して最適化し及び／又は適合させることができる。

[00017] 本発明の態様によれば、本明細書に記載する装置を備えるリソグラフィ装置が提供される。装置は、リソグラフィ装置内の物体、例えばステージ又は光学要素の距離又は変位を測定するために使用され得る。

[00018] 本発明の更なる態様によれば、本明細書に記載する装置を備えるメトロロジ装置が提供される。この装置は、メトロロジ装置内の物体、例えば移動ステージ又は光学要素の距離又は変位を測定するために使用され得る。

[00019] 本発明の態様によれば、本明細書に記載する装置を備えるカメラシステムが提供される。カメラシステムは、例えば、メトロロジデバイスでの又は更には撮影デバイスでの撮像目的で使用され得る。カメラシステム内の光学要素の位置は、例えば、ドリフト、摩耗、又はヒステリシスにより生じる、予想される位置からずれることがあり、装置を用いて測定及び／又は監視することができる。

[00020] ここで、本発明の実施形態について、添付の概略図を参照しながら単なる例として説明する。

三角測量変位センサを較正するための一般的な方法の概要図を示す。 三角測量変位センサを較正するための一般的な方法の概要図を示す。 三角測量変位センサを較正するための一般的な方法の概要図を示す。 本発明の装置の実施形態の概略図を示す。 本発明の実施形態で使用され得る透過型デバイスの概略図を示す。 本発明による透過型デバイスの上面図を示す。 本発明の実施形態で使用され得る透過型デバイスの概略図を示す。 本発明の実施形態で使用され得る透過型デバイスの概略図を示す。 本発明の実施形態で使用され得る透過型デバイスの概略図を示す。

[00021] ここで、類似の参照番号が同一又は機能的に同様の要素を表す、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明のコンポーネントは、概略的に説明し図に図示するように、多種多様な構成で実装され得る。したがって、図に表される、本発明の装置及び方法の実施形態の以下のより詳細な説明は、特許請求の範囲に記載される、本発明の範囲を限定するように意図されたものではなく、本発明の好ましい実施形態の単なる代表的なものにすぎない。

[00022] 図１は、距離測定デバイス又は装置とも呼ばれる、三角測量変位センサ１００を較正するために使用される方法を概略的に示す。一般的な較正方法は、図１ａ～図１ｃに図示するように、いくつかの手順ステップを含み得る。この例では、簡略化する理由から、較正ステップの数が３つに限定されている。当業者には、較正又は精度を改善するためにより多くのステップが含まれ得ることが理解されよう。ここで、一般的な較正手順ステップをより詳細に説明する。

[00023] 図１ａに図示するように、較正手順の第１のステップの間に、放射源１１０は、センサ１００から既知又は所定の距離をおいて位置決めされた物体１１３に放射ビーム１１１を提供する。物体１１３は、較正手順中に、ゲージ基準として使用される。放射ビーム１１１は、第１の位置１１４における物体１１３の表面で反射し、これにより、反射された放射ビーム１１２を形成する。第１の位置１１４は、基準位置又はゼロ位置と呼ばれることがある。検出器１２０は、反射された放射ビーム１１２の少なくとも一部を受け取るように構成される。通常、検出器１２０は、放射感応性要素又は画素のアレイ、例えばＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサを備える。検出器１２０は、反射された放射ビーム１１２が、第１の位置１１４に対応する、第１の画素位置１２１で検出器１２０に当たるように配置される。

[00024] 図１ｂに図示する、較正手順の第２のステップでは、センサ１００に対する物体１１３の距離が変化し（物体がｚ軸に沿って移動し）、それにより、放射ビーム１１１が、ゼロ位置１１４と異なる位置である、第２の位置１１５における物体１１３の表面で反射する。その結果、反射された放射ビーム１１２が、ゲージ基準又は物体１１３の第１の位置１１４に対応する第１の画素位置１２１からずらされた、第２の位置１１５に対応する第２の画素位置１２２で検出器１２０に当たる。

