JP5059916B2 - リソグラフィ装置および監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ装置および監視方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板の目標部分に所望のパターンを付与する機械である。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いることができる。この場合、マスク、レチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを用いて、ＩＣの個々の層（レイヤー）に対応する回路パターンを生成することができ、照射感受性材料（レジスト）の層を有する基板（例えば、シリコンウェハ）上の目標部分（例えば、一つまたは複数のダイの部分からなる）にこのパターンを転写することができる。一般に、単一の基板は、連続して露光される隣接する目標部分のネットワークを有する。既知のリソグラフィ装置には、いわゆるステッパといわゆるスキャナとがある。ステッパでは、各目標部分にパターンの全体を一度に露光することによって、各目標部分が照射される。スキャナでは、所与の方向（「走査」方向）にビームを用いてパターンを走査する一方、この方向と平行にまたは逆平行に基板を同期させて走査することによって、各目標部分が照射される。

リソグラフィ装置は、放射ビームを用いてパターニングデバイスを照射し、それにより基板上に投影されるパターン形成された放射を供給する。放射ビームの特性は、基板上に高品質の像をもたらすために選択される。選択される放射ビームの特性の１つは、放射ビーム内における放射の角度分布である。従来より、この特性は、照明モードと呼ばれる。一般的に用いられる照明モードは、環状モード（annular mode）、双極モード（dipole mode）、および四極モード（quadruple mode）である。

所与のパターンを基板上に投影する際に選択された照明モードは、そのパターンの特性に依存する。それ故、リソグラフィ装置は、正確に異なるパターンを基板上に投影できるようにするために、照明モード間の切替が可能であることが望ましい。場合によっては、照明モード間を迅速に切り替えることが望ましい。例えば、２つのパターンが連続して所与の基板上に結像される場合（ダブルパターニングとして知られる方法である）、第１のパターンを基板上に投影する際には第１の照明モードを用い、第２のパターンを基板上に投影する際には第２の照明モードに切り替えることが望ましい。第１の照明モードと第２の照明モードとを迅速に切り替えることにより、リソグラフィ装置は、高いスループットを有することができる。

照明モード間の迅速な切替を可能とするために、リソグラフィ装置は、異なる照明モードを選択するために用いられるミラー（又は他の反射素子）のアレイを含む照明モードセレクタが設けられてもよい。

放射ビームの特性を監視できることが望ましい。これは、例えば、放射ビームがリソグラフィ装置の構成部品に損傷を与える可能性が低いことをチェックするためである。また、例えば、放射ビームが十分に高品質な照明モードを提供可能であることをチェックするためである。

本発明のある態様によると、放射ビーム監視装置を備えるリソグラフィ装置が提供される。このリソグラフィ装置において、放射ビーム監視装置は、回折パターンを生成するよう構成された光学素子と、光学素子の後であって光学素子の焦点面ではない位置に配置されたイメージングディテクタとを備える。イメージングディテクタは、当該リソグラフィ装置の放射ビームの空間的コヒーレンスとダイバージェンスの混合物を検出可能である。

本発明の別の態様によると、光学素子と、光学素子の焦点面に位置しないイメージングディテクタとを用いて、リソグラフィ装置の放射ビームの像を取得するステップであって、該像が、放射ビームの空間的コヒーレンスとダイバージェンスの混合物に関する情報を提供するステップを備える監視方法が提供される。

本発明の実施の形態は、例示のみを目的として、添付の図面を参照して説明される。図面では、対応する参照番号は、対応する部分を示す。

本発明の実施形態に係るリソグラフィ装置を概略的に示す図である。 図１のリソグラフィ装置における照明モードセレクタを概略的に示す図である。 図１のリソグラフィ装置の一部を形成する、本発明の実施形態に係る放射ビーム監視装置を概略的に示す図である。 本発明の実施形態のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施形態のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施形態のシミュレーション結果を示す図である。

ＩＣ製造時におけるリソグラフィ装置の使用について本文で特定した言及がなされるかもしれないが、本明細書で述べるリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁気領域メモリ用の誘導および検出パターン（guidance and detection pattern）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造といった他の応用形態も有していることを理解すべきである。当業者は、このような代替的な応用形態の文脈において、「ウェハ」または「ダイ」という用語のあらゆる使用が、より一般的な用語である「基板」または「目標部分」とそれぞれ同義であるとみなしうることを認められよう。本明細書で参照される基板を、例えばトラック（通常、基板にレジスト層を塗布し露光されたレジストを現像する工具）または計測工具または検査工具で、露光の前後に処理することができる。可能であれば、本明細書の開示をこれらのおよび他の基板処理工具に適用することができる。さらに、例えば多層ＩＣを作製するために基板を二回以上処理してもよく、したがって、本明細書で使用される基板という用語は、複数回処理された層を既に有している基板のことも指す場合がある。

