JP5164822B2 - 光ビームの特性を検出するためのビーム特性モニタ - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ装置の一部として用いるのに適した、光ビームのポインティング、角度、および／または発散（ダイバージェンス）を検出するためのモニタに関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板または基板の一部に転写する機械である。リソグラフィ装置は、例えばフラットパネルディスプレイや集積回路（ＩＣ）、微細構造を有する他のデバイスの製造に用いられる。通常は例えばマスクまたはレチクルと称されるパターニング用デバイスを使用して、フラットパネルディスプレイ（または他のデバイス）の各層に対応した回路パターンを形成する。このパターンは、基板に塗布された照射感応材料（例えばレジスト）層への像形成により基板（例えばガラスプレート）の全体または一部に転写される。

パターニングデバイスを使用して、回路パターンではなく、例えばカラーフィルタのパターンやドットのマトリックス状配列などの他のパターンを形成する場合もある。マスクに代えて、パターニング用デバイスは、それぞれ個別に制御可能である素子の配列（以下「個別制御可能素子アレイ」という場合もある）を備えるパターニングアレイを備えてもよい。このような方式では、マスクを使用する方式に比べて迅速かつ低コストにパターンを変更することができる。

フォトリソグラフィ（マイクロリソグラフィとも呼ばれる）は、半導体デバイスの製造に用いられる。フォトリソグラフィは、紫外線（ＵＶ）、遠紫外線または可視光などの電磁放射を用いて、半導体デバイス設計において微細なパターンを形成する。ダイオード、トランジスタ、および集積回路などの半導体デバイスの多くの種類が、フォトリソグラフィ技術を用いて製造される。露光システムまたはツールは、半導体の製造において、エッチングなどのフォトリソグラフィ技術を実行するために用いられる。露光システムは、一般的に、照明系、例えば回路パターンなどのパターンを含むレチクル（マスクとも呼ばれる）、投影系、および感光性のレジストで覆われた半導体ウェハを位置合わせするためのウェハアライメントステージを含む。照明系は、好ましくは長方形スロットの照明フィールドでレチクルの領域を照明する。投影系は、レチクル回路パターンの照明された領域の像をウェハ上に投影する。

あるリソグラフィ装置では、パターニングデバイスは、マスクに代えて、１つまたは複数の個別に制御可能である素子の配列（以下「個別制御可能素子アレイ」という場合もある）を備えるパターニングアレイとすることができる。マスクレスシステムでは、マスクを使用する方式に比べてより効率的にパターンを変更することができる場合がある。このようなタイプの装置は、光マスクレスリソグラフィ（ＯＭＬ）装置と称される。

周知のリソグラフィ装置は、所謂ステッパまたはステップアンドリピート装置、および所謂スキャナまたはステップアンドスキャン装置を含む。ステッパにおいては、各目標部分は、目標部分に一度に全体のパターンを露光することにより照射され、ウエハは、続く露光のために次の位置に所定量だけ動かされる。スキャナにおいては、各目標部分は、パターンを放射ビームで所定の方向（「スキャニング」方向）にスキャンすることにより照射される。この照射は、基板をこの方向に対して平行または非平行に同期的にスキャンする間に行われ、次にウエハは、続く露光のために次の位置に動かされる。

ある照明系（照明システム）は、レチクルの前に、または光学的にはレチクルの前段に配置された回折散乱光学素子のアレイを含む。この回折散乱光学素子は、その後にレチクルに結像または伝達される所望の配光角度（angular light distribution）を形成する。

ある照明系は、ビームポインティングセンサを含む。多くのビームポインティングセンサは、一般的に、変換レンズ（transform lens）を横断した後のビームの位置シフトを測定する。変換レンズは、ビームポインティング（位置）の変動を横方向のビームシフト（角度）に変える働きをする。そして、このシフトは、電子位置検出デバイス（ＰＳＤ）に検出される。

ある照明系は、ビームダイバージェンスセンサを含む。多くのビームダイバージェンスセンサは、一般的に、既知の距離にかけてのビームの伝搬に起因するビームサイズまたはフットプリントの変化を測定する。しかしながら、たいていのビームダイバージェンスセンサの構成は、ビームフットプリントのエッジにおける照明のドロップオフが不明瞭であるために、感度が制限されている。加えて、ビーム伝搬距離測定の曖昧さ（ambiguity）が、ビームダイバージェンス測定の精度を低下させる。

しかしながら、たいていのセンサ設計は、所望の精度でビームポインティングの変動を測定できない。例えば、周知の検出器技術の感度は、検出可能なビームポインティングの変動を角変化の１０分の１ミリラジアンに制限する。

ビームポインティング、位置の変動、および／または光ビームのダイバージェンスを監視および／または検出する光学装置が必要とされている。

本発明のある態様によると、光ビームのポインティングまたは角度を検出する方法が提供される。この方法は、光学トレイン内に光ビームのビーム角またはポインティング方向の少なくとも１つを検出するための表面を有する透過型光学素子を設けるステップを備え、透過型光学素子は、光ビームのビーム角またはポインティング方向の少なくとも１つを測定するために全反射（ＴＩＲ）を生じさせるよう構成されている。

本発明の別の態様によると、光ビームの光ビームポインティングを測定するセンサが提供される。このセンサは、光学トレイン内に配置された表面を有するプリズムを備える。このプリズムは、光ビームに対して全反射（ＴＩＲ）を可能とする透過性物質を備える。このセンサはさらに、光ビームのビームポインティングまたはビーム位置の少なくとも１つの変動を電気的に検出する検出器を備える。

本発明のさらに別の態様によると、リソグラフィ結像システムにおける光ビームの光学モニタ装置が提供される。この装置は、光ビームのビームポインティングまたはビーム位置の少なくとも１つの変動を測定するセンサを備える。該センサは、光ビームのビームポインティングまたはビーム位置の少なくとも１つの変動の測定において、比較的高い角感度を可能とする全反射（ＴＩＲ）を提供するよう構成された光学素子と、光ビームの変動を電気的に検出するよう光学素子に対して配置された第１検出器とを含む。

本発明のさらに別の態様によると、リソグラフィ結像システムにおいて光ビームを光学的にモニタする方法が提供される。この方法は、光ビームのビームポインティングまたはビーム位置の少なくとも１つの変動を測定するために、比較的高い角感度を可能とする全反射（ＴＩＲ）を提供するよう光学素子を構成するステップと、光ビームの変動を電気的に検出するステップとを備える。

本発明のさらに別の態様によると、リソグラフィ装置が提供される。このリソグラフィ装置は、光ビームを調整する照明系であって、光ビームのビームポインティングまたはビーム位置の少なくとも１つの変動を測定するセンサを備える照明系を備える。該センサは、光ビームのビームポインティングまたはビーム位置の少なくとも１つの変動の測定において、比較的高い角感度を可能とする全反射（ＴＩＲ）を提供するよう構成された光学素子を含む。該センサはさらに、光ビームの変動を電気的に検出するよう光学素子に対して配置された第１検出器を含む。リソグラフィ装置はさらに、光ビームを変調する個別制御可能素子アレイと、変調光ビームを感光性基板の目標部分状に投影する投影系とを含む。

本発明のさらに別の態様によると、光ビームのダイバージェンスを検出するシステムが提供される。このシステムは、放射ビームの少なくとも１部の内部反射を提供するよう構成された光学素子を有する。該光学素子は、表面プラズモン共鳴をもたらすよう構成されたフィルムが配置されている。検出器が放射ビームの発散角を電気的に検出するよう光学素子に対して配置されている。該検出器は、入射角に対する反射率の比の変化に基づいて放射ビームの発散角を電気的に検出するよう構成されてもよい。このシステムは、放射ビームを変調するよう構成された個別制御可能素子アレイと、変調放射ビームを感光性基板の目標部分上に投影するよう構成された投影系とを有してもよい。

本発明のさらなる実施形態や特徴、効果は、本発明のさまざまな実施形態の構成及び作用とともに添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。

添付の図面は、ここに組み込まれ、本明細書の一部を構成しているが、明細書と共に本発明の一つ以上の実施形態を説明し、さらに、本発明の原理を説明し、当業者が本発明を利用するのに役立つものである。

本発明の一実施形態に係る、光ビームの光ビームポインティングおよび／または角度および／またはビームダイバージェンス測定のために、プリズムなどの光学素子または透過型光学素子の実施例を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る、光ビームの光ビームポインティングおよび／または角度および／またはビームダイバージェンス測定のために、プリズムなどの光学素子または透過型光学素子の実施例を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る、光ビームの光ビームポインティングおよび／または角度および／またはビームダイバージェンス測定のために、プリズムなどの光学素子または透過型光学素子の実施例を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る、光ビームの光ビームポインティングおよび／または角度および／またはビームダイバージェンス測定のために、プリズムなどの光学素子または透過型光学素子の実施例を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る、電子光学検出器と、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）スタックを有する光学プリズム１０ａとを備えるビームポインティングセンサおよび／またはビームダイバージェンスセンサを示す図である。 本発明の別の実施形態に係る、電子光学検出器と、厚みに段のあるスタック形状のＳＰＲ誘電体層を有するＳＰＲスタックを備えた光学プリズムとを備えるビームポインティングセンサおよび／またはダイバージェンスセンサを示す図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る、電子光学検出器と、くさび形ＳＰＲ誘電体層を有するＳＰＲスタックを備えた光学プリズムとを備えるビームポインティングセンサおよび／またはビームダイバージェンスセンサを示す図である。 本発明の一実施形態に係る、入射する光学放射の所与の波長に対する入射角の関数として、ＴＩＲの反射率のプロットを示す図である。 本発明の一実施形態に係る、入射する光学放射の所与の波長に対する入射角の関数として、非コーティングの反射率のプロットおよびＴＩＲと、強化光学コーティングの反射率のプロットを示す図である。 本発明の一実施形態に係る、入射する光学放射の所与の波長に対する入射角の関数として、ＴＩＲ−ＳＰＲの反射率のプロットを示す図である。 本発明の一実施形態に係る、１つのＳＰＲ共鳴ノッチおよび反射によるその関連した位相シフトを示す図である。 本発明の一実施形態に係る、ＳＰＲ誘電体フィルム厚、吸収ノッチ角の公称位置、およびＳＰＲ吸収ノッチの角度幅の間の関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、ＳＰＲ吸収ノッチの深さを最適化するためのＳＰＲ吸収層厚の調整を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、入射照明の範囲を１つのＳＰＲ吸収ノッチに限定することを示す図である。 本発明の一実施形態に係る、ビームポインティングの関数としての反射強度パーセント（％）のＳおよびＰ偏光の共鳴ノッチのプロットを示す図である。 本発明の一実施形態に係る、ビームポインティングの関数としての反射位相のＳおよびＰ反射位相のプロットを示す図である。 本発明の一実施形態に係る、ＳおよびＰの照明偏光方向に関して、ビームポインティング角の関数としてのＳＰＲの反射強度（％）のプロットを示す。 本発明の一実施形態に係る、ＳおよびＰの照明偏光方向に関して、ビームポインティング角の関数としてのＳＰＲ反射光位相のプロットを示す図である。 本発明の一実施形態に係る、狭い照明軸角の分離を強化するために、カスケードの光学スタックをさらに設ける光学的な実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、図１１のくさび形バージョンを示す図である。 本発明の一実施形態に係る、測定される光学システムの照明瞳の強度分布の操作による狭い照明角の分離を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、結合ＸおよびＹプリズムを示す図である。 本発明の一実施形態に係る、光ビームのポインティング測定用の装置を用いる方法のブロック図を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリソグラフィツールのフローを示す図である。 本発明の一実施形態に係る、追加的な選択ステップを備えた図１５Ａの方法のブロック図を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、偏光およびカスケードＳＰＲセンサを含んだブロック図を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、電子検出器はフォトダイオードであり、従ってプリズム表面にわたって様々な空間的に分布したセンサ応答を検出するビームポインティングセンサおよび／またはビームダイバージェンスセンサを示す図である。 本発明の一実施形態に係る干渉法による第１センサの実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、偏光方向を識別する第２センサの実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、電気光学的なアドレス可能なＳＰＲセンサの実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、セグメント化された電気光学的なアドレス可能なＳＰＲセンサの実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、ＳＰＲセンサのスラブ導波路の実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、円筒形状のＳＰＲセンサの実施形態を示す図である。 本発明の様々な実施形態に係る、マスクレスリソグラフィ装置またはシステムを模式的に示す図である。 本発明の様々な実施形態に係る、マスクレスリソグラフィ装置またはシステムを模式的に示す図である。 光学素子の表面に蒸着されたＳＰＲフィルムスタックへ入射するビームの反射率対入射角のグラフを示す図である。 本発明の実施形態に係る、反射率対入射角のプロットを示す図である。 本発明の実施形態に係る、発散角の変化の関数としての最小反射率のシフトのグラフを示す図である。 本発明の実施形態に係る、反射率対入射角のプロットを示す図である。 本発明の実施形態に係る、発散角の関数としての正規化されたノッチのアスペクト比の変化のグラフを示す図である。 本発明の実施形態に係る、光ビームのダイバージェンス測定のための装置を用いた方法のフローチャートを示す図である。

