(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動スポットアレイ投影システムにおいて、
パターン発生器の個別制御可能素子を照明するための照明装置、
前記パターン発生器の前記個別制御可能素子を、前記パターン発生器によって制御されるパターンに集束スポットを形成する、対応する集束素子上に結像させるための結像光学系、
それぞれがある範囲の空間周波数を含む集束スポットの前記パターンの像を感光性基板上に中継するためのリレー光学系、及び
前記リレー光学系のひとみに近接する周波数変調器であって、前記感光性基板上の前記集束スポットの形状を調節するための前記リレー光学系の前記ひとみ内に現れる選択された位置における前記集束スポットの選択された空間周波数を一括して変調するための周波数変調器、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記周波数変調器が、(ａ)径方向で前記リレー光学系ひとみ内の空間周波数分布のバランスをとるために、または(ｂ)前記リレー光学系ひとみ内の非対称空間周波数分布を減じるために、前記リレー光学系の光軸に関して非対称にある空間周波数を減衰させるように配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記周波数変調器が、前記基板上に結像される前記集束スポットのサイドローブを減じるため、ある空間周波数を前記リレー光学系の光軸に関して対称に減衰させるために配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記周波数変調器が、前記基板上に結像される前記集束スポットパターンの１つの領域にある集束スポットを前記基板上に結像される前記集束スポットパターンの別の領域にある集束スポットに対して不均等に変調するために前記リレー光学系の光軸に沿って前記リレー光学系ひとみからずらされることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
制御可能な集束スポットパターン内の集束スポットの形状を仕立て直す方法において、
パターン発生器の個別制御可能素子を照明装置で照明する工程、
前記パターン発生器によって制御されるパターンに集束スポットを形成するために、前記パターン発生器の前記個別制御可能素子を対応する集束素子上に結像させる工程、
それぞれがある範囲の空間周波数を含む集束スポットの前記パターンを、共通のひとみを通して基板の像平面上に中継する工程、及び
前記基板像平面上の前記集束スポットの像が、前記基板像平面上の集束スポットの形状を調節するために変更されたある角度分布の光を含むように、前記共通ひとみ内に現れる選択された位置における前記集束スポットの選択された空間周波数を一括して変調する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
一括して変調する前記工程が、(ａ)径方向で前記リレー光学系ひとみ内の空間周波数分布のバランスをとるために、または(ｂ)前記リレー光学系ひとみ内の非対称空間周波数分布を制限するために、前記リレー光学系の光軸に関して非対称にある空間周波数を減衰させる工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
一括して変調する前記工程が、前記基板像平面上に結像される前記集束スポットのサイドローブを減じるため、ある空間周波数を前記リレー光学系の光軸に関して対称に減衰させる工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記基板像平面上に結像される前記集束スポットパターンの１つの領域にある集束スポットを前記基板像平面上に結像される前記集束スポットパターンの別の領域にある集束スポットに対して不均等に変調するためにリレー光学系ひとみから周波数変調器をずらす工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
能動スポットアレイ投影システムにおいて、
パターン発生器の個別制御可能素子を照明するための照明装置、
前記パターン発生器の前記個別制御可能素子を、前記パターン発生器によって制御されるパターンに集束スポットを形成する、対応する集束素子上に結像させるための結像光学系、
それぞれがある範囲の空間周波数を含む集束スポットの前記パターンの像を感光性基板上に中継するためのリレー光学系、及び