[00025] 図１ｃに図示する、較正手順の第３のステップでは、放射ビーム１１１が、第１の位置１１４及び第２の位置１１５と異なる位置である、第３の位置１１６における物体表面で反射するように、物体１１３がｚ軸に沿って変位する。これにより、反射された放射ビーム１１２は、第１の画素位置１２１及び画素位置１２２と異なる検出器上の位置である、第３の位置１１６に対応する第３の画素位置１２３で検出器１２０に当たる。

[00026] 図示の較正手順中に、物体表面の３つの位置（１１４、１１５、及び１１６）が高精度で決定される。これらの較正された物体位置の測定は、通常、外部装置により実施される。

[00027] また、異なるｚ位置にゲージ基準を位置決めする代わりに、異なる高さステップを有する、例えば、３つのレベルが３つの異なる位置１１４、１１５、及び１１６に対応する、単一のゲージ基準が、三角測量変位センサ１００を較正するために使用されることがある。ゲージ基準１１３を異なる位置に位置決めするのと同様に、各ステップの高さの差を正確に測定し較正する必要がある。

[00028] 物体位置（１１４、１１５、及び１１６）又はゲージ基準１１３の高さステップと、反射された放射ビーム１１２が検出器１２０に当たる位置（画素位置１２１、１２２、及び１２３）との相関関係により、三角測量変位センサ１００が較正される。検出器１２０の画素位置をｚ位置に変換するルックアップテーブル又は数学関数を評価するために配置されるプロセッサが、位置又は変位の較正及び測定のために一般的に使用される。未知の位置における測定物体の表面から反射された放射ビーム１１２の画素位置を決定することにより、較正結果に基づいて物体の位置が決定される。

[00029] 図１に示す三角測量変位センサ１００は概略図である。放射ビーム１１１及び／又は１１２を整形し及び／又は集束させるために、光学要素、例えばレンズ又はミラーが使用され得ることは明らかである。明確にする理由から、これらの光学コンポーネントは図に表示されていない。

[00030] 前の段落で説明したように、外部ゲージ基準１１３を三角測量変位センサ又は距離測定デバイス１００の前方に高精度で位置決めする必要がある。このことは、エクスシチュ較正のために、センサ１００をその機能環境から取り外す必要があること、又はインシチュ較正のために、センサ１００が配置されるシステム内にゲージ基準１１３を正確に配置する必要があることを意味する。両方の状況では、三角測量変位センサ１００が利用可能である必要がある。加えて、ゲージ基準１１３を挿入することにより、環境条件が乱されることがある。

[00031] 図２は、物体２３２の位置を決定するための、概して言えば、物体２３２と装置２００との間の距離を決定するための、又は装置２００を較正するための較正要素をシステムの内外に移動させる必要がない三角測量技術に基づいて、装置２００を基準にして物体２３２の変位を決定するための装置２００を図示する、本発明の実施形態を示す。装置２００は、三角測量変位センサ又は距離測定デバイスとも呼ばれる。放射源２１０により提供される放射ビーム２１１は、デバイスの第１の表面２３０と第２の表面２３１との間に所定の距離２３５を有する透過型デバイス２１３と相互作用する。放射ビーム２１１は、第１の表面２３０で少なくとも一部が反射され、反射された第１の放射ビーム２４０を提供する。放射ビーム２１１の一部は、第１の表面２３０で透過され得、第２の表面２３１と相互作用し得る。透過された第１の放射ビーム２１１ａは、第２の表面２３１で一部が反射され、反射された第２の放射ビーム２４１を提供し得る。透過された放射ビーム２１１ａの一部は、第２の表面２３１で透過し得て、透過された第２の放射ビーム２１１ｂを形成し、この透過された第２の放射ビーム２１１ｂは、物体２３２、例えば、第２の表面２３１から距離２３６だけ変位させた、調査中の物体と相互作用し得る。透過された第２の放射ビーム２１１ｂは、物体２３２の表面で少なくとも一部が反射し得て、これにより、反射された第３の放射ビーム２４２を提供する。

