(57)【要約】【課題】信号安定性を高めたディテクタを備えたリソグラフィ装置を提供する。【解決手段】放射ビームを提供するための照明システムと、パターニングデバイスを支持するためのサポート構造であって、前記パターニングデバイスが前記放射ビームの断面にパターンを付与する、サポート構造と、基板を保持するための基板テーブルと、前記基板のターゲット部分上に前記パターン付き放射ビームを投影するための投影システムと、前記放射ビームの特性を測定するように構成されたディテクタと、を備えたリソグラフィ装置であって、前記ディテクタは、各々が光軸を有する第１および第２の発光一軸性結晶を備え、前記第１の一軸性結晶の前記光軸は、前記第２の一軸性結晶の前記光軸に実質的に垂直になるように配置される、リソグラフィ装置。【選択図】図４
2011192988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射ビームを提供するための照明システムと、
パターニングデバイスを支持するためのサポート構造であって、前記パターニングデバイスが前記放射ビームの断面にパターンを付与する、サポート構造と、
基板を保持するための基板テーブルと、
前記基板のターゲット部分上に前記パターン付き放射ビームを投影するための投影システムと、
前記放射ビームの特性を測定するように構成されたディテクタと、
を備えたリソグラフィ装置であって、
前記ディテクタは、各々が光軸を有する第１および第２の発光一軸性結晶を備え、前記第２の一軸性結晶の前記光軸は、前記第１の一軸性結晶の前記光軸に実質的に垂直になるように配置される、
リソグラフィ装置。
【請求項２】
前記ディテクタは前記放射ビームの強度を測定するように構成される、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
【請求項３】
前記照明システムは、少なくとも２つの異なる偏光状態の間で前記放射ビームの偏光を変化させるように構成される、請求項１又は請求項２のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
【請求項４】
前記放射ビームの波長は、深紫外線（ＤＵＶ）である、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項５】
前記第１および第２の一軸性結晶は、互いに隣接する、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項６】
前記第１および／または第２の一軸性結晶は、サファイアを含む、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項７】
前記ディテクタは、前記放射ビームが第１の結晶を通り、その後第２の結晶を通って伝播するように向けられ、前記第２の一軸性結晶は、前記放射ビームが前記第１の一軸性結晶を通過する際、および／または前記第１の一軸性結晶から第２の一軸性結晶へと通過する際に起こる放射損失を補償するように構成される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項８】
前記第２の一軸性結晶は、前記第１の一軸性結晶と同一の材料であり、前記第２の一軸性結晶は、前記放射ビームの伝播方向における厚さが、前記放射ビームの伝播方向における前記第１の一軸性結晶の厚さよりも大きくなるように構成される、請求項７に記載のリソグラフィ装置。
【請求項９】
前記第２の一軸性結晶は、その吸収係数が、第１の一軸性結晶の吸収係数よりも大きくなるように構成される、請求項７に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１０】
前記第１および第２の一軸性結晶は、光学的に接触している、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１１】
前記第１および第２の一軸性結晶は、光学的に接触していない、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１２】
前記一軸性結晶のうちの１つが回転可能に取り付けられている、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１３】
照明システムを使って放射ビームを提供することと、
パターニングデバイスを使って前記放射ビームの断面にパターンを付与することと、
前記パターン付き放射ビームを基板のターゲット部分上に投影することと、
を含むデバイス製造方法であって、
前記方法は、さらに、ディテクタを使って前記放射ビームの特性を測定することを含み、前記ディテクタは、各々が光軸を有する第１および第２の発光一軸性結晶を備え、前記第２の一軸性結晶の前記光軸は、前記第１の一軸性結晶の前記光軸に実質的に垂直になるように配置される、
デバイス製造方法。
【請求項１４】