本明細書で使用される「放射」および「ビーム」という用語は、あらゆるタイプの電磁放射を包含しており、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長を有する）、極紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、さらにイオンビームまたは電子ビーム等の粒子ビームを含む。

本明細書で使用される「パターニングデバイス」という用語は、放射ビームの断面にパターンを与え、基板の目標部分にパターンを形成するために使用可能であるデバイスを参照するものとして、広く解釈されるべきである。放射ビームに与えられるパターンが、基板の目標部分における所望のパターンに正確に対応していなくてもよいことに注意する。通常、放射ビームに与えられるパターンは、集積回路などの、目標部分に作成されるデバイス内の特定の機能層と対応している。

パターニングデバイスは、透過型でも反射型でもよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラム可能なミラーアレイ、プログラム可能なＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィ分野では周知であり、バイナリマスク、交互位相シフト（alternating phase-shift）マスク、ハーフトーン型位相シフト（attenuated phase-shift）マスク、および様々なハイブリッド型マスクタイプなどのマスクタイプがある。プログラム可能なミラーアレイの例では、小型ミラーがそれぞれ個別に傾斜して入射する放射ビームを異なる方向に反射させることが可能な、小型ミラーのマトリックス配列を使用する。このようにして、反射されたビームにパターンが付与される。

パターニングデバイスは、支持構造により保持されてもよい。支持構造は、パターニングデバイスの配向、リソグラフィ装置の設計、例えばパターニングデバイスが真空環境に保持されているか否かなどの他の条件に応じた態様で、パターニングデバイスを保持する。支持構造は、機械的クランプ、バキューム、または真空条件下での静電気クランプなどの他の固定技術を使用することができる。支持構造は、フレーム状またはテーブル状であってもよく、例えば、必要に応じて固定されていても移動可能でもよい。支持構造ＭＴにより、例えば投影系に対してパターニングデバイスを確実に所望の位置に配置することができる。本明細書における「レチクル」または「マスク」という用語のいかなる使用も、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義であるとみなしてよい。

本明細書で使用される「投影系」という用語は、例えば、使用中の露光照射に適した、あるいは液浸の使用または真空の使用といった他の要因に適した、屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系を含む様々なタイプの投影系を包含するものとして広く解釈されるべきである。本明細書における「投影レンズ」という用語のいかなる使用も、より一般的な用語である「投影系」と同義であるとみなしてよい。

照明系は、放射ビームの進行方向を決め、成形し、または制御するための屈折光学部品、反射光学部品、または反射屈折光学部品を含む様々な種類の光学部品で構成されており、このような部品は、以下において集合的にまたは単独で「レンズ」と呼ばれることもある。

リソグラフィ装置は、二つの基板テーブルを有するタイプ（デュアルステージ）であっても、より多数の基板テーブル（および／または二つ以上の支持構造）を有するタイプであってもよい。このような「マルチステージ」の装置では、追加のテーブルを並列して使用してもよいし、または、一以上のテーブルに対して準備ステップを実行する一方、一以上の他のテーブルを露光用として使用してもよい。

リソグラフィ装置は、投影系の最終構成要素と基板の間の空間を満たすように、比較的屈折率の高い液体（例えば、水）の中に基板が浸されているタイプの装置であってもよい。液浸技術は、投影系の開口数を増大する技術として周知である。

図１は、本発明の実施形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す。この装置は、以下の要素を含む。
−放射ビームＰＢ（例えば、ＤＵＶまたはＥＵＶ放射）を調整する照明系（照明器）ＩＬ。
−パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持し、要素ＰＬに対してパターニングデバイスを正確に位置決めするよう第１位置決め装置ＰＭに接続される支持構造（例えば、支持構造）ＭＴ。
−基板（例えば、レジストコートされたウェハ）Ｗを保持するための基板テーブル（例えば、ウェハテーブル）ＷＴ。基板テーブルWTは、ＰＬに対して基板を正確に位置決めするために第２位置決め装置ＰＷに接続される。
−基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、一つまたは複数のダイからなる）に、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＰＢに与えられたパターンをイメージングするように構成された投影系（例えば、屈折投影レンズ）ＰＬ。

