JP4155954B2 - リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

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ものである。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板、通常は基板のターゲット部分に付加する機械である。リソグラフィ装置を、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いることができる。その場合、マスク又はレチクルとも呼ばれるパターン形成手段を用いて、ＩＣの個々の層に形成される回路パターンを生成することが可能である。このパターンは、基板（例えばシリコン・ウェハ）上の（例えば１つ又は複数のダイの一部を含む）ターゲット部分に転写することができる。パターンの転写は一般に、基板上に形成された放射線感光材料（レジスト）の層への結像によるものである。一般に、単一の基板は、連続的にパターンの形成される隣接するターゲット部分のネットワークを含む。周知のリソグラフィ装置には、パターン全体をターゲット部分に一度に露光することによって各ターゲット部分を照射する、いわゆるステッパと、パターンを放射線ビームによって所与の方向（「走査」方向）に走査し、それと同時にこの方向に対して平行又は逆平行に基板を同期して走査することによって各ターゲット部分を照射する、いわゆるスキャナとが含まれる。パターンを基板にインプリントすることにより、パターンをパターン形成装置から基板へ転写することも可能である。

リソグラフィ投影装置の基板を比較的高い屈折率を有する液体、例えば水に浸漬させて、投影装置の最終要素と基板との間の空間を満たすことが提唱されてきた。この要点は、露光放射線は液体中ではより短い波長を有するため、さらに小さいフィーチャの結像が可能になることにある。（液体の効果を、装置の有効ＮＡを高め、かつ焦点深度をも高めることと考えることもできる。）固体粒子（例えば石英）を懸濁させた水を含めて他の浸漬液も提唱されている。

しかし、基板、又は基板および基板テーブルを液体槽に浸すこと（例えば米国特許第４５０９８５２号参照。その全体を参照によって本明細書に組み込む）は、走査露光中に加速させなければならない大量の液体が存在することを意味する。それには追加のモータ若しくはより強力なモータが必要であり、また液体が乱れることによって望ましくない予測できない影響をまねく虞がある。

提唱されている解決策の１つは、液体閉じ込め装置を用いて、液体供給装置が基板、並びに投影装置の最終要素と基板との間の局部領域のみに液体を供給することである（基板は一般に、投影装置の最終要素より大きい表面積を有する）。これを構成するために提唱されている１つの方法がＷＯ９９／４９５０４号に開示されており、その全体を参照によって本明細書に組み込む。図２及び３に示すように、液体は好ましくは最終要素に対する基板の移動方向に沿って、少なくとも１つの入口ＩＮによって基板上に供給され、投影装置の下を通過した後、少なくとも１つの出口ＯＵＴによって除去される。すなわち、基板が要素の下を−Ｘ方向に走査されると、液体は要素の＋Ｘ側で供給され、−Ｘ側で吸収される。図２は、液体が入口ＩＮから供給され、低圧源に接続された出口ＯＵＴによって要素の他の側で吸収される構成を概略的に示している。図２の例では、液体が最終要素に対する基板の移動方向に沿って供給されているが、このようにする必要はない。最終要素の周りに配置される入口及び出口は様々な向き及び数とすることが可能であり、４組の入口および出口をいずれの側にも最終要素の周りに規則正しいパターンで設けた一例を図３に示す。

提唱されている他の解決策は、投影装置の最終要素と基板テーブルとの間の空間の、少なくとも一部の境界に沿って延びるシール部材を有する液体供給装置を提供することである。こうした解決策を図４に示す。シール部材は、ＸＹ平面内では投影装置に対して実質的に静止しているが、Ｚ方向（光軸の方向）にはある程度の相対移動があってもよい。シール部材と基板表面との間にシールが形成される。このシールは、ガス・シールなど非接触型シールであることが好ましい。こうしたガス・シールを用いた装置が欧州特許出願第０３２５２９５５．４号に開示されており、その全体を参照によって本明細書に組み込む。

欧州特許出願第０３２５７０７２．３号には、ツイン又はデュアル・ステージの浸漬式リソグラフィ装置の概念が開示されている。こうした装置は、基板を支持するための２つのステージを備えている。水準測定は第１の位置にあるステージを用いて浸漬液なしで行われ、露光は浸漬液が存在する第２の位置のステージを用いて行われる。或いは、装置はただ１つのステージを有する。

結像性能を評価及び最適化するために、基板高さ（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｌｅｖｅｌ）でいくつかのセンサが用いられる。それには、透過イメージ・センサ（ＴＩＳ）、露光放射線量を測定するためのスポット・センサ、及びスキャナでの集積レンズ干渉計（ＩＬＩＡＳ）を含めることができる。ＴＩＳ及びＩＬＩＡＳについて以下に述べる。

ＴＩＳは、マスク（レチクル）高さで投影されたマーク・パターンの空中イメージ（ａｅｒｉａｌ ｉｍａｇｅ）の、基板高さでの位置を測定するために用いられるセンサである。基板高さで投影されるイメージは、露光放射線の波長と同程度の線幅を有する線パターンとすることができる。ＴＩＳはそうしたマスク・パターンを、透過パターンを用いてその下の光電池によって測定する。センサのデータを用いて、基板テーブルに対するマスクの位置を６自由度（並進３自由度、回転３自由度）で測定することができる。さらに、投影されるマスクの倍率及び縮尺を測定することもできる。センサはパターンの位置、及びすべての照明設定の影響（シグマ、レンズのＮＡ、すべてのマスク（バイナリ、ＰＳＭなど））を測定可能であることが好ましいので、小さい線幅が好ましい。ＴＩＳを用いて、装置の光学性能を測定することもできる。瞳孔の形、コマ収差、球面収差、非点収差及び像面湾曲などの特性を測定するために、様々な照明設定が様々な投影イメージと組み合わせて用いられる。

