(57)【要約】      （修正有）【課題】光学素子表面の汚染を検出し、動作分解能低下を防止できる極端紫外線（ＥＵＶ）放射ビームを使用するリソグラフィ装置を提供する。【解決手段】表面プラズモン共鳴を用いて金属層を通る導波モードへの入射光の結合を検出することにより光学素子表面の汚染を検出できる計測装置を、リソグラフィ装置内に配置する。金属表面の汚染が減衰エバネッセント場を真空−金属の境界で混乱させ、表面プラズモン共鳴の生じる角度を変化させるので、共鳴角度の変化を検出することにより汚染物質の量（または厚さ）を求めることができる。【選択図】図２
2007173786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面プラズモン共鳴を用いてリソグラフィ装置内の表面の汚染を検出するように配置された計測装置が設けられているリソグラフィ装置。
【請求項２】
前記計測装置は表面プラズモン共鳴スペクトロメータである、請求項１記載のリソグラフィ装置。
【請求項３】
前記計測装置は表面増強ラマンスペクトロメータである、請求項１記載のリソグラフィ装置。
【請求項４】
前記計測装置は表面増強共鳴ラマンスペクトロメータである、請求項１記載のリソグラフィ装置。
【請求項５】
前記表面は計測表面であり、計測表面の計測された汚染によってリソグラフィ装置の光学表面の汚染を推測できるように位置決めされている、請求項１記載のリソグラフィ装置。
【請求項６】
前記計測表面は、プリズムの上もしくは近傍に設けられているか、または格子構造を備えている、請求項５記載のリソグラフィ装置。
【請求項７】
前記計測表面に導波管が設けられている、請求項５記載のリソグラフィ装置。
【請求項８】
前記計測装置が計測表面上の汚染を検出するように構成されて、該検出からリソグラフィ装置の光学表面の汚染を推測でき、前記計測表面は基板上に設けられた複数の層のうちの１つであり、前記複数の層は少なくとも２つの金属層を含み且つ導波管モードを支持可能である、請求項２記載のリソグラフィ装置。
【請求項９】
前記計測装置は、計測表面に入射する放射ビームの偏光を制御するように配置された偏光コントローラをさらに備えており、前記複数の層は、ｓ偏光放射が導波管モードに結合し且つｐ偏光放射が計測表面上の汚染の影響を受ける共鳴を有するプラズモンを励起するように、配置されている、請求項８記載のリソグラフィ装置。
【請求項１０】
前記偏光コントローラは、偏光を変調するように配置された光弾性モジュレータであり、ディテクタが、前記変調された偏光間を識別する識別装置に接続されている、請求項９記載のリソグラフィ装置。
【請求項１１】
前記計測装置は、第１および第２波長の放射を放つように配置された放射源であって、前記波長間の差が前記汚染のラマンスペクトルのピークに対応するように選択される放射源と、ラマン散乱線を検出するように配置されたディテクタとを含む、請求項４記載のリソグラフィ装置。
【請求項１２】
前記装置は、広帯域波長源、単一波長源、または波長可変源のうちの１つとすることのできる放射源を含む、請求項１記載のリソグラフィ装置。
【請求項１３】
前記源はフーリエ変換スペクトロメータを含む、請求項１２記載のリソグラフィ装置。
【請求項１４】
前記計測表面は前記光学表面の一部を成す、請求項５記載のリソグラフィ装置。
【請求項１５】
リソグラフィ装置内の汚染を検出する方法であって、表面プラズモン共鳴を用いてリソグラフィ装置内の表面の汚染を計測することを有する方法。
【請求項１６】
表面プラズモンを共鳴励起する放射の波長および／または角度が監視され、前記波長および／または角度の変位が前記表面上の汚染を示す、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記表面からのラマン散乱線のスペクトルが監視され、前記表面上の汚染の存在および／または性質を判断する、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記汚染の遷移を励起することによりラマン散乱線の量が増強され、前記遷移が、第１および第２波長の放射を前記計測表面に導くことにより励起され、前記波長間の差が、前記汚染のラマンスペクトルのピークに対応するように選択される、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
前記計測表面は前記光学表面の一部を成す、先行請求項のいずれか１項記載の方法。
【請求項２０】
前記計測表面は、プリズムの上もしくは近傍に設けられているか、または格子構造が備えられている、請求項１９記載のリソグラフィ装置。
【請求項２１】
金属層を通る光子のトンネル現象を用いてリソグラフィ装置内の表面の汚染を検出するように配置された計測装置が備えられているリソグラフィ装置。
【請求項２２】
前記計測装置は、入射光の導波モードへの結合を計測するように配置されている、請求項２１記載のリソグラフィ装置。
【請求項２３】
前記計測装置は、前記導波モードが金属層への入射光の入射位置とは反対側の金属層にあるように、配置されている、請求項２２記載のリソグラフィ装置。
【請求項２４】
前記導波モードは、導波管に集中され、該導波管は、該導波管に沿った放射の伝搬中に該放射のうちのいくらかが汚染された表面に重なるように配置されている、請求項２２記載のリソグラフィ装置。
【請求項２５】
リソグラフィ装置内の汚染を検出する方法であって、入射光を金属層に導くことと、前記金属層を通る導波モードへの前記入射光の結合を検出することとを有する方法。
【請求項２６】
前記導波管は、前記導波管に沿った放射の伝搬中に該放射のうちのいくらかが汚染された表面に重なるように配置されている、請求項２５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本発明は、リソグラフィ装置とリソグラフィ装置内の汚染（コンタミネーション）を検出する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  リソグラフィ装置とは、所望のパターンを基板へ、通常は基板のターゲット部分へ施す機器であり、例えば集積回路（ＩＣ）を製造する際に使用することができる。そのような場合、別名マスクまたはレチクルと称されるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層上に回路パターンを形成させることができる。このパターンは基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば１つまたは幾つかのダイの部分を含む）へ転写することができる。パターンの転写は、代表的には、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）の層へ、結像を介して行われる。一般に、単一の基板は、連続してパターニングされるターゲット部分の隣接するネットワークを含むことになる。既知のリソグラフィ装置には、パターン全体をターゲット部分へ１回で露光することにより各ターゲット部分が照射されるいわゆるステッパと、放射ビームを介してパターンを所定方向（「スキャン」方向）にスキャンすると同時に基板をこの方向に対して平行または逆平行に同期スキャンすることにより各ターゲット部分が照射されるいわゆるスキャナとを含む。パターンを基板へインプリントすることによって、パターニングデバイスからパターンを基板に転写することも可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]  最も有効となるように、リソグラフィ装置は極力クリーンな環境において使用される。クリーンな環境で使用する主な理由の１つとして、所望のパターンを基板へ施すために使用される放射ビームを操作するのに用いられる基板および任意の光学表面の汚染を防止することがある。例えば極端紫外線（ＥＵＶ）放射ビームを使用するリソグラフィ装置は、光学表面上で付着物を形成し得る汚染物質を発生させることが知られている。例えば、幾つかの光学表面にＥＵＶを照射すると、これらの光学表面上に炭素系付着物が蓄積されることが知られている。これらの付着物は、リソグラフィ装置の動作分解能を低減することがある。したがって、光学表面の汚染を最小限にし、必要な場合、表面をクリーニングして付着物を除去することが望ましい。光学表面のクリーニングは、リソグラフィ装置の作動が危うくなるような汚染物質のレベルである場合に行われる。従って、光学表面上での汚染物質のレベルの検出が重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]  本発明は、リソグラフィ装置の光学表面上の汚染レベルを検出するための新規の装置および方法を提供する。
【０００５】
[0005]  本発明の一形態によれば、表面プラズモン共鳴を用いてリソグラフィ装置内の表面の汚染を検出するように配置された計測装置が設けられているリソグラフィ装置が提供される。
【０００６】