前記リレー光学系のひとみに近接する位相板であって、前記集束スポットの形状を調節するための前記リレー光学系の前記ひとみ内に現れる選択された位置における前記集束スポットの選択された空間周波数の位相を一括して遅延させるための位相板、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
前記位相板が、(ａ)前記基板上に結像される前記集束スポットの形状を仕立て直すために前記リレー光学系の光軸に関して非対称にある空間周波数の位相を遅延させるか、または(ｂ)前記基板法に結像される前記集束スポットのサイドローブを減じるかまたはデフォーカスにおける変動を抑えるために前記リレー光学系の光軸に関して対称にある空間周波数の位相を遅延させるように構成されることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条ｅ項の下に、２００８年７月３１日に出願された米国仮特許出願第６１/０８５３９０号の優先権の恩典を主張する。
【技術分野】
【０００２】
マスクレスリソグラフィ用投影システムのような、制御可能な集束スポットパターンを形成するためのシステムの範囲内において、本発明は集束スポットの最適化に関する。
【背景技術】
【０００３】
空間光変調器はいわゆる「マスクレス」リソグラフィシステムの適応投影システムとともに従来のリソグラフィシステムのレチクルに置き換わり、レチクルの物理的境界または特定のパターンによって限定されないパターンの感光性基板上への結像を提供する。レチクル内の静的パターンの結像に代わり、マスクレスリソグラフィシステムは、オン状態とオフ状態の間で個々に切り換えられ、同時に感光性基板の面内を平行移動される、集束スポットの動的パターンを結像させる。
【０００４】
空間光変調器は光の空間分布を制御する光スイッチとして機能するために個別に制御可能な素子のアレイを有する。空間光変調器が付帯する投影システムは素子のそれぞれによって調整された光を集束させて集束スポットパターンにし、集束スポットパターンは感光性基板上に中継される(または直接に結像される)。一般に、投影システムは個別制御可能素子のそれぞれの拡大像をマイクロレンズアレイの対応するマイクロレンズ上に形成し、マイクロレンズアレイの個々のマイクロレンズは個々の個別制御可能素子からの光を集束スポットによって集中させる。
【０００５】
集束機能及び拡大機能はいずれも隔てられた集束スポットを生じさせるが、集束スポットのパターンは複数の集束スポット列を有し、連続する集束スポット列が基板上の任意の所望の点の選択的照明を与えるように、基板に対する平行移動方向に対して若干傾けられる。基板上にパターンをプリントすることができる解像度は集束スポットの寸法及び形状に関係し、集束スポット内の光のラジアル分布にも関係する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、マスクレスリソグラフィ用能動スポットアレイ投影システムの解像度向上のために、集束スポットの、寸法、形状及びラジアル光分布を最適化するための手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、集束スポットパターニングシステムの好ましい実施形態の中でも、集束スポットの、スポットが初めに形成される位置とスポットが感光性基板上に結像される位置の間での、最適化を提供する。スポットは、感光性基板上に集束スポットパターンを結像させるためのリレーレンズのひとみ内で適用される、様々なアポダイゼーション手法または位相調節手法により一括して最適化することができる。結像された集束スポットパターン内の集束スポットの若干異なる最適化を、リレー光学系のひとみからずらして適用される、同様のアポダイゼーション手法または位相調節手法により実施することができる。最適化手法は、スポットの全体形状を補正するために、またはスポットの境界の鮮鋭化のような目的のためにスポット内のエネルギー分布を修正するために、用いることができる。スポットの最適化は、デフォーカスによるスポットの変化を小さくすることにより、スポットの焦点深度も向上させることができる。
【０００８】
集束スポットパターニングシステムとしての本発明の一態様は、パターン発生器の個別制御可能素子を照明するための照明装置を備える。結像光学系がパターン発生器の個別制御可能素子を、パターン発生器によって制御されるパターンで集束スポットを形成する、対応する集束素子上に結像させる。それぞれがある範囲の空間周波数を含む集束スポットのパターンの像をリレー光学系が感光性基板上に中継する。リレー光学系のひとみに近接する周波数変調器が集束スポットの選択された空間周波数を一括して変調する。
