(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射を面に送り、前記面によって方向転換された放射を受け取る対物系と、
前記対物系からの前記方向転換された放射を受け取るディテクタと、
前記対物系に方向転換のための前記放射を送る照明システムであって、反射屈折コンデンサレンズを含む照明システムと、を含み、
前記反射屈折コンデンサレンズは、
放射を反射するように位置決めされかつ構成された第１の反射面と、
前記第１の反射面から反射された放射を平行ビームとして反射するように位置決めされかつ構成された第２の反射面であって、前記第２の反射面を通る放射の透過を可能にするアパーチャを有する、第２の反射面と、
前記アパーチャから前記第１の反射面に向かって延在し、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に前記第１の反射面に放射を供給するアウトレットを有するチャネル構造とを含み、
前記反射屈折コンデンサレンズのオブスキュレーションは、前記対物系のオブスキュレーションと一致する、メトロロジツール。
【請求項２】
前記対物系は、対物系反射屈折光学システムを含む、請求項１に記載のメトロロジツール。
【請求項３】
前記メトロロジツールは、スキャトロメータである、請求項１又は請求項２に記載のメトロロジツール。
【請求項４】
前記第２の反射面は、第１の固体透過要素部分の面を形成するか又はその面上にあり、前記チャネル構造は、前記第１の固体透過要素部分を通るチャネルアパーチャを含む、請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載のメトロロジツール。
【請求項５】
約１９３から１０５０ナノメートルの範囲からの放射の波長全てを透過するように構成される、請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載のメトロロジツール。
【請求項６】
瞳半径範囲で放射の約１５％以下を遮るように構成される、請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載のメトロロジツール。
【請求項７】
放射を対物系に送る反射屈折コンデンサレンズであって、
放射を反射するように位置決めされかつ構成された第１の反射面と、
前記第１の反射面から反射された放射を平行ビームとして反射するように位置決めされたかつ構成された第２の反射面であって、前記第２の反射面を通る放射の透過を可能にするアパーチャを有する第２の反射面と、
前記アパーチャから前記第１の反射面に向かって延在し、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に前記第１の反射面に放射を供給するアウトレットを有するチャネル構造と、を含み、
前記反射屈折コンデンサレンズのオブスキュレーションは、前記対物系のオブスキュレーションと一致する、反射屈折コンデンサレンズ。
【請求項８】
前記第２の反射面は、第１の固体透過要素部分の面を形成するか又はその面上にある、請求項７に記載の反射屈折コンデンサレンズ。
【請求項９】
前記第１の反射面は、前記第１の固体透過要素部分に隣接する第２の固体透過要素部分の面を形成するか又はその面上にある、請求項８に記載の反射屈折コンデンサレンズ。
【請求項１０】
前記チャネル構造は、前記第１の固体透過要素部分を通るチャネルアパーチャを含む、請求項８又は請求項９に記載の反射屈折コンデンサレンズ。
【請求項１１】
流体が、前記第１及び第２の反射面間に延在する前記チャネル構造を囲み、また、少なくとも前記第１の反射面又は前記第２の反射面の外側の側面境界内にある、請求項７乃至請求項１０のうち何れか１項に記載の反射屈折コンデンサレンズ。
【請求項１２】
前記チャネル構造内を延在する又は前記チャネル構造を形成する光ファイバを更に含む、請求項７乃至請求項１１のうち何れか１項に記載の反射屈折コンデンサレンズ。
【請求項１３】
対物系を用いて面に放射を送ることと、
前記対物系を用いて前記面によって方向転換された放射を受け取ることと、
前記対物系からの前記方向転換された放射を用いて前記面のパラメータを検出することと、
反射屈折コンデンサレンズを用いて前記対物系に方向転換のための前記放射を送ることと、を含み、
前記放射を送ることは、
前記反射屈折コンデンサレンズの第１の反射面を用いて放射を反射することと、
平行ビームを形成するように第２の反射面を用いて前記第１の反射面から反射された放射を反射することと、を含み、
前記第２の反射面は、前記第２の反射面を通る放射の透過を可能にするアパーチャを有し、
チャネル構造が、前記アパーチャから前記第１の反射面に延在し、かつ、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に前記第１の反射面に放射を供給するアウトレットを有し、
前記反射屈折コンデンサレンズのオブスキュレーションは、前記対物系のオブスキュレーションと一致する、メトロロジ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[001]  分野
本発明は、概して光学システム、より具体的には放射屈折光学システムを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
[002]  背景
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上に付与する機械である。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、集積回路（ＩＣ）、および微細構造が関与する他のデバイスの製造に用いられうる。従来の装置では、マスクまたはレチクルとも呼ばれうるパターニングデバイスを用いて、ＩＣ、フラットパネルディスプレイ、または他のデバイスの個別の層に対応する回路パターンを生成することができる。このパターンは、基板（例えばガラスプレート、ウェーハ等）の全部または一部上に、基板上に設けられた放射感応性材料（例えばレジスト）層上に結像することによって転写することができる。
【０００３】
[003]  パターニングデバイスは、例えばＩＣパターンを生成するように用いられうる。パターニングデバイスは、追加的にまたは二者択一的に、例えばカラーフィルタパターンまたはドットマトリクスである他のパターンを生成するように用いられうる。パターニングデバイスは、マスクの代わりに、個別に制御可能な要素のアレイを含むパターニングアレイであってもよい。このようなシステムでは、マスクに基づいたシステムに比べてより迅速にかつ低いコストでパターンを変更することができる。
【０００４】
[004]  基板にパターンを形成した後、通常測定および検査が行われる。測定および検査ステップは、通常２つの目的を果たす。第一に、現像済みレジストにおけるパターンに欠陥がある任意のターゲット領域を検出することが望ましい。十分な数のターゲット領域に欠陥がある場合、例えばエッチングといった処理ステップを欠陥のあるパターンと共に実行することによって欠陥を永久とするのではなく、基板からパターン形成されたレジストをはがして、願わくば正しく再度露光する。第二に、測定によって、例えば照明設定または露光ドーズといったリソグラフィ装置におけるエラーを検出して後続の露光のために訂正されうる。
【０００５】
[005]  しかし、リソグラフィ装置における多くのエラーは、レジストにプリントされるパターンから容易に検出または定量化できない。欠陥の検出は、必ずしもその原因に直接繋がるとは限らない。したがって、リソグラフィ装置においてエラーを検出および測定するための様々なオフライン手順（すなわち、基板の通常の処理に加えて行われる手順）が知られている。これらの手順には、基板を測定デバイスと置換すること、または、例えば様々に異なるマシン設定で特殊試験パターンの露光を行うことが関与しうる。このようなオフライン技術は時間、大抵の場合、相当な時間がかかり、それにより生産時間が減少し、また、この間、装置の最終製品は測定結果が入手できるまで未知の品質となる。インライン測定および検査手順（すなわち、基板の通常の処理時に行われる手順）は公知である。
【０００６】
[006]  光学メトロロジ技術を用いて測定および検査を行いうる。例えばスキャトロメトリは、クリティカルディメンション（ＣＤ）およびオーバレイの測定に使用可能な光学メトロロジ技術である。２つの主なスキャトロメトリ技術がある。
【０００７】
[007]  （１）分光スキャトロメトリは、通常はキセノンアークランプといったキセノン、重水素、またはハロゲンに基づいた光源といった広帯域光源を用いて、波長の関数として固定角度で散乱放射の特性を測定する。この固定角度は、法線入射または斜め入射であってよい。
【０００８】
[008]  （２）角度分解スキャトロメトリは、通常はレーザを単一波長光源として用いて、入射角の関数として固定波長で散乱放射の特性を測定する。
【０００９】