ＩＬＩＡＳは、レンズ収差に対する静的測定を高次まで実施することのできる干渉測定式の波面測定装置である。これは、装置の初期化及び較正に用いられる一体型の測定装置として実装することができる。或いは、監視用及び要求に応じた（「オンデマンド」）再較正用に用いることができる。

高ＮＡを有する装置、特に浸漬式装置では、基板高さの通常のセンサは感度が悪化することが分かっている。

高ＮＡの装置での使用に適した、高い感度を有する基板高さのセンサを提供することが望ましい。

本発明の一観点によれば、
放射線ビームを調整するように構成された照明装置と、
パターン形成装置が放射線ビームの断面にパターンを付与することにより、パターンの形成された放射線ビームを生成することのできるパターン形成装置を支持するように構成された支持体と、
基板を保持するように構成された基板テーブルと、
パターンの形成された放射線ビームを基板のターゲット部分に投影するように構成された投影装置と、
放射線受容要素、前記放射線受容要素を支持する透過板、及び放射線検出手段を含む基板高さのセンサとを含むリソグラフィ装置において、
前記基板高さのセンサが、前記放射線受容要素と前記放射線検出手段の最終要素との間での放射線の損失を防止するように構成されるリソグラフィ装置が提供される。

本発明の他の観点によれば、
少なくとも一部分が放射線感光材料の層で被覆された基板を提供する段階と、
放射線装置を用いて放射線の投影ビームを提供する段階と、
パターン形成手段を用いて投影ビームの断面にパターンを付与する段階と、
パターンの形成された放射線ビームを放射線感光材料の層のターゲット部分に投影する段階と、
放射線受容要素によって放射線を受け、放射線検出要素によって前記放射線を検出する基板高さのセンサを提供する段階と、
前記放射線受容要素と前記放射線検出手段の最終要素との間での放射線の損失を防止するための手段を提供する段階とを含むデバイス製造方法が提供される。

次に本発明の実施例を、添付の概略図を参照して例示のみの目的で説明するが、図中において同じ参照記号は同じ部品を指すものであることに留意されたい。

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している。この装置は、
放射線ビーム（例えば、ＵＶ放射線又はＤＵＶ放射線）Ｂを調節するように構成された照明装置（照明器）ＩＬと、
パターン形成装置（例えばマスク）ＭＡを支持するように構成され、あるパラメータに従ってパターン形成装置を正確に位置決めするように構成された第１の位置決め装置ＰＭに接続された支持構造体（例えばマスク・テーブル）ＭＴと、
基板（例えばレジスト塗布ウェハ）Ｗを保持するように構成され、ある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の位置決め装置ＰＷに接続された基板テーブル（例えばウェハ・テーブル）ＷＴと、
パターン形成装置ＭＡによって放射線ビームＢに与えられたパターンを、基板Ｗの（例えば１つ又は複数のダイを含む）ターゲット部分Ｃに投影するように構成された投影装置（例えば屈折投影レンズ装置）ＰＳとを含む。

照明装置は、放射線の方向付け、成形又は制御のために、屈折式、反射式、磁性式、電磁式、静電式、又は他のタイプの光学成分、或いはこれらの任意の組み合わせなど様々なタイプの光学成分を含むことができる。

支持構造体はパターン形成装置を支持する、すなわちその重量を支えるものである。それは、パターン形成装置の方向、リソグラフィ装置の設計、及び例えばパターン形成装置が真空環境で保持されるかどうかなど他の条件によって決まる方法でパターン形成装置を保持する。支持構造体は、機械的、真空、静電式、又は他の取付け技術を用いてパターン形成装置を保持することができる。支持構造体は、例えばフレーム又はテーブルとすることができ、これらは必要に応じて固定することも移動させることもできる。支持構造体は、パターン形成装置が例えば投影装置に対して所望の位置にあることを保証することができる。本明細書中の「レチクル」又は「マスク」という用語の使用はいずれも、「パターン形成装置」という、より一般的な用語と同義であると考えられる。

本明細書で使用する「パターン形成装置」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを形成するためなど、放射線ビームの断面にパターンを与えるために用いることのできる任意の装置を指すものと広く解釈すべきである。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には、放射線ビームに与えられるパターンが基板のターゲット部分における所望のパターンと厳密に一致しない可能性があることに留意すべきである。一般に、放射線ビームに与えられるパターンは、集積回路などターゲット部分に形成されるデバイスの特定の機能層に対応している。

パターン形成装置は、透過式でも反射式でもよい。パターン形成装置の例には、マスク、プログラム可能ミラー・アレイ（配列）、及びプログラム可能ＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、それにはバイナリ・マスク、交互位相シフト・マスク（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ＰＳＭ）及び減衰位相シフト・マスク（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ ＰＳＭ）などのマスク・タイプ、並びに様々なハイブリッド型のマスク・タイプが含まれる。プログラム可能ミラー・アレイの一例は、小さいミラーのマトリクス状の配列を使用するものであり、入射する放射線ビームを異なる方向に反射するように、それぞれのミラーを別々に傾斜させることができる。傾斜したミラーは、ミラーのマトリクスによって反射される放射線ビームにパターンを与える。

