JP2014507675A - 大きな面積にわたってナノ構造を製造するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

周期的特徴のパターンを感光層に印刷するための方法および装置は、層を有する基板を提供し、マスクを提供し、基板に直交する第１の平面においてマスクが基板に対して傾斜角を有するように基板を配置し、タルボ距離によって分離されたタルボ平面の間の横方向強度分布の範囲から成る伝送される光照射野を発生するために、該伝送される光照射野が第１の平面において強度包絡線を有するように、マスクパターンを照明するための視準された光を提供し、第１の平面および基板に対して平行な方向に基板をマスクに対して移動させながら前記光でマスクを照明するステップを含み、傾斜角および強度包絡線は、層が横方向強度分布の範囲の平均に曝されるように、配置されている。

Description

本発明は、概して、マイクロ構造およびナノ構造の製造のために使用されるフォトリソグラフィの分野に関し、本発明は、特に、タルボ効果もしくは自己像形成に基づくフォトリソグラフィの分野に関する。

通常１０ｎｍ〜１０μｍの範囲におけるフィーチャサイズを有するマイクロ構造またはナノ構造は、多くの用途のために要求される。このような構造は、その面積が数平方ミリメートルから多くの平方メートルまで変化する表面上に形成されるべきである。用途は、フラットパネルディスプレイおよびソーラーパネルを含む。

リソグラフィ技術、たとえばマスタースタンプを使用するナノインプリントリソグラフィおよびローラマスクを使用するコンタクトフォトリソグラフィが、大きな面積にわたってこのような構造を製造するために提案されてきた。ナノインプリントリソグラフィは、マスクと、プリントされる基板との間の接触を必要とし、したがって、欠陥に対して敏感である。なぜならば、マスタと基板との間の不完全な接触は、印刷されるパターンの均一性を低下させるからである。欠陥は、マスタまたはパターン付けされる基板によって導入され得る粒子によって生じる。さらに、基板に加えられる不均一な圧力、または基板またはマスタの変形も、望ましくない欠陥を生じさせる場合がある。さらに、インプリントプロセス後にマスタに残された残留ポリマは、パターンを次の基板に転移させる前に除去されなければならない。このような残留物は、しばしば不均一な厚さを有し、これは、この問題をさらに悪化させる。最近紹介された透明なローラマスクを介したフォトリソグラフィは、マスクと基板との物理的接触にも依存する。この場合、不完全な接触は、マスクと基板との間の光の屈折により、像のコントラストおよび鮮明度を減じる。

マスクにおけるより小さなパターンから大きな高解像度の格子パターンを印刷するためのフォトリソグラフィ法は、E.Gamet他、"Flying phase mask for the printing of long submicron-period stitch-less gratings", Microelectronic Engineering 83 (2006) 734-737およびJourlin他による国際特許出願である国際公開第２０１０／０６０７４１号に説明されている。このスキームによれば、比較的小さな面積の格子を有する位相マスクが、フォトレジストの層で被覆された著しくより大きな基板の近くに、この基板に対して平行に位置決めされる。露光は、振幅変調されたレーザビームによってマスクを照明しながら、基板をマスクに対して横方向に、格子の線に対して直交する方向で並進させることによって行われる。変調周波数は、移動速度と同期させられており、これにより、格子は、連続する照明パルスの間に、格子の周期に対応する距離だけ移動し、これにより、連続するパルスによってマスクから投影されるインターフェログラムにおける最大強度が、基板に重ねられる。エンコーダベースの光学系は、付加的に、変調周波数が所要の精度で同期させられることを保証するために、基板移動の速度を測定するために使用される。センサも、その移動中の段の可能なヨーを測定するために一体化されており、これにより、それは、基板の並進中に位相マスクの向き付けを僅かに調節する傾斜アクチュエータによって相殺することができる。これらの開示はさらに、マスクが、０番目および２つの１番目の屈折オーダが発生される垂直入射、または０番目および１つの１番目のオーダが伝播するようにリトロー角で照明されてもよいことを説明している。

発明者のうちの一人は、高解像度の周期的パターンを費用対効果が高い方法で印刷するための、タルボ効果に基づく２つの方法を発明した。そのうち第１のものは、無彩色タルボリソグラフィである（H.H.Solak他、"Achromatic Spatial Frequency Multiplication: A Method for Production of Nanometer-Scale Periodic Structures", J.Vac.Sci.Technol., 23, pp.2705-2710 (2005)、および欧州特許第１８１００８５号明細書を参照）。無彩色タルボリソグラフィは、リソグラフィ用途のために２つの顕著な利点を提供する。第１に、無彩色タルボリソグラフィは、従来のタルボ法を用いるときに生じる被写界深度限界を克服する。第２に、多くのパターンタイプに対して、無彩色タルボリソグラフィは、空間周波数倍増を可能にする、すなわち、印刷されるフィーチャの周期が、マスクにおけるフィーチャの周期よりも小さくなることを可能にする。無彩色タルボリソグラフィ（ＡＴＬ）において、マスクは、比較的広いスペクトルバンド幅を有する視準されたビームによって照射され、マスクからある距離を超えると、伝達された光照射野は、いわゆる静止イメージを形成し、その強度分布は、距離がさらに増大するにつれて、不変である。これが生じるマスクからの最小距離ｄ_minは、マスクにおけるパターンの周期ｐと、照明のスペクトルバンド幅Δλとに関連している。一次元周期パターンの場合、すなわち線形格子の場合、最小距離は

によって与えられる。この距離を超えると、様々な波長のためのタルボ像平面は、連続的な形式で分配され、これは静止像を形成する。すなわち、≧ｄ_minであるマスクからの距離に、フォトレジスト被覆された基板を配置することは、１つの波長でマスクを照明するときに連続するタルボ平面の間に形成される横方向強度分布の全範囲に基板を曝すことと等しい。したがって、基板に印刷されるパターンは、横方向強度分布のこの範囲の平均もしくは積分であり、これは、マスクに対する基板の長手方向移動に対して実質的に敏感ではない。技術は、標準的なタルボイメージングよりも、著しくより大きな被写界深度、および慣用の投影、近接またはコンタクト印刷よりも著しく大きな被写界深度を可能にする。

特定のマスクパターンからのＡＴＬイメージにおける強度分布は、マスクを通るおよびマスクの後の電磁波の伝播をシミュレートするモデリングソフトウェアを用いて決定されてよい。このようなシミュレーションツールは、基板表面に特定の印刷されたパターンを得るためにマスクにおけるパターンの設計を最適化するために使用されてよい。

ＡＴＬ法は、主に、少なくとも１つの方向で一定の周期で反復する単位格子を有する周期的なパターンを印刷するために開発されてきた。しかしながら、この技術は、その周期がマスクを横切って十分に"低速の"漸進的な形式で変化するパターンにも成功して適用されてよく、これにより、静止イメージの特定の部分を形成する屈折オーダは、周期が実質的に一定であるマスクの部分によって生ぜしめられる。このようなパターンは、準周期的であると説明されてよい。

ＡＴＬの欠点は、マスクと基板との間に必要とされる分離が、不都合なことに大きくなるように、十分なスペクトルバンド幅を有する光源を必要とするということである。マスクから伝播する異なる回折されたオーダの角度の拡開は、不完全なオーバーラップを生じ、したがって、パターンのエッジにおいて、自己像の不完全な再構成を生じ、これらは、分離が大きくなるほど悪化する。マスクパターンのエッジにおける伝達された光照射野のフレネル回折は、印刷されるパターンのエッジも悪化させ、これは同様に、分離が増大するほど悪化する。これらの理由から、比較的小さなスペクトルバンド幅を有するレーザ源が、ほとんどの場合、ＡＴＬには不適切である。

ＡＴＬにアークランプまたは発光ダイオードなどの非レーザ源を適用することに関する困難は、（製造プロセスにおける高いスループットを保証するための）高いパワーと、（高コントラストイメージングを保証しかつフィーチャ解像度の損失を最小限にするための）良好な視準との組合せを備えた照明ビームを得ることである。これらの発生源から良好な視準を得ることは、出力ビームの空間的フィルタリングを必要とし、これは、パワーの許容できない損失につながる恐れがある。