本発明は、添付の図面を参照して説明される。図面では、類似の参照番号は、同一または機能的に類似の要素を示す。さらに、符号の一番左の数字は、その符号が最初に表れる図面を特定することができる。

特定の構造および構成が説明されるが、これは説明の目的だけのためになされていることを理解されたい。当業者であれば、他の構造および構成を本発明の精神および範囲から逸脱することなく用いることができることが分かるであろう。この発明が様々な他のアプリケーションに採用されてもよいことは当業者にとって明らかである。

本明細書は、ビームポインティング誤差、ビーム位置決め誤差、ビームサイズ誤差、ビームダイバージェンス誤差のうち１つ以上における変動の制御を含む、または光ビームのダイバージェンスを測定することを含む本発明の特徴を組み込んだ１つ以上の実施形態を開示する。開示された実施形態は、開示された実施形態は、単に本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲は、開示された実施形態に限られない。本発明は、この文書に添付された特許請求の範囲によって定義される。

本明細書において「一実施形態」、「実施形態の一実施例」とは、説明した実施形態が特定のフィーチャ、構造、または特徴を含んでいてもよいことを表すが、すべての実施形態がその特定のフィーチャ、構造、または特徴を必ずしも含んでいるわけではない。さらにまた、上記のフレーズは必ずしも同じ実施形態を指すものではない。さらに、特定のフィーチャ、構造、または特徴を一実施形態に関して説明するとき、明示的に説明しようがしまいが、他の実施形態に関してそのような特定のフィーチャ、構造、または特徴を作用させることは、当業者の知識の範囲内であるとして理解すべきである。

本発明の実施形態は、少なくとも一部分において、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実現されてもよい。本発明の実施形態は、また、一つ以上のプロセッサにより読み込まれ、実行されるコンピュータ読み取り可能媒体に記憶されたインストラクションとして実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能媒体は、機械により読み取り可能な形式の情報を記憶または伝送するメカニズムを含んでもよい（例えば、コンピュータデバイス）。例えば、コンピュータ読み取り可能媒体は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）；ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）；磁気ディスク記憶媒体；光記憶媒体；フラッシュメモリ装置；電気的、光学的、音響的またはその他の形式の伝搬信号などである。さらに、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、インストラクションは、特定の動作を実行できるものとして、ここで説明されてもよい。しかしながら、このような説明は、単に便宜上のためだけであり、このような動作は、実際は、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、インストラクションなどを実行するコンピュータデバイス、プロセッサ、コントローラ、その他のデバイスによって生じるものであると理解すべきである。

本発明の実施形態は、全反射（ＴＩＲ）を用いたビームポインティングセンサおよび／またはビームダイバージェンスセンサを提供する。これらは、全反射の高い角感度を用いてビームポインティング変動および／またはビームダイバージェンスを以前のセンサ設計よりも高精度で測定する。この方法の感度は、入射角の関数としての急峻な透過カットオフ（transmission cut-off）を考慮して設計されている光学コーティングを付加してさらに改良され得る。表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）が従来よりフィルムの厚みおよびフィルムの屈折率変化をモニタするために用いられているが、ビームのポインティング／位置の変化を測定する超高感度の方法としては用いられていない。表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）−全反射（ＴＩＲ）を用いたビームポインティングセンサおよび／またはビームダイバージェンスセンサは、全反射および表面プラズモン共鳴の高い角感度を用いて、入射照明の干渉法によるアライメントと比較して以前のセンサ設計よりも高精度で、ビームポインティングの変動および／またはビームダイバージェンスを測定する。この方法の感度は、入射角の関数としての分極相転移（polarization phase transition）の付加でさらに改良され得る。

図１Ａ−図１Ｄを参照して、本発明の一実施形態に係る光ビーム１５の光ビームポインティングおよび／または角度および／またはビームダイバージェンス測定のために、プリズム１０（１−４）などの光学素子または透過型光学素子の実施例を概略的に説明する。特に、図１Ａは、光透過性材料のプリズム１０内における反射および透過の光学的効果を示す。図１Ｂは、光透過性材料のプリズム１０内におけるＴＩＲの光学的効果を示す。図１Ｃは、光学コーティングにより改良されたＴＩＲの光学的効果を示す。図１Ｄは、ＴＩＲの光学的効果と併せたＳＰＲの光学的効果を示す。

プリズム１０（１−４）は、光ビーム１５のポインティングまたは角度および／またはビームダイバージェンスを検出するために、ガラスなどの光透過性材料から成ってもよい。光ビーム１５のビーム角「ａ」またはポインティング方向または入射角を検出するために、プリズム１０（１）は、少なくとも１つの物理的または光学的特性をサポートしてもよい。図示されるように、図１Ａのビーム角「ａ」のビームは、矢印１５ａにより示される内部反射と、矢印１５ｂにより示される屈折を示す可能性がある。しかしながら、図１Ｂに示されるように、プリズム１０（２）は、ビーム角「ａ」の光ビーム１５に対して、矢印１５ｃにより示されるように全反射（ＴＩＲ）をサポートする可能性がある。さらなる実施例においては、本明細書で説明されるプリズム１０（２）などの光学素子は、理論上のＴＩＲ未満の最大反射率を提供する。このＴＩＲを有するプリズム１０（２）は、光ビーム１５のビーム角「ａ」またはポインティング方向または入射角の測定に用いられてもよい。

ＴＩＲによって利用可能とされた所与の角感度を増大させるために、プリズム１０（３）の表面２０の一部は、図１Ｃに示すように、コーティング層２５でコーティングされていてもよい。コーティング層２５は、２つのビーム角ａ、ａ’の間のビーム角の変動、すなわち、入射照明の干渉法によるアライメントに対する、対応する光ビーム１５のポインティング方向または入射角、の測定を可能とする材料から成っていてもよい。プリズム１０（３）の斜辺の表面上にコーティング層２５を形成可能な材料の例は、金属および誘電体を含む。よく使用される金属層は、アルミニウム、銀、および金を含む。誘電体層は、ガラスまたはしばしば石英ガラス（ＦＳ）から製造される。

本発明の一実施形態において、プリズム１０（４）は、図１Ｄに示されるように、プリズム１０（４）の表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）をサポートするコーティングスタック２５（１）が設けられてもよい。一実施形態において、プリズム１０（４）は、照明器５０の光学トレイン（optical train）３０に設けられてもよい。各共鳴が吸収振幅ノッチ（absorption amplitude notch）および関連するフェイズノッチ（phase notch）を含んだくし状の共鳴を有する信号を生成するために、コーティングスタック２５（１）は、その上に薄い金属層２５ａおよび誘電体層２５ｂを備えてもよい。別の実施形態において、コーティングスタック２５（１）は、厚い誘電体層で覆われた薄い金属層を備えてもよい。

作動中、光がプリズム１０（４）に入射し、かなりの急角度でプリズム１０（４）の斜辺に当たると、ＴＩＲが発生する。角度「ａ’」などのこの急角度は、一般に、臨界角と呼ばれる。臨界角は、材料に入射する光の角度であり、例えば、プリズム１０（４）が形成される材料の屈折率に関係している。光が臨界角よりも小さい角度でプリズム１０（４）に当たる場合、図１Ａのプリズム１０（１）に示されるように、光は透過するだけである。もちろん、光は、材料の種類に基づいて屈折または曲げられるかもしれないが、基本的にはプリズム１０（１）を透過する。臨界角または臨界角よりも大きい任意の角で当たると、図１Ｂのプリズム１０（２）により示されるように、光は全反射する。言い換えると、プリズム１０（２）の斜辺の両面が理想的な鏡面として機能するので、大きな光の損失が無い理想的に１００％の反射が生じる。

図１Ｂを参照して、光ビーム１５のポインティングまたは角度またはビームダイバージェンスを検出するための方法が提供される。この方法は、光ビーム１５のビーム角「ａ’」またはポインティング方向または入射角のうち少なくとも１つを検出するために、光学トレイン内に表面２０を有するプリズム１０（２）などの透過型光学素子を設けるステップを備え、プリズム１０（２）は、光ビーム１５のビーム角「ａ’」またはポインティング方向または入射角を測定するために、全反射（ＴＩＲ）をサポートする。

図１Ｃを参照して、全反射（ＴＩＲ）に基づいた所与の角感度を増大させるために、プリズム１０（３）などの透過型光学素子の表面２０の一部が、光ビーム１５のビーム角「ａ’」またはポインティング方向または入射角の変動を測定するためにコーティングされてもよい。

図１Ｄを参照して、くし状の共鳴部分を有する信号を生成するために、プリズム１０（４）等の透過型光学素子における表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）をサポートするコーティングスタック２５（１）が設けられてもよい。このくし状部分において、各共鳴は、吸収振幅ノッチおよび関連するフェイズノッチを含む。吸収振幅ノッチは均一な角度に分離されている可能性があるが、個々の吸収振幅ノッチは各ノッチにわたって非対称な吸収応答を示す。コーティングスタック２５（１）は、光ビーム１５の方向を変化させる少なくとも１つの物理的および／または光学的特性を有してもよい。

図１Ｅを参照すると、本発明の一実施形態に係る、電子光学検出器（electronic optical detector）１０２と、ＳＰＲスタック２５（１）を有する光学プリズム１０ａと、を備えるビームポインティングおよび／またはダイバージェンスセンサ１００が説明されている。検出器１０２の一例は、フォトダイオードである。ＳＰＲポインティング測定の例において、干渉法によるアライメント１１０を用いた入射照明１０５は、光学プリズム１０ａに衝突する可能性がある。例えば、干渉法によるアライメント１１０を用いた入射照明１０５は、光学プリズム１０ａのＳＰＲスタック２５（１）に４５°で衝突する。電子光学検出器１０２は、９０％〜１０％の光で光信号の強度を検出してもよい。ＳＰＲスタック２５（１）は、アルミニウム（ＡＬ）などによる２３ｎｍの金属層、および二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などの１ｍｍの厚みの誘電体層を備えてもよい。

光ビーム１５の光ビームポインティングを測定するためのビームポインティングおよび／またはダイバージェンスセンサ１００は、表面が光学トレイン内に配置されているプリズム１０ａを備えてもよい。プリズム１０ａは、光ビーム、例えば入射照明１０５、に対して全反射（ＴＩＲ）を可能とする透過性材料から成っていてもよい。検出器１０２は、入射照明１０５のビームポインティング、ビーム位置、またはダイバージェンスのうち少なくとも１つの変動を電気的に検出してもよい。

