JP2007510304A - 光学像を形成する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

放射線感知層（６）に像を形成するための、光バルブ（１８乃至２２）の配列（１６）及び対応する集光素子（４６）の配列（４０）を有する装置において、これらの配列（１６、４６）によって形成される放射スポット（２０４）の位置がモニターされ、スポットがある平面の下側に配置されるセンシングモジュールによって導出される。センシングモジュールはスリット対（１８６、１８８）を示すスリット板及び位置符号器（１９０、１９２、１９４、１９６）を備える。そして、集光素子を支持する板がトラッキング構造（１７１、１７３、１７５、１７７）及び位置合わせマーク（１９８）を備える。

Description

本発明は、放射線感知層で光学像を形成する装置に関し、当該装置は：
露光放射線ビームを供給する放射線源；
放射線感知層を露光ビームに対して位置決めする手段；
放射線源と放射線感知層のための位置との間に配置される個別に制御可能な光バルブの配列；及び
集光素子の２次元配列であり、該集光素子の各々が異なる１つの光バルブに対応し、かつ該対応する光バルブからの露光ビーム放射を放射線感知層のスポットに集光する機能を果たすように、光バルブの配列と基板ホルダーとの間の集光板に配置された集光素子の２次元配列；
を有する。

本発明はまた、放射線感知層に光学像を形成する方法、並びに、この方法及び装置を用いるデバイスを製造するための処理方法に関する。

光バルブの配列すなわち光シャッターは、２つの状態間でスイッチされる制御可能な素子の配列を意味すると理解されている。一方の状態では、このような素子への入射放射線が遮られ、他方の状態では、入射放射線がその配列が一部を為す装置内に予め描かれた経路に従うように透過又は反射される。このような配列は透過型又は反射型の液晶ディスプレー（ＬＣＤ）、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）又はミクロンサイズの光バルブを有するその他の如何なる装置であってもよい。通常、これらの配列は２次元配列である。回折格子光バルブ（特許文献１参照）等のリニア配列を用いることも可能である。回折格子光バルブは非常に高い周波数でスイッチングが可能である。このようなリニア配列は、個々の光バルブからのサブビームをリニア配列の長さ方向に垂直な方向に集光板を横切って走査するために光バルブ配列と集光板との間に配置される、例えば回転ミラー等のビームスキャナーと組み合わされてもよい。放射線感知層は、例えば光リソグラフィで用いられるレジスト層、又はプリント装置で用いられる帯電層などである。なお、現在の装置では通常、光バルブは可視光以外の放射線をスイッチングするために用いられるであろうが、光バルブと言う単語はかなり一般的であり、この明細書ではこの単語を用いる。リソグラフィ描画装置では、光バルブ配列は紫外線（ＵＶ）及び遠紫外線（ＤＵＶ）とともに可視光をも含む広い波長域の電磁放射線を用いて像を形成してもよい。集光素子は屈折レンズ型又は回折レンズ等の回折素子型でもよい。

このような装置及び方法は、とりわけ、液晶ディスプレー（ＬＣＤ）パネル、カスタマイズＩＣ（集積回路）及びＰＣＢ（プリント回路基板）等の装置の製造に使用されてもよい（特許文献２参照）。この装置は、集光素子の配列が基板表面の放射線感知層からプロキシミティギャップと呼ばれる小さい間隔だけ離して配置された近接プリント装置でもよい。装置はまた、各々の光バルブを配列の中の対応する集光素子上に描くために、投影レンズシステム等の投影システムが光バルブ配列と集光素子配列との間に配置された投影装置でもよい。

ウェハステッパー式又はウェハ走査ステップ式のリソグラフィによる投影装置のより良い代替として、個々にスイッチ可能な光バルブ配列を利用する装置が提案されている。ウェハステッパー式では、例えば集積回路パターン等のマスクパターンの全体が、レンズシステム又はミラーシステム等の投影システムによって、基板表面の最初のＩＣ領域に一度に描かれる。そして、2番目のＩＣ領域が投影レンズの下に位置するまで、マスク及び基板が互いに相対的に移動される（ステップされる）。それから、マスクパターンが2番目のＩＣ領域に描かれる。基板の全てのＩＣ領域がマスクパターン像を備えるまで、この工程が繰り返される。これは、移動、位置合わせ及び描画というサブステップのために、時間を消費する処理である。なお、最後のサブステップは露光とも呼ばれる。

ウェハ走査ステップ式では、マスクパターンの小さい部分のみが一度に照射される。マスクパターンの全体が照射され、このパターンの完全な像が基板の１つのＩＣ領域に形成されるまで、照射ビームの照射中にマスクと基板とが同調して照射ビームに対して移動される。そして、次のＩＣ領域が投影レンズの下に位置するまで、マスク及び基板が互いに相対的に移動され、マスクパターンが再びスキャン照射され、このパターンの完全な像が基板の前記次のＩＣ領域に形成される。基板の全てのＩＣ領域が完全なマスクパターン像を備えるまで、これらの工程が繰り返される。このウェハ走査ステップ式処理は、ステッパー式処理よりさらに多くの時間を消費する。

ウェハステッパー又はウェハ走査ステップ式によってＩＣ等の装置を製造するためには、具体的なデバイスの造形が組み込まれなければならない基板層の数に対応する多数のマスクが必要である。これらマスク各々の製造は時間を消費する面倒な処理であり、このようなマスクを高価にしている。実際にしばしばあることであるが、もし、マスクの再設計が必要な場合、又は特定顧客向けデバイスすなわち比較的少量の同一デバイスを製造しなければならない場合、マスクを用いるリソグラフィによる製造方法は費用のかかる方法である。ＬＣＤパネル又はその他のディスプレーパネルの製造に関しても同様のことが言える。

個別にスイッチングできる光バルブの配列は、リソグラフィ装置で用いられるとき、プログラムできるという意味で適応性のあるマスクとして機能する。このようなマスクの画像内容は、１つの光バルブで形成される画像要素すなわち画素が明るく又は暗くなるように、個々の光バルブをスイッチングすることにより容易に変えることができる。光バルブ配列を用いるリソグラフィ描画装置は、多重スポット走査装置であり、その内部で多数のスポットが放射性感知層すなわちレジスト層を同時に走査し、この層に所望の像の部分群を同時に描画する装置である。これに関し、異なった走査モードが用いられ得る。例えば、各々のスポットが当該スポットの大きさの何十倍までの面積を有する領域を描画してもよいし、一群のスポットがレジスト層の同一領域を描画するために用いられてもよい。

これまでの実験によって、リソグラフィ又はその他のプリント装置及び方法において光バルブの配列と集光素子の配列との組み合わせをうまく利用するためには、追加手段が必要であることがわかっている。
米国特許第6177980号明細書 国際公開第WO03/052515号パンフレット

本発明の目的は、このような手段を提供し、光バルブの配列と集光素子の配列との組み合わせをうまく利用することが可能なリソグラフィ又はその他のプリント装置及び方法を提供することである。

本発明の最初の観点によれば、背景技術にて定義されたような装置が、集光素子により形成されるスポットを個別にモニターし、及び／又はこれらのスポットの放射線感知層に対する位置を決定するために、集光素子配列の下流に配置され露光ビーム放射を利用するモニター手段によって特徴付けられる。

これらの手段は、２つの配列により形成される露光スポット及び放射線感知層の相対的な位置を正確に決定することを可能とする。ここで露光スポットとは、当該スポットによって所望のパターンが放射線感知層に描画されるスポットである。さらに、これらの手段は、パターン描画中に露光スポットのパラメータに生じ得る変動が補償されるように、これらのパラメータを決定することを可能とする。スポットのパラメータはスポットの存在、スポットの形状、スポットの大きさ、スポットの強度などである。

集光素子がマイクロレンズである背景技術にて記載された型のリソグラフィ投影装置で、位置検出手段を有する装置が開示されている（米国特許第６１３３９８６号参照）。この手段はウェハ位置決めサーボ機構の閉ループ帰還を提供するために用いられている。しかし、この手段は、周期的なトラッキングパターンすなわちウェハにエッチングされた格子の上で、周期的なマイクロレンズのパターンを測定するモアレ技術を用いている。マイクロレンズを通過した後に格子構造で反射される放射線はモアレパターンを示す。このパターンは投影レンズシステムによって光検出器配列上に投影される。ここで、光検出器配列は投影レンズシステムに対して光バルブ配列と同じ側に配置される。光検出器配列はマイクロレンズ配列から離れた位置に配置された位置符号器である。光検出器配列はマイクロレンズ配列によって形成される個々のスポットのパラメータをモニターすることには用いられない。そして、スポットの位置測定は本発明に係る装置で用いられる原理とは異なる原理に基づいている。さらに、位置符号化のために露光放射線の波長とは異なる波長を有する放射線が用いられているため、符号化放射線のためにマイクロレンズの補正が必要である。

好ましくは、本発明に係る装置はさらに、モニター手段が可動モジュールを有し、この可動モジュールがスリットの配列及び該スリットに整合された放射線検出器の対応する配列を有するスリット板を備えることを特徴とする。