ＡＴＬ技術の利点は、発明者のうちの一人によって最近紹介された２つの技術のうちの第２の技術を用いて得られてよい（米国特許出願公開第２００８／０１８６５７９号明細書を参照）。このスキームにおいて、マスクにおける周期的なパターンは、単色光の視準されたビームによって照明され、露光の間、マスクからの基板の距離は、タルボ平面の間の強度分布の平均が基板に印刷されるように、連続するタルボイメージ平面の間の分離の整数倍に対応する範囲にわたって変化させられる。したがって、使用されてよい最小の移動は、連続するタルボ平面の分離に等しい（整数＝１の場合）。露光中のこの移動により、基板に印刷されるパターンは、実質的に、ＡＴＬ技術を用いて印刷されるものと同じである。移動は、連続的に、またはその範囲にわたって複数の個別の位置において基板を露光することによって個別の形式で、行われてよい。連続的な移動を用いると、移動速度は、横方向強度分布の所望の平均が得られるように、必ずしも一定ではなく、個別のもしくは段階的な移動を用いると、それぞれの個別の位置における照射線量は、同じ理由から、必然的に同じであるべきである。一般的な技術は、移動タルボリソグラフィ（ＤＴＬ）と称されてよい。

ＡＴＬおよびＤＴＬ技術を使用して基板に発生される平均的な強度分布は、実質的に均等であり、両方とも、大きな被写界深度と、印刷されたパターンのための空間周波数倍増とを可能にする。ＤＴＬスキームは、ＡＴＬスキームよりも、基板とマスクとの著しくより小さな分離で使用することができる。これは、パターンエッジの劣化を減じ、また、視準における要求がより厳しくなくなることで、光源からの出力のより効率的な利用が可能となる。さらに、ＤＴＬ技術は、レーザ光源の使用を可能にし、これは製造プロセスにとって好ましい。このような光源からの光を、パワーの無視できる損失で、十分に視準されたビームに形成することができ、これにより、フィーチャ解像度の損失を最小限に減じ、イメージコントラストを最大にする。

特定のマスクパターンからＤＴＬを用いて印刷されたパターンの構造は、シミュレーションソフトウェアを用いて理論的に決定されてもよい。

米国特許出願公開第２００８／０１８６５７９号明細書に説明されたＤＴＬ技術は、露光の間のマスクに対する基板の長手方向移動が、タルボ距離の整数倍に対応していることを必要とする。移動が整数倍である場合、基板を露光する平均強度分布は、基板およびマスクの初期分離と無関係であり、これにより、マスクおよび基板が正確に平坦かつ平衡でなくとも、基板におけるパターンフィーチャの均一な露光を生じる。他方で、たとえば移動アクチュエータの機械的ヒステリシスまたは制限されたステッピング解像度により、または照明システムによる露光の継続時間と基板の移動との間の不正確な同期により、移動がタルボ距離の整数倍でない場合、平均強度分布は、初期分離に依存する。この場合、マスクおよび基板が正確に平坦かつ平衡でない場合、フィーチャサイズの空間的ばらつきが、印刷されたパターンに導入される。または、マスクおよび基板が正確に平坦かつ平衡であるが、それらの分離が、異なる基板に対して異なっていると、印刷されたフィーチャのサイズは、基板ごとに異なる。これらは両方とも、ある用途のためには問題であり得る。フィーチャサイズのこれらのばらつきは、マスクに対して多数のタルボ距離にだけ基板を長手方向に移動させることによって減じられるが、これは、（照明ビームが十分に視準されていない場合の）フィーチャ解像度の劣化、（移動方向が正確に長手方向でない場合の）フィーチャ形状のゆがみ、（ギャップが大きすぎる場合の）パターンエッジの劣化などの、その他の問題を生じる恐れがあり、不都合には、機械的システムにおけるより大きな走行範囲を必要とする。

国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１１／０５４５０９は、露光中のマスクに対する基板の長手方向移動がタルボ距離の整数倍に相当することを必要とせずに、周期的または準周期的なパターンが均一にかつ再現可能に印刷されることを可能にするため、この制限を克服するためのＤＴＬ技術の修正を開示している。この国際出願明細書は、マスクおよび基板の分離の変化率および照明ビームの強度のうちの少なくとも１つが、露光中に変化させられるべきであり、これにより、マスクは、変化する分離にわたって変動する、分離の増分変化ごとのエネルギ密度によって照明されることを開示している。この国際出願明細書は、分離の増分変化ごとのエネルギ密度が、ガウス分布にしたがって変化するならば特に有利であることを開示している。

米国特許出願公開第１２／７０６０８１号明細書は、ＡＴＬおよびＤＴＬ技術の強化を開示しており、この場合、マスクにおけるフィーチャの周期的または準周期的パターンは、代わりに、照明の角度分布を有するビームで照射され、この場合、照明ビームの角度成分のそれぞれは、フォトレジストを、連続するタルボ像平面の間において生じる横方向強度分布の範囲に露光し、これにより、フォトレジストを露光する結果的な強度分布は、視準された照明を用いて生ぜしめられた平均的な強度分布を備えた照明ビームの角度分布の回旋（convolution）に相当する。この方法は、印刷されるフィーチャの形状のためのより大きな自由度を許容し、周期パターンのそれぞれの単位格子内の印刷されるフィーチャの数の倍増、および少なくとも一方向でのパターン周期の減少をも可能にする。しかしながら、後者は、マスクにおける透明なフィーチャのための比較的小さなデューティサイクルを必要とし、これは、製造プロセスのための短い印刷時間を達成するためにマスクが高い透過率を有する必要がある場合には望ましくない場合がある。

国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１１／０５２９７７は、ＡＴＬおよびＤＴＬに関連した技術を開示しており、この場合、マスクにおける平行な線およびスペースの格子パターンは、格子の線に対して平行な平面における入射角の範囲にわたって、入射の直交平面における実質的に１つの入射角で、実質的に単色光で照明される。これにより、マスクによって透過されるそれぞれの入射角の光は、マスクに対して平行にかつマスクの近くに配置された基板上の感光層において光照射野コンポーネントを形成し、この場合、前記コンポーネントの積分は、所望のパターンを印刷する。角度の範囲は、波長、マスクと基板との分離、および格子の周期に関連して選択され、前記コンポーネントの積分は、入射角のうちの１つにおける光によってタルボイメージ平面の間に形成された横方向強度分布の範囲の平均と実質的に等しい。

従来技術および上記の未公開の特許出願において説明されたＡＴＬおよびＤＴＬ技術の特徴は、マスクにおける周期的なパターンの全体のサイズが、基板において要求されるパターンの全体のサイズと同じでなければならないということである。これは、高解像度のパターンが要求される領域が合理的に小さい（たとえば１００ｍｍ×１００ｍｍまで）であるならば、一般的に許容可能であるが、著しくより大きなパターンの場合には、マスクのコストおよび／または製造性の観点から大きな問題となる恐れがある。この問題に対する解決策は、マスクにおけるより小さな面積のパターンを使用し、基板上の著しくより大きな面積に印刷するためにステップ・アンド・リピート露光方式を採用することであるが、これは、露光を行いかつサブフィールドを正確につなぎ合わせるために複雑な機械的システムを必要とし、基板（またはマスク）のステッピング動作は、高生産性プロセスのためには望ましくない。また、ステップ・アンド・リピート露光方式によっても、マスクにおけるパターンのサイズは、露光ステップの回数を合理的な回数に制限するために、大きくする必要がある。

したがって、本発明の第１の目的は、周期的および準周期的なフィーチャの一次元および二次元のパターンを大きな基板に印刷できるようにする、高生産性プロセスに適した、（大きな焦点深度での非接触露光を提供するように）ＡＴＬおよびＤＴＬ技術に基づく方法を提供することである。

本発明の第２の目的は、周期的および準周期的なフィーチャの一次元および二次元のパターンを大きな基板に印刷できるようにする、高生産性プロセスに適した、（大きな焦点深度での非接触露光を提供するように）ＡＴＬおよびＤＴＬ技術に基づく装置を提供することである。