本明細書で使用する「投影装置」という用語は、適宜、使用される露光放射線向け、又は浸漬液の使用や真空の使用など他の要素向けの、屈折式、反射式、反射屈折式、磁性式、電磁式、及び静電式の光学装置、又はこれらの任意の組み合わせを含む任意タイプの投影装置を包含するものとして広く解釈すべきである。本明細書中の「投影レンズ」という用語の使用はいずれも、「投影装置」という、より一般的な用語と同義であると考えられる。

本明細書に図示する装置は、（例えば透過性マスクを有する）透過式のものである。或いは、装置は（例えば、先に言及したタイプのプログラム可能ミラー・アレイを使用する、或いは反射性マスクを使用する）反射式のものであってもよい。

リソグラフィ装置は、２（デュアル・ステージ）又は３以上の基板テーブル（及び／又は２以上のマスク・テーブル）を有する種類のものであってもよい。こうした「マルチ・ステージ」装置では、追加のテーブルを並行して用いてもよく、或いは１つ又は複数のテーブル上で予備段階を実施し、それと同時に１つ又は複数の他のテーブルを露光に用いることもできる。

図１を参照すると、照明器ＩＬは放射線源ＳＯから放射線ビームを受け取る。例えば放射線源がエキシマ・レーザーである場合、放射線源とリソグラフィ装置を別々の構成要素とすることができる。その場合には、放射線源がリソグラフィ装置の一部を形成するとは考えられず、放射線ビームは、例えば適切な方向付けミラー及び／又はビーム・エキスパンダーを有するビーム発射装置ＢＤを用いて、放射線源ＳＯから照明器ＩＬへ送られる。他の場合、例えば放射線源が水銀ランプである場合には、放射線源をリソグラフィ装置の一部とすることができる。放射線源ＳＯ及び照明器ＩＬを、必要であればビーム発射装置ＢＤと共に、放射線装置と呼ぶことがある。

照明器ＩＬは、放射線ビームの角強度分布を調整するための調整装置ＡＤを有していてもよい。一般に、照明器の瞳面内における強度分布のうち、少なくとも外側及び／又は内側の半径方向範囲（それぞれ一般にσ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）、σ−インナ（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、積算器ＩＮやコンデンサＣＯなど他の様々な構成要素を含むことができる。照明器を用いて放射線ビームを調節し、その断面内に所望される均一性及び強度分布を有するようにすることが可能である。

放射線ビームＢは支持構造体（例えばマスク・テーブルＭＴ）に保持されているパターン形成装置（例えばマスクＭＡ）に入射し、パターン形成装置によって放射線ビームＢにパターンが形成される。マスクＭＡを通過した放射線ビームＢは投影装置ＰＳを通過し、この投影装置ＰＳはビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束させる。第２の位置決め装置ＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば干渉測定装置、直線符号器（リニア・エンコーダ）又は容量センサ）を用いて、基板テーブルＷＴを、例えば異なるターゲット部分Ｃを放射線ビームＢの経路内に位置決めするように、正確に移動させることができる。同様に、第１の位置決め装置ＰＭ及び（図１には明示されていない）他の位置センサを用いて、例えばマスク・ライブラリから機械的に取り出した後、又は走査中に、マスクＭＡを放射線ビームＢの経路に対して正確に位置決めすることができる。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の一部を形成する長ストローク・モジュール（粗い位置決め）及び短ストローク・モジュール（細かい位置決め）を用いて実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２の位置決め装置ＰＷの一部を形成する長ストローク・モジュール及び短ストローク・モジュールを用いて実現できる。（スキャナではなく）ステッパの場合には、マスク・テーブルＭＴを短ストローク・アクチュエータに接続するだけでもよいし、又は固定してもよい。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置調整用マークＭ１、Ｍ２、及び基板位置調整用マークＰ１、Ｐ２を用いて位置を調整することができる。図示した基板位置調整用マークは専用のターゲット部分を占めているが、ターゲット部分の間に配置することもできる（これらはスクライブレーン位置調整用マークとして知られている）。同様に、マスクＭＡに２以上のダイを設ける場合には、マスク位置調整用マークをダイの間に配置してもよい。

図示した装置は、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
マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴを本質的に静止した状態に保ち、それと同時に放射線ビームに与えられたパターン全体を１回でターゲット部分Ｃに投影する（すなわち、ただ１回の静止露光）。次いで、異なるターゲット部分Ｃを露光することができるように、基板テーブルＷＴをＸ方向及び／又はＹ方向に移動させる。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１回の静止露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
２．走査モード
マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴを同期して走査し、それと同時に放射線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（すなわち、ただ１回の動的露光）。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、投影装置ＰＳの拡大（縮小）率、及び像の反転特性によって決定することができる。走査モードでは、露光フィールドの最大サイズによって１回の動的露光におけるターゲット部分の（非走査方向の）幅が制限され、走査運動の長さによってターゲット部分の（走査方向の）高さが決定される。

３．他のモード
プログラム可能なパターン形成装置を保持しながらマスク・テーブルＭＴを本質的に静止した状態に保ち、基板テーブルＷＴを移動又は走査し、それと同時に放射線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、一般にパルス式の放射線源が使用され、基板テーブルＷＴが移動するたびに、又は走査中の連続する放射線パルスの合間に、プログラム可能なパターン形成装置が必要に応じて更新される。この作動モードは、先に言及したタイプのプログラム可能ミラー・アレイなど、プログラム可能なパターン形成装置を利用するマスクのないリソグラフィに簡単に適用することができる。