放射線検出器は、現在デジタルカメラで使用されているＣＣＤセンサー又はＣＭＯＳセンサーのセルによって構成されてもよい。センシングモニターは走査方向に対して垂直の方向に動かされ、この方向のラインに沿って配置された全ての露光点を連続して走査してもよい。スリット板は走査方向に、同時に走査したいスポット数に等しい多数のスリットを有する。ここで、走査方向とは放射線感知層に所望の像を描画するためにスポット及び放射線感知層が互いに対して動かされる方向を意味する。モジュールをスポットの配列を横切るように移動させることによって、表面領域の全てのスポットの位置及び／又はパラメータが連続して測定される。ここで、表面領域は、一方向についてはスリットの数及びその間隔によって決定され、垂直方向についてはモジュールの走査長によって決定される。

好ましくは、センシングモジュールは別ユニットであり、スポットの配列が放射線感知層に到達する前に最初にモジュールの移動領域を通るように配置される。そのとき、スポットの測定のために要する時間が最小となる。本発明がリソグラフィ装置にて実施される場合、センシングモジュールはまた、基板ステージと統合されてもよい。

走査方向及びそれに垂直な方向の双方におけるスポット位置を決定するため、装置はさらに、スリット板が第１系列及び第２系列のスリットを有し、第１系列及び第２系列のスリットがセンシングモジュールの動作方向に対して異なる方向に伸びていることを特徴とする。

第１系列のスリット及び第２系列のスリットは前記動作方向に対しそれぞれ垂直な方向及び鋭角の方向に伸びていてもよく、第２系列のスリットは走査方向に対し鋭角の方向に伸びていてもよい。

第１系列のスリット、及び対応する検出器セルはＸ方向と呼ぶことができる動作方向のスポット位置を決定するために用いられる。一方、第２系列のスリットはＹ方向と呼ぶことができる動作方向に垂直な方向のスポット位置を決定するために用いられる。

好ましくは、装置は第１系列のスリット及び第２系列のスリットが前記動作方向に対し、それぞれ第１の鋭角の方向、及び第１の鋭角と反対の第２の鋭角の方向に伸びていることを特徴とする。

この配置は、モジュールに対するスポット位置だけでなく、露光スポットのパラメータをも決定することを可能とする。

集光素子を備えた板に対するスポット位置を決定することを可能とするために、装置はさらに、センシングモジュールが少なくとも１つのＸ位置符号器と少なくとも１つのＹ位置符号器を有し、集光板が少なくとも１つのＸトラッキング構造と少なくとも１つのＹトラッキング構造を備えることを特徴とする。

位置符号器は周知技術であり、公知の型の符号器が、スポット測定用のスリットが配置される領域より外側のセンシングモジュール内に設けられてもよい。このような符号器は、例えば回折格子等の透明ストリップの周期構造、及びストリップからの放射経路に置かれた放射線感知検出器を有してもよい。Ｘ符号器のためストリップはＹ方向に伸びており、Ｙ符号器のためストリップはＸ方向に伸びている。Ｘ及びＹトラッキング構造はそれぞれＹ及びＸ方向に伸びている格子ストリップ、並びに、対応する符号器の格子と同じ周期性すなわちピッチを有する格子によって形成されてもよい。露光放射線又は異なる波長の放射線によってトラッキング格子を照射することにより、格子ストリップからの放射線が符号器の格子に入射される。集光板に対するセンシングモジュールの、該モジュールの動作方向における位置は、符号器によってこの方向に供給されたパルス数を数えることにより決定することができる。動作方向に垂直な方向でのセンシングモジュールと集光板との相互位置は、符号器によってこの垂直方向に供給されたパルス数を数えることにより決定することができる。

トラッキング格子は振幅格子又は位相格子でもよく、それらは集光板に固定される別の素子上に配置されてもよい。好ましくは、トラッキング格子は、例えば集光板の基板にエッチングされる等により集光板に集積される。これにより、さらに正確な位置測定が可能となる。

位置符号器及びトラッキング構造は、センシングモジュールを動かすための機械的要求を緩和することを可能とする。

好ましくは、この装置は、センシングモジュールが２つのＸ位置符号器及び２つのＹ位置符号器を有し、集光板が２つのＸトラッキング構造及び２つのＹトラッキング構造を備えることを特徴とする。

２つのＸ位置符号器からの信号を結合することは、モジュールのそれ自体の平面内での回転すなわちＺ軸に対する回転を求めることを可能にする。２つのＹ位置符号器からの信号を結合することは、集光素子配列に生じ得る膨張を求めることを可能にし、測定されたスポット位置がその膨張に対し補正され得る。

上述のようにシステムを測定することによって、露光スポットの集光板格子に対する位置を測定することができる。もし、装置がさらに、集光板が基板上の対応する位置合わせマークと協働する多数の位置合わせマークを有することを特徴とするのであれば、集光板上の位置合わせマークに対するスポット位置、ひいては基板上の位置合わせマークに対するスポット位置を正確に求めることが可能である。

装置はさらに、位置合わせマークが集光板のトラッキング構造の近傍に配置されることを特徴とすることが好ましい。こうして、装置ははるかに正確にスポット位置を測定することが可能となる。

この測定システムは次のような利点をもたらす。先ず、集光板の不均一な膨張又はモジュールの不正確な動作に影響されにくい。そして、集光板上の位置合わせマークはトラッキング構造の近傍に配置されるため、これら位置合わせマークに対するスポット位置が正確に求められる。

装置はさらに、集光素子が回折素子であることを特徴としてもよい。特許文献２に記載されているように、回折素子が少なくとも２つの透過レベルと少なくとも３つの位相レベルを有するようにし、その素子の回折効率を大幅に向上させてもよい。回折効率は所望の回折次数（例えば、１次）に回折される入射放射線の割合を意味すると理解される。

その代わりとして好ましくは、装置はさらに、集光素子が屈折レンズであることを特徴とする。屈折レンズはその特性が回折素子のそれと比較して、波長変動の影響を受けにくいという利点をもたらす。屈折レンズは回折次数への***を示さないため、回折素子より鋭い焦点を有する。

本発明に係る第１の実施形態は、集光素子の配列が結像素子の介在なく光バルブの配列と対向することを特徴とする。

この実施形態は、近接プリント装置型であり、集光素子の配列が放射線感知層から小さな隙間（例えば空気の隙間）だけ離される。

第２の実施形態は、光投影システムが光バルブ配列と集光素子配列との間に配置されることを特徴とする。

投影システムは、投影レンズシステム又はミラー投影システムとされてもよく、クロストーク、光収差、及び温度変動の描画パターンへの影響を除去又は少なくとも実質的に低減するように、各々の光バルブを集光板の関連する集光素子上に描く。投影システムは光バルブ配列の大きさ及びサブサイズを集光板のそれらに整合させる。さらに、投影システムを挿入することは、装置の安定性が増すように集光板の基板を比較的厚くすることを可能にする。

この装置は様々に応用され得る。最初の応用では、装置は基板の少なくとも１層にあるデバイスを作成するためのリソグラフィツールを構成する。この応用のため装置は、放射線感知層が、形成される基板層の表面に設けられたレジスト層であること、像が該基板層に形成されるデバイス造形パターンに対応すること、及び、位置決め手段が基板ステージによって搬送される基板ホルダーであることを特徴とする。

装置は紙のシートにデータをプリントするために用いられてもよい。この応用のため装置は、放射線感知層が静電的に帯電された放射線感知材料の層であること、位置決め手段が前記層を光バルブ配列及び集光素子配列に対して移動させ、かつこの配列の像領域の位置に前記層を維持するための手段であることを特徴とする。

本発明はまた放射線感知層に光学像を形成する方法に関し、当該方法は、
放射線ビームを発生するための放射線源を設ける工程、
放射線感知層を設ける工程、
前記放射線源と放射線感知層との間に個別に制御される光バルブの配列を位置決めする工程、
放射線集光素子の２次元配列を、これらの素子の各々が異なる１つの前記光バルブに対応し、かつ対応する前記光バルブからの放射を前記放射線感知層のスポットに集光する機能を果たすように、前記光バルブの配列と前記放射線感知層との間に位置決めする工程、
同時に像部分を放射線感知層領域に、該層領域を一方、関連した前記光バルブ及び前記集光素子の対を他方として互いに対して走査すること、及び、各々の前記光バルブを該光バルブによって描画されるべき像部分かに依存してオン状態とオフ状態との間でスイッチングすることにより、描画する工程を有する。この方法は、前記放射線感知層に像を書き込むのに先立って、全ての光バルブがオン状態にスイッチされ、個々の前記スポットのパラメータ及びこれらのスポットの前記放射線感知層に対する位置を決定するために制御処理が実行されることを特徴とする。

