JP2018513989A - 放射センサ装置 - Google Patents

Abstract

放射ビームの位置及び／又はパワーを決定するための放射センサ装置は、ガスを収容するチャンバと、１つ以上のセンサと、プロセッサとを備える。チャンバは、第１の開口及び第２の開口を、放射ビームが第１の開口からチャンバに入射し、概ね軸に沿ってチャンバ内を伝搬し、第２の開口を通ってチャンバから出射できるように備える。１つ以上のセンサの各々は、軸の周りのチャンバの領域から放出される放射を受光及び検出するように構成される。プロセッサは、１つ以上のセンサが検出した放射を使用して、概ね軸に沿ってチャンバ内を伝搬する放射ビームの位置及び／又はパワーを決定するように動作可能である。【選択図】 図４

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０１５年３月３日に出願された欧州出願第１５１５７３９１．２号の優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

[0002] 本発明は、放射ビームの位置及び／又はパワーを決定するための放射センサ装置に関する。特に、排他的ではないが、放射センサ装置はＥＵＶリソグラフィシステムの一部を形成することができる。

[0003] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に適用するように構築された機械である。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。リソグラフィ装置は、例えば、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）の層にパターニングデバイス（例えば、マスク）からのパターンを投影することができる。

[0004] 基板上にパターンを投影するためにリソグラフィ装置により使用される放射の波長は、その基板上に形成可能なフィーチャの最小サイズを決定する。４〜２０ｎｍの範囲内の波長を有する電磁放射であるＥＵＶ放射を使用するリソグラフィ装置を使用して、従来の（例えば、１９３ｎｍの波長を有する電磁放射を使用することができる）リソグラフィ装置より小さいフィーチャを基板上に形成することができる。

[0005] リソグラフィ及び他の用途では、放射ビームの１つ以上の特性を測定できることが望ましい場合がある。

[0006] 本発明の目的は、従来技術の少なくとも１つの問題を取り除く又は緩和することである。

[0007] 本発明の第１の態様によれば、放射ビームの位置及び／又はパワーを決定するための放射センサ装置であって、放射センサ装置は、第１の開口及び第２の開口を、放射ビームが第１の開口から入射し、概ね軸に沿って内部を伝搬し、第２の開口を通って出射できるように備えたガスを収容するチャンバと、各々が軸の周りのチャンバの領域から放出される放射を受光及び検出するように構成された１つ以上のセンサと、１つ以上のセンサが検出した放射を使用して、概ね軸に沿ってチャンバ内を伝搬する放射ビームの位置及び／又はパワーを決定するように動作可能なプロセッサと、を備えた放射センサ装置が提供される。

[0008] 放射ビームは、チャンバ内を通過する際、例えばガス等のチャンバ内の物質と相互作用することができる。チャンバ内のガスは二次放射を放出し、一般に、この二次放射に寄与する異なるプロセスの組み合わせが存在し得る。放射ビームは、十分に高い周波数を有する場合に、チャンバ内のガスのイオン化を生じさせ得る。そして、結果として生じる自由電子は、ガス分子をイオン化又は励起する、及び／又は光子放出によりエネルギを放射することができる。励起されたガス分子は、光子放出を介して自発的放射を受ける。従って二次放射は、束縛−束縛遷移、自由−束縛遷移、及び自由−自由遷移の組み合わせにより生成することができる。

[0009] ガスが放出する二次放射は、放射ビームが通過するチャンバの領域、つまり、放射ビームがチャンバを通過する際にこれにより掃き出され、以下で相互作用領域と称され得る体積に概ね幾何学的に閉じ込められる。更に、放出された二次放射の強度は、放射ビームのフラックス（すなわち単位面積当たりのパワー）に依存する。従って本発明の第１の態様は、この相互作用領域から放出された二次放射を使用して放射ビームの位置及び／又はパワーを決定する。

[0010] １つ以上のセンサは、１つ以上の放射帯域をフィルタ除去するように構成されたフィルタリング光学部品を備えることができる。

[0011] これは、１つ以上のセンサが、二次放射に加えて、例えば顕著なバックグラウンド信号を形成し得る放射ビームからの迷走放射を受光する場合があるために有利である。例えばフィルタリング光学部品は、１つ以上のセンサが受光する放射ビームからの放射量を減らすように構成された１つ以上の光学部品を含むことができる。更に、相互作用領域からの二次放射の放出をもたらすいくつかのプロセスが存在し得る。いくつかの実施形態では、フィルタリング光学部品は、放射ビームの強度分布と最も強く及び／又は正確に相関した１つ以上の放射帯域を残すように、１つ以上の放射帯域をフィルタ除去するように構成可能である。フィルタリング光学部品は、フィルタ除去すべき１つ以上の放射帯域を吸収するように構成され、他の放射帯域を透過させる透過型光学部品（例えばレンズ）を含むことができる。これに加えて又はこの代わりに、フィルタリング光学部品は、フィルタ除去すべき１つ以上の放射帯域を吸収するように構成され、他の放射帯域を反射する反射型光学部品（例えばミラー）を含んでいてもよい。斯かる反射型フィルタリング光学部品は、フィルタ除去すべき１つ以上の放射帯域を透過させ、他の放射帯域を反射する（例えば誘電体）コーティングを備えたミラーを含んでもよい。

[0012] 放射センサ装置は２つのセンサを備えることができる。各センサは、軸の周りのチャンバの領域から異なる方向に放出される放射を受光及び検出するように構成可能である。

[0013] １つ以上のセンサの各々によって、放射ビームの位置を軸に対して垂直な平面内のある方向に決定することができる。この方向はセンサの検知方向と称され得る。センサの検知方向は、センサが受光する相互作用領域からの二次放射の方向に対して概ね垂直である。従って、各々が軸の周りのチャンバの領域から異なる方向に放出される放射を受光及び検出するように構成された２つのセンサを設けることによって、放射ビームの二次元位置が決定可能になる。

[0014] ２つのセンサは、放射ビームの位置を軸に対して垂直な平面内にある異なる方向に決定するように構成可能である。各センサは軸に対して概ね垂直な方向に指向するように配置することができる。斯かる構成によって、各センサは相互作用領域の軸に対して平行な平面上への投影を受けることができる。

[0015] ２つのセンサは、軸の周りのチャンバの領域から概ね垂直な２つの方向に放出される放射を受光及び検出するように構成可能である。

[0016] １つ以上のセンサは、領域から放出される放射を集束させるように構成されたフォーカス光学部品を備えることができる。

[0017] フォーカス光学部品は１つ以上のセンサの各々のためのフォーカスレンズを含むことができる。

[0018] あるいは、フォーカス光学部品は１つ以上のセンサの各々のためのフォーカスレンズのアレイを含んでいてもよい。

[0019] マイクロレンズのアレイを用いた斯かる構成は、特に相互作用領域の直径が相互作用領域とフォーカス光学部品との間の距離と比較して無視できない実施形態では、視差エラーに敏感でなくなる。

[0020] １つ以上のセンサの各々はチャンバの外側に配置することができ、チャンバは領域からの放射を１つ以上のセンサのうちの１つに透過させるように構成された１つ以上のウィンドウを備えることができる。

[0021] 斯かる構成の利点は、１つ以上のセンサをチャンバの環境に適合する材料から形成する必要がないことであり得る。例えば、チャンバは真空条件下に維持することができる。大気圧未満の圧力のガスを収容するチャンバは真空条件下にあるということができることが理解されよう。１つ以上のセンサをチャンバの外側に位置付けることによって、ガス放出の心配がない材料からセンサを形成する必要がない。更に、１つ以上のセンサはチャンバを大気圧まで上昇させる必要なく（例えば保守又は別の目的で）アクセス可能である。あるいは、１つ以上のセンサはチャンバの内側に配置されてもよい。

[0022] 放射センサ装置は更に、ガスをチャンバ内に供給するように構成されたガス供給機構を備えることができる。

[0023] ガス供給機構は、チャンバ内のガスを一定の圧力に維持するように構成可能である。

[0024] ガス供給機構は、ガスをチャンバ内に供給するように動作可能なガス供給と、ガスをチャンバから排出するように動作可能なポンプと、チャンバ内のガスの圧力をモニタするように動作可能な圧力センサとを備えることができる。

[0025] 第１及び第２の開口は、第１及び第２の開口の各々の間の圧力差を維持できるようにする機構を備えることができる。この機構は、差動ポンプシステムの一部を形成し得る複数のステージを備えることができる。

[0026] １つ以上のセンサの各々は、各々がセンサの検知方向に異なる位置を有する複数の検知要素を含むことができる。

[0027] 例えば１つ以上のセンサの各々は、各々が放射に感応する検知要素のアレイを含むことができ、プロセッサは、１つ以上のセンサの各々の検知方向における放射ビームの位置をそのセンサが受ける強度分布の重心に決定することができる。例えば１つ以上のセンサの各々は電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイを含むことができる。

[0028] 検知要素のアレイは一次元アレイとすることができる。斯かる一次元アレイの読み出し及びデータ処理は、（例えば二次元アレイと比較して）比較的速い。

[0029] 一次元アレイの軸は、センサの検知方向に対して斜角を成して配置することができる。一次元アレイをその軸がセンサの検知方向に対して斜角を成して配置されるように配置することによって、より大きな検知要素を有するアレイの使用が可能になり、より感度の高いセンサがもたらされる。これに加えて又はこの代わりに、より多くの検知要素を有するアレイの使用が可能になり、より実効分解能の高いセンサがもたらされる。

[0030] あるいは、検知要素のアレイは二次元アレイであってもよい。二次元アレイは、（一次元アレイと比較して）より広い検出領域を有し、これによって信号対雑音比の増大がもたらされる。

[0031] １つ以上のセンサの各々は、各々が放射に感応する２つの検知要素を含むことができ、プロセッサは、１つ以上のセンサの各々の検知方向における放射ビームの位置を、２つの検知要素の中点から測定される際、２つの検知要素からの信号の差に比例するように決定することができる。２つの検知要素の各々は、例えばフォトダイオードを含むことができる。

[0032] 斯かる構成の利点は、センサが、例えば各センサが検知要素のアレイを含む構成と比較して非常に高速であることである。例えば斯かる構成は、約１ＭＨｚの応答速度での使用に適切であり得る。斯かる構成は放射ビームの位置の変動をモニタするのに特に適切である。放射ビームの絶対位置を決定するために、放射ビームのプロファイル（強度分布）の予備知識が必要となり得る。

[0033] 本発明の第２の態様によれば、放射ビームのパワーを決定するための放射センサ装置であって、放射センサ装置は、第１の開口及び第２の開口を、放射ビームが第１の開口から入射し、概ね軸に沿って内部を伝搬し、第２の開口を通って出射できるように備えたガスを収容する共振空洞と、共振空洞内の電磁波を励起するように動作可能なソースと、共振空洞の共振周波数、又は共振空洞の共振周波数を示す量を測定し、そして、測定した共振周波数、又は共振周波数を示す量を使用して第１及び第２の開口間を伝搬する放射ビームのパワーを決定するように動作可能なプロセッサと、を備えた放射センサ装置が提供される。

[0034] 共振空洞の共振周波数は、空洞内の電磁波による障害の境界条件を決定する空洞の形状及び寸法に依存する。共振周波数は、結果的に空洞内の物質の誘電率及び透過率により決定される空洞内の光の速度にも依存する。

[0035] 放射ビームは、共振空洞を通過する際、共振空洞内の物質と相互作用することができる。例えば放射は、十分に高い周波数を有する場合は、共振空洞内のガスをイオン化することができる。一般に、斯かるイオン化によって生じた共振空洞内の自由電子の密度は放射ビームのパワーに依存する。空洞内の自由電子の密度は共振空洞内の誘電率及び／又は透過率に影響を及ぼし、結果的に空洞の共振周波数に影響を及ぼすことになる。特に、共振空洞内の誘電率は空洞内の自由電子の密度に依存する。従って本発明の第１の態様によって、第１及び第２の開口間を伝搬する放射ビームのパワーを、決定された共振空洞の共振周波数から決定可能になる。特に本発明の第１の態様によって、第１及び第２の開口間を伝搬する放射ビームのパワーの変化を、決定された共振空洞の共振周波数の変化から決定可能になる。

[0036] ソースは、例えば無線周波数供給、アンテナ、及び任意選択で、無線周波数供給をアンテナに結合するように構成された導波管を備えることができる。

[0037] 放射ビームが第１の開口から共振空洞に入射し、概ね軸に沿って共振空洞内を伝搬し、第２の開口を通って共振空洞から出射することができるように構成された第１及び第２の開口を共振空洞に設けることによって、第１及び第２の開口間を伝搬する放射ビームのパワーを放射ビームの減衰を最小限に抑えて決定できるようになる。これは、放射ビームが物質によって強く吸収されるＥＵＶ放射を含む場合に特に当てはまる。

[0038] プロセッサは、ソースにより共振空洞内で励起された電磁波の周波数を制御するように動作可能であり得る。

[0039] プロセッサは、共振空洞内の電磁波の振幅をモニタすると同時に、共振空洞内の異なる周波数を有する複数の定常波を連続的に励起するようにソースを制御するように動作可能であり得る。

[0040] プロセッサは、共振空洞の共振周波数を、共振空洞内の電磁波の振幅が極大になる周波数に決定するように動作可能であり得る。

[0041] 放射センサ装置は更に、共振空洞内の電磁波をモニタするように動作可能なレシーバを備えることができる。レシーバは共振空洞内の電磁波の振幅及び／又は位相を示す信号を出力するように動作可能であり得、プロセッサはレシーバから信号を受信するように構成可能である。

[0042] 共振空洞の共振周波数を決定するために、プロセッサは、共振空洞内で励起された電磁波の周波数を変化させるようにソースを制御するように動作可能であり得る。プロセッサは、共振空洞内の電磁波の振幅を同時にモニタするように動作可能であり得る。プロセッサは、共振空洞の共振周波数を、共振空洞内の電磁波の振幅が極大になる周波数に決定することができる。

[0043] 放射センサ装置は更に、ソースが受けた反射波をモニタし、そして反射波の振幅及び／又は位相を示す信号を出力するように動作可能な方向性カプラを備えることができる。プロセッサは、方向性カプラから信号を受信するように構成可能である。

[0044] 方向性カプラは更に、ソースの電源が発生させた波をモニタし、そしてソースの電源が発生させた波の振幅及び／又は位相を示す信号を出力するように動作可能であり得、プロセッサは、方向性カプラから信号を受信するように構成される。いくつかの実施形態では、方向性カプラはソースが受けた反射波及び／又はソースの電源が発生させた波をモニタするために使用されているが、代替的な実施形態では、方向性カプラは、ソースが受けた反射波及びソースの電源が発生させた波の一方又は両方をモニタするように動作可能な任意の他のデバイスに置き換えられてもよいことが理解されよう。

[0045] プロセッサは、ソースの電源が供給した電磁波と、ソースが共振空洞内で励起した電磁波との間の相対位相を決定するように動作可能であり得る。

[0046] 減衰駆動型調和振動子（例えば共振空洞等）の共振周波数において、システムの振幅は最大であり、システムの応答は駆動信号に９０°だけ遅れる。システムの共振周波数未満の周波数において、位相遅れは減少し、共振をはるかに下回る周波数では相対位相は０°に近づいていく。システムの共振周波数を超える周波数において、位相遅れは増大し、共振をはるかに上回る周波数では相対位相は１８０°に近づいていく。