[00032] 好ましい実施形態では、透過型デバイス２１３は、所定の厚さ２３５を有する、以下、透過性較正板とも呼ばれる、透過板である。第１の表面２３０は、透過板２１３の一方の側にあり、及び第２の表面２３１は、透過板２１３の反対側にある。透過板２１３を使用することは、第１の表面２３０と第２の表面２３１との間の距離を正確に測定することができ、及びこの距離が経時的に不変のままであるという利点を有する。較正基準（透過性較正板）として機能する硬質で剛性の透過型デバイス２１３を有することも好ましい。加えて、装置内に配置された透過性較正板２１３はまた、その環境からの汚染及び／又は外乱を防止し得る。

[00033] 三角測量変位センサ２００は、反射された放射ビーム２４０、２４１、及び２４２の少なくとも一部を受け取って検出するように配置された、検出器２２０を備える。反射された放射ビーム（２４０～２４２）の各々は、異なる箇所で検出器２２０に衝突する。検出器２２０は、検出器２２０の表面に入射する放射の強度を検出し、放射強度を表す出力信号を生成する。検出器２２０は、一般的に画素として知られる、放射感応性要素のアレイを備え得る。放射感応性要素のアレイは、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサにより形成され得る。反射された第１の放射ビーム２４０は、第１の画素位置２５０で検出器２２０に衝突し得る。反射された第２の放射ビーム２４１は、第２の画素位置２５１で検出器に衝突する前に、透過型デバイス２１３を２回通過する。反射された第３の放射ビーム２４２は、画素位置２５２で放射感応性アレイと相互作用する前に、透過型デバイス２１３を２回通過し得る。

[00034]透過型デバイス２１３は、好ましくは、平行平面透過板である。これにより、反射された第１の放射ビーム２４０の伝搬経路と反射された第２の放射ビーム２４１の伝搬経路とが平行である。例えば、第２の表面２３１により形成された表面平面が第１の表面２３０により形成された表面平面に対して傾斜している場合の、非平行な表面を有する透過型デバイスも使用され得る。しかし、反射された第２の放射ビーム２４１が、反射された第１の放射ビーム２４０から発散し得るので、非平行な透過板では、追加の較正ステップが必要となる。そのような状況では、透過板２１３と検出器２２０との間の距離により、第１の画素位置２５０と第２の画素位置２５１との画素位置の差が決まる。平行平面透過板２１３の場合、反射された放射ビーム（２４０、２４１）は発散せず、これにより、検出器２２０上の第１の画素位置２５０と第２の画素位置２５１との画素位置の差は、平行平面透過板２１３と検出器２２０との間の距離により制御されない。

[00035] 図２は、画素又は１組の画素により受け取られ記録されたときの、放射強度を、チャンネル数としても報告される、画素数の関数として図示するグラフを示す。各画素位置は反射点に対応する。例えば、第１の画素位置２５０は、較正板２１３の第１の表面２３０での反射に対応する。よって、画素位置と物体（又は反射位置）との相関関係を取得することができる。この情報は、プロセッサ２２１により利用可能であり得る、ルックアップテーブルに格納することができる。

[00036] 放射ビーム２１１は、ゼロよりも大きな入射角２３４で平行平面透過板２１３と相互作用するように配置され得る。これにより、検出器２２０へ誘導された第１の反射ビーム２４０及び第２の反射ビーム２４１の経路が、空間的に分離される。両方のビーム経路の空間的分離は、図２に概略的に図示するように、平行平面透過板２１３の厚さ２３５と入射角２３４とにより決定される。