制御処理は状況に応じて、各々の基板の露光前、基板バッチの露光前、又は、例えば各々の作業日の最初といった比較的長い所定時間間隔で実行され得る。各基板の露光前に露光スポットをモニターすることは、本方法を温度ドリフトの影響を受けにくくし、この方法で使用される光学システム全体を完全に制御することを可能とする。また、スポットのパラメータをモニターすることをスポットの位置を求めることより頻繁に実行することも可能である。

好ましくはこの方法はさらに、制御処理がスポットの配列、並びに、スリットの配列及び対応する放射線検出器の配列を有する測定モジュールを互いに対して走査する工程を有することを特徴とする。

方法はさらに好ましくは、制御処理が測定モジュールのレンズ配列に対する位置を、該モジュールに含まれる直線符号器の、集光板に設けられたトラッキング構造に対する位置を測定することにより、決定する工程を有することを特徴とする。

方法はよりさらに好ましくは、制御処理がスポットの放射線感知層に対する位置を、集光板に含まれる位置合わせマークの、基板の対応する位置合わせマークに対する位置を測定することにより、決定する工程を有することを特徴とする。

本発明の方法に係る第１の実施形態は、走査する工程が、各々のスポットがそれ自体の関連する層領域を走査するものであることを特徴とする。ここで、該層領域は集光素子の配列によって形成されるスポットのマトリックスのピッチに一致する寸法を有する。

この方法によれば、各々の光バルブは、ただ１つの層領域のみを描画するために用いられる。なお、この１つの領域を、これ以降は光バルブ領域と称する。ここで、この描画は、スポットをこの光バルブから始まってこれに関連する光バルブ領域にわたり２次元的に走査することによって為される。スポットが光バルブ領域内の１本のラインを走査した後、このスポット及び領域は互いに対して走査方向と垂直の方向に移動され、その後、この領域内の次のラインが走査されるなどして最終的に光バルブ領域全体が描画される。

本発明の方法に係る第２の実施形態は、スポットのマトリックス及び放射線感知層がマトリックス内のスポットからなるラインの方向と小さい角度を持つ方向に互いに走査されること、並びに、走査する工程がマトリックスのピッチより実質的に大きい長さにわたり実行されること、を特徴とする。

この方法によれば、全てのラインの全てのスポットが様々なラインを走査するために用いられ、スポット全体数とスポットの大きさとの積に対応する幅と任意長さとを有する層領域が、走査方向と直行する方向への動作なしに１度の走査動作で走査可能になる。

本発明に係る方法はさらに、連続するサブ照射間に、放射線感知層及び配列が、最大で放射線感知層に形成されるスポットの大きさに等しい距離にわたり互いに対して移動されることを特徴としてもよい。

このようにして、像すなわちパターンの造形は造形全体にわたって一定の強度で描画される。スポットは、装置に備えられるビーム成形アパーチャに依って、円形、正方形、ひし形又は長方形とし得る。スポットの大きさはこのスポット内の最大寸法の大きさを意味する。

もし、描画される像の造形が互いに非常に接近していると、これらの造形は拡がり、互いに混ざり合うかもしれない。この現象は近接効果として知られている。本方法の実施形態は、近接効果が起こるのを妨げるものであるが、像の造形の境界上のスポットの強度が該造形の境界と隣の境界との間の距離によって適合されることを特徴とする。

本発明に係る方法は様々に応用され得る。第１の応用は光リソグラフィ分野である。本方法の実施形態は、基板の少なくとも１層にあるデバイスを製造するためのリソグラフィ処理の部分を形成するのに適しており、放射線感知層が基板の表面に設けられたレジスト層であること、像パターンが基板層に形成されるデバイスの造形に対応することを特徴とする。

この方法の実施形態はさらに、像が、作成されるデバイスの異なる階層に属するサブイメージに分割されること、並びに、異なるサブイメージを形成中はそのレジスト層表面が屈折レンズの配列から異なる間隔で置かれることを特徴としてもよい。

この方法の実施形態は基板の異なる平面に描くこと、そしてこのように複階層デバイスを作成することを可能にする。

本発明に係る方法の第２の応用はプリント分野である。本方法の実施形態は、紙のシートにプリントする処理の部分を形成するのに適しており、放射線感知層が静電的に帯電された材料の層であることを特徴とする。

本発明はまた、基板の少なくとも１層にデバイスを製造する方法に関し、該方法は、
基板層上に設けられた放射線感知層に、基板層内に作成されるデバイスの造形に対応する造形を有する像を形成する工程、及び
放射線感知層に形成された像によって描写された基板層の領域から材料を、すなわち、基板層の領域に付加された材料を除去する工程
を有することを特徴とする。本方法は像が上述の方法によって形成されることを特徴とする。

この方法及び装置によって製造され得るデバイスは、液晶ディスプレーデバイス、ポリマーＬＥＤディスプレーデバイス、特定顧客向けＩＣ、電子モジュール、プリント回路基板ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）及びＭＯＥＭＳ（微小光電気機械システム）等である。このようなシステムの一例は、レーザダイオード及び／又は検出器、光導波路、光スイッチ及び可能であれば光導波路とレーザダイオードとの間のレンズ、又は検出器を有する集積光通信デバイスである。この方法および装置はまた様々な応用のためのマスクのパターン描画にも用いることができる。

本発明のこれらの及び他の観点は、以降に記載される非限定的な実施例により明白となり、解明されるであろう。

図１は概略的に、例えばＬＣＤデバイスを製造するための従来からの近接プリント装置1を示す。この装置はデバイスが製造される基板4を搬送するための基板ホルダー2を有する。基板は例えばフォトレジスト層等の放射線感知層6で覆われている。放射線感知層にはデバイスの造形に対応する造形を有するパターンが描画される。装置はさらに照射ユニット8を有する。このユニットは、例えば水銀アークランプ等のランプ10及び反射器12を有する。この反射器は、レジスト層6に対して後方又は横方向に放射されるランプ放射線を反射する。放射線源からの放射線ビームが実質的に平行ビームとなるように、反射器は放物面反射鏡でよく、ランプは反射器の焦点に置かれるとよい。１つ又は２つ以上のレンズのような他の又は追加の光学素子が、ビーム14が実質的に平行ビームとなるように照射ユニット内に配置されてもよい。

描かれるパターンは光バルブの配列を有する光バルブデバイス16によって生成される。デバイス16は例えば、情報を表示するためのデバイスとして周知の、２次元液晶ディスプレー（ＬＣＤ）又はデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）である。液晶ディスプレーは透過型でも反射型でもよい。また、パターンは走査素子と結合した格子光バルブ（ＧＬＶ）配列などの光バルブのリニア配列によって生成されてもよい。走査素子は光バルブ配列からのサブビームをリニア配列の長さ方向に対し垂直方向に走査する。デバイス16は画素とも呼ばれる多数の光バルブを有する。それら画素のほんの１部18乃至22が図１に示されている。光バルブデバイス16は基板層に構成されるパターンがソフトウェアに導入されているコンピュータ構成30（図では縮尺が異なる）によって制御される。従って、コンピュータは描画処理の如何なる時点においても、全ての光バルブに対してそれが閉じているか開いているかを決定する。ここで、閉じているとは、照射ビーム14中のこの光バルブに入射する部分を遮ることであり、開いているとは、この部分をレジスト層6まで透過させることである。図１ではビーム14は光バルブ18乃至21のみを照射しているように見えるが、実際は、このビーム14はデバイス16の全ての光バルブを同時に照射する、かなり広いビームである。

光バルブの配列とレジスト層6との間に結像板すなわち集光板40が配置される。この板は透明基板42、及び放射線集光素子46の配列44を有する。これらの素子数は光バルブ数に一致し、配列44は各々の集光素子が異なる１つの光バルブに属するように、光バルブの配列と位置が合わせられる。集光素子46はフレネルゾーンレンズ等の回折素子であってもよい。好ましくは、素子46は屈折レンズである。このレンズは対応する光バルブからの放射線を、回折レンズを用いて得られるものよりも小さい点に集光することを可能にする。さらに、これらのレンズの光学性能は回折素子の場合より、放射線の波長に実質的に依存しにくい。

放射線源、基板ホルダー及びマスクホルダーは、この新しい方法の理解にあまり関係しないので、これらの素子については詳細な記述は省略する。

図２（ａ）、（ｂ）は屈折マイクロレンズ46の配列44の一部の上面図、及び、これに対応する光バルブ18乃至22の配列16の一部と追加の光バルブ24を示す。配列44は、中央のマイクロレンズ形状をした透過部46を各々が有する多数のセル48及び周囲の境界部49を有する。セルの境界部は隣り合うセルの境界部を通り、複数の境界部が一緒になって黒いマトリックスを構成する。このような黒いマトリックスは個々のレンズを通過する各々のビーム部分間のクロストークを軽減する。全セルの境界部は放射線吸収層又は反射層によって構成されてもよい。レジスト層に形成されるスポットの大きさ、及びこれらのスポットを形成するビーム部分の焦点深度はレンズ46の倍率によって決定される。照射ユニット内に配置されたスポット成形アパーチャ（図示せず）によって、生成されるスポットの形状は所望の応用に適合され得る。これらの点は、例えば、円形、長方形、正方形、又はひし形とし得る。集光板40のレンズ配列42の幾何学構造は、光バルブ配列の幾何学構造に適合される。集光板40は、光バルブからの放射線の可能な限り多くが該当するレンズ46を通過し、このレンズによって生成されるスポットに集中されるよう、並びに、発生するバックグラウンド放射の量が最小となるように光バルブ装置16からある距離41の位置に配置される。