[0006]  本発明の一形態によれば、リソグラフィ装置内の汚染を検出する方法であって、表面プラズモン共鳴を用いてリソグラフィ装置内の表面の汚染を計測することを有する方法が提供される。
【０００７】
[0007]  本発明の一形態によれば、金属層を通る光子のトンネル現象を用いてリソグラフィ装置内の表面の汚染を検出するように配置された計測装置が設けられているリソグラフィ装置が提供される。
【０００８】
[0008]  本発明の一形態によれば、リソグラフィ装置内の汚染を検出する方法であって、入射光を金属層に導くことと、金属層を通る導波モードへの入射光の結合を検出することとを有する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
[0009]  本発明の実施形態を単なる例示として、添付の略図を参照して説明する。図中、対応する参照符号は対応する部分を示している。
【００１０】
[0018]  図１は、本発明の１実施形態によるリソグラフィ装置を略示する。この装置は、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射またはＥＵＶ放射）を調節するように構成されている照明システム（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を支持するように構成されているとともに、一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ポジショナＰＭに結合されている支持構造体（例えばマスクテーブル）ＭＴと、基板（例えばレジスト塗布されたウェーハ）Ｗを保持するように構成されているとともに、一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ポジショナＰＷに結合されている基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに伝えられるパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ以上のダイを含むもの）へ投影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システム）ＰＳと、リソグラフィ装置の光学表面の汚染を検出するように構成されている汚染検出システムＣＤＳとを含む。
【００１１】
[0019]  照明システムは、放射を誘導し、成形し、あるいは制御するために、多様な種類の光学コンポーネント、例えば屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、またはその他の種類の光学コンポーネント、あるいはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【００１２】
[0020]  支持構造体はパターニングデバイスの重量を支持して（すなわち支えて）おり、パターニングデバイスの配向、リソグラフィ装置の設計、およびその他の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境内で保持されるかどうか等、に応じた方法でパターニングデバイスを保持する。支持構造体は、機械式、真空式、静電式、あるいはその他のクランプ技術を使用してパターニングデバイスを保持することができる。支持構造体は、例えば固着可能または必要に応じて可動とすることのできるフレームまたはテーブルとすることができ、パターニングデバイスが例えば投影システムに関して確実に所望の位置にあるようにすることができる。本明細書における用語「レチクル」または「マスク」のいかなる使用も、より総括的な用語「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。
【００１３】
[0021]  本明細書において使用する用語「パターニングデバイス」は、例えば基板のターゲット部分にパターンを生成するために、その断面にパターンを有する放射ビームを伝えるのに使用可能な任意の素子を参照するものとして広義に解釈されるべきである。放射ビームに伝えられるパターンは、例えばパターンが位相シフト特徴またはいわゆるアシスト特徴を含む場合には、基板のターゲット部分内で所望のパターンに正確には一致しなくてもよいということに留意すべきである。概して、放射ビームに伝えられるパターンは、ターゲット部分で生成されつつある素子内の特定の機能層、例えば集積回路に一致することになる。
【００１４】
[0022]  パターニングデバイスは透過性または反射性とすることができる。パターニングデバイスの例には、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パネルを含む。マスクはリソグラフィにおいて良く知られており、バイナリ、Alternating位相シフト、減衰型位相シフト等のマスクタイプのみならず、種々のハイブリッドマスクタイプも含む。プログラマブルミラーアレイの１例は小型ミラーのマトリクス配置を用いており、入射する放射ビームを様々な方向に反射できるようにミラーの各々を個々に傾けることができる。傾けられたミラーは、ミラーマトリクスにより反射された放射ビームにパターンを与える。
【００１５】
[0023]  本明細書において使用する用語「投影システム」は、使用される露光放射に適した、あるいは液浸液の使用や真空の使用といったその他の要因に適したものとしての、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型、静電型、またはそれらの任意の組み合わせを含むあらゆるタイプの投影システムを包含するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書における用語「投影レンズ」のいかなる使用も、より総括的な用語「投影システム」と同義と見なすことができる。
【００１６】
[0024]  ここで示すように、装置は反射型（例えば反射性マスクを用いる）である。別法として、装置は透過型（例えば透過性マスクを用いる）とすることもできる。
【００１７】
[0025]  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つ以上のマスクテーブル）を有するタイプとすることができる。このような「マルチステージ」機械では、付加的なテーブルを同時に使用することができ、または、１つ以上のテーブルを露光に使用しつつ、１つ以上の他のテーブル上で予備のステップを実行することができる。
【００１８】
[0026]  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ために、基板の少なくとも一部分が、比較的高い屈折率を有する液体（例えば水）により覆われ得るタイプとすることもできる。液浸液は、リソグラフィ装置内の他の空間、例えばマスクと投影システムとの間に適用することもできる。投影システムの開口数を増加させるための液浸液浸技術は当技術分野ではよく知られている。本明細書において使用する用語「液浸」は、構造体（例えば基板）が液体に浸される必要があることを意味しているのではなく、むしろ露光中に投影システムと基板との間に液体が置かれることを意味しているだけである。
【００１９】
[0027]  本明細書において使用する用語「光学表面」は、放射が導かれる任意の表面、詳細には、放射ビームＢの調節、パターニング、および投影に使用される光学表面を包含するものとして広義に解釈されるべきであるということが理解されよう。例えば、光学表面はミラー、レンズ、またはプリズムとすることができる。光学表面は透過性または反射性とすることもできる。参照光学表面は、迷光を受ける表面（すなわち放射ビームＢの経路中にある光学表面ではなく（例えば）その他の表面から反射した光を受ける光学表面）とすることができる。放射が導かれる光学表面の特性は、参照光学表面の特性から推測することができる。
【００２０】
[0028]  図１を参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯからの放射ビームを受ける。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とは個別の構成要素であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を成すとは見なされず、放射ビームは、例えば好適な方向付けミラーおよび／またはビームエキスパンダを有するビームデリバリシステムＢＤにより放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと通過する。その他の場合、例えば放射源が水銀ランプである場合には、放射源はリソグラフィ装置の一体形の一部分とすることができる。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要であればビームデリバリシステムと共に、放射システムと称することもできる。
【００２１】