[0047] プロセッサは更に、決定された相対位相に応じて共振空洞の共振周波数を決定するように動作可能であり得る。あるいはプロセッサは、決定された相対位相を直接使用して第１及び第２の開口間を伝搬する放射ビームのパワーを決定するように動作可能であってもよい。決定された相対位相は、共振空洞の共振周波数を示す量と見なすことができる。

[0048] 放射センサ装置は更に、共振空洞内にガスを供給するように構成されたガス供給機構を備えることができる。

[0049] ガス供給機構は、共振空洞内にガスを供給するように動作可能なガス供給と、共振空洞内のガスの圧力をモニタするように動作可能な圧力センサとを備えることができる。

[0050] ガス供給及び圧力センサは、共振空洞内のガスの圧力を制御するように動作可能なフィードバックループを形成することができる。

[0051] ガス供給機構は、共振空洞内のガスの圧力を一定に維持するように構成可能である。

[0052] ガス供給機構は更に、共振空洞からガスを排出するように動作可能なポンプを備えることができる。

[0053] 放射センサ装置は更に、共振空洞内のガスの圧力を一定に維持するように構成された機構を備えることができる。

[0054] 第１及び第２の開口は、第１及び第２の開口の各々の間の圧力差を維持できるようにする機構を備えることができる。

[0055] この機構は差動ポンプシステムの一部を形成し得る複数のステージを含むことができる。

[0056] ソースは第１のアンテナを備えることができる。第１のアンテナは共振空洞内に配置することができる。あるいは、ソースは更に、第１のアンテナを共振空洞に結合し得る第１の導波管を備えていてもよい。

[0057] レシーバは第２のアンテナを備えることができる。第２のアンテナは共振空洞内に配置することができる。あるいはレシーバは、第２のアンテナを共振空洞に結合し得る第２の導波管を備えていてもよい。

[0058] 共振空洞は任意の適切なサイズ及び／又は形状を有することができる。一実施形態では、共振空洞の形状は概ね円筒形とすることができる。円筒の軸は、円筒の対向表面に設けることができる第１及び第２の開口の間を延びることができる。

[0059] 放射センサ装置は、電磁放射ビーム、例えばＥＵＶ放射のパワーを決定するのに適切であり得る。

[0060] 放射センサ装置は、パルス放射ビームのパワーを決定するのに適切であり得る。

[0061] 本発明の第３の態様によれば、メイン放射ビームを供給するように構成された放射源と、メイン放射ビーム又はメイン放射ビームの一部のパワー及び／又は位置を決定するように構成された前記請求項のいずれかに記載の放射センサ装置とを備えたシステムが提供される。

[0062] システムは更に、少なくとも１つのリソグラフィ装置と、メイン放射ビームの少なくとも一部を各リソグラフィ装置に誘導するように構成されたビームデリバリシステムとを備えることができる。

[0063] 放射源はＥＵＶメイン放射ビームを供給するように構成可能である。

[0064] 放射源はパルス放射ビームを供給するように構成可能である。

[0065] 放射源は自由電子レーザを含むことができる。

[0066] 本発明の第４の態様によれば、メイン放射ビームを供給するように構成された放射源と、少なくとも１つのリソグラフィ装置と、メイン放射ビームの少なくとも一部を各リソグラフィ装置に誘導するように構成されたビームデリバリシステムと、ビームデリバリシステムにより少なくとも１つのリソグラフィ装置のうちの１つに誘導されたメイン放射ビーム及び／又はメイン放射ビームの一部のパワー及び位置のうちの少なくとも１つを決定するように構成された、本発明の第１の態様又は本発明の第２の態様に記載の放射センサ装置とを備えたリソグラフィシステムが提供される。

[0067] 放射源は、例えば少なくとも１つの自由電子レーザを含むことができる。

[0068] 放射源はＥＵＶメイン放射ビームを供給するように構成可能である。

[0069] 本発明の第５の態様によれば、放射ビームの位置及び／又はパワーを決定するための方法であって、方法は、第１の開口及び第２の開口を、放射ビームが第１の開口から入射し、概ね軸に沿って内部を伝搬し、第２の開口を通って出射するように備えたガスを収容するチャンバ内で放射ビームを誘導することと、軸の周りのチャンバの領域から放出される放射を受光及び検出することと、検出された放射に応じて、概ね軸に沿ってチャンバ内を伝搬する放射ビームの位置及び／又はパワーを決定することとを含む方法が提供される。

[0070] 放射ビームはＤＵＶ又はＥＵＶ範囲の電磁放射を含むことができる。放射ビームはパルス放射ビームとすることができる。

[0071] 本発明の第６の態様によれば、放射ビームのパワーを決定するための方法であって、方法は、第１の開口及び第２の開口を、放射ビームが第１の開口から入射し、内部を伝搬し、第２の開口を通って出射するように備えたガスを収容する共振空洞内で放射ビームを誘導することと、共振空洞内の電磁波を励起することと、共振空洞内の電磁波をモニタすることと、共振空洞の共振周波数を決定することと、決定された共振周波数に応じて、第１及び第２の開口間を伝搬する放射ビームのパワーを決定することとを含む方法が提供される。

[0072] 放射ビームはＤＵＶ又はＥＵＶ範囲の電磁放射を含むことができる。放射ビームはパルス放射ビームとすることができる。

[0073] 以上又は以下で述べる本発明の様々な態様及び特徴は、当業者に容易に明らかになる本発明のその他の様々な態様及び特徴と組み合わせることができる。

[0074] 本発明の実施形態を、単なる例として添付の概略図を参照して以下に説明する。

本発明の一実施形態に従った自由電子レーザを備えたリソグラフィシステムの概略図である。 図１のリソグラフィシステムの一部を形成するリソグラフィ装置の概略図である。 図１のリソグラフィシステムの一部を形成する自由電子レーザの概略図である。 図１のリソグラフィシステムの一部を形成し得る第１のタイプの放射センサ装置の軸に対して垂直な平面における概略断面図である。 図４の放射センサ装置の軸を含む平面における概略断面図である。 図５の放射センサ装置の一部を形成し得るセンサ及びフォーカス光学部品の一実施形態の概略図である。 図６のセンサの像面における第１の配向の概略図である。 図６のセンサの像面における第２の配向の概略図である。 図５の放射センサ装置の一部を形成し得るセンサ及びフォーカス光学部品の別の実施形態の概略図である。 図５の放射センサ装置の一部を形成し得るセンサ及びフォーカス光学部品の別の実施形態の概略図である。 図５の放射センサ装置の一部を形成し得るセンサ及びフォーカス光学部品の別の実施形態の概略図である。 図５の放射センサ装置の一部を形成し得るセンサ及びフォーカス光学部品の別の実施形態の概略図である。 図５の放射センサ装置の一部を形成し得るセンサ及びフォーカス光学部品の別の実施形態の概略図である。 図１のリソグラフィシステムの一部を形成し得る第２のタイプの放射センサ装置の第１の実施形態の軸に対して垂直な平面における概略断面図である。 図１のリソグラフィシステムの一部を形成し得る第２のタイプの放射センサ装置の第２の実施形態の軸に対して垂直な平面における概略断面図である。 減衰駆動型調和振動子の応答の振幅及び（駆動力に対する）相対位相遅れのプロットを示す。

[0075] 図１は本発明の一実施形態に従ったリソグラフィシステムＬＳを示している。リソグラフィシステムＬＳは、放射源ＳＯ、ビームデリバリシステムＢＤＳ、及び複数のリソグラフィ装置ＬＡ_ａ〜ＬＡ_ｎ（例えば８個のリソグラフィ装置）を備えている。放射源ＳＯは、極端紫外線（ＥＵＶ）放射ビームＢ（これをメインビームと称する場合がある）を発生するように構成されている。

[0076] ビームデリバリシステムＢＤＳは、ビーム分割光学部品を備え、任意選択でビーム拡大光学部品及び／又はビーム整形光学部品を備える場合もある。メイン放射ビームＢは複数の放射ビームＢ_ａ〜Ｂ_ｎ（これらを分岐ビームと称する場合がある）に分割され、その各々はビームデリバリシステムＢＤＳによってリソグラフィ装置ＬＡ_ａ〜ＬＡ_ｎのうちの異なる１つに誘導される。

[0077] リソグラフィシステムＬＳは更に、本発明の一実施形態に従った１つ以上の放射センサ装置ＲＳを備えている。図１に示すように、リソグラフィシステムＬＳはメインビームＢの１つ以上の特性（例えばパワー及び／又は位置）を測定するように構成された放射センサ装置ＲＳを備えている。これに加えて又はこの代わりに、リソグラフィシステムＬＳは、分岐放射ビームＢ_ａ〜Ｂ_ｎの１つ以上の特性を測定するように構成された放射センサ装置ＲＳを備えていてもよい。これに加えて又はこの代わりに、リソグラフィシステムＬＳは、ビームデリバリシステムＢＤＳ内の放射ビームの１つ以上の特性を測定するように構成された放射センサ装置ＲＳを備えていてもよい。

[0078] 任意選択的なビーム拡大光学部品（図示せず）は、放射ビームＢの断面積を拡大するように構成されている。有利な点として、これはビーム拡大光学部品の下流のミラーに対する熱負荷を低減する。これによって、ビーム拡大光学部品の下流のミラーは、あまり冷却されず、従って安価である低性能のものとすることができる。これに加えて又はこの代わりに、これは下流のミラーを近垂直入射とすることができる。例えばビーム拡大光学部品は、メインビームＢをビーム分割光学部品によって分割する前にメインビームＢを約１００μｍから１０ｃｍ超に拡大するように動作可能であり得る。

[0079] 一実施形態において、分岐放射ビームＢ_ａ〜Ｂ_ｎの各々は各減衰器（図示せず）を通過して誘導される。各減衰器は、分岐放射ビームＢ_ａ〜Ｂ_ｎが対応するリソグラフィ装置ＬＡ_ａ〜ＬＡ_ｎに入射する前に各分岐放射ビームＢ_ａ〜Ｂ_ｎの強度を調整するように構成可能である。

[0080] 放射源ＳＯ、ビームデリバリシステムＢＤＳ、及びリソグラフィ装置ＬＡ_ａ〜ＬＡ_ｎは全て、外部環境から隔離可能であるように構築及び配置可能である。放射源ＳＯ、ビームデリバリシステムＢＤＳ、及びリソグラフィ装置ＬＡ_ａ〜ＬＡ_ｎの少なくとも一部に真空を与えてＥＵＶ放射の吸収を最小限に抑えることができる。リソグラフィシステムＬＳの異なる部分に、異なる圧力の真空を与える（すなわち大気圧未満の異なる圧力に維持する）ことも可能である。

[0081] 図２を参照すると、リソグラフィ装置ＬＡ_ａは、照明システムＩＬ、パターニングデバイスＭＡ（例えばマスク）を支持するように構成された支持構造ＭＴ、投影システムＰＳ、及び基板Ｗを支持するように構成された支持テーブルＷＴを備えている。照明システムＩＬは、リソグラフィ装置ＬＡ_ａによって受光される分岐放射ビームＢ_ａがパターニングデバイスＭＡに入射する前にこれを調節するように構成されている。投影システムＰＳは、放射ビームＢ_ａ’（これはパターニングデバイスＭＡによりパターンが付与されている）を基板Ｗ上に投影するように構成されている。基板Ｗは予め形成されたパターンを含むことができる。この場合、リソグラフィ装置は、パターンが付与された放射ビームＢ_ａ’を、基板Ｗ上に予め形成されたパターンと位置合わせする。

[0082] リソグラフィ装置ＬＡ_ａにより受光される分岐放射ビームＢ_ａは、ビームデリバリシステムＢＤＳから照明システムＩＬの閉鎖構造の開口８を通って照明システムＩＬ内に入る。任意選択で分岐放射ビームＢ_ａは、開口８において又はその近傍で中間焦点を形成するように集束させてもよい。

[0083] 照明システムＩＬは、ファセットフィールドミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１を含むことができる。ファセットフィールドミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１は共に、放射ビームＢ_ａに所望の断面形状及び所望の角度分布を与える。放射ビームＢ_ａは、照明システムＩＬから出て、支持構造ＭＴが保持するパターニングデバイスＭＡに入射する。パターニングデバイスＭＡは放射ビームを反射し、これにパターンを付与して、パターン付与されたビームＢ_ａ’を形成する。照明システムＩＬは、ファセットフィールドミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１に加えて又はこれらの代わりに、他のミラー又はデバイスを含むこともある。照明システムＩＬは、例えば個別に移動可能なミラーのアレイを含むことができる。個別に移動可能なミラーは、例えば直径１ｍｍ未満とすることができる。個別に移動可能なミラーは、例えば微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスとすることができる。

[0084] パターン付与された放射ビームＢ_ａ’は、パターニングデバイスＭＡから方向転換（例えば反射）後、投影システムＰＳに入る。投影システムＰＳは、放射ビームＢ_ａ’を基板テーブルＷＴが保持する基板Ｗに投影するように構成された複数のミラー１３、１４を備えている。投影システムＰＳは放射ビームに縮小係数を適用して、パターニングデバイスＭＡ上の対応するフィーチャよりも小さいフィーチャを有する像を形成することができる。例えば縮小係数４を適用可能である。図２において投影システムＰＳは２つのミラーを有しているが、投影システムはいかなる数のミラーも含むことができる（例えば６個のミラー）。

[0085] リソグラフィ装置ＬＡ_ａは、放射ビームＢ_ａの断面にパターンを付与し、パターン付与された放射ビームを基板のターゲット部分上に投影することで、基板のターゲット部分をパターン付与された放射に露光するように動作可能である。リソグラフィ装置ＬＡ_ａは、例えばスキャンモードで使用可能である。このモードでは、放射ビームＢ_ａ’に付与したパターンを基板Ｗに投影している間に、支持構造ＭＴ及び基板テーブルＷＴを同期してスキャンする（すなわち動的露光）。支持構造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の縮小及び像反転特性によって決定することができる。

[0086] 再び図１を参照すると、放射源ＳＯは、リソグラフィ装置ＬＡ_ａ〜ＬＡ_ｎの各々に供給するのに十分なパワーのＥＵＶ放射ビームＢを発生するように構成されている。上記のように、放射源ＳＯは自由電子レーザを含むことができる。

[0087] 図３は自由電子レーザＦＥＬの概略図であり、これは入射器２１、線形加速器２２、バンチ圧縮器２３、アンジュレータ２４、電子減速器２６、及びビームダンプ２８を備えている。

[0088] 入射器２１は、バンチ化電子ビームＥを生成するように構成され、電子源（例えば熱イオンカソード又はフォトカソード）と加速電場とを備えている。電子ビームＥ内の電子は更に線形加速器２２によって加速される。一例において線形加速器２２は、共通軸に沿って軸方向に離間した複数の無線周波数空洞と、共通軸に沿って電磁場を制御して電子バンチが通過する際に各電子バンチを加速するように動作可能である１つ以上の無線周波数電力源と、を備えることができる。空洞は超伝導無線周波数空洞とすることができる。有利な点として、これによって、比較的大きい電磁場を高いデューティサイクルで印加すること、ビームアパーチャが大きくなるので航跡場による損失を低減させること、（空洞の壁を通って放散するのとは対照的に）ビームに伝達される無線周波数エネルギ部分を増大させることが可能となる。あるいは、空洞は従来どおり伝導性とすることもでき（すなわち超伝導ではない）、例えば銅から形成してもよい。他のタイプの線形加速器も使用可能であり、例としてレーザ航跡場加速器又は逆自由電子レーザ加速器がある。