図２（ｃ）は、光バルブの配列の対応する部分が例えば365nmの波長を有する放射線で照射され、そして、この部分の全ての光バルブが開いている場合に、図2（ａ）のレンズ配列によって得られるスポット52の配列50の一部を示す。露光スポット52は例えば2μm²程度の大きさである。レンズ配列42とレジスト層６との間の間隔43は、例えば250μmである。

通常、マイクロレンズ46は球面レンズ、すなわち、その湾曲表面が完全な球の一部となったレンズである。必要であれば、非球面レンズが用いられてもよい。非球面レンズは、その基礎面は球面であるが、球面レンズで生じる球面収差を補正するために、その実際の表面は球から外れているレンズを意味する。

図２（ｃ）に示されるスポット52は長方形の点である。これらのスポットは円形又は正方形でもよく、その他適当だと考えられる如何なる形状でもよい。

集光素子46に回折素子が用いられる場合、これらの素子の、周期性すなわち素子構造のピッチ、この構造によってもたらされる位相差、及び構造のデューティサイクル等のパラメータは、所望の露光スポットの大きさ及び形状が得られるように適合される。周期構造のデューティサイクルは、この構造の（環状の）ストリップの幅とその部分のピッチ、すなわち１つの線の幅とその隣の中間線との和、との比率を意味すると理解される。

国際特許出願IB03/01372で議論されているように、マイクロレンズの配列はリソグラフィ技術又はプレス加工による複製によって作成されてもよい。

図２（ｃ）に示されるように、各々のスポット52はレジスト層領域54内の、このスポットがある瞬間に存在するか否かを決定する光バルブに属する小さな点のような部分のみを占める。以降、この点のようなレジスト領域をスポット領域と称し、光バルブに属するレジスト領域54を光バルブ領域と称する。作成されるデバイスの造形に対応する像パターンの完全な造形すなわち線及び領域を得るため、レジスト層を有する基板を一方、２つの配列を他方として、それらが互いに対して移動される。言い換えれば、対応するバルブ領域54が完全に走査され、かつ、先述した造形で決定される位置で照射されるように、各々のスポットは対応するバルブ領域54内を移動させられる。最も実用的には、これは基板を格子状パターンを１段ずつ移動させることにより実現される。移動の歩幅はスポットの大きさ程度であり、例えば1μm又はそれ未満である。与えられたスポットに属するバルブ領域の部分は、像の造形又はその部分に対応付けられた部分であり、フラッシュで露光される。基板ホルダーを所望の精度で1μm以下の歩幅だけ移動させるためには、リソグラフィ投影装置で使用されているサーボ制御の基板ステージを用いることができる。これは1μmを遙かに凌ぐ例えば10nm程度の精度で動作する。

図３は、フラッシング及びステッピングからなる露光処理を、光バルブ配列、屈折レンズ配列、及びレジスト層のそれぞれの一部について示す。これらの図において、参照符号14は光バルブ18乃至22に入射する照射ビームを示す。参照符号71乃至75は開いている光バルブを通過し、対応する屈折レンズ61乃至65で集光されるサブビームを示す。図３（ａ）は、全ての光バルブが開いた状態で最初のサブ露光が為された後の状況を表す。その瞬間、最初のスポット領域セット81乃至85が、各々の光バルブ領域に１つの露光領域で露光されている。図３（ｂ）は、基板が右に1段階移動し、2番目のスポット領域セット91乃至95が露光されるように、全ての光バルブが開いた状態で2番目のサブ露光が為された後の状況を表す。図３（ｃ）は、基板が右に５段階移動し、６番目のサブ露光が為された後の状況を表す。４番目のサブ露光中、光バルブ20及び21は閉じており、スポット領域103及び105は露光されていない。５番目のサブ露光中、光バルブ21及び22は閉じており、スポット領域114及び115は露光されていない。図示されるように他の全てのスポットは露光されている。

レジスト層を移動させ、光バルブを個別に開閉させる一連の工程によって、如何なる要求パターンも描画することが可能である。スポットのあるバルブ領域を走査することは、抜け目なく蛇行して、領域の第１のラインは左から右へ走査され、第２のラインは右から左へ、そして第３のラインは再び左から右へというように実行される。

図３に例示されたステッピングモードに代えて、走査モードもまた所望の画像パターンを生成するために用いることができる。走査モードでは、レジスト層を一方、光バルブの配列及び屈折レンズの配列を他方として、それらが互いに対して連続的に移動され、かつ、それらがレジスト層上の先述の位置と対向するとき、光バルブがフラッシュされる。フラッシュの時間すなわち光バルブの開いている時間は、該当する光バルブが前記位置に対向している時間より短くされる。

ランプに代えて、その他の放射線源、好ましくはレーザ、特に現在のウェハステッパーで用いられている、又は近い将来のウェハステッパー及びウェハ走査ステッパーで用いられる、それぞれ波長248、193、157nmの放射線を放出するレーザが用いられてもよい。レーザは、単一波長で所望程度まで平行なビームを放出するという利点がある。この結像方法に本質的なことは、照射ビームが実質的に平行ビームであることである。完全に平行なビームすなわち開口角が０°のビームを用いると最良の結果が得られる。しかし、開口角が１°未満のビームを用いても満足な結果が得られる。

レジスト層を一方、光バルブの配列及びマイクロレンズの配列を他方として、それらの互いに対しての所望動作は、基板ステージの動作によって実行されるのが最も実用的である。現在ウェハステッパーに用いられている基板ステージは、十分な精度以上の精度があるため、この目的に大変適している。明らかに、ステッピングモードと走査モードのどちらに対しても、基板ステージの動作は光バルブのスイッチングと同期化されるべきである。このため、光バルブを制御する図２のコンピュータ30はステージの動作をも制御してよい。

光バルブの１つの配列及び屈折レンズの１つの配列の照射領域より大きい像パターンは、ソフトウェアでそのようなパターンをサブパターンに分割し、サブパターンを像領域の大きさを有する隣接するレジスト領域に連続的に転送することによって作成され得る。高精度の基板ステージを用いることによって、遮られた部分のない１つの像が得られるように、サブイメージパターンは正確に接合され得る。

大きな像パターンはまた、合成光バルブ配列及び合成屈折レンズ配列を用いて形成され得る。合成光バルブ配列は、例えば各々が1000×1000個の光バルブを持つ５つのＬＣＤを有する。ＬＣＤは、例えば作成される像パターンの幅を覆うように系列にして配置される。合成屈折レンズ配列は合成光バルブ配列に適合するように対応する方法で構成される。像パターンは、光バルブの単一の配列によって覆われる長さと、一連の光バルブ配列によって覆われる幅とを有するレジスト領域を第１の走査及び露光をすることによって形成される。続いて、レジスト層及び一連の配列を有する基板が互いに対して長さ方向に単一の配列によって覆われる距離にわたり移動される。そして、そのとき合成配列に対向している第２のレジスト領域が、全体の像パターンが生成されるまで走査、露光などされる。

各々のスポットはまた、それ自体の光バルブ領域を走査する代わりに、前記光バルブの領域と比較して一方向にかなり大きな寸法を有するレジスト領域に走査的に描画してもよい。その一方、他の方向には多数のスポットが前記レジスト領域を描くために用いられる。この原理を図４に示す。図４の左側の部分は、露光スポットマトリックス内の、それぞれ各々の５つのスポット121乃至125、126乃至130、131乃至135、及び136乃至140から成る４つの行を有する小さな部分120を示している。図４の右側はスポット121乃至140によって描画され得るレジスト層5の部分を示している。このとき、スポットラインの方向162は方向165に対して小さな角度γの方向である。ここで、方向165は、それに沿って、スポット及びレジスト層が相対的に移動する方向である。この角度は１つのスポットラインのスポットがＹ軸上に投影されたとき、このスポットラインと次のスポットラインとの間のＹ空間内に収まり、かつ、この空間を満たすように選択される。基板がＸ方向に走査されるとき、各々のスポットはレジスト層を横切ってそれ自体のラインを走査する。図４の右側部分のライン141乃至145は、スポット121乃至125によって走査される、例えば1μm幅の小さいストリップの中心線である。スポット126乃至130はライン266乃至270をそれぞれ走査し、以下同様である。