[0029]  イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面における強度分布の少なくとも外側および／または内側の半径範囲（通常はそれぞれσ-outerおよびσ-innerと称される）は調整することができる。さらに、イルミネータＩＬは、その他の種々の部品、例えばインテグレータおよびコンデンサを含むことができる。イルミネータを使用して放射ビームを調節し、その断面に所望の均一性および強度分布を有することができる。
【００２２】
[0030]  放射ビームＢは、支持構造体（例えばマスクテーブルＭＴ）上で保持されているパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）上に入射し、パターニングデバイスによりパターニングされる。放射ビームＢは、マスクＭＡを通過したあと投影システムＰＳを通り、この投影システムがビーム焦点を基板Ｗのターゲット部分Ｃに合わせる。基板テーブルＷＴは、第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ２（例えば干渉デバイス、リニアエンコーダ、または容量センサ）により、例えば放射ビームＢの経路中に様々なターゲット部分Ｃを位置決めするよう正確に移動することができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサＩＦ１を使用して、例えばマスクＭＡをマスクライブラリから機械的に取り出した後、あるいは走査中に、該マスクを放射ビームＢの経路に対し正確に位置決めすることができる。一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１ポジショナＰＭの一部を成す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）により実現することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２ポジショナＰＷの一部を成す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により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）、マスクテーブルＭＴはショートストロークアクチュエータのみに結合しあるいは固着することができる。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２により位置合わせすることができる。図示する基板アライメントマークは専用のターゲット部分を占めるが、これをターゲット部分間の空間内に設置してもよい（これらはけがき線(scribe-lane)アライメントマークとして公知である）。同様に、マスクＭＡ上に２つ以上のダイが設けられている状況では、マスクアライメントマークはダイ間に設置してもよい。
【００２３】
[0031]  図示する装置は、以下の方式のうちの少なくとも１つにおいて使用することができよう。
【００２４】
[0032]  １．ステップモードでは、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴが基本的に静止されている一方、放射ビームに伝えられたパターン全体が、ターゲット部分Ｃへ１回で投影される（すなわち単一静的露光）。次に基板テーブルＷＴがＸ方向および／またはＹ方向に偏移されて、異なるターゲット部分Ｃを露光することができる。ステップ方式では、露光フィールドの最大寸法は、単一静的露光で結像されるターゲット部分Ｃの寸法を限定する。
【００２５】
[0033]  ２．スキャンモードでは、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴが同期走査される一方、放射ビームに伝えられたパターンがターゲット部分Ｃへ投影される（すなわち単一動的露光）。マスクテーブル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の倍率（縮小率）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寸法は、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅を限定するのに対して、スキャンモーションの長さはターゲット部分の（スキャン方向における）高さを決定する。
【００２６】
[0034]  ３．別のモードでは、マスクテーブルＭＴが、プログラマブルパターニングデバイスを保持しつつ基本的に静止されており、基板テーブルＷＴが移動またはスキャンされる一方、放射ビームに伝えられたパターンがターゲット部分Ｃへ投影される。この方式では一般にパルス放射源が用いられ、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の各移動後に、またはスキャン中に連続する放射パルスの間で、必要に応じて更新される。このオペレーションモードは、プログラマブルパターニングデバイス、例えば前述したような種類のプログラマブルミラーアレイを活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。
【００２７】
[0035]  上述した使用方式、または全く異なる使用モードに関する組み合わせおよび／または変更を用いることもできる。
【００２８】
[0036]  光学表面の汚染はリソグラフィ装置において問題であり、特に、回折限界の結像が前提条件である最新の光リソグラフィにおいて問題である。このことは、ＥＵＶ照明のもとで炭素系付着物(carbonaceous deposits)が容易に形成されるＥＵＶリソグラフィにおいて特にそうである。炭素系付着物は、特定の光学表面（例えばミラー）上に入射するＥＵＶが光学表面から電子を発射させるために生じる。通常、これらの電子は５〜５０ｅＶのエネルギーを有する。これらの電子は、（ＥＵＶ）リソグラフィ装置に存在する炭化水素を分解(crack)すると考えられている。リソグラフィ装置内に真空が存在するにもかかわらず、（例えば）装置内の部品のアウトガスに起因してこれらの炭化水素は存在する。分解したこれらの炭化水素は、リソグラフィ装置の光学表面上で徐々に炭素系付着物を形成する。
【００２９】
[0037]  炭素系付着物はリソグラフィ装置の光学表面（例えばミラー）の有効性を低減することになるので、このような付着物の量を検出するのが望ましい。例えば、あるリソグラフィ装置について、炭素系付着物の存在が装置の操作にとって過度に有害となる前の、光学表面上での形成が許容されるべき付着物の最大厚さは２．０ナノメートルであるということがわかった。汚染物質の絶対厚みを高分解能で検出できることが所望される。
【００３０】
[0038]  偏光解析装置を使用して、光学表面上の汚染物質のレベルを測定することが提案された。偏光解析法は、汚染された表面で反射する楕円偏光の特性を用いて汚染レベルを測定することのできる高感度の光学技術である。汚染レベルは、１／４波長板に続いてアナライザを使用することにより測定することができる。１／４波長板およびアナライザの配向は、光がアナライザ内を通過しなくなるまで変えることができる。これらの配向から光の相対的位相変化を計算することができ、そこから光学表面の汚染のレベル（または厚さ）を求めることができる。ところが偏光解析法には欠点があり、それは（特にin-situで）使用するのが困難で、実験結果も分析するのが困難であることである。また、偏光解析法により高分解能計測を達成することも困難である。
【００３１】
[0039]  本発明の実施形態は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）分光法を使用して、リソグラフィ装置の光学表面上の汚染レベルを検出する。一手法としての表面プラズモン共鳴分光法は、何分の１かのナノメートル（例えば０．１ナノメートル以下）ぶんの汚染物質の厚さの変化を検出するのに使用することができる。
【００３２】
[0040]  さらに、また特に有利なことに、表面プラズモン共鳴分光法は、汚染検出計測を実行するのにリソグラフィ装置を中断する必要なく汚染レベルを即時に測定することを可能にしつつ、in-situで行うことができる。表面プラズモン共鳴は光学技術であるので、任意のプラズマ形成により引き起こされる電磁場干渉、および／または光学表面のＥＵＶ放射により引き起こされる光電子放出に影響されにくいという利点を有する。
【００３３】
[0041]  表面プラズモン共鳴は非破壊分析技術である。表面プラズモンとは導体の表面で形成される電子密度振動であり、金属層に特定の種類の光を当てることにより、導電性金属膜と絶縁層との間の界面で発生させることができる。金属層は、その自由電子（すなわちその電子の「海」）を多数有することから使用される。この技術はしばしば真空中で実行される。
【００３４】