[00037] 図２に図示するように、透過型デバイス２１３は、検出器２２０において少なくとも２つの記録を誘発し得る。第１の画素位置２５０と第２の画素位置２５１との画素位置の差は、透過型デバイス２１３に対する放射ビーム２１１の入射角２３４と、透過型デバイス２１３の第１の表面２３０と第２の表面２３１との間の光路長とにより制御される。光路長は、両表面間の幾何学的距離、すなわち板厚さ２３５と、第１の表面２３０と第２の表面２３１との間の材料の屈折率とにより決定される。封入材料の屈折率を定めるのみならず、距離２３５を又は透過板の場合には厚さを正確に測定することにより、第１の画素位置２５０と第２の画素位置２５１との画素位置の差が、既知の長さ又は距離の測度となる。したがって、装置２００内に配置された、平行平面透過板であり得る、透過型デバイス２１３は、外部ゲージ基準を配置せずに装置２００を較正するために使用され得る。

[00038] 透過板２１３の所定の厚さ２３５と、第１の反射ビーム２４０及び第２の反射ビーム２４１の記録のための画素位置の差との相関関係により、装置２００と物体２３２との間の距離２３６は、第３の反射ビーム２４２について記録された画素位置２５２を用いて決定される。すなわち、装置２００は、検出器２２０から信号２２２を受信して第１の画素位置２５０と第２の画素位置２５１との間の空間距離及び第１の画素位置２５０と第３の画素位置２５２との間の空間距離及び／又は第２の画素位置２５１と第３の画素位置２５２との間の空間距離に基づいて装置２００から物体２３２までの距離を決定するように構成されたプロセッサ２２１を備える。

[00039] 図２を参照すると、物体２３２の距離測定中に、透過型デバイス２１３の反射された放射ビームも記録される。したがって、調査中の物体２３２の基準位置（２５０及び２５１）及び位置２５２が同時に記録される。このことは、装置２００の較正が実際の距離又は変位測定中に実施され得ることを意味する。これには、装置２００を（再）較正するのに外部ゲージ基準が必要でないという利点がある。

[00040] 当業者であれば、測定精度及び測定範囲が入射角２３４により設定され得ることを理解するであろう。すなわち、放射ビーム２１１の入射角２３４を減少させることにより、反射される放射ビームの空間的広がりが増大し、したがって、画素位置の差が増大する。これにより、装置２００の距離測定範囲が、検出器２２０の放射感応性アレイの幾何学的サイズ又は空間的捕捉範囲により制限され得る。入射角２３４を増大させることにより、画素位置の差のみならず、反射される放射ビームの空間的広がりも減少する。そして、入射角２３４の増大は、装置２００の距離測定範囲を拡大する必要がある場合に有益であることがある。

[00041] 入射角２３４は、検出範囲を改変し及び定めるために調整可能であり得る。

[00042] 検出器２２０に衝突する放射ビームのスポットは、大きさが単一の画素よりも大きいことがある。このことは、反射された放射を２つ以上の画素が受け取り得ることを意味する。これにより、放射パワーを画素の集合又は組に分散させる。そのような場合、基準位置又は測定位置を定めるために、画素集合の（加重）平均又は中心画素数が決定され得る。

[00043] 放射源２１０は、少なくとも放射ビーム２１１を装置２００に直接又は光ファイバを介して提供するために配置された、レーザ、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）であり得る。当業者であれば、装置２００に放射ビーム２１１を提供するためにファイバが使用されることがあり、これにより、装置２００に対して離れた位置に放射源２１０を配置することが可能であることを理解するであろう。このことは、例えば、装置環境への放射源２１０の熱的影響を避けるための、技術的観点からのみならず、メンテナンスの観点からも有益であることがある。

[00044] 放射ビーム２１１は、単一の放射波長又は複数の波長を含み得る。測定精度を改善するために、波長の選択がなされ得る。すなわち、異なる波長の放射ビームは、異なるように物体２３２の表面と相互作用し得る。１組の放射波長を使用することにより、波長依存性が回避され得る。