各々が1×1μm²の寸法を有するスポットの100×100のマトリックスに対し、このマトリックスが10×10mm²の像領域の範囲に及ぶには、スポットの周期はＸ方向及びＹ方向に100μmである。１つの行の100個のスポットがレジスト層内の100本の連続ラインを走査することを実現するため、走査方向とスポットラインの方向との間の角度γは、γ=arctan(1/100)=0.57°である。Ｘ方向に10mmにわたって各々のスポットを走査することにより、スポットとレジスト層をＹ方向に相対移動させることなく、10×10mm²の領域全体が描画され得る。スポットの追い込み及び逃げのため全体の走査距離は実効的な走査距離10mmより大きく、例えば20mmとなる。追い込み及び逃げに必要な走査距離は前記の角度γに依存する。例えば1000×1000スポット等の大きなスポットのマトリックスでは、実効的な走査距離と全体の走査距離との比率はかなり大きくなる。

スポット間距離を小さくすることにより、スポットによって描かれるストリップの中心が小さくでき、描画されるパターン密度を大きくすることが可能である。このことは、システムに冗長性を授け、ハードエラーを引き起こすスポット不具合を免れることを可能とする。

大きなパターンを結像するための、合成光バルブ配列及び対応する合成屈折レンズ配列を有するシステムでは、斜め走査が用いられてもよい。例えば、Ｙ方向に直列に配置された５つのＬＣＤを有し、各々のＬＣＤが100×100mm²の像領域内にスポットラインが上述の0.57°である1000×1000スポットを生成するシステムで、レジスト層をＸ方向に10mm走査することにより500×100mm²のレジスト領域が描画される。レジスト層がＸ方向に90mm移動された後、同じ走査が繰り返される。このようにして、Ｘ方向にだけ10回走査及び移動させることにより500×100mm²のレジスト領域が描画され得る。

与えられた領域を描画するために必要な走査及び中間移動の回数は、Ｘ及びＹ方向の光バルブ数、故にスポット数に依存する。例えば5000×100スポットの配列では、Ｙ方向に500mmのレジスト領域は中間移動なしでＸ方向への連続的な走査によって描画され得る。走査長は描画領域のＸ方向の長さを決定する。

この装置は異なる階層に位置するサブデバイス群から成るデバイスを製造することを可能にする。このようなデバイスは純粋な電子デバイスであってもよいし、電気的、機械的又は光学的なシステム等の２つ或いはそれ以上の異なるタイプの特徴を有するデバイスであってもよい。このような装置の一例は、ＭＯＥＭＳとして知られる微小光電気機械システムである。より具体的な例は、レーザダイオード若しくは検出器及び光導波路、並びに場合によりレーザダイオードからの光を光導波路に、又は光導波路からの光を検出器に結合するためのレンズ手段である。レンズ手段は平面の回折手段とし得る。複階層デバイスの製造のため、種々の階層上に堆積されたレジスト層を有する基板が用いられる。好ましくは、複階層デバイスは全体画像パターンをソフトウェア手法で、各々が製造される当該デバイスの異なる階層に属する多数のサブイメージに分割することによって製造される。最初のサブイメージ処理にて最初のサブイメージが、レジスト層が第１階層に位置することに従って作成される。最初のサブイメージ処理は走査又はステップ手法に従い、先述の手段によって実行される。それから、レジスト層が第２階層に置かれ、第２のサブイメージ処理にて第２階層に属するサブイメージが作成される。レジスト層をZ方向に移すこと及びサブイメージ処理が、複階層デバイスの全てのサブイメージがレジスト層に転写されるまで繰り返される。

所望のパターンをレジスト層に精度良く信頼性をもって描くため、露光スポットの質、及びこのパターンに従って構成される基板層内の位置合わせマークに対するこれらスポットの位置がモニターされるべきである。本発明に従ってモニターすることは、全てのスポットを存在させるために全ての光バルブをオン状態にスイッチングすること、及び移動センシングモジュールでスポット配列を走査することを有する。このセンシングモジュールはＸ及びＹ符号器を備え、これら符号器はレンズ板の格子と協働して、スポットのこの格子に対する相対位置、及び格子の近くに配置される位置合わせマークに対する相対位置を精度良く評価することを可能とする。

図５ａはセンシングモジュール、及び規則的パターンのマイクロレンズ46を有するレンズ板40の一部の底面図を示し、図５ｂはレンズ板及びセンシングモジュールの鉛直断面図を示している。本発明に従ってレンズ板は格子171の形態をしたトラッキング構造を有し、トラッキング構造はマイクロレンズ領域の外側に配置され、Ｙ方向に伸びている短い格子ストリップから成る。この格子はＸ位置を求めるために用いられる。レンズ板はまた格子173の形態をしたＹトラッキング構造を有し、このトラッキング構造はＸ方向に伸びている長い格子ストリップから成る。この格子はモジュール動作のＹ方向の変位を求めるために用いられる。格子171、173は振幅格子、すなわち、不透明な中間ストリップと交互になった透明格子ストリップを有する格子であってもよい。好ましくは、格子は位相格子、すなわち、その透明格子ストリップをこれまた透明な中間ストリップとは異なる階層に有する格子である。位相格子はレンズ板にエッチングされてもよい。

センシングモジュールは参照符号180で示される。検査及び位置合わせモードの間、このモジュールは矢印184で示されるようにＸ方向に移動される。モジュールの上側は、１系列好ましくは２系列の透明スリット186及び188をそれぞれ備える不透明板を有する。上側は例えばクロムの層で被服されたガラス又はその他の透明材料によって形成されてもよい。図５ａはモジュールがレンズ板の上方に配置されると示唆しているようであるが、実際には図５ｂに明確に示されるように、モジュールはレンズ板の下方にある。同一のＹ位置にある２系列のスリットは対を形成する。これらのスリット対の下には例えばフォトダイオード等の放射線感知検出器200のリニア配列がモジュール内に配置される。これらの検出器はＣＣＤセンサー又はＣＭＯＳセンサーの検出器セルで形成されてもよい。検出器の数はスリット対の数に一致し、検出器の配置は各々の検出器がもう一方のスリット対からの放射線を受けるように配置される。スリット対の数はＹ方向のマイクロレンズ数と等しくしてもよい。そして、センシングモジュールがＸ方向へ１度動作する間、図５ｂに示される全てのマイクロレンズがモニターされ得る。また、スリット対の数はＹ方向のマイクロレンズ数より少なくすることも可能である。その場合、全マイクロレンズをモニターするためにはセンシングモジュールは１度より多く動作する必要がある。

図５ｂはスポット204を形成する一列のマイクロレンズからの収束光202を示している。この図の実施形態では如何なる瞬間もＸラインのスポットの１つのみが走査されるようであるが、例えば検出器対の数に等しい多数のＹライン上のスポットが同時に走査される。後述するように、スポットの位置に加えて、スポット毎のスポットの大きさ及び露光線量すなわち強度がセンシングモジュール180によって求められ得る。

もし仮に、露光スポットがＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳセンサーによって直接観察されるならば、これらのスポットを形成するサブビームはセンサーセルに焦点を合わせられ、有効センサー画素は例えば0.1μm程度と非常に小さくなるであろう。スポットを１つ又は２つのスリットを介して観察することにより、すなわち、サブビームを形成するスポットの焦点をスリット上に合わせることにより、スポットはセンサーの実質的により大きな部分を照射し、センサー画素は例えば100μm程度とはるかに大きくなる。スリットを有するシステムの測定解像度は、センサーからの信号を処理する電子演算処理器に取り込まれる単位時間当たりの標本数によって決定される。スリットを利用することにより、処理される測定データ量を大幅に低減することが可能となる。

第１系列のスリット186はＹ方向に伸び、個々のスポットのセンシングモジュール180に対するＸ位置を求めることを可能とする。第２系列のスリット188はＸ及びＹ方向に対し例えば45°の角度で配置され、個々のスポットのモジュールに対するＹ位置を求めることを可能とする。

例えばレンズ板の格子171及び173等であるトラッキング構造に対する露光スポットの位置を測定するために、センシングモジュールはＸ符号器190及びＹ符号器192を備える。このような符号器は、当該符号器が協働するレンズ板格子の構造に対応する構造を持つ格子、及び、符号器の格子の下に配置される放射線感知検出器を有する。もし、符号器の格子が対応するレンズ板格子を横切って移動するならば、検出器はパルス信号を供給し、そのパルス数を数えることによりセンシングモジュールのレンズ板に対する位置が求められる。符号器190がモジュール180のＸ位置についての情報を提供し、一方、符号器192がセンサー動作のＹ方向への変位についての情報を提供することは明らかであろう。この変位はまた、センサーとそれに対向するモジュールの面との間隔を測定する容量性又は誘導性センサーによっても求められ得る。もし、このようなセンサーが用いられるならば、モジュールはＹ符号器を有さず、レンズ板はトラッキング構造192を有さない。