[0042]  表面プラズモンモードは、特定の入射角で入射する光子によって金属層内で共鳴励起することがある。この特定の入射角が主に、使用される材料の光学定数および表面の幾何学形状の特徴となる。金属層上に特定の角度で入射する光子は表面プラズモンと相互に作用することになり、表面で反射するのではなく、金属層へと結合されることになり、減衰エバネセント場(decaying evanescent field)が層に伝搬される。従って、表面プラズモンと光子間の相互作用（表面プラズモンの励起）により、光子の特定の入射角で反射光の強度のディップ（具体的には、ＴＭ（ｐ）偏光、すなわちその電場ベクトルが入射面に対して平行な光）が生じる。このことは、金属層の角度依存性の反射率応答のディップとして観察され、これは特定の角度での共鳴と類似している。
【００３５】
[0043]  上述のように、表面プラズモンの特性および共鳴の生じる入射角の特性は、金属表面の条件、従ってその上に付着した任意の汚染に極めて依存している。この理由は、金属表面の汚染が、減衰エバネッセント場を真空‐金属の境界で混乱させ、これが表面プラズモン共鳴の生じる角度を変化させるからである。エバネッセント場は、金属層と真空との間の境界で強くして、界面での汚染物質の厚さおよび／または屈折率の変化に対して高感度にすることができる。したがって、計測された共鳴角の変化を利用して金属表面上の汚染物質の量（または厚さ）を求めることができるということが理解されよう。表面プラズモン共鳴分光法は、様々な刊行物、例えばB. Liedber, C. Nylander, I. Lundstrom, “Biosensing with surface plasmon resonance - how it all started”, Biosensors Bioelectron. 10, i-ix (1995)、およびJ. Homola, S.S. Yee, G. Gauglitz, “Surface plasmon resonance sensors: review”, Sensors and Actuators B, 54, 3-15 (1999)、に開示された技術である。従って、この技術の数学的な詳細をここでさらに詳しく記載することはしない。
【００３６】
[0044]  図１を参照すると、汚染検出システムＣＤＳは、放射ビームＢから離れて（すなわちその経路中ではないところに）置かれるように位置決めされているが、リソグラフィ装置内のその他の表面で反射し得る迷光に晒されているということがわかる。これが意味するのは、汚染検出システムＣＤＳが基板のパターニングを妨害することがなく、あるいはいかなる方法においてもこれを侵害することがなく、放射ビームＢによる照射の効果を、従ってリソグラフィ装置の光学表面上の炭素系付着物の蓄積を計測することがやはり可能であるということである。汚染検出システムＣＤＳは、上述した表面プラズモン共鳴分光法を用いて汚染レベルを測定する。
【００３７】
[0045]  図２に汚染検出システムＣＤＳをより詳細に示す。汚染検出システムＣＤＳは、表面プラズモン計測装置（例えば表面プラズモン共鳴スペクトロメータ）であり、放射ビーム２を提供するように構成された放射源１が設けられている。放射ビーム２はビームスプリッタ３に向けられ、そこで分割されて２部分（プローブビーム２ａおよび参照ビーム２Ｂ）になる。参照ビーム２Ｂはディテクタ４に導かれる。参照ビーム２Ｂの強度は、プローブビーム２ａにより汚染物質の厚さを計測するための参照レベルとして使用される。
【００３８】
[0046]  プローブビーム２ａはビームエクスパンド・フォーカス系５に向けられる。偏光子（図示せず）を使用すれば、プローブビーム２ａは特定の偏光を確実に有することができる。ビームエクスパンド・フォーカス系５によりプローブビーム２ａはまず拡大され、次にプリズム６を通過させられてから、プリズムの表面（その上に金属層７が被覆されている）上で集束するようにされる。次に、プローブビーム２ａは、プリズム６と金属層７との間の界面で反射してから、コリメート・フォーカス系９によりＣＣＤラインディテクタ８に向かってコリメートされ指向される。コリメート・フォーカス系は円柱レンズ９ａを含み、この円柱レンズは、プローブビーム２ａがＣＣＤラインディテクタ８の長さ部分に対して平行な方向に細長くなるように、ただしその長さ部分に対して垂直な方向に集束されるように、プローブビームを一次元においてのみ集束する。プローブビーム２ａは二次元では集束されない。というのも、そうするとそこから角度情報を引き出すことが困難または不可能になるであろうからである。円柱レンズ９ａを使用すれば、プローブビーム２ａを、金属層７で反射する前または後に集束できるということが理解されよう。
【００３９】
[0047]  放射源１は、６３２．８ナノメートルの波長を有するＨｅＮｅレーザである。プリズム６は溶融石英から成る。金属層７は５０ナノメートル厚の銀層である（別の厚さおよび／または金属を用いてもよい）。放射源１および金属層７は相互に特に適するように選択できるということが理解されよう。例えば、金属表面７での反射の任意のディップが特に鋭く深いことが望ましい（すなわち高い性能指数を有するように）。状況によっては金層が好適な金属表面であることがあり、赤外放射線を使用して金属表面７が照射される高い性能指数をもたらす。さらに、放射ビームＢを調節し、パターニングし、投影するのに使用されている光学表面に、プリズム６および金属層７を確実に極力近接させるのが好ましいことがある。例えば、付加的な２ナノメートル膜（例えばＲｕ）を金属層７の上部で成長させ、ＥＵＶ光リソグラフィ装置において使用されるＥＵＶミラーのキャップ層をシミュレーションすることができる。このようにして、光学表面上の付着物の蓄積をより正確に測定することができる。金属層７は、膜の積重ね層または多層誘電薄膜スタックの上部に被覆することができる。薄膜層のスタックを用いることにより、反射ディップの線幅を減少させることができ、従って計測の分解能を改善することができる。
【００４０】
[0048]  図２では、プローブビーム２ａが拡大されてプリズム６と金属層７との間の界面へ集束されたとき、放射が或る角度範囲Ｒ（θ）で界面に衝突するということがわかる。或る入射角範囲Ｒ（θ）が用いられることから、対応する反射角Ｒ（θ）の範囲も存在する。ＣＣＤラインディテクタ８を使用することにより、金属層７の表面上の汚染蓄積の影響を、或る範囲の様々な入射角にて同時にプロファイルすることができる。このことにより、光子が金属層へと結合されておりかつ反射した放射強度のディップが存在する点に上述の共鳴角を見出すために光源または任意の光学設備を回転させる必要性がなくなる。
【００４１】
[0049]  図３は、図２の装置がどのように使用されるかを示す。図３は、プローブビーム２ａの入射角に対する反射強度（具体的にはＴＭ（ｐ）偏光）のグラフである。プリズム６と金属層７との組み合わせの共鳴角である入射角θＲでの著しい反射強度のディップが存在するということがわかる。金属層７上に炭素系付着物が形成すると、表面プラズモン共鳴が生じるのに必要となる条件は影響を受け、共鳴角が変化する。図３から、汚染物質の量が第１レベルまで増加すると共鳴角が変位し、今度はθＲ１となるということがわかる。汚染層の厚さがさらに増加すると共鳴角がθＲ２までさらに変位する。したがって、ＣＣＤラインディテクタ８により共鳴角の変位を計測し、その後、これを用いて汚染層の厚さの変化を導き出すことができる。汚染レベルは、実験的に測定するか、または既知の数学的関係により（そして汚染物質の既知の光学定数により）計算することができる。ビームエクスパンド光学素子５およびＣＣＤラインディテクタ８の使用が意味することは、操作中に汚染検出システムＣＤＳの部品を移動させる必要がなく、これにより、装置の操作が簡素化されるということである。
【００４２】
[0050]  図３は、共鳴角が変位する際の反射強度の深度が減少するディップを示すが、これはほんの例示として与えられるものである。反射強度の深度の変化は、より多くの光が吸収性汚染物質に吸収されることに対応している。汚染物質が吸収性でなければ、強度ディップの深度は変化しないことになる（共鳴角の変位はやはり生じることになるが）。
【００４３】
[0051]  表面プラズモン共鳴分光法を用いれば、最低０．１ナノメートルまたはそれ以上の汚染層の厚さを、０．１ナノメートルよりずっと低い分解能で測定することができる。
【００４４】
[0052]  実際には、汚染レベルの測定は定期的または継続的に行うことができる。所望の最高値（例えば２．０ナノメートル）を超える付着物が測定されたら、原子状水素（例えば水素１またはその同位元素である水素２（重水素））をリソグラフィ装置へ注入し、光学表面をクリーニングすることができる。クリーニングが行われている間および／または後、汚染検出システムＣＤＳを使用して、光学表面上の汚染レベル（既に減少している）を測定することができる。光学表面が元の状態に復帰した後、この汚染レベルが、プリズム６と金属層７との組み合わせの共鳴角から汚染検出システムＣＤＳにより検出されることになる。
【００４５】