[0089] 任意選択で電子ビームＥは、線形加速器２２とアンジュレータ２４との間に配置されたバンチ圧縮器２３を通過する。バンチ圧縮器２３は、電子ビームＥ内の既存の電子バンチを空間的に圧縮するように構成されている。あるタイプのバンチ圧縮器２３は、電子ビームＥを横断する方向に向けられた放射場を含む。電子ビームＥ内の電子は放射と相互作用して、近傍の他の電子とバンチ化する。別のタイプのバンチ圧縮器２３は磁気シケインを含む。この場合、シケインを通過する際に電子がたどる経路の長さはそのエネルギに依存する。このタイプのバンチ圧縮器は、線形加速器２２において複数の共振空洞により加速された電子バンチを圧縮するために使用することができる。

[0090] 次いで電子ビームＥはアンジュレータ２４を通過する。一般的に、アンジュレータ２４は複数のモジュールを備えている。各モジュールは周期的な磁気構造を含み、これは周期磁場を生成するように動作可能であり、入射器２１及び線形加速器２２によって生成された相対論的電子ビームＥをそのモジュール内の周期経路に沿って導くように構成されている。各アンジュレータモジュールにより生成された周期磁場によって、電子は中心軸を中心とした振動経路をとる。この結果、各アンジュレータモジュール内で、電子は概ねそのアンジュレータモジュールの中心軸の方向に電磁放射を放射する。

[0091] 電子がとる経路は、正弦波かつ平面状であるために電子が周期的に中心軸を横切るか、あるいはらせん状であるために電子が中心軸を中心として回転する場合がある。振動経路のタイプは、自由電子レーザが放出する放射の偏光に影響を与え得る。例えば、電子をらせん状経路に沿って伝搬させる自由電子レーザは楕円偏光放射を放出することができ、これは一部のリソグラフィ装置による基板Ｗの露光に望ましい場合がある。

[0092] 電子が各アンジュレータモジュールを通過する際、それらは放射の電場と相互作用し、放射とエネルギを交換する。一般に、条件が共振条件に近くない限り、電子と放射との間で交換されるエネルギ量は高速で振動する。共振条件下で、電子及び放射間の相互作用によって電子はバンチ化して、アンジュレータ内の放射の波長で変調されたマイクロバンチとなり、中心軸に沿った放射のコヒーレントな放出が誘導される。
共振条件は以下によって与えられ得る。

ここで、λ_ｅｍは放射の波長であり、λ_ｕは電子が伝搬しているアンジュレータモジュールのアンジュレータ周期であり、γは電子のローレンツ因子であり、Ｋはアンジュレータパラメータである。Ａはアンジュレータ２４のジオメトリに依存する。円偏光放射を生成するヘリカルアンジュレータではＡ＝１であり、平面アンジュレータではＡ＝２であり、楕円偏光放射を生成するヘリカルアンジュレータ（すなわち円偏光でもなく直線偏光でもない）では１＜Ａ＜２である。実際には、各電子バンチはある幅のエネルギを有するが、この幅は（電子ビームＥを低いエミッタンスで生成することによって）できる限り最小限に抑えることができる。アンジュレータパラメータＫは典型的に約１であり、以下によって与えられる。

ここで、ｑ及びｍはそれぞれ電子の電荷及び質量であり、Ｂ_ｏは周期磁場の振幅であり、ｃは光の速度である。

[0093] 共振波長λ_ｅｍは、各アンジュレータモジュールを通過する電子が自発的に放射する第１高調波波長に等しい。自由電子レーザＦＥＬは、自己増幅自発放出（ＳＡＳＥ）モードで動作することができる。ＳＡＳＥモードの動作では、電子ビームＥが各アンジュレータモジュールに入射する前にその電子バンチのエネルギ幅が小さいことが必要であり得る。あるいは自由電子レーザＦＥＬは、アンジュレータ２４内の誘導放出により増幅可能なシード放射源を備えることができる。自由電子レーザＦＥＬは再循環増幅器自由電子レーザ（ＲＡＦＥＬ）として動作可能であり、この場合、自由電子レーザＦＥＬが発生する放射の一部を用いて更に放射を発生させる。

[0094] アンジュレータ２４を通過する電子によって放射振幅を増大させることができる。すなわち、自由電子レーザＦＥＬは非ゼロの利得を有することができる。共振条件を満たす場合、又は条件が共振に近いがわずかに外れている場合に、最大の利得が達成され得る。

[0095] アンジュレータ２４に入射する際に共振条件を満たす電子は、放射を放出（又は吸収）する際にエネルギを喪失（又は獲得）するので、共振条件は満たされなくなる。従っていくつかの実施形態では、アンジュレータ２４をテーパ化することができる。すなわち、電子バンチにアンジュレータ２４を通過させる際にこれを共振又は共振近傍に維持するため、周期磁場の振幅及び／又はアンジュレータ周期λ_ｕは、アンジュレータ２４の長さに沿って変化し得る。テーパ化を達成するには、各アンジュレータモジュール内で及び／又はモジュールごとに、周期磁場の振幅及び／又はアンジュレータ周期λ_ｕを変化させればよい。これに加えて又はこの代わりに、テーパ化を達成するには、各アンジュレータモジュール内で及び／又はモジュールごとに、（パラメータＡを変化させることにより）アンジュレータ２４のらせん構造を変化させればよい。

[0096] 各アンジュレータモジュールの中心軸の周りの領域を、「有効磁場領域」と見なすことができる。有効磁場領域は、中心軸の周りのある体積とすることができ、アンジュレータモジュールの中心軸に沿った所与の位置では、この体積内の磁場の大きさ及び方向が実質的に一定である。有効磁場領域内で伝搬する電子バンチは、式（１）の共振条件を満たすことができ、従って放射を増幅する。更に、有効磁場領域内で伝搬する電子ビームＥは、補償されない磁場による著しい予測外の分裂を経験しないはずである。すなわち、有効磁場領域を伝搬する電子は有効磁場領域内に留まるはずである。

[0097] 各アンジュレータモジュールは、ある範囲の許容可能な初期軌道を有することができる。この範囲の許容可能な初期軌道内の初期軌道でアンジュレータモジュールに入射する電子は、式（１）の共振条件を満たすことができ、そのアンジュレータモジュール内で放射と相互作用してコヒーレント放射の放出を誘導する。これに対して、他の軌道でアンジュレータモジュールに入射する電子は、コヒーレント放射の顕著な放出を誘導しない場合がある。

[0098] 例えば、一般的にらせん状のアンジュレータモジュールでは、電子ビームＥはアンジュレータモジュールの中心軸と実質的に位置合わせしなければならない。電子ビームＥとアンジュレータモジュールの中心軸との間の傾斜又は角度は概ね１／１０ｐを超えてはならない（ｐはＦＥＬピアスパラメータである）。そうでない場合、アンジュレータモジュールの変換効率（すなわち、そのモジュール内で放射に変換される電子ビームＥのエネルギ部分）は、所望の量未満に低下し得る（又はほとんどゼロまで低下し得る）。一実施形態では、ＥＵＶヘリカルアンジュレータモジュールのＦＥＬピアスパラメータは約０．００１である場合があり、これは、アンジュレータモジュールの中心軸に対する電子ビームＥの傾斜が１００μｒａｄ未満でなければならないことを示している。

[0099] 平面アンジュレータモジュールでは、もっと広い範囲の初期軌道が許容可能であり得る。電子ビームＥが平面アンジュレータモジュールの磁場に対して実質的に垂直のままであり、平面アンジュレータモジュールの有効磁場領域内に留まるならば、コヒーレントな放射の放出を誘導することができる。

[00100] 電子ビームＥの電子が各アンジュレータモジュール間のドリフト空間を移動する際は、電子は周期経路をとらない。従ってこのドリフト空間では、電子は空間的に放射と重複するが、放射と大きなエネルギを交換しないので、効果的に放射から切り離される。バンチ化電子ビームＥは有限エミッタンスを有するので、再集束されない限り直径が増大する。このため、アンジュレータ２４は更に、１つ以上の隣接アンジュレータモジュール対の間に電子ビームＥを再集束するための機構を備えることができる。例えば、各隣接モジュール対の間に四極磁石を設けることができる。四極磁石は電子バンチのサイズを縮小する。これによって次のアンジュレータモジュール内の電子と放射との結合が向上し、放射の放出の誘導が増大する。

[00101] アンジュレータ２４は更に、電子ビームＥがアンジュレータ２４を通過する際にこれを微調整するように構成された電子ビームステアリングユニットを、隣接する各アンジュレータモジュール対の間に備えることができる。例えば、各ビームステアリングユニットは、電子ビームが有効磁場領域内に留まり、そのアンジュレータモジュールのその範囲の許容可能な初期軌道からのある軌道で次のアンジュレータモジュールに入射することを確実にするように構成可能である。

[00102] 電子ビームＥは、アンジュレータ２４から出射した後、ダンプ２８によって吸収される。ダンプ２８は、電子ビームＥを吸収するために十分な材料の量を含むことができる。この材料は、放射能誘導についての閾値エネルギを有し得る。閾値エネルギ未満のエネルギでダンプ２８に入射する電子は、ガンマ線シャワーのみを生成する可能性はあるが、著しいレベルの放射能は誘導しない。材料は、電子衝突による放射能誘導についての高い閾値エネルギを有し得る。例えばビームダンプは、約１７ＭｅＶの閾値エネルギを有するアルミニウム（Ａｌ）を含む場合がある。電子ビームＥがダンプ２８に入射する前に、その電子エネルギを低減させることが望ましい。これによって、ダンプ２８から放射性廃棄物を除去及び処分する必要性が解消されるか又は少なくとも低減される。放射性廃棄物を除去するためには自由電子レーザＦＥＬを周期的にシャットダウンする必要があり、放射性廃棄物を処分することは高コストであると共に重大な環境への影響を伴う恐れがあるので、これは有利である。

[00103] アンジュレータ２４とビームダンプ２８との間に配置された減速器２６に電子ビームＥを誘導することによって、電子ビームＥがダンプ２８に入射する前にその電子エネルギを低減させることができる。

[00104] 一実施形態において、アンジュレータ２４から出射した電子ビームＥを減速させるには、入射器２１が生成した電子ビームに対して１８０度の位相差で電子を線形加速器２２に戻せばよい。このように、線形加速器におけるＲＦフィールドは、アンジュレータ２４から出力した電子を減速させ、入射器２１から出力した電子を加速させるように機能する。電子が線形加速器２２で減速すると、それらのエネルギの一部は線形加速器２２のＲＦフィールドに移動する。従って、減速している電子からのエネルギは線形加速器２２によって回収されて、入射器２１から出力した電子ビームＥを加速させるために用いることができる。このような構成は、エネルギ回収型線形加速器（ＥＲＬ）として知られている。

[00105] リソグラフィシステムＬＳのいくつかの実施形態では、放射源ＳＯは単一の自由電子レーザＦＥＬを備えることができる。斯かる実施形態では、放射源ＳＯから放出されるメインビームＢは、自由電子レーザＦＥＬから放出されるレーザビームＢ_ＦＥＬとすることができる。他の実施形態では、リソグラフィシステムＬＳは複数の自由電子レーザを含んでもよい。自由電子レーザから放出される複数のレーザビームＢ_ＦＥＬを結合して、複数の自由電子レーザＦＥＬから放出される放射を含む単一のメインビームＢを形成することができる。

[00106] リソグラフィシステムＬＳにおいて、リソグラフィ装置ＬＡ_ａが基板Ｗに供給する放射ドーズ量を調整することが望ましい。基板Ｗに供給される放射ドーズ量はリソグラフィ装置ＬＡ_ａに供給される分岐放射ビームＢ_ａのパワーに依存する。従って放射ドーズ量は、分岐放射ビームＢ_ａのパワーを制御することにより制御することができる。分岐放射ビームＢ_ａのパワーを制御するために、分岐放射ビームＢ_ａ及び／又はメインビームＢのパワーは、１つ以上の放射センサ装置ＲＳ（例えば図１に示した放射センサ装置ＲＳ）を使用して測定することができる。放射センサ装置ＲＳは、メインビームＢのパワー及び分岐放射ビームＢ_ａのパワーを制御することにより基板Ｗに供給されるドーズ量を調整するように構成されたフィードバックシステムの一部を形成することができる。例えばメインビームＢのパワー及び／又は分岐放射ビームＢ_ａのパワーは、１つ以上の放射センサ装置ＲＳにより行われる測定に応じて調整され、所望のパワーを有する分岐放射ビームを供給することができる。フィードバックシステムは、コントローラを備えることができ、そして自動化することができる。メインビームＢのパワー及び／又は分岐放射ビームＢ_ａのパワーは、例えばメインビームＢ及び／又は分岐ビームＢ_ａの経路に１つ以上の減衰器を配置することにより調整することができる。減衰器を制御することにより、放射センサ装置ＲＳにより行われる測定に応じてメインビームＢ及び／又は分岐ビームＢ_ａの強度を調整し、その結果、所望のパワーを有する分岐放射ビームＢ_ａを供給することができる。

[00107] リソグラフィシステムＬＳにおいて、リソグラフィシステムＬＳ内を伝搬する放射ビームの位置を測定することが更に望ましい。例えば１つ以上の放射ビームの位置は、リソグラフィシステムＬＳの１つ以上の光学コンポーネントのアライメントをチェックするために、放射センサ装置ＲＳを用いて測定することができる。例えばビームデリバリシステムＢＤＳを形成する１つ以上の光学コンポーネントのアライメントは、ビームデリバリシステムＢＤＳが供給する分岐放射ビームＢ_ａの位置を測定することによりチェックすることができる。放射ビームの位置を測定する放射センサ装置ＲＳは、リソグラフィシステムＬＳの１つ以上の光学コンポーネントのアライメントを制御するように構成されたフィードバックシステムの一部を形成することができる。例えばリソグラフィシステムＬＳの１つ以上の光学コンポーネントのアライメントは、放射ビームの位置の測定に応じて制御することができる。フィードバックシステムは、コントローラを備えることができ、そして自動化することができる。放射センサ装置ＲＳは、例えば分岐放射ビームＢ_ａがリソグラフィ装置ＬＡ_ａに供給される前に分岐放射ビームＢ_ａの位置を測定するように構成可能である。分岐放射ビームＢ_ａの位置がビームの所望の位置からずれている場合、例えばビームデリバリシステムＢＤＳ内の１つ以上の光学コンポーネントのアライメントを調整して、分岐放射ビームＢ_ａの位置のずれを補正することができる。

[00108] 次に、リソグラフィシステムＬＳに用いるのに適切な第１のタイプの放射センサ装置の実施形態が図４〜図１２を参照して説明される。

[00109] 図４及び図５は、リソグラフィシステムＬＳに用いるのに適切な放射センサ装置１００の概略図である。放射センサ装置１００は、これから説明されるように放射ビーム１０２のパワー及び／又は位置を測定するように構成されている。図１の放射センサ装置ＲＳは、例えば放射センサ装置１００を含むことができる。