本発明の第３の目的は、大きなパターンを印刷するのに適し、かつ比較的小さく、容易に製造可能な、振幅または位相シフト型マスクを必要とする、（大きな焦点深度での非接触露光を提供するように）ＡＴＬおよびＤＴＬ技術に基づく方法を提供することである。

本発明の第４の目的は、大きなパターンを印刷するのに適し、かつ比較的小さな照明ビームを必要とする、（大きな焦点深度での非接触露光を提供するように）ＡＴＬおよびＤＴＬ技術に基づく方法を提供することである。

本発明の第５の目的は、大きなパターンを印刷するのに適し、かつレーザ光源によって発生されるようなコヒーレントスペックルの抑制を可能にする、（大きな焦点深度での非接触露光を提供するように）ＡＴＬおよびＤＴＬ技術に基づく方法を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、周期的フィーチャの所望のパターンを感光層に印刷する方法であって、
（ａ）感光層を有する基板を提供するステップと、
（ｂ）周期的フィーチャのマスクパターンを有するマスクを提供するステップと、
（ｃ）基板に直交する第１の平面において前記基板に対してマスクが傾斜角を有するように、該マスクの近くに前記基板を配置するステップと、
（ｄ）タルボ距離によって分離されたタルボ平面の間に所定の範囲の横方向強度分布を含む伝達される光照射野を発生するために、該伝達される光照射野が第１の平面において強度包絡線を有するように、前記マスクパターンを照明するための実質的に視準された光を提供するステップと、
（ｅ）前記第１の平面および前記基板の両方に対して実質的に平行な方向に前記基板を前記マスクに対して移動させながら前記光で前記マスクを照明し、これにより、前記感光層に所望のパターンが印刷される、ステップとを含み、
前記傾斜角および前記強度包絡線は、前記感光層が実質的に前記横方向強度分布の範囲の平均に曝されるように、前記タルボ距離に関して配置されることを特徴とする、方法が提供される。

本発明の第２の態様によれば、周期的特徴の所望のパターンを感光層に印刷するための装置であって、
（ａ）感光層を支持する基板と、
（ｂ）周期的特徴のマスクパターンを支持するマスクと、
（ｃ）基板をマスクの近くに配置するための手段であって、基板に直交する第１の平面においてマスクが基板に対して傾斜角を有するように配置する手段と、
（ｄ）タルボ距離によって分離されたタルボ平面の間の横方向強度分布の範囲を有する伝送される光照射野を発生するために、実質的に視準された光で前記マスクパターンを照明するための手段であって、前記伝送される光照射野が、前記第１の平面において強度包絡線を有するように照明する手段と、
（ｅ）前記第１の平面および前記基板に対して実質的に平行な方向に前記基板を前記マスクに対して移動させる手段であって、これにより、前記所望のパターンが前記感光層が印刷される、手段とを備え、
前記傾斜角および前記強度包絡線は、前記感光層が、実質的に前記横方向強度分布の範囲の平均に曝されるように、タルボ距離に関して配置されていることを特徴とする、装置が提供される。

以下に本発明の好適な例を以下の図面を参照して説明する。

本発明の第１の実施の形態を示す図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図である。 本発明の第３の実施の形態を示す図である。 本発明の第４の実施の形態を示す図である。 第５の実施の形態の変化態様において用いられる択一的な基板支持体を示す図である。 本発明の第７の実施の形態を示す図である。 本発明の第８の実施の形態を示す図である。

発明の第１の実施の形態において、図１を参照すると、フォトマスク９は、１μｍの周期で交互に位置する不透明な線と透明なスペースとから成る一次元の周期的なパターン１０を有する。パターン１０の面積は、２ｍｍ×１００ｍｍ（ｌ_x×ｌ_y）であり、パターン１０の線およびスペースは、ｘｚ平面に対して平行に向けられている。マスク９は、標準的なマスク製造技術を用いて製造されており、パターンの線は、透明な基板におけるクロム層に形成されている。パターン１０を包囲するマスク９の表面も、クロムで被覆されている。マスク９は、中央の開口を備えた真空チャック１２によって保持されており、この開口により、マスクパターン１０は上方から露光ビーム１１によって照明されることができる。マスクチャック１２は、アクチュエータを備える位置決めシステム１３に取り付けられており、このアクチュエータにより、マスク９は、マスク９の下方において真空チャック１８に配置された２５０ｍｍ×１００ｍｍ（Ｌ_x×Ｌ_y）の寸法のより大きな、フォトレジスト１５で被覆された基板に対して、正確に位置決めされることができる。特に、アクチュエータにより、マスク９は、ｘｚ平面においては基板１６に対して所望の傾斜角で、かつ直交するｙｚ平面においては基板１６に対して実質的に平行に、基板１６の近くに位置決めされることができる。

マスク９におけるパターン１０は、アルゴン−イオンレーザ１から発せられる、３６３．８ｎｍの波長を有する実質的に視準された光のビーム１１によって照明される。レーザ１からのビームは、ＴＥＭ００モードであり（すなわちガウス強度分布を有する）、〜２ｍｍの直径（１／ｅ²の値）を有し、ｚ軸に対して平行に直線的に偏極させられている。レーザ１の後のビーム経路に配置されたシャッタ２により、ビームは、露光作業の前後にブロックされる。シャッタが開放していると、ビームは、まずビーム直径を拡大する凹面レンズおよび凸面レンズを含む第１のビーム拡大器３に入射する。次いで、このビームは、屈折ビームトランスフォーマ４に入射し、この屈折ビームトランスフォーマ４は、視準された出力ビームがその円形の断面にわたって実質的に均一となるようにビームの強度を再分配する。適切なビームトランスフォーマ４は、MolTech GmbH社から入手可能な製品のpiShaper範囲のうちの１つである。次いで、出力ビームは、〜６ｍｍ×１１０ｍｍ（Ｗ_x×Ｗ_y）の寸法を有する楕円形の横断面にわたって実質的に均一なビームを生じるために、ｘｙ平面においてビームを拡張する一対の円柱レンズを含む第２のビーム拡大器７を通過し、このビームは、その後ミラー８によって反射される。ビーム１１の横断面は、マスクパターン１０に実質的に均一の照明を提供する。伝送され、マスクパターン１０によって回折された光照射野は、パターン１０の自己像のセットを形成し、これらの自己像の平面は、マスク９に対して平行であり、かつ長手方向でタルボ距離によって分離されている。マスクパターン１０の均一な照明、パターン１０を包囲するマスク９におけるクロムの存在、ならびにマスクパターン１０の幅およびマスク９および基板１０の分離のための選択された値により、フォトレジスト１５を露光するｘｚ平面における光照射野の強度包絡線（intensity envelope）は、実質的に矩形である（フレネル回折による著しいゆがみが存在する）。

位置決めシステム１３を用いて、マスク９と基板１６との間の角度φは、マスク９と基板１６との分離が、ｘｚ平面におけるパターン１０の幅Ｗxにわたってタルボ距離の整数倍Ｎ（Ｎ＝１を含む）だけ変化するように、配置されている。これは、

として数学的に表されてよい。実際には、Ｎが大きい場合、（ｘｚ平面におけるパターンの幅にわたる分離の変化が、実質的にタルボ距離の整数倍に相当するという）この要求は、Ｎの非整数の中間値が使用されてもよいというように、緩めることができる。式（２）においてＮに対して実質的に整数値が適用されるべき場合のＮの最大値は、特に、印刷されるパターンの所望の均一性および再現性に関して、関連する用途の要求に依存する。しかしながら、最大値は、たとえば５であってよい。