前記の使用モードの組み合わせ、及び／又は変形形態、或いは全く異なる使用モードを採用することもできる。

図５〜図１８は、本発明の実施例による改善された基板高さのセンサを示している。これらのセンサは、放射線受容要素（２、１８）及び放射線検出要素（８、２４、４０）を含んでいる。露光放射線は、投影装置ＰＬの最終要素から、投影装置ＰＬの最終要素と基板Ｗとの間の空間の少なくとも一部分を満たす浸漬液１を通るように方向付けされる。これらの要素それぞれの詳細な構成は、検出される放射線の特性によって決まる。光電池が放射線を直接受けることが望ましい場合に用いるために、基板高さのセンサが光電池のみを有するようにできる。或いは、基板高さのセンサが光電池と共にルミネセンス層を有するようにもできる。この構成では、第１の波長の放射線がルミネセンス層によって吸収され、少し後に第２の（より長い）波長の放射線が放射される。この構成は、例えば光電池が第２の波長でより効率的に作動するように設計されている場合に有用である。

放射線受容要素（２、１８）は、同様の機能を果たすピンホール、回折格子又は他の回折要素を有する層とすることが可能であり、石英のセンサ本体２０の上に、すなわち本体の投影装置と同じ側に支持されていてもよい。一方、放射検出要素（８、２４、４０）はセンサ本体２０内、又はセンサ本体２０の投影装置から離れる方向を向いた側に形成された凹状の領域内に配置することができる。

屈折率の異なる媒体間の境界では、ある割合の入射放射線が反射され、センサから失われる可能性がある。光学的に滑らかな表面では、この損失の生じる程度は放射線の入射角、及び当該の媒体の屈折率の差によって決まる。（通常、法線入射から測定される）「臨界角」以上で入射する放射線では全面的な内面反射が生じ、センサの後の要素への信号の重大な損失をまねく虞がある。このことは、放射線がさらに大きい平均入射角を有することのある高ＮＡの装置で特に問題となる可能性がある。本発明は、高屈折率の媒体と空気との間に界面が生じることを防止するために、放射線受容要素（２、１８）と放射検出要素（８、２４、４０）との間の領域から空気を排除する構成を提供する。

部分的及び全面的な内面反射による損失に加えて、吸収によっても光電池に到達する放射線強度が著しく低下する可能性があり、また光学的に滑らかでない界面からの散乱によっても放射線強度が低下する可能性がある。

従来技術の構成の感度低下に実質的に寄与するのは、放射線検出要素の最終要素に到達する前にも、放射線がセンサから失われることである。前記で論じたように、放射線は粗面からの散乱により、又は検出器内の界面での全面的若しくは部分的な内面反射により失われる可能性がある。或いは、酸素及び水を含む空隙により、通過する放射線がかなり吸収される可能性もある。

例えば図５は、従来技術によるＩＬＩＡＳセンサ・モジュールを示している。このモジュールは、放射線受容要素として透過板４に支持された剪断格子（ｓｈｅａｒｉｎｇ ｇｒａｔｉｎｇ）構造２を有しており、透過板４はガラス又は石英で作製することができる。量子変換層６がカメラ・チップ８（放射線検出要素）のすぐ上に配置され、このカメラ・チップ８は基板１０の上に取り付けられている。基板１０はスペーサ１２を介して透過板４に接続され、ボンディング・ワイヤ１４が放射線検出要素を外部の機器に接続している。量子変換層６と透過板４との間には空隙が存在する。例えば、１５７ｎｍの放射線用に設計されたこのような構成では、センサ内の空隙を簡単に取り除くことはできず、したがって、放射線を吸収する酸素及び水をかなりの割合で含有することになる。その結果、信号が失われ、空気を通る経路長が長くなるにつれて角度が大きくなるため、結果が悪化する。従って、センサに対する変動範囲（ダイナミック・レンジ）の要求がさらに厳しくなる。

本発明の一観点によれば、基板高さのセンサは１つ又は複数の透過性充填シート（ｆｉｌｌｅｒ ｓｈｅｅｔ）を含むことができる。これらのシートをセンサ内に配置して、放射線受容要素（２、１８）と放射線検出手段（８、２４、４０）との間の空隙を除去することができる。或いは、又はさらに、放射線受容要素（２、１８）と放射線検出要素（８、２４、４０）との間で透過板を連続的に拡張して、この領域に空隙が生じることを防止するように構成することも可能である。この方法により、追加の充填シート及び関連する界面に対する要求を緩和することができる。

例えば図６及び図７は、本発明の実施例による改善されたＩＬＩＡＳセンサ・モジュールを示している。図６では、透過板４の形状を、カメラ８に直接取り付けるように変更することにより、空隙を除去している。この構成は、ボンディング・ワイヤ１４へ接近する必要があるためにさらに難しいものとなり、また細長い形を必要とする。技術者の立場から見ると、図７に示す透過性充填シートを用いる別の構成の方が実現は容易である。この場合、透過板４と同じ材料からできている、又は同様の光学特性の充填シート１６を、透過板４と量子変換層６との間に挿入する。空隙を除去することによって伝送損失が小さくなり、ダイナミック・レンジの要求が緩和される（換言すれば、有効ダイナミック・レンジが改善される）。どちらの構成も屈折率の適合性を改善し、透過板４との界面における偽内面反射の程度を減少させる。