【０００９】
周波数変調器は、リレー光学系ひとみ内の空間周波数分布のバランスを径方向でとるために、またはリレー光学系ひとみ内のある空間周波数範囲にわたる光の非対称分布を少なくとも小さくするために、リレー光学系の光軸に関して非対称なある空間周波数にかけて光を減衰させるためのアポダイザーとすることができる。非対称減衰は集束スポットの形状を変えるためにも用いることができる。あるいは、アポダイザーは、集束スポットの寸法、焦点深度、または基板上に結像される集束スポットのサイドローブを小さくするために、リレー光学系の光軸に関して対称なある空間周波数にかけて光を減衰させるために構成することができる。
【００１０】
周波数変調器は、集束スポットのある空間周波数の位相を遅延させるための、リレー光学系のひとみに近接して配置された位相板とすることもできる。位相板は、(ａ)基板上に結像される集束スポットの形状を仕立て直すためにある空間周波数の位相をリレー光学系の光軸に関して非対称に遅延させるため、または(ｂ)基板上に結像される集束スポットのサイドローブまたはデフォーカスにおける変動を低減するためにある空間周波数の位相をリレー光学系の光軸に関して対称に遅延させるために、構成することができる。さらに、アッテネータまたは位相板としての周波数変調器は、基板上に結像される集束スポットのパターンの一領域における集束スポットを基板上に結像される集束スポットのパターンの別の領域における集束スポットに対して不均等に変調するために、リレー光学系の光軸に沿ってリレー光学系ひとみからずらすことができる。
【００１１】
本発明の別の態様は制御可能な集束スポットパターン内の集束スポットの形状を仕立て直す方法である。パターン発生器の個別制御可能素子が照明装置によって照明される。パターン発生器の個別制御可能素子は、パターン発生器によって制御されるパターンに集束スポットを形成するために対応する集束素子上に結像される。それぞれがある範囲の空間周波数を含む集束スポットのパターンは、リレーレンズにより、共通のひとみを通して像平面にある基板上に中継される。像平面にある基板上の集束スポットの像が仕立て直された形状の角度分布の光を含むように、集束スポットの選択された空間周波数が共通のひとみ内で一括して変調される。
【００１２】
例えば、ある空間周波数は、リレー光学系ひとみ内の空間周波数分布のバランスを径方向でとるため、またはそうではなくともリレー光学系ひとみ内の空間周波数の非対称分布を減じるために、リレー光学系の光軸に関して非対称に減衰させることができる。ある空間周波数は、基板の像平面上に結像される集束スポットのサイドローブを小さくするためにリレー光学系の光軸に関して対称に減衰させることができる。あるいはまたはさらに、ある空間周波数は、基板の像平面上に結像された集束スポットの形状を仕立て直すためにリレー光学系の光軸に関して非対称に位相を遅延させることができ、あるいは基板の像平面上に結像される集束スポットのサイドローブを小さくするかまたはデフォーカスにおける変動を小さくするために対称に位相を遅延させることができる。ある空間周波数を減衰させるかまたはある空間周波数の位相を遅延させるための周波数変調器は、基板の像平面上に結像される集束スポットのパターンの一領域における集束スポットを基板の像平面上に結像される集束スポットのパターンの別の領域における集束スポットに対して不均等に変調するために、リレー光学系ひとみからずらすことができる。基板の像平面において結像されるスポットが引き伸ばされる方位を決定することができ、リレー光学系ひとみ内の直交方位における空間周波数は結像されるスポットをそれほど引き伸ばされていない形状に仕立て直すために減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は基板上に結像される集束スポットを最適化するためにリレー光学系内にアポダイザーを組み込んでいるマスクレスリソグラフィシステムの略図である。
【図２Ａ】図２Ａはリレー光学系アパーチャ絞り内の空間周波数の非対称分布を示すリレー光学系ひとみの拡大図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは非対称空間周波数分布から生じるリレー光学系像平面における集束スポットの同様の拡大図である。