図１Ｅの一実施形態に示されるように、プリズム１０ａの表面の一部は、入射照明１０５のビーム角、ビームポインティング方向、またはダイバージェンスのうち少なくとも１つを測定するために、プリズム１０ａが入射照明１０５を受光するコーティングを含む。このコーティングは、入射照明１０５の方向を変化させる少なくとも１つの物理的または光学的な特性を有してもよい。このコーティングは、透過と反射の間の全反射（ＴＩＲ）の遷移（transition）が発生する率を改善する可能性がある。このコーティングは、ＳＰＲスタック２５（１）ａなどの多層スタックを備えてもよい。このような多層スタックは、吸収光学材料と透過光学材料の二層スタックを含んでもよい。二層スタックは薄い吸収金属層とそれに続く厚い誘電体層を備えてもよいが、薄い吸収金属層と厚い誘電体層の二層スタックは、導波路を可能とする。この場合、導波路などの二層スタックは、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を可能とする。厚い誘電体層は、真空蒸着またはスパッタされた実質的に平行平面板であってもよい。あるいはまた、この平面板は、光学的に制御されていてもよい。

図１Ｆを参照すると、本発明の一実施形態に係る、電子光学検出器１０２と、厚みに段のあるスタック形状のＳＰＲ誘電体層１１５を有するＳＰＲスタック２５（１）を備えた光学プリズム１０ａと、を備えるビームポインティングおよび／またはダイバージェンスセンサ１００ａが説明されている。入射照明１０５は、入射照明の様々な公称角および範囲を検出するために、段付きＳＰＲスタックの厚みの異なる部分を横切ってスキャンされてもよい。このように、コーティングまたはＳＰＲスタック２５（１）ａは、段付きウェッジ形状の誘電体層を含み、段付きウェッジは、誘電体層の厚みが異なる第１部分および第２部分を含む。

図１Ｇを参照すると、本発明の一実施形態に係る、電子光学検出器１０２と、くさび形ＳＰＲ誘電体層１２０を有するＳＰＲスタック２５（１）ａを備えた光学プリズム１０ａと、を備えるビームポインティングおよび／またはダイバージェンスセンサ１００ｂが説明されている。一実施形態において、例えば、厚い誘電体層がくさび形プレートであってもよい。厚みの異なるくさび領域をスキャンすることにより、可変角度範囲センサとして機能する単一センサが可能となる。このように、コーティングまたはＳＰＲスタック２５（１）ａは、くさび形プレートの形状の誘電体層を含む。ビームポインティングまたはダイバージェンスセンサ１００ｂなどのチューナブルレンジのポインティングおよび／またはダイバージェンスセンサを提供するために、くさび型プレート上の所望の照明領域にわたっって入射光ビーム１５がスキャンされてもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係る、Ｓ偏光方向Ｒ（ｓ）の反射率（％）を示す第１プロット２００ａをＰ偏光方向Ｒ（ｐ）の反射率（％）を示す第２プロット２００ｂとともに示す。すなわち、図２は、入射する光学放射の所与の波長に対する入射角の関数として、ＴＩＲの反射率のプロットを示している。約０〜４０ミリラジアン（ｍｒａｄｓ）の角度範囲にわたって透過光と全反射光の間の遷移（transition）が発生しているのが見て取れる。例えば、石英ガラス／空気界面における、矢印２１０により示された臨界点外の角度でのＴＩＲへの移行が図示されている。０〜１０ｍｒａｄｓの第１入射角範囲２０５（１）において、光は反射されていない。しかし、１０〜４０ｍｒａｄｓの第２角度範囲２０５（２）において、光は反射するように遷移する。最終的に、４０〜６０ｍｒａｄｓの第３角度範囲２０５（３）において、光は、矢印２１０により示された臨界点外の角度で全反射し始める。すなわち、理想的に１００％の光が第３角度範囲２０５（３）において反射されている。

ビームポインティングおよび／またはダイバージェンスモニタとして臨界点２１０外の角度でＴＩＲを用いるために、１０°〜４０°の第２角度範囲２０５（２）において、プリズム１０（２）または１０（３）に向けられた光または光ビーム１５のポインティングおよび／または入射角が変化する。プリズム１０（２）または１０（３）が光に対して移動していてもよいし、または光がプリズム１０（２）または１０（３）に対して移動していてもよい。すなわち、ビームポインティングは、角度並びにＳおよび／またはＰ偏光の関数として変化することができる。しかし、光ビーム１５のビームポインティング角「ａ」が１０°から４０°に向かって変化している場合（すなわち、ビーム角「ａ」が９０°のとき光ビーム１５はプリズム１０（２）の斜辺の表面２０に対して垂直である）、第２プロット２００ｂが示すように、特定のビームポインティング角に対して所定の対応する反射率を提供する可能性がある。例えば、１０度のビームポインティング角において５％の反射が存在するが、３０度のビームポインティング角において１０％の反射が存在し、または４０度において１００％の反射が存在する。

ビーム角のゲージ（gauge）として、ポインティング全反射ビームとなり得る反射ビームにおける反射光ビームの量または％を使用および／または測定することにより、本発明の一実施形態に係るビームポインティングセンサを形成可能である。例えば、ビームポインティングセンサは、０ｍｒａｄｓから４０度または±４０度のビームポインティング角および／または入射角の範囲において、所望の範囲においてこの角度を測定することにより、動作してもよい。

複数の入射角に対して反射ビーム光の量または％を測定することにより、実施形態に係るビームダイバージェンスセンサを形成できる。例えば、ビームダイバージェンスセンサは、０ｍｒａｄｓから４０度または±４０度の入射角範囲において動作可能である。

図１Ｄに示すように、プリズム１０（４）が本発明の一実施形態に係るＳＰＲアシストされたＴＩＲを提供してもよい。プリズム１０（４）の斜辺面に、薄い金属層２５ａが蒸着またはコーティングされてもよく、この層の上に誘電体層２５ｂなどの比較的厚い層がコーティングまたは蒸着されてもよい。プリズム１０（４）に対して適切な屈折率を有する所望の光学的な透過性材料を選択することにより、例えばガラスを用いることにより、光が層２５ａおよび２５ｂに衝突するときに正常に全反射するようにスタック２５（１）の共鳴を選択できる。光の一部は、金属層２５ａにより吸収される可能性があり、層の平面に沿って導波路のように内部に進み、角共鳴、言い換えればＳＰＲを生成する。

図３は、本発明の一実施形態に係る、入射する光学放射の所与の波長に対する入射角の関数として、非コーティングの反射率のプロット４００ａおよびＴＩＲと、強化光学コーティングの反射率のプロット４００ｂを概略的に示す。強化光学コーティングプロット４００ｂは、ＴＩＲ遷移の角度応答を狭めていることが分かる。このＴＩＲへの移行は、勾配を高めるためのコーティングの有無にかかわらず、石英ガラス／空気界面で見られる。

図４は、本発明の一実施形態に係る、入射する光学放射の所与の波長に対する入射角の関数として、ＴＩＲ−ＳＰＲの反射率のプロットを示す。照明の入射角の関数としてのＳＰＲのプロットが、光が全反射から全吸収へと遷移する比較的タイト又は非常に小さい角度範囲の共鳴とともに示されている。図４に示すように、角度の関数である周期現象として、くし形ノッチ（a comb of notches）共鳴が発生する。Ｒ（ｓ）曲線２００ａおよびＲ（ｐ）曲線２００ｂとして示されている異なるＲ偏光およびＳ偏光の２つのプロットは、１８０°オフセットされている。Ｓ偏光Ｒ（ｓ）に関する第１くし状部４００ａおよびＰ偏光Ｒ（ｐ）に関する第２くし状部４００ｂは、ビームポインティング角の軸において間隔をあけて交互になっている。ＳＰＲのプロットは、ＳＰＲ効果により生成されたくし形ノッチの吸収共鳴を示している。ＳＰＲは、角度選択性の範囲をμｒａｄのレジーム（regime）に狭めることが分かる。

図１Ｅに示されたセンサは、光ビーム１５のポインティングおよび／または入射角を検出するために電子検出器１０２を用いている。ＳＰＲスタック２５（１）ａは、角共鳴が吸収振幅ノッチと関連する位相ノッチとを含むくし形の共鳴を有する信号を生成する。吸収振幅ノッチは、均等な角度に分離されているが、個々の吸収振幅ノッチは、各ノッチにわたって非対称の吸収応答を示す。

図５は、本発明の一実施形態に係る、１つのＳＰＲ共鳴ノッチおよび反射によるその関連した位相シフトを示す。吸収の非対称が共鳴ノッチの正側および負側の関数として見られる。表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）をサポートするコーティングスタック２５（１）はさらに特定の厚みの誘電体を含んでもよい。コーティングスタック２５（１）の誘電体の厚みを調整することにより、吸収ノッチの角位置（absorption notch angular location）または角ノッチ幅（angular notch width）のうち少なくとも１つが公称のビーム入射角およびビーム入射角範囲の選択のために最適化されてもよい。コーティングスタック２５（１）の吸収性材料の厚みを調整することにより、ビームのポインティングおよび／またはダイバージェンス測定の信号対雑音比（ＳＮＲ）を高めるためにＳＰＲの吸収振幅ノッチ深さ（absorption amplitude notch depth）が最適化されてもよい。このようにして、電子検出器１０２は、信号の非対称性を用いて、正または負の角度誤差を測定する。

図６は、本発明の一実施形態に係る、ＳＰＲ誘電体フィルム厚、吸収ノッチ角の公称位置、およびＳＰＲ吸収ノッチの角度幅の間の関係を示す。

図７は、本発明の一実施形態に係る、ＳＰＲ吸収ノッチの深さを最適化するためのＳＰＲ吸収層厚の調整を示す。

図８は、本発明の一実施形態に係る、入射照明の範囲を１つのＳＰＲ吸収ノッチに限定することを示す。図８はさらに、角度範囲限定デバイスを生成するために、入射放射線の範囲を２つの隣接するＳＰＲ吸収ノッチに限定することを示している。すなわち、コーティングスタック２５（１）の吸収性材料厚を調整することは、入射照明角の範囲をくし形共鳴の１つの吸収振幅ノッチに限定することを必要とする。角度範囲リミッタとして機能するために、入射照明角の範囲は、入射照明角の範囲をくし形共鳴の少なくとも２つの隣接する吸収振幅ノッチの区間に設定することにより、限定されてもよい。

図９Ａは、本発明の一実施形態に係る、−１５〜＋１５ミリラジアンの範囲のビームポインティングおよび／または入射角に対する反射強度パーセント（％）のＳおよびＰ偏光の共鳴ノッチＰ−ｐｏｌ９００ａおよびＳ−ｐｏｌ９００ｂのプロットを示す。ＳＰＲのプロットは、照明の偏光方向の関数として示されている。共鳴のくし状部は、偏光方向の関数として角度配置（angularly located）されてもよいが、ＳおよびＰ偏光吸収のくし状部は、互いに対して１８０度位相がずれていてもよい。直交偏光方向は、１８０度位相がずれていることが分かる。

図９Ｂは、本発明の一実施形態に係る、ＳＰＲ共鳴ノッチが１８０度位相がずれた反射位相のＳおよびＰ反射位相Ｐ−ｐｏｌ９０５ａおよびＳ−ｐｏｌ９０５ｂのプロットを示す。ＳおよびＰ反射位相Ｐ−ｐｏｌ９０５ａおよびＳ−ｐｏｌ９０５ｂのプロットは、−１５〜＋１５ミリラジアンの範囲のビームポインティングおよび／または入射角の関数として、０〜６ラジアンの範囲内に示されている。

図１０Ａは、本発明の一実施形態に係る、ＳＰＲ吸収共鳴ノッチが照明偏光方向の関数として同相であるＳＰＲのプロットを示す。直交するＳおよびＰ偏光方向が同相であることが分かる。この構成は、同じ公称入射照明角を用いることにより、直交偏光方向の正確な検出を可能とする。