放射ビームの特性を測定するように構成されたディテクタであって、前記ディテクタは、各々が光軸を有する第１および第２の発光一軸性結晶を備え、前記第１の一軸性結晶の前記光軸は、前記第２の一軸性結晶の前記光軸に実質的に垂直になるように配置される、ディテクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィ装置、デバイス製造方法、およびディテクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板のターゲット部分上に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。その場合、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成するために、マスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを用いることができ、このパターンは、放射感応性材料（レジスト）の層を有する基板（例えば、シリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば、ダイの一部、または１つ以上のダイを含む）上に結像することができる。一般には、単一の基板が、連続的に露光される隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。公知のリソグラフィ装置としては、ターゲット部分上にパターン全体を一度に露光することにより各ターゲット部分を照射するいわゆるステッパ、およびビームによってある特定の方向（「スキャン」方向）にパターンをスキャンすると同時に、この方向に平行または逆平行に基板をスキャンすることにより各ターゲット部分を照射する、いわゆるスキャナが含まれる。
【０００３】
リソグラフィ装置は、放射ビームを使用してパターニングデバイスから基板上へとパターンを投影する。放射ビームの特性は、リソグラフィ装置により制御され得る。これらの特性は、例えば、基板上へ投影されるパターンの種類に応じて調整することができる。公知のリソグラフィ装置は、放射ビームの偏光を変更する。リソグラフィ装置は、放射ビームの特性を測定するための多様なディテクタを備える。例えば、リソグラフィ装置は、放射ビームの強度を測定するのに使用されるディテクタを有し得る。公知のディテクタは、発光結晶備え、この発光結晶の輝度は、フォトダイオードまたは任意の他の好適な強度センサを使って測定することができる。
【０００４】
上述のように、基板上に投影されるパターンの種類に応じて、放射ビームの偏光（したがって、ディテクタに入射する放射）を変化させることができる。ディテクタに入射する放射の偏光におけるこのような変化は、発光結晶の吸収の変化、ひいては発光効率の変化も引き起こし得る。この発光効率の変化は、瞬間的なものではなく、いくらかの遅延を含み得る。発光効率の変化に遅延がある場合、ディテクタの応答は、静的成分および遷移（transient）成分の両方を含む偏光依存性の変動を有する場合がある。ディテクタの応答変動の遷移成分は、ディテクタの信号安定性を低下させることになり、この信号安定性の低下が、ひいてはリソグラフィ装置の結像性能を低下させ得る。さらに、応答変動の静的成分により、ディテクタは入射放射の偏光の意図しないドリフトに影響を受けやすくなる場合がある。これは、ディテクタにより測定される強度に誤差を生じさせ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、本明細書中あるいは本明細書以外で特定される従来技術における１つ以上の問題を除去または軽減するディテクタを備えたリソグラフィ装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様では、放射ビームを提供するための照明システムと、パターニングデバイスを支持するためのサポート構造であって、前記パターニングデバイスが前記放射ビームの断面にパターンを付与する、サポート構造と、基板を保持するための基板テーブルと、前記基板のターゲット部分上に前記パターン付き放射ビームを投影するための投影システムと、前記放射ビームの特性を測定するように構成されたディテクタと、を備えたリソグラフィ装置が提供され、前記ディテクタは、各々が光軸を有する第１および第２の発光一軸性結晶を備え、前記第２の一軸性結晶の前記光軸は、前記第１の一軸性結晶の前記光軸に実質的に垂直になるように配置される。
【０００７】
本発明の第２態様では、照明システムを使って放射ビームを提供することと、パターニングデバイスを使って前記放射ビームの断面にパターンを付与することと、前記パターン付き放射ビームを基板のターゲット部分上に投影することと、を含む方法が提供され、前記方法は、さらに、ディテクタを使って前記放射ビームの特性を測定することを含み、前記ディテクタは、各々が光軸を有する第１および第２の発光一軸性結晶を備え、前記第２の一軸性結晶の前記光軸は、前記第１の一軸性結晶の前記光軸に実質的に垂直になるように配置される。
【０００８】
本発明の第３態様では、放射ビームの特性を測定するように構成されたディテクタであって、前記ディテクタは、各々が光軸を有する第１および第２の発光一軸性結晶を備え、前記第２の一軸性結晶の前記光軸は、前記第１の一軸性結晶の前記光軸に実質的に垂直になるように配置される、ディテクタ。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明のいくつかの実施形態を、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。これらの図面において同じ参照符号は対応する部分を示す。