[009]  スキャトロメトリを用いて、反射スペクトルを生じさせる構造が、例えばリアルタイム回帰を用いてまたはシミュレーションによって導出されたパターンのライブラリとの比較によって再構成される。再構成にはコスト関数の最小化が関与する。これらのアプローチは共に周期構造によって光の散乱を計算する。最も一般的な技術は厳密結合波分析（ＲＣＷＡ）であるが、放射散乱は、有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）法および積分方程式法といった他の技術によっても計算される。
【発明の概要】
【００１０】
[0010]  概要
しかしながら、公知のスキャトロメータは1つ以上の欠点を有する。例えば、従来のスキャトロメータは１度に1つの波長しか検出しない。結果として２以上の波長を有するスペクトルは時間多重化される必要があり、これはスペクトルを検出かつ処理するためにかかる総収集時間を増加する。
【００１１】
[0011]  したがって、例えば広範囲の波長に対応可能なメトロロジツールを有することが望ましい。
【００１２】
[0012]  本発明の一実施形態では、放射を面に送り、面によって方向転換された放射を受け取る対物系と、対物系からの方向転換された放射を受け取るディテクタと、対物系に方向転換のための放射を送る照明システムであって、照明システム反射屈折光学システムを含む照明システムとを含むメトロロジツールが提供される。反射屈折光学システムの使用は、広範囲の波長を取り扱うツールを助ける。
【００１３】
[0013]  本発明の一実施形態では、放射を反射するように位置決めされかつ構成された第１の反射面と、第１の反射面から反射された放射を平行ビームとして反射するように位置決めされたかつ構成された第２の反射面であって、第２の反射面を通る放射の透過を可能にするアパーチャを有する第２の反射面と、アパーチャから第１の反射面に向かって延在し、第１の反射面と第２の反射面との間に第１の反射面に放射を供給するアウトレットを有するチャネル構造とを含む、反射屈折光学システムが提供される。
【００１４】
[0014]  本発明の一実施形態では、対物系を用いて面に放射を送ることと、対物系を用いて面によって方向転換された放射を受け取ることと、対物系からの方向転換された放射を用いて面のパラメータを検出することと、反射屈折光学システムを用いて対物系に方向転換のための放射を送ることとを含むメトロロジ方法が提供される。
【００１５】
[0015]  本発明の更なる実施形態、特徴、および利点、並びに本発明の様々な実施形態の構造および動作を、添付図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
[0016]  図面の簡単な説明
本明細書に組み込まれかつ本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明を例示し、また、以下の記載と共にさらに本発明の原理を説明しかつ当業者に本発明をなしかつ使用することを可能にするものである。
【図１】[0017]  図１は本発明の一実施形態によるリソグラフィ投影装置を示す。
【図２Ａ】[0018]  図２Ａは角度分解および分光スキャトロメトリの原理を概略的に示す。
【図２Ｂ】[0018]  図２Ｂは角度分解および分光スキャトロメトリの原理を概略的に示す。
【図２Ｃ】[0018]  図２Ｃは角度分解および分光スキャトロメトリの原理を概略的に示す。
【図３】[0019]  図３は別のスキャトロメータ例を概略的に示す。
【図４】[0020]  図４は本発明の一実施形態による反射屈折光学対物系を含む感知および位置合わせシステムを概略的に示す。
【図５】[0021]  図５は本発明の実施形態による様々な反射屈折光学システムを概略的に示す。
【図６】[0021]  図６は本発明の実施形態による様々な反射屈折光学システムを概略的に示す。
【図７】[0021]  図７は本発明の実施形態による様々な反射屈折光学システムを概略的に示す。
【図８】[0021]  図８は本発明の実施形態による様々な反射屈折光学システムを概略的に示す。
【図９】[0022]  図９は図８の反射屈折光学システムを横断する光線を概略的に示す。
【図１０】[0023]  図１０は非常に高い開口数から低い開口数に変換する反射屈折光学システムを概略的に示す。
【図１１】[0024]  図１１は本発明の一実施形態によるスキャトロメータの照明分岐を概略的に示す。
【図１２】[0025]  図１２は本発明の一実施形態による反射屈折コンデンサレンズを概略的に示す。
【図１３】[0026]  図１３は本発明の一実施形態による反射屈折コンデンサレンズを概略的に示す。
【００１７】
[0027]  本発明の特徴および利点は、図面と合わせて理解された場合に以下の詳細な説明からより明らかとなろう。図中、同様の参照文字は、全図に亘って対応する要素を特定する。図中、同様の参照番号は通常同一の、機能上同様の、および／または構造上同様の要素を示す。
【００１８】
[0028]  明細書において、「１つの実施形態」、「一実施形態」、「実施形態例」等への参照は、記載される実施形態が特定の特徴、構造、または特性を含みうることを示すが、どの実施形態も必ずしもその特定の特徴、構造、または特性を含むわけではない。さらに、この表現は同じ実施形態を必ずしも参照しているわけではない。また、特定の特徴、構造、または特性が一実施形態に関連して記載される場合、本明細書に明示的に記載されるか否かに関わらず他の実施形態に関連してかかる特徴、構造、または特性を実現させることは当業者の知識の範囲内であると理解されるものとする。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
[0029]  詳細な説明
本発明の1つ以上の実施形態による光学システムの追加の詳細を提供する前に、まず、そのような光学システムがその中で用いられうるリソグラフィ環境およびスキャトロメトリシステムの例を説明することが有用である。
【００２０】
[0030]  リソグラフィ環境の例
図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を示す。図１の装置は、イルミネータＩＬ、サポート構造ＭＴ、基板テーブルＷＴ、および投影システムを含む。図１に示すように、この装置は透過型（例えば投影システム内で屈折光学要素を用いる）である。或いは、この装置は反射型（例えば投影システム内で実質的に反射要素のみを用いる）であってもよい。
【００２１】
[0031]  イルミネータＩＬは、放射ビームＢ（例えば水銀アークランプによって提供されるようなＵＶ放射ビーム、または、ＫｒＦエキシマレーザまたはＡｒＦエキシマレーザによって発生されるようなＤＵＶ放射ビーム）を調整するように構成される。イルミネータＩＬは、放射を誘導し、整形し、または制御するために、屈折型、反射型、回折型、磁気型、電磁型、静電型、またはその他のタイプの光コンポーネント、或いはそれらの任意の組み合せ等の様々なタイプの光コンポーネントを含みうる。
【００２２】
[0032]  サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴは、パターニングデバイスパターンＭＰを有するパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持し、かつ、特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１のポジショナＰＭに接続されるように構成される。
【００２３】
[0033]  基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴは、基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗを保持し、かつ、特定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２のポジショナＰＷに接続されるように構成される。
【００２４】
[0034]  投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳは、パターニングデバイスＭＡのパターンＭＰによって変調された放射ビームＢを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば1つ以上のダイを含む）上に投影するように構成される。本明細書において使用される「投影システム」という用語は、使われている露光放射に、または液浸液の使用若しくは真空の使用といった他の要素に適切な屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型、および静電型光学システム、またはそれらのあらゆる組合せを含むあらゆる型の投影システムを包含すると広く解釈されるべきである。本明細書において使用される「投影レンズ」という用語はすべて、より一般的な用語「投影システム」と同義であると考えてよい。投影システムは、パターニングデバイスのパターンを、そのパターンが基板上にコヒーレントに形成されるように結像することができる。或いは、投影システムは、二次放射源を結像することができ、この二次放射源に対してパターニングデバイスの要素はシャッタの機能を果たす。こういった点によって、投影システムは、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡと知られる）といった集束要素からなるアレイまたはフレネルレンズアレイを含んで二次放射源を形成し、基板上にスポットを結像することができる。集束要素（例えばＭＬＡ）のアレイは、少なくとも１０個の集束要素、少なくとも１００個の集束要素、少なくとも１，０００個の集束要素、少なくとも１０，０００個の集束要素、少なくとも１００，０００個の集束要素または少なくとも１，０００，０００個の集束要素を含む。