線およびスペースの線形の格子の場合、タルボ距離は、

により、格子周期ｐおよび露光波長λに関連する。これをｐ＝１μｍおよびλ＝３６４ｎｍで評価することにより、Ｔ＝５．５μｍが生じる。したがって、マスク９の傾斜角が、マスク９と基板１６との間の分離が、〜２ｍｍのビーム幅にわたって１つのタルボ距離だけ変化するように配置されているならば、要求される傾斜角は、〜３ｍＲである。マスク位置決めシステム１３は、直交するｙｚ平面においてマスク９が実質的に基板１６に対して平行となるようにマスク９の位置を調節するためにも使用される。マスク９および基板１６の間の、ｘｚおよびｙｚ平面における傾斜および平行度は、それぞれ、たとえばＨｅＮｅレーザ（フォトレジストは、このレーザから６３３ｎｍの波長の光には反応しない）から狭いビームによってそれらを照明し、マスク９および基板１６から反射されたビームの角度の開きを決定することによって、測定および証明されてよい。パターン１０の中央におけるマスク９と基板１６との分離は、〜２００μｍに調節され、これは、マスク９のエッジにおけるマスク９と基板１６との間の分離を測定するための公知の厚さの基準ゲージを使用して行われてよい。干渉測定システム、特に白色光干渉法に基づく干渉測定システムは、択一的に、マスク９を横切る様々な位置におけるマスク９と基板１６との局所的な分離をより正確に測定するために用いられてよく、これにより、マスク位置決めシステム１３が、基板１６に対するマスク９の位置をより正確に調節することができる。ｘ方向でのマスク９の幅およびマスク９におけるパターン１０の位置は、マスク位置決めおよび露光操作の間におけるマスク９と基板１６との接触を防止するために、傾斜角およびマスク９と基板１６との分離に関して予め配置されている。

フォトレジストで被覆された基板１６を保持する真空チャック１７は、その真空面が＜±１０μｍまで平坦であるように製造されている。チャック１７は、マスク９におけるパターン１０の下方においてその全長にわたって移動させられることができるように十分な走行範囲を有する電動式単軸並進ステージ１８に取り付けられている。ステージ１８は、第１に、その移動中のヨーイング動作が＜±５０μＲであることを保証するように、第２に、マスクパターン１０の幅に対応する移動距離にわたる基板１６のローリング運動が無視できることを保証するように、第３に、ステージ移動中のｙ方向がたつきが無視できることを保証するように、設計および選択されている。基板ステージ１８の移動軸線は、予め、＜±２５μＲの精度でｘ軸線に対して平行に整合させられており、これにより、基板１６は、マスクパターン１０の線に対して平行に移動する。この整合は、以下のように行われてよい。第１に、上面において代わりに基準マークが形成された基板をチャック１７に装着する。第２に、この基準マークが、マスク基板に設けられた第１の位置合わせマーク１９の下方に、次いで第２のこのようなマークの下方に配置されるように、チャック１７を移動させる。２つの位置合わせマークは、マスクパターン１０の線に対して平行な軸線上に配置されるように、マスク９の製造中に形成されている。画像処理とともに、一体化されたＣＣＤ検出装置（図１には示されていない）を備えた顕微鏡を用いて、それぞれの重ね合わされた対における位置合わせマークと基準マークとの相対位置を測定する（ミラー８を、マスク位置決めシステム１３の上方の位置から離れるように取り外すまたはスライドさせることによって、顕微鏡は、位置合わせマークの近くへ案内されてよい）。最後に、並進ステージ１８の移動軸線がｘｚ平面に対して平行にされるように、マスク位置決めシステム１３を用いて、マスク９を、ｚ軸線を中心に回転させる。この操作のためには、基準マークおよび位置合わせマークを見るために、デュアルフォーカス顕微鏡が使用されることが特に有利であり、これにより、長手方向に〜２００μｍだけ分離させられたまま、両者の鮮明なイメージが同時に形成される。

フォトレジストで被覆された基板１６は、露光ビーム１１でマスクパターン１０を照明しながら並進ステージ１８を使用して基板１６を実質的に一定の速度で移動させることによって露光される。マスク９と基板１６との間の、ｘｚ平面における傾斜の大きさにより、ｙ方向において基板１６を横切るフォトレジスト層のそれぞれの増分ストリップは、連続するタルボ平面の間の横方向強度分布の全範囲に曝される。さらに、マスクパターン１０によって伝達される光のｘｚ平面における矩形の強度分布により、各増分ストリップは、その範囲にわたって横方向強度分布のそれぞれから等しい露光を受け取る。これにより、フォトレジストのそれぞれのストリップを横切る時間積分された露光は、基板が一定速度でマスクに向かって移動するＤＴＬ技術による露光と、露光中のタルボ距離とによって生ぜしめられるものと等しい。したがって、それぞれのストリップに印刷されるパターンは同じである。線形格子は、マスク９におけるパターンの半分の周期を備える。ＤＴＬおよびＡＴＬ技術に関して、積分された強度分布は、大きな焦点深度を有し、これは、半分の周期の格子が、基板１６の領域にわたって均一に印刷されることを可能にする。ステージ１８の並進軸線とマスクパターンの線との間に配置された角度位置合わせ、および並進中のステージの最大ヨー角度とは、マスクパターン１０の線の下方を通過する際に、基板のそれぞれの箇所の横方向移動が≦０．１５μｍであることを保証し、これにより、印刷されるパターンの０．２５μｍの線が十分に解像されることができる。露光中の照明ビーム１１の強度および基板１６の速度は、現像されたフォトレジストにおいて形成されたパターンを評価するための標準的な方法を用いて、フォトレジストプロセスに関して選択および最適化される。

この実施の形態および後述の実施の形態において、露光中の基板１６の移動は、ビームの高いコヒーレンスによって、および様々な光学面における粒子および欠陥によって生ぜしめられる、照明ビーム１１におけるスペックルの効果を減じるために働くことに留意すべきである。フォトレジストのそれぞれの箇所は、移動するスペックルパターンに曝され、スペックルによって生ぜしめられる強度変調は、一定の値に時間平均される。

第２の実施の形態において、図２を参照すると、アルゴン−イオンレーザ２０は、〜２ｍｍ（１／ｅ²の値）の直径を有しかつｚ軸に対して平行に線形に偏極された、ＴＥＭ００モードにおける（すなわちガウス強度分布を備える）光のビームを発する。レーザ２０の後にビーム経路に配置されたシャッタ２１により、ビームは、露光操作の前後にブロックされる。シャッタ２１が開放していると、ビームは、まず、ラインディフューザ２３に入射し、このラインディフューザ２３は、光を、ｘｙ平面において〜±１°の角度の狭い範囲にわたって実質的に均一に散乱させる。このようなディフューザ２３は、RPC Photonics社から得られる。ディフューザ２３は、ディフューザ２３をｙ方向に移動させるために電動式並進ステージ２４に取り付けられている。ディフューザ２３からの散乱された光は、光をｘｙ平面において屈折させるように向けられた、円筒形のフライアイマイクロレンズ２５のアレイを照明する。フライアイもしくはタンデムのマイクロレンズアレイは、直列に配置された一対の円筒形のマイクロレンズアレイを含み、それらの分離は、第１のアレイが光を第２のアレイに収束させるようになっている。マイクロレンズのこの配列は出力ビームを生じ、この出力ビームは、ｘｙ平面において〜１０°の角度の範囲にわたって実質的に均一な強度分布を有し、かつ直交するｘｚ平面においてガウス強度分布によって実質的に維持されたままである（ビームのサイズおよびこの平面における視準の程度は、他の実施の形態においては、ｘｚ平面においてレーザの後にビーム寸法を変化させる装置に円筒形のビーム拡大器を有することによって適応させられてよいことに留意すべきである）。しかしながら、レーザビームおよびディフューザの高いコヒーレンスにより、広がるビームの強度は、高コントラストのスペックルパターンによって変調させられる。しかしながら、これは、実質的に均一な、時間積分された分布を発生するために、並進ステージ２４を用いてラインディフューザ２３を連続的に移動させることによって、露光中に有効に排除することができる。フライアイマイクロレンズアレイ２５からの広がるビームは、円柱レンズ２７に入射し、この円筒レンズ２８は、ｙｘ平面において光を視準してビーム３０を発生し、このビーム３０は、ミラー２８からの反射後、＞２ｍｍ×１００ｍｍ（Ｗx×Ｗy）の寸法の矩形横断面を有し、その強度分布は、ｙｚ平面において実質的に均一であり、直交するｘｚ平面においてガウス分布である。