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を概略的に示す。
【図２】図２は、従来技術のディテクタの典型的な応答変動を示すグラフである。
【図３】図３は、従来技術のディテクタの応答の典型的な遷移曲線を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係るディテクタの一部を形成する結晶構成の概略的な端面図を示す。
【図５】図５は、図４に示す結晶構成の側面図を示す。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係るディテクタの応答変動を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係るディテクタのｘ方向に偏光された放射とｙ方向に偏光された放射との間の相対的差異を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書において、ＩＣ製造におけるリソグラフィ装置の使用について具体的な言及がなされているが、本明細書記載のリソグラフィ装置が、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用のガイダンスパターンおよび検出パターン、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用途を有し得ることが理解されるべきである。当業者にとっては当然のことであるが、そのような別の用途においては、本明細書で使用される「ウェーハ」または「ダイ」という用語はすべて、それぞれより一般的な「基板」または「ターゲット部分」という用語と同義であるとみなしてよい。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）、メトロロジーツール、またはインスペクションツールで処理されてもよい。適用可能な場合には、本明細書中の開示内容を上記のような基板プロセシングツールおよびその他の基板プロセシングツールに適用してもよい。さらに基板は、例えば、多層ＩＣを作るために複数回処理されてもよいので、本明細書で使用される基板という用語は、すでに多重処理層を包含している基板を表すものとしてもよい。
【００１２】
本明細書で使用される「放射」および「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長を有する）、および極端紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、ならびにイオンビームや電子ビームなどの微粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射を包含している。
【００１３】
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り出すように、放射ビームの断面にパターンを与えるために使用できるデバイスを指していると、広く解釈されるべきである。なお、留意すべき点として、放射ビームに付与されたパターンは、基板のターゲット部分内の所望のパターンに正確に一致しない場合もある。通常、放射ビームに付けたパターンは、集積回路などのターゲット部分内に作り出されるデバイス内の特定の機能層に対応することになる。
【００１４】
パターニングデバイスは、透過型であっても、反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクは、リソグラフィでは公知であり、バイナリ、レべンソン型(alternating)位相シフト、およびハーフトーン型(attenuated)位相シフトなどのマスク型、ならびに種々のハイブリッドマスク型を含む。プログラマブルミラーアレイの一例では、小型ミラーのマトリックス配列が用いられており、各小型ミラーは、入射する放射ビームを様々な方向に反射させるように、個別に傾斜させることができる。このようにして、反射される放射ビームにはパターンが付けられる。
【００１５】
サポート構造は、パターニングデバイスを保持する。サポート構造は、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置の設計、および、パターニングデバイスが真空環境内で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。サポート構造は、機械式クランプ、真空式、または、例えば真空条件下における静電式クランプといった他のクランプ技術を使うことができる。サポート構造は、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く、パターニングデバイスを、例えば、投影システム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。
【００１６】