【００２５】
[0035]  サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡを保持する。サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡの向き、リソグラフィ装置の設計、および、パターニングデバイスＭＡが真空環境内に保持されるか否かといった他の条件に応じた様態でパターニングデバイスＭＡを保持する。サポート構造ＭＴは、例えば、必要に応じて固定または可動式にすることができるフレームまたはテーブルであってもよい。サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡを、例えば投影システムＰＡに対して所望の位置に確実に置くことができる。本明細書において使用される「レチクル」または「マスク」という用語はすべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語と同義であると考えるとよい。
【００２６】
[0036]  本明細書において使用される「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分内にパターンを作成するように、放射ビームの断面を変調する（例えば放射ビームＢの断面にパターンを付与する）ために使用可能なあらゆるデバイスを指していると広く解釈されるべきである。これらのデバイスは、静的パターニングデバイス（例えばマスクまたはレチクル）または動的パターニングデバイス（例えばプログラマブル要素のアレイ）のいずれであってよい。このようなパターニングデバイスの例には、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、発光ダイオードアレイ、格子ライトバルブ、およびＬＣＤアレイが含まれる。
【００２７】
[0037]  放射ビームＢに付与されたパターンは、例えばそのパターンが位相シフトフィーチャまたはいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板Ｗのターゲット部分Ｃ内の所望のパターンに正確に一致しなくてもよいことに留意すべきである。同様に、基板上に最終的に作成されるパターンは、個別に制御可能な要素のアレイ上での任意の１つのインスタントにおいて形成されたパターンに一致しなくてもよい。これは、基板の各部分に形成される最終的なパターンが、所与の期間または所与の回数の露光の間に蓄積される配置の場合に当てはまる。所与の期間または所与の回数の露光の間、個別に制御可能な要素のアレイ上のパターンおよび／または基板の相対位置が変更する。
【００２８】
[0038]  一般に、基板のターゲット部分に作成されたパターンは、集積回路またはフラットパネルディスプレイ（例えばフラットパネルディスプレイにおけるカラーフィルタ層、または、フラットパネルディスプレイにおける薄膜トランジスタ層）といった、ターゲット部分内に作成されたデバイス内の特定の機能層に対応する。
【００２９】
[0039]  図１を参照するに、イルミネータＩＬは、例えばｇ線またはｉ線ＵＶ放射を提供する水銀アークランプ、または、例えば約２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、および１２６ｎｍといった約２７０ｎｍ未満の波長のＤＵＶ放射を提供するエキシマレーザといった放射源ＳＯからの放射ビームを受け取る。放射源は、少なくとも５ｎｍ、少なくとも１０ｎｍ、少なくとも１１〜１３ｎｍ、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を提供する。或いは、放射源ＳＯによって提供される放射は、高くても４５０ｎｍ、高くても４２５ｎｍ、高くても３７５ｎｍ、高くても３６０ｎｍ、高くても３２５ｎｍ、高くても２７５ｎｍ、高くても２５０ｎｍ、高くても２２５ｎｍ、高くても２００ｎｍ、または高くても１７５ｎｍの波長を有する。放射は、４３６ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、および／または１２６ｎｍの波長を有しうる。
【００３０】
[0040]  放射源ＳＯおよびリソグラフィ装置は、例えば放射源ＳＯがエキシマレーザである場合、別個の要素であってよい。そのような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成するとは見なされず、放射ビームＢは放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ、例えば適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤを用いて渡される。その他の場合、例えば放射源ＳＯは水銀ランプである場合、放射源ＳＯはリソグラフィ装置の一体部分でありうる。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤと共に放射システムと呼んでもよい。
【００３１】
[0041]  イルミネータＩＬは、パターニングデバイスレベルでの放射ビームの角強度分布を調節するアジャスタＡＤを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面ＩＰＵ内の強度分布の少なくとも外側および／または内側半径範囲（通常、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯといった様々な他のコンポーネントを含むことができる。イルミネータを用いて放射ビームを調整してパターニングデバイスレベルにおいて放射ビームの断面に所望の均一性および強度分布を持たせることができる。イルミネータＩＬおよびそれに関連付けられた追加のコンポーネントはさらに、放射ビームを複数のサブビームに分割するように構成されてもよい。サブビームは、それぞれ、個別に制御可能な要素のアレイの１つまたは複数の個別の制御可能な要素に関連付けられうる。例えば２次元回折格子を用いて放射ビームを複数のサブビームに分割することもできる。本記載では、「放射のビーム」および「放射ビーム」の用語は、次に限定されないが、ビームが複数のそのような放射サブビームから構成される場合を包含する。
【００３２】
[0042]  放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ上に保持されたパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡ上に入射するかまたはそこから放出され、また、パターンＭＰに従ってパターニングデバイスＭＡによって変調される。パターニングデバイスＭＡを横断した後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳはビームＢの焦点を基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合わせる。
【００３３】
[0043]  投影システムは、イルミネータ瞳ＩＰＵと共役な瞳ＰＰＵを有する。放射の一部はイルミネータ瞳ＩＰＵにおける強度分布から発生し、パターニングデバイスパターンにおける回折によって影響されることなくパターニングデバイスパターンを横断し、イルミネータ瞳ＩＰＵにおける強度分布の像を作成する。
【００３４】
[0044]  第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、または静電容量センサ）を使い、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路内に位置決めするように、基板テーブルＷＴを正確に動かすことができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサ（図１には図示せず）を使い、例えば、マスクライブラリから機械的に取り出した後またはスキャン中に、パターニングデバイスＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めすることもできる。
【００３５】