[00110] 放射センサ装置１００は、チャンバ１１０、２つのセンサ１２１、１２２、及びプロセッサ１２５を備えている。

[00111] チャンバ１１０は概ね円筒形であり、放射ビーム１０２用のビームパイプ１０５の一部を形成する。この実施形態ではチャンバ１１０は概ね円筒形であるが、他の実施形態ではチャンバは異なる形状を有してもよいことが理解されよう。チャンバ１１０は軸方向に対称とすることができる。放射ビーム１０２は、例えばＥＵＶ放射を含むことができる。斯かる実施形態では、ＥＵＶ放射は一般的に物質によく吸収されるため、パイプ１０５は、吸収による放射ビーム１０２の減衰を最小限に抑えるために真空条件下に（すなわち大気圧未満の圧力に）置くことができる。光学システム、例えばＥＵＶ放射を用いるリソグラフィシステムでは、透過型光学素子よりもむしろ反射型光学素子が使用され得る。更に、水素ガスはＥＵＶ放射の存在下で光学面に洗浄効果をもたらすことができることから、斯かる反射型光学素子の近傍に水素ガスを供給することが知られている。例えば水素ガスは、大気圧未満の圧力、例えば１００Ｐａ未満、又は例えば５Ｐａ未満で供給することができる。

[00112] チャンバ１１０はガスを収容するのに適切である。放射センサ装置１００は、ガスをチャンバ１１０に導入するように動作可能なガス供給１１２を備えている。ガスはバルブ１１４を介してガス供給１１２からチャンバ１１０に入る。バルブ１１４は、ガスがチャンバ１１０に導入される速度を調整するように動作可能な可変バルブとすることができる。チャンバ１１０は更に、ガスをチャンバ１１０から排出するように構成されたポンプ１１６を備えている。ポンプ１１６は、ガスがチャンバ１１０から排出される速度を調整するように動作可能であり得る。チャンバ１１０内の圧力を測定するために圧力センサ１１８が配置されている。ガス供給１１２、バルブ１１４、及び／又はポンプ１１６は、（圧力センサ１１８が行う）チャンバ１１０内の圧力の測定に応じて制御することができ、その結果、チャンバ１１０内を所望の圧力に維持する。ガス供給１１２、バルブ１１４、ポンプ１１６、及び圧力センサ１１８は共に、ガスをチャンバ１１０内に供給するように構成されたガス供給機構の一例と見なすことができる。

[00113] チャンバ１１０は、第１の開口１０７ａ及び第２の開口１０９ａを備えている。使用の際、放射ビーム１０２は第１の開口１０７ａからチャンバ１１０に入射し、概ね中心軸１０４（図４及び図５のｚ方向）に沿ってチャンバ１１０内を伝搬し、第２の開口１０９ａを通ってチャンバ１１０から出射する。

[00114] 使用の際、放射ビーム１０２はチャンバ１１０を通過する時にチャンバ１１０内のガスと相互作用することができる。この結果、チャンバ１１０内のガスは、（蛍光発光を介して）二次放射を放出する。二次放射は、ある範囲の異なる周波数を有し得る電磁放射を含む。二次放射は、近赤外から紫外領域の光を含むことができる。二次放射は、１５０ｎｍ〜１０μｍの範囲、特に２００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲の波長を有する放射を含むことができる。

[00115] 一般に、この二次放射に寄与する異なるプロセスの組み合わせが存在し得る。放射ビーム１０２が十分に高い周波数を有する場合は、チャンバ１１０内のガスのイオン化が生じることがある。そして、結果として生じる自由電子はガス分子をイオン化又は励起することができる。チャンバ内のガスのイオン化から生じる自由電子は、光子放出によりエネルギを放射することができる（すなわち自由−自由遷移）。自由電子はチャンバ１１０内でイオンと再結合することができ、この再結合によって、光子放出によるエネルギ放射がもたらされ得る（すなわち自由−束縛遷移）。チャンバ１１０内の励起されたガス分子は自発的に光子を放出する（すなわち束縛−束縛遷移）。このように二次放射は、束縛−束縛遷移、自由−束縛遷移、及び自由−自由遷移の組み合わせにより生成することができる。

[00116] ガスにより放出される二次放射は、放射ビーム１０２が通過するチャンバ１１０の領域１１１に概ね幾何学的に閉じ込められる。この領域１１１は、放射ビーム１０２がチャンバ１１０を通過する際にこれにより掃き出される体積であり、以下で相互作用領域１１１と称されることがある。放射ビーム１０２は概ね中心軸１０４に沿って伝搬するため、相互作用領域１１１は中心軸１０４の周りのチャンバ１１０の領域である。

[00117] レーザビーム（例えば放射ビーム１０２）は典型的には鋭いエッジを有しないことが理解されよう。例えば放射ビーム１０２の強度プロファイルはガウス状とすることができるため、放射ビーム１０２のエッジは多くの異なる方法で画定することができる。その結果、相互作用領域１１１は鋭いエッジを有することはなく、相互作用領域１１１の境界は多くの異なる方法で画定することができる。例えば放射ビーム１０２のエッジは、放射ビーム１０２の強度が閾値を下回るポイントとして画定することができる。放射ビーム１０２の強度分布が回転対称である場合は、放射ビーム１０２のエッジは円となり、相互作用領域１１１の形状は円筒形となる。

[00118] チャンバ１１０の所与の領域におけるガスが放出する二次放射の強度は、その領域を通過する放射ビーム１０２のフラックス（すなわち単位面積当たりのパワー）に依存する。従って、放射ビーム１０２の強度プロファイルがガウス状である場合は、相互作用領域１１１のエッジにより近い相互作用領域１１１の部分よりも、放射ビーム１０２の中心により近い（すなわち中心軸１０４に近い）相互作用領域１１１の部分からより多くの二次放射が放出される。

[00119] ２つのセンサ１２１、１２２の各々は、チャンバ１１０の相互作用領域１１１から放出された放射を受光及び検出するように構成されている。本発明のいくつかの実施形態は、相互作用領域１１１からの二次放射を使用して放射ビーム１０２の位置及び／又はパワーを決定する。

[00120] ガス供給１１２により供給されるガスは任意の適切なガスとすることができる。適切なガスは、放射ビーム１０２の位置及び／又はパワーを決定できるようにする適切な波長（例えば可視光）を有し、適切な断面を有する二次放射を生成する任意のガスを含むことができる。適切なガスは比較的（化学）反応性に乏しい任意のガスを含むことができる。

[00121] 適切なガスは、例えば水素、並びに、例えばヘリウム、ネオン、アルゴン、及びキセノン等の希ガスを含むことができる。

[00122] 放射ビーム１０２がＥＵＶ放射を含む実施形態では、ビームパイプ１０５に既に水素ガスが存在し得るという理由で水素が有利な場合がある。水素ガスは、ＥＵＶ放射に対して比較的低吸収の断面を有することから、ビームパイプ１０５内に存在するように選択することができる。斯かる実施形態はガス供給１１２を必要としない（すなわち水素は放射センサ装置の一部を形成しないガス供給から供給することができる）。更に水素ガスは、マルチキロワットのＥＵＶ放射ビーム１０２が引き起こす飽和効果に対する感応性を低くすることができる。適切なガスの選択は次の要因のいずれかに依存することができる。二次放射の強度と放射ビーム１０２の強度との間の線形性、ガスが飽和に達するか否か、センサ１２１、１２２が受信する信号の強度。

[00123] ガス供給機構（すなわちガス供給１１２、バルブ１１４、ポンプ１１６、及び圧力センサ１１８）は、チャンバ１１０内を実質的に一定の圧力に維持するように構成可能である。ガス供給によりチャンバ１１０内で維持される圧力はガスの種類に依存することができる。いくつかの実施形態では、ガス供給機構はチャンバ１１０内の水素を０．０１Ｐａ〜１Ｐａの圧力に維持するように構成可能である。

[00124] チャンバ１１０は、第１及び第２の開口１０７ａ、１０９ａの各々の間の圧力差を維持できるようにする機構を備えている。これによって、チャンバ１１０内のガスの圧力をより広い範囲にわたって制御することができる。これから説明されるように、第１及び第２の開口１０７ａ、１０９ａの各々の間の圧力差を維持できるようにする機構は、差動ポンプシステムの一部を形成する複数のステージを備えている。

[00125] 以上で説明したように、放射センサ装置１００は、放射ビーム１０２が伝搬するビームパイプ１０５の一部を形成する。ビームパイプ１０５は、第１のセットの（例えば３つの）アパーチャプレート１０６ａ〜１０６ｃと、第２のセットの（例えば３つの）アパーチャプレート１０８ａ〜１０８ｃとを備えている。アパーチャプレート１０６ａ〜１０６ｃ、１０８ａ〜１０８ｃの各々は、中心軸１０４に対して概ね垂直なビームパイプ１０５に広がる。アパーチャプレート１０６ａ〜１０６ｃ、１０８ａ〜１０８ｃの各々の形状は概ね環状であり、中央アパーチャ１０７ａ〜１０７ｃ、１０９ａ〜１０９ｃを備えている。

[00126] ２つのアパーチャプレート１０６ａ、１０８ａ、及びビームパイプ１０５は共に、放射ビーム１０２が内部を伝搬するチャンバ１１０を画定する。アパーチャプレート１０６ａの中央アパーチャ１０７ａはチャンバ１１０の第１の開口を形成し、アパーチャプレート１０８ａの中央アパーチャ１０９ａはチャンバ１１０の第２の開口を形成する。

[00127] 複数のアパーチャプレートをチャンバ１１０の両側に設けることで、チャンバ１１０とビームパイプ１０５の本体との間に配設される１つ以上の外側チャンバが画定される。特に、アパーチャプレート１０６ａ及び１０６ｂはチャンバ１１０の第１の端部に隣接する第１の外側チャンバ１３２を画定し、アパーチャプレート１０６ｂ及び１０６ｃは第１の端部でチャンバ１１０に隣接する第２の外側チャンバ１３４を画定する。同様に、アパーチャプレート１０８ａ及び１０８ｂはチャンバ１１０の第２の端部に隣接する第１の外側チャンバ１４２を画定し、アパーチャプレート１０８ｂ及び１０８ｃは第２の端部でチャンバ１１０に隣接する第２の外側チャンバ１４４を画定する。

[00128] 第１の外側チャンバ１３２、１４２の各々は、チャンバからガスを排出するように構成されたポンプ１３２ａ、１４２ａと、チャンバ内部の圧力を測定するように構成された圧力センサ１３２ｂ、１４２ｂとを備えている。第２の外側チャンバ１３４、１４４の各々は、チャンバからガスを排出するように構成されたポンプ１３４ａ、１４４ａと、チャンバ内部の圧力を測定するように構成された圧力センサ１３４ｂ、１４４ｂとを備えている。これらのポンプ１３２ａ、１４２ａ、１３４ａ、１４４ａ及び圧力センサ１３２ｂ、１４２ｂ、１３４ｂ、１４４ｂは（ガス供給１１２、バルブ１１４、ポンプ１１６、及び圧力センサ１１８と共に）ガス供給機構の一部を形成することができる。ポンプ１１６、１３２ａ、１４２ａ、１３４ａ、１４４ａの全ては、チャンバ１１０内部を所望の圧力に維持するように、（圧力センサ１１８、１３２ｂ、１４２ｂ、１３４ｂ、１４４ｂにより行われる）チャンバ１１０、１３２、１４２、１３４、１４４内部の圧力の測定に応じて制御することができる。

[00129] ２つのセンサ１２１、１２２の各々はチャンバ１１０の外側に配置されている。チャンバ１１０は第１のウィンドウ１５１及び第２のウィンドウ１５２を備えている。第１のウィンドウ１５１は、相互作用領域１１１からセンサ１２１の第１のものに放射を透過させるように構成されている。第２のウィンドウ１５２は、相互作用領域１１１からセンサ１２２の第２のものに放射を透過させるように構成されている。斯かる構成の利点は、センサ１２１、１２２を真空環境に適合する材料（例えばガス放出の心配がない材料）から形成する必要がないことである。別の利点は、センサ１２１、１２２はチャンバ１１０を大気圧まで上昇させる必要なく（例えば保守又は別の目的で）アクセス可能であることである。代替的な実施形態では、センサ１２１、１２２の１つ以上はチャンバ１１０の内側に配置することができる。

[00130] ２つのセンサ１２１、１２２の各々は、１つ以上の放射帯域をフィルタ除去するように構成されたフィルタリング光学部品を備えることができる。フィルタリング光学部品は、フィルタ除去すべき１つ以上の放射帯域を吸収するように構成され、他の放射帯域を透過させる透過型光学部品を含むことが・BR>ナきる。これに加えて又はこの代わりに、フィルタリング光学部品は、フィルタ除去すべき１つ以上の放射帯域を吸収するように構成され、他の放射帯域を反射する反射型光学部品を含んでもよい。斯かる反射型フィルタリング光学部品は、フィルタ除去すべき１つ以上の放射帯域を透過させ、他の放射帯域を反射する（例えば誘電体）コーティングを備えたミラーを含んでもよい。

[00131] 例えば、２つのセンサ１２１、１２２の各々は、放射ビーム１０２の波長と等しい、又は類似の波長を有する放射をフィルタ除去するように構成されたフィルタリング光学部品を備えることができる。これは、２つのセンサ１２１、１２２が、信号に対する顕著なバックグラウンドを形成し得る放射ビーム１０２からの迷放射にさらされる場合があるために有利であり得る。全ての物質はＥＵＶ放射をよく吸収するため、放射ビーム１０２がＥＵＶ放射を含む実施形態では、第１及び第２のウィンドウ１５１、１５２はＥＵＶ放射をフィルタ除去することができることに留意されたい。従って、斯かる実施形態には追加のフィルタリング光学部品が設けられない場合がある。

[00132] これに加えて又はこの代わりに、センサ１２１、１２２の１つ以上が受光する１つ以上の放射帯域からの放射量を減らすために１つ以上のフィルタリング光学部品を設けてもよい。一実施形態では、第１及び第２のウィンドウ１５１、１５２は、１つ以上の放射（例えばＥＵＶ放射）帯域を吸収する材料から形成することができる、あるいは、斯かる材料から形成されたコーティングを備えていてもよい。

[00133] 以上で説明したように、相互作用領域１１１からの二次放射の放出をもたらすいくつかのプロセスが存在し得る。一般に、各プロセスは二次放射の異なるスペクトル（例えば異なる輝線）をもたらすことができる。プロセスの一部は、強度が他のものよりも放射ビーム１０２の強度分布とより直接相関した二次放射をもたらすことができる。従って、放射ビーム１０２の強度分布と最も強く及び／又はより正確に相関した放射帯域を残すように、１つ以上の放射帯域をフィルタ除去するように構成されたフィルタリング光学部品を２つのセンサ１２１、１２２の各々に備えることに利点があり得る。

[00134] ２つのセンサ１２１、１２２は、チャンバ１１０の相互作用領域１１１から２つの異なる方向に放出される放射を受光及び検出するように構成されている。これによって放射ビーム１０２の二次元位置が決定可能になる。特に、２つのセンサ１２１、１２２は、軸の周りのチャンバの領域から概ね垂直な２つの方向に放出される放射を受光及び検出するように構成されている。代替的な実施形態では、２つの異なる方向は互いに垂直ではない。センサ１２１、１２２の各々は、センサ１２１、１２２が受光する相互作用領域１１１からの二次放射の一般的方向に対して平行な指向方向を有する。つまり、各センサ１２１、１２２を相互作用領域１１１の像を形成するカメラと見なすことができる場合は、各センサ１２１、１２２の指向方向はカメラが指向している方向である。センサ１２１、１２２の各々は、その指向方向が軸１０４に対して概ね垂直になるように配置される。例えば図４に示すように、センサ１２１は、ｘ軸に対して概ね平行な方向を指向するように配置され、センサ１２２は、ｙ軸に対して概ね平行な方向を指向するように配置される。