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、例えば使われている露光放射にとって、あるいは液浸液の使用または真空の使用といった他の要因にとって適切な、屈折型光学系、反射型光学系、反射屈折型光学系を含む多様な型の投影システムを包含してい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「投影システム」という用語と同義であると考えるとよい。
【００１７】
照明システムとしては、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、反射屈折型の光コンポーネントを含む多様な型の光コンポーネントを包含することができ、そのようなコンポーネントは、以下の記載において、包括的にまたは単独で「レンズ」と呼ばれることもある。
【００１８】
リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（および／または２つ以上のサポート構造）を有する型のものであってもよい。そのような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルは並行して使うことができ、または予備工程を１つ以上のテーブル上で実行しつつ、別の１つ以上のテーブルを露光用に使うこともできる。
【００１９】
また、リソグラフィ装置は、投影システムの最終要素と基板との間の空間を満たすように、比較的高屈折率を有する液体（例えば水）に基板が浸漬されるタイプのものであってもよい。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。
【００２０】
図１は、本発明の特定の実施形態に係るリソグラフィ装置を概略的に示している。このリソグラフィ装置は、
−放射ビームＰＢ（例えば紫外線または深紫外線（ＤＵＶ）放射）を調整する照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
−パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持し、かつアイテム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第１位置決めデバイスＰＭに連結されたサポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、
−基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持し、かつアイテムＰＬに対して基板を正確に位置決めする第２位置決めデバイスＰＷに連結された基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、
−パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＰＢに付けられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つ以上のダイを含む）上に結像するように構成されている投影システム（例えば、屈折投影レンズ）ＰＬと、を備える。
【００２１】
本明細書に示されているとおり、リソグラフィ装置は、透過型のもの（例えば、透過型マスクを採用しているもの）である。また、リソグラフィ装置は、反射型のもの（例えば、上述の型のプログラマブルミラーアレイを採用しているもの）であってもよい。
【００２２】
イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射を受ける。例えば、放射源がエキシマレーザである場合、放射源とリソグラフィ装置は、別個の構成要素であってもよい。そのような場合には、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成しているとはみなされず、また放射ビームは、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を使って送られる。その他の場合においては、例えば、放射源が水銀ランプである場合、放射源は、リソグラフィ装置の一体部分とすることもできる。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要ならばビームデリバリシステムＢＤとともに、放射システムと呼んでもよい。
【００２３】
イルミネータＩＬは、放射ビームの角強度分布を調節する調節手段ＡＭを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面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といったさまざまな他のコンポーネントを含むことができる。イルミネータは、断面に所望の均一性および強度分布を有する調整された放射ビームＰＢを提供する。
【００２４】