[0045]  一例では、サポート構造ＭＴの移動は、第１ポジショナＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）を使って実現することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動も、第２ポジショナＰＷの一部を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使って実現することができる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、サポート構造ＭＴは、ショートストロークアクチュエータのみに接続されてもよく、または固定されてもよい。放射ビームＢが、二者択一的に／追加的に可動であり、その一方でオブジェクトテーブルおよび／またはパターニングデバイスが固定の位置を有して必要な相対移動を提供することもできることは理解されよう。このような配置は、装置のサイズの制限に役立ちうる。例えばフラットパネルディスプレイの製造に適用可能である更なる代案として、基板テーブルＷＴの位置および投影システムＰＳを固定して、基板Ｗは基板テーブルＷＴに対して移動するように構成することができる。例えば、基板テーブルＷＴには、実質的に一定の速度で基板Ｗ全体をスキャンするシステムが設けられうる。
【００３６】
[0046]  パターニングデバイスＭＡおよび基板Ｗは、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を使って位置合わせされうる。例示では基板アライメントマークＰ１、Ｐ２が専用ターゲット部分を占めているが、基板アライメントマークをターゲット部分とターゲット部分との間の空間内に置くこともできる（これらは、スクライブラインアライメントマークとして公知である）。同様に、複数のダイがパターニングデバイスＭＡ上に設けられている場合、パターニングデバイスアライメントマークＭ１、Ｍ２は、ダイとダイの間に置かれてもよい。
【００３７】
[0047]  リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）以上の基板および／またパターニングデバイステーブルを有するタイプのものであってもよい。そのような「マルチステージ」マシンでは、追加のテーブルを並行して使うことができ、すなわち、予備工程を１つ以上のテーブル上で実行しつつ、別の１つ以上の基板テーブルを露光用に使うこともできる。 
【００３８】
[0048]  また、リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を満たすように、例えば水といった比較的高い屈折率を有する「液浸液」によって基板の少なくとも一部を覆うことができるタイプのものであってもよい。また、例えばパターニングデバイスと投影システムの間といったリソグラフィ装置内の別の空間に液浸液を加えてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させることで当技術分野において周知である。本明細書にて使用される「液浸」という用語は、基板のような構造物を液体内に沈めなければならないという意味ではなく、単に、露光中、投影システムと基板との間に液体があるということを意味するものである。
【００３９】
[0049]  図１に示す実施形態のような一例では、基板Ｗは実質的に円形状を有し、任意選択的にノッチおよび／または平らにされた縁部がその周囲の一部に沿ってある。別の例では、基板は多角形状、例えば矩形形状を有する。
【００４０】
[0050]  基板が実質的に円形形状を有する例には、基板が少なくとも２５ｍｍ、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の直径を有する例が含まれる。或いは、基板は最大でも５００ｍｍ、最大でも４００ｍｍ、最大でも３５０ｍｍ、最大でも３００ｍｍ、最大でも２５０ｍｍ、最大でも２００ｍｍ、最大でも１５０ｍｍ、最大でも１００ｍｍ、または最大でも７５ｍｍの直径を有する。
【００４１】
[0051]  基板が多角形、例えば矩形である例には、基板の少なくとも１辺、少なくとも２辺、または少なくとも３辺が少なくとも５ｃｍ、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の長さを有する例が含まれる。
【００４２】
[0052]  基板の少なくとも１辺が、最大でも１０００ｃｍ、最大でも７５０ｃｍ、最大でも５００ｃｍ、最大でも３５０ｃｍ、最大でも２５０ｃｍ、最大でも１５０ｃｍ、または最大でも７５ｃｍの長さを有する。
【００４３】
[0053]  一例では、基板Ｗはウェーハ、例えば半導体ウェーハである。ウェーハ材料は、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ、ＳｉＣ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰおよびＩｎＡｓからなる群から選択されうる。基板は、ＩＩＩ／Ｖ化合物半導体ウェーハ、シリコンウェーハ、セラミック基板、ガラス基板、またはプラスチック基板であってよい。基板は透明（人の裸眼で見た場合）であっても有色であっても無色であってもよい。
【００４４】
[0054]  基板の厚さは様々であってよく、また、ある程度まで、基板材料および／または基板寸法に依存しうる。厚さは少なくとも５０μｍ、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であってよい。或いは、基板の厚さは、最大でも５０００μｍ、最大でも３５００μｍ、最大でも２５００μｍ、最大でも１７５０μｍ、最大でも１２５０μｍ、最大でも１０００μｍ、最大でも８００μｍ、最大でも６００μｍ、最大でも５００μｍ、最大でも４００μｍ、または最大でも３００μｍであってよい。
【００４５】
[0055]  本明細書に記載した基板は、露光の前後を問わず、例えば、トラック（通常、基板にレジスト層を塗布し、かつ露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジツール、および／またはインスペクションツールで処理されてもよい。一例ではレジスト層が基板上に設けられる。
【００４６】
[0056]  記載は、リソグラフィを対象としているが、パターン付きデバイスＭＡは、本発明の範囲から逸脱することなく、ディスプレイシステムにおいて（例えばＬＣＤテレビジョンまたはプロジェクタにおいて）形成できることを理解すべきである。したがって、投影されたパターン付きビームは、例えば基板、ディスプレイデバイス等といった多くの異なるタイプのオブジェクト上に投影されることが可能である。
【００４７】
[0057]  図１に示す装置は、以下のモードの少なくとも１つのモードにおいて用いることができる。
【００４８】
[0058]  １．ステップモードでは、サポート構造ＭＴおよび基板テーブルＷＴを基本的に静止状態に保ちつつ、放射ビームに付けられたパターン全体を一度にターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一静的露光）。その後、基板テーブルＷＴは、Ｘおよび／またはＹ方向に移動され、それにより別のターゲット部分Ｃを露光することができる。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光時に結像されるターゲット部分Ｃのサイズが限定される。
【００４９】
[0059]  ２．スキャンモードでは、サポート構造ＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付けられたパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一動的露光）。サポート構造ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＳの（縮小）拡大率および像反転特性によって決めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光時のターゲット部分の幅（非スキャン方向）が限定される一方、スキャン動作の長さによって、ターゲット部分の高さ（スキャン方向）が決まる。
【００５０】
[0060]  ３．パルスモードでは、プログラマブルパターニングデバイスを保持した状態で、サポート構造ＭＴを基本的に静止状態に保ち、また基板テーブルＷＴを動かす、またはスキャンする一方で、放射ビームに付けられているパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する。このモードでは、通常、パルス放射源が採用されており、さらにプログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの移動後ごとに、またはスキャン中の連続する放射パルスと放射パルスとの間に必要に応じて更新される。この動作モードは、前述のタイプのプログラマブルミラーアレイといったプログラマブル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することができる。
【００５１】