各充填シートの材料は、それを通過する放射線の主要な波長に対して高い透過性を有するように選択することができる。放射線受容要素（２、１８）の直後に、放射線の波長をきわめて短くすることが可能である（例えば１５７ｎｍ）が、センサ内で後に現れるルミネセンス層（２２）はさらに長い波長の放射線を放射することが可能である。その場合、それぞれの領域で充填シートに異なる材料を選択すると有利である。

各充填シートの材料はさらに、それが接触している媒体と屈折率が適合するように選択することができる。空気の屈折率は一般的なセンサの構成要素とは大きく異なっており、強い部分反射、及び全面的な内部反射に対するさらに小さい臨界角をもたらす。空隙ではなくその構成要素により近い屈折率を有する充填シートを設けることにより、部分反射が低減され、全面的な内部反射に対する臨界角が大きくなる。この構成は、センサの有効ダイナミック・レンジをさらに改善する効果を有する。

充填シートを、光学的に粗い構成要素の界面と接触するように配置し、表面粗さの外形に追従するように処理することができる。センサの要素が機械加工されている場合、それらは通常、入射放射線の長さ程度の表面粗さを有する。こうした表面に重大な屈折率の不適合がある場合、必然的にかなりの割合の入射放射線が表面での散乱によって失われる。充填シートを用い、それらを表面粗さの外形に追従するように処理する（それにより、そこに存在する可能性のある空気が取り除かれる）ことにより、屈折率の不連続性が小さくなり界面での放射線損失の程度が軽減される。

図８ａは、従来技術によるＤＵＶ透過イメージ・センサを示している。図８ｂは、見やすいように処理要素を拡大した図を示している。この場合に放射線受容要素を構成する透過性の溝１８のパターンは、スパッタリングによって基板に被着させた薄い金属層に電子ビーム・リソグラフィ及びドライ・エッチング技術を用いて実現される。溝１８に向けて投影されるＤＵＶ光はいずれも、（石英又は溶融石英とすることのできる）透過板４によって透過され、下にある発光材料２２、又は「蛍光体」に当たる。発光材料２２は、希土類イオンをドープした結晶性材料、例えばセリウムをドープしたイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）の板からなることができる。発光材料２２の主な目的は、ＤＵＶ放射線をより検出しやすい可視放射線に変換することであり、次いで可視放射線をフォトダイオード２４で検出する。蛍光体２２によって吸収されず、可視放射線に変換されなかったＤＵＶ放射線は、フォトダイオード２４に到達する前に（例えばＢＧ−３９又はＵＧフィルタ２６によって）濾去することができる。

前記の構成では、センサ・ハウジング２５内に取り付けられた構成要素間の隙間に空気が存在し、放射線の伝播を妨げるいくつかの空気／材料／空気の界面が生じる可能性がある。ＤＵＶ放射線及びルミネセンスから生じる放射線の経路を考慮することにより、放射線の失われる虞のある領域を特定することが可能になる。目的とする第１の領域は、ＤＵＶ放射線が溝１８及び透過板４を通過した後に到達する、透過板４の裏面２８である。この場合、表面はドリル加工など機械的手段によって形成されており、必然的に放射線の波長の尺度に対して粗くなっている。したがって、放射線は散乱により透過板４内に戻るか、又は発光材料２２を通過して外へ失われる可能性がある。第２に、この界面の後、ＤＵＶ光は光学的に滑らかな空気／ＹＡＧ：Ｃｅの界面に遭遇するが、そこでは、特に高ＮＡの装置において、屈折率の不適合によってかなりの量の反射が起こる可能性がある。第３に、発光材料２２は放射線を任意の方向に放射する。その比較的高い屈折率により、ＹＡＧ：Ｃｅ／空気の境界における全面的な内面反射の臨界角は、法線から約３３°となり（ＹＡＧ：Ｃｅとフィルタとの間の隙間に空気が存在する）、これは境界に入射する放射線の大部分が装置の外へ反射され、発光材料２２の側壁を通って失われることを意味している。最後に、フォトダイオードに向けられたルミネセンスの一部は、やはり表面粗さの検出される信号の損失の原因となる可能性のあるダイオード表面上の空気／石英の界面を克服しなければならない。

図９及び図１０は、前記の従来技術の問題点に対処する概略の構成、並びに例示的な放射線の経路を示している。充填シート３０は光透過性プラスチックから作製することが可能であり、高い表面粗さ又は大きい屈折率の不連続性を有する空気／材料の界面における放射線散乱の効果を低減するために構成要素間に挿入される。例えば、充填シート３０をＤＵＶ放射線、可視放射線、又はその両方に対して透過性を有するように構成することができる。さらに、各充填シート３０の屈折率は、それが接触している媒体間で最も有効な屈折率の適合性を実現するように調整することができる。充填シート３０が光学的に粗い表面と接触している場合、表面粗さに厳密に追従し、どんな小さいエア・ポケットも残さないことを保証するために、充填シート３０がある程度変形することが必要となる場合がある。これは充填シート３０を当該表面に対して機械的に圧縮することによって実施することができる。或いは、充填シート３０が十分に流動して表面粗さに追従するようになるまで、（高温で生じる可能性のある過度の酸化、又は他の化学分解が起こらないように）穏やかに加熱してもよい。充填層として、できるだけ高い屈折率を有するように選択された流体、例えばフォンブリン（登録商標）を用いることも可能である。