【図３Ａ】図３Ａはリレー光学系アパーチャ絞り内の空間周波数不均衡を非対称に減衰させるために構成されたアポダイザーを示すリレー光学系ひとみの拡大図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは補正された空間周波数分布から生じるリレー光学系像平面における形状が仕立て直された集束スポットの同様の拡大図である。
【図４Ａ】図４Ａはリレー光学系アパーチャ絞り内のある空間周波数を対称に減衰させるためにさらに修正されたアポダイザーを示すリレー光学系ひとみの拡大図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは対称に補正された空間周波数分布から生じるリレー光学系像平面における形状がさらに仕立て直された集束スポットの同様の拡大図である。
【図５】図５は、別の態様で集束スポットの間のエネルギー分布に影響するように、リレー光学系アパーチャ絞りからずらされたアポダイザーを示すリレー光学系の抽出図である。
【図６】図６は、光軸を中心にして配置される、ある空間周波数の位相を遅延させるための位相板の側断面図である。
【図７】図７は図６の位相板によって与えられる球面収差の形態の波面形状修正をプロットしたグラフである。
【図８】図８は、正の球面収差と負の球面収差の間で図６の位相板と同様の位相板の効果を比較する、物平面上の単一点からの像平面における強度分布のグラフである。
【図９】図９は像平面の下の焦点深度にある同じ単一点からの強度分布の同様のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
能動スポットアレイ投影システムの一例として、微細リソグラフィ投影システム１０が十分に整形されたスポットのパターンを投影するために本発明にしたがって改修される。個別制御可能素子１６を有するパターン発生器１４が照明装置１２から一様な光を受取り、素子１６の制御状態に応じて、投影装置１８またはビームダンプ２０に光のそれぞれの個別部分を導く。
【００１５】
投影装置１８の結像光学系２２がパターン発生器１４の個別制御可能素子１６をマイクロレンズアレイ２４の対応するマイクロレンズ２６上に結像させる。結像光学系２２に対しては、隣接するマイクロレンズ２６上への有意なクロストークまたは重なりを生じさせずにマイクロレンズ２６上に個別制御可能素子１６の拡大像を正確に再現させるに十分な(例えば０.０８ないしさらに大きい)開口数が選ばれる。個別制御可能素子１６のエッジから散乱される光を遮断するために視野絞り２８がマイクロレンズ２６の入射ひとみを囲む。リレー光学系３０がマイクロレンズ２６の焦点３２を集束スポット３４のパターンとして感光性基板３８の表面３６上に結像させる。ステージ４０が集束スポット３４のパターンに対して１つまたはさらに多くの直交する軸に沿って感光性基板３８を相対的に平行移動させる。図示されていないが、投影装置１８は、集束スポット３４を基板表面３６上のそれぞれの目的位置に調節するため(すなわち、リレー光学系の像平面を基板表面３６におくため)、投影装置１８の光軸４２に沿いステージ４０に対して平行移動できることが好ましい。
【００１６】
空間光変調器の一タイプであることが好ましい、パターン発生器１４は、位相シフト、回折、偏光変調、シャッター開閉または指向性反射を含む、多くの様々な機構に基づく、透過または反射を変調するための様々な形態をとることができる。プログラマブルミラーアレイとして示される、パターン発生器１４はテキサスインスツルメンツ社(Texas Instruments Incorporated)からＤＬＰ(登録商標)テクノロジーとして販売されているタイプのデジタルマイクロミラーデバイスであることが好ましい。
【００１７】
照明装置１２は、(ａ)拡大するビーム５２を放射する拡大光源５０，(ｂ)ビーム５２をさらに整形するためのプロファイラー５４，(ｃ)ビーム５２内の光を積分するためのユニフォーマイザー５６及び(ｄ)ビーム５２の積分された光をパターン発生器１４に送るためのコンバイナー５８を備える。拡大光源５０は、パターン発生器１４のアスペクト比に一致するアスペクト比を有するアレイに配列された、密集発光器を有することが好ましい。例えば、所望のアレイに束ねられた、発光端を有する一束のマルチモード光ファイバ(図示せず)に複数のレーザダイオード(図示せず)を結合させることができる。あるいは、照明装置１２に光を注入するために単光源または光源のその他の組合せを用いることができる。