放射ビームＰＢは、サポート構造ＭＴ上に保持されているパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に入射する。パターニングデバイスＭＡを通り抜けた後、ビームＰＢはレンズＰＬを通過し、レンズＰＬは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームの焦点をあわせる。第２位置決めデバイスＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス）を使って、例えば、さまざまなターゲット部分Ｃを放射ビームＰＢ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位置決めデバイスＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示的に示されていない）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をビームＰＢの経路に対して正確に位置決めすることもできる。通常、オブジェクトテーブルＭＴおよびＷＴの移動は、位置決めデバイスＰＭおよびＰＷ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）を使って達成することになる。ただし、ステッパの場合は（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連結されてもよく、または固定されてもよい。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およびＭ２と、基板アライメントマークＰ１およびＰ２とを使って、位置合わせされてもよい。
【００２５】
例示の装置は、以下に説明する好適なモードで使用できる。
【００２６】
１．ステップモードにおいては、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ＰＢ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、それによって別のターゲット部分Ｃを露光することができる。ステップモードにおいては、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。
【００２７】
２．スキャンモードにおいては、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ＰＢ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ＰＬの（縮小）拡大率および像反転特性によって決められる。スキャンモードにおいては、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。
【００２８】
３．別のモードにおいては、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ＰＢ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。このモードにおいては、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、前述の型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。
【００２９】
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、あるいは完全に異なる使用モードもまた採用可能である。
【００３０】
リソグラフィ装置は、さらに、放射ビームＰＢの強度を測定するために使用される強度ディテクタＩＤを備える。
【００３１】
従来技術の強度ディテクタは、発光結晶を備え、この発光結晶の輝度は、フォトダイオードまたは任意の他の好適な強度センサにより測定することができる。
【００３２】
発光結晶は、複屈折特性を示す、つまり異なる放射の偏光に対して異なる光学特性を有する結晶と言える。結晶の複屈折性質とは、放射が結晶を通過する際、異なる偏光を有する放射成分どうしの位相が互いにずれ、異なる偏光を有する放射成分の選択的な吸収が起こり得ることを意味する。
【００３３】
複屈折特性を示す結晶の一種として、一軸性結晶がある。一軸性結晶は、一般的に、正方晶、六方晶、または三方晶構造を有し、かつ単一の光軸を有し、一軸性結晶の原子はこの光軸を中心に対称的に配置されている。一軸性結晶をその光軸と平行に通過する放射は、対称構造を通るため、等方性の態様で挙動することになる。しかし、一軸性結晶をその光軸と平行でない方向に通過する放射は、非対称構造を経るため、非等方性の態様で挙動し、かつ複屈折を受けることになる。
【００３４】
発光一軸性結晶の一例として、ａカットサファイア結晶が挙げられる。ａカット結晶では、結晶の光軸（ＯＡ）は、入射放射の電界ベクトルと同一面内にある。すなわち、ａカット結晶が、その表面に垂直に入射する入射放射用に構成されている場合、このａカット結晶の光軸はその表面に平行になる。
【００３５】
放射ビームＰＢの特性は、リソグラフィ装置により制御され得る。これらの特性は、例えば、基板上に投影されるパターンの種類に応じて調節することができる。そのような調節可能な放射ビームＰＢの特性の１つに、放射ビームの偏光がある。一部の公知のリソグラフィ装置では、放射ビームＰＢの偏光は、互いに垂直な２つの状態間で変化することができる。このような偏光の変化が、発光結晶から形成された強度ディテクタに入射する放射内で起ると、この発光結晶の発光効率が変化し得る。この発光効率の変化は、瞬間的なものではなく、いくらかの遅延を含み得る。発光効率の変化に遅延がある場合、ディテクタの応答は、静的成分および遷移成分の両方を含む偏光依存性の変動を有する場合がある。ディテクタの応答変動の遷移成分は、ディテクタの信号安定性を低下させることになり、この信号安定性の低下が、ひいてはリソグラフィ装置の結像性能を低下させる場合がある。さらに、応答変動の静的成分により、ディテクタは、入射放射の偏光の意図しないドリフトに影響を受けやすくなる場合がある。これは、ディテクタにより測定される強度に誤差を生じさせ得る。