[00045] 当業者であれば、三角測量変位センサとして使用される、装置２００が１つ又は複数の光学要素を備え得ることを理解するであろう。装置は、例えば、放射ビーム２１１及び／又は反射された放射ビーム２４０～２４２を誘導し、整形し、及び／又は集束させるように配置される１つ若しくは複数のレンズ及び／又はミラーを備え得る。

[00046] 装置２００は、検出器２２０から信号２２２を受信するように構成されたプロセッサ２２１を備え得る。検出器信号２２２は、反射された放射ビーム（２４０、２４１、２４２）により照射される画素（２５０、２５１、２５２）の情報を少なくとも含む。プロセッサ２２１は、物体２３２の位置又は変位を決定するために検出器２２０の画素位置をｚ位置に変換するルックアップテーブル又は数学関数を評価するために配置され得る。

[00047] プロセッサ２２１は、放射源２１０を制御するためのコントローラを備え得る。例えば、放射ビーム２１１の強度及び／又は波長は、コントローラにより制御され得る。

[00048] 図３は、図２に示すように、装置２００において使用され得る透過型デバイス３１３の実施形態を示す。放射ビーム３１１は、透過型デバイス３１３と相互作用するように配置される。放射ビーム３１１は、第１の表面３３０で少なくとも一部が反射され、反射された第１の放射ビーム３４０を提供する。放射ビーム３１１の一部は、透過され、第２の表面３３１と相互作用し得る。透過された第１の放射ビーム３１１ａは、第２の表面３３１で一部が反射され、反射された第２の放射ビーム３４１を提供し得る。透過された放射ビーム３１１ａの一部は、第２の表面３３１で透過され、透過された第２の放射ビーム３１１ｂを形成し得、及び物体３３２、例えば、第２の表面３３１から距離３３６だけ変位させた、調査中の物体と相互作用し得る。透過された第２の放射ビーム３１１ｂは、物体３３２の表面で少なくとも一部が反射され、これにより、反射された第３の放射ビーム３４２を提供し得る。

[00049] 図３に図示するように、透過型デバイス３１３は、物体３３２から反射された放射ビーム３４２と相互作用しないように配置される。この実施形態の利点は、透過型デバイス３１３による外乱が少ないことである。すなわち、反射された第３の放射ビーム３４２が透過型デバイス３１３と相互作用する場合（例えば、図２の第３の放射ビーム２４２を参照）、反射された第３の放射ビームの一部が、第２の表面３３１及び第１の表面３３０で反射され、これにより、検出器２２０が受け取るときの放射強度が低減される。加えて、第１の表面３３０と第２の表面３３１とにより封入された材料による放射の吸収に起因して、光伝送損失が発生することがある。反射と吸収の両方が好ましくないことがある。

[00050] 透過型デバイス３１３は、透過板３１３の第１の表面３３０と第２の表面３３１の一方又は両方に直交して配置された側面３３７を備える透過板であり得る。異なる実施形態では、例えば図３に図示するように、透過板３１３は、面取りされた側面３３７を備える。この側面３３７は、装置２００の近傍の物体３３２までの距離を測定するのに有益であることがあり、距離３３６は、透過板３１３の厚さ３３５と同程度である。

[00051] 反射された第３の放射ビーム３４２は、図４に図示するように、凹所、開口部、又は隙間領域３７０のため、透過型デバイス３１３と相互作用しないことがある。図４は、透過板３１３における空洞化した領域３７０の２つの概略的な実施形態の上面図を示す。実施形態では、反射された第３のビーム３４２が通過すると予測される位置において、透過板３１３の一部が欠けていることがある。すなわち、透過板３１３の大きさは、反射された第３のビーム３４２と干渉しないような大きさである。例えば、機械的剛性、環境調整のために、又は装置２００の汚染を避けるために、透過板３１３を延長することが有利であることがある。これにより、透過板３１３に開口部３７０を作成するために、材料が除去され得る。開口部３７０は、正方形、矩形、又は円形の形態であり得る。