図１０Ｂは、本発明の一実施形態に係るＳＰＲ光位相のプロットを示す。ここでは、ＳＰＲ位相のプロットは、照明の偏光方向の関数として同相である。直交するＳおよびＰ偏光方向が同相であることが分かる。この構成は、同じ公称入射照明角を用いることにより、直交偏光方向の同時検出を可能とする。

図１１は、本発明の一実施形態に係る、狭い照明軸角の分離（separation of narrow optical illuminatin angle）を強化するために、カスケードの光学スタック１１００をさらに設ける光学的な実施形態を示している。カスケードスタックの実施形態は、光ビームポインティングセンサおよび／またはダイバージェンスセンサの公称のキャプチャレンジよりも実質的に大きい角度範囲または開口数（ＮＡ）で、入射光ビーム１１１５を増強検出（enhanced detection）することを可能とする。ここで、カスケードの光学スタック１１００は、狭い軸角の分離（separation of narrow optical angle）を強化するためにコーティングスタック２５（１）内に設けられてもよい。従って、バイレイヤスタック（bi-layer stack）の多数のコーティングが、入射検出のビーム角を高めるためにつなげられてもよい。バイレイヤスタックのカスケードされたコーティングは、コーティングされたＴＩＲ面に続いてＳＰＲ面を提供するよう構成されてもよく、これは検出される入射光ビームの角度幅を制限する。

図１２は、本発明の一実施形態に係る、図１１のくさび形構成１２００を示す。くさび形構成１２００は、ビームポインティングおよび／またはダイバージェンスセンサのキャプチャレンジよりも実質的に大きい角度範囲または開口数（ＮＡ）で、１つ以上の光ビームを増強検出するために、狭い軸角の分離を用いてもよい。

図１３は、本発明の一実施形態に係る、測定される光ビーム１５を伝搬する光学システムの照明瞳１３００の強度分布の操作による狭い照明角の分離を示す。図１３はさらに、測定される光学システムの照明瞳１３００の強度分布の操作を示している。瞳強度の領域が分離しており、分離した瞳の小区分であるので、この瞳の強度分布の操作は、空間範囲において極性がある。この例において、瞳は、分離しており、且つ直交ＳおよびＰ偏光の分離した瞳の小区分である狭い強度ポール（narrow poles of intensity）に限定されている。すなわち、分離した瞳の小区分は、直交偏光方向（orthogonal polarization orientation）を有している。

図１４は、本発明の一実施形態に係る、結合ＸおよびＹプリズム１４００を概略的に示している。カスケードされたＳＰＲ面は、ＸおよびＹ方向の公称ビーム角をそれぞれ続けて吸収する。この結合ＸおよびＹプリズム１４００は、別々のＳおよびＰ偏光を用いて、ビームポインティングおよび／またはダイバージェンスのＸ方向とＹ方向とを識別する。すなわち、センサは、ビームポインティングおよび／またはダイバージェンスのＸ方向とＹ方向とを識別するために、ＳおよびＰ偏光を分離する結合ＸおよびＹプリズム１４００を含んでもよい。このようなセンサにおいて、偏光光学素子がＸ偏光方向とＹ偏光方向とを識別するために用いられてもよい。

図１５Ａは、本発明の一実施形態に係る、光ビームのポインティングおよび／またはダイバージェンス測定用のビームポインティングセンサおよび／またはダイバージェンスセンサ１００ａなどの装置を用いる方法のブロック図を概略的に示している。ブロック１５００において、入射放射線がビームポインティングセンサ１００ａに提供される。ブロック１５０５において、全反射（ＴＩＲ）がＳＰＲスタック２５（１）ａを用いて提供される。ブロック１５１０に示されるように、ＳＰＲスタック２５（１）ａのコーティングを用いて、コーティング強化反射（coating enhanced reflection）が提供される。最終的に、ブロック１５１５において、電子光学検出器１０２がビームポインティングセンサ１００ａの電子検出を提供する。

図１５Ｂは、本発明の一実施形態に係るリソグラフィツール１５５０を概略的に示している。ビームポインティングセンサ１００ａなどの装置は、リソグラフィツール１５５０等のリソグラフィ結像システムにおいて光ビームを光学的にモニタする。リソグラフィツール１５５０は、光源１５５５と、照明光学系１５６０と、感光性材料１５７０を処理および／または露光するための投影光学系１５６５とを備えてもよい。

リソグラフィツール１５５０は、光ビームのビームポインティング、ビーム位置、またはビームダイバージェンスのうち少なくとも１つの変動を測定するために、ビームポインティングセンサ１００ａをさらに備えてもよい。ビームポインティングセンサおよび／またはダイバージェンスセンサ１００ａは、光ビームのビームポインティングまたはビーム位置のうち少なくとも１つの変動測定において相対的に高い角感度を可能とする全反射（ＴＩＲ）を提供するよう構成された光学プリズム１０ａなどの光学部品を含んでもよい。ビームポインティングセンサおよび／またはダイバージェンスセンサ１００ａは、光ビームの変動および／またはビームダイバージェンスを電気的に検出するために、光学プリズム１０ａなどの光学部品に関連して構成された電子光学検出器１０２などの第１検出器をさらに含んでもよい。

ビームポインティングセンサおよび／またはダイバージェンスセンサ１００ａは、光ビームの入射角の関数として急峻な透過率のカットオフを可能とする光学コーティングを含んでもよい。光学プリズム１０ａなどの光学部品は、全反射（ＴＩＲ）を提供し、且つバンドパスモニタを形成する光学コーティングを有してもよい。

図１６は、本発明の一実施形態に係る、追加的な選択ステップを備えた図１５Ａの方法のブロック図を概略的に示している。ブロック１６００においてＴＩＲが提供され、ブロック１６０５においてＳＰＲが得られる。ブロック１６１０に示されるように、光ビームは、電気的に検出される。ブロック１６１５においてスキャンが実行され、ブロック１６２０において任意の信号処理が完了される。

図１７は、本発明の一実施形態に係る、偏光およびカスケードＳＰＲセンサを含んだブロック図を概略的に示している。ブロック１７００において、偏光照明瞳が提供される。ブロック１７０５において、入射放射線が方向付けられる。ブロック１７１０において、コーティング強化反射が得られる。同様に、ブロック１７１５において全反射が得られる。ブロック１７２０においてＳＰＲ１が提供され、ブロック１７２５においてＳＰＲ２が提供される。ブロック１７３０においてスキャンが行われる。ブロック１７３５において電子検出が実行され、ブロック１７４０において任意の信号処理が完了される。

図１８は、本発明の一実施形態に係る空間分布型のポインティングセンサおよび／またはダイバージェンスセンサ１８００を概略的に示している。電子光学検出器１０２は、フォトダイオードアレイ１８０５を含んでおり、従ってプリズム１０ｂのプリズム表面１８１０にわたって様々な空間的に分布したセンサ応答を検出する。図１８はさらに、ＳＰＲアセンブリとフォトダイオードアレイ１８０５などの検出器を備える電子光学検出器１０２との間に光学偏光素子１８１５を追加することを示している。この電子検出器のアレイは、光ビーム１５のポインティングまたは入射角と反射強度の両方を検出してもよい。フォトダイオードアレイ１８０５は、プリズム１０ｂの表面１８１０にわたって様々な空間的に分布したセンサ応答を検出してもよい。

図１８はさらに、空間的に分布したＳＰＲスタック表面パターンを有するプリズム表面１８１０を示している。パターン形成領域１８２０の異なる小区分が独特の機能性を備えて形成されてもよい。この場合には、結合した機能性を備えた空間分布型ビームポインティングセンサおよび／またはダイバージェンスセンサ１８００は、パターン形成領域１８２０表面の個々の小区分に問い合わせを行うことによりアドレス指定されてもよい。一例として、隣接する小区分は、だんだんと大きくまたは小さくなる公称ビーム入射角を検出するよう工夫されてもよい。特に、バイレイヤスタックは、コーティングの小区分が位置の関数として独立して機能するよう少なくとも横方向に定義またはパターン形成されたバイレイヤスタックとして構成されてもよい。このようにして、選択可能な入射ビーム角の範囲が解析される。

図１９Ａは、本発明の一実施形態に係る干渉法による第１センサ１９００の実施形態を概略的に示している。第１センサ１９００は、入射照明１９１０を２つの経路に分割する非偏光ビームスプリッタ１９０５と、該経路の一方にある透過型光学素子１９０２上のＳＰＲ−ＴＩＲスタック１９１５と、ビームスプリッタの再結合部分と、強度検出器１９２０と、差動位相検出センサ１９２５とを備える。すなわち、差動ビーム（differential beam）を電気的に検出するために、第２検出器は透過型光学素子１９０２および第１検出器などの光学部品に応じて配置されてもよい。第１センサ１９００においては、例えば、相対的に高い角感度をさらに強化するために、コンバイナは干渉法により光ビームを差動ビームと結合してもよい。

図１９Ｂは、本発明の一実施形態に係る、偏光方向（polarization orientation）を識別する第２センサ１９５０の実施形態を概略的に示している。第２センサ１９５０は、入射照明１９１０を２つの経路に分割するビームスプリッタ１９０５ａと、一方の経路にある透過型光学素子１９０２上のＰ偏光ＳＰＲスタック１９１５ａと、他方の経路にあるＳ偏光ＳＰＲスタック１９１５ｂと、ビームスプリッタの再結合部分と、強度検出器１９２０とを備える。この場合、第２センサ１９５０は、入射光ビーム１９１０からＳ偏光照明とＰ偏光照明とを分離するために、透過型光学素子１９０２上に一対のコーティングスタックを備える。第２センサ１９５０は、同じ公称入射角においてＳおよびＰ偏光の同時検出を可能とするために、互いに同相の別々のＳおよびＰ偏光を形成する。一実施形態において、バイレイヤスタックのカスケードコーティングが、光ビーム１５から入射照明１９１０のＳ偏光とＰ偏光とを分離するよう構成されてもよい。分離したＳおよびＰ偏光は、互いに同相で取得されてもよい。これにより、同じ公称入射角においてＳおよびＰ偏光の同時検出が可能となる。

図２０は、本発明の一実施形態に係る、電気光学的なアドレス可能なＳＰＲセンサ２０００の実施形態を概略的に示している。ＳＰＲセンサ２０００は、電気光学的な表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）スタック２５（１）ｂを含む電気光学的なアドレス可能素子２０２０を備える。電気光学ＳＰＲスタック２５（１）は、誘電体層またはセグメント化され且つアドレス可能な空間的な電気光学コーティングを提供するために、パターン形成された電気光学コーティングの少なくとも１つを備えてもよい。

本発明の一実施形態に係るＳＰＲセンサ２０００はさらに、フォトダイオードアレイ１８０５を含む電子光学検出器１０２を備える。従って、端子２１１０ａおよび２０１０ｂにおける電圧Ｖの電気入力に応じて、プリズム１０ｂのプリズム表面２０２０にわたって様々な空間的に分布したセンサ応答を検出する。図２０はさらに、ＳＰＲアセンブリと電子光学検出器１０２との間に光学偏光素子１８１５等の回転可能な偏光子の追加を示している。

図２１は、本発明の一実施形態に係る、セグメント化された電気光学的なアドレス可能なＳＰＲセンサ２１００を概略的に示している。図２１はさらに、空間的に分布したＳＰＲスタックの表面パターンを有するプリズム１８１０を示している。パターン形成領域１８２０の異なる小区分が独特の機能性を備えて形成されてもよい。ＳＰＲセンサ２１００はさらに、本発明の一実施形態に係るフォトダイオードアレイ１８０５を含む電子光学検出器１０２を備える。従って、端子２１０５（１−ｍ）および２１１０における電圧Ｖの電気入力に応じて、プリズム１０ｂのプリズム表面１８１０にわたって様々な空間的に分布したセンサ応答を検出する。