このビーム３０は、〜４ｍｍ×１００ｍｍ（ｌx×ｌy）の面積を有する１μｍ周期の格子パターン３２を有するマスク３３に入射する。格子パターン３２の線およびスペースはｘｚ平面に対して平行である。照明ビーム３０はマスクパターン３２においてセンタリングされる。伝送されかつマスクパターン３２によって回折された光照射野は、自己像のセットを形成し、それらの平面は、マスク３３に対して平行であり、長手方向でタルボ距離だけ分離されている。マスク３３を照明するビーム３０のｘｚ平面におけるガウス強度分布、およびこの平面におけるビーム３０およびパターン３２の相対的な寸法により、この平面においてフォトレジスト３６を露光する、伝送される光照射野の強度包絡線は、必然的にガウス分布である。

第１の実施の形態のように、マスク３３は真空チャック３４によって保持されている。真空チャック３４は、マスク３３をｘｚ平面において傾斜させるマスク位置決めシステム３５に取り付けられており、かつマスク３３の下方に配置されたフォトレジスト被覆された基板３７に対してｙｚ平面において実質的に平行に配置されている。照明された格子パターン３２は、伝送される光照射野において回折オーダのセットを生じる。回折オーダのセットは、マスク３３に対して平行でかつ長手方向でタルボ距離だけ分離されたマスクパターン３２の自己像を発生するために干渉する。マスク３３と基板３７との間の傾斜角は、好適には、ｘ方向でビーム幅のＦＷＨＭ値にわたるマスク３３と基板３７との分離が、少なくともタルボ距離Ｔだけ変化するように配置されている。ガウス分布のＦＷＨＭ幅Ｗ_FWHMは、

によって、１／ｅ²幅Ｗxに関連させられているので、したがって、マスクは角度

だけ傾斜させられるべきである。すなわち、〜２ｍｍの１／ｅ²幅および５．５μｍのタルボ距離の場合（３６４ｎｍの波長によって照明される１μｍ周期の格子の場合）、所要の最小傾斜角は〜４．６ｍＲである。この傾斜角、並びにｙｚ平面における平行度およびマスク３３と基板３７との間の〜２００μｍのギャップは、位置決めシステム３５、および第１の実施の形態において説明されたのと同じ測定技術を用いて得られる。

フォトレジスト被覆された基板は、基板３７をｘ方向に移動させるための電動式単軸並進ステージ３９に取り付けられた平坦な真空チャック３８によって保持されている。ステージの並進軸線は、基準マークおよびマスク位置合わせマークならびに第１の実施の形態において用いられたものと同じ手順を用いて、ｘ軸に対して平行に位置合わせさせられる。基板３７は、マスク３３を照明ビーム３０に露光させながら、実質的に一定の速度でｘ方向に基板３７を移動させることによって印刷される。ｘｚ平面におけるマスク３３と基板３７との間の傾斜の大きさにより、ｙ軸に対して平行なフォトレジスト層のそれぞれの増分ストリップは、連続するタルボ平面の間よりも大きな伝送される光照射野を通って移動する際に、一連の変化する横方向強度分布に曝される。さらに、ｘｚ平面における照明ビーム３５のガウス強度分布により、それぞれの増分ストリップは、横方向強度分布を通って移動する際に、増分露光のガウス変化に曝される。これにより、フォトレジストのそれぞれのストリップを横切る時間積分された露光は、国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１１／０５４５０９の開示を用いて生ぜしめられるものと等しい。この開示において、マスクと基板との分離は、露光中の変化する速度によって変化させられ、これにより、基板は、分離が変化しながら、増分的な露光量の実質的にガウス変化に曝され、その結果、各ストリップに印刷されるパターンは、マスク３３におけるパターン３２の周期の半分を備えた線形格子であり、この線形格子の線幅は、露光中のマスク３３と基板３７との局所的な分離の変化、および所望の値からの傾斜角の偏差に対して実質的に影響されない。ｘｚ平面においてガウス強度分布を有するビームでマスク３３を照明することは、結果的に、周期の半分の格子パターンが、より均一にかつより再現可能に、不十分な平坦度を有する基板上に印刷されることを可能にする。

１２／９０３３８９の開示と一貫して、第２の実施の形態および上記の関連する実施の形態において用いられた強度分布は、正確にガウス分布である必要はないが、ガウス分布に近いまたはガウス分布と同様でさえあればよい。たとえば、切頭（truncated）ガウス分布、切頭余弦曲線輪郭または切頭三角形分布が用いられてよい。

第１または第２の実施の形態の変化態様において、準周期的な線形格子を有するマスクは、代わりに、該当する露光装置に導入され、格子の線がｘｚ平面に対して平行になるように向けられる。準格子の周期は、マスクパターンを横切って一定ではないが、伝送される光照射野における自己像のあらゆる部分が、周期が実質的に一定であるパターンの部分から形成されるように、ゆっくりと変化する。マスクの傾斜角は、好適には、式（２）または（４）それぞれによって規定された条件が、マスクにおける周期の最大値のために満足されるように、配置される。

第１又は第２の実施の形態のさらに別の変化態様において、マスクは、複数のサブパターンを有し、各サブパターンは、一定の周期を備えた線形格子であり、著しく異なる周期の範囲を有する。異なるサブパターンの線は、平行であり、サブパターンは、前記線に対して直交する方向で一列に配置されている。完全なパターン（ｌ_x×ｌ_y）の寸法は、それぞれの第１又は第２の実施の形態におけるパターンの寸法よりも大きくない。マスクは、サブパターンの線がｘｚ平面に対して平行になるように、該当する露光装置に導入される。マスクの傾斜角は、好適には、式（２）または（４）それぞれによって規定された条件がマスクにおける周期の最大値のために満足されるように配置される。サブパターンは、照明ビームによって同時に照明され、半分の周期のサブパターンが、基板がマスクの下方で移動する際にこの基板上に同時に印刷される。著しく異なる周期の範囲を有するサブパターンを含むマスクパターンを露光するために、ｘｚ平面における照明ビームの強度分布が実質的にガウス分布であると特に有利であるが、その他の同様の分布が択一的に用いられてもよい。

第３の実施の形態において、図３を参照すると、マスク５２は、その線およびスペースがｙ軸に対して平行に向けられた、４ｍｍ×３０ｍｍ（ｌ_x×ｌ_y）の寸法を備えた１μｍ周期の線形格子パターン５１を有する。マスク５２は、前記実施の形態と同じ波長で、視準された光のビーム５０によって照明される。ビーム５０は、ｘｚ平面においてガウス強度および２ｍｍ（１／ｅ²の値）の分布のビーム幅を有する。シャッタ４１と、並進ステージ４４に取り付けられたラインディフューザ４３と、円筒形フライアイマイクロレンズアレイ４５と、前述の実施の形態と同じ形式で機能する、ｘｙ平面においてフライアイアレイ４５から広がる光を視準するための円柱レンズ４７とを有する、第２の実施の形態と同様のビーム成形光学系が後に続いているアルゴン−イオンレーザ４０から同様に引き出される。所要の反復速度および所要のデューティサイクルで供給される光のパルスにマスクが曝されるように、露光ビーム５０の強度を変調するための音響光学変調器４２も光学系に含まれている。伝送されかつマスクパターン５１によって回折された光照射野は、その平面がマスク５２に対して平行でありかつ長手方向でタルボ距離だけ分離させられた複数の自己像のセットを形成する。

前述の実施の形態のように、マスク５２は、マスク５２の下方に配置されたフォトレジスト被覆された基板５５に対してマスクパターン５２が正確に位置決めさせることができるマスク位置決めシステム５４に取り付けられた真空チャック５３によって保持されている。マスク５２は、第２の実施の形態のように４．６ｍＲの同じ角度だけフォトレジスト被覆された基板５５に対してｘｚ平面において傾斜させられており、これにより、マスク５２と基板５５との間の分離は、ｘｚ平面においてビームのＦＷＨＭ寸法にわたってタルボ距離だけ変化する。また、マスク５２は、マスクパターン５１の中央における〜２００μｍの分離とともに、ｙｚ平面において基板５５に対して平行に配置されている。