[00052] 図５ａ及び図５ｂは、それぞれ制御可能な反射率を有する第１の表面４３０及び第２の表面４３１を備えた、三角測量変位センサとして使用される、装置２００において使用され得る透過型デバイス４１３（又は透過板）の実施形態を概略的に図示する。一方又は両方の表面（４３０、４３１）は、切り替え可能なミラーに電気信号を印加することによりその反射率を調節できる、スマートガラスとしても知られる、切り替え可能なミラーを備え得る。切り替え可能なミラーは、透過板４１３の第１の表面４３０若しくは第２の表面４３１の何れかに又は透過板４１３の両面に堆積された薄膜液晶層又は合金薄膜からなってもよい。

[00053] 図５ａに図示する状況では、第１の表面４３０における切り替え可能なミラーは、純粋な反射状態に切り替えられる。これにより、放射ビーム４１１は、第１の表面４３０により反射され、反射された第１の放射ビーム４４０を提供する。図５ｂに図示する状況では、第１の表面４３０における切り替え可能なミラーは、透明状態に切り替えられ、及び第２の表面４３１における切り替え可能なミラーは、純粋な反射状態に切り替えられる。これにより、放射ビーム４１１は、透過板４１３を透過し、第２の表面４３１における切り替え可能なミラーで反射して、反射された第２の放射ビーム４４１を提供する。

[00054] 当業者であれば、各切り替え可能なミラーが中間状態に切り替えられ得ることを理解するであろう。切り替え可能なミラーは、調整可能な反射面であり得る。例えば、第１の表面４３０における切り替え可能なミラーが、切り替えられて７０％の透過率を有する状態に調整され得る。

[00055] 透過板２１３（４１３）の１つ又は複数の表面に切り替え可能及び調整可能なミラーを設けることが、透過板２１３及び／又は物体２３２と相互作用する放射強度を制御するのに有益であることがある。そのような配置は、例えば、距離測定の前に装置２００を較正するための、反射された第１の放射ビーム２４０及び／又は反射された第２の放射ビーム２４１において十分な放射強度を確保するために使用され得る。

[00056] 加えて、透過型デバイス２１３の少なくとも１つの表面の反射率、ひいては透過率を調整することにより、物体２３２に衝突する放射パワーを制御することができる。この放射パワーの制御は、物体２３２への放射誘起損傷を防止するのに必要であることがある。

[00057] 透過型デバイス２１３は、両方とも所定の厚さを有する、第１の透過板及び第２の透過板を備え得る。或いは、図６に図示するように、透過型デバイス５１３は、装置２００内に配置され得る、各々が所定の厚さを有する複数の透過板（透過性較正板）を備え得る。各光学板は、反射された追加のビームを導入し得る。したがって、２つ以上の透過板を備える透過型デバイス５１３を装置２００に設けることにより、反射される放射ビーム５４５の数を増加させてもよい。このことは、基準位置、すなわち反射位置及び画素位置の数が増加するので、装置２００の較正を改善するのに有益であることがある。そして、３つ以上の位置で、システムの直線性を確認及び較正することができる。

[00058] 透過型デバイス５１３の表面の各々は、切り替え可能なミラーを備え得る。これにより、各表面の反射率及び透過率が調整可能であり得る。

[00059] 当業者であれば、（三角測量変位センサ又は距離測定デバイスとして使用される）装置２００が、物体２３２までの距離を決定するために２つ以上の放射ビーム２１１を含み得ることを理解するであろう。幾何学的に異なる透過型デバイス２１３と交差する少なくとも第１の放射ビーム及び第２の放射ビームを配置することにより、例えば、各放射ビームが異なる入射角２３４を有するか、又は各放射ビームが異なる箇所で伝搬するか、又は各放射ビームが異なる幾何学的向きを有し、測定精度が改善され得る。追加的に、（準）２次元距離測定は、２つ以上の放射ビームを使用して実施され得る。第１の放射ビーム及び第２の放射ビームは両方とも同じ波長を有し得る。例えば、物体２３２により反射された受け取られる放射ビーム２４２の強度を最適化するために、異なる波長も提供され得る。すなわち、物体２３２は、異なるように、異なる波長の放射と相互作用し得る。