プロファイラー５４は拡散板６２を、照明装置アパーチャ絞り４４の領域にわたってユニフォーマイザー５６に光を結合する集光レンズ６３とともに、有することが好ましい。ユニフォーマイザー５６は２つの複眼アレイ６４及び６５から組み立てられた結像タイプホモジナイザーであることが好ましい。微細リソグラフィシステムのための好ましい照明装置のさらなる詳細は、２００８年５月３０日に出願された、名称を「マスクレスリソグラフィのためのパターニングシステムの集束スポットの寸法を定めるための照明システム(Illumination System for Sizing Focused Spots of a Patterning System for Maskless Lithography)」とする、共通に譲渡された米国特許出願第６１/１３０３６３号の明細書に開示されている。この明細書は本明細書に参照として含まれる。
【００１８】
照明装置１２はパターン発生器１４における結像光学系２２の開口数より小さい開口数をパターン発生器１４において有する。照明装置アパーチャ絞り４４は、(ａ)結像光学系２２のアパーチャ絞り４６，(ｂ)マイクロレンズアレイ２４の焦点３２及び(ｃ)基板表面３６上の集束スポット３４と共役である。したがって、照明装置アパーチャ絞り４４は結像光学系アパーチャ絞り４６内に結像光学系アパーチャ絞り４６の寸法より小さい寸法で結像される。照明装置１２は、個別制御可能素子１６の部分コヒーレンスパラメータσと称されるアパーチャ比(結像光学系アパーチャ径に対する照明装置アパーチャ径の比)で、結像光学系２２のアパーチャ絞り４６の一部領域を占める。
【００１９】
照明装置１２は結像光学系アパーチャ絞り４６の一部領域しか占めないが、パターン発生器１４の個別制御可能素子１６の不整構造及び周辺境界の結果として、光は結像光学系アパーチャ絞り４６の残余領域に入る。例えば、デジタルマイクロミラーデバイスのマイクロミラーは平坦性からのずれを含む反射面及びエッジの形態の境界を有する。平坦性からのずれで反射される光は大反射角を含む局所反射光分布を与える傾向があり、エッジで回折される光は広い角度範囲にわたる。大反射角及び大回折角で結像光学系２２に入る光は、結像光学系４６の、そのような光がなければ照明装置アパーチャ絞り４４の像によって占められるであろう領域をこえる、領域を占める。
【００２０】
マイクロレンズアレイの焦平面にある空間フィルタ６６が高空間周波数及び、適切に焦点３２を通って収斂していない、迷光を排除する。空間フィルタ６６は穴のアレイとして形成することができる。リレー光学系３０は、集束スポットのパターンを含む、空間フィルタ６６の出力を基板表面３６上に結像させる。
【００２１】
リレー光学系３０のひとみとして見える、リレー光学系３０のアパーチャ絞り６８に、またはその近傍において、アポダイザーの形態であることが好ましい、アポダイザー７０がリレー光学系アパーチャ絞り６８内の光を可変態様で変調する。集束スポット３４の形成に寄与する空間周波数は、光軸４２に近づく低空間周波数及び開口絞り６８の周辺７２に近づく高空間周波数によってアパーチャ絞り６８内で径方向に配列される。
【００２２】
集束スポット３４を最小寸法まで再現するには広い空間周波数範囲が必要である。個別制御可能素子１６の不整構造及び投影装置１８内のどこか他にある異常は、アパーチャ絞り６８面内の様々な方向において空間周波数間で光の分布の均衡を失わせ、この結果形状が崩れた集束スポットを生じさせる。集束スポットの鮮鋭度に寄与する空間周波数の径方向分布は投影装置１８の様々な不整構造または異常によっても攪乱され得る。
【００２３】
例えば、図２Ａ及び２Ｂは、基板表面３６にある像平面７６における集束スポット７４の形成へのリレー光学系アパーチャ絞り６８内の空間周波数の不均一分布の効果を示す。図２Ａに示されるように、光は、リレー光学系アパーチャ絞り６８内に、アパーチャ絞り６８の面内の任意のＸ軸方位においては、アパーチャ絞り６８の面内の直交するＹ軸方位に対して、広い空間周波数範囲を集束スポット７４の形成に利用できることを意味する、長円形パターンで分布する。図２Ｂに示されるように、アパーチャ絞り６８の面内のＸ軸方位における広い空間周波数範囲は、像平面７６の対応するＸ軸方位において狭い集束スポット７４の形成に寄与する。逆に、アパーチャ絞り６８の面内のＹ軸方位における狭い空間周波数範囲は像平面７６の対応するＹ軸方位において広い集束スポット７４の形成に寄与する。
【００２４】