図示するように、リソグラフィ装置は透過型（例えば、透過型マスクを使用）である。代替的に、リソグラフィ装置は反射型（例えば、上述したタイプのプログラム可能なミラーアレイを使用）であってもよい。

照明器ＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。例えば適切な配向ミラー（directing mirror）および／またはビーム・エキスパンダを含むビーム伝送系ＢＤを用いて、放射源ＳＯから照明器ＩＬに放射ビームが渡される。放射源ＳＯと照明器ＩＬ、必要であればビーム伝送系ＢＤを合わせて、放射系と称してもよい。

照明器ＩＬは、照明モードの選択を可能とする照明モードセレクタＭＳを含んでもよい。照明器は、さらに、放射ビームＰＢのごく一部を放射ビーム監視装置ＢＭに導くよう配置されたビームスプリッタＢＳを含む。照明モードセレクタＭＳおよび放射ビーム監視装置については後述する。

放射ビームＰＢは、支持構造上に保持されたパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡに入射する。パターニングデバイスＭＡを横切ると、ビームＰＢはレンズＰＬを通過し、そこでビームが基板Ｗの目標部分Ｃに合焦される。第２位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス）を用いて、基板テーブルＷＴを正確に移動して、例えば異なる目標部分ＣをビームＰＢの経路に配置することができる。同様に、第１位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示せず）を使用して、例えばマスクライブラリからの機械的復帰の後にまたは走査中に、ビームＰＢの経路に対してパターニングデバイスＭＡを正確に配置することができる。一般に、オブジェクトテーブルＭＴおよびＷＴの移動は、位置決め装置ＰＭおよびＰＷ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）と短ストロークモジュール（微細な位置決め）を用いて達成することができる。しかしながら、ステッパの場合には、スキャナとは対照的に、支持構造ＭＴが短ストロークのアクチュエータにのみ接続されていてもよいし、または固定されていてもよい。パターニングデバイスアライメントマークＭ１、Ｍ２と基板アライメントマークＰ１、Ｐ２とを用いて、パターニングデバイスＭＡと基板Ｗを位置合わせしてもよい。

図示する装置は、以下の好適なモードで使用することができる。

１．ステップモードでは、支持構造ＭＴと、基板テーブルＷＴとが本質的に静止状態を保つ一方、ビームＰＢに与えられたパターン全体が目標部分Ｃ上に一度に投影される（つまり、単一の静的露光）。続いて、基板テーブルＷＴをＸおよび／またはＹ方向に移動して、異なる目標部分Ｃを露光することができる。ステップモードでは、露光領域の最大サイズにより、単一の静的露光で像が与えられる目標部分Ｃのサイズが制限される。

２．走査モードでは、支持構造ＭＴと基板テーブルＷＴとが同期して走査される一方、ビームＰＢに与えられたパターンが目標部分Ｃ上に投影される（すなわち、単一の動的露光）。支持構造ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影系ＰＬの拡大（縮小）および像反転特性によって決定される。走査モードでは、露光領域の最大サイズが単一の動的露光における目標部分の（非走査方向における）幅を制限するのに対して、走査移動の長さが目標部分の（走査方向における）高さを決定する。

３．別のモードでは、支持構造ＭＴは、プログラム可能なパターニングデバイスを基本的に静止状態で保持し続け、基板テーブルＷＴは移動または走査される一方、ビームＰＢに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される。このモードでは、通常、パルス放射源が採用され、プログラム可能なパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの各移動の後に、または走査中の連続放射パルスの間に必要に応じて更新される。この動作モードは、上述したようなプログラム可能なミラーアレイのタイプなどのプログラム可能なパターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用可能である。

上述の使用モードの組み合わせおよび／または変形や、または全く異なる使用モードも利用することができる。

図２は、照明器ＩＬの照明モードセレクタＭＳを概略的に示す。照明モードセレクタＭＳは、ホモジナイザ１０と、マイクロレンズアレイ１１と、ミラーアレイ１２とを含む。放射ビームＰＢは、ホモジナイザ１０により均一化される。放射ビームＰＢは、その後、マイクロレンズアレイ１１に入射する。マイクロレンズアレイ１１は、放射ビームＰＢを複数のサブビームＰＢＳに変換する。各サブビームＰＢＳは、ミラーアレイ１２のミラーに入射し、焦点面Ｆに向けて反射する。