【００３６】
図２は、サファイア結晶と１９３ｎｍの波長を有するＤＵＶ放射とを使用した公知のディテクタにおける、入射放射の電界ベクトルと結晶のＯＡとの間の角度を関数とした典型的なディテクタ応答変動を示す。横軸上に角度Ａ°を示し、縦軸上にディテクタ応答Ｓを示す。応答変動が周期的であることが見て取れる。また、この図は、遷移飽和前（破線）および遷移飽和後（実線）の相対的なディテクタ応答も示す。
【００３７】
図２は、９０°の位相シフトに起因する静的な信号変動が平均信号のおよそ４０％まで大きくなり得ることを示している。９０°の位相シフトは、直線ｘ偏光入射放射から直線ｙ偏光入射放射へと切り替わる偏光状態に相当する。また、この図は、（平均ディテクタ応答に対する）信号変動の大きさが、遷移飽和前とは対照的に、遷移飽和後により大きくなることも示している。図２は、さらに、遷移効果によるディテクタ応答の差（矢印Ｍで示される）が、静的応答変動と対応していることを示す。所与の角度におけるディテクタ応答と平均ディテクタ応答との差が大きいほど、当該角度における遷移飽和前と遷移飽和後との間のディテクタ応答の差が大きくなる。
【００３８】
図３は、サファイア結晶を含み、１９３ｎｍの波長を有するＤＵＶ放射を使用した公知のディテクタにおいて、入射放射の第１偏光状態から、第１偏光状態とは９０°位相が異なる入射放射の第２偏光状態へと変化する際の、応答の典型的な遷移曲線を示す。横軸上にはパルス数Ｎを示し、縦軸にはディテクタにより検出された相対強度Ｉを示す。例えば、偏光状態の変化は、直線ｘ偏光入射放射と直線ｙ偏光入射放射との間（その逆も同様）で起こり得る。図示される遷移は、下向きの曲線であり、ディテクタの応答は、第２偏光状態への露光が進むにつれて低下している。当然のことながら、（第１および第２偏向状態がどのようなものかによって）遷移は、下向き曲線ではなく上向き曲線になり得る。
【００３９】
図３は、遷移飽和時間（つまり、ディテクタ応答が、偏光状態の変化後に静止状態に到達するのに要する時間）が長く、１００００を超えるＤＵＶパルスを必要とすることを示している。図３に示す遷移の場合、各パルスは１５０ナノ秒の長さを有し、パルスレートは６ｋＨｚである。このパルスレートでは、１００００パルスが約１．７秒の時間に相当する。リソグラフィ装置は、遷移効果が消失するまでに十分な時間がない（例えば、基板上へのパターンの投影が偏光の変化直後に続く）ような態様で動作されるのが一般的である。この場合、遷移効果が消失するまでの間、ディテクタの出力は不正確となる、あるいは系統的な偏差を有する場合がある。これらの不正確性または偏差は、所望の精度でリソグラフィ装置を動作させるが不可能になるほどに大きくなり得る。別のアプローチでは、リソグラフィ装置は、測定がなされる前に遷移効果が消失する時間を与えられるように動作させられる。しかし、遷移効果が消失するために要する時間は、リソグラフィ装置の動作ステップを制限するほどの時間になり得るため、リソグラフィ装置のスループットを低下させてしまう。
【００４０】
図４および５は、本発明の一実施形態に係るディテクタの一部を形成する結晶構成１０を示す。本発明に係るディテクタは、フォトダイオードまたは任意の他の好適な強度センサを使用して結晶構成の輝度を測定するべく動作する。図４は結晶構成１０の端面図を示し、図５は結晶構成１０の側面図を示す。結晶構成１０は、２つの同様な発光一軸性ａカット結晶１２、１４を備える。第１結晶１２は、光軸を有し、この光軸の方向はＯＡ１で示される。第２結晶１４は、第１結晶１２に隣接する。第２結晶１４は光軸を有し、この光軸の方向はＯＡ２で示され、第１結晶１２の光軸に垂直である。
【００４１】
図６は、第１結晶１２（破線）、第２結晶１４（実線）、ならびに、第１結晶１２および第２結晶１４の両方の和（一点鎖線）について、入射放射の電界ベクトルと第１結晶１２のＯＡとの間の角度を関数としたディテクタ応答変動を示す。横軸上には角度Ａを示し、縦軸上にはディテクタ応答Ｓを示す。第１結晶１２のディテクタ応答は、第２結晶１４のディテクタ応答から９０°位相がずれているため、また、第１および第２結晶１２、１４の両方のディテクタ応答の大きさが等しいため、第１結晶１２および第２結晶１４の両方の和についてのディテクタ応答は、入射放射の電界ベクトルといずれかの結晶のＯＡとの間の角度に関して不変である。すなわち、第１結晶１２による応答変動への影響は、第２結晶１４による応答変動への影響を正確に補償し、全角度範囲にわたって安定した応答性をもたらしている。図６では、入射放射の電界ベクトルと第１結晶１２のＯＡとの間の角度を関数としたディテクタ応答変動を示しているが、入射放射の電界ベクトルと電界ベクトルの面内における任意の方向との間の角度を関数とした場合でも、同一の効果が観察される。