[0061]  ４．連続スキャンモードは、基板Ｗが実質的に一定の速度で変調された放射ビームＢに対してスキャンされ、個別に制御可能な要素のアレイ上のパターンがビームＢが基板Ｗ上をスキャンしそれを露光する際に更新されること以外はパルスモードと基本的に同じである。個別に制御可能な要素のアレイ上のパターンの更新に同期された、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。
【００５２】
[0062]  ５．図１のリソグラフィ装置を用いて実行することのできるピクセルグリッド結像モードでは、基板Ｗ上に形成されたパターンは、パターニングデバイスＭＡ上へと向けられた、スポットジェネレータによって形成されたスポットの後続の露光によって実現される。露光されたスポットは実質的に同じ形状を有する。基板Ｗ上には、スポットは実質的にグリッド状にプリントされる。一例では、スポットサイズは、プリントされたピクセルグリッドのピッチより大きいが、露光スポットグリッドよりかなり小さい。プリントされるスポットの強度を変えることによってパターンが実現される。露光フラッシュ間には、スポット全面の強度分布が変えられる。
【００５３】
[0063]  上述の使用モードの組合せおよび／またはバリエーション、或いは完全に異なる使用モードもまた採用可能である。
【００５４】
[0064]  スキャトロメトリ装置の例
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の一実施形態による角度分解および分光スキャトロメトリの原理を概略的に示す。角度分解および分光スキャトロメトリによって、基板Ｗの表面の１つ以上の特性を決定しうる。一実施形態では、図２Ａを参照するに、スキャトロメータは、基板Ｗ上へと放射を向ける放射源２（例えば広帯域（白色光）放射源）を含む。反射された放射は、センサ４（例えばスペクトロメータディテクタ）に渡され、このセンサ４は、鏡面反射された放射のスペクトル１０（波長の関数としての強度）を測定する。このデータから、図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、例えば厳密結合波分析および非線形回帰によって、または、シミュレートされたスペクトルのライブラリとの比較によって、検出されたスペクトルを生じさせている構造または形状を再構成されうる。一般に、再構成のために、構造の一般形状は既知であり、幾つかのパラメータが、その構造が作られたプロセスの知識から推定されるので、スキャトロメトリデータから決定される構造のパラメータは幾つかしかない。
【００５５】
[0065]  スキャトロメータは、法線入射スキャトロメータであっても斜め入射スキャトロメータであってもよい。様々な波長の単一の角度における反射よりはむしろ、単一の波長の様々な角度における反射が測定されるスキャトロメトリの変形も用いてよい。
【００５６】
[0066]  図３は、本発明の一実施形態によるスキャトロメータを概略的に示す。放射源２によって放出された放射は、照明システム１１〜１４によって集められ、対物系１５および部分反射ミラー１６を介して基板Ｗのターゲットを覆うスポットに合焦される。対物系１５は高い開口数（ＮＡ）を有し、一実施形態では少なくとも０．９または少なくとも０．９５である。液浸スキャトロメータは、開口数が１を超えるレンズを有することさえもある。基板によって反射された放射は、次に、部分反射面１６を通り、ディテクタ４内へと透過し、それにより散乱スペクトルが検出される。ディテクタ４は、レンズ１５の後方投影された瞳面内に配置されるか、または、瞳面は、代わりに、補助光学部品１７を用いてディテクタ４上に結像されうる。瞳面は、放射の半径方向位置が入射角を画定し、角度位置が放射の方位角を画定する面である。放射源２は、スキャトロメータの一部であっても、単に外部の放射ジェネレータからの放射のコンジットであってもよい。
【００５７】
[0067]  一実施形態では、ディテクタは、基板ターゲットの２次元角度散乱スペクトルが測定できるように２次元ディテクタである。ディテクタ４は、例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサのアレイであってもよく、また、例えば１フレームあたりに４０ミリ秒の積分時間を有しうる。
【００５８】
[0068]  ディテクタ４は、単一の波長（または狭い波長範囲）における散乱放射の強度を、複数の波長において別々に強度を、または波長範囲に亘って積分された強度を測定しうる。さらに、ディテクタは、ＴＭおよびＴＥ偏光放射の強度および／またはＴＭ偏光放射とＴＥ偏光放射との位相差を別々に測定しうる。
【００５９】
[0069]  広帯域放射源（すなわち、広範囲の放射周波数または波長、したがって色を有する放射源）を用いることが可能であり、これは大きいエタンデュをもたらし、複数の波長の混合を可能にする。幾つかの放射「源」は、ファイバ束を用いて分割された拡張型放射源の様々な部分であってよい。このようにすると、角度分解された散乱スペクトルが、複数の波長において平行して測定されうる。３Ｄスペクトル（波長および２つの異なる角度）が測定されてもよく、このスペクトルには、２Ｄスペクトルよりも多くの情報が含まれる。これにより測定される情報が多くなり、メトロロジプロセスのロバスト性が増加する。
【００６０】
[0070]  基板Ｗ上のターゲットは、例えば焦点、ドーズ、またはオーバレイといった調査されるべきリソグラフィプロセスのパラメータに対して反応するように選択される。ターゲットは、現像後に実線のレジストラインであるバーが形成されるようにプリントされる格子でありうる。バーは、或いは、基板にエッチングされてもよい。プリントされた格子のスキャトロメトリデータは処理ユニットＰＵによって使用されてターゲットを再構成し、そこから、調査下のパラメータの値を導出する。ライン幅および形状といった理想のターゲットの１つ以上のパラメータが、プリンティングステップおよび／他のスキャトロメトリプロセスの知識から、再構成プロセスに入力されうる。或いはまたは追加的に、調査下のパラメータを示す情報は、例えば主成分分析といった技術によってスキャトロメータデータから直接的に導出されてもよい。
【００６１】
[0071]  スキャトロメータＳＭの照明システムは、２つの部分から形成されると見なすことができ、レンズ１１、１３によって表される第１の部分は、放射源２の中間像２’を形成し、その一方で、レンズ１４によって表される第２の部分は、高ＮＡレンズ１５と共に動作して中間像２’を基板Ｗ上に結像する。
【００６２】
[0072]  一実施形態では、照明アパーチャブレード１２が、照明システムの第１の部分内に設けられ、かつ、高ＮＡレンズ１５の後焦点面内に結像される。照明アパーチャブレードは、意図する測定、例えばオーバレイに適した例えば輪帯照明である照明モードを画定する。照明アパーチャブレード１２は、放射源２の一部の空間周波数を遮断するので、基板上の放射源の像は広がり、放射は所望のターゲット領域の外側に波及する。ターゲット領域の外側の構造によって反射された放射は、スキャトロメトリデータにノイズをもたらしうる。したがって、視野絞り１９が放射源２の中間像２’において設けられる。視野絞り１９は、理想の幾何学スポット幅（例えば直径）よりほんの僅かに大きいことが望ましく、したがって幾何学スポットの外側で回折された放射を遮断し、基板上に投影されるスポットが可能な限り鮮明であることを確実にする。
【００６３】
[0073]  なお、視野絞り１９は、高ＮＡレンズ１５の後焦点面におけるアパーチャブレード１２の像のための低域通過フィルタの機能も果たし、したがって照明モードを不鮮明にすることに留意されたい。このことは、ディテクタ４における回折次数の角度分解を減少しうる。しかし、アポダイズされた（apodized）視野絞り、すなわち、透明から不透明への移行が階段状ではなく漸次的である視野絞りを用いることによって、像面におけるもれ放射と、回折次数の角度分解との最適なバランスを得ることができる。
【００６４】
[0074]  スキャトロメトリに用いられる反射屈折光学システム
一実施形態では、スキャトロメータは反射屈折光学システムを含む。
【００６５】
[0075]  反射屈折光学システムは、例えば図４に示しかつ図４に関して以下に説明するようにクリティカルディメンション（ＣＤ）およびオーバレイ測定のためのＵＶ可視スキャトロメータにおける特殊対物系として用いられうる。
【００６６】
[0076]  この反射屈折対物系は、例えば図１１に示しかつ図１１に関して以下に説明するスキャトロメータの照明システムと共に用いられてよい。
【００６７】
[0077]  一実施形態では、この反射屈折光学システムは、（ｉ）高い開口数および収色性を与えるミラーシステムと（ｉｉ）１つ以上の収差（例えばコマ）を補正するほぼ無限焦点の屈折要素とを含みうる。
【００６８】