この実施の形態のマスクパターン５１は、ｘｚ平面において光を回折するが、回折されたオーダの角度、およびマスクパターン５１と基板５５との分離は、ｘｚ平面においてフォトレジストを露光する光照射野の強度包絡線が、実質的に、マスクを照明するものと同じＦＷＨＭ値を有するガウス分布であることを保証する。この実施の形態において、タルボ平面の間の、自己像および中間横方向強度分布は、高空間周波数強度変調もｘｚ平面にあるが、この平面における強度文法の前記ガウスエンベロープ内にあるように向けられている。

２５０ｍｍ×５０ｍｍ（Ｌ_x×Ｌ_y）の寸法を有するフォトレジスト被覆された基板５５は、並進ステージ５７に取り付けられた真空チャック５６に保持されている。ステージは、ヨーイングによって生ぜしめられる、印刷されるパターンのエッジにおける基板移動の成分が、印刷されるパターンの周期に関して無視できるように、設計および選択されている。ステージ５７の並進軸線は、マスクパターン５１の線に対して実質的に直交するように配置されている。並進ステージ５７において基板５５とともに移動する光学エンコーダ５９もチャックプレート５６に取り付けられている。（Gamet他においてより詳細に説明された種類の）関連する信号処理とともにエンコーダ５９の上方に配置された光学的読取りヘッド５８は、基板５５の移動速度が正確に測定されることを可能にする。測定された速度は、変調制御システム４６を介して、音響光学モジュレータの反復速度およびデューティサイクル、ひいては露光ビーム５０のパルス特性を制御するために働く。

強度変調されたビーム５０がマスク５１を照明しながら、傾斜したマスク５１の下方において、実質的に一定の速度で、フォトレジスト被覆された基板５５を移動させることにより、このフォトレジスト被覆された基板５５は露光される。パルス化された照明の周波数およびデューティサイクルは、連続するパルスの間に基板５５が、印刷されるパターンの周期だけ移動するように、読取りヘッド５８と音響光学モジュレータ４２との間のフィードバックループにおいて連続的に制御される。したがって、印刷された格子の周期が０．５μｍでありかつ基板の移動速度が１ｍｍ／ｓであるならば、音響光学モジュレータは、照明ビームを、２ｋＨｚの周波数でパルス化すべきである。印刷されるパターンの解像度を許容できないほど低下させないように、パルス化のデューティサイクル（パルス周期に対するパルスの継続時間の比）は好適には＜０．２５である。印刷される格子ｐ_prの周期は格子パターン５１の周期の半分であるので、これは、照明ビーム５０の連続するパルスによって印刷される格子の線が、並進する基板５５に正確に重ねられることを保証する。パルス周波数は、択一的に、連続するパルスの間に基板５５が、印刷されるパターンの多数の周期（すなわち２ｐ_pr，３ｐ_pr，．．．）だけ移動するように選択されてよく、その場合、印刷されるパターンの解像度を維持するためにデューティサイクルは比例してより小さいべきである。タルボ平面の間の横方向強度分布の範囲の十分なサンプリングが存在するように、パルス化の周波数は、フォトレジストのそれぞれの箇所が好適には少なくとも１０の照明パルスに曝されるように、十分であるべきである。

第２の実施の形態のように、傾斜したマスク５２と、ｘｚ平面における照明ビーム５０の実質的にガウス強度分布との組合せの結果、基板５５を横切るｙ方向におけるフォトレジストのそれぞれのストリップは、連続するタルボ平面の間の伝送される光照射野よりも大きな光照射野を通って移動する際には、一連の変化する横方向強度分布に、また増分的な露光のガウス変化に曝され、したがって、基板５５の表面にわたって、マスク５２における格子の周期の半分で格子を均一に印刷する。

この実施の形態において用いられるレーザ源は、連続波ビームを発生し、この連続波ビームは次いで外部のモジュレータによって、パルス化されたビームに変換されるが、別の、関連する実施の形態において、強度変調は、代わりに、レーザ自体内に一体化された強度モジュレータによって行われてもよい。たとえば、３５５ｎｍの波長におけるパルス化された光のビームを発生するために、周波数が３倍にされたＤＰＳＳレーザが使用されてよい。

上記実施の形態の変化態様において、露光は、択一的におよび同様に、マスクおよび照明ビームを、実質的に一定の速度でｘ方向に、基板の長さに対応する距離にわたって移動させることによって行われるのに対し、露光中はフォトレジスト被覆された基板は定置である。これらの実施の形態において、フォトレジスト被覆された基板が不動の真空チャックによって保持されながら、マスク位置決めシステム１３，３５，５４のそれぞれ、および大型のフォールドミラー８，２８，４８のそれぞれは、長距離並進ステージに取り付けられている。

上記の第３の実施の形態の変化態様によれば、マスクにおける一次元格子パターンの線は、ｙ軸に対して平行でもなくｘｚ平面に対して平行でもなく、しかし両者の間の中間の傾斜角で向けられている。たとえば、これらの線は、ｙ軸に対して４５°の角度を成している。この実施の形態において、基板が、距離ｐ_pr／ＣＯＳωの整数倍だけ移動するように照明のパルス周波数が基板ステージの並進速度に関して選択されるべきであり、この場合、ωは、連続するパルスの間における、線とｙ軸との間の角度である。

第３の実施の形態の別の変化態様において、（国際公開第２０１０／０６０７４１号により詳細に説明された種類の）チャックの並進中のチャックのあらゆるヨーを正確に測定するためのセンサが、付加的に並進ステージシステムに取り付けられている。この動作は次いで、露光中の連続的なフィードバックループにおいて、位置決めステージによるマスクパターンの適切な回転により、補正される。これは、印刷されるパターンの線幅均一性をさらに改良するために、特にｙｚ平面において大きな寸法を有するパターンのために、有利であることができる。

上記実施の形態において、印刷されるパターンの周期は、マスクと基板との分離が１つのタルボ周期だけ変化する、すなわちｐ_pr＜＜Ｔ／φであるｘｚ平面における照明ビームの寸法よりも、著しく小さいと有利である。

発明の第４の実施の形態において、フィーチャの二次元の周期パターンを備えたマスクが、代わりに、図３の露光装置におけるマスク５２として導入される。パターンは、融解石英基板上のクロム層に形成された１μｍの最近隣接距離を備えた六角形格子に配置された穴のアレイを有する。パターンの寸法はこの場合も４ｍｍ×３０ｍｍ（ｌ_x×ｌ_y）である。パターン設計およびマスク向き付けは、さらに、六角形パターンの３つの軸線のうちの１つ（最近隣接フィーチャの中央につながる線に対して平行な軸線）がステージ５７の並進軸線に対して平行であるように配置されている。マスク軸線とステージ軸線との角度方向の位置合わせは、第３の実施の形態のように、マスクに設けられた付加的な位置合わせマーク、チャック５６に装着された専用の基板における基準マーク、および位置合わせマークおよび基準マークを見るための位置合わせ顕微鏡を用いることにより、得られる。ｘｚ平面におけるビームのＦＷＨＭ寸法を横切って、該当するパターンのために、マスクと基板との間の分離が少なくともタルボ距離だけ変化するように、マスクは同様にフォトレジスト被覆された基板に対してｘｚ平面において傾斜させられる。二次元マスクパターンの場合、回折されたオーダの効率に非対称性を生ぜしめるように、マスクを照明するビームが偏極されないかまたは円形に偏極されるとさらに有利である。この目的のために、四分の一波長リターダが、たとえば、円形に偏極されたビームを発生するためにレーザ４０の後にビーム経路に設けられていてよい。連続するパルスの間に、印刷されるパターンの最近隣接距離（またはその倍数）に対応する距離だけ基板が移動するような周波数で照明をパルス化しながら、マスクパターンの軸線に対して平行なフォトレジスト被覆された基板を移動させることによって、露光は第３の実施の形態と同じ形式で行われる。