【００４２】
本発明に係るディテクタの応答の大きさが、ディテクタに入射する放射の電界ベクトルに関して実質的に不変であるため、ディテクタに入射する放射の偏光が変化した場合、ディテクタの応答性は実質的に一定のまま維持されることになる。この理由から、ディテクタに入射する放射の偏光の変化に起因するディテクタの応答のあらゆる遷移も実質的に除去される。さらに、ディテクタの応答は（電界ベクトルに関して不変であるため）、（従来技術に存在する）単一のａカット結晶と比較して、ディテクタに入射する放射の偏光における不本意なドリフトに対して実質的に影響を受けない。
【００４３】
ディテクタ信号安定性を高めることで、リソグラフィ装置による結像を改善することができる。例えば、ディテクタＩＤ（図１を参照）の強度を高めることにより、放射ビームＰＢの強度をより正確に制御することが可能となり、これにより基板Ｗ上に投影されるパターンのクリティカルディメンジョンのより正確な制御が可能となる。
【００４４】
本発明に係るディテクタを使用すると、単一の結晶および偏光キューブを備えるディテクタを使用した別の可能なアプローチと比較して、いくつかの利点がもたらされる。第一に、偏光キューブは、特にＤＵＶ波長での使用が指定されているものの場合、比較的高価になる傾向がある。第二に、偏光キューブの使用は、少なくとも５０％の信号損失を引き起こすため、当該信号の信号対雑音比が低下する。第三に、偏光キューブおよび結晶がミスアライメントを起こした場合、５０％よりもかなり大きい信号損失を引き起こす場合がある。
【００４５】
図６に示すディテクタ応答は、両結晶１２、１４においてＤＵＶ放射ビームの強度が等しく、かつ第１結晶１２のＯＡが第２結晶１４のＯＡに対して垂直になるよう正確に配置されていることに対応する、理想的なケースである。本発明のいくつかの実施形態では、ディテクタ応答は、これほど理想的ではない場合もある。例えば、各結晶がいくらかのＤＵＶ放射を吸収し得ると、結果的に第１および第２の結晶における強度は異なることがある。さらに、フレネル反射損失は、第１結晶１２のうち第２結晶１４に最も近い表面と、第２結晶１４のうち第１結晶１２に最も近い表面と、で起こり得る。
【００４６】
放射ビームが第１結晶１２を通り、その後第２結晶１４を通って伝播するようにディテクタが配置される場合、上述した効果により、（結晶構成１０の第１結晶１２内の放射ビームの強度と比較して）結晶構成１０の第２結晶１４内の放射ビームの強度がより低くなる。第１結晶１２内の放射ビームの強度が第２結晶１４内の放射ビームの強度よりも大きい場合（かつ、第１および第２結晶が等しい厚さを有すると想定した場合）、第２結晶１４によるディテクタ応答変動への影響は、第１結晶１２によるディテクタ応答変動への影響を正確には補償しなくなる。これは、入射放射の電界ベクトルに依存して動揺する応答を引き起こすことになる。
【００４７】
しかし、第１結晶１２の厚さに対して第２結晶１４の厚さを調整することにより、これらの効果は補償され得る。例えば、第２結晶１４によるディテクタ応答変動を増加させるように、第２結晶１４の厚さを増加させる（これにより、第２結晶１４を通過する入射放射の距離を増加させる）ことが可能である。第２結晶１４の厚さが大きくなるにつれ、放射ビームが第２結晶１４を通過する際の第２結晶１４との相互作用が大きくなり、従って、第２結晶１４によるディテクタ応答変動への影響が大きくなる。このようにして、第２結晶１４の厚さは、第２結晶１４のディテクタ応答変動への影響が、第２結晶１４内の放射ビームの強度低下により引き起こされ得る当該影響の低下に相当する量だけ増加される。
【００４８】
ディテクタ応答変動は、第２結晶のディテクタ応答への影響を、（第１結晶内の吸収損失および／または両結晶の表面でのフレネル反射損失による）第２結晶内の放射ビームの強度の低下を補償する量だけ増加させることにより、低下される。従って、第２結晶のディテクタ応答変動への影響により、第１結晶のディテクタ応答変動への影響を補償することが可能となり、これによって実質的に均一な正味のディテクタ応答がもたらされる。
【００４９】
異なる吸収係数を有する結晶を使用して、第２結晶のディテクタ応答変動が確実に第１結晶のディテクタ応答変動への影響を補償するようにすることが可能となり得る。例えば、第２結晶は、第１結晶よりも大きい吸収係数を有するように製造され得る。このように第２結晶の吸収係数を増加させることにより、放射ビームが各結晶を通過する所与の距離において、第２結晶１４は、第１結晶１２よりも強く放射ビームと相互作用することになる。所与の厚さの第２結晶１４について、ディテクタ変動応答への第２結晶１４の影響が、第２結晶１４内の放射ビームの強度を第１結晶内の放射ビームの強度に比べて低下させることにより引き起こされる、ディテクタ応答変動への第２結晶１４の影響の低下に相当する量だけ増加されるように、第２結晶１４の吸収係数を構成することができる。材料の吸収係数を変更する１つの可能な方法として、当該材料をドープすること（あるいは、材料が既にドープされている場合は、そのドープ剤特性を変更すること）が挙げられる。また、第１および第２結晶の両方を単結晶成長過程から選択し、かつこれらの結晶を結晶ロッド内の相対位置から選ぶことにより、第１結晶よりも大きい吸収係数を有する第２結晶を得ることも可能である。