[0078]  スキャトロメータ内の反射屈折光学システムは、幾つかの望ましい特性を有しうる。例えば反射屈折光学システムは、非常に高い開口数（例えば約０．９５）を有し、また、（例えば約１９３ナノメートルから１０５０ナノメートルといった）広いスペクトル範囲で動作することが可能である。さらに、反射屈折光学システムは、センシング分岐において低いオブスキュレーション（約１５％）を生成することができる。また、反射屈折光学システムは、従来のスキャトロメータに比べてセンシング分岐に含まれる光学面が少なくてよいので、センシング分岐において生じる散乱およびゴースト像が減少または最小限にされる。また、反射屈折光学システムは、従来のスキャトロメータに比べて寸法が小さくまた軽量である。
【００６９】
[0079]  本発明の一実施形態による、収色性の高開口数の反射屈折光学システムは、凸球面と、凸球面からの電磁放射を受け取るように位置決めされた凹非球面とを含む。
【００７０】
[0080]  図４は、基板４９０の表面の１つ以上の特性を感知可能なスキャトロメトリシステム４００を示す。スキャトロメトリシステム４００は、図３に示すスキャトロメトリシステムに相当する。例えば、図３の要素１１、１３、および１４は、図４の要素４２０、４２２、４２４、４３２に相当する。同様に図３の対物系は、図４の反射屈折光学システム４８０であるかそれを含みうる。
【００７１】
[0081]  システム４００は、アライメント分岐とセンシング分岐を有し、また、反射屈折光学システム４８０を含む。図４に示す実施形態では、反射屈折光学システム４８０は、光学要素４３４（例えばビームスプリッタ）と対物系４７０とを含む。アライメント分岐、センシング分岐、および反射屈折光学システム４８０を以下により詳細に説明する。
【００７２】
[0082]  アライメント分岐は、システム４００を、基板４９０上のフィーチャと位置合わせするために用いられる。アライメント分岐は、第１の放射ビームを与える（広帯域発光ダイオード（ＬＥＤ）といった）照明源４１２を含む。一例では、この第１のビームは、４５０ナノメートルと６００ナノメートルの間のスペクトル範囲を有する。第１のビームは、光学要素４３０および４３２を通過し、次に光学要素４３４に衝突する。第１のビームは、次に対物系４７０を通りまたは対物系４７０の傍を誘導され、基板４９０の一部上に合焦される。第１のビームは、次に光学要素４３４（例えば第１のビームが対物系４７０を介して基板に誘導される場合には対物系４７０を介して）を通り戻されて方向転換される（例えば反射されるおよび／または屈折される）。ビームスプリッタ４３６が第１のビームを、収束レンズ４５０およびビームスプリッタ４５２内を、次に第１のセンサ４５４（例えば電荷結合デバイス（ＣＣＤ））上へと誘導する。センサ４５４によって与えられる基板４９０の像は、システム４００を基板４９０の特定部分に位置合わせするように用いられる。
【００７３】
[0083]  センシング分岐は、上述したようなスキャトロメトリ技術といった公知のスキャトロメトリ技術に従って位置合わせされた基板４９０の部分におけるフィーチャを感知または検出するように用いられる。センシング分岐は、第２の放射ビームを与える（例えば干渉フィルタを有するタングステン照明源といった）照明源４１０を含む。一例では、この第２のビームは、約１０ナノメートルの帯域幅を有し、約３００ナノメートルから８００ナノメートルのスペクトル範囲内にある。第２のビームは、光学要素４２０、４２２、４２４、４３０、およびレンズ４３２を通過する。光学要素４３４は、次に第２のビームを、対物系４７０を通り、基板４９０の位置合わせされた部分上に誘導する。第２のビームは、基板４９０の位置合わせされた部分によって方向転換されて、対物系４７０および光学要素４３４を通り戻される。第２のビームは、ビームスプリッタ４３６、レンズ４４０、アパーチャ４４２、およびレンズ４４４を通過し、次に第２のディテクタ４４６（例えば第２のＣＣＤ）に衝突する。第２のディテクタ４４６は、基板４９０の表面上のフィーチャを検出するように用いられる、基板４９０の位置合わせされた部分の像を与える。
【００７４】
[0084]  上述したように、反射屈折光学システム４８０は、光学要素４３４と対物系４７０を含む。反射屈折光学システム４８０は、（例えば約１９３ナノメートルから１０５０ナノメートルといった）広スペクトル範囲において収色性である。システム４００に用いられる場合、反射屈折光学システム４８０は、センシング分岐において（半径範囲で約１５％といった）低いオブスキュレーションを有する。反射屈折光学システム４８０は、小さい寸法を有しかつ軽量であり、またごくわずかの面しかないので、散乱が減少されゴースト像が排除される。センシングに用いられる場合、対物系４７０は、（例えば約０．９０または０．９５といった）高い開口数を有することができ、また、屈折要素を用いない。結果として、対物系４７０は、（例えば約１９３ナノメートルから１０５０ナノメートルといった）広いスペクトル範囲において適切に動作する。
【００７５】
[0085]  一実施形態では、アライメント分岐およびセンシング分岐は共に反射屈折光学システム４８０を共有しうる。一実施形態では、反射屈折光学システム４８０は、アライメント分岐とセンシング分岐の両方の光学仕様内で適切に機能する。このような実施形態では、アライメント分岐の屈折要素は、反射屈折光学システム４８０の小さい球面ミラーによって遮られたボリューム内に位置する。アライメント分岐における第１の面（または面群）は、センシング分岐における凸反射面と共通の面（または複数の面）を有する。凸反射面は、部分的に反射性（例えば約８０％の反射）であるか、または、センシング分岐とアライメント分岐との間に放射分布を与えるスペクトル依存反射を有する。例えば凸反射面は、反射面が（ｉ）アライメント分岐からの電磁放射に対して屈折特性を有し、また、（ｉｉ）センシング分岐からの電磁放射に対して反射特性を有するように調整されうる（例えばコーティングされうる）。システム４００内のアライメント分岐内に用いられる場合、反射屈折光学システム４８０は、アライメント分岐において実質的にオブスキュレーションはない。或いは、反射屈折光学システム４８０は、センシング分岐のみを含むシステムに用いられてもよい。
【００７６】
[0086]  本発明の実施形態による追加の反射屈折光学システムを、例えば図５〜図９において以下に説明しかつ例示する。図５〜図９に示す実施形態のそれぞれにおいて、照明システムからの平行電磁放射が、基板（例えばウェーハ）上の（例えば約１０ミクロンといった）小さいスポット上に合焦される。各実施形態をスキャトロメトリに用いることができ、また、各実施形態は（例えば約０．９５の開口数といった）非常に広い開口数を有し、（例えば約１９３ナノメートルから１０５０ナノメートルといった）広いスペクトル範囲内で動作する。
【００７７】
[0087]  図５は、一実施形態による反射屈折光学システムの例６００を示す。図５に示すように、反射屈折光学システム６００は、補正板６１０と、球面凸面ミラー６１６と、非球面凹面ミラー６１２を含む。
【００７８】
[0088]  補正板６１０は、放射ビームを調整して１つ以上の光学収差（例えばコマ）を補正する。図５に示すように、補正板６１０は、非球面ｓ２と球面ｓ３とを含む。補正板６１０によって調整された放射は、非球面凹面ミラー６１２における孔６１４を通過し、球面凸面ミラー６１６に衝突する。球面凸面ミラー６１６は、補正板６１０によって調整された放射を反射するように位置決めされた球面反射面ｓ６を含む。非球面凹面ミラー６１２は、球面反射面ｓ６によって反射された放射を受け取る。非球面凹面ミラー６１２は、この放射を基板のターゲット部分に合焦させる非球面反射面ｓ７を含む。例えば非球面反射面ｓ７から反射された例示的な光線６１１を図５に示す。
【００７９】
[0089]  図６は、更なる実施形態による反射屈折光学システムの例７００を示す。図６に示すように、反射屈折光学システム７００は、補正板７１０と、球面凸面ミラー７１６と、モノリシックガラス要素７１２を含む。
【００８０】
[0090]  補正板７１０は、電磁放射ビームを調整して１つ以上の光学収差（例えばコマ）を補正する。補正板７１０は非球面ｓ２を含む。
【００８１】
[0091]  球面凸面ミラー７１６は、補正板７１０によって調整された電磁放射を反射するように位置決めされた球面反射面ｓ４を含む。図６に示す実施形態では、球面凸面ミラー７１６は、モノリシックガラス要素７１２の面ｓ６上に位置決めされている。モノリシックガラス要素７１２の非球面ｓ５は、反射部分と透明部分とを有する。透明部分は、光軸を中心とし、入力ビームの断面サイズに基づいたサイズを有する。結果として、面ｓ５は、補正板７１０から到来するビームは通過させるが、球面ミラー７１６から到来する光線は反射する。つまり、補正板７１０によって調整された電磁放射はモノリシックガラス要素７１２における面ｓ５の透明部分を通過し、球面凸面ミラー７１６に衝突する。
【００８２】
[0092]  モノリシックガラス要素７１２は、面ｓ４、面ｓ５、および面ｓ６を含む。モノリシックガラス要素７１２の面ｓ５は、球面凸面ミラー７１６（面ｓ４）によって反射された放射を受け取り、この放射を基板のターゲット部分に向けて反射する。基板のターゲット部分に衝突する前に、放射は、モノリシックガラス要素の面ｓ６を横断する。非球面反射面ｓ５から反射する光線は、面ｓ６に実質的に垂直にモノリシックガラス要素７１２を出るので、面ｓ６によって実質的に屈折されない。結果として、反射屈折光学システム７００は収色性である。