[0053]  分解能を高くして汚染レベルを測定できることから、光学表面のクリーニングは特定の間隔で行うことができ、無駄に行う必要はない。クリーニングが過度に頻繁に行われると、光学表面自体が損傷することがある。例えば、過剰なクリーニングは、光学表面上の反射コートの幾つかまたは全てを除去、さもなくば損傷することがある。また、光学表面の過剰なクリーニングは、リソグラフィ装置内の様々な構成材料に悪影響を与えることがある。
【００４６】
[0054]  上述の実施形態を、ビームエクスパンド・フォーカス系５の使用を参照して説明した。このビームエクスパンド・フォーカス系は、或る角度範囲Ｒθの放射線によりプリズム６と金属層７との間の界面を照射するのに使用される。一方で、ビームエクスパンド・フォーカス系５は必須のものではなく、代わりに放射源１（またはその他の放射操作素子）をプリズムに対して回転させ、入射光の角度を変えてもよいということが理解されよう。
【００４７】
[0055]  プローブビーム２ａの入射角を変える代わりに（または或る角度範囲Ｒθを有するプローブビームを使用する代わりに）プローブビームの波長を変更することができる。このことにより、プローブビーム２ａの入射角は単一値に固定することができる。この場合、入射光の波長が変動し、波長の関数としての反射率のスペクトルが記録される。次に、反射の最小値のスペクトル位置を決めることができる。この最小値が生じる波長は、金属層７上に付着した汚染物質の量に応じて変動することになる。このようにして、金属層７上の汚染物質の層の厚さを、反射された放射線の強度のディップの生じる波長の変化から求めることができる。
【００４８】
[0056]  波長は、放射源１としての波長可変レーザ、または、モノクロメータもしくはその他の光学波長分解素子を備えた広帯域波長源をシステムの検出側で使用することにより、変更することができる。波長分解素子は、分散型（回折格子またはプリズム型）モノクロメータ、フーリエ変換スペクトロメータ、ファブリペロスペクトロメータ、あるいはこれらの光ファイバ類似物を含んでもよい。
【００４９】
[0057]  プローブビーム２ａは、放射の分散または発散源により発生させることができよう。放射源１は、特定の放射波長または或る範囲の波長を発射することができる。放射源１は１つ以上の光学コンポーネントを組み込んで、プローブビーム２の特性（例えば波長、偏光状態等）を制御することができる。
【００５０】
[0058]  図４は、本発明の汚染検出システムの別の実施形態を示す。図４に示す汚染検出システムは図２に示すものと同様であり、同じ参照番号のものには共通の特性が与えられている。汚染検出システムは、放射ビーム２をビームスプリッタ３に向けるように配置された放射源１を備える。ビームスプリッタは放射ビーム２を分割して、参照ビーム２ｂ（汚染物質の厚さ計測用の参照レベルとして使用されるもの）とプローブビーム２ａにするように配置されている。プローブビーム２ａはビームエクスパンド・フォーカス系５に導かれる。このプローブビーム２ａが特定の偏光を持つことを確実ならしめるために、偏光子（図示せず）を使用してもよい。ビームエクスパンド・フォーカス系５は、プローブビーム２ａをまず拡大し、次に、金属層７が設けられたプリズムの表面への集束前にプリズム６を通過するように、プリズム６を集束させる。
【００５１】
[0059]  図２の汚染検出システムでは、金属層７で反射した光が検出される。一方で、図４に示す装置は、金属層７の上部に誘電層（例えばシリカ）が設けられて導波管１０を形成するという点で相違する。導波管１０は平面的であってもよく、うね立った構造を有してもよい。プローブビーム２ａは導波管１０へと結合し、ＴＥ偏光導波モード(TE polarized guided mode)として導波管１０に沿って伝搬する。導波モードは、導波管の外へ（例えば真空またはその他の環境へ）延びる減衰エバネッセント場(decaying evanescent field)を有する。導波管１０内を伝搬する光は、レンズ９ａによりディテクタ８ａに導かれる。
【００５２】
[0060]  導波管１０の表面上に汚染が形成していると、導波管１０の有効屈折率が変化することになる。金属層は光学トンネル障壁として働き、「井戸」(“wells”)として働く誘電を両側（すなわちプリズム６および導波管１０）に有する。電場は障壁（金属）層を通り抜け、導波管１０に導波モードを放つ。電場は導波管１０から漏洩し、エバネセントに（evanescently）減衰する。この減衰場は、表面条件に対して、ひいては導波管１０の有効屈折率を変化させる任意の汚染層に対して極めて高感度でありよってその位相およびスペクトル感度をオルタネートさせる。
【００５３】
[0061]  図４の実施形態を波長分解計測が可能となるようにアレンジするのが望ましいことがある。例えば、放射源１は波長可変レーザ（例えば或る角度範囲にわたってではなく単一の角度で入射する）であってもよく、ディテクタ８ａはフォトダイオードであってもよい。別法では、広帯域波長源１を使用してもよく、ディテクタ８ａはスペクトロメータおよびフォトダイオードを備えていてもよい。
【００５４】
[0062]  導波管１０表面上の汚染形成は、放射が導波モードに結合される波長の変化をもたらすことになる。この波長変化はディテクタ８ａにより検出される。導波管１０の表面上に付着した汚染の量またはレベルは、波長変化に基づいて求めることができる。このことは、汚染物質の既知の光学定数によって直接、あるいは、試行錯誤または実証的研究から行うことができる。
【００５５】
[0063]  図４に示す実施形態の利点は、導波管１０により環境攻撃から金属層７が保護されているということである。さらに、導波管１０を通って放射する導波モードのスペクトル線幅は、単一の金属層の表面プラズモンモードよりもより鋭く（すなわちスペクトル的により純粋で）、したがって汚染付着物の厚さをより正確に測定することができる。
【００５６】
[0064]  導波管１０は、表面プラズモンが励起されるように、金属層７の近傍に（すなわち、金属層７に接触して、あるいは間に小さなギャップを有して（オットー配置 the Otto configuration））設置されている。
【００５７】
[0065]  汚染物質が吸収性の場合、導波管を使用せずに検出すれば（すなわち図２を参照して説明したように）、計測の分解能をより高くすることができる。この理由は、放射が導波管１０に沿って伝搬すると、放射が吸収され、結果として放射スペクトルが広がることになるからである。これは、放射スペクトルの計測の分解能を低減することになる。
【００５８】
[0066]  図２および図４の装置は、表面プラズモン共鳴モード（図２に関連して説明された）および光学的導波モード（図４に関連して説明された）が同時に検出できるように組み合わせ可能であるということが理解されよう。
【００５９】
[0067]  プローブビーム２ａの波長の選択は、その周波数が、監視されるべき特定の汚染物質（例えば炭素）の電子または局所振動モードの周波数特徴と共鳴するように、すなわち、特定の汚染物質がプローブビーム２ａを（部分的に）吸収することになるように、行うことができる。このような特定の波長により、汚染物質の化学的性質だけでなく光学表面上に付着したその量を確認することができる。
【００６０】
[0068]  図５は、本発明の別の実施形態を示す（図５は縮尺通りに図示されていない）。この実施形態では、サブ波長格子構造(sub-wavelength grating structure)２０により表面プラズモン共鳴分光法が行われる。この格子は、ガラス基板２０ｂ上に設けられた金属層２０ａを備えている（格子はガラス基板にエッチングされている）。レーザ２２は、入射光２１が格子２０の表面に対して垂直となるように、放射ビーム２１を格子２０に向ける。
【００６１】
[0069]  表面プラズモンモードを生成するには格子２０の周期性が役立つ。放射が格子２０上に垂直方向から入射するときに表面プラズモンモードが生成され、プリズム（クレッチマン配置 Kretschmann geometryを表している図２および図４に示すような）を通る斜め入射光を使用する必要性は回避される。金属層２０ａ内で生成された表面プラズモンモードにより、減衰エバネッセント場が発生する。表面プラズモンモードの変化は、ガラス基板２０ｂの反対側で光子を検出することにより検出される。格子２０の周期性に起因して光子は回折する。ディテクタ２４により、１次回折光子２３が検出される。
【００６２】
[0070]  入射光２１の波長が或る波長範囲にわたって走査されてから、１次回折光２３の強度のピークが検出される。このピークは、表面プラズモン共鳴の条件が満たされることに対応しており、汚染物質の厚さが変化するとピークの位置が変位することになる。したがって汚染（図示せず）が格子２０上に蓄積していると、表面プラズモン共鳴の生じる波長が変化することになる。従って、格子２０の表面を定期的に照射して放射波長を走査することにより、表面プラズモン共鳴の生じる波長の変化を測定することができる。表面プラズモン共鳴を生成するのに必要な波長の変位から、汚染の量またはレベルを既知のやり方で求めることができる。