図５ａに示されるように、モジュールは第２のＸ符号器194を備えてもよく、また、レンズ板はＹ方向に伸びる格子ストリップを有する第２の格子175を備えてもよい。これにより、モジュールの第２部分のレンズ板に対するＸ位置を測定することが可能となる。符号器192及び194からの信号を互いに減算することにより、センシングモジュールがレンズ板に対してＺ軸、すなわちレンズ板の法線の軸周りに回転しているかどうかを求めることが可能となる。図５ａにおいて曲線矢印Rzで示されるこのような回転を測定することは、測定されたＸ及びＹ位置をこの回転について補正することが可能となる。モジュールは第２のＹ符号器196を備えてもよく、レンズ板はＸ方向に伸びている格子ストリップを有する第２の格子を備えてもよい。符号器192及び196からの信号を互いに減算することにより、レンズ板に起こりうる膨張、その結果の個々のレンズ位置の変化が求められ得る。これにより、測定されたＸ及びＹ位置をこのような膨張について補正することが可能となる。膨張は、例えば露光放射線、アクチュエーター又は環境によってレンズ板が温められることにより発生し得る。

このようにして、レンズ板に設けられた参照位置、すなわち格子に対するスポットの位置が導出される。レンズ板はさらに位置合わせマーク198を備える。図５ａには２つの位置合わせマークが示されている。これらのマークは格子171及び173の近くに配置されるので、スポットのこれらのマークに対する位置が非常に正確に求められる。リソグラフィにおいては、処理される基板は位置合わせマークを備え、これらの位置合わせマークは位置合わせ手順の間、フォトマスク上の対応する位置合わせマークに位置合わせされる。位置合わせの手段及び手順は従来からのリソグラフィで周知である。ここでは、基板の位置合わせマークがレンズ板の位置合わせマーク198に対して位置合わせされる。このようにして、露光スポットの基板に対する位置が非常に正確に決定され得る。レンズ板及び基板の位置合わせマークはボックス、格子、シェブロンなど如何なる型でもよい。

Ｙ方向に伸びる第１系列のスリット186及びスリット186に対して45°に伸びている第２系列のスリット188の代わりに、好ましくは＋45°及び−45°にそれぞれ伸びている２系列のスリットが用いられる。図６は、それぞれがこれらのスリットであるスリット210及び212の幾つか、並びに、センシングモジュールによって走査される露光スポット204のマトリックスの一部を示している。各々のスポット204は、センシングモジュールの動作方向に対して45°の角度、かつ、互いに90°の角度で配置された２つのスリット210及び212で走査される。図７は、１つのスポットのスリット212及び210に対する位置を、スリットがスポット204に対して右に移動する際の異なる複数の時点について示したものである。ｔ1はスポットからの放射線がスリット212に入射し始め、スリット210及び212に該当する検出器セルすなわち画素に到達する時点、従って、スリット212によるスポットの検出が始まる時点である。この検出はスポットからの放射線がもはやスリット212に入射しなくなる時点ｔ2で終了する。ｔ2からｔ4までの期間は検出器に入射する放射線は存在しない。時点ｔ4にスリット210によるスポットの検出が開始し、この検出は時点ｔ5で終了する。時点ｔ3においてスポットはスリットの中程にある。各々の時間にスリット対210、212はスポットを横切って移動し、該当する検出器セルは放射線パルスを受信し、２つの電気パルスを検出器配列に接続された処理回路に供給する。

これは図８に示され、１つのスポットに関連する対をなすパルスは、それぞれ220及び222と表記されている。横軸に沿って時間ｔがプロットされ、縦軸に沿って該当するセンサーセルによって受信された放射線強度Ｉがプロットされている。検出器セルが２つのパルスを受信する間の期間はＴで表される。図８は、検出器セルが５つのスポット204₁乃至204₅から放射線を受光する５つの期間Ｔ1乃至Ｔ5を示している。これら５つの期間はＸ方向に互いに連続する。暗い期間、すなわち検出器セルが放射線を受光しない期間はＴｄで表記される。１対のパルスの間の期間は期間Ｔｄに対して実質的に短いため、１つのスポットにより発生されたパルスは先行するスポット又は後続のスポットによるパルスに影響しない。

走査スポットのＸ位置は時点ｔ3すなわち、スポットが１対の２つのスリットの中程にある時点から得られる。図８は期間Ｔｄがそれぞれ等しく、もし１つのスポットが所望のＸ位置にあるとするならば、他のスポットについてもこれがあてはまる状況を表している。図９に示される状況は上記が当てはまらない場合である。この図は期間T_b,sすなわち連続するスポット204₁乃至204₅についての時点ｔ3群の間の間隔を示している。期間T_b,s,2は期間T_b,s,4より大きく、期間T_b,s,1及びT_b,s,3はどちらも期間T_b,s,4より小さい。もし期間T_b,s,4が所望の期間だとすると、これはスポット204₄と204₅との間の距離が正しいことを意味するが、スポット204₂はスポット204₁に近すぎ、そしてスポット204₃はスポット204₄に近すぎることになる。

図10は露光スポットのＹ位置がどのように決定されるかを示している。センシングモジュール80のスリット板182は、スポットが所望のＹ位置にあるとするとスポットが走査中にスリット210及び212の中点を通り過ぎるように、マイクロレンズ配列に対して置かれる。そのとき、このスポットによって発生される２つの検出パルスのピーク間の期間T_b,pは或る基準値T_b,p,nを持つ。スポット204₁、204₄及び204₅の期間T_b,p,1、T_b,p,4及びTb,p,5は、それぞれ基準期間に等しく、故にこれらのスポットは所望のＹ位置を有する。204₂はスポット204₁、204₄及び204₅の基準Ｙ位置に対して＋Ｙ方向に距離ａだけ移動されている。この移動はこのスポットによって発生されるパルスのピーク間の期間を減少させる、すなわちT_b,p,2はT_b,p,1より実質的に小さい結果となる。204₃は基準Ｙ位置に対して−Ｙ方向に距離ｂだけ移動されている。これは期間T_b,p,1より大きい期間であるT_b,p,3の結果となる。スポットに該当する期間T_b,pを測定し、この期間を基準期間と比較することにより、このスポットが所望のＹ位置にあるかどうかが決定され得る。図11はスポットの大きさがどのように決定されるかを示している。所望の基準サイズを有するスポットによって発生されるパルスは基準パルス幅w_p,nを有する。もしスポットが大きいと、スポットからの放射線がスリットを通る期間は長くなる。もしスポットが小さいと、この期間は短くなる。図11で、もしスポット204₁、204₄及び204₅が基準サイズを有するとすると、これらのスポットによってそれぞれ発生されるパルスの幅w_p,1、w_p,4及びw_p,5は基準幅w_p,nに等しい。スポット204₂によって発生されるパルス幅w_p,2は基準幅より実質的に大きくなり、このことはスポット204₂が基準サイズより大きいことを意味する。スポット204₃によって発生されるパルス幅w_p,3は基準幅より小さくなり、このことはスポット204₃が基準サイズより小さいことを意味する。スポットの大きさはこのようにスポットによって発生されるパルスの幅を測定し、この幅を基準幅と比較することにより導出され得る。

リソグラフィにおける重要なパラメータはいわゆる露光線量、すなわち単位表面積当たりレジストに入射する露光線のエネルギーである。露光後のレジスト現像を可能とするため、露光線量は最小クリアランス線量と呼ばれる或る閾値より大きくすべきである。露光スポットによって供給される全体の露光線量は、スポットの強度及びスポットが存在する期間Tsdの積である。露光スポットの測定中、標本が連続する標本時間ｔsで取得される。標本時間は、例えば実行される測定の種類及び細かさに適合され得る。標本時間が短いほど、すなわち、単位時間当たり取得される標本数が大きいほど、より細かい測定が可能となる。最小標本時間ｔsは
ｔs=1／f_frame
で与えられる。ここで、f_frameはＣＣＤセンサーのフレーム率、すなわち、センサーセルが読み出される周波数である。サンプル時間は互いに等しくても、等しくなくてもよい。フレーム率は一定でもよい。しかし、例えば位置符号器により供給される信号等によって、外部的にトリガーを掛けてセンサーの読み出しを行うことも可能である。このとき、f_frameはもはや一定ではなく、センサーは位置符号器が所望の位置にある瞬間に読み出される。このようにして、スポット測定はモジュールの動作速度に影響されにくくされ得る。

スポットの強度は通常はガウシアン分布を有するため、連続する標本時間内に異なるエネルギーレベルが測定される。ここで、これらのエネルギーレベルはグレー値GVと呼ばれる。標本時間中に測定される強度Istは
Ist=GV／ts
で与えられ、スポットの平均強度Ispは
Isp=ΣGV／n
で与えられる。

これに従って、総和がnで割られる。ｎは、スポットが該当するセンサーセル上に存在する間に、又は図12に示されるこのスポットによって発生される１つのパルス中に、取得される標本数である。

図12はスポット強度の測定に関連するパラメータを示している。この図中において、Saは標本を示している。図12について更なる説明は不要である。

図６乃至12に示されるスリット構成で、１つの露光スポットの直径が２回、互いに直行する２方向で測定されるので、この構成はスポット形状の偏りを検出することを可能とする。

上述の測定はまた図５ａに示されるスリット対、従って各対の一方のスリットがＹ方向に伸び、他方のスリットはそれに対して45°に伸びているスリット対、を用いても実行され得る。