[00135] センサ１２１、１２２の各々によって、放射ビームの位置を中心軸１０４に対して垂直な平面内にある方向に決定することができる。この方向はセンサ１２１、１２２の検知方向と称される場合がある。センサの検知方向はセンサが受光する相互作用領域１１１からの二次放射の方向に対して概ね垂直である。

[00136] ２つのセンサ１２１、１２２の各々は、相互作用領域１１１から放出される二次放射を、像面と称される場合がある中心軸１０４に対して平行な平面上に集束させるように構成されたフォーカス光学部品１６１、１６２を備えている。一実施形態では、各センサ１２１、１２２のフォーカス光学部品１６１、１６２は、そのウィンドウ１５１、１５２とセンサ１２１、１２２との間に配置されたフォーカスレンズを含む。各フォーカス光学部品１６１、１６２は、相互作用領域１１１から放出される放射のセンサ１２１、１２２のうちの１つの像面上への投影である、相互作用領域１１１の像を形成する。各センサの像面はその指向方向に対して垂直で、その検知方向に対して平行である。例えば、センサ１２１は相互作用領域１１１のｙ−ｚ平面上への投影を受け、センサ１２２は相互作用領域１１１のｘ−ｚ平面上への投影を受ける。従って、２つのセンサ１２１、１２２の各々は、軸１０４に対して垂直な平面（すなわち図４及び図５のｘ−ｙ平面）内の異なる検知方向における放射ビームの位置を決定するように構成されている。センサ１２１はｙ方向における放射ビームの位置を決定するように構成され、センサ１２２はｘ方向における放射ビームの位置を決定するように構成されている。

[00137] 各センサ１２１、１２２は、（その指向方向に対して垂直な）その検知方向における放射ビーム１０２の位置を示す信号１２１ａ、１２２ａを出力するように動作可能である。センサ１２１、１２２が出力した信号１２１ａ、１２２ａはプロセッサ１２５により受信される。プロセッサ１２５は、２つのセンサ１２１、１２２が検出した放射を用いて、概ね軸１０４に沿ってチャンバ１１０内を伝搬する放射ビーム１０２の位置及び／又はパワーを決定するように動作可能である。

[00138] 放射センサ装置１００は単一のプロセッサ１２５を備えているが、代替的な実施形態では、各センサ１２１、１２２は別個のプロセッサを備えていてもよい。斯かる実施形態では、各プロセッサはその対応するセンサ１２１、１２２から分離しているか又はこれと一体化されていてもよい。プロセッサという用語は、センサ１２１、１２２が受信したデータを処理するように動作可能なものをカバーすることを意図していることが理解されよう。プロセッサ１２５はマイクロプロセッサを含むことができる。

[00139] ２つのセンサ１２１、１２２の一方又は両方を形成し得る様々な構成をこれから説明する。以下では便宜上１つのセンサのみを詳細に説明する。例示的なセンサは、図４及び図５のセンサ１２１の位置に配置されているものとして説明される。図４及び図５のセンサ１２２の位置に配置されたセンサもまた以下の構成のいずれかを含むことができることが理解されよう。

[00140] 各センサ１２１、１２２は相互作用領域１１１からの放射に感応する複数の検知要素を含むことができる。

[00141] 図６は、相互作用領域１１１からの放射に感応する複数の検知要素を含むセンサ２００を示している。簡略化するために、ビームパイプ１０５、チャンバ１１０、及びウィンドウ１５１は図６では省略されている。

[00142] フォーカスレンズ２６１は、センサ２００が位置付けられる像面２３０に相互作用領域１１１の像２１１を形成する。フォーカスレンズ２６１はほぼ球形のレンズ、あるいはほぼ円筒形のレンズを含んでもよい。センサ２００は像面２３０内に配置され、相互作用領域１１１から放出される放射を受光及び検出するように構成されている。

[00143] 相互作用領域１１１からの二次放射の放出は放射ビーム１０２の強度分布に依存するため、センサ２００は、放射ビーム１０２の強度分布に関連する信号２２０を受信する。以上で説明したように、センサ２００の像面２３０内に形成された像２１１は、相互作用領域１１１内における二次放射放出の三次元強度分布の像面２３０上への投影である。センサ２００は、この三次元強度分布をセンサ２００の指向方向２３２に向かって効果的に積分する。例えば放射ビーム１０２がガウス強度分布を有する場合は、中心軸１０４に対して垂直な平面（すなわちｘ−ｙ平面）では、相互作用領域から放出された二次放射の三次元強度は二次元ガウス関数とすることができる。センサ２００は二次元ガウス関数の平面上への投影を撮像する。

[00144] 放射ビーム１０２の位置は、センサ２００の像面２３０に形成された像から決定することができる。センサ２００によって放射ビーム１０２の位置を検知方向２３４に決定することができる。

[00145] 図７及び図８に示す第１の構成では、センサ２００は、各々が相互作用領域からの放射に感応する検知要素２１０の一次元アレイ２０２を備えている。例えば検知要素２１０の一次元アレイ２０２は電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイを含むことができる。

[00146] この構成では、レーザビーム１０２の決定位置は像面２３０内に形成された二次放射の像の重心（すなわち質量中心）とすることができる。あるいは、放射ビーム１０２の強度分布が知られている場合は、アレイ２０２により生成される信号２２０の形状は予測可能であり、放射ビーム１０２の位置は、例えば検知アレイ２０２が測定したデータに曲線を適合させることにより決定されてもよい。これは例えば最小二乗適合又は他の適切な適合手順を使用して達成されてもよい。しかし、適合手順は比較的計算機負荷が重い場合があるため、斯かる手順を用いる実施形態は応答時間が長くなる可能性がある。放射センサ装置の応答時間は、放射ビーム１０２の１つ以上の特性が変化した後に特性（例えば放射ビーム１０２の位置又はパワー）を出力するのにかかる時間とすることができる。更に、放射センサ装置の応答速度はその放射センサ装置の応答時間の逆数とすることができる。

[00147] 図７に示すように、検知アレイ２０２は、中心軸１０４（すなわちｚ方向）に対して垂直な方向に延びるように配置することができる。つまり、検知アレイ２０２はアレイ２０２の検知方向（すなわちｙ方向）に沿って延びることができる。

[00148] あるいは図８に示すように、検知アレイ２０２は、中心軸１０４と斜角を成す方向（すなわちアレイ２００の検知方向）に延びるように配置されてもよい。つまり、一次元アレイ２０２の軸２０３は、センサ２００の検知方向（すなわちｙ方向）に対して斜角を成して配置されてもよい。示されている例では、検知アレイ２１０はｚ方向に対して約４５°の角度で延びる。アレイ２０２をその軸２０３がセンサ２００の検知方向２３４に対して斜角を成して配置されるように配置することによって、より大きい検知要素２１０を有するアレイ２００の使用が可能になる。有利な点として、これによってより感度が高いセンサ２００がもたらされる。これに加えて又はこの代わりに、より多くの検知要素２１０を有するアレイ２０２の使用が可能になり、より実効分解能の高いセンサ２００がもたらされる。

[00149] 第２の構成では、図９に示されるように、センサ２００は、各々が相互作用領域からの放射に感応する検知要素３１０の二次元アレイ３０２を備えている。例えば検知要素３１０の二次元アレイ３０２はＣＣＤアレイを含むことができる。

[00150] 二次元アレイ３０２を使用することによって、例えば図７及び図８に示された一次元アレイ２０２よりも広い検出領域がもたらされる。有利な点として、これによって信号対雑音比の増大がもたらされる。しかし、一次元アレイ２０２を使用する実施形態と比較して、二次元アレイ３０２を使用する実施形態では読み出し及びデータ処理が遅くなる可能性がある。

[00151] 第３の構成では、図１０に示すように、センサ２００はセンサ２００の検知方向２３４に分離した２つの検知要素４１０、４２０を備えている。例えば検知要素４１０、４２０の各々はフォトダイオードを含むことができる。

[00152] 斯かる実施形態では、プロセッサ１２５は、センサ２００の検知方向２３４における放射ビーム１０２の位置を放射ビーム１０２の強度プロファイルの中央値に決定することができる。例えば、プロセッサ１２５は、センサ２００の検知方向２３４における放射ビーム１０２の位置を２つの検知要素４１０、４２０からの信号の差に応じて決定することができる。

[00153] ２つの検知要素４１０、４２０の各々は信号ｓ１、ｓ２をそれぞれ受信することができる。信号ｓ１、ｓ２の大きさがほぼ等しい場合は、（２つの検知要素４１０、４２０の中点から測定された）検知方向２３４における放射ビーム１０２の位置は、（ｓ１−ｓ２）／（ｓ１＋ｓ２）に比例し得る。これは、（ｓ１−ｓ２）^２次以上の項を無視する線形近似を使用する（ガウス状分布等の軸方向に対称な強度分布を有する放射ビーム１０２では、（ｓ１−ｓ２）^２次の項は消え、この近似は（ｓ１−ｓ２）^３次以上の項だけを無視することに留意されたい）。この実施形態では、放射ビーム１０２の絶対位置を決定するために、センサ２００を較正する比例定数を必要とし得る。これは放射ビーム１０２のプロファイル（強度分布）の予備知識を必要とし得る。

[00154] （２つの検知要素４１０、４２０を使用する）この実施形態の利点は、例えば各センサが検知要素のアレイを備えている構成と比較して、非常に高速で、応答時間が非常に短いことである。例えばこの実施形態は、約１ＭＨｚの応答速度での使用に適切であり得る。放射ビーム１０２の絶対位置を決定するために、放射ビーム１０２のプロファイル（強度分布）の予備知識を必要とし得る。従って、図１０の実施形態は、特に放射ビーム１０２の位置の変化をモニタするのに適切であり得る。

[00155] 第４の構成では、図１０ａに示すように、センサ２００は２つの検知要素４１０ａ、４２０ａを備えている。（図１０ａに示した）第４の構成は（図１０に示した）第３の構成の変形である。検知要素４１０ａ、４２０ａの各々は、例えばフォトダイオードを備えることができる。２つの検知要素４１０ａ及び４２０ａの各々は直角三角形の形を有する。２つの直角三角形は、２つの検知要素４１０ａ、４２０ａがセンサ２００の検知方向（すなわちｙ方向）の同じ範囲に広がるものである。２つの直角三角形は、２つの検知要素４１０ａ、４２０ａがｚ方向に互いに対してオフセットされているものとすることができる。

[00156] 斯かる実施形態では、プロセッサ１２５は、センサ２００の検知方向２３４における放射ビーム１０２の位置を放射ビーム１０２の強度プロファイルの平均に決定することができる。例えば、プロセッサ１２５は、（２つの検知要素４１０ａ、４２０ａの中点から測定された）センサ２００の検知方向２３４における放射ビーム１０２の位置を、２つの検知要素４１０ａ、４２０ａからの信号の差に依存するように決定することができる。

[00157] 第３の実施形態と同様に、２つの検知要素４１０ａ、４２０ａの各々は信号ｓ１、ｓ２をそれぞれ受信することができる。（２つの検知要素４１０、４２０の中点から測定された）検知方向２３４における放射ビーム１０２の位置は、（ｓ１−ｓ２）／（ｓ１＋ｓ２）に比例し得る。ここでも、放射ビーム１０２の絶対位置を決定するために、センサ２００を較正する比例定数を必要とし得る。この実施形態では、比例定数は検知要素４１０ａ、４１０ｂ及びフォーカス光学部品の三角形のジオメトリに依存する。しかし、比例定数は放射ビーム１０２の強度プロファイルから独立している。

[00158] 図１０に示した実施形態と同様に、図１０ａに示した実施形態は、例えば各センサが検知要素のアレイを備えている構成と比較して、非常に高速で、応答時間が非常に短い。例えばこの実施形態は、約１ＭＨｚの応答速度での使用に適切であり得る。有利な点として、図１０ａに示した実施形態は、放射ビーム１０２の絶対位置を決定するために、放射ビーム１０２のプロファイル（強度分布）の予備知識を必要としない。

[00159] 第５の実施形態では、図１１に示しているように、センサ２００は図７及び図１０に示したセンサの組み合わせであり、これら２つの実施形態の利点が組み合わせられている。図１１に示す実施形態では、センサ２００は、（図７及び図８に関連して以上で実質的に説明した）一次元アレイ２０２と、（図１０に関連して以上で実質的に説明した）２つの検知要素４１０、４２０とを備えている。

[00160] この複合センサ２００の２つの部分は、放射ビーム１０２の位置を２つの異なる応答速度で示すことができる。アレイ２０２を使用して約１ｋＨｚの応答速度で信号を供給することができ、２つの検知要素４１０、４２０は約１ＭＨｚの応答速度で信号を供給することができる。アレイ２０２からの信号は、２つの検知要素４１０、４２０を使用して放射ビーム１０２の絶対位置を決定できるように、２つの検知要素４１０、４２０からの信号を較正するために使用することができる。

[00161] 検知要素のアレイ（例えばＣＣＤアレイ）を備えた、説明される実施形態の全ては任意の数の検知要素を含むことができることに留意されたい。この点で添付の図面に示された検知アレイ２０２、３０２は例示を目的としたものに過ぎない。

[00162] 図６に示した構成は、単一のフォーカスレンズ２６１を使用してセンサ２００の像面２３０内に相互作用領域１１１の像２１１を形成する。しかし、相互作用領域１１１の直径が相互作用領域１１１とフォーカスレンズ２６１との間の距離と比較して無視できない場合は、フォーカスレンズが１つのこの構成は視差エラーに敏感になる可能性がある。

[00163] 図１２には、センサ２００（及び以上で説明した任意の実施形態）に使用可能な代替的なフォーカス光学部品６００が示されている。フォーカス光学部品６００は、各々がセンサ２００の像面２３０内に相互作用領域１１１の異なる部分の像を形成するように構成されたフォーカスレンズ６０２のアレイを備えている。フォーカスレンズ６０２のアレイは、フォーカスレンズ６０２が検知方向２３４（すなわち図１２のｙ方向）の異なる位置の範囲に位置付けられるものである。フォーカスレンズ６０２のアレイは円筒形レンズの一次元アレイを含むことができる。あるいは、フォーカスレンズ６０２のアレイは球面レンズの二次元アレイを含んでもよい。（球面レンズの二次元アレイを含む）斯かる実施形態では、個別のフォーカスレンズ６０２の各々はマイクロレンズを含むことができる。マイクロレンズは直径が１ｍｍ未満のレンズとすることができる。

[00164] フォーカスレンズ６０２のアレイを備えた斯かるフォーカス光学部品６００は、特に相互作用領域の直径が相互作用領域とフォーカス光学部品との間の距離と比較して無視できない実施形態では視差エラーに敏感でない。フォーカス光学部品６００がフォーカスレンズ６０２のアレイを備えた実施形態では、センサ２００は個別のセンサ２０６のアレイを含むことができる。