[00060] 環境温度は、距離測定の精度に影響を及ぼすことがある。例えば、環境温度の変化により、透過型デバイスの幾何学的特性が変化する可能性がある。結果として、検出器により記録される基準位置が、幾何学的変化に応じてずらされることがある。誤った距離測定を防止するために、装置２００は、温度センサを備え得る。これにより、装置２００内の熱誘起変化を監視することができ、物体までの距離を決定するときに、この熱誘起変化を考慮に入れることができる。

[00061] 上記で説明した装置２００は、周囲環境、真空環境、及び高圧環境で適用され得る。

[00062] リソグラフィ装置は、三角測量変位センサとして使用される、本発明の実施形態による１つ又は複数の装置２００を備え得る。１つ又は複数の装置２００は、ステージ、例えばレチクルステージ又はウェーハステージの位置を測定及び／又は監視するために使用され得る。１つ又は複数の装置２００はまた、リソグラフィ装置において使用されるメトロロジデバイス内の、光学コンポーネント、例えば、レンズ、ミラー及び／又は回折格子の動きを監視するように構成され得る。リソグラフィ装置内のステージ及びメトロロジデバイスの利用は一般的に困難である。インシチュ較正は、概して、三角測量変位センサの利用可能性に起因して可能でない、このことは、三角測量変位センサをエクスシチュ較正する必要があることを意味する。本発明の実施形態による三角測量変位センサ２００の適用では、（エクスシチュ）較正のために三角測量変位センサを構築又は取り外す必要はない。そして、このことは、リソグラフィ装置の生産性に有益である。

[00063] 例えば、メトロロジデバイス又は更には撮影デバイスでの撮像目的で使用される、カメラシステムでは、光学要素の位置は、予測される位置からずれることがある。この位置ずれは、例えば、光学要素のドリフト、摩耗、及び／又はヒステリシスにより生じることがある。この位置ずれにより、誤った記録又は焦点外画像がもたらされることがある。１つ又は複数のレンズの位置を三角測量により測定又は監視することが好ましい場合がある。カメラシステムに本発明の実施形態による１つ又は複数の装置２００を設けることにより、三角測量変位センサ（装置２００）のインシチュ及びリアルタイム較正の利点がもたらされ、これにより、１つ又は複数の光学要素の誤った位置を補正する機会がもたらされ得る。

[00064] 本文では、リソグラフィ装置との関連で本発明の実施形態について具体的に言及がなされ得るが、本発明の実施形態は他の装置において使用されることがある。本発明の実施形態は、マスク検査装置、メトロロジ装置、或いはウェーハ（若しくは他の基板）又はマスク（若しくは他のパターニングデバイス）などの物体を測定又は処理する任意の装置の一部を形成することがある。これらの装置は、一般にリソグラフィツールと呼ばれることがある。そのようなリソグラフィツールは、真空条件又は周囲（非真空）条件を使用することがある。

[00065] 本発明の具体的な実施形態を上記で説明してきたが、上記で説明した以外の方法で本発明が実施され得ることが理解されるであろう。上記の説明は、限定的なものではなく、例示的なものと意図されている。したがって、以下に記載する特許請求の範囲から逸脱することなく、説明したように本発明に修正がなされ得ることは、当業者には明らかであろう。

Claims (15)