図２２は、本発明の一実施形態に係るＳＰＲセンサに基づいたスラブ導波路２２００を概略的に示している。スラブ導波路２２００は、一連のチャネル２２０５（１−ｎ）を提供することができ、各々のチャネルがＳＰＲセンサとして機能する。

図２３は、本発明の一実施形態に係る、円筒形状のＳＰＲセンサとして用いられる円筒形センサ要素２３００を概略的に示している。円筒形センサ要素２３００は、光ファイバ製造プロセスを用いて形成された光学パイプ、光ファイバ、または光導波路のうち少なくとも１つを含んでもよい。円筒形状のＳＰＲセンサは、理想的には、長方形状のセンサと同じように機能する。円筒形状のＳＰＲインタフェースにおけるＴＩＲは、照明を、複数の連続する跳ね返りによりファイバまたは光パイプ２３０５を通して、その放出面まで運ぶ。

本発明の一実施形態によれば、センサ１００ａなどの上述のセンサのうちいずれか１つは、光ビームのビームポインティングおよび／またはビーム位置のうち少なくとも１つを直接測定するために、光マスクレス照明器内に配置されてもよい。上述したように、センサ１００ａは、ＳＰＲスタック２５（１）ａなどのフィルムスタックを備えてもよい。これは、フィルムスタックのフィルム材料または厚みのうち少なくとも１つに基づいて所望の表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を提供する。フィルム材料は、少なくともガラス−薄い金属−誘電体のスタックを含んでもよいし、または、フィルムスタックの厚みは、フィルムスタックが入射ビーム角および偏光に対して比較的敏感になるようにしてもよい。フィルムスタックは、光ビームの入射角の関数として偏光位相の遷移（polarization phase transition）を提供してもよい。光学プリズム１０ａなどの光学部品に所望の表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を与えるフィルムスタックは、帯域通過モニタまたは帯域制限モニタのうち少なくとも１つにおいて全反射（ＴＩＲ）状態を提供するよう構成されてもよい。

本発明の一実施形態によれば、リソグラフィ結像システムにおける光ビームの光学的なモニタ方法が提供される。この方法は、光ビームのビームポインティングまたはビーム位置のうち少なくとも１つの変動を測定するために、相対的に高い角感度を可能とする全反射（ＴＩＲ）を提供するよう光学部品を構成するステップを備えてもよい。この方法は、光ビームの変動を電気的に検出するステップをさらに備えてもよい。全反射（ＴＩＲ）を提供するよう光学部品を構成するステップは、光ビームの入射角の関数として急峻な透過率のカットオフを可能とするために、光学プリズム１０ａなどの光学部品を光学的にコーティングするステップをさらに備えてもよい。

光学プリズム１０ａなどの光学部品を光学的にコーティングすることにより、全反射（ＴＩＲ）に基づいて所与の角感度を増大させる光学コーティングを有する光学部品を用いて帯域通過モニタが形成されてもよい。比較的高い角感度をさらに強化するために、差動ビームが電気的に検出されてもよいし、干渉法により光ビームと結合されてもよい。フィルム材料またはフィルムスタック厚のうち少なくとも１つに基づいて所望の表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を可能とするために、ＳＰＲスタック２５（１）ａなどのフィルムスタックが設けられてもよい。

図２４は、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す図である。この装置は、照明光学系ＩＬ、パターニング用デバイスＰＤ、基板テーブルＷＴ、及び投影光学系ＰＳを備える。照明光学系（照明器）ＩＬは、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射）を調整するよう構成されている。実施例において、本明細書において説明される光学部品はビームＢの特性を測定できる。光学部品は、例えばプリズム１０（２）などであるが、これに限定されない。

パターニング用デバイスＰＤ（例えばレチクル、マスク、または個別制御可能素子アレイ）はビームを変調する。普通は個別制御可能素子アレイは投影光学系ＰＳに対して位置が固定されるが、あるパラメータに従って正確に位置決めする位置決め装置に接続されていてもよい。

基板テーブルＷＴは、基板（例えばレジストが塗布された基板）Ｗを支持するよう構成されており、あるパラメータに従って基板を正確に位置決めする位置決め装置ＰＷに接続されている。

投影光学系（例えば屈折投影レンズ光学系）ＰＳは、個別制御可能素子アレイにより変調された放射ビームを基板Ｗの（例えば１つ又は複数のダイからなる）目標部分Ｃに投影するよう構成されている。

照明光学系は、屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子、あるいは他の種類の光学素子などの各種の光学素子、またはこれらの組合せを含み、放射ビームの向きや形状、あるいは他の特性を制御するためのものである。

本明細書において「パターニング用デバイス」または「コントラストデバイス」なる用語は、例えば基板の目標部分にパターンを生成する等、放射ビーム断面を変調するのに用い得るいかなるデバイスをも示すよう広く解釈されるべきである。これらのデバイスは静的なパターニング用デバイス（例えばマスクやレチクル）であってもよいし、動的なパターニング用デバイス（例えばプログラム可能な素子の配列）であってもよい。簡単のために本説明のほとんどは動的パターニング用デバイスの観点でなされているが、本発明の範囲を逸脱することなく静的パターニング用デバイスを用いることも可能であるものと理解されたい。

放射ビームに付与されるパターンは、パターンが位相シフトフィーチャあるいはいわゆるアシストフィーチャを例えば含む場合には基板の目標部分に所望されるパターンと厳密に一致していなくてもよい。また、基板に最終的に形成されるパターンは、個別制御可能素子アレイ上に形成されるパターンにどの時点においても一致しないようになっていてもよい。このような事態は、基板の各部に形成される最終的なパターンが所定時間または所定回数の露光の重ね合わせにより形成され、かつこの所定の露光中に個別制御可能素子アレイ上のパターン及び／またはアレイと基板との相対位置が変化する場合に起こりうる。

通常、基板の目標部分に生成されるパターンは、その目標部分に生成されるデバイス例えば集積回路やフラットパネルディスプレイの特定の機能層に対応する（例えばフラットパネルディスプレイのカラーフィルタ層や薄膜トランジスタ層）。パターニング用デバイスの例としては、例えば、レチクル、プログラマブルミラーアレイ、レーザダイオードアレイ、ＬＥＤアレイ、グレーティングライトバルブ、及びＬＣＤアレイなどがある。

電子的手段（例えばコンピュータ）によりパターンをプログラム可能であるパターニング用デバイスは、例えば複数のプログラム可能な素子を含むパターニング用デバイス（例えば１つ前の文章に挙げたものではレチクルを除くすべてのものが該当する）であり、本明細書では総称して「コントラストデバイス」と呼ぶこととする。一実施例において、パターニング用デバイスは少なくとも１０個、少なくとも１００個、少なくとも１０００個、少なくとも１００００個、少なくとも１０００００個、少なくとも１００００００個、または少なくとも１０００００００個のプログラム可能な素子を備えてもよい。

プログラマブルミラーアレイは、粘弾性制御層と反射表面とを有するマトリックス状のアドレス指定可能な表面を備えてもよい。この装置の基本的な原理は例えば、反射表面のうちアドレス指定されている区域が入射光を回折光として反射する一方、アドレス指定されていない区域が入射光を非回折光として反射するというものである。適当な空間フィルタを用いることにより、反射光ビームから非回折光を取り除いて回折光だけを基板に到達させるようにすることができる。このようにして、マトリックス状のアドレス指定可能表面にアドレス指定により形成されるパターンに従ってビームにパターンが付与される。

なお代替例として、フィルタにより回折光を取り除いて基板に非回折光を到達させるようにしてもよい。

同様にして回折光学ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）デバイスを用いることもできる。一例としては、回折光学ＭＥＭＳデバイスは、入射光を回折光として反射する回折格子を形成するよう変形される複数の反射性のリボン状部位を備える。

プログラマブルミラーアレイの他の例においては、マトリックス状の微小ミラーの配列が用いられる。各微小ミラーは局所的に電界を適宜付与されることによりまたは圧電駆動手段を使用することにより各々が独立に軸周りに傾斜しうる。繰り返しになるが、ミラーはマトリックス状にアドレス指定可能に構成されており、アドレス指定されたミラーは入射する放射ビームをアドレス指定されていないミラーとは異なる方向に反射する。このようにしてマトリックス状のアドレス指定可能なミラーにより形成されるパターンに従って反射ビームにパターンが付与されうる。必要とされるマトリックス状アドレス指定は、適宜の電子的手段を使用して実行することができる。

パターニング用デバイスＰＤの他の例はプログラム可能なＬＣＤアレイである。

リソグラフィ装置は１つ以上のコントラストデバイスを備えてもよい。例えば、リソグラフィ装置は、複数の個別制御可能素子アレイを有し、それぞれの素子が互いに独立に制御されるものであってもよい。この構成においては、個別制御可能素子アレイのうちのいくつかのアレイまたはすべてのアレイが少なくとも１つの照明光学系（または照明光学系の一部）を共有していてもよい。斯かるアレイは当該アレイ用の支持構造及び／または投影光学系（または投影光学系の一部）を共有していてもよい。

一実施例において、図２４に示される実施形態のように、基板Ｗは実質的に円形状である。基板Ｗは、その周縁部にノッチ及び／または平坦部を有していてもよい。一実施例において、基板は例えば長方形などの多角形形状である。基板が実質的に円形の場合、基板の直径は、少なくとも２５ｍｍである。一実施形態において、基板の直径は最大５００ｍｍである。

基板の形状が実質的に円形の場合、基板の直径は少なくとも２５ｍｍ、例えば少なくとも５０ｍｍ、少なくとも７５ｍｍ、少なくとも１００ｍｍ、少なくとも１２５ｍｍ、少なくとも１５０ｍｍ、少なくとも１７５ｍｍ、少なくとも２００ｍｍ、少なくとも２５０ｍｍ、または少なくとも３００ｍｍである。一実施形態において、基板の直径は長くても５００ｍｍ、長くても４００ｍｍ、長くても３５０ｍｍ、長くても３００ｍｍ、長くても２５０ｍｍ、長くても２００ｍｍ、長くても１５０ｍｍ、長くても１００ｍｍ、または長くても７５ｍｍである。一実施例において、基板の１辺の長さは最大でも１０００ｃｍである。

基板が例えば長方形などの多角形の場合、基板の少なくとも１辺の長さ、または例えば少なくとも２辺または少なくとも３辺の長さが、少なくとも５ｃｍ、例えば少なくとも２５ｃｍ、少なくとも５０ｃｍ、少なくとも１００ｃｍ、少なくとも１５０ｃｍ、少なくとも２００ｃｍ、または少なくとも２５０ｃｍである。

基板が例えば長方形などの多角形の場合、基板の少なくとも１辺の長さ、または例えば少なくとも２辺または少なくとも３辺の長さが、少なくとも５ｃｍである。一実施例において、基板の少なくとも１辺の長さは最大でも１０００ｃｍである。

一実施例において、基板の少なくとも１辺の長さは、長くても１０００ｃｍ、長くても７５０ｃｍ、長くても５００ｃｍ、長くても３５０ｃｍ、長くても２５０ｃｍ、長くても１５０ｃｍ、または長くても７５ｃｍである。

一実施例においては、基板Ｗはウエハであり、例えば半導体ウエハである。一実施例において、ウエハの材料は、Ｓｉ（ケイ素）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、ＳｉＧｅＣ（シリコンゲルマニウムカーボン）、ＳｉＣ(炭化ケイ素)、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＧａＡｓ(ガリウムヒ素)、ＩｎＰ（インジウムリン）、ＩｎＡｓ（インジウムヒ素）から成るグループから選択される。一実施例ではウエハはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハである。一実施例では、ウエハはシリコンウエハである。一実施例では、基板はセラミック基板である。一実施例では、基板はガラス基板である。一実施例では、基板はプラスチック基板である。一実施例では、基板は（ヒトの裸眼で）透明である。一実施例では、基板は有色である。一実施例では、基板は無色である。