【００６３】
[0071]  単一の波長を有する放射ビーム２１を使用してその後にこの放射ビーム２１の波長を走査する代わりに、広帯域放射源を使用できるということが理解されよう。その後、スペクトロメータを使用して、サブ波長格子構造２０により回折された光を検出し、表面プラズモン共鳴の生じる波長ピークを求めることができる。格子構造２０が多少汚染されると、このピークは変位することになる。
【００６４】
[0072]  単一波長放射（すなわち単色放射）を使用して格子２０の表面を照射する場合、表面増強ラマン分光法として知られている技術を使用すれば格子２０上の汚染の化学的性質を検出することができる。格子２０の表面で散乱した光が入射光２１のと同じエネルギー（すなわち波長）を持つとすれば、入射光２１は弾性的に散乱することになる。一方で、散乱光の波長（すなわちエネルギー）の変位（入射光２１に比較して）が検出されるとすれば、入射光２１は非弾性的に散乱することになる。すなわちエネルギーのうち幾つかは、格子２０の表面上の汚染によって吸収されることになる。散乱光のエネルギーの変化は汚染の特徴的性質が原因とすることができ、従って、汚染の化学的性質を決めることができる。波長またはエネルギーの変化（「ラマンシフト」）は、スペクトロメータ、例えばファイバ結合スペクトロメータ、小型格子スペクトロメータ、フーリエ変換スペクトロメータ、ファブリ‐ペロスペクトロメータ、またはその他任意の好適な検出手段により測定することができる。
【００６５】
[0073]  それを介して汚染によってエネルギーが吸収される仕組みは以下の通りである。入射光２１が局所プラズモンを励起し、この局所プラズモンが分子双極子を励起する。分子双極子は、まとまったエネルギーを特定のフォノン振動に奪われる。次に分子双極子は、赤方偏移した（すなわちより低いエネルギーの）光子を再度発射する。入射光の光子よりも低いエネルギーを有するこれらの光子が、ディテクタ２４により検出される。
【００６６】
[0074]  金属層２０ａでの電場が（表面プラズモン結合に起因して）極端に高いことから、ラマン信号は、通常みられるはずのものと比較してけた違いに強めることができる。これが、この技術が表面増強ラマン分光法と呼ばれる理由である。図５に示す本発明の実施形態は回折格子を使用しているが、その他のパターン化表面（通常は、運動量の保存を支援し、それ故に表面プラズモン結合が用いられるパターン化表面）を使用することもできる。
【００６７】
[0075]  本発明の代替の実施形態を図６に示す。プリズム６には金属層７が設けられている。波長可変レーザ３０は、放射ビーム３０ａをプリズム６に向けるように配置されており、この放射ビームは、金属層７へ入射し、プリズムからディテクタ３１に反射する。ディテクタは例えばフォトダイオードとすることができる。波長可変レーザの波長が調整されて、金属層７で表面プラズモン共鳴が励起される。このことは、フォトダイオード３１により検出される放射強度が低下したと見なされる。次に、レーザ３０により生成される波長がこの共鳴波長λ０で固定される。共鳴波長λ０は、金属膜７上の放射入射角に左右されるということが理解されよう。一方で、実施形態のこの特定の変形においてこの角度θ０は固定されている。その他の変形では、例えば波長を固定させて角度を変動させてもよい。さらなる代替の変形において、例えば図２および図４に示す配置を用いて、或る角度範囲を成すことができる。
【００６８】
[0076]  金属膜７が、表面プラズモン共鳴を励起する或る角度および波長の放射により照射されていることから、金属膜内にはかなりの数のプラズモンが存在することになる。第２波長可変レーザ３２は、第１波長可変レーザ３０により生成されたものと同じ波長、すなわちλ０を有する第２放射ビーム３２ａを生成するように配置することができる。このレーザは、金属膜７の反対側で第２放射ビーム３２ａを指向するように、すなわち初めにプリズム６を通ないように、配置することができる。ディテクタ３３は、金属膜７で散乱した放射を検出するように位置決めされている。ディテクタ３３は波長分解式であり、散乱線のスペクトルを監視することができる（ディテクタは例えばスペクトロメータとすることができる）。散乱線は、金属膜上の任意の汚染による放射の非弾性散乱に起因して生じる或る波長範囲を含むことになる。このラマン散乱線の量は表面プラズモンの存在により高まる。このようにしてラマン散乱を高めることは表面増強ラマン分光法と称される。ある事例において、第２波長可変レーザ３２を使用して第２ビーム３２ａを生成する代わりに、第１放射ビーム３０ａを分割して２つのビームにしてもよい。
【００６９】
[0077]  第３レーザ３４を使用して、異なる波長λ１を有する第３放射ビーム３４ａを金属膜７に導くことができる。この第３放射ビームは、プリズム６を通ることなく金属膜７向かうことができる。波長λ１は、金属膜７を第２放射ビーム３２ａで照射する結果と見なされるラマンスペクトルのピークと一致するように選択される。例えば、第３放射ビームは、（λ０の励起放射が存在する場合）金属膜７上に存在する分子の電子遷移と一致するように選択される波長λ１を有することができる。この実施形態では、その目的が金属膜７上の汚染を検出することであることから、第３レーザ３４の波長を汚染の電子遷移と一致するように調整することができる。このようにして、ディテクタ３３によって汚染のラマンスペクトルが観察される。
【００７０】
[0078]  第３レーザ３４により生成されるビーム３４ａの波長を調整する効果とは、光が共鳴的に散乱するということである。そのことの効果は、その特定の遷移に関連する振動モードおよび／または電子モードが、大いに増加したラマン散乱強度を呈することである。通常、この増加は非常に大きいので、その他すべての遷移からのラマン信号を圧倒する。例えば、π‐π＊遷移との共鳴は、遷移を伴うπ結合の伸縮モードを強めるが、その他のモードは影響されないままである。この「共鳴」ラマン散乱はディテクタ３３により検出される。ディテクタ３３により検出される信号の強さが大きいことから、汚染のラマンスペクトルの正確な検出が可能になる。このことにより、汚染の性質、すなわち、どの物質（単数または複数）が汚染中に存在するかを決めることができる。汚染の厚さは、第１レーザ３０およびディテクタ３１を使用することにより、図２に関連して上述したのと同様のやり方で（すなわち表面プラズモン共鳴計測により）決めることができる。
【００７１】
[0079]  幾つかの汚染物質が存在する場合、本発明のこの実施形態を使用して、例えば特定の汚染物質を選出することができる。例えば、検出されるべき汚染物質の特徴的なラマンスペクトルは既にわかっていることがあり、波長λ０およびλ１をそれに応じて選択することができる。ある事例において、ラマンスペクトルはほとんど既知であり、このラマンスペクトルをより正確に求めるために実験が必要となり得ることがある。１例において、ＥＵＶ環境において金属膜７上に付着した炭素が特定の特徴的ラマンスペクトルを生ずることがあり、λ０およびλ１を適切に選択することによりこれを励起することができる。例えば、λ０は６３３ミリメートルとすることができ、λ１は６５０ミリメートルとすることができる。一般に、例えば１．５５ミクロンの赤外線の波長を含む任意の好適な波長を使用することができる。波長は、単に汚染を通過するだけでなく、より多くのラマン散乱線を提供することになる。λ０およびλ１を選択する場合、一般に、ラマン散乱は第１波長λ０に対して特に高感度であるわけではないということに留意すべきである。ラマン散乱は第１波長と第２波長の差（λ０−λ１）であり、これはラマンスペクトルのピークと一致するように選択されるべきである。
【００７２】
[0080]  放射波長λ０およびλ１は、電子ラマンスペクトルまたは振動ラマンスペクトルを励起するように選択することができる。ある事例において、振動ラマンスペクトルは有機汚染の検出に好ましいことがある（ＥＵＶリソグラフィでは有機汚染が観察されることになる）。
【００７３】
[0081]  本発明のさらなる代替の実施形態を図７に示す。上述の実施形態の幾つかと共通して、この実施形態はプリズム５０を中心に配備されている。さらに以下で図７ｂと合わせてプリズム５０を詳細に説明する。放射源５１は、放射ビーム５２を生成するように配置されている。放射源は例えば波長可変レーザであってもよく、あるいは格子スペクトロメータであってもよい。放射ビーム５２は、偏光子５３および光弾性モデュレータ５４を通過してからプリズム５０へ入る。放射ビーム５２はプリズムの表面で反射され、レンズ５５を通ってディテクタ５６へと進む。ディテクタ５６は例えばフォトダイオードであってもよい。光弾性モデュレータは、その参照周波数がデュアルチャネル・ロックイン増幅器５８を通るコントローラ５７により制御される。ロックイン増幅器５８からの出力信号は、コンピュータ５９またはその他のデータ処理装置および／または記憶装置へ進む。
【００７４】