[00165] 放射ビーム１０２の位置を決定することに加えて又はこの代わりに、放射センサ装置１００の１つ以上のセンサ１２１、１２２を使用して放射ビーム１０２のパワーを決定することができる。放射ビーム１０２のパワーは、例えば１つ以上のセンサ１２１、１２２の各々が受光する二次放射の総量に比例し得る。

[00166] 放射センサ装置１００のチャンバ１１０はポンプ１１６を備えているが、斯かるポンプは必須ではないため、いくつかの代替的な実施形態はポンプを有しない場合がある。ポンプ１１６はチャンバ１１０内の圧力変化の時定数を減少させることができる。ポンプ１１６は、より大きいチャンバ１１０とより小さい第１及び第２の開口１０７ａ、１０８ａを有する実施形態に特に役立ち得る。ポンプ１１６は、第１の種類のガスがチャンバ１１０内に供給され、第２の異なる種類のガスがビームパイプ１０５内に存在する実施形態にも特に役立ち得る。斯かる実施形態では、ポンプはビームパイプ１０５からチャンバ１１０への第２の種類のガスの侵入を減らす。従って、ポンプは第２の種類のガスが放射センサ装置１００に及ぼし得る影響を軽減する。チャンバ１１０に供給されたガスがビームパイプ１０５内にも存在する（例えば水素ガスがビームパイプ１０５及びチャンバ１１０内に存在する）実施形態では、ポンプ１１６は省略することができる。

[00167] 以上で説明した放射センサ装置１００は、各々がチャンバ１１０の相互作用領域１１１から異なる方向に放出される放射を受光及び検出するように構成された２つのセンサ１２１、１２２を備えている。これによって放射ビーム１０２の二次元位置の決定が可能になる。しかし、代替的な実施形態では、異なる数のセンサが設けられてもよい。例えば、代替的な一実施形態では、放射センサ装置は放射ビーム１０２の一次元位置の決定を可能にし得る単一のセンサを備える。あるいは放射センサ装置は、（１つ又は２つのセンサを備える実施形態と比較して）強度プロファイルに関するより多くのデータの取得を可能にし得る３つ以上のセンサを備える。例えば放射ビーム１０２の断面が楕円形である場合は、３つ以上のセンサによって、放射ビーム１０２の楕円率及び／又は向きに関する追加情報の決定が可能となり得る。一般に、放射センサ装置は、各々が中心軸１０４の周りのチャンバ１１０の領域１１１から放出される放射を受光及び検出するように構成された１つ以上のセンサを備えている。

[00168] これから、リソグラフィシステムＬＳでの使用に適切な第２のタイプの放射センサ装置の一実施形態を、リソグラフィシステムＬＳでの使用に適切な放射センサ装置７００の概略図である図１３を参照しながら説明する。放射センサ装置７００は、これから説明されるように放射ビーム７０２のパワーを測定するように構成されている。図１の放射センサ装置ＲＳは、例えば放射センサ装置７００を含むことができる。

[00169] 放射センサ装置７００はマイクロ波空洞共振分光法（ＭＣＲＳ）に基づいている。放射センサ装置７００は、共振空洞７１０、第１のアンテナ７２１、第２のアンテナ７２２、及びプロセッサ７３０を備えている。

[00170] 共振空洞７１０は概ね円筒形であるが、代替的に他の形状が使用されてもよいことが理解されよう。共振空洞７１０は、第１の開口７０７及び第２の開口７０９を備えている。第１及び第２の開口７０７、７０９は、円筒共振空洞７１０の軸が第１及び第２の開口７０７、７０９間を延びるように、共振空洞７１０の反対端の共振空洞７１０の反対側に設けられている。

[00171] 共振空洞は放射ビーム７０２用のパイプ７０５の一部を形成することができる。例えばビームパイプ７０５の第１のセクションは、第１の開口７０７を介して共振空洞と連通することができ、ビームパイプ７０５の第２のセクションは、第２の開口７０９を介して共振空洞７１０と連通することができる。使用の際、パイプ７０５に沿って伝搬する放射ビーム７０２は第１の開口１０７から共振空洞７１０に入射し、概ね軸７０４に沿って共振空洞７１０内を伝搬し、第２の開口１０９を通って共振空洞７１０から出射する。

[00172] 放射ビーム７０２は、例えばＥＵＶ放射を含むことができる。ＥＵＶ放射は一般的に物質によく吸収されるため、斯かる実施形態では、パイプ７０５は、吸収による放射ビーム７０２の減衰を最小限に抑えるように真空条件下に置くことができる。光学システム、例えばＥＵＶ放射を用いるリソグラフィシステムでは、透過型光学素子よりもむしろ反射型光学素子が使用され得る。更に、水素ガスはＥＵＶ放射の存在下で光学面に洗浄効果をもたらし得るという理由で、斯かる反射型光学素子の近傍に水素ガスを供給することが知られている。例えば水素ガスは、大気圧未満の圧力、例えば１００Ｐａ未満、又は例えば５Ｐａ未満で供給することができる。

[00173] 第１及び第２のアンテナ７２１、７２２は、共振空洞７１０の反対側の円筒空洞７１０の湾曲壁に設けられる。この実施形態では、第１及び第２のアンテナ７２１、７２２はいずれも湾曲壁から共振空洞７１０内に延び、その結果、共振空洞７１０内に配置される。あるいは第１及び第２のアンテナ７２１、７２２の一方又は両方は、共振空洞７１０の外側に配置されてもよく、例えば導波管により共振空洞７１０に結合されてもよい。

[00174] 第１のアンテナ７２１は電源７１５を備えている。第１のアンテナ７２１及び電源７１５は共に、共振空洞７１０内の電磁波を励起するように動作可能なソースを形成する。特に、第１のアンテナ７２１及び電源７１５は、電磁定常波を含み得る共振空洞７１０の共振モードを励起するように動作可能である。電源７１５は、第１のアンテナ７２１と組み合わせて、約１〜１０ＧＨｚの周波数で共振空洞７２１内の電磁波を励起するように動作可能であり得る高周波（ＲＦ）源を備えることができる。

[00175] 第２のアンテナ７２２は、共振空洞７１０内の電磁波をモニタするように動作可能なレシーバを形成する。特に、第２のアンテナ７２２は、共振空洞７１０内の電磁波の振幅をモニタし、その振幅を示す信号７４０をプロセッサ７３０に出力するように動作可能である。共振空洞７１０内の電磁波は、第１のアンテナ７２１が電源７１５により駆動される周波数で振動する。従って、第２のアンテナ７２２が出力する信号７４０はこの周波数で振動する。この振動信号７４０の全振幅は、第２のアンテナ７２２が受けた電磁波の振幅を示すことができる。

[00176] プロセッサ７３０は共振空洞７１０の共振周波数を測定するように動作可能である。プロセッサ７３０は第２のアンテナ７２２が出力する信号７４０を受信するように構成されている。プロセッサ７３０は、第１のアンテナ７２１により共振空洞７１０内で励起された電磁波の周波数を制御するように電源７１５を制御するように動作可能である。例えばプロセッサ７３０は制御信号７３５を電源７１５に送信するように動作可能であり得る。そして、電源７１５が第１のアンテナ７２１に供給する周波数は制御信号７３５に応じて選ぶことができる。制御信号７３５は、例えば電源７１５の望ましい動作周波数で振動する正弦波信号等の振動信号とすることができる。電源７１５は、制御信号７３５の周波数と等しい周波数を有する共振空洞７１０内の電磁定常波を励起するように動作可能であり得る。このように、制御信号７３５の周波数を制御することにより、共振空洞７１０内の電磁定常波の周波数を制御することができる。

[00177] 一実施形態では、共振空洞７１０の共振周波数を決定するために、プロセッサ７３０は、共振空洞７１０内で励起された電磁波の周波数を変化させ、同時に共振空洞７１０内の電磁波の振幅をモニタするように、電源７１５を制御するように動作可能であり得る。プロセッサ７３０は、共振空洞７１０の共振周波数を、共振空洞７１０内の電磁波の振幅が極大になる周波数に決定することができる。

[00178] 別の実施形態では、共振空洞７１０の共振周波数を決定するために、プロセッサ７３０は、これから説明される（ｉ）プロセッサ７３０が電源７１５に送信する制御信号７３５と、（ｉｉ）第２のアンテナ７２２が出力する信号７４０との間の相対位相を決定するように動作可能であり得る。

[00179] 図１４は、駆動周波数の関数である減衰駆動型調和振動子（例えば共振空洞７１０等）の応答の振幅７６０を示している。駆動周波数の関数である（駆動信号に対する）減衰駆動型調和振動子の応答の相対位相７６１も示されている。図１４から分かるように、システムの共振周波数ｆ_０において、システムの振幅７６０は最大であり、相対位相７６１は−９０°である（すなわちシステムの応答は駆動信号に９０°だけ遅れる）。システムの共振周波数ｆ_０未満の周波数では、位相遅れは減少し、共振をはるかに下回る周波数では相対位相は０°に近づいていく。システムの共振周波数ｆ_０を超える周波数では、位相遅れは増大し、共振をはるかに上回る周波数では相対位相は１８０°に近づいていく。相対位相は駆動周波数の非線形関数であるが、線７６３によって表されるように、相対位相と駆動周波数との間の関係が直線関係で近似され得る周波数範囲７６２が存在する。

[00180] プロセッサ７３０は、（ｉ）プロセッサ７３０が電源７１５に送信する制御信号７３５と、（ｉｉ）第２のアンテナ７２２が出力する信号７４０との間の相対位相を決定するように動作可能であり得る。この相対位相から、プロセッサ７３０は更に、決定された相対位相に応じて共振空洞７１０の共振周波数を決定するように動作可能であり得る。これは、既知の、すなわち既に決定された制御信号７３５と信号７４０との間の相対位相間の関係を使用して達成することができる。斯かる関係は一般的に、図１４に示される相対位相７６１の形態とすることができる。この関係は、システムの共振周波数ｆ_０からの変動が十分に小さい場合は線形となり得る。

[00181] 制御信号７３５と信号７４０との間の相対位相を決定するために、プロセッサ７３０は位相検出器（位相比較器としても知られている）を備えることができる。位相検出器はアナログ又はデジタルとすることができる。この実施形態では位相検出器はプロセッサ７３０の一部を形成しているが、代替的な実施形態では、位相検出器はプロセッサ７３０から分離し、これと連通してもよいことは当業者には明白であろう。

[00182] 共振空洞７１０はガスを収容するのに適切である。使用の際、組成及び密度が明確なガスが共振空洞７１０に供給される。ガス（例えば水素）はパイプ７０５から共振空洞７１０に入ることができる。あるいは放射センサ装置７００は、ガスを共振空洞７１０に導入するように動作可能なガス供給（図示せず）を備えていてもよい。共振空洞７１０内部の圧力を測定する圧力センサを配置することができる。共振空洞７１０は更に、ガスを共振空洞７１０から排出するように構成されたポンプ（図示せず）を備えることができる。ポンプは、ガスが共振空洞７１０から排出される速度を調整するように動作可能であり得る。

[00183] 共振空洞７１０がガス供給、ポンプ、及び／又は圧力センサを備えている実施形態では、１つ以上のアパーチャが共振空洞７１０に設けられ、ガス供給、ポンプ、及び圧力センサの各々を共振空洞７１０に接続することができる。これらのアパーチャは、アパーチャによる損失を減少させるために共振空洞７１０内の定常波の波長よりも短くなければならない。３．５ＧＨｚの周波数では、共振空洞７１０のいずれのアパーチャも８．６ｃｍよりも小さくなければならない。斯かるアパーチャによる損失を更に減少させるために、アパーチャは導電性のワイヤメッシュで覆うことができる。

[00184] 一例示的実施形態では、ガスはガス供給（図示せず）から共振空洞７１０に直接供給することができる。例えば第１及び第２の開口７０７、７０９に隣接して、共振空洞７１０の両側のパイプ７０５に１つ以上のポンプを設けることができる。斯かる構成は、例えば共振空洞７１０がポンプを直接取り付けることが不可能なほど十分に小さい場合に役立ち得る。あるいはポンプを共振空洞７１０に直接取り付けてもよく、これによって放射センサ装置７００の制御帯域幅を大きくすることができ得る。

[00185] ガスは任意の適切なガスとすることができる。適切なガスには、放射ビーム７０２により掃き出された体積内の励起されていないガス分子の体積密度が、共振空洞７１０の他の領域（すなわち放射ビーム７０２により掃き出されていない領域）より著しく低くならないほど（放射ビーム７０２の）吸収断面積が十分に小さいガスが含まれる。

[00186] 適切なガスは、水素、ヘリウム、窒素、酸素、ネオン、アルゴン、クリプトン又はキセノンを含むことができる。

[00187] 水素の吸収断面積は、（１３．５ｎｍの波長では）４．９×１０^−２４ｍ^２で、（６．７５ｎｍの波長では）５．９×１０^−２５である。ヘリウムの吸収断面積は、（１３．５ｎｍの波長では）５．１×１０^−２３ｍ^２で、（６．７５ｎｍの波長では）７．７×１０^−２４ｍ^２である。窒素の吸収断面積は、（１３．５ｎｍの波長では）２．３×１０^−２２ｍ^２で、（６．７５ｎｍの波長では）５．０×１０^−２３ｍ^２である。酸素の吸収断面積は、（１３．５ｎｍの波長では）３．９×１０^−２２ｍ^２で、（６．７５ｎｍの波長では）１．０×１０^−２２ｍ^２である。ネオンの吸収断面積は、１３．５ｎｍの波長で４．５×１０^−２２ｍ^２である。アルゴンの吸収断面積は、１３．５ｎｍの波長で１．４×１０^−２２ｍ^２である。クリプトンの吸収断面積は、１３．５ｎｍの波長で６．５×１０^−２２ｍ^２である。キセノンの吸収断面積は、１３．５ｎｍの波長で２．５×１０^−２１ｍ^２である。

[00188] ガスが適切であるか否かを決定するための関連性能指数ＦＭが以下によって与えられる：

[00189] ここで、σは放射ビーム７０２の吸収断面積（単位ｍ^２）であり、Ｐは放射ビーム７０２のパワー（単位Ｗ）であり、Ｅ_０は放射ビーム７０２の光子エネルギであり、Ｄは放射ビーム７０２の直径であり、ｖ_０はガス分子の平均熱運動速度である。この量ＦＭは１を大きく下回らなければならない。一例示的実施形態では、Ｐ＝３０ｋＷであり、ガスはｖ_０＝１．８ｋｍ／ｓの水素であり、放射ビーム７０２の波長は、Ｅ_０＝１．５×１０^−１７Ｊ、Ｄ＝５ｍｍとなる１３．５ｎｍである。斯かる実施形態では、ＦＭ＝０．００１で、許容できる。この性能指数ＦＭは、図４〜図１２を参照して以上で説明した放射センサ装置１００にも関連することに留意されたい。

[00190] 放射ビーム７０２のパワーＰと放射ビーム７０２の直径Ｄの比率が低い光学システム（例えば図１のリソグラフィシステムＬＳ）内の位置において、放射センサ装置７００の感度を高めるために、必要に応じて吸収断面積の大きいガスを使用することができる。