第５の実施の形態において、図４を参照すると、電動式ロール・トゥ・ロール機構を使用して、傾斜したマスク６３の下方において移動するためにローラ６１，６２に装着されたプラスチックフィルム６０などのフレキシブルな基板に、感光層が被覆されている。光源６４および光学系６５は、マスク６３における周期的パターンを照明するための、視準された光のビーム６６を発生する。このビームは、ｘｚ平面におけるＦＷＨＭビーム幅を有するビーム形状と、直交するｙｚ平面における実質的な均一な分布とを有する。露光されるフィルム６０の領域に対するマスク６３の傾斜角は、ｘｚ平面におけるビーム分布のＦＷＨＭを横切る分離の変化が、マスク６３における周期的パターンのタルボ距離に対応するように選択されている。露光中にフィルム６０がマスク６３の下方を通過する際にフィルム６０の表面が実質的に平坦なままでありかつマスク６３から実質的に一定の距離にあるために、フィルム６０は、低真空圧力を用いて平坦なチャック６８の表面に軽く吸着される。

この実施の形態の変化態様において、図５を参照すると、上面に感光層を備えたフレキシブルなフィルム７０は、湾曲した支持体７２の表面上をロール・トゥ・ロール機構（図示せず）によって案内される。湾曲した支持体７２は、円筒状に湾曲した面のように、ｘｚ平面において曲率を有するが、直交する平面においては実質的に平坦である。フィーチャ７４の周期的パターンを有するマスク７３が、湾曲した支持体７２の上方に配置されている。位置決めシステムは、マスクにおけるパターンのすぐ下方においてフィルムに対して、ｘｚ平面における角度でマスクを傾斜させ、パターン７４の中心がフィルム７０からの所要の分離を有するようにマスクを位置決めする。前の実施の形態において説明されたこのような種類の照明システムは、マスクパターン７４を露光するための視準された光のビーム７６を発生する。露光中にマスクの下方をフィルムが並進させられる際に、案内機構は、湾曲した支持体７２上におけるように、フィルム７０を僅かな緊張状態に保ち、これにより、露光されるフィルムの部分に対するマスクパターンの分離および傾斜角は、実質的に一定のままである。この配列は、同様に、露光中にマスク７３に対してフィルム７０が正確に位置決めされることを保証するために働き、これにより、感光層は、タルボ平面の間の横方向強度分布の所要の積分に正確に曝される。

第６の実施の形態において、感光材料が被覆された柔軟なフィルムは、円筒形支持体の周囲に配置されている。円筒の軸線は、第１の実施の形態において使用された照明系のｙ軸に対して平行に配置されており、マスクパターンのすぐ下方のフィルムの表面は、ｘｚ平面において所要の傾斜角を有し、ｙｚ平面においてマスクパターンに対して実質的に平行であり、かつ〜２００μｍだけマスクパターンの中央から分離されている。露光は、照明中にフィルムがマスクの下方において横方向に移動させられるように、円筒形の支持体を回転させることによって行われる。

第７の実施の形態において、図６を参照すると、マスク８０は、透明基板上の不透明材料に形成された線およびスペースの一次元の周期的パターン８１を有する。マスク８０の上面および下面は、互いに対して実質的に平行であるが、円筒形である。このようなマスクは、たとえば、光増感プラスチックフィルム上に慣用の剛性のマスクからパターンを接触印刷し、その後に、適切な後露光プロセシングを行うことによって形成され、次いで、露光システムにおける円筒形のガラス支持体に取り付けられる。マスク８０は、パターン８１の線およびスペースがｙ方向に対して平行となるように向けられ、パターン８１の中央が基板８２に対して実質的に平行になりかつ基板８２から２００μｍの距離に位置するように、マスク８０の下方に配置された真空チャックに取り付けられたフォトレジスト被覆された基板８２に関して配置される。照明システムは、視準された光のビームを発生し、ｘｚ平面におけるこのビームの幅は、マスク８０の曲率によって生ぜしめられるビーム幅を横切るマスク８０と基板８２との間の分離の変化ｓが、マスク８０における周期的なパターンによって生ぜしめられる光照射野の少なくともタルボ距離に相当する。露光は、視準されたビームでマスクを照明しながら、基板８２をｘ方向に移動させることによって行われる。平坦な面ではなく円筒状の面を有するマスク８０を使用することにより、マスクは、マスクと基板との間の接触の危険性およびマスクおよび基板に対するその結果としての損傷のリスクを減じ、これにより、マスクパターンを可能にするという利点を有する。したがって、円筒状のマスク基板は、マスクと基板との間のより小さな分離を可能にする。フォトレジスト被覆された基板に対して傾斜させられた平坦な基板におけるマスクパターンを使用する場合、ｘｚ平面におけるマスクの寸法と、マスクにおけるパターンの位置とは、露光中のマスクまたはフォトレジスト被覆された基板に対する接触または損傷が存在しないことを保証するように選択すべきである。

第８の実施の形態において、図７を参照すると、マスク９０は、ｘｚおよびｙｚ平面の両方においてフォトレジスト被覆された基板９２に対して実質的に平行に、所要の分離を備えて配置されている。レーザ源９４および光学系９５は、ｙｚ平面において視準された露光ビーム９６を形成しており、その平面におけるその強度分布および幅は、その方向でのマスクのパターンの範囲にわたって均一な照明を提供する。ｘｚ平面において、光学系９５は、マスク９０におけるビームの入射角の範囲を生じ、これらの角度は、国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１１／０５２９７７の開示に従って選択され、照明ビームの複数の異なる角度成分は、基板を、ＡＴＬまたはＤＴＬ技術によって形成されたものと実質的に等しい積分された強度分布に曝す。マスクパターンの周期の半分の周期を有する高解像度格子パターンが基板９２上に均一に印刷されるように、マスク９０におけるパターンをビーム９６で照明しながら、フォトレジスト被覆された基板９２は、この基板をｘ方向に実質的に一定速度で移動させることによって露光される。この実施の形態において、照明は、適切なレーザから連続的であるかまたはパルス化されていてもよいが、後者の場合、連続するパルスの間の基板の移動は、基板を露光する積分された横方向強度分布が実質的にＤＴＬおよびＡＴＬ技術によって生ぜしめられたものに実質的に対応するために、連続するパルスの間の基板の移動は、Ｔ／φよりも著しく小さいべきである。基板移動とのパルスの同期は、前述のこのような機械を用いて得られる。並進ステージのヨー動作は、十分に小さいか、または前述のようなこのような手段によって十分に保証されることも重要である。

発明の別の実施の形態において、マスクは、第１の実施の形態におけるようにマスクに対して傾斜させられており、第８の実施の形態におけるように複数の角度の範囲によって照明されるが、傾斜の程度および角度の範囲は、これらの前述の実施の形態において用いられたそれぞれの値よりも減じられており、これにより、両者の組合せは、マスクに対する基板のスキャニング中に、フォトレジスト被覆された基板に、所要の積分された横方向強度分布を生ぜしめる。

発明の上記の実施の形態またはその他の実施の形態のその他の変化態様において、マスクと基板との間の平均距離は、スペーサを用いて調節されかつ支持される。スペーサは、楔形であってよい。スペーサは、パターン付けされた領域の外側の領域またはパターン付けされた領域内の領域に配置されてよい。１つの実施の形態において、スペーサは、照明の波長に対して透明な材料から形成されている。

全ての上記実施の形態において、フォトレジスト被覆された基板は、露光中に一定速度で移動するが、他の実施の形態において、基板は、たとえば基板の一方の端部から他方の端部まで露光の勾配を生ぜしめるために、ｘ方向において可変速度で移動してもよい。さらに他の実施の形態において、基板は、一定速度の連続的な滑らかな移動ではなく、ステージのステップ式移動で露光されてよく、複数のステップは、ｘｚ平面におけるビームサイズに関して小さく、これにより、横方向強度分布の所望の積分が得られる。

全ての上記実施の形態において使用される光源はレーザであり、これは好ましい場合であるが、その他の実施の形態において、その他の種類の光源、たとえば、実質的に単色光のビームを提供するためにその出力がスペクトルにフィルタリングされる水銀ランプなどの放電光源が使用されてもよい。

上記実施の形態またはその他の実施の形態の変化態様において、任意の照明波長を用いてより高い解像度で格子を印刷し、かつフォトレジスト被覆された基板を露光する積分された強度分布のコントラストを改善するために、マスクと基板との間のギャップは、その屈折率が１よりも大きい液体、たとえば水で充填されている。ギャップに液体を含有することは、マスクおよび基板表面からの反射をも減じ、したがって、感光層への光のカップリングを改善する。