[0082]  図７ｂを参照すると、プリズム上に４つの層が設けられている（図ではこれらの層の厚さは誇張してある）。第１層６１は、厚さ４２ナノメートルの銀（Ａｇ）である。第２層６２は、厚さ２９２（１／４波長光学厚さ２．０）ナノメートルのハフニアである。第３層６３は、厚さ４２ナノメートルの銀（Ａｇ）である。第４の最終層６４は、厚さ２４（１／４波長光学厚さ０．１３）ナノメートルのアルミナである。第４層６４は、第３層の銀の酸化を防止する保護キャップ層として働く。これらの材料および厚さは、近赤外領域においてセンサを操作するためのものである。別の厚さおよび／または材料を使用することもできる。汚染検出システムが、どのスペクトル領域で作動するように配置されているかに応じて、銀の代わりに、例えばその他の金属、例えばアルミニウム、金、または銅を使用することができる。同様に、その他の誘電材料、例えばチタニア、シリカ、アルカリ土類フッ化物などを使用することができる。プリズム５０はＢＫ７からなる。その他のプリズム材料、例えば、溶融石英、ガラス（例えばＳＦ６、ＬａＳＦＮ９等）または結晶（例えばＳｉ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｒＴｉＯ３等）を使用することができる。
【００７５】
[0084]  使用中、偏光子５３は、放射ビーム５２が平面偏光を持つことを確実ならしめるように配置されている。放射ビームは、光弾性モデュレータを出るとすぐに、直交する偏光状態間で（すなわちｓ平面およびｐ平面偏光間で）切り換わるように、光弾性モデュレータが放射ビームに最大λ／２までの遅延をもたらす。切換の起きる周波数はコントローラ５７によって決まり、通常は数十キロヘルツとすることができる。
【００７６】
[0085]  金属層および誘電層６１〜６４をプリズム上で組み合わせると、これらの層を通る光子の「光学トンネル現象」が可能になり、これによって、光子は、これらの層の各々と（第１銀層６１のみとではなく）相互に作用することができる。光学トンネル現象は、I.R. Hooper, T.W. Priest, J.R. Sambles, “Making Tunnel Barriers (Including Metals) Trabnsparent，” Phys. Rev. Lett., 97, 053902 (2006)に記載されている。
【００７７】
[0086]  放射ビーム５２の、プリズム５０（層６１〜６４を含む）との相互作用は、放射ビームの偏光状態に左右される。放射ビームがｓ偏光の場合、層６１〜６４に表面プラズモンの励起は存在しない。代わりに、光学トンネル現象を介して、ハフニア層６２上に集中された導波管モードに放射が結合される。第１層６１および第３（銀）層６３はファブリ‐ペロ共振器の態様で働くため、導波管モードは限定されている。さらに以下で説明するように、放射ビーム５２がプリズムに指向される角度は固定されているが、波長は変動する。導波管モードとの結合は波長依存型であり、この結合はディテクタ５６により監視することができる。
【００７８】
[0087]  放射ビーム５２がｐ偏光であると、放射ビームと上部銀層６３に存在するプラズモンとの間に著しい相互作用が存在する。放射ビーム中の光子は、光学トンネル現象により、第１（銀）層および第２（ハフニア）層を通り第３（銀）層６３に到達する。第１（銀）層は、ｐ偏光放射線用のトンネル障壁として働く。
【００７９】
[0088]  第３（銀）層６３のプラズモンモードの共鳴周波数は、第４（アルミナ）層６４上の汚染に極めて影響を受ける。この理由は、第４（アルミナ）層６４を通る電界トンネル効果により表面波が励起されるからである。第３（銀）層６３のプラズモンモードの共鳴周波数が第４（アルミナ）層６４上の汚染の存在に極めて影響を受けることから、共鳴周波数の変化を監視することにより汚染量の計測を実行することができる。
【００８０】
[0089]  使用中、例えば１１００ナノメートルから１４００ナノメートルまでの放射ビームの波長が走査される。ディテクタ５６に入射する放射強度は、波長の関数として記録される。検出済みのｐ偏光放射線とｓ偏光放射線とを区別するのに、コントローラ５７とともにロックイン増幅器５８が使用される。偏光を区別するためにロックイン増幅器および光弾性モデュレータを使用し得るやり方は当業者に知られていると思われるので、ここでは詳しく説明しない。しかし手短にいえば、ロックイン増幅器５８はコントローラ５７により生成される信号にロックされ、これによって、ロックイン増幅器は、光弾性モデュレータ５４が第１状態にある場合に検出される放射と、光弾性モデュレータが第２状態にある場合に検出される放射とを区別する（すなわちｓおよびｐ偏光放射を区別する）ことができる。このようにロックイン増幅器５８を使用することにより、ｓおよびｐの偏光スペクトル的特徴を同時に観察し、ドリフトおよびその他の時間ベースの変動から生じ得る誤りを除去することができる。ｓおよびｐ偏光放射を識別するためにロックイン増幅器を使用することは必須のものではない。例えば、偏光ビームスプリッタを使用して偏光を分割し、これらを異なるディテクタに方向付けることができる。その他の識別装置を使用することもできる。
【００８１】
[0090]  ロックイン増幅器（またはその他の識別装置）および電気光学モデュレータを使用しない場合、ｓ偏光放射用に一連の計測を行うことができ、その後、ｐ偏光放射用に一連の計測を行うことができる（またはその逆）。ところが、このことはドリフトおよびその他のタイムベースの変動を受けることになろう。
【００８２】
[0091]  図８は、ｓおよびｐ偏光放射用の光ディテクタ５６により検出された強度を示す。計測は規格化され、プリズム５０の反射率パーセンテージとして示されている。ｐ偏光放射は、１２００ナノメートルで反射率の最小値を通過してから徐々に約８３％の反射率まで上昇することがわかる。この特徴は、ｐ偏光放射ビーム５２の、第３（銀）層６３における表面プラズモンとの相互作用から生じる。プラズモンは第４（アルミナ）層６４上の汚染の存在に対して高感度であることから、最小値の生じる波長は汚染の存在により変位されることになる。
【００８３】
[0092]  ｓ偏光放射は、１３００ナノメートルで最小値を通過してから約８４％まで上昇する。この特徴は、第２（ハフニア）層上に集中された導波管モードへの結合に起因している。導波管モードが第４（アルミナ）層６４上の汚染の存在に対して高感度でないことから、最小値の波長は汚染による影響を受けない。
【００８４】
[0093]  従って、ｐ偏光放射ビームの最小値の波長は、ｓ偏光放射がもたらす参照最小値と比較することができる。この参照を提供し、ロックイン増幅を用いてｐ偏光放射とｓ偏光放射との計測間の時間の遅延を回避することにより、本発明の実施形態は、第４（アルミナ）層６４上の汚染の正確な計測を提供する。
【００８５】
[0094]  この実施形態の変更において、源５１は広帯域波長源とすることができ、フーリエ変換スペクトロメータを使用して放射ビーム５２を提供することもできる。フーリエ変換スペクトロメータは、可動ミラーを有するマイケルソン干渉計(Michaelson interferometer)である。ある距離にわたって可動ミラーを走査することにより、放射源のスペクトルを符号化する干渉パターンが作り出される。本発明の実施形態は上述したのと同じやり方で作動する（ただし計測された強度が波長の関数としてではなく周波数の関数として記録されることを除く）。本発明の別の実施形態に関して、フーリエ変換スペクトロメータを使用して放射ビームを生成することができる。
【００８６】
[0095]  上述した実施形態の全てにおいて、汚染検出システムの放射源およびディテクタは、プローブされる光学表面に近接している。一方で、入射、反射、散乱、回折等の放射は、光学ファイバにより導入または制御することができる。ファイバ光学を使用することにより、汚染検出システムの一部を光学表面から離れた場所に設置することができる。例えば、反射放射または回折放射の波長の変化を検出するのに使用されるスペクトロメータをリソグラフィ装置の外に設置することができ、反射放射または回折放射は光ファイバケーブルを用いてスペクトロメータを通過させることができる。
【００８７】
[0096]  図２、図４、図６、図７は、クレッチマン配置を活用した本発明の実施形態を示す。別法ではオットー配置を使用してもよい。クレッチマン配置およびオットー配置の詳細は、例えば、A. Otto, “Excitation of nonradiative surface plasma waves in silver by the method of frustrated total reflection,” Z. Phys., 216, 398 (1968)およびE. Kretschmann and H. Raether, “Radiative decay of nonradiative surface plasmons excited by light,” Z. Naturforsch., 23A, 2135 (1968)に認めることができる。また代わりに、本発明の実施形態は、図５に示すように回折格子結合のジオメトリを活用することができる。