この基板の厚さは、例えば基板材料及び／または基板寸法に応じてある程度変更される。一実施例において、基板の厚さは、少なくとも５０μｍ、例えば少なくとも１００μｍ、少なくとも２００μｍ、少なくとも３００μｍ、少なくとも４００μｍ、少なくとも５００μｍ、または少なくとも６００μｍである。一実施例において、基板の厚さは、厚くても５０００μｍ、例えば厚くても３５００μｍ、厚くても２５００μｍ、厚くても１７５０μｍ、厚くても１２５０μｍ、厚くても１０００μｍ、厚くても８００μｍ、厚くても６００μｍ、厚くても５００μｍ、厚くても４００μｍ、または厚くても３００μｍである。

基板は露光前または露光後において例えばトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、計測装置、及び／または検査装置により処理されてもよい。一実施例ではレジスト層が基板に設けられる。

本明細書に使用されている「投影系」という用語は、例えば使用する露光放射に適した、もしくは液浸液の使用または真空の使用などの他の要因に適した、屈折光学系、反射光学系、カタディオプトリック光学系、磁気光学系、電磁気光学系および静電気光学系、またはそれらの任意の組合せを含む任意の種類の投影系が包含されているものとして広義に解釈されたい。本明細書における「投影レンズ」という用語の使用はすべて、より一般的な「投影系（投影システム）」という用語の同義語とみなすことができる。

投影系は、個別制御可能素子アレイにおけるパターンが基板上にコヒーレントに形成されるように当該パターンの像を形成する。これに代えて投影系は二次光源の像を形成してもよく、この場合個別制御可能素子アレイの各素子はシャッタとして動作してもよい。この場合には投影系は、例えば二次光源を形成し基板上にスポット状に像形成するために、例えばマイクロレンズアレイ（ｍｉｃｒｏ ｌｅｎｓ ａｒｒａｙ、ＭＬＡとして知られている）やフレネルレンズアレイなどの合焦用素子のアレイを含んでもよい。合焦用素子のアレイ（例えばＭＬＡ）は少なくとも１０個、例えば少なくとも１００個、少なくとも１０００個、少なくとも１００００個、少なくとも１０００００個、または少なくとも１００００００個の合焦用素子を備えてもよい。一実施例において、パターニング用デバイスにおける個別制御可能素子の数と合焦用素子のアレイにおける合焦用素子の数とは等しいか、あるいは、パターニング用デバイスにおける個別制御可能素子の数が合焦用素子のアレイにおける合焦用素子の数よりも多い。一実施例において、合焦用素子のアレイにおける１つ以上（例えばたいていは各アレイにつき１０００以上）の合焦用素子は、個別制御可能素子アレイにおける１つ以上、例えば２つ以上、または３つ以上、５つ以上、１０以上、２０以上、２５以上、３５以上、または５０以上、の個別制御可能素子に光学的に連関していてもよい。一実施例において、ＭＬＡは、少なくとも基板に近づく方向及び遠ざかる方向に（例えばアクチュエータを用いて）移動可能であってもよい。例えば１つ以上のアクチュエータを用いてもよい。基板に近づく方向及び遠ざかる方向にＭＬＡを移動させることができる場合には、基板を動かすことなく例えば焦点合わせをすることが可能となる。

図２４及び図２５に示されるように本装置は反射型（例えば反射型の個別制御可能素子アレイを用いる）である。透過型（例えば透過型の個別制御可能素子アレイを用いる）の装置を代替的に用いてもよい。

リソグラフィ装置は、２つ以上（２つの場合にはデュアルステージと呼ばれる）の基板テーブルを備えてもよい。このような多重ステージ型の装置においては、追加されたテーブルは並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルで露光が行われている間に１以上の他のテーブルで準備工程が実行されるようにしてもよい。

リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部が「液浸露光用の液体」で覆われるものであってもよい。この液体は比較的高い屈折率を有する例えば水などの液体であり、投影系と基板との間の空隙を満たす。液浸露光用の液体は、例えばパターニング用デバイスと投影系との間などのリソグラフィ装置の他の空間に適用されるものであってもよい。液浸技術は投影系の開口数を増大させる技術として周知である。本明細書では「液浸」という用語は、基板等の構造体が液体に完全に浸されているということを意味するのではなく、露光の際に投影系と基板との間に液体が存在するということを意味するに過ぎない。

再度図２４を参照すると、照明器ＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。一実施例においては、放射源により、少なくとも５ｎｍ、例えば少なくとも１０ｎｍ、少なくとも５０ｎｍ、少なくとも１００ｎｍ、少なくとも１５０ｎｍ、少なくとも１７５ｎｍ、少なくとも２００ｎｍ、少なくとも２５０ｎｍ、少なくとも２７５ｎｍ、少なくとも３００ｎｍ、少なくとも３２５ｎｍ、少なくとも３５０ｎｍ、または少なくとも３６０ｎｍの波長を有する放射が供される。一実施例においては、放射源ＳＯにより供される放射は、長くても４５０ｎｍ、例えば長くても４２５ｎｍ、長くても３７５ｎｍ、長くても３６０ｎｍ、長くても３２５ｎｍ、長くても２７５ｎｍ、長くても２５０ｎｍ、長くても２２５ｎｍ、長くても２００ｎｍ、または長くても１７５ｎｍの波長を有する。一実施例において、この放射は、４３６ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、及び／または１２６ｎｍの波長を含む。一実施例において、この放射は、３６５ｎｍ周辺または３５５ｎｍ周辺の波長を含む。一実施例において、この放射は、例えば３６５、４０５、および４３６ｎｍを包含する広帯域の波長を含む。３５５ｎｍのレーザ光源が用いられてもよい。例えば光源がエキシマレーザである場合には、光源とリソグラフィ装置とは別体であってもよい。この場合、光源はリソグラフィ装置の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームは光源ＳＯから照明器ＩＬへとビーム搬送系ＢＤを介して受け渡される。ビーム搬送系ＢＤは例えば適当な方向変更用ミラー及び／またはビームエキスパンダを含んで構成される。あるいは光源が水銀ランプである場合には、光源はリソグラフィ装置に一体に構成されていてもよい。光源ＳＯと照明器ＩＬとは、またビーム搬送系ＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射系と総称される。

照明器ＩＬは放射ビームの角強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えてもよい。一般にはアジャスタＡＤにより、照明器の瞳面における強度分布の少なくとも半径方向外径及び／または内径（通常それぞれ「シグマ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）」、「シグマ−インナ（σ−ｉｎｎｅｒ）」と呼ばれる）が調整される。加えて照明器ＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の要素を備えてもよい。照明器はビーム断面における所望の均一性及び強度分布を得るべく放射ビームを調整するために用いられる。照明器ＩＬ及び追加の関連構成要素は放射ビームを複数の分割ビームに分割するように構成されていてもよい。例えば各分割ビームが個別制御可能素子アレイにおける１つまたは複数の個別制御可能素子に対応するように構成してもよい。放射ビームを分割ビームに分割するのに例えば二次元の回折格子を用いてもよい。本明細書においては「放射ビーム」という用語は、放射ビームがこれらの複数の分割ビームを含むという状況も包含するが、これに限定されないものとする。

放射ビームＢは、パターニング用デバイスＰＤ（例えば、個別制御可能素子アレイ）に入射して、当該パターニング用デバイスにより変調される。放射ビームはパターニング用デバイスＰＤにより反射され、投影系ＰＳを通過する。投影系ＰＳはビームを基板Ｗの目標部分Ｃに合焦させる。位置決め装置ＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）により基板テーブルＷＴは正確に移動され、例えば放射ビームＢの経路に異なる複数の目標部分Ｃをそれぞれ位置決めするように移動される。また、個別制御可能素子アレイ用の位置決め手段が設けられ、例えば走査中にビームＢの経路に対してパターニング用デバイスＰＤの位置を正確に補正するために用いられてもよい。

一実施例においては、ロングストロークモジュール（粗い位置決め用）及びショートストロークモジュール（精細な位置決め用）により基板テーブルＷＴの移動を実現する。ロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールは図２４には明示されていない。一実施例では、この装置は、少なくとも基板テーブルＷＴを移動させるためのショートストロークモジュールがない。個別制御可能素子アレイを位置決めするためにも同様のシステムを用いることができる。必要な相対運動を実現するために、対象物テーブル及び／または個別制御可能素子アレイの位置を固定する一方、放射ビームＢを代替的にまたは追加的に移動可能としてもよいということも理解されよう。この構成は装置の大きさを小さくするのに役立ち得る。例えばフラットパネルディスプレイの製造に適用可能な更なる代替例として、基板テーブルＷＴ及び投影系ＰＳを固定し、基板Ｗを基板テーブルＷＴに対して移動させるように構成してもよい。例えば基板テーブルＷＴは、実質的に一定の速度で基板Ｗを走査させるための機構を備えてもよい。

図２４に示されるように放射ビームＢはビームスプリッタＢＳによりパターニング用デバイスＰＤに向けられるようにしてもよい。このビームスプリッタＢＳは、放射ビームがまずビームスプリッタＢＳにより反射されてパターニング用デバイスＰＤに入射するように構成される。ビームスプリッタを使わずに放射ビームをパターニング用デバイスに入射させるようにすることもできる。一実施例では、放射ビームは、０度から９０度の間の角度でパターニング用デバイスに入射する。または例えば５度から８５度の間、１５度から７５度の間、２５度から６５度の間、または３５度から５５度の間の角度であってもよい（図２４には９０度の例が示されている）。パターニング用デバイスＰＤは放射ビームＢを変調し、再度ビームスプリッタＢＳに向かって戻るように放射ビームＢを反射する。ビームスプリッタＢＳは変調されたビームを投影系ＰＳへと伝達する。しかしながら放射ビームＢをパターニング用デバイスＰＤに入射させ、そのまま更に投影系ＰＳに入射させるという代替的な構成も可能であることも理解されよう。特に透過型のパターニング用デバイスが用いられる場合には図２４に示される構成は必要とはされない。

図示の装置はいくつかのモードで使用することができる。

１．ステップモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンの全体が１回の照射で目標部分Ｃに投影される間、個別制御可能素子アレイ及び基板は実質的に静止状態とされる（すなわち１回の静的な露光）。そして基板テーブルＷＴがＸ方向及び／またはＹ方向に移動されて、異なる目標部分Ｃが露光される。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回の静的露光で結像される目標部分Ｃの寸法が制限されることになる。

２．スキャンモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、個別制御可能素子アレイ及び基板は同期して走査される（すなわち１回の動的な露光）。個別制御可能素子アレイに対する基板の速度及び方向は、投影系ＰＳの拡大（縮小）特性及び像反転特性により定められる。スキャンモードでは露光フィールドの最大サイズが１回の動的露光での目標部分Ｃの（非走査方向の）幅を制限し、走査移動距離が目標部分の（走査方向の）長さを決定する。

３．パルスモードにおいては、個別制御可能素子アレイは実質的に静止状態とされ、パルス放射源により基板Ｗの目標部分Ｃにパターンの全体が投影される。基板テーブルＷＴが実質的に一定の速度で移動して、ビームＢは基板上を線状に走査させられる。個別制御可能素子アレイ上のパターンは放射系からのパルス間に必要に応じて更新される。パルス照射のタイミングは、基板上の複数の目標部分Ｃが連続して露光されるように調整される。その結果、基板上の１つの短冊状領域にパターンが完全に露光されるようビームＢにより基板Wが走査されることになる。この短冊状領域の露光を順次繰り返すことにより基板Ｗは完全に露光される。