【００８３】
[0093]  図７は、更なる実施形態による反射屈折光学システムの例８００を示す。図７に示すように、反射屈折光学システム８００は、補正板８１０と、球面凸面ミラー８１６と、非球面凹面ミラー８１２と、要素８２０を含む。
【００８４】
[0094]  補正板８１０は、放射ビームを調整して１つ以上の光学収差（例えばコマ）を補正する。補正板８１０は、非球面ｓ１と面ｓ２とを含む。図７に示すように、補正板８１０は、非球面凹面ミラー８１２の孔８１４内に位置決めされている。
【００８５】
[0095]  球面凸面ミラー８１６は、補正板８１０によって調整された放射を反射するように位置決めされた球面反射面ｓ３を含む。図７に示す実施形態では、球面凸面ミラー８１６は、要素８２０の面ｓ５上に位置決めされている。補正板８１０によって調整された放射は、球面凸面ミラー８１６に衝突する。
【００８６】
[0096]  非球面凹面ミラー８１２は、非球面反射面ｓ４を含む。非球面凹面ミラー８１２の非球面反射面ｓ４は、非球面凸面ミラー８１６によって反射された放射を受け取り、この放射を要素８２０（例えばメニスカス）に向けて反射する。
【００８７】
[0097]  要素８２０は、第１の面ｓ５と第２の面ｓ６とを含む。非球面凹面ミラー８１２によって反射された放射は、第１の面ｓ５および第２の面ｓ６の両方に実質的に垂直に、要素８２０を通過するので、要素８２０のいずれの面においても実質的に回折されない。結果として、反射屈折光学システム８００は収色性である。
【００８８】
[0098]  図８は、照明システムと、更なる実施形態による反射屈折光学システム９００を示す。反射屈折光学システム９００は、約０．９５の照明開口数を有し、約３００ナノメートルから８００ナノメートルの広スペクトル範囲において動作する。反射屈折光学システム９００は、基板９１０上に小さいスポット（例えば約１０ミクロンのスポット）を作成する。
【００８９】
[0099]  反射屈折光学システム９００は、球面屈折面９２０と、平面反射面９３０と、非球面反射面９４０と、光学要素９６０と、レンズ群９７０と、補助レンズ９８０と、基板９１０上のスポットと共役な照明源９９０とを含む。照明源９９０は、補助レンズ９８０とレンズ群９７０を通り伝播する放射を与える。レンズ群９７０は、少なくとも１つの非球面を有する。レンズ群９７０は、反射屈折光学システム９００の収差（例えばコマ）を補正するように機能する。レンズ群９７０は、無限焦点レンズ群９７０を形成してもよい。光学要素９６０はレンズ群９７０からの放射を、平面反射面９３０から反射するように向ける。電磁放射は次に、非球面反射面９４０から反射し、球面屈折面９２０を通過し、基板９１０上に合焦される。放射は、球面屈折面９２０を、面９２０に実質的に垂直な方向に横断する。結果として、反射屈折光学システム９００は収色性である。
【００９０】
[00100]  反射屈折光学システム９００を用いて、基板９１０のフィーチャを試験または感知することができる。センシングモードでは、反射屈折光学システム９００は、高開口数のフーリエ（Fourier）対物系として動作し、この場合、放射は、図８に示す方向とは反対の方向に伝播する。具体的には、放射は基板９１０の面によって方向変換され、反射屈折光学システム９００を横断し、反射屈折光学システムの後焦点面（すなわち瞳面）と共役な面に配置されたＣＣＤに衝突する。ＣＣＤ上の様々な点にある放射スポットは、基板９１０の面から様々な角度で方向変換された放射ビームに対応する。公知のスキャトロメトリ技術を用いて、これらのスポットは基板９１０の（ＣＤおよびオーバレイといった）フィーチャを分析するために用いることができる。
【００９１】
[00101]  例えば、図９は、センシングモードにおいて反射屈折光学システム９００内を伝播する、３つの方向変換されたビーム９１３、９１５、および９１７（基板９１０の面から約０度、３０度、および７２度において方向変換された光線に対応する）を示す。これらの方向変換されたビームは、反射屈折光学システム９００の瞳面内にフーリエパターンを作成する。
【００９２】
[00102]  非球面ミラー９４０と、平面ミラー９３０と、屈折球面９２０は、モノリシックガラス光学要素９１２から作ることができる。モノリシックガラス光学要素９１２は、約１９３ナノメートルから１０５０ナノメートルのスペクトル範囲において透過するガラス（例えばＳｉＯ２）から作ることができる。この例では、平面ミラー９３０はアニュラスを含み、屈折球面９２０はこのアニュラスの中心に位置決めされる。モノリシックガラス光学要素９１２は、基板９１０上の照明スポットが平面ミラー９３０および屈折球面９２０と同心となるように方向付けられる。光学要素９６０は、モノリシックガラス要素９１２と同じ材料から作ることができ、また、モノリシックガラス要素９１２に光学的に接触させることによって組立てられる。
【００９３】
[00103]  図１０は、更なる実施形態による反射屈折光学システムの例１２００を示す。反射屈折光学システム１２００は、共に縦続接続された第１のモノリシックガラス要素１２１０と、第２のモノリシックガラス要素１２２０と、屈折レンズ群１２３０を含む。モノリシックガラス要素１２１０は約０．９５の開口数から約０．４の開口数に移行する（そして戻る）。モノリシックガラス要素１２１０および１２２０を縦続接続することは、約０．９５の開口数から約０．０２の開口数に移行する。
【００９４】
[00104]  第１のモノリシックガラス要素１２１０は、屈折面ｓ２と、非球面反射面ｓ３と、平面反射面ｓ４と、屈折面ｓ５を含む。図１０に示すように、屈折面ｓ２は平面反射面ｓ４の中心に位置決めされ、屈折面ｓ５は非球面反射面ｓ３の中心に位置決めされる。
【００９５】
[00105]  第２のモノリシックガラス要素１２２０は、反射面ｓ７と反射面ｓ８を含む。反射面ｓ７およびｓ８のそれぞれは中心透明部分を含む。
【００９６】
[00106]  屈折レンズ群１２３０は、１つ以上の収差（例えばコマ）を補正するように位置決めされかつ形作られた光学面ｓ９、ｓ１０、ｓ１１、ｓ１２、ｓ１３、およびｓ１４を含む。
【００９７】
[00107]  この光学設計は、図８および図９に示す設計と同様に機能するが、非球面を１つだけ（第１のモノリシックガラス要素１２１０の非球面反射面ｓ３）有し、また、より広いスペクトル範囲（約１９３〜１０５０ナノメートル）を有する。
【００９８】
[00108]  例えば放射が屈折レンズ群１２３０を通り反射屈折光学システム１２００内に入る。放射は、屈折レンズ群１２３０、次に反射面ｓ８の中心透明部分を通過する。
【００９９】
[00109]  反射面ｓ８の中心透明部分を通過する放射は、反射面ｓ７によって反射され、次に反射面ｓ８によって受け取られる。反射面ｓ８は、放射を、反射面ｓ７の中心透明部分を通過した放射の合焦スポットに合焦させる。つまり、第２のモノリシックガラス要素１２２０は、放射の合焦スポットを与えるように構成される。
【０１００】
[00110]  第１のモノリシックガラス要素１２１０の屈折面ｓ５は、第２のモノリシックガラス要素１２２０からの放射の合焦スポットと同心となるように位置決めされる。したがって、第２のモノリシックガラス要素１２２０からの放射は、屈折面ｓ５に実質的に垂直に第１のモノリシックガラス要素１２１０に入る。反射面ｓ４はこの放射を受け取り、この放射を非球面反射面ｓ３に向けて反射する。非球面反射面ｓ３は、放射を、基板（図１０には図示せず）上の合焦スポット上に合焦させる。屈折面ｓ２は基板の合焦スポットに同心であるように位置決めされ、それにより、放射は屈折面ｓ２に実質的に垂直に第１のモノリシックガラス要素１２１０から出る。
【０１０１】
[00111]  放射が屈折面ｓ５およびｓ２に実質的に垂直に第１のモノリシックガラス要素１２１０に入るまたは出るので、反射屈折光学システムは、実質的に収色性である、すなわち、約１９３から１０５０ナノメートルのスペクトル範囲を有する。
【０１０２】
[00112]  上述したようなスキャトロメータといったメトロロジツールは、高い開口数を有する広いスペクトル範囲（例えば約１９３から１０５０ナノメートル）で動作しうる。しかし、このようなメトロロジツールは、そのメトロロジツール用の照明システムが広スペクトル範囲を提供できないことによって、事実上短いスペクトルバンド（例えば３００〜８００ｎｍ）を有することもある。これは、照明システムにおける屈折要素の色制限（chromatic limitation）によるものである。
【０１０３】
[00113]  図１１は、本発明の一実施形態によるスキャトロメータの概略図を示す。図１１は、基本的に対物系１５（上述したように、反射屈折光学システムであるか反射屈折光学システムを含みうる）に放射を供給するスキャトロメータの照明システムを示す。図１１を参照するに、照明システムは、光源２（図示せず）からの放射を照明システムに運ぶ照明ファイバ１３００を含む。照明システムは、コンデンサレンズ１１およびリレーレンズ１３、１４をさらに含む。