図２の例のように、ミラーアレイ１２のミラーは、サブビームが焦点面Ｆで２つのグループとしてグループ化されるよう方向を合わされている。ミラーアレイ１２のミラーの方向は、他のサブビームのグループを形成したり、焦点面Ｆにわたってサブビームを広げたりするために変更されてもよい。

ホモジナイザ１０は、例えば、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイ（図示せず）を含むフライアイホモジナイザであってもよいし、他の適切な形態のホモジナイザであってもよい。マイクロレンズアレイ１１およびミラーアレイ１２は、図２において１次元として図示されているが、それらは、両方とも２次元である。マイクロレンズアレイ１１は、数千のマイクロレンズを含んでもよい。同様に、ミラーアレイ１２は、数千のミラーを含んでもよい。

照明モードは、照明モードセレクタＭＳを用いて、ミラーアレイ１２のミラーの適切な方向を選択することにより、選択されてもよい。図２は、双極モードを形成する方法を簡易的に示している。他のモードも類似な方法により形成可能である。マイクロレンズアレイおよびミラーアレイを用いて照明モードを形成する方法のより詳細な説明は、米国特許第６，７３７，６２２号に記載されており、該特許の内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。

リソグラフィ装置においては、光学部品（例えば、ホモジナイザ１０やミラーアレイ１２等）の損傷を回避することが望ましい。リソグラフィ装置の光学部品が損傷する１つの場合は、強い放射がそれらに入射した場合である。光学部品は、所定の閾値より小さい強度の放射を受けることが出来るよう設計されている。しかしながら、放射ビームには、空間的に局部的な強度のピークが発生し得るというリスクが存在する。空間的に局部的な強度のピークは、所定の閾値よりも高い可能性があり、それ故光学部品（例えば、ホモジナイザ１０やミラーアレイ１２）に損傷を与える可能性がある。

１つ以上の放射サブビームＰＢＳにおける相殺的干渉により１つ以上のサブビームが消滅する（又は実質的に強度が減少する）という状況を回避することが望ましい。なぜならば、これは照明器ＩＬにより提供される照明モードの品質に有害な影響を与える可能性があるからである。逆に言えば、１つ以上の放射サブビームＰＢＳにおける建設的干渉により１つ以上のサブビームが顕著に増強された強度を有するという状況を回避することが望ましい。なぜならば、これは照明器ＩＬにより提供される照明モードの品質に有害な影響を与える可能性があるからである。

上述の望ましくない状況は、放射ビームＰＢの空間的コヒーレンスとダイバージェンスに関係している（空間的コヒーレンスは放射ビームの横断面にわたるコヒーレンスである）。放射ビームの空間的コヒーレンスおよびダイバージェンスは、連動している。低い空間的コヒーレンスと高いダイバージェンスを有する放射ビームＰＢを有することが望ましい。なぜならば、これは上述の望ましくない状況が起こる可能性を低減するからである。

図３は、図１の放射ビーム監視装置ＢＭを概略的に示す。放射ビーム監視装置は、放射ビームＰＢを受け、放射ビームを焦点面Ｆに焦点合わせするよう構成されたレンズ２０を含む。イメージングディテクタ２２は、レンズ２０と焦点面Ｆとの間に配置されている。解析システムまたはアナライザ２４は、イメージングディテクタ２２に接続されており、イメージングディテクタからの出力を受信する。

図３は、イメージングディテクタ２２を超えて進み、焦点面Ｆに集まる点線を含むが、これらは、放射ビームＰＢが焦点面で一点に集まることを図式的に示すことだけを目的としており、放射がイメージングディテクタを通過することを意味するものではない。

放射ビーム監視装置ＢＭは、放射ビームＰＢの特性を監視できるようにする。これは、ホモジナイザ１０、ミラーアレイ１２、またはリソグラフィ装置における他の光学部品に損傷を与える可能性のある空間的に局部的な強度ピークにつながるおそれのある放射ビームＰＢの状態の識別を可能とする。また、それは、ミラーアレイ１２での相殺的干渉および又は建設的干渉に帰因する不要な強度変調を引き起こすおそれのある放射ビームＰＢの状態の識別を可能とする。