充填シートは、浸漬液の屈折率と同じ、又はそれより大きい屈折率を有するように構成することができる。関連する（浸漬液と透過板、並びに透過板と充填シートとの）界面が互いに平行であり、かつ投影装置の軸線に垂直である通常の場合には、この条件により、透過板と充填シートとの界面で内部反射が生じないことが保証される。これらの界面を非平行にする必要があれば、対応して充填シート３０に対する屈折率の下限を高めることを選択できる。

図９は、透過板４、ルミネセンス層２２、及びフォトダイオード３８を含むＤＵＶセンサにおいて可能な充填シート３０の実施形態を示している。右図は充填シート３０を含み、比較のため、左図は充填シートを含んでいない。いずれの場合も、矢印はスタックを通過する例示的な放射線の経路を示しており、充填シートがないと、ＹＡＧ：Ｃｅ／ダイオードの界面で内部反射が生じる。

充填シート３０は、例えば図１０の左図に示すように単一のシートからなる。または、屈折率の異なる２つの層からなり、その２層間の境界に形成された微小レンズ配列（マイクロレンズ・アレイ）パターン３４を有する複合シートからなっていてもよい。

この実施例によれば、充填シートは屈折率の適合性を改善し、吸収を低減するだけではなく、放射線を集束させて、法線に対する角度を小さくし、それによってその後の界面での透過性を改善するように働く。

基板高さのセンサの光学成分（例えば透過板、充填シート、及び／又はルミネセンス層）の１つ又は複数は、その側面外側に内部反射を高めるための層を含むことができる。この層は、表面外側を粗化すること、及び／又はそれに金属層を適用することによって作製することができる。この構成は、他の方法では失われる放射線を反射してセンサ内に戻すように働く。

以上の方法によってＴＩＳ型センサの信号対雑音性能は、著しく改善される。放射線受容要素の溝１８の線幅をますます小さくする設計へと向かう傾向にあるため、ＴＩＳ型センサは今まで以上に重要になると思われる要素である。内部のセンサ界面に伴う損失に加えて、ルミネセンス層２２でのＤＵＶ放射線から可視放射線への非効率的な変換によっても、かなりの割合の信号が失われる可能性がある。本発明の他の実施例によれば、ルミネセンス層２２をセンサから除き、ＤＵＶ放射線を適切に改造されたフォトダイオード４０に直接当てるように構成する。フォトダイオードは、光子から電子（すなわち放射線から信号）へのより短ギャップを提供するものであり、ＤＵＶに対して感受性のあるダイオードを任意の形及びサイズで得ることができる。こうしたダイオード４０は、０．２０Ａ／Ｗ程度の変換効率で５０ｎｍの波長までのＤＵＶ放射線を検出可能にすることができる。ダイオードの入射窓に酸窒化物の安定層を堆積させることにより、ダイオードの長寿命化が達成される。この構成を図１１ａに概略的に示す。図１１ｂは、見やすいように処理要素を拡大した図を示している。この場合、フォトダイオード４０は溝１８の下に配置されており、入射放射線がフォトダイオード４０に到達するには、溝１８、透過板４、及び屈折率の適合している充填シート３０を通って伝播すればよいようになっている（図１１ｂは充填シートについて、均質な層（上）及び微小レンズ・パターンを有する二重層（下）の２つの可能な変形形態を示している）。屈折率が適合している充填シート３０には、適度な温度で硬化させると石英に似た特性を有することから、液体絶縁レジストＨＳＱを用いることができる。これにより、最適な屈折率の組み合わせが可能になる。メンテナンス及び来るべき交換を容易にするために、ダイオードを裏面接続によって電子的にモニターすることができる。

前記の構成を通過する放射線ビームの経路を図１２に示す。右図は充填シート３０を含み、比較のため、左図は充填シートを含んでいない。

図１３〜図１８は、光（矢印）が投影装置ＰＬの最終要素から浸漬液１を通りセンサ上に伝播する、本発明の他の実施例を示している。図１３〜図１６では、各構成要素は低屈折率部分をセンサから除くように構成されている。

図１３の実施例では、センサは光電池２４と共にルミネセンス層２２を有している。これらの要素間に空気との界面が生じないように、ルミネセンス層２２と放射線受容要素２との間に充填シート３０が配置されている。この充填層の目的は、検出器を通過する光の量を引き続き増加させることである。ルミネセンス層２２と光電池２４との間に空隙３が配置されているが、これについては後述する。

図１４の実施例では、センサは投影装置の反対側で放射線受容要素と接触するように配置された光電池４０を含んでいる。この構成により、空気との界面のすべてが回避される。放射線が中間層を通過しないため、吸収も低減させることができる。

図１５の実施例では、図１３に示したものと類似のセンサの構成が示されている。しかし、拡張されたルミネセンス層２２を用いて、センサ本体２０の前部と後部との間の空間を埋めている。それによって、界面及び界面によって生じる反射の発生が回避される。ルミネセンス層２２と光電池２４との間に空隙３が配置されているが、これについては後述する。

図１６は、センサの構成が光電池２４と共にルミネセンス層２２を含む、本発明の他の実施例を示している。この場合、ルミネセンス層は平板化された形を取り、センサ本体２０の投影装置から離れる方向を向いた側に、センサ本体２０と接触するように配置することが可能であり、したがってルミネセンス層の前に空気との界面が生じることが回避される。ルミネセンス層２２と光電池２４との間に空隙３が配置されているが、これについては後述する。