発明の上記実施の形態またはその他の実施の形態の変化態様において、マスクパターンにおけるフィーチャは、択一的に、振幅マスクの場合に融解石英上のクロム層に穴を開放させる代わりに、透明基板上に少なくとも１つの移相材料を用いて形成されてよい。その他の実施の形態において、マスクは、部分的に吸収しかつ位相をシフトする領域を有する。

本発明の様々な実施の形態は、大きな面積の一次元および二次元の周期的パターンが、高い均一性で、マスクにおける比較的小さな周期的パターンから印刷されることを可能にする。複数の異なる実施の形態によって発生された、積分された横方向強度分布は、ＤＴＬおよびＡＴＬ技術によって生ぜしめられる強度分布、および上述のようなそれらの拡張されたバージョンと等しいので、積分された横方向強度分布は、大きな焦点深度を有する。大きな焦点深度は、高解像度パターンが厚い感光性フィルムに印刷されることを可能にし、マスクと基板との間の距離の正確な調節を不要にし、パターンが、大きなトポグラフィ的特徴を有する基板上におよび平坦でない基板上に印刷されることを可能にする。

より一般的には、上述の実施の形態は現時点で発明の好適な実施の形態であると考えられてよいが、もちろん、発明の思想から逸脱することなく形状または詳細において様々な修正および変更を容易に行うことができることが理解されるべきである。

Claims (20)

1. 周期的フィーチャの所望のパターンを感光層に印刷する方法であって、
   （ａ）感光層を有する基板を提供するステップと、
   （ｂ）周期的フィーチャのマスクパターンを有するマスクを提供するステップと、
   （ｃ）基板に直交する第１の平面において前記基板に対してマスクが傾斜角を有するように、該マスクの近くに前記基板を配置するステップと、
   （ｄ）タルボ距離によって分離されたタルボ平面の間に所定の範囲の横方向強度分布を含む伝達される光照射野を発生するために、該伝達される光照射野が第１の平面において強度包絡線を有するように、前記マスクパターンを照明するための実質的に視準された光を提供するステップと、
   （ｅ）前記第１の平面および前記基板の両方に対して実質的に平行な方向に前記基板を前記マスクに対して移動させながら前記光で前記マスクを照明し、これにより、前記感光層に所望のパターンが印刷される、ステップとを含み、
   前記傾斜角および前記強度包絡線は、前記感光層が実質的に前記横方向強度分布の範囲の平均に曝されるように、前記タルボ距離に関して配置されることを特徴とする、周期的フィーチャの所望のパターンを感光層に印刷する方法。
2. 前記マスクパターンは、平行な線およびスペースの一次元のパターンを含み、前記基板は、前記第１の平面が前記線に対して平行であるように付加的に配置されている、請求項１記載の方法。
3. 前記マスクパターンは、所定の周期を備えた平行な線およびスペースの一次元のパターンを含み、前記基板は、前記第１の平面が前記線に直交するように付加的に配置されており、前記方法は、付加的に、前記マスクを照明する光が、所定の時間周期を有するパルスで供給されるようにすることを含み、前記時間周期は、前記周期の半分または前記周期の半分の整数倍に等しい距離だけ、前記時間周期の間に基板が移動するように選択されている、請求項１記載の方法。
4. 前記マスクパターンは、所定の周期を備えた平行な線およびスペースの一次元のパターンを含み、前記基板は、付加的に、前記第１の平面が前記線に対して傾斜角を成すように配置されており、前記方法は、付加的に、前記マスクを照明する光が、所定の時間周期を有するパルスで供給されるようにすることを含み、前記時間周期は、連続するパルスによって基板上に印刷される所望のパターンの線が重ね合わされるように、前記時間周期の間に所定の距離だけ基板が移動するように選択されている、請求項１記載の方法。
5. 前記マスクパターンは、一方向で周期を有するフィーチャの二次元のパターンを有し、前記基板は、第１の平面が前記方向に対して平行であるように配置されており、前記方法は、付加的に、マスクを照明する光が、所定の時間周期を有するパルスで供給されるようにすることを含み、前記時間周期は、前記周期または該周期の整数倍に相当する距離だけ前記時間周期の間に基板が移動するように選択されている、請求項１記載の方法。
6. 強度包絡線は、ビーム幅を横切って実質的に均一となるように配置されており、傾斜角は、タルボ距離またはタルボ距離の整数倍に相当するビーム幅を横切ってマスクと基板との間の分離の実質的に線形の変化を生じるように配置されている、請求項１記載の方法。
7. 強度包絡線は、ビーム幅を横切って実質的に均一となるように配置されており、傾斜角は、タルボ距離よりも著しく大きなビーム幅を横切ってマスクと基板との間の分離の実質的に線形の変化を生じるように配置されている、請求項１記載の方法。
8. 強度包絡線は、実質的に、全幅半最大ビーム幅を備えたガウスとなるように配置されており、傾斜角は、実質的に少なくともタルボ距離に相当するビーム幅を横切ってマスクと基板との間の分離の変化を生じるように配置されている、請求項１記載の方法。
9. 強度包絡線は、全幅半最大値を有し、傾斜角は、実質的に少なくともタルボ距離に相当するビーム幅を横切るマスクと基板との間の分離の変化を生じるように配置されている、請求項１記載の方法。
10. 前記マスクに対する前記基板の移動は、基板が静止したまま、マスクおよび照明光の実際の移動によって生ぜしめられる、請求項１記載の方法。
11. 前記基板は、付加的に、第１の平面および基板に直交する第２の平面において前記マスクに対して実質的に平行に配置されている、請求項１記載の方法。
12. 所望のパターンおよびマスクパターンの両方の周期的フィーチャは、正確に周期的であるかまたは準周期的である、請求項１記載の方法。
13. 周期的特徴の所望のパターンは、それぞれ異なる周期を有する複数のサブパターンを含み、マスクパターンは、それぞれ異なる周期を有する複数のサブパターンを含み、それぞれのサブパターンは、タルボ距離によって分離されたタルボ平面から成る光照射野を発生し、傾斜角および強度包絡線は、最大周期を備えたサブパターンからの光照射野のタルボ距離に関して配置されている、請求項１記載の方法。
14. 付加的に、マスクと基板との間に流体を導入することを含む、請求項１記載の方法。
15. 周期的特徴の所望のパターンを感光層に印刷するための装置であって、
    （ａ）感光層を有する基板と、
    （ｂ）周期的特徴のマスクパターンを有するマスクと、
    （ｃ）基板をマスクの近くに配置するための手段であって、基板に直交する第１の平面においてマスクが基板に対して傾斜角を有するように配置する手段と、
    （ｄ）タルボ距離によって分離されたタルボ平面の間の横方向強度分布の範囲を有する伝送される光照射野を発生するために、実質的に視準された光で前記マスクパターンを照明するための手段であって、前記伝送される光照射野が、前記第１の平面において強度包絡線を有するように照明する手段と、
    （ｅ）前記第１の平面および前記基板に対して実質的に平行な方向に前記基板を前記マスクに対して移動させる手段であって、これにより、前記所望のパターンが前記感光層に印刷される、手段とを備え、
    前記傾斜角および前記強度包絡線は、前記感光層が、実質的に前記横方向強度分布の範囲の平均に曝されるように、タルボ距離に関して配置されていることを特徴とする、周期的特徴の所望のパターンを感光層に印刷するための装置。
16. 付加的に、前記基板の移動の方向を前記第１の平面と角度方向で整合させるための手段を有する、請求項１５記載の装置。
17. 前記照明する手段は、付加的に、時間周期を有するパルスでマスクを照明する光を供給するための手段を有する、請求項１５記載の装置。
18. 前記マスクパターンのフィーチャは、透明基板上における、不透明材料の層および移相材料の層のうちの少なくとも一方に形成されている、請求項１５記載の装置。
19. 前記基板は、フレキシブルなフィルムであり、前記移動手段は、ロール・トゥ・ロール機構である、請求項１５記載の装置。
20. 前記基板を配置する前記手段は、第１の平面において湾曲させられた支持体を有し、照明する間に前記支持体上を前記基板が移動する、請求項１５記載の装置。

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