マスクレスリソグラフィ装置とも呼ばれる上述のリソグラフィ装置に用いられるとき、本発明は多数のスポットパラメータ及びスポット位置の双方を正確に決定することを可能とするだけでなく、製造スポットすなわちレジスト層に描画するために用いられるスポットをモニターできる、また、製造放射線が波長補正を要せずに使用されるという利点をもたらす。

本発明はまた、別のタイプのマスクレスリソグラフィ装置にも用いられ得る。この装置は、例えば投影レンズシステム又は、深紫外（ＤＵＶ）放射線若しくは極紫外（ＥＵＶ）露光放射線が用いられる場合にはミラー投影システム、等の投影システムを有する。投影システムは光バルブ配列をレンズ配列上に結像し、それによって各々の光バルブは対応するレンズと結合される。投影システムを利用することにより、図１の装置のサンドイッチ設計と比較して大きな設計自由度が得られる。

図13は多数のレンズ要素を有する投影レンズを備えたこのような装置を示している。図13の右部分は図１の装置でも使用し得る照明システム230を示している。この照明システムは、例えば水銀ランプ10及び半球形状とし得る反射器12等の放射線源を有する。反射器は照明ビームの中心障害を生じさせないように配置される。レーザがランプ10及び反射器12を置き換えてもよい。放射線源10、12からのビームが波長選択反射器、すなわち、例えばＵＶ又はＤＵＶ放射線などの要求波長の成分のみを反射し、かつ赤外線又は可視光線等のその他の波長は除去するダイクロイックミラー232に入射する。放射線源がレーザの場合、選択反射器は不要であり、無色性の反射器が反射器232の位置に置かれてもよいし、レーザが残りの光路に直線状に置かれてもよい。例えば反射器232の前及び後ろにそれぞれ配置された第１の集光（コンデンサ）レンズ234及び第２の集光レンズ236を有する、第１の集光レンズシステムが照明ビーム14を放射線シャッター240に収束させる。このシャッターは絞り242を備える。この絞りの形状はレジスト層6に形成されるスポットの形状を決定し、この絞りはこのように先述のスポット成形アパーチャを構成する。例えば集光レンズ244、246有する第２の集光レンズシステムが絞り242を通過した放射線を投影レンズシステム250のひとみ252、すなわち絞りに集光する。すなわち、第２の集光レンズシステムが絞り242を投影レンズシステム250のひとみのある平面に結像させる。集光レンズ246を通過するビームは、この集光レンズと投影レンズシステム250との間に配置されるＬＣＤ16を照射する。このシステムはＬＣＤをマイクロレンズ配列すなわち一般的には集光板40に、ＬＣＤ上の各々の光バルブ（画素）が集光板（マイクロレンス配列）40の対応する集光素子（マイクロレンズ）と結合するように結像させる。もし光バルブが開いていると、このバルブからの放射線は結合されたマイクロレンズのみに入射する。マイクロレンズ配列は、ＬＣＤから例えば60mm等の間隔で配置され得る。マイクロレンズ配列とレジスト層6との間隔は100μm乃至300μm程度とし得る。

ＬＣＤ16の画素は20μmの大きさとしてよく、投影レンズシステムはＬＣＤの画素構造をマイクロレンズ配列に５倍の拡大率で結像してもよい。このような結像のためには投影レンズシステムに大きな開口数（ＮＡ）は要求されない。マイクロレンズ配列に入射する照明ビームの平行性を向上するために、コリメータレンズ254がこの配列の前に配置されてもよい。投影レンズシステム250及びマイクロレンズは共同で絞りの開口をスポットに結像させる。例えば、1mmの絞り開口は直径1μmのスポットに結像される。ＬＣＤの機能は入射放射線の偏光状態を変化させることに基づくので、放射線に要求される初期偏光状態を与える偏光子が必要である。偏光の変化を強度変化に変換する偏光分析器がまた必要である。この偏光子及び分析器はそれぞれ参照符号246及び248で示される。偏光子及び分析器は照明ビームの波長に適合される。図１には示されていないが、偏光子及び分析器はまた、この図１に従った装置内にも存在する。

投影レンズシステムを備えた装置においてはＬＣＤ画素からの放射線は関連したマイクロレンズに焦点を結ぶため、このような装置内においては実用的にクロストークが発生しない。投影レンズ手段によって光バルブ配列の周期性はマイクロレンズ配列のそれに適合され得る。さらに、投影レンズを用いることは集光板に厚い基板を用いる可能性をもたらし、その結果マイクロレンズ配列はより安定する。ＬＣＤ光バルブ配列を備える装置に用いられる偏光子及び分析器は放射線を吸収し熱を発生する。もし、大抵そうであるように偏光子及び分析器がＬＣＤの近くに置かれるならば、このことは熱的作用の原因となる。投影レンズがＬＣＤと結像素子との間に配置された装置は偏光子228をＬＣＤから離して配置することを可能とする。このようにして、熱的作用が生じることが高度に防止される。図13に示されるように、分析器248はＬＣＤ16から幾らかの距離を置いて配置されてもよい。さらに、図13の設計はＬＣＤの個別冷却が可能となる。ＬＣＤ光バルブ配列は例えば4μmと小さい球面状の高分子材料から成るスペーサを有する場合がある。このような球面は光学的な外乱要因となり得る。投影レンズシステムを備える装置では、比較的小さな開口数を有する投影レンズシステムが高周波外乱にとっての空間フィルターとして機能するため、スペーサの影響が抑制される。投影レンズシステムを用いるとき、伝送光バルブ配列を例えば反射型ＬＣＤ又はＤＭＤ等の反射型の配列に置き換えることが容易になる。ＤＭＤが用いられる装置は空間フィルター手段が提供されるべきである。これらの手段は所望の方向を有する放射線、すなわち所望の向きにあるミラーによって反射された放射線のみをマイクロレンズ配列40及びレジスト層に到達させることを確実にする。投影レンズシステムはこのようなフィルター機能も提供する。

図13の装置は投影レンズを備える装置の一例に過ぎない。図13の装置には多くの変更が可能である。

本発明に係る、ダストや光バルブの不具合による露光スポットの有無を検出し、それらの位置を求め、かつそれらのパラメータをモニターする方法は非常に速いため、この方法は基板各々の露光前に実行可能である。周囲の状況に依存して、本方法はより少ない頻度で、例えば基板のバッチ処理の開始時又は作業日の始業時等に実行されてもよい。本方法はこのように基板の少なくとも１つの処理層にデバイス機構を有するデバイスを製造するためのリソグラフィプリント処理の第１工程を形成する。本方法の応用により、プリント処理は温度変動の影響を受けにくくなる。さらに本方法は完全なプリントシステムの全体制御を可能とする。

処理層の表面にあるレジスト層に所望の像がプリントされた後、プリント像により描画された処理層の領域から材料が除去される、或いは、その領域に材料が付加される。これらの描画並びに材料除去又は付加の処理工程が全処理層に対して、デバイス全体の完成まで繰り返される。サブデバイスが異なる階層に形成され、多階層基板が使用される場合、サブデバイスに関連するサブイメージパターンは、描画素子とレジスト層との間隔が異なる状況で描画され得る。

本発明はパターンをプリントするため、従ってＬＣＤ、プラズマディスプレーパネル及びポリマーＬＥＤディスプレーのような表示デバイス、プリント回路基板（ＰＣＢ）並びに微小多機能システム（ＭＯＥＭＳ）の製造のために用いることができる。

本発明はまた、集光素子がマイクロレンズの代わりに回折素子を有するマスクレスリソグラフィ装置に用いることができる。本発明はリソグラフィ近接プリント装置だけではなく、プリント装置又は複写機等のその他の種類の画像形成装置にも用いることができる。

図14は、光バルブ配列及び対応する集光素子配列を有するプリンター260の実施形態を示している。このプリンターは像媒体として機能する放射線感知材料の層262を有する。層262は、矢印268の方向に回転させられる２つのドラム手段264及び266によって搬送される。露光ユニット270に到達する前に、放射線感知材料が充電器272によって均一に帯電させられる。露光ステーション270は静電的な潜像を材料262に形成する。潜像は、供給されたトナー粒子が材料262に選択的に付着する現像器274にてトナー画像に変換される。転写ユニット276にて材料262内のトナー画像は、ドラム280によって搬送される転写シート278に転写される。プリント処理の最初に、露光ステーションに装備される露光スポットがモニターされ、本発明に係る手段及びリソグラフィ装置に対して上述したセンシングモジュールによって位置が決定される。

一般に、センシングモジュールが走査方向に垂直な方向に移動される、すなわち、レジスト層が当該レジスト層の露光中に集光素子配列及び光バルブ配列に対して移動されるのが最も効果的である。これにより、スポットをモニターすること、及び基板を搬送すること、すなわちレジスト層を備えた基板を装置内で搬送することが同時に可能となる。このようなモニター中にスポット位置について得られる情報は参照表にあるデータと比較され、このような比較の結果は描画処理及び装置を適合するために用いられ得る。強度測定は、どのスポットが用いられるべきでないか、及び、その使用不能なスポットをどのスポットが置き換えるかという情報を提供する。