４．連続スキャンモードは基本的にパルスモードと同様である。異なるのは、変調された放射ビームＢに対して基板Ｗが実質的に等速で走査され、ビームＢが基板Ｗ上を走査し露光しているときに個別制御可能素子アレイ上のパターンが更新されることである。個別制御可能素子アレイのパターンの更新に同期させるようにした、実質的に一定の放射源またはパルス放射源を用いることができる。

５．ピクセルグリッド結像モードでは、基板Ｗに形成されるパターンはスポット状の露光を連続的に行うことにより実現される。このモードは図２５のリソグラフィ装置を使用して実現することができる。このスポット状の露光はスポット発生器により形成され、スポット発生器はパターニング用デバイスＰＤに適切に方向付けられて配置されている。スポット状の露光はそれぞれ実質的に同形状である。基板Ｗ上には露光スポットにより最終的に実質的に格子が描かれる。一実施例では、このスポットの寸法は最終的に基板上に描かれる格子のピッチよりも大きいが、毎回の露光時に露光スポットが形成する格子の大きさよりもかなり小さい。転写されるスポットの強度を変化させることによりパターンが形成される。露光照射の合間に各スポットの強度分布が変更される。

上記で記載したモードを組み合わせて動作させてもよいし、モードに変更を加えて動作させてもよく、さらに全く別のモードで使用してもよい。

リソグラフィでは基板上のレジスト層にパターンが露光される。そしてレジストが現像される。続いて追加の処理工程が基板に施される。基板の各部分へのこれらの追加の処理工程の作用は、レジストへの露光の程度によって異なる。特にこの処理は、所与の線量閾値を超える照射量を受けた基板の部位が示す反応と、その閾値以下の照射量を受けた部位が示す反応とが異なるように調整されている。例えば、エッチング工程においては上記の閾値を超える照射量を受けた基板上の区域は、レジスト層が現像されることによりエッチングから保護される。一方、この閾値以下の照射量を受けたレジストは露光後の現像工程で除去され、基板のその区域はエッチングから保護されない。このため、所望のパターンにエッチングがなされる。特に、パターニング用デバイス内の個別制御可能素子は、パターン図形内部となる基板上の区域での露光中の照射量が線量閾値を超えるように実質的に高強度であるように設定される。基板の他の領域は、ゼロまたはかなり低い放射強度を受けるように対応の個別制御可能素子が設定されることにより、線量閾値以下の放射を受ける。

実際には、パターン図形端部での照射量は所与の最大線量からゼロへと急激に変化するわけではない。この照射量は、たとえ図形の境界部分の一方の側への放射強度が最大となり、かつその図形境界部分の他方の側への放射強度が最小となるように個別制御可能素子が設定されていたとしても急激には変化しない。回折の影響により、照射量の大きさは移行領域を介して低下するからである。パターン図形の境界位置は最終的にレジストの現像により形成される。その境界位置は、照射された線量が閾値を下回る位置によって定められる。この移行領域での線量低下のプロファイル、ひいてはパターン図形の境界の正確な位置は、当該図形境界上または近傍に位置する基板上の各点に放射を与える個別制御可能素子の設定により、より正確に制御できるであろう。これは、強度レベルの最大値または最小値を制御するだけではなく、当該最大値及び最小値の間の強度レベルにも制御することによっても可能となるであろう。これは通常「グレイスケーリング」と呼ばれる。

グレイスケーリングによれば、個別制御可能素子により基板に２値の放射強度（すなわち最大値と最小値）だけが与えられるリソグラフィーシステムよりも、パターン図形の境界位置の制御性を向上させることができる。一実施形態においては、少なくとも３種類の放射強度、例えば少なくとも４種類の放射強度、少なくとも８種類の放射強度、少なくとも１６種類の放射強度、少なくとも３２種類の放射強度、少なくとも６４種類の放射強度、少なくとも１２８種類の放射強度、または少なくとも２５６種類の放射強度が基板に投影されてもよい。

グレイスケーリングは上述の目的に加えてまたは上述の目的に代えて使用されてもよい。例えば、照射された線量レベルに応じて基板の各領域が２種以上の反応を可能とするように、露光後の基板への処理が調整されていてもよい。例えば、第１の線量閾値以下の放射を受けた基板の部位では第１の種類の反応が生じ、第１の線量閾値以上で第２の線量閾値以下の放射を受けた基板の部位では第２の種類の反応が生じ、第２の線量閾値以上の放射を受けた基板の部位では第３の種類の反応が生じるようにしてもよい。したがって、グレイスケーリングは、基板上での線量のプロファイルが２以上の望ましい線量レベルを有するようにするのに用いることができる。一実施形態において、この線量プロファイルは少なくとも２つの所望の線量レベル、少なくとも３つの所望の線量レベル、少なくとも４つの所望の線量レベル、少なくとも６つの所望の線量レベル、または少なくとも８つの所望の線量レベルを有する。

線量プロファイルの制御は、上述のように基板上の各点が受ける放射強度を単に制御するという方法以外の方法によっても可能である。例えば、基板上の各点が受ける照射量は、各点への露光時間を代替的にまたは追加的に制御することによっても制御することができる。他の例として、基板上の各点は、連続的な複数の露光により放射を受けてもよい。このような連続的複数露光から一部の露光を選択して用いることにより代替的にまたは追加的に各点が受ける照射量を制御することが可能となる。

基板上に所要のパターンを形成するために、パターニング用デバイスの各個別制御可能素子を露光処理の間の各段階において必要な状態に設定する必要がある。従って、必要な状態を表す制御信号が各個別制御可能素子に伝達されなければならない。一実施例において、リソグラフィ装置は、制御信号を生成する制御部を含む。基板に形成されるべきパターンは、ＧＤＳＩＩのようなベクトル定義フォーマットでリソグラフィ装置に与えられる。設計情報を各個別制御可能素子のための制御信号に変換するために、制御部は一つ以上のデータ操作装置を含む。それぞれのデータ操作装置はパターンをあらわすデータストリームに対して処理を行うように構成される。データ操作装置は、「データパス」と総称される。

データパスのデータ操作装置は、次にあげる機能、すなわちベクトル・ベースの設計情報をビットマップのパターン・データに変換する機能、ビットマップのパターン・データを要求される放射光量マップ（すなわち基板を横断する必要な放射光量プロファイル）に変換する機能、必要な放射光量マップを各個別制御可能素子に必要な放射強度に変換する機能、および各個別制御可能素子に必要な放射強度を対応する制御信号に変換する機能、の一つ以上を遂行するように構成される。

図２５は、本発明に係るＯＭＬ装置の構成を示す図である。図２４に示される構成要素に対応するものには同じ参照符号を付している。また、基板やコントラストデバイス、ＭＬＡ、放射ビームなどについての様々な構成例などを含む上述の様々な実施形態は、同様に適用可能である。

図２５は、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置の構成を示す図である。この実施形態は、例えば、フラットパネルディスプレイの製造に用いることができる。図２４に示される構成要素に対応するものには同じ参照符号を付している。また、基板やコントラストデバイス、ＭＬＡ、放射ビームなどについての様々な構成例などを含む上述の様々な実施形態は、同様に適用可能である。

図２５に示されるように、投影系ＰＳは、２つのレンズＬ１、Ｌ２を備えるビームエキスパンダを含む。第１のレンズＬ１は、変調された放射ビームＢを受け、開口絞りＡＳの開口部で合焦させる。開口部には他のレンズＡＬを設けてもよい。そして放射ビームＢは発散し、第２のレンズＬ２（例えばフィールドレンズ）により合焦させられる。

投影系ＰＳは、拡大された変調放射ビームＢを受けるように構成されているレンズアレイＭＬＡをさらに備える。変調放射ビームＢの異なる部分はそれぞれレンズアレイＭＬＡの異なるレンズを通過する。この変調放射ビームＢの異なる部分はそれぞれ、パターニング用デバイスＰＤの１つ以上の個別制御可能素子に対応している。各レンズは変調放射ビームＢの各部分を基板Ｗ上の点に合焦させる。このようにして基板Ｗ上に照射スポットＳの配列が露光される。図示されているレンズアレイには８つのレンズ１４が示されているだけであるが、レンズアレイは数千のレンズを含んでもよい（パターニング用デバイスＰＤとして用いられる個別制御可能素子アレイについても同様である）。

基板Ｗ上のパターンは、投影系ＰＳのレンズアレイＭＬＡにより基板Ｗ上にスポットＳの配列を投影することにより、本発明の一実施形態に係る図２５のシステムを用いて生成されてもよい。基板Ｗは、基板Ｗ上での露光が進むにつれて投影系に対してＹ方向に移動する。図中の白丸は、基板上で既に露光されている露光スポットＳＥを示す。投影系ＰＳのレンズアレイＭＬＡによって基板に投影された各スポットは、基板上に露光スポット列Ｒを形成する。各スポットＳＥの露光により形成される露光スポット列Ｒがすべて合わさって、基板にパターンが完全に形成される。上述のようにこのような方式はよく「ピクセルグリッド結像」と称される。

例えば、照射スポットＳの配列が基板Ｗに対して角度θをなして配置されていてもよい（基板Ｗの端部はそれぞれＸ方向及びＹ方向に平行である）。これは、基板が走査方向（Ｙ方向）に移動するときに、各照射スポットが基板の異なる領域を通過するようにするためである。これにより、照射スポット１５の配列により基板の全領域がカバーされることになる。一実施例において、角度θは大きくても２０°、１０°、例えば大きくても５°、大きくても３°、大きくても１°、大きくても０．５°、大きくても０．２５°、大きくても０．１０°、大きくても０．０５°、または大きくても０．０１°である。一実施例において、角度θは小さくても０．００１°である。

単一パルスツールである図２４−図２５に示されるようなＯＭＬシステムにおいて、各パルスツールは、理想的には、照明系内に進む光ビームに対してポインティング誤差がゼロおよび位置誤差がゼロであることが望まれる。単一パルスの典型的なレーザビームそれ自身が数ミリメータ（ｍｍ）または数ミリラジアン（ｍｒａｄ）だけずれる可能性がある。これが単一パルスの印刷を困難にする。

様々な実施例において、この単一の光ビームは、パターニング用デバイスに直接送られてもよいし、または（例えば図１および図２に示されるような）ビームスプリッタまたはその他の適切なビーム伝送手段を介して、二者択一的にパターニング用デバイスに導かれてもよい。

一実施例において、ビームのＦナンバーは、光路長の変動がパターニング用デバイスＰＤに入射するビームにかなりの影響（例えばテレセントリック性、像面湾曲など）を及ぼさないよう十分に大きく選択される。

本明細書の上述の説明は、光、光源および光ビームについて言及している。ここで言及した光とは、可視波長を有する光に限定されず、上述のようなリソグラフィに適した紫外光または赤外光を含むその他の波長を含んでもよいことを理解されたい。

特定のデバイス（例えば、集積回路またはフラットパネルディスプレイ）の製造におけるリソグラフィ装置の利用について本文で特定して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、他のアプリケーションを有してもよいことを理解すべきである。アプリケーションは、集積回路、集積光学システム、磁区メモリ用の誘導および検出パターン（guidance and detection pattern）、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、マイクロ電気機械デバイス（ＭＥＭＳ）等の製造を含むが、これらに限定されない。また、例えばフラットパネルディスプレイにおいて、本装置は、例えば薄膜トランジスタ層および／またはカラーフィルタ層などの様々な層の形成に役立つよう用いられてもよい。

ここでは特に光学的なリソグラフィを本発明に係る実施形態に適用したものを例として説明しているが、本発明は例えばインプリントリソグラフィなど文脈が許す限り他にも適用可能であり、光学的なリソグラフィに限られるものではない。インプリントリソグラフィでは、パターニング用デバイスのトポグラフィが基板に生成されるパターンを決める。パターニング用デバイスのトポグラフィが基板に塗布されているレジスト層に押し付けられ、電磁放射や熱、圧力、あるいはこれらの組み合わせによってレジストが硬化される。レジストが硬化されてから、パターニング用デバイスは、パターンが生成されたレジストから外されて外部に移動される。