図１７は、放射線受容要素２と放射線検出要素２４との間に配置された回折レンズ３０を含む実施例を示している。回折レンズ３０は、発光材料２２に向かう回折によって入射放射線を集束させるように働き、それによって（高ＮＡを有する装置などで）高角度で入射する放射線を受け検出器の能力が改善される。回折を基礎とする機構を使用することにより、レンズを小型に作製することが可能になる。（主として回折ではなく屈折によって作動する）微小レンズ４０を回折レンズ３０に相当する位置に組み込んだ別の及び／又は追加の方法を図１８に示す。図示した特定の構成では、微小レンズ４０は、センサ本体２０の材料から直接形成されている。この構成により、装置の複雑さを増すことになる、レンズを別の構成要素として追加しなければならない構成が回避され、またレンズの材料との界面における反射によって生じる可能性のある、さらに信号が失われるという問題も回避される。ただし、本発明の範囲から逸脱することなく、微小レンズ４０に異なる材料を使用することもできる。

光電池２４と共にルミネセンス層２２を含む実施例では、ルミネセンス層２２と光電池２４との間に（ミクロンの位数の）小さい空隙を配置することができる。空隙のサイズが小さいことは、光電池を過度に大きくすることなく、空気の界面でさらに高い角度に屈折する高角度の放射線も、やはり光電池に当てることができることを意味している。さらに、臨界角より大きい角度で空気の界面に到達するある割合の放射線を、空隙を横切る減衰波のトンネル効果により、やはり光電池に伝播させることも可能である。空隙のサイズは、入射放射線の波長より小さいことが好ましい。

放射線受容要素は、センサの機能に応じて、回折格子及び／又はピンホールを有する要素を含むことができる。

センサを基板の高さに、とりわけ放射線受容要素１８が投影装置の最終要素から基板Ｗと実質的に同じ距離にあるように配置することが可能である。

本明細書では、リソグラフィ装置をＩＣの製造に用いることについて特に言及することがあるが、本明細書に記載するリソグラフィ装置は、一体型光学装置、磁区メモリ用の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）、薄膜磁気ヘッドの製造など他の用途にも使用可能であることを理解すべきである。こうした別の用途についての文脈では、本明細書中の「ウェハ」又は「ダイ」という用語の使用はいずれも、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であると考えられることが当業者には理解されよう。本明細書で言及する基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（一般に基板にレジスト層を適用し、露光されたレジストを現像する装置）や測定及び／又は検査装置で処理することができる。適用可能であれば、本明細書の開示をこうした装置や他の基板処理装置に適用してもよい。さらに、例えば多層ＩＣを作製するためなど、基板を２回以上処理することも可能であり、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理が施された層を含む基板を指すこともある。

本明細書で使用する「放射線」及び「ビーム」という用語は、（例えば約３６５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍの波長を有する）紫外線（ＵＶ）を含むあらゆるタイプの電磁放射線を包含している。

文脈によっては、「レンズ」という用語は屈折式及び反射式の光学成分を含めて、様々なタイプの光学成分の任意の１つ、又は任意の組み合わせを指すことができる。

ここまで本発明の特定の実施例について説明してきたが、本発明は記載したものとは別の方法で実施することが可能であることが理解されよう。例えば本発明は、先に開示した方法を記述する、機械で読み取ることのできる命令の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、又はこうしたコンピュータ・プログラムを格納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）の形を取ることができる。

本発明は、任意の浸漬式リソグラフィ装置、それだけには限らないが、特に先に言及したタイプのものに適用することができる。

上記説明は例示のためのものであり、限定するためのものではない。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、記載した本発明に変更を加えることが可能であることが当業者には明らかであろう。

本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を示す図。 従来技術のリソグラフィ投影装置で用いられる液体供給装置を示す図。 従来技術のリソグラフィ投影装置で用いられる液体供給装置を示す図。 従来技術の他のリソグラフィ投影装置による液体供給装置を示す図。 従来技術によるＩＬＩＡＳセンサ・モジュールを示す図。 本発明の一実施例による細長い透過板を有するＩＬＩＡＳセンサ・モジュールを示す図。 本発明の一実施例による充填シート有するＩＬＩＡＳセンサ・モジュールを示す図。 従来技術による発光をベースとするＤＵＶ ＴＩＳを示す図。 従来技術による発光をベースとするＤＵＶ ＴＩＳを示す図。 本発明による透過板、ルミネセンス層、及びフォトダイオードを含むスタック内での充填シートの構成を、例示的な放射線の経路と共に概略的に示す図。 本発明によるルミネセンス層とフォトダイオードの間にはさまれた充填シートの２つの構成を、例示的な放射線の経路と共に概略的に示す図。 本発明による、充填シート有する無発光をベースとするＤＵＶ ＴＩＳを示す図。 本発明による、充填シート有する無発光をベースとするＤＵＶ ＴＩＳを示す図。 透過板及びフォトダイオードを有するスタック内での充填シートの使用を、例示的な放射線の経路と共に示す図。 ルミネセンス層と共に光電池を有し、充填層がルミネセンス層の上に配置された基板高さのセンサを示す図。 放射線受容要素のすぐ下に配置された光電池を有する基板高さのセンサを示す図。 放射線受容要素のすぐ下に配置されたルミネセンス層と共に光電池を有する基板高さのセンサを示す図。 石英センサ本体のすぐ下に配置されたルミネセンス層と共に光電池を有する基板高さのセンサを示す図。 ルミネセンス層及び回折レンズと共に光電池を有する基板高さのセンサを示す図。 ルミネセンス層及び微小レンズと共に光電池を有する基板高さのセンサを示す図。