イメージングディテクタ２２は、レンズ２０と焦点面Ｆの間に位置しているので、放射ビーム監視装置ＢＭの視野面（field plane）に位置しておらず、また放射ビーム監視装置の瞳面（pupil plane）にも位置していない。その代わり、それはこれら２つの面の間のどこかに位置している。その結果、放射ビームＰＢは、イメージングディテクタ２２に入射したときに、先行する面（preceding plane）の像も提供しないし、先行する面の像のフーリエ変換も提供しない。その代わり、イメージングディテクタにおける放射ビームＰＢは、像とフーリエ変換の混合と考えられる。

放射ビーム監視装置ＢＭは、ダイバージェンスや空間的コヒーレンスなどの放射ビームＰＢの特定の光学特性の測定を提供するものではない。その代わり、放射ビーム監視装置ＢＭは、ダイバージェンスと空間的コヒーレンスの混合物の測定を提供する。測定された混合物は、放射ビームの強度プロファイルにより重み付けられている。この測定されたダイバージェンスと空間的コヒーレンスの混合物は、放射サブビームＰＢＳにおける空間的に局部的な強度ピークの存在に関係する。測定されたダイバージェンスと空間的コヒーレンスの混合物は、また、ミラーアレイ１２における不要な強度変調の存在と関係する。

放射ビーム監視装置ＢＭは、また、イメージングディテクタ２２により測定された全信号から導かれる、有効なフルエンス（fluence）の測定を提供してもよい。

リソグラフィ装置においては、低い空間的コヒーレンスと高いダイバージェンスを有する放射ビームＰＢを持つことが望ましい。放射ビームＰＢが高い空間的コヒーレンスと低いダイバージェンスを有する場合、放射ビームの光路における小さな変化が放射ビームに建設的および相殺的干渉を引き起こす可能性がある。建設的干渉は、ホモジナイザ１０、ミラーアレイ１２、またはリソグラフィ装置における他の光学部品を損傷するおそれのある空間的に局部的な強度ピークを放射ビームＰＢにもたらす可能性がある。相殺的干渉は、１つ以上のサブビームＰＢＳを消滅させる（または実質的に強度を低減する）可能性がある。建設的干渉は、１つ以上のサブビームＰＢＳの強度を増強させ、それにより照明器ＩＬにより提供される照明モードの品質を低下させる可能性がある。

ダイバージェンスと空間的コヒーレンスは連結しており、上述の問題を引き起こすのはダイバージェンスと空間的コヒーレンスの混合物である。それ故、ダイバージェンスと空間的コヒーレンスの混合物を測定することは有益である。

イメージングディテクタ２２は、ダイバージェンスと空間的コヒーレンスの混合物に関する情報を提供する像を受ける。レンズ２０と焦点面Ｆに対するイメージングディテクタ２２の位置は、検出される像が、空間的コヒーレンスとダイバージェンスの混合物を監視するために解析されるピークを含むよう選択される。イメージングディテクタ２２がレンズ２０の近傍に配置した場合、放射ビームは、空間的コヒーレンスまたはダイバージェンスに関する多量の情報をもたらさない平坦なプロファイルとなるであろう。一方、イメージングディテクタ２２を焦点面Ｆに配置した場合、イメージングディテクタは、非常に高い強度を有する放射の焦点スポットを検出し、空間的コヒーレンスまたはダイバージェンスに関する多量の情報をもたらさないであろう。イメージングディテクタ２２の位置は、イメージングディテクタが変調された放射ビーム（その特性は放射ビームのコヒーレンス特性により決まる）を検出するように、これらの極端な位置の間のどこかに配置される。イメージングディテクタ２２は、このようにして、放射ビームにおける空間的コヒーレンスとダイバージェンスの混合物を監視するために解析される像を提供する。

一実施例において、レンズ２０は、４５０ｍｍの焦点距離を有し、イメージングディテクタ２２は、レンズ２０から２００ｍｍ離れて位置する。イメージングディテクタ２２が正確にこのレンズ２０からの距離に位置することは、必ずしも必須ではない。他のレンズ２０からの距離にイメージングディテクタ２２を設けることにより、空間的コヒーレンスとダイバージェンスの混合物の有益な測定が提供される可能性がある。例えば、イメージングディテクタ２２をレンズ２０から１５０〜２５０ｍｍの距離に配置することが可能である。

レンズ２０は、例えば、直径０．７ｍｍであってよい。

イメージングディテクタは、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳディテクタであってよい。イメージングディテクタは、例えば、１０ミクロン角の画素サイズを有していてもよい。