【００８８】
[0097]  本発明の実施形態は、任意の好適な波長または波長範囲を有する放射ビームを使用することができる。任意の好適な放射源、例えばレーザ、ダイオード、広帯域波長源等を使用することができる。
【００８９】
[0098]  図２および図４に示す本発明の実施形態は、プリズム６に入射する放射強度の監視を可能ならしめる参照ビーム２Ｂを含む。この同一の参照計測アレンジ、またはその他の幾つかの均等なアレンジは、本発明のいかなる実施形態にも使用することができる。
【００９０】
[0099]  図２に示す検出アレンジメント、すなわち或る角度範囲にわたって放射検出することは、本発明の他の実施形態に使用することができる。
【００９１】
[00100]  光学表面の汚染の化学的性質を検出できるものとして本発明の実施形態を説明した。光学表面上には結合材を設けることができるということが理解されよう。この結合材は特定の化学物質に対して高感度である（すなわちこれらを結合する）ことができる。結合材は、特定の汚染物質に結合するように選択することができる。例えば、結合材は、長鎖炭化水素がこれに結合するように選択することができる。これが行われる場合、検出された光学表面上の汚染は長鎖炭化水素であると仮定することができる。例えば汚染検出システムを使用して、液浸リソグラフィで使用される液体により引き起こされる光学表面の汚染を検出することができる。液体は光学表面に接触することがあり、あるいは気体状の汚染物質を（例えば蒸発により）もたらすことがある。
【００９２】
[00101]  本発明の実施形態は、ＥＵＶ放射を使用して基板を露光する光リソグラフィ装置で使用するのに適している（ＥＵＶ放射は、リソグラフィ装置において光学表面上へ炭素系付着物の蓄積を引き起こす）。一方で、本発明の実施形態を使用して、リソグラフィ装置における光学表面上の汚染レベルを（すなわちＥＵＶ放射に起因して生じる汚染ばかりでなく）全体的に検出することができる。さらに、汚染は必ずしも炭素系付着物またはその他の無機物でなくてよい。例えば、本発明の実施形態を使用して、光学表面上の生物材料またはその他の有機物の蓄積を監視することができる。汚染は、真空およびレジストのアウトガスから生成される重質炭化水素、ならびに液浸リソグラフィ内の液体へ漏出するレジストから構成されるものとすることができる。
【００９３】
[00102]  光学表面上で許容されるべき最大汚染レベルの例は２ナノメートルとすることができるということを上述した。このレベルは１例にすぎず、所望の最大レベルは２ナノメートルより大きくても小さくてもよいということが理解されよう。考慮できるその他の要因には、汚染の濃度、光学表面の性質、および／または汚染の性質または種類を含む。
【００９４】
[00103]  上述のように、汚染検出システムＣＤＳは、迷走放射(stray radiation)に晒されるように設置されている（汚染検出システムＣＤＳは、基板を露光するのに使用される放射ビームＢの経路中に設置されているのではない）。汚染検出システムＣＤＳはリソグラフィ装置付近の多くの場所のうちの１つに提供することができ、この場所は、リソグラフィ装置およびその構成要素の正確な配置設計により変えることができるということが理解されよう。実際に、汚染検出システムは、リソグラフィ装置内の複数の場所に提供することができる。ある事例において、汚染検出システムを、放射ビームＢの経路中に設置されている表面上の汚染を検出するように位置決めできることがある。
【００９５】
[00104]  図２の汚染検出システムＣＤＳの態様（例えばプリズム６および金属層７の態様）は、放射ビームＢを調節し、パターニングし、投影するのに使用される光学表面の特性をエミュレートするようなものとすることができる。ある事例において、問題のリソグラフィ装置内の全ての光学表面の汚染レベルを測定する目的には、単一の汚染検出システムＣＤＳで十分なことがある。一方で、その他の事例において、多くの光学表面上の付着物の蓄積を完全に明らかにするために、複数の汚染検出システムＣＤＳを合体させるのが望ましいことがある。例えば、各汚染検出システムＣＤＳを、特定の光学表面と同じ物理的特性を有するように構成することができ、主要な放射ビームＢと干渉させずに極力その光学表面の近くに設置することができる。
【００９６】
[00105]  複数の汚染検出システムＣＤＳが使用される場合、ある事例において、システムの幾つかの部品を共通にすることができる。例えば、単一の波長可変源（またはその他の放射源）を使用して、全ての汚染検出システム用の放射を提供することができる。このことは、遠隔で単一の源を提供し、光ファイバにより各計測場所に放射を結合させることにより行うことができる。同様に、単一のディテクタを、例えば、光ファイバにより各計測場所に連結させて使用することができる。計測場所間で多重送信を使用することもできる。例えば、単一のディテクタが使用される場合、多重送信を使用して、任意の一定時間での或る計測場所からの放射のみをディテクタに確実に入射する（多重送信は計測場所間で切り換える）ことができる。
【００９７】
[00106]  表面プラズモン計測装置は、表面プラズモンまたは表面プラズモンの効果を検出するのに適した任意の装置とすることができる。例えば、表面プラズモン計測装置は、表面で反射する光、および／または表面プラズモンがこの反射光上に有する効果を検出するように配置された反射計とすることができる。
【００９８】
[00107]  本文ではＩＣを製造する際のリソグラフィ装置の使用を具体的に参照することが可能であるが、当然ながら、本明細書において説明されるリソグラフィ装置は、例えば集積光学系、磁気ドメインメモリ用の誘導および検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造など、他の応用例を有することができる。このような代替の応用例に関連して、本明細書における用語「ウェーハ」または「ダイ」のいかなる使用も、それぞれ、より総括的な用語「基板」または「ターゲット部分」と同義と見なすことができるということを当業者は理解するであろう。本明細書で参照される基板は、露光の前または後に、例えばトラック（通常はレジスト層を基板に塗布し、露光済みレジストを現像する器具）、メトロロジーツールおよび／またはインスペクションツールにおいて処理することができる。応用可能な場合、本明細書における開示内容は、このような基板処理ツールおよびその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、２回以上処理することができる。したがって、本明細書において使用する基板という用語は、何度も処理された層を既に含んでいる基板も参照することができる。
【００９９】
[00108]  用語「レンズ」は、状況が許せば、屈折型、反射型、磁気型、電磁気型および静電気型を含む様々なタイプの光学コンポーネントのうちの任意の１つまたはそれらの組み合わせを示すものとすることができる。
【０１００】
[00109]  上記で本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明は記載した以外のやり方で実施することもできるということが理解されよう。
【０１０１】
[00110]  上記の説明は限定ではなく例示を目的としている。したがって、説明された本発明を、以下で述べる特許請求の範囲から逸脱することなく修正可能であるということが当業者には明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】[0010]  本発明の１実施形態による汚染検出システムを含むリソグラフィ装置を図示する。
【図２】[0011]  汚染検出システムをより詳細に図示する。
【図３】[0012]  図２の汚染検出システムの動作原理を示す。
【図４】[0013]  汚染検出システムの別の実施形態を図示する。
【図５】[0014]  汚染検出システムの別の実施形態を図示する。
【図６】[0015]  汚染検出システムの別の実施形態を図示する。
【図７ａ】[0016]  汚染検出システムの別の実施形態を図示する。
【図７ｂ】[0016]  汚染検出システムの別の実施形態を図示する。
【図８】[0017]  図７の汚染検出システムの動作原理を示す。
【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７ａ】
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【図８】
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【図７ｂ】
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【外国語明細書】
2007173786000001.pdf