1. 装置から物体までの距離を決定するための装置であって、
   透過型デバイスの第１の表面と第２の表面との間に所定の距離を有する透過型デバイスであって、前記第１の表面が、放射ビームの第１の部分を反射するように配置され、及び前記第２の表面が、前記放射ビームの第２の部分を反射するように配置される、透過型デバイスと、
   検出器であって、
   ｉ）前記放射ビームの前記第１の部分の少なくとも一部を前記検出器上の第１の箇所で受け取り、
   ｉｉ）前記放射ビームの前記第２の部分の少なくとも一部を前記検出器上の第２の箇所で受け取り、
   ｉｉｉ）前記透過型デバイス及び前記物体との相互作用後の前記放射ビームの少なくとも一部を前記検出器上の第３の箇所で受け取る
   ように構成された検出器と、
   前記検出器から信号を受信して、前記第１の箇所と前記第２の箇所との間の空間距離と、前記第１の箇所と前記第３の箇所との間の空間距離及び前記第２の箇所と前記第３の箇所との間の空間距離の少なくとも一方とに基づいて前記装置から前記物体までの前記距離を決定するように構成されたプロセッサと
   を備える装置。
2. 前記透過型デバイスが透過板であり、並びに前記第１の表面が前記透過板の一方の側にあり、及び前記第２の表面が前記透過板の反対側にある、請求項１に記載の装置。
3. 前記透過型デバイスが平行平面である、請求項２に記載の装置。
4. 前記透過型デバイスには、少なくとも１つの調整可能な反射面が設けられる、請求項１～３の何れか一項に記載の装置。
5. 前記透過型デバイスは、
   －少なくとも、第１の所定の厚さを有する第１の透過板と、第２の所定の厚さを有する第２の透過板と、又は
   －各々が所定の厚さを有する複数の透過板
   を備える、請求項１～４の何れか一項に記載の装置。
6. 前記透過型デバイスが、前記物体から反射された前記放射ビームと交差しないように配置される、請求項１～５の何れか一項に記載の装置。
7. 前記透過型デバイスは、前記物体から反射された前記放射ビームが前記透過型デバイスと相互作用せずに通過するための凹所を備える、請求項６に記載の装置。
8. 前記放射ビームが、少なくとも、第１の放射ビームと第２の放射ビームとを含み、前記第１の放射ビーム及び前記第２の放射ビームが、幾何学的に異なる前記透過型デバイスと交差する、請求項１～７の何れか一項に記載の装置。
9. 温度センサを更に備える、請求項１～８の何れか一項に記載の装置。
10. 前記プロセッサが、
    前記放射ビームの強度、及び
    前記放射ビームの波長
    の少なくとも一方を制御するように構成される、請求項１～９の何れか一項に記載の装置。
11. 請求項１～１０の何れか一項に記載の少なくとも１つの装置を備えるリソグラフィ装置。
12. 請求項１～１０の何れか一項に記載の少なくとも１つの装置を備えるメトロロジ装置。
13. 請求項１～１０の何れか一項に記載の少なくとも１つの装置を備えるカメラシステム。
14. 装置から物体までの距離を決定する方法であって、
    放射ビームを提供することと、
    前記放射ビームを前記装置内に配置された透過型デバイスに投影することと、
    前記透過型デバイスを透過した前記放射ビームの少なくとも一部を前記物体に照射することと、
    前記透過型デバイスの第１の表面により反射された前記放射ビームの第１の部分の少なくとも一部を検出器上の第１の箇所で受け取ることと、
    前記透過型デバイスの第２の表面により反射された前記放射ビームの第２の部分の少なくとも一部を前記検出器上の第２の箇所で受け取ることと、
    前記透過型デバイス及び前記物体との相互作用後の前記放射ビームの少なくとも一部を前記検出器上の第３の箇所で受け取ることと、
    前記第１の箇所と前記第２の箇所との間の空間距離と、
    前記第１の箇所と前記第３の箇所との間の空間距離及び
    前記第２の箇所と前記第３の箇所との間の空間距離の少なくとも一方と
    に基づいて前記装置から前記物体までの前記距離を導出することと
    を含む方法。
15. 前記透過型デバイスが、前記透過型デバイスの前記第１の表面と前記第２の表面との間に所定の距離を有する、請求項１４に記載の方法。

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