図３は、レンズ２０の焦点面Ｆの前に位置するものとしてイメージングディテクタ２２を示しているが、イメージングディテクタは、レンズの焦点面よりも後であってもよい（イメージングディテクタはレンズの焦点面に設けられるべきではない）。イメージングディテクタ２２を焦点面Ｆの後に設けることにより、放射ビーム監視装置ＢＭの長さが大きくなる。

レンズ２０とイメージングディテクタ２２間の距離は、レンズ２０と焦点面Ｆ間の距離の少なくとも４分の１であってよい。イメージングディテクタ２２と焦点面Ｆ間の距離は、レンズ２０と焦点面Ｆ間の距離の少なくとも４分の１であってよい。イメージングディテクタ２２と焦点面Ｆ間の距離は、レンズ２０と焦点面Ｆ間の距離の少なくとも半分であってよい。

放射ビームの空間的コヒーレンスおよびダイバージェンスを変更したシミュレーションを行った。そして、ミラーアレイ１２、イメージングディテクタ２２およびホモジナイザ１０においてシミュレーション結果を得た（ホモジナイザは２つのレンズアレイを含み、この結果は、ホモジナイザの第２レンズアレイでのシミュレーション結果である。）シミュレーションの結果は、図４〜図６に示されている。

図４は、ミラーアレイ１２におけるシミュレーションされた放射ビームの強度を示す。図４Ａにおいて、放射ビームは、低い空間的コヒーレンスと高いダイバージェンスを有する。それに続く各図において、空間的コヒーレンスは増加し、ダイバージェンス減少している。図４Ｅにおいて、放射ビームは高い空間的コヒーレンスと低いダイバージェンスを有する。図４から分かるように、放射ビームが高い空間的コヒーレンスと低いダイバージェンスを有するとき、放射ビームに空間的に局部的な強度ピークが存在する（図４Ｄおよび図４Ｅ参照）。空間的に局部的な強度ピークは、放射ビームの干渉に起因する。

空間的に局部的な強度ピークは、照明器ＩＬにより提供される照明モードの品質に影響する可能性がある。ある瞬間において、ミラーアレイ１２のあるミラーが空間的に局部的な強度ピークを経験すると、その少し後に、空間的に局部的な強度ピークを生じさせる干渉パターンの変化をもたらすトランスレーショナルドリフト（translational drift）（例えば、熱ドリフト）やレーザドリフト（例えば、点ドリフト）に起因して、空間的に局部的な強度ピークがそのミラーからシフトする可能性がある。これは、ミラーアレイ１２により形成される照明モードを変えることがある。反対に、あるミラーに空間的に局部的な強度ディップ（dip）が存在する場合、該強度ディップは、ドリフトに起因してそのミラーからシフトする可能性がある。これは、ミラーアレイ１２により形成される照明モードを変えることがある。このように、空間的に局部的な強度ピークは、照明モードが形成される精度を低下させる。照明モードが不安定であるということができる。

それに対して、放射ビームが低い空間的コヒーレンスと高いダイバージェンスを有しているとき、非常に小さい強度の変動しか観察されない（図４Ａ参照）。その結果、ミラーアレイ１２が損傷するリスクはなく、放射ビームのドリフトに帰因する干渉効果が照明モードに著しく影響を及ぼすリスクもない。それ故、図４Ａに図示されるような放射ビームで動作することが望ましいと考えられる。図４Ａ〜図４Ｃのいずれかに図示されるような放射ビームで動作することにより、ミラーアレイ１２を損傷するリスクが回避され、照明モードの品質の低減が回避されるかもしれない。放射ビームが確実に図４Ａ〜図４Ｃに図示される動作状態にとどまるようにするためには、放射ビーム監視装置ＢＭを用いることが望ましい。

図５は、イメージングディテクタ２２におけるシミュレーションされた放射ビームの強度（すなわち、放射ビーム監視装置ＢＭにより検出されるであろう像）を示す。図５Ａから、放射ビームが低い空間的コヒーレンスと高いダイバージェンスを有している場合、イメージングディテクタ２２は、中央のディップが認められる１つのピークを検出する。空間的コヒーレンスが増大するとともにダイバージェンスが減少すると、中央のディップが大きくなる。中央のディップが大きくなった結果、図５Ｅでは２つのピークが検出されている。