【０１０４】
[00114]  照明システムが広いスペクトル範囲を提供できるように、高ＮＡ照明ファイバ１３００からの光を効果的に集めることができる、入力ＮＡ＞０．０５を有するアクロマティックコンデンサレンズ１１が設けられるべきである。
【０１０５】
[00115]  本発明の一実施形態では、反射屈折光学システムがコンデンサレンズ１１（以下反射屈折コンデンサレンズ）として設けられる。反射屈折コンデンサレンズは、コンデンサレンズの機能を行うが、収色性であり、約１９３から１０５０ｎｍの広いスペクトル範囲内で動作する。反射屈折コンデンサレンズの設計パラメータは、最小の中心オブスキュレーションを有するように選択することができる。一実施形態では、反射屈折コンデンサレンズのオブスキュレーションは、対物系１５のオブスキュレーションと一致しうる。例えば、オブスキュレーションは、対物系１５におけるオブスキュレーション以下でありうる。その場合、反射屈折コンデンサレンズは、対物系１５によって与えられうるものよりも追加の放射の損失をシステムにもたらさない。一実施形態では、オブスキュレーションは、対物系のオブスキュレーションよりも最大で２０％多いことがある。一実施形態では、オブスキュレーションは、瞳半径範囲で約１５％以下である。リレーレンズ１３および１４は、ＣａＦ２および／またはＳｉＯ２からダブレットとして作られてよく、また、反射屈折コンデンサレンズの下流の照明フィールドサイズと対物系の瞳のサイズの一致を与える。
【０１０６】
[00116]  図１２は、本発明の一実施形態による反射屈折コンデンサレンズ１１を概略的に示す。反射屈折コンデンサレンズ１１は、第１の透明材料ブロック１３１０と第２の透明材料ブロック１３２０とを含む。第１のブロック１３１０と第２のブロック１３２０は、界面１３４０において単一の部品に作られる別個の光学部品であるか、または、透明材料のモノリシック要素でありうる。第１のブロック１３１０および／または第２のブロック１３２０の材料は、融解シリカ（ＳｉＯ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、またはガラスでありうる。
【０１０７】
[00117]  第１のブロック１３１０は、球面ミラー１３５０を含む。一実施形態では、第１のブロック１３１０は、球面ミラー１３５０を形成するキャビティがある出力面１３６０（例えば平面）を有する。キャビティは例えば銀めっきされてよい。一実施形態では、キャビティは材料で充填されてもよい。キャビティ内の材料は、第１のブロック１３１０の材料とは異なってよく、その場合銀めっきは必要でなくなる。
【０１０８】
[00118]  第２のブロック１３２０は反射面１３７０を含む。一実施形態では、反射面１３７０は非球面である。一実施形態では、反射面１３７０は、図示するように第２のブロック１３２０内に埋め込まれてもよい。これは、例えば第２のブロック１３２０の銀めっきされた第１の部分を、面１３９０を有する第２のブロック１３２０の対応する第２の部分に接触させることによって生成されうる。第２のブロック１３２０の第２の部分は、第２のブロック１３２０の第１の部分の材料と異なる材料であってよく、その場合銀めっきは必要でなくなる。一実施形態では、面１３９０は反射面１３７０でありうる。
【０１０９】
[00119]  第２のブロック１３２０は、第２のブロック１３２０の面１３９０から第２のブロック１３２０内に延在する孔１３８０をさらに含む。一実施形態ではこの孔は円筒状である。
【０１１０】
[00120]  光ファイバ１３００が第２のブロック１３２０の孔１３８０内に延在し、光ファイバ１３００のアウトレット１３３０において終端する。一実施形態では、アウトレット１３３０は、第１のブロック１３１０と第２のブロック１３２０との間の界面１３４０において終わる。照明ファイバ１３００のアウトレット１３３０は入力照明源の機能を果たす。一実施形態では、光ファイバ１３００は、照明放射を送るように反射性内面を有する円筒状の中空管を含む。一実施形態では、アウトレット１３３０は、ミラー１３５０と反射面１３７０との間にあり、また、一実施形態ではミラー１３５０の中途にまたはより近くにある。
【０１１１】
[00121]  アウトレット１３３０からの放射は、ミラー１３５０から反射され、第１のブロック１３５０および第２のブロック１３２０の全部または一部を通り伝播し、次に反射面１３７０から反射して、出力面１３６０を通過する平行放射ビーム１４００が形成される。ビームは、ミラー１３５０周りで反射されるので、ビーム１４００は中心オブスキュレーションを有する。一実施形態では、出力面１３６０は、反射面１３７０からのビームの方向に実質的に垂直である。このことはアクロマティックビームを促進する。例えば出力面１３６０は平らである。
【０１１２】
[00122]  以下の表１に、反射屈折コンデンサレンズの光学処方例を示す。
【表１】
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表１−反射屈折コンデンサレンズの光学処方例−反射面１３７０はＫ＝−０．８４３１を有して円錐形であり、光ファイバ１３００の直径は２００μｍと仮定され、反射屈折コンデンサレンズの材料はＵＶ融解シリカであり、出力ビーム１４００直径は４．８ｍｍである。
【０１１３】
[00123]  図１２および表１に示しかつ説明した設計は、対物系１５におけるオブスキュレーションと一致するように約〜１５％の中心オブスキュレーションを有する。設計パラメータは、特定のメトロロジツールのパッケージング要件に合うように（例えばファイバ直径、対物系の瞳サイズ、リレーシステムの倍率等に依存して）スケーリングされても変更されてもよい。
【０１１４】
[00124]  一実施形態では、反射面１３５０と反射面１３７０との間の空間と、少なくとも反射面１３５０または反射面１３５０の外側の側面境界内に、ガス（例えば空気または窒素）または液体が充填されてもよく、また、照明ファイバ１３００は、ガスまたは液体によって囲まれた中空の取付管の内側に組み込まれる。この管は反射面１３７０の中心に接続され、反射面１３５０と反射面１３７０との間のガスまたは液体内へと少なくとも延在する。一変形では、取付管は反射性の内面を有してよく、照明ファイバ１３００は、図１３に関して以下に説明するのと同様に管の入口において終端する。放射は、管内に入り、内面から反射し、アウトレット１３３０から出力する。
【０１１５】
[00125]  一実施形態では、多くの点について図１２と同様である図１３を参照すると、光学ファイバ１３００は、第２のブロック１３２０における材料より高い屈折指数を有する光媒体（例えばガラスまたは液体といった透明材料）で充填された孔１３８０から取り外される。アウトレット１３３０は、孔１３８０の放射アウトレットに隣接するかまたは接触する。したがって、孔１３８０は、照明放射を点１４１０に送る導波管の機能を果たす。
【０１１６】
[00126]  結論
スキャトロメータといったメトロロジツールのための反射屈折光学システムを記載した。本発明の様々な実施形態を上に述べたが、これらの実施形態は例示的にのみ示しかつ限定的ではないことを理解すべきである。当業者には明らかであろうが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、実施形態の形態および詳細に関して様々な変更をなしうる。例えば本明細書に記載した実施形態の１つ以上の特徴は、本明細書に記載した別の実施形態の１つ以上の特徴と組み合わされてもまたはそれらに置き換えられてもよい。例えば、対物系１５に関して上述した反射屈折光学システムは、平行ビームを出力するように適切に変更されている場合に照明システムにおいて用いられうる。
【０１１７】
[00127]  当業者は、センシングおよびアライメント分岐に含まれる光学部品の製造プロセスまたは光学部品により適するように上述した実施形態を修正および再最適化することもできる。例えば（それぞれ図５、図６、図７、および図１２の）凸面球面ミラー６１６、７１６、８１６、および１３５０は、凹面または非球面ミラーによって置換されてもよい。上述した実施形態のこれらの修正および他の修正版は当業者には明らかとなろう。また、これらは本発明の精神および範囲内である。
【０１１８】
[00128]  さらに、上の記載は発明者によって考えられる本発明の１つ以上の例示的な実施形態を説明するが全てを説明するわけではないことを理解すべきである。したがって、これらの実施形態は、本発明および添付の特許請求の範囲を限定することを意図していない。したがって、本発明の範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、以下の請求項およびその等価物にしたがってのみ画定されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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