【００５０】
本発明に係る結晶構成の性能を低下させ得る別の態様として、第１および第２結晶１２、１４のアライメントが、これら結晶のＯＡが互いに対して正確に垂直でないような場合が挙げられ得る。図７は、ｘ方向の入射放射と第１および第２結晶１２、１４の平均ＯＡ方向（つまり、第１結晶のＯＡおよび第２結晶のＯＡの中央を通る方向）との間の角度を関数とした、ｘ方向に偏光された放射の強度とｙ方向に偏光された放射の強度との間の相対的差異を示す。横軸は角度Ａを示し、縦軸は相対強度差Ｉを示す。図７に示す場合における第１結晶１２のＯＡと第２結晶１４のＯＡとの間の角度は、９２°である（つまり、第１および第２結晶は、２°ずれている）。図７は、第１結晶が全波長板として作用する場合（実線）と、第１結晶が半波長板として作用する場合（破線）と、を示す。図７は、結晶のＯＡが偏光状態とアライメントされている場合、強度差は、位相遅延に関係なく、ゼロに近づくことを示している。結晶構成のミスアライメント精度が±５°であるとすると、異なる偏光を有する放射間の強度差は、１％まで低くなり得る。従って、第２結晶に対する第１結晶のわずかなミスアライメント（つまり、５°未満、または２°未満）は、本発明に係るディテクタの応答に大きな悪影響を与えないということになる。従って、第１結晶のＯＡと第２結晶のＯＡとの間の角度は、約８５°〜９５°の範囲、約８８°〜９２°の範囲、および９０°とすることができる。第１および第２結晶の相対的なアライメントに関してある程度の許容誤差があるため、本発明に係るディテクタは、許容誤差がない場合と比較して、より容易かつ安価に製造することができる。
【００５１】
本発明のいくつかの実施形態では、第１および第２結晶は、光学的に接触していてもよい。例えば、第１および第２結晶は、互いに接触し、かつ互いに対して固定され得る。本発明の他の実施形態では、第１および第２結晶は光学的に接触しておらず、例えば間隙により離隔されていてもよい。このような間隙を設けることは、ディテクタの安定性を向上させることができるため、有利な場合がある。例えば、第１および第２結晶が互いに対して固定されている場合、時間が経過するにつれてそれらが離層する可能性がある。これらの結晶が間隙により離隔されている場合は、互いに固定されていないため、離層も起こり得ない。さらに、第１および第２結晶が互いに離隔している場合、結晶１２、１４は互いから独立して回転することができ、これにより、これら結晶の光軸の相対的なアライメントの調節が可能になる。例えば、これら結晶のうち、一方が回転可能に取り付けられ、他方が固定されてもよい。あるいは、両方の結晶が回転可能に取り付けられてもよい。
【００５２】
第１および第２結晶は、放射ビームの吸収体である媒体により離隔されてもよい。この場合、当然のことながら、第２結晶の特徴（例えば、厚さおよび吸収係数）は、上述したように、ディテクタ応答の変動に対する第２結晶の影響を、（吸収媒体による放射ビームの吸収の結果として）第２結晶内の放射ビームの強度を第１結晶に対して低下させることによって、補償するように構成可能である。
【００５３】
さらに、第２結晶１４内の放射ビームの強度が、第１結晶１２と第２結晶１４との間で発生する放射ビームの吸収の結果として低下した場合（つまり、第１および第２結晶が吸収媒体により離隔されている場合）、第２結晶１４内の低下した放射ビームの強度は上述したのと同様の態様で補償することができる。
【００５４】
説明した実施形態では、ディテクタはＤＵＶ放射と組み合わせて使用することを例示したが、当然のことながら、同等のディテクタをリソグラフィ装置の適切な波長を有する放射ビームと共に使用することも本発明の範囲内である。
【００５５】
また、当然のことながら、第１および第２結晶は任意の適切な発光一軸性材料により形成することができる。本発明は、発光一軸性材料であって、これら材料を露光させる放射ビームの偏光の変化によって、発光応答が遷移する発光一軸性材料に特に関連する。
【００５６】
さらに、当然のことながら、記載したリソグラフィ装置では、放射ビームの強度を検出するためにディテクタを使用するが、同等のディテクタを放射ビームの他の特性を検出するために使用してもよい。
【００５７】
リソグラフィ装置との関連においてディテクタを説明したが、このディテクタは、他の種類の装置と共に使用されてもよい。
【００５８】
本発明の特定の実施形態について説明してきたが、当然のことながら、本発明は、上記説明した態様とは別の態様で実施されてもよい。上記説明は、本発明の限定を目的としたものではない。
【図１】
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【図２】
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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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【外国語明細書】
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