図６は、ホモジナイザ１０におけるシミュレーションされた放射ビームの強度を示す。図６Ａにおいて、放射ビームは、低い空間的コヒーレンスと高いダイバージェンスを有し、平らな分布を有する強度をもたらすことが分かる。空間的コヒーレンスが増大するとともにダイバージェンスが減少すると、放射ビームの強度分布は平らではなくなってくる。最終的には、空間的コヒーレンスが高く、ダイバージェンスが低いとき、放射ビームは高い強度ピークを含む（図６Ｅ参照）。この高い強度ピークは、ホモジナイザ１０（例えば、ホモジナイザの第２のレンズアレイ）に損傷を与える可能性がある。

図４〜図６は、放射ビーム監視装置ＢＭのイメージングディテクタ２２により検出される放射ビームの特性が、ミラーアレイ１２における放射ビームの局部的強度ピークの存在と、ホモジナイザ１０（例えば、ホモジナイザの第２のレンズアレイ）における平らでない強度分布とに直接結びついていることを証明している。

放射ビーム監視装置ＢＭは、空間的コヒーレンスとダイバージェンスの混合物をモニタするために用いられてよい。ダイバージェンスと空間的コヒーレンスの混合物の特性が１つ以上の所定の閾値を超えるかを判定するために、イメージングディテクタ２２により検出された像は、アナライザ２４により解析されてよい。これは、放射ビームがホモジナイザ（またはリソグラフィ装置の光学部品）に損傷を与える可能性があるか否か、および／または品質の悪い照明モードを提供する可能性があるか否かの目安を提供する。ダイバージェンスと空間的コヒーレンスの混合物が所定の閾値を超える特性を有する場合には、アナライザが行動をとってもよい。この行動は、例えば、警報の発出、放射ビームＰＢを遮断することによるリソグラフィ装置の保護、または、放射ビームＰＢを補正するために、リソグラフィ装置のパラメータを自動的に調整すること、を含んでもよい。

アナライザ２４は、イメージングディテクタ２２により提供された像を、１以上の以下の方法で解析する。
１．検出された像を、放射ビームが高い空間的コヒーレンスと低いダイバージェンスを有している場合に予期される像でデコンボリューションし、結果として生じるプロファイルの幅を測定し、測定した幅を１つまたは複数の閾値幅と比較する方法。
２．例えば像のピーク強度を像のディップの最低点での強度と比較することにより、像のコントラストを測定し、測定されたコントラストを１つまたは複数のコントラスト閾値と比較する方法。コントラスト測定は、像の幅を考慮に入れてもよい。
３．像を、放射ビームが高い空間的コヒーレンスと低いダイバージェンスを有している場合に予期される像と相互相関し、結果として生じる相互相関値を１つまたは複数の相互相関閾値と比較する方法。
４．検出された像の格子変形を行い、結果を１つまたは複数の閾値と比較する方法。

上記のように、レンズ２０は例えば直径０．７ｍｍであってよい。しかしながら、レンズは他の直径を有していてもよい。レンズの直径は、放射ビームＰＢが、特性が放射ビームのコヒーレンス特性により決定される変調ビームを形成するように、十分に小さくすべきである。例えば、１９３ｎｍの波長を有する放射ビームに対し、レンズの直径は、例えば１０ｍｍ未満、５ｍｍ未満、または１ｍｍ未満であってよい。

図３に示す放射ビーム監視装置ＢＭはレンズ２０を含むが、レンズが用いられることは本質的な特徴ではない。レンズは、コヒーレンス効果により生じる検出可能な特性を備える回折パターンを作り出す任意の光学部品により置換されてもよい。光学部品は、特性が放射ビームのコヒーレンス特性により決定される変調ビームを提供してもよい。変調ビームは、イメージングディテクタ２２により検出されるほど十分に大きい変調度を有してもよい。変調ビームは、イメージングディテクタ２２のダイナミックレンジに含まれる変調度を有してもよい。

放射ビーム監視装置ＢＭは、図１に概略的に示されるように、照明器ＩＬ内に位置してもよいし、他の適切な位置にあってもよい。例えば、放射ビーム監視装置ＢＭは、放射源ＳＯに位置してもよいし、ビーム伝送系ＢＤに位置してもよい。放射源ＳＯは、放射ビーム直径を増大させる、および／または放射ビームのダイバージェンスを変化させるよう構成されたパルスストレッチャーを含んでもよい。この場合、放射ビーム監視装置ＢＭがパルスストレッチャーの前に位置する場合には、イメージングディテクタ２２により観察される像と、ホモジナイザ１０およびミラーアレイ１２における放射ビームＰＢの特性との間の関係は、直接的ではなくなる可能性がある。その関係を決定するために、パルスストレッチャーの影響を考慮した計算が用いられてもよい。あるいは、その関係は、測定により決定されてもよい。