本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置の模式図である。 図１の実施形態に用いられる（ａ）屈折レンズ配列、（ｂ）光バルブ配列、及び（ｃ）図１の実施形態によってレジスト層に形成されるスポットの配列、の一部の上面図である。 プリント処理の異なる時点における断面図である。 スポットの配列及びレジスト層を互いに斜めに走査する原理を示す図である。 （ａ）本発明に従って適合されたマイクロレンズ配列板及びセンシングモジュールの底面図、（ｂ）本発明に従って適合されたマイクロレンズ配列板及びセンシングモジュール、及びレンズ配列によって形成される露光スポットの断面図である。 センシングモジュールの上面のスリット対の上面図である。 スリット対がスポットを走査する方法を示す図である。 図７のような走査によって発生される放射線パルス波形である。 走査方向にあるスポットの位置を求める方法を表す説明図である。 走査方向と垂直方向にあるスポットの位置を求める方法を表す説明図である。 スポットの大きさを求める方法を表す説明図である。 スポットの強度を求める方法を表す説明図である。 本発明の一実施形態に係る投影レンズシステムを有するリソグラフィ装置の模式図である。 本発明の一実施形態に係るプリント装置の模式図である。

Claims (26)

1. 放射線感知層に光学像を形成する装置であって：
   露光放射線ビームを供給する放射線源；
   放射線感知層を前記放射線ビームに対して位置決めする手段；
   前記放射線源と放射線感知層のための位置との間に配置された個別に制御可能な光バルブの配列；及び
   集光素子の２次元配列であり、該集光素子の各々が異なる１つの前記光バルブに対応し、かつ該対応する光バルブからの露光ビーム放射を前記放射線感知層のスポット領域に集光する機能を果たすように、前記光バルブの配列と基板ホルダーとの間の集光板に配置される集光素子の２次元配列；
   を有し、
   前記集光素子により形成されたスポットを個別にモニターし、かつ／或いはこれらのスポットの前記放射線感知層に対する位置を決定するためのモニター手段であり、前記集光素子の配列の下流に配置され、かつ前記露光ビーム放射を用いるモニター手段によって特徴付けられる装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記モニター手段が、スリットの配列を有するスリット板及び該スリットに整合された対応する放射線検出器の配列を備えた可動センシングモジュールを有することを特徴とする装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、前記スリット板が第１系列のスリット及び第２系列のスリットを有し、前記第１系列のスリット及び前記第２系列のスリットが前記センシングモジュールの動作方向に対して異なる方向に伸びていることを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、前記第１系列のスリット及び前記第２系列のスリットが前記動作方向に対してそれぞれ第１鋭角方向及び該第１鋭角方向と反対の第２鋭角方向に伸びていることを特徴とする装置。
5. 請求項２乃至４の何れかに記載の装置であって、前記センシングモジュールが少なくとも１つのＸ位置符号器及び少なくとも１つのＹ位置符号器を有し、かつ、前記集光板が少なくとも１つのＸトラッキング構造及び少なくとも１つのＹトラッキング構造を備えることを特徴とする装置。
6. 請求項５に記載の装置であって、前記センシングモジュールが２つのＸ位置符号器及び２つのＹ位置符号器を有し、かつ、前記集光板が２つのＸトラッキング構造及び２つのＹトラッキング構造を備えることを特徴とする装置。
7. 請求項４又は５に記載の装置であって、前記集光板が基板の対応する位置合わせマークと協働する多数の位置合わせマークを有することを特徴とする装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、前記位置合わせマークが前記トラッキング構造の近くに配置されることを特徴とする装置。
9. 請求項１乃至８の何れかに記載の装置であって、前記集光素子が回折素子であることを特徴とする装置。
10. 請求項１乃至８の何れかに記載の装置であって、前記集光素子が屈折レンズであることを特徴とする装置。
11. 請求項１乃至１０の何れかに記載の装置であって、前記集光素子の配列が結像素子を介在することなく前記光バルブの配列と対向することを特徴とする装置。
12. 請求項１乃至１０の何れかに記載の装置であって、光投影システムが前記光バルブの配列と前記集光素子の配列との間に配置されることを特徴とする装置。
13. 請求項１乃至１２の何れかに記載の装置であって、基板の少なくとも１つの層にデバイスを作成するためのリソグラフィツールを形成し、前記放射線感知層が、作成される基板層表面のレジスト層であること、前記像が前記基板層に作成されるデバイス造形のパターンに対応すること、及び前記位置決め手段が基板ステージによって搬送される基板ホルダーであることを特徴とする装置。
14. 請求項１乃至１２の何れかに記載の装置であって、紙のシートにデータをプリントするために、前記放射線感知層が帯電された放射線感知材料であること、及び前記位置決め手段が前記光バルブの配列及び前記集光素子の配列に対して前記層を移動させ、かつ、この配列の像領域の位置に前記層を維持するための手段であることを特徴とする装置。
15. 放射線感知層に光学像を形成する方法であって：
    放射線ビームを発生するための放射線源を設ける工程；
    放射線感知層を設ける工程；
    前記放射線源と放射線感知層との間に個別に制御される光バルブの配列を位置決めする工程；
    放射線集光素子の２次元配列を、これらの素子の各々が異なる１つの前記光バルブに対応し、かつ対応する前記光バルブからの放射線を前記放射線感知層のスポットに集光する機能を果たすように、前記光バルブの配列と前記放射線感知層との間に位置決めする工程；及び
    同時に像部分を放射線感知層領域に、該層領域を一方、関連する前記光バルブ及び前記集光素子の対を他方としてそれらを互いに対して走査すること、及び、各々の前記光バルブを該光バルブによって描画されるべき像部分かに依存してオン状態とオフ状態との間でスイッチングすることにより、描画する工程；
    を有し、
    前記放射線感知層に像を描画することに先立って、全ての光バルブがオン状態にスイッチされ、個々の前記スポットのパラメータ及び／又はこれらのスポットの前記放射線感知層に対する位置を決定するために制御処理が実行されることを特徴とする方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、前記制御処理が前記スポットの配列、並びに、スリットの配列及び対応する放射線検出器の配列を有する測定モジュールを互いに対して走査する工程を有することを特徴とする方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、前記制御処理が前記測定モジュールのレンズ配列に対する位置を、該モジュールに含まれるリニア符号器の前記集光板のトラッキング構造に対する位置を測定することにより決定する工程を有することを特徴とする方法。
18. 請求項１７に記載の方法であって、前記制御処理が前記スポットの前記放射線感知層に対する位置を、前記集光板に含まれる位置合わせマークの前記基板の対応する位置合わせマークに対する位置を測定することによって決定する工程を有することを特徴とする方法。
19. 請求項１５乃至１８の何れかに記載の方法であって、前記走査することが各々のスポットがそれ自体の関連する層領域で、前記集光素子の配列によって形成される前記スポットのマトリックスのピッチに一致する寸法を有する層領域を走査するものであることを特徴とする方法。
20. 請求項１５乃至１８の何れかに記載の方法であって、前記スポットのマトリックス及び前記放射線感知層が互いに対して前記マトリックスのスポットのラインの方向に対して小さな角度を有する方向に走査され、かつ、前記走査することが前記マトリックスのピッチより充分に大きい長さにわたり実行されることを特徴とする方法。
21. 請求項１５乃至２０の何れかに記載の方法であって、連続するサブ照明間に、前記放射線感知層及び前記配列が互いに対して、前記放射線感知層に形成される前記スポットの大きさ以下の距離にわたり移動されることを特徴とする方法。
22. 請求項１５乃至２１の何れかに記載の方法であって、像形状の境界線にあるスポットの強度が、この形状境界線と隣の形状との間の距離に適合されることを特徴とする方法。
23. 請求項１５乃至２２の何れかに記載の方法であって、基板の少なくとも１つの層にデバイスを作成するためのリソグラフィ処理の部分を形成し、前記放射線感知層が、作成される前記基板層に設けられるレジスト層であること、及び、前記像が前記基板層に作成されるデバイス造形のパターンに対応することを特徴とする方法。
24. 請求項２３に記載の方法であって、前記像がサブイメージであって、作成される前記デバイスの異なる階層に各々が属するサブイメージに分割され、異なるサブイメージの形成中に前記レジスト層の表面が屈折レンズの配列から異なる間隔で配置されることを特徴とする方法。
25. 請求項１５乃至２２の何れかに記載の方法であって、紙のシートにプリントするための処理の部分を形成し、前記放射線感知層が帯電された材料であることを特徴とする方法。
26. 基板の少なくとも１つの層にデバイスを製造するための方法であって：
    前記基板の層に設けられた放射線感知層に、前記基板の層に作成されるデバイス造形に対応する形状を有する像を形成する工程、及び
    前記基板の層の前記レジスト層に形成された前記像によって描画される領域に対し材料を除去する工程、又は材料を付加する工程であり、前記画像が請求項１５乃至２２の何れかに記載された方法の手段によって形成されることを特徴とする工程
    を有する方法。

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