符号の説明

Ｂ 放射線ビーム
ＢＤ ビーム発射装置
Ｃ ターゲット部分
ＩＦ 位置センサ
ＩＬ 照明器
ＩＮ 入口
Ｍ１、Ｍ２ マスク位置調整用マーク
ＭＡ パターン形成装置、マスク
ＭＴ 支持構造体、マスク・テーブル
ＯＵＴ 出口
Ｐ１、Ｐ２ 基板位置調整用マーク
ＰＬ 投影装置
ＰＭ、ＰＷ 位置決め装置
ＳＯ 放射線源
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル
２ 放射線受容要素
３ 空隙
４ 透過板
６ 量子変換層
８ 放射線検出要素、カメラ
１０ 基板
１２ スペーサ
１４ ボンディング・ワイヤ
１６ 充填シート
１８ 放射線受容要素、溝
２０ センサ本体
２２ ルミネセンス層、発光材料、蛍光体
２４ 放射線検出要素、フォトダイオード、光電池
２５ センサ・ハウジング
３０ 充填シート、回折レンズ
３４ 微小レンズ配列
３８ フォトダイオード
４０ 放射線検出要素、ダイオード、微小レンズ、光電池

Claims (18)

1. 放射線ビームを調整するように構成された照明装置と、
   放射線ビームの断面にパターンを付与することにより、パターンの形成された放射線ビームを生成することのできるパターン形成装置を支持するように構成された支持体と、
   基板を保持するように構成された基板テーブルと、
   パターンの形成された放射線ビームを基板のターゲット部分に投影するように構成された投影装置と、
   放射線受容要素、該放射線受容要素を支持する透過板、及び放射線検出手段を含む基板高さのセンサとを含むリソグラフィ装置であって、
   前記基板高さのセンサが１つ又は複数の透過性充填シートを有することにより、前記放射線受容要素と前記放射線検出手段の最終要素との間での放射線の損失を軽減するように構成されていることを特徴とするリソグラフィ装置。
2. 前記１つ又は複数の充填シートが、前記放射線受容要素と前記放射線検出手段の最終要素との間に空隙が生じることを防止するように構成されている請求項１に記載されたリソグラフィ装置。
3. 前記充填シートのそれぞれが、それを通過する放射線の主要な波長に対して透過性を有するように構成されている請求項１又は請求項２に記載されたリソグラフィ装置。
4. 前記充填シートのそれぞれが、周囲の媒体との屈折率の適合性を最大にするように構成されている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ装置。
5. 前記充填シートが、光学的に粗い構成要素の界面に接触するように配置され、その表面の粗い外形に追従するように処理される請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ装置。
6. 前記充填シートの処理が、機械的圧縮又は加熱による変形を含む請求項５に記載されたリソグラフィ装置。
7. 放射線ビームを調整するように構成された照明装置と、
   放射線ビームの断面にパターンを付与することにより、パターンの形成された放射線ビームを生成することのできるパターン形成装置を支持するように構成された支持体と、
   基板を保持するように構成された基板テーブルと、
   パターンの形成された放射線ビームを基板のターゲット部分に投影するように構成された投影装置と、
   放射線受容要素、該放射線受容要素を支持する透過板、及び放射線検出手段を含む基板高さのセンサとを含むリソグラフィ装置であって、
   前記透過板が、前記放射線受容要素と前記放射線検出要素との間の空隙を除去するように前記放射線受容要素から前記放射線検出要素へと連続的に拡張されている請求項１に記載されたリソグラフィ装置。
8. 前記基板高さのセンサの光学成分の１つ又は複数が、その側面外側に内部反射を高めるための層を含む請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ装置。
9. 前記内部反射を高めるための層が、金属被覆と共に、前記側面外側の粗面化された領域を含む請求項８に記載されたリソグラフィ装置。
10. 前記充填シートが、前記投影装置の最終要素と前記基板との間の空間の少なくとも一部分を満たす浸漬液の屈折率以上の屈折率を有する請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ装置。
11. 前記放射線検出要素が光電池を含む、又はルミネセンス層と共に光電池を含む請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ装置。
12. 前記放射線検出要素が、ＤＵＶ放射線を直接検出するように適合された光電池を含む請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ装置。
13. 前記放射線受容要素と前記放射線検出要素の最終要素との間の空隙の厚さが、該空隙のそれぞれを通過すると予想される放射線の主要な波長より小さい請求項１に記載されたリソグラフィ装置。
14. 前記放射線受容要素が、回折格子、又はピンホールを有する要素である請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ装置。
15. 前記充填シートが、屈折率の異なる２つの層を有し、前記２つの層の界面に微小レンズ配列が形成されている請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ装置。
16. 前記放射線受容要素と前記放射線検出要素との間に配置された回折レンズをさらに含む請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ装置。
17. 前記放射線受容要素と前記放射線検出要素との間に配置された微小レンズをさらに含む請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ装置。
18. 少なくとも一部分が放射線感光材料の層で被覆された基板を提供する段階と、
    放射線装置を用いて放射線の投影ビームを提供する段階と、
    パターン形成手段を用いて前記投影ビームの断面にパターンを付与する段階と、
    パターンの形成された放射線ビームを放射線感光材料の層のターゲット部分に投影する段階と、
    放射線受容要素によって放射線を受け、放射線検出要素によって前記放射線を検出する基板高さのセンサを提供する段階と、
    前記放射線受容要素と前記放射線検出手段の最終要素との間に放射線の損失を軽減する１つ又は複数の透過性充填シートを提供する段階と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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