照明モードセレクタＭＳにおけるホモジナイザ１０、ミラーアレイ１２、および焦点面Ｆ間の距離の比は、放射ビーム監視装置ＢＭにおけるレンズ２０、イメージングディテクタ２２および焦点面Ｆ間の距離の比に実質的に等しい。

場合によっては、放射ビーム監視装置ＢＭは、単一のレンズ（または他の光学素子）よりはむしろ、レンズのアレイ（または他の光学素子）を含んでもよい。例えば、数百または数千のレンズのアレイが用いられてもよい。このアプローチの利点は、照明モードセレクタＭＳが数百から数千のレンズのアレイを含むので、照明器ＩＬの照明モードセレクタＭＳで発生することをより厳密に再現することである。

ミラーアレイ１２は、反射素子のアレイの一例に好きな異。他の反射素子のアレイも使用可能である。

本発明の特定の実施形態について説明したが、本発明は、説明した以外の方法でも実施可能であることは理解されるであろう。この説明は、本発明を限定することを意図するものではない。

Claims (14)

1. 放射ビーム監視装置を備えるリソグラフィ装置であって、
   前記放射ビーム監視装置は、
   回折パターンを生成するよう構成された光学素子と、
   前記光学素子の後であって前記光学素子の焦点面ではない位置に配置されたイメージングディテクタと、
   前記イメージングディテクタにより検出された像の特性を解析することにより、当該リソグラフィ装置の放射ビームの空間的コヒーレンスとダイバージェンスの混合物を測定するよう構成されたアナライザと、を備えることを特徴とするリソグラフィ装置。
2. 前記イメージングディテクタは、前記光学素子の焦点面より前に位置することを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
3. 前記アナライザは、前記像の特性を閾値と比較するよう構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のリソグラフィ装置。
4. 前記特性は、以下の、
   検出された像を、現状の像（existing image）でデコンボリューションし、結果として生じるプロファイルの幅を測定する方法、
   前記像のコントラストを測定する方法、
   前記像を現状の像（existing image）と相互相関する方法、
   前記像の格子変形を行う方法、
   のうち１つにより解析されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
5. 前記アナライザは、放射ビームが当該リソグラフィ装置の光学部品に損傷を与えそうな空間的コヒーレンスとダイバージェンスの混合物を有するか、を判定するよう構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
6. 前記光学素子は、レンズまたはピンホールであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
7. 前記光学素子と前記イメージングディテクタとの間の距離は、前記光学素子と前記焦点面との間の距離の少なくとも４分の１であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
8. イメージングディテクタと焦点面との間の距離は、前記光学素子と前記焦点面との間の距離の少なくとも４分の１であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
9. 前記イメージングディテクタと焦点面との間の距離は、前記光学素子と前記焦点面との間の距離の少なくとも半分であることを特徴とする請求項８に記載のリソグラフィ装置。
10. 前記放射ビーム監視装置は、当該リソグラフィ装置の照明器、当該リソグラフィ装置のビーム伝送系、または当該リソグラフィ装置の放射源に設けられることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
11. 放射ビームに照明モードを適用するために用いられる反射素子のアレイを備える照明モードセレクタをさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
12. 回折パターンを生成するよう構成された光学素子と、前記光学素子の後であって前記光学素子の焦点面に位置しないイメージングディテクタとを用いて、リソグラフィ装置の放射ビームの像を取得するステップと、
    取得された前記像の特性を解析することにより、リソグラフィ装置の放射ビームの空間的コヒーレンスとダイバージェンスの混合物を測定するステップと、
    を備えることを特徴とする監視方法。
13. 前記像の特性が閾値と比較されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記特性は、以下の、
    検出された像を、現状の像（existing image）でデコンボリューションし、結果として生じるプロファイルの幅を測定する方法、
    前記像のコントラストを測定する方法、
    前記像を現状の像（existing image）と相互相関する方法、
    前記像の格子変形を行う方法、
    のうち１つにより解析されることを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。