[00191] 共振空洞７１０は、第１及び第２の開口７０７、７０９の各々の間で圧力差を維持できる機構を備えることができる。これによって共振空洞７１０内のガスの圧力をより広い範囲にわたって制御することができる。例えば第１及び第２の開口７０７、７０９の各々の間で圧力差を維持できる機構は、差動ポンプシステムの一部を形成する複数のステージを備えることができる。

[00192] 共振空洞の共振周波数は、空洞内の電磁波による障害の境界条件を決定する空洞の形状及び寸法に依存する。共振周波数は、結果的に空洞内の物質の誘電率及び透過率により決定される空洞内の光の速度にも依存する。

[00193] 放射ビーム７０２は、共振空洞７１０を通過する際、共振空洞内の物質と相互作用することができる。例えば放射ビーム７０２は、十分に高い周波数を有する場合は、共振空洞７１０内のガスをイオン化してプラズマを発生させることができる。一般に、斯かるイオン化によって生じる共振空洞７１０内の自由電子の密度は放射ビーム７０２のパワーに依存する。共振空洞７１０内の自由電子の密度は共振空洞７１０内の誘電率及び／又は透過率に影響を及ぼし、結果的に共振空洞７１０の共振周波数に影響を及ぼすことになる。特に、共振空洞７１０内の誘電率は共振空洞７１０内の自由電子の密度に依存する。

[00194] プロセッサ７３０は、共振空洞７１０の測定された共振周波数を使用して、第１及び第２の開口７０７、７０９間を伝搬する放射ビーム７０２のパワーを決定するように動作可能である。これは、共振空洞７１０の共振周波数と共振空洞７１０内の電子の数の間の第１の関係、及び共振空洞７１０内の電子の数と放射ビーム７０２の強度の間の第２の関係を用いることにより達成することができる。

[00195] 放射ビーム７０２が共振空洞７１０を通過し、ガスをイオン化する際、斯かるイオン化によって生じる共振空洞７１０内の自由電子は、共振空洞７１０の共振周波数の変化Δωをもたらす。電子密度

（厳密には共振空洞７１０の体積にわたる電子密度の加重平均。ここで重みは共振空洞７１０内の電磁定常波の電界の二乗である）は以下により与えられる。

ここで、ｅ及びｍはそれぞれ電荷及び電子の質量であり、ε_０は自由空間の誘電率であり、ω_０はプラズマが存在しない場合の共振空洞７１０の共振周波数であり、ωはプラズマが存在する場合の共振空洞７１０の共振周波数である。よって、共振空洞７１０の共振周波数の変化Δωは電子密度

に線形的に比例する。更に共振空洞７１０内のガスの密度が一定である場合は、電子密度

は放射ビーム７０２の強度に線形的に比例する。

[00196] 従って放射センサ装置７００によって、第１及び第２の開口７０７、７０９間を伝搬する放射ビーム７０２のパワーが共振空洞７１０の決定された共振周波数から決定可能になる。特に、放射センサ装置７００によって、第１及び第２の開口７０７、７０９間を伝搬する放射ビーム７０２のパワーが共振空洞７１０の決定された共振周波数の変化から決定可能になる。

[00197] 使用の際に共振空洞７１０内に供給されるガスは、放射センサ装置７００に適切な動作圧力で供給することができる。放射センサ装置７００は、下限値及び上限値で規定され得る適切な動作圧力の範囲を有することができる。適切な動作圧力の範囲は共振空洞内のガスの種類に依存することができる、すなわちガスが異なれば適切な動作圧力の範囲も異なり得る。これから共振空洞７１０内の動作圧力の適切な範囲について考察する。

[00198] 放射センサ装置７００を適度に線形なものとするために、共振空洞７１０内のガスのイオン化によって形成されるプラズマは、新たに生成された光電子が陽イオンの雲から容易に逃げる（そして共振空洞７１０を出る）ことができないほど十分に高密度でなければならない。プラズマの密度はそのデバイ長に関係する。プラズマのデバイ長は、電荷担体（例えば電子又はイオン）の正味の電磁効果、及び電荷担体がその影響を及ぼす典型的な距離スケールの尺度である。放射センサ装置７００を適度に線形なものとするために、プラズマのデバイ長は放射ビーム７０２の直径よりも短くなければならない。これは共振空洞７１０内のガスの適切な動作圧力の範囲に下限値を設定する。

[00199] 放射ビーム７０２からの放射の吸収レベル（すなわち放射ビーム７０２の減衰レベル）は共振空洞７１０内のガスの圧力に依存する。共振空洞７１０内のガスの圧力が高いと減衰レベルは高くなる。従って、減衰の許容できる、すなわち耐えられるレベルは共振空洞７１０内のガスの適切な動作圧力の範囲に上限値を設定することができる。

[00200] 放射ビーム１０２が約１〜３０ｋＷのパワーと約２〜３０ｍｍのビーム径を有するＥＵＶ放射を含む一実施形態では、水素の適切な動作圧力の範囲は１Ｐａ〜１００Ｐａとし、アルゴンの適切な動作圧力の範囲は０．１Ｐａ〜１０Ｐａとすることができる。

[00201] 共振空洞内で振動が減衰する速度は共振空洞の品質係数Ｑで特徴付けることが可能である。（例えば電源７１５及び第１のアンテナ７２１を介した）入力電磁放射がない場合は、共振空洞７１０内の電磁定常波の振幅は指数関数的に減衰する。この指数関数的減衰の時定数ＴはＴ＝２Ｑ／ωにより与えられ、ここでωは定常波の角周波数である（ω＝２πｆ。ここでｆは定常波の周波数である）。時定数Ｔは電磁定常波の振幅が１／ｅ倍に減少するのにかかる時間である。一実施形態では、共振空洞７１０の品質係数Ｑは１５０で、周波数ｆは約３．５ＧＨｚである。斯かる実施形態では、時定数Ｔは約１４ｎｓである。

[00202] 第１及び第２の開口７０７、７０９間を伝搬する放射ビーム７０２のパワーを決定するために、共振空洞７１０の共振周波数、又は共振周波数の変化を決定することができる。

[00203] 第１の実施形態では、これを行うために、プロセッサ７３０は電源７１５及び第１のアンテナ７２１を使用して、共振空洞７１０内の電磁波の振幅をモニタすると同時に、共振空洞７１０内の異なる周波数を有する複数の定常波を連続的に励起するように動作可能であり得る。複数の定常波の各々が励起された後、プロセッサ７３０は、次の定常波を励起する前に共振空洞７１０内の定常波が減衰するまでのほぼ時定数Ｔの時間だけ待機するように動作可能であり得る。斯かる実施形態では、放射センサ装置７００の応答時間は、共振空洞７１０の時定数Ｔと、励起される異なる周波数の数とに比例する。例えば放射ビーム７０２のパワーを約１０^−３の分解能で測定するために、プロセッサ７３０は、共振空洞７１０内の電磁波の振幅をモニタすると同時に、共振空洞７１０内のわずかに異なる周波数を有する約１０００個の定常波を連続的に励起するように動作可能であり得る。放射センサ装置７００の応答時間はこれを行うのにかかる時間であり、約１０００Ｔ、又はＴ＝１４ｎｓならば約１４μｓである。共振空洞７１０のＱ係数、共振空洞７１０内で励起される定常波の平均周波数、及び／又は共振周波数を決定するために励起された異なる周波数の数を変化させることにより、放射センサ装置７００の応答時間を望み通りに又は必要に応じて変化させることができる。

[00204] 第２の実施形態では、プロセッサ７３０は、（ｉ）プロセッサ７３０が電源７１５に送信する制御信号７３５と、（ｉｉ）第２のアンテナ７２２が出力する信号７４０との間の相対位相を決定するように動作可能であり得る。この相対位相の変化は共振空洞７１０の共振周波数の変化の尺度であり、従って共振空洞７１０内の電子密度の変化の尺度である。相対位相の変化は、共振周波数の変化の大きさと、共振周波数の変化の兆候（すなわち共振周波数は設定点に対して増加したか減少したか）との両方を与える。

[00205] 斯かる実施形態では、プロセッサ７３０は、共振周波数における又はこれに近い単一の固定周波数で相対位相を決定するように動作可能であり得る。これは、単一周波数又は比較的少数の周波数での測定は、プロセッサ７３０がわずかに異なる周波数を有する多数（例えば約１０００個）の定常波を連続的に励起する上記の実施形態よりも迅速に行うことができるために有益である。従って、プロセッサ７３０が制御信号７３５及び信号７４０間の相対位相を使用して、共振空洞７１０の共振周波数（そして最終的には放射ビーム７０２のパワー）を決定する実施形態は、例えばプロセッサ７３０がわずかに異なる周波数を有する多数（例えば約１０００個）の定常波を連続的に励起する実施形態よりもかなり短い応答時間を有することができる。

[00206] 図１４から分かるように、共振周波数ｆ_０では、周波数に対する応答の振幅７６０の微分は０である。従って、共振又は共振の近くでは、駆動周波数（すなわち電源７１５の出力周波数）の変化が、共振空洞７１０内の電磁波の振幅（又は同等に信号７４０の振幅）の比較的小さい変化をもたらすことになる。これは、電源７１５の周波数をスキャンすることで（例えばわずかに異なる周波数を有する多数の定常波を連続的に励起することで）共振周波数の変化を決定できる精度を制限する。周波数は（√Ｓ／Ｑ）・ｆ_０の精度で決定することができる。ここでＳは（測定機器に依存する）信号精度であり、ｆ_０は共振周波数であり、Ｑは空洞の品質係数である。一例として、共振空洞７１０内の電磁波のパワーを１％の精度で決定することができ、Ｑ係数が１００である一実施形態では、周波数は（１０^−３）・ｆ_０の精度で決定することができる。従って斯かる実施形態では、周波数測定の精度は、１〜１０ＧＨｚ範囲のｆ_０について約１〜１０ＭＨｚである。

[00207] これに対して、制御信号７３５及び信号７４０間の相対位相は、共振における共振空洞７１０内の電磁波のピークパワーよりも正確に測定することができる。例えばいくつかの実施形態では、相対位相は１ｍｒａｄの推定精度で測定することができる。これは（（１０^−３）／（π／４）・Ｑ）・ｆ_０の周波数変化に相当する。従って、Ｑ係数が１００であれば、周波数はおよそ（１０^−５）・ｆ_０の精度で決定することができる。従って斯かる実施形態では、周波数測定の精度は、１〜１０ＧＨｚ範囲のｆ_０について約１０〜１００ｋＨｚである。従って、プロセッサ７３０が制御信号７３５及び信号７４０間の相対位相を使用して、共振空洞７１０の共振周波数（そして最終的には放射ビーム７０２のパワー）を決定する実施形態は、例えばプロセッサ７３０がわずかに異なる周波数を有する多数（例えば約１０００個）の定常波を連続的に励起する実施形態よりもかなり良好な分解能を有することができる。上記の数的な例では、分解能を約１００倍向上させることができる。

[00208] これから、リソグラフィシステムＬＳでの使用に適切な第２のタイプの放射センサ装置の別の実施形態を、図１３ａを参照しながら説明する。図１３ａは、リソグラフィシステムＬＳでの使用に適切な放射センサ装置７００ａの概略図である。図１３ａの放射センサ装置７００ａは図１３の放射センサ装置７００の変形である。図１３ａの放射センサ装置７００ａと図１３の放射センサ装置７００の違いのみを以下に詳しく説明する。放射センサ装置７００ａ及び放射センサ装置７００の対応する特徴は共通の参照番号を共有する。

[00209] 放射センサ装置７００ａは、共振空洞７１０、単一のアンテナ７２１ａ、及びプロセッサ７３０ｃを備えている。アンテナ７２１ａは円筒空洞７１０の湾曲壁に設けられている。代替的な実施形態では、アンテナ７２１ａは共振空洞７１０の外側に配置されてもよく、例えば導波管により共振空洞７１０に結合されてもよい。

[00210] 伝送線７１５ａは、方向性カプラ７５０を経由して電源７１５からアンテナ７２１ａまで延びている。方向性カプラ７５０は２つのポート７５０ａ、７５０ｂを備えている。方向性カプラ７５０の２つのポート７５０ａ、７５０ｂの各々は、電源７１５及びアンテナ７２１ａ間を伝搬する波の位相及び／又は振幅を測定するように動作可能なデバイス７３０ａ及び７３０ｂに接続されている。デバイス７３０ａは、電源７１５からアンテナ７２１ａに伝搬する波の位相及び／又は振幅を測定するように構成されている。デバイス７３０ｂは、アンテナ７２１ａが受信した反射波の位相及び／又は振幅を測定するように構成されている。方向性カプラ７５０並びにデバイス７３０ａ及び７３０ｂは共に反射率計を形成する。電源７１５（例えばＲＦ源）の周波数が共振空洞７１０の共振周波数にぴったり一致する場合は、アンテナ７２１ａから電源７１５に伝搬する反射波の振幅はゼロにすることができる。そうでない場合は、アンテナ７２１ａから電源７１５に伝搬する反射波の振幅は非ゼロにすることができる。

[00211] プロセッサ７３０ｃは共振空洞７１０の共振周波数を測定するように動作可能である。プロセッサは、デバイス７３０ａ、７３０ｂの各々が出力する信号ｓ_１、ｓ_２を受信するように構成されている。プロセッサ７３０ｃは、アンテナ７２１ａにより共振空洞７１０内で励起された電磁波の周波数を制御するように電源７１５を制御するように動作可能である。例えばプロセッサ７３０は制御信号７３５ａを電源７１５に送信するように動作可能であり得る。そして、電源７１５がアンテナ７２１ａに供給する周波数は制御信号７３５ａに応じて選ぶことができる。

[00212] 一実施形態では、共振空洞７１０の共振周波数を決定するために、プロセッサ７３０ｃは、共振空洞７１０内で励起された電磁波の周波数を変化させ、同時にアンテナ７２１ａから電源７１５に伝搬する反射波の振幅をモニタするように、電源７１５を制御するように動作可能であり得る。これを行うために、プロセッサ７３０ｃは電源７１５及びアンテナ７２１ａを使用して、共振空洞７１０内の異なる周波数を有する複数の定常波を連続的に励起するように動作可能であり得る。複数の定常波の各々が励起された後、プロセッサ７３０ａは、アンテナ７２１ａが受信した反射波の振幅をモニタするように動作可能であり得る。アンテナ７２１ａが受信した反射波の振幅をモニタすることは、デバイス７３０ｂが出力する信号ｓ_２をモニタすることにより達成することができる。アンテナ７２１ａが受信した反射波の振幅が決定されると、プロセッサ７３０ａは、次の定常波を励起する前に共振空洞７１０内の定常波が減衰するまでのほぼ時定数Ｔの時間だけ待機するように動作可能であり得る。プロセッサ７３０ｃは、共振空洞７１０の共振周波数を、アンテナ７２１ａが受信した反射波の振幅がゼロになる周波数、又はアンテナ７２１ａが受信した反射波の振幅が極大になる周波数に決定することができる。

[00213] 別の実施形態では、プロセッサ７３０ａは、（ｉ）電源７１５からアンテナ７２１ａに伝搬する波と、（ｉｉ）アンテナ７２１ａが受信する反射波との間の相対位相を決定するように動作可能であってもよい。この相対位相の変化は共振空洞７１０の共振周波数の変化の尺度であり、従って、共振空洞７１０内の電子密度の変化の尺度である。相対位相の変化は、共振周波数の変化の大きさと、共振周波数の変化の兆候（すなわち共振周波数が設定点に対して増加したか減少したか）との両方を与える。