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、３５５、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。

「レンズ」という用語は、文脈が許せば、屈折光学素子、反射光学素子、磁気光学素子、電磁気光学素子、および静電気光学素子を含む様々な種類の光学素子のうち任意の１つまたはこれらの組み合わせを参照してもよい。

図２６は、内部反射を有する光学素子からの反射率２６１０対光学素子の表面に蒸着されたＳＰＲフィルムスタックへの入射ビームの入射角２６２０のグラフ２６００である。２つのプロットが図示されている。第１プロット２６３０は、実質的にダイバージェンスを有さない参照ビームに関する反射率対入射角を示す。ここでは、参照ビームは、１９３ｎｍの波長を有するコリメートビームである。第１プロット２６３０は、入射角が実質的に最大ＳＰＲを生じさせるときに最小反射率２６３５を有する。図２６の例において、参照ビームからの第１プロット２６３０は、１０％の最小反射率を有する。コリメートビームは、反射率２６１０対入射角２６２０の他の測定が比較される参照データセットを設定するための参照ビームとして用いられてもよい。参照データセットは、コリメートビームから決定される必要はない。しかしながら、非コリメートビームの使用した場合、材料欠陥、製造誤差、材料厚の違い、および屈折率変動などの光学素子における欠陥が明らかにならないであろう。従って、コリメートビームからの参照データセットは、最も正確な参照データセットを提供するであろう。

第２プロット２６４０は、発散ビーム（divergent beam）に関する反射率２６１０対入射角２６２０を示す。発散ビームは、ＳＰＲの影響により、コリメートビームよりも大きい最小反射率２６４５を生じる。発散ビームの最小反射率２６４５は、参照ビームの場合とは異なる関連する入射角２６２０で生じる。発散ビームの発散角は、第１および第２プロット２６３０、２６４０から計算できる。例えば、発散角は、発散ビームの最小反射率２６４５に関連する入射角２６２０と、参照ビームの最小反射率２６３５に関連する入射角２６２０との差から計算できる。

図２７は、本発明の実施形態に係る反射率２６１０対入射角２６２０のプロット２７００である。この図において、６つのプロット２７１０Ａ〜Ｆが、入射ビームの発散半角が大きくなるにつれて最小反射率も高くなることを説明するために図示されている。さらに、図２７は、発散半角が大きくなると、最小反射率がより高い入射角２６２０で生じることを示している。６つのプロット２７１０Ａ〜Ｆのそれぞれは、図２８のベースを形成する各最小反射率を有する。

図２８は、本発明の実施形態に係る、発散角２８２０の変化の関数としての最小反射率のシフト２８１０のグラフ２８００である。グラフ２８００は、図２７から決定された６つのデータ点２８３０Ａ〜Ｆを示す。６つのデータ点２８３０Ａ〜Ｆは、各発散ビームの最小反射率に関連する入射角２６２０と、この例においてはコリメート参照ビームのゼロ度の入射角との間のそれぞれの差分に対応している。発散角２８２０は、グラフ２８００および発散ビームの最小反射率に関連する入射角２６２０と参照ビームの最小反射率に関連する入射角２６２０との間の差分から決定される。この例において、グラフ２８００に示されたデータは、６５μｍの誘電体厚を有するＳＰＲプリズムを用いて得られた。

図２９は、本発明の実施形態に係る、さらなる特徴を示すプロット２９００である。２つのプロットが図示されている。第１プロット２９１０は、実質的に非発散の参照ビーム、この場合コリメートビーム、に関する反射率２６１０対入射角２６２０を示す。第２プロット２９２０は、発散ビームの反射率２６１０対入射角２６２０を示す。図２９に示されるように、ビームダイバージェンス（ビーム広がり）が大きくなると、プロット２９００に示されるノッチ幅も大きくなる。ノッチは、ＳＰＲに帰因する入射角２６２０の範囲にわたっての反射率２６１０の減少により生じる。従って、ノッチ幅は、入射角２６２０にわたって発散ビームの反射率２６１０を測定することにより決定されたデータセットから計算することができる。発散ビームの発散角は、発散ビームからのノッチ幅を参照ビームからのノッチ幅と比較することにより決定することができる。２つのノッチ幅の間の差分は、発散ビームの発散角と相互に関連がある。

また、図２９は、発散角が大きくなると、ノッチの深さ（Ｄ）対幅（Ｗ）のアスペクト比（Ｄ／Ｗ）が小さくなる。一例において、幅（Ｗ）は、最小反射率２９３０に対応する第１入射角と最大反射率２９４０に対応する第２入射角との間の入射角２６２０の差分を計算することにより決定される。深さ（Ｄ）は、最大反射率２９４０と最小反射率２９３０との間の反射の差分を計算することにより決定される。参照Ｄ／Ｗアスペクト比は、参照ビームの反射率２６１０対入射角２６２０を測定することにより収集されたデータから計算される。この例において、参照ビームはコリメートビームであり、従ってＤｃｏｌ／Ｗｃｏｌの表記は参照ビームのために用いられている。発散ビームに関するアスペクト比Ｄｄｉｖ／Ｗｄｉｖもまた計算されている。そして、正規化されたノッチアスペクト比３０１０は、［（Ｄｄｉｖ／Ｗｄｉｖ）／（Ｄｃｏｌ／Ｗｃｏｌ）］×１００を計算することにより決定される。従って、コリメートビームの正規化されたＤ／Ｗアスペクト比３０１０は、１００である。発散入射ビームの発散角３０２０は、正規化されたノッチのＤ／Ｗアスペクト比３０１０の減少から決定できる。正規化されたノッチのＤ／Ｗアスペクト比３０１０の減少は、図３０に示されるように、発散ビームの発散角３０２０に相互に関連する。

図３０は、本発明の実施形態に係る、６５μｍの誘電体厚を有するＳＰＲプリズムにおける、発散角３０２０の関数としての正規化されたノッチのアスペクト比３０１０の変化のグラフ３０００である。正規化されたノッチのＤ／Ｗアスペクト比３０１０は、発散角３０２０の関数として減少し、ｙ＝７．０９８２ｘ^４−５５．７４４ｘ^３＋１５８．１ｘ^２−１９８．２７ｘ＋１００．７２などの、４次の式のプロットに適合することができる。この式３０３０のプロットも図３０に図示されており、Ｒ＝０．９９９を生じている。発散ビームの発散角３０２０は、グラフ３０００および正規化されたノッチのアスペクト比３０１０から決定される。

図３１は、本発明の実施形態に係る、光ビームのダイバージェンス測定のための装置を用いた方法のフローチャートである。

ステップ３１０５において、第１データセットを決定するために、内部反射および表面プラズモン共鳴を有する光学素子への第１放射ビームの第１の複数の入射角それぞれに対して、第１の複数の反射率が測定される。第１放射ビームは、第１放射ビームとして実質的に３５度と実質的に４８度の間の光学素子の斜辺への入射角を有してもよい。

ステップ３１１０において、第２データセットを決定するために、光学素子への第２放射ビームの第２の複数の入射角のそれぞれに対して、第２の複数の反射率が測定される。光学素子は、偏光プリズムであってもよい。第１放射ビームは、第２放射ビームとして用いられてもよい。第１の複数の入射角は、第２の複数の入射角として用いられてもよい。一例において、第１放射ビームは、コリメート放射ビームである。

一例において、第１および第２放射ビームは、実質的に１９３ｎｍ、実質的に４３６ｎｍ、実質的に４０５ｎｍ、実質的に３６５ｎｍ、実質的に３５５ｎｍ、実質的に２４８ｎｍ、実質的に１９３ｎｍ、実質的に１５７ｎｍ、および実質的に１２６ｎｍの波長であってもよい。第１および第２放射ビームの少なくとも一方は、偏光していてもよい。

ステップ３１１５において、第１および第２放射ビームの間の発散角を決定するために、第１データセットが第２データセットと比較される。ステップ３１１５の例において、第１データセットから第１ノッチ幅が計算され、第２データセットから第２ノッチ幅が計算される。発散角は、第１ノッチ幅と第２ノッチ幅の差分から計算される。

ステップ３１１５のさらなる例において、対応する第１入射角を有する第１最小反射率が第１データセットから計算される。対応する第２入射角を有する第２最小反射率が第２データセットから計算される。発散角が第１入射角と第２入射角との差分から計算される。

ステップ３１１５のさらなる例において、第１データセットから第１のノッチ幅対深さのアスペクト比、および第２データセットから第２のノッチ幅対深さのアスペクト比が計算される。第１のノッチ幅対深さのアスペクト比と、第２のノッチ幅対深さのアスペクト比との間の差分から発散角が計算される。

本発明の特定の実施形態について上述したが、本発明は、上記とは別の方法で実行されうることを理解されたい。例えば、本発明は、上述の方法を記載したコンピュータ読取可能な指示の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラムの形態、またはこのようなコンピュータプログラムを内部に格納したデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気または光ディスク）の形態をとることができる。

結語
本発明の種々の実施例を上に記載したが、それらはあくまでも例示であって、それらに限定されるものではない。本発明の精神と範囲に反することなく、形態および詳細において種々に変更することができるということは、関連技術の当業者には明らかなことである。従って、本発明の範囲と精神は、上記で述べた例示に限定されるものではなく、請求項とその均等物によってのみ定義されるものである。

「課題を解決する手段」及び「要約書」の項ではなく「発明の詳細な説明」の項が請求項を解釈するのに使用されるように意図されていることを理解されたい。「課題を解決する手段」及び「要約書」の欄は、本発明者が考えた本発明の実施例の１つ以上を示すものであるが、すべてを説明するものではない。よって、本発明及び添付の請求項をいかなる形にも限定するものではない。

Claims (6)

1. 光ビームのポインティングまたは角度を検出する方法であって、
   光学トレイン内に前記光ビームのビーム角またはポインティング方向の少なくとも１つを検出するための表面を有する透過型光学素子を設けるステップと、反射光ビームの量を測定するステップと、を備え、前記透過型光学素子は、前記光ビームのビーム角またはポインティング方向の少なくとも１つを測定するために全反射（ＴＩＲ）を生じさせるよう構成されており、
   前記光ビームのビーム角またはポインティング方向の少なくとも１つの変動を測定するために、前記透過型光学素子の表面の一部を、全反射（ＴＩＲ）に基づいて所与の角感度を入射照明の干渉法によるアライメントよりも増大させる材料層でコーティングするステップをさらに備え、
   前記透過型光学素子の表面の一部にコーティングするステップは、
   各共鳴が吸収振幅ノッチおよび関連する位相ノッチを含むくし状の共鳴を備える信号を生成するために、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を生じさせるコーティングスタックを前記透過型光学素子上に設けるステップを備え、
   前記吸収振幅ノッチは均等な角度に分離されているが、個々の吸収振幅ノッチは各ノッチにわたって非対称な吸収応答を示し、
   少なくとも１つの物理的および光学的特性を有する前記コーティングスタックは、前記光ビームの方向を変化させることを特徴とする方法。
2. 表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を生じさせるコーティングスタックを設けるステップは、
   ビームポインティング測定の信号対雑音比（ＳＮＲ）を増大させるために、ＳＰＲの吸収振幅ノッチの深さが最大となるよう前記コーティングスタックの吸収性材料厚を調整するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 入射照明角の範囲を、前記くし状の共鳴の１つの吸収振幅ノッチに限定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 角度範囲リミッタとして機能するために、入射照明角の範囲を、前記くし状の共鳴の少なくとも２つの隣接する吸収振幅ノッチの区間に設定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 偏光方向の関数として前記くし状の共鳴を角度配置するステップをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. ＳおよびＰ偏光吸収のくし状部は、互いに対して１８０度位相がずれていることを特徴とする請求項５に記載の方法。

Images