[00214] 電源７１５からアンテナ７２１ａに伝搬する波と、アンテナ７２１ａが受信する反射波との間の相対位相を決定することは、デバイス７３０ａが出力した信号ｓ_１とデバイス７３０ｂが出力した信号ｓ_２との間の相対位相を決定することにより達成することができる。

[00215] 斯かる実施形態は、例えばプロセッサ７３０ａがわずかに異なる周波数を有する多数（例えば約１０００個）の定常波を連続的に励起する実施形態よりもかなり短い応答時間及び／又はかなり良好な分解能を有することができる。

[00216] 放射源ＳＯの実施形態は自由電子レーザＦＥＬを備えているものとして記述及び描写されているが、放射源はいかなる数の自由電子レーザＦＥＬも含むことができることが理解されよう。例えば放射源は２つ以上の自由電子レーザＦＥＬを含むことができる。例えば、２つの自由電子レーザが複数のリソグラフィ装置にＥＵＶ放射を供給するように構成されてもよい。これはある程度の冗長性を織り込んでいる。この場合、一方の自由電子レーザが修理又は保守の最中である時に他方の自由電子レーザを用いることができる。

[00217] 説明したリソグラフィシステムＬＳの実施形態は８つのリソグラフィ装置ＬＡ_ａ〜ＬＡ_ｎを含んでいるが、リソグラフィシステムＬＳはいかなる数のリソグラフィ装置も含むことができる。リソグラフィシステムＬＳを形成するリソグラフィ装置の数は、例えば、放射源ＳＯから出力される放射量と、ビームデリバリシステムＢＤＳで失われる放射量とに依存し得る。これに加えて又はこの代わりに、リソグラフィシステムＬＳを形成するリソグラフィ装置の数は、１つのリソグラフィシステムＬＳのレイアウト及び／又は複数のリソグラフィシステムＬＳのレイアウトに依存し得る。

[00218] また、リソグラフィシステムＬＳの実施形態は、１つ以上のマスク検査装置ＭＩＡ及び／又は１つ以上の空中検査測定システム（ＡＩＭＳ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、リソグラフィシステムＬＳは、ある程度の冗長性を織り込むために複数のマスク検査装置を含み得る。これは、一方のマスク検査装置が修理又は保守の最中である時に他方のマスク検査装置の使用を可能とし得る。このため、一方のマスク検査装置は常に使用に供することができる。マスク検査装置は、リソグラフィ装置よりも低パワーの放射ビームを用いることができる。更に、本明細書に記載したタイプの自由電子レーザＦＥＬを用いて発生させた放射は、リソグラフィ又はリソグラフィ関連の用途以外の用途に使用可能であることは理解されよう。

[00219] 「相対論的電子」という言葉は、相対論的エネルギを有する電子を意味するものと解釈すべきである。電子は、その運動エネルギが静止質量エネルギ（自然単位で５１１ｋｅＶ）以上に相当する場合に相対論的エネルギを有すると見なすことができる。実際には、自由電子レーザの一部を形成する粒子加速器は、静止質量エネルギよりはるかに大きいエネルギに電子を加速させることができる。例えば粒子加速器は、１０ＭｅＶ以上、１００ＭｅＶ以上、１ＧｅＶ以上のエネルギに電子を加速させることができる。

[00220] ＥＵＶ放射ビームを出力する自由電子レーザＦＥＬとの関連において本発明の実施形態を説明した。しかしながら自由電子レーザＦＥＬは、いかなる波長の放射も出力するように構成可能である。従って、本発明のいくつかの実施形態は、ＥＵＶ放射ビームでない放射ビームを出力する自由電子を含むことができる。

[00221] 「ＥＵＶ放射」という言葉は、例えば１３〜１４ｎｍの範囲内のように、４〜２０ｎｍの範囲内の波長を有する電磁放射を包含すると考えることができる。ＥＵＶ放射は、６．７ｎｍ又は６．８ｎｍ等、例えば４〜１０ｎｍの範囲内のように、１０ｎｍ未満の波長を有することができる。

[00222] リソグラフィ装置ＬＡ_ａ〜ＬＡ_ｎはＩＣの製造において使用可能である。あるいは、本明細書に記載したリソグラフィ装置ＬＡ_ａ〜ＬＡ_ｎは他の用途を有する場合もある。考えられる他の用途には、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）、薄膜磁気ヘッド等の製造が含まれる。

[00223] 異なる実施形態を相互に組み合わせることができる。ある実施形態の特徴を他の実施形態の特徴と組み合わせることも可能である。

[00224] 本発明の特定の実施形態について以上で説明してきたが、本発明は上記以外にも実践できることが理解されよう。上記の説明は限定的ではなく、例示的なものである。従って、以下に明記されている特許請求の範囲から逸脱せずに、上記の本発明に対して変更が可能であることは当業者には明白であろう。

Claims (45)

1. 放射ビームの位置及び／又はパワーを決定するための放射センサ装置であって、前記放射センサ装置は、
   第１の開口及び第２の開口を、放射ビームが前記第１の開口から入射し、概ね軸に沿って内部を伝搬し、前記第２の開口を通って出射できるように備えたガスを収容するチャンバと、
   各々が前記軸の周りの前記チャンバの領域から放出される放射を受光及び検出するように構成された１つ以上のセンサと、
   前記１つ以上のセンサが検出した前記放射を使用して、概ね前記軸に沿って前記チャンバ内を伝搬する前記放射ビームの位置及び／又はパワーを決定するように動作可能なプロセッサと、を備えた放射センサ装置。
2. 前記１つ以上のセンサは、１つ以上の放射帯域をフィルタ除去するように構成されたフィルタリング光学部品を備える、請求項１に記載の放射センサ装置。
3. 各々が前記軸の周りの前記チャンバの領域から異なる方向に放出される放射を受光及び検出するように構成された２つのセンサを備える、請求項１又は請求項２に記載の放射センサ装置。
4. 前記２つのセンサは、前記軸の周りの前記チャンバの領域から概ね垂直な２つの方向に放出される放射を受光及び検出するように構成された、請求項３に記載の放射センサ装置。
5. 前記１つ以上のセンサは、前記領域から放出される放射を集束させるように構成されたフォーカス光学部品を備える、請求項１〜４のいずれかに記載の放射センサ装置。
6. 前記フォーカス光学部品は前記１つ以上のセンサの各々のためのフォーカスレンズを含む、請求項５に記載の放射センサ装置。
7. 前記フォーカス光学部品は前記１つ以上のセンサの各々のためのフォーカスレンズのアレイを含む、請求項５に記載の放射センサ装置。
8. 前記１つ以上のセンサの各々は前記チャンバの外側に配置され、前記チャンバは前記領域からの放射を前記１つ以上のセンサの１つに透過させるように構成された１つ以上のウィンドウを備える、請求項１〜７のいずれかに記載の放射センサ装置。
9. 前記チャンバ内にガスを供給するように構成されたガス供給機構を更に備える、請求項１〜８のいずれかに記載の放射センサ装置。
10. 前記ガス供給機構は前記チャンバ内のガスの圧力を一定に維持するように構成された、請求項９に記載の放射センサ装置。
11. 前記ガス供給機構は、
    前記チャンバ内にガスを供給するように動作可能なガス供給と、
    前記チャンバからガスを排出するように動作可能なポンプと、
    前記チャンバ内のガスの圧力をモニタするように動作可能な圧力センサと、
    を備える、請求項９又は請求項１０に記載の放射センサ装置。
12. 前記第１及び第２の開口は、前記第１及び第２の開口の各々の間の圧力差を維持できるようにする機構を備える、請求項１〜１１のいずれかに記載の放射センサ装置。
13. 前記１つ以上のセンサの各々は、各々が前記センサの検知方向に異なる位置を有する複数の検知要素を含む、請求項１〜１２のいずれかに記載の放射センサ装置。
14. 前記１つ以上のセンサの各々は、各々が放射に感応する検知要素のアレイを含み、前記プロセッサは、前記１つ以上のセンサの各々の検知方向における前記放射ビームの位置をそのセンサが受ける強度分布の重心に決定する、請求項１３に記載の放射センサ装置。
15. 前記検知要素のアレイは一次元アレイである、請求項１３に記載の放射センサ装置。
16. 前記一次元アレイの軸は、前記センサの検知方向に対して斜角を成して配置される、請求項１５に記載の放射センサ装置。
17. 前記検知要素のアレイは二次元アレイである、請求項１３に記載の放射センサ装置。
18. 前記１つ以上のセンサの各々は、各々が放射に感応する２つの検知要素を含み、前記プロセッサは、前記１つ以上のセンサの各々の検知方向における前記放射ビームの位置を、前記２つの検知要素の中点から測定される際、前記２つの検知要素からの信号の差に比例するように決定する、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の放射センサ装置。
19. 放射ビームのパワーを決定するための放射センサ装置であって、前記放射センサ装置は、
    第１の開口及び第２の開口を、放射ビームが前記第１の開口から入射し、概ね軸に沿って内部を伝搬し、前記第２の開口を通って出射できるように備えたガスを収容する共振空洞と、
    前記共振空洞内の電磁波を励起するように動作可能なソースと、
    前記共振空洞の共振周波数、又は前記共振空洞の共振周波数を示す量を測定し、そして、前記測定した共振周波数、又は前記共振周波数を示す量を使用して前記第１及び第２の開口間を伝搬する放射ビームのパワーを決定するように動作可能なプロセッサと、
    を備えた放射センサ装置。
20. 前記プロセッサは、前記ソースにより前記共振空洞内で励起された電磁波の周波数を制御するように動作可能である、請求項１９に記載の放射センサ装置。
21. 前記プロセッサは、前記共振空洞内の電磁波の振幅をモニタすると同時に、前記共振空洞内の異なる周波数を有する複数の定常波を連続的に励起するように前記ソースを制御するように動作可能である、請求項２０に記載の放射センサ。
22. 前記プロセッサは、前記共振空洞の前記共振周波数を、前記共振空洞内の前記電磁波の振幅が極大になる周波数に決定するように動作可能である、請求項２１に記載の放射センサ。
23. 前記共振空洞内の前記電磁波をモニタし、そして前記共振空洞内の前記電磁波の振幅及び／又は位相を示す信号を出力するように動作可能なレシーバを更に備え、前記プロセッサは前記レシーバからの前記信号を受信するように構成された、請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の放射センサ装置。
24. 前記ソースが受けた反射波をモニタし、そして前記反射波の前記振幅及び／又はを示す信号を出力するように動作可能な方向性カプラを更に備え、前記プロセッサは、前記方向性カプラからの前記信号を受信するように構成された、請求項１９〜２３のいずれか１項に記載の放射センサ装置。
25. 前記方向性カプラは更に、前記ソースの電源が発生させた波をモニタし、そして前記ソースの前記電源が発生させた前記波の振幅及び／又は位相を示す信号を出力するように動作可能であり、前記プロセッサは、前記方向性カプラからの前記信号を受信するように構成された、請求項２４に記載の放射センサ装置。
26. 前記プロセッサは、前記ソースの電源が供給する電磁波と、前記ソースが前記共振空洞内で励起した前記電磁波との間の相対位相を決定するように動作可能である、請求項１９〜２５のいずれか１項に記載の放射センサ装置。
27. 前記プロセッサは更に、前記決定された相対位相に応じて前記共振空洞の前記共振周波数を決定するように動作可能である、請求項２６に記載の放射センサ装置。
28. 前記共振空洞内にガスを供給するように構成されたガス供給機構を更に備える、請求項１９〜２７のいずれか１項に記載の放射センサ装置。
29. 前記ガス供給機構は、
    前記共振空洞内にガスを供給するように動作可能なガス供給と、
    前記共振空洞内のガスの圧力をモニタするように動作可能な圧力センサと、
    を備える、請求項２８に記載の放射センサ装置。
30. 前記ガス供給及び圧力センサは、前記共振空洞内のガスの圧力を制御するように動作可能なフィードバックループを形成する、請求項２９に記載の放射センサ装置。
31. 前記ガス供給機構は前記共振空洞内のガスの圧力を一定に維持するように構成された、請求項３０に記載の放射センサ装置。
32. 前記ガス供給機構は更に、前記共振空洞からガスを排出するように動作可能なポンプを備える、請求項２８〜３１のいずれか１項に記載の放射センサ装置。
33. 前記共振空洞内のガスの圧力を一定に維持するように構成された機構を更に備える、請求項１９〜３２のいずれか１項に記載の放射センサ装置。
34. 前記第１及び第２の開口は、前記第１及び第２の開口の各々の間の圧力差を維持できるようにする機構を備える、請求項１９〜３３のいずれか１項に記載の放射センサ装置。
35. 前記放射センサ装置は、電磁放射ビームのパワーを決定するのに適切である、請求項１９〜３４のいずれか１項に記載の放射センサ装置。
36. 前記放射センサ装置は、パルス放射ビームのパワーを決定するのに適切である、請求項１９〜３５のいずれか１項に記載の放射センサ装置。
37. メイン放射ビームを供給するように構成された放射源と、
    前記メイン放射ビーム又は前記メイン放射ビームの一部のパワー及び／又は位置を決定するように構成された、請求項１〜３６のいずれかに記載の放射センサ装置と、
    を備えたシステム。
38. 少なくとも１つのリソグラフィ装置と、
    前記メイン放射ビームの少なくとも一部を前記又は各リソグラフィ装置に誘導するように構成されたビームデリバリシステムと、
    を更に備える、請求項３７に記載のシステム。
39. 前記放射源はＥＵＶメイン放射ビームを供給するように構成された、請求項３７又は請求項３８に記載のシステム。
40. 前記放射源はパルス放射ビームを供給するように構成された、請求項３７〜３９のいずれか１項に記載のシステム。
41. 前記放射源は自由電子レーザを含む、請求項３７〜４０のいずれか１項に記載のシステム。
42. 放射ビームの位置及び／又はパワーを決定するための方法であって、前記方法は、
    第１の開口及び第２の開口を、前記放射ビームが前記第１の開口から入射し、概ね軸に沿って内部を伝搬し、前記第２の開口を通って出射するように備えたガスを収容するチャンバ内で前記放射ビームを誘導することと、
    前記軸の周りの前記チャンバの領域から放出される放射を受光及び検出することと、
    前記検出された放射に応じて、概ね前記軸に沿って前記チャンバ内を伝搬する放射ビームの位置及び／又はパワーを決定することと、
    を含む方法。
43. 放射ビームのパワーを決定するための方法であって、前記方法は、
    第１の開口及び第２の開口を、前記放射ビームが前記第１の開口から入射し、内部を伝搬し、前記第２の開口を通って出射するように備えたガスを収容する共振空洞内で前記放射ビームを誘導することと、
    前記共振空洞内の電磁波を励起することと、
    前記共振空洞内の前記電磁波をモニタすることと、
    前記共振空洞の共振周波数を決定することと、
    前記決定された共振周波数に応じて、前記第１及び第２の開口間を伝搬する放射ビームのパワーを決定することと、
    を含む方法。
44. 前記放射ビームはＤＵＶ又はＥＵＶ範囲の電磁放射を含む、請求項４２又は請求項４３に記載の方法。
45. 前記放射ビームはパルス放射ビームである、請求項４２〜４４のいずれか１項に記載の方法。

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