一般に、集束スポット３４または７４は、異なる直交方位においてより一様な解像度を有するパターンを基板３８の表面３６上に投影するため、次元対称性が高いこと、例えば円形であることが好ましい。好ましい形態において本発明は、光軸４２に関して異なる方向において空間周波数範囲のバランスをとるための、光路に沿って開口絞り６８を通過して像平面７６に向かう光の変調を提供する。
【００２５】
振幅変調または位相変調のいずれも用いることができるが、図３Ａにはアパーチャ絞り６８の面内でＸ軸方位に拡幅された空間周波数範囲を減衰させるための減衰パターン８２を有するアポダイザー８０が示される。得られる集束スポット８４は、Ｘ軸方位において対応して拡大されて、Ｙ軸方位において大きくは影響を受けていない寸法に一致する。変調されたスポット８４は全体として集束スポット７４より大きな領域を占めるが、スポット８４の形状は所望の円形にかなり近づいている。
【００２６】
必要な補正の大きさはシミュレーションにより、または測定から経験的に、決定することができる。例えば、スポット形状は通常のレンズ設計ソフトウエアから予測することができ、あるいは基板３８の感光性表面３６またはこの目的のために構成された別の表面につくられる静止像から測定することができる。
【００２７】
対称な形状の形成に加えて、スポット３４が鮮鋭に定められた像を基板３８の感光性表面３６に形成できるように、スポットのエネルギー分布がスポットについて明確な境界をつくることも好ましい。しかし、集束スポット７４及び８４のパターンにおいては異なる空間周波数の間の光の分布から生じる径方向強度変動もはっきり現れる。例えば、集束スポット７４または８４の大きさが回折限界に近づくにつれて、スポット７４または８４が基板３８の感光性表面３６に鮮鋭に定められた像を形成することができる鮮鋭度を低下させる、回折リングまたは「サイドローブ」が集束スポット７４及び８４の境界８６及び８８の近傍に現れる傾向がある。
【００２８】
図４Ａ及び４Ｂに示されるように、アポダイザー８０のさらなる修正結果としての、別形のアポダイザー９０を、実質的にラジアル対称態様である空間周波数を減衰させるための１つないしさらに多くの減衰リングを有する、環形減衰パターン９２を有するように、構成することができる。除去される空間周波数が、そうでなければさらに広い空間周波数をともなうであろう、スポット９４内のエネルギー分布のリンギングまたはサイドローブを減少させる。したがって、修正された集束スポット９４は一層明確な境界を有して、集束スポットの意図された寸法内に光エネルギーを集中させる。集束スポット９４内にさらに一様に光エネルギーを分布させるために、同様に対称なアポダイゼーションパターンを適用することができる。リレー光学系アパーチャ絞り６８内の空間周波数分布への対称及び非対称な修正は個別にまたは、図４Ａのアポダイザー９０に示されるように、組み合わせて行うことができる。
【００２９】
アポダイザー８０及び９０の目的は、集束スポット３４，８４及び９４の形状を一括して仕立て直すためにリレー光学系アパーチャ絞り６８内の様々な対称または非対称な方位に現れる選択された空間周波数を減衰させることであるが、アポダイザー８０及び９０はリレー光学系アパーチャ絞り６８から光軸４２に沿って一方向または別方向にずらして、像平面７３の異なる領域において集束スポット３４に異なる態様で影響を与えることができる。像平面７６上の異なる領域における集束スポット３４への異なる影響はレイトレーシングによって実証することができる。様々な減衰パターン及びアパーチャ絞り６８からのずらしの組合せは、米国カリフォルニア州パサデナ(Pasadena)のOptical Research AssociatesによるコードＶ，米国アリゾナ州タクソン(Tucson)のFocus SoftwareからのＺＥＭＡＸ光学設計コード，または米国マサチューセッツ州リトルトン(Littleton)のLambda Research CorporationからのＯＳＬＯ光学設計ソフトウエアのような、通常のレンズ設計ソフトウエアで計算することができる。
【００３０】
一般にはアポダイザー７０の，特定的にはアポダイザー８０または９０の、提案されるずらしは、集束スポット３４の間の意図的なまたは意図的ではない強度変動も生じさせることができる。ユニフォーマイザー５６の出力と共役な平面に視野フィルタ(図示せず)を配置することによるような、集束スポット３４の間の強度変動を補償するかまたは補足するために照明装置１２を改修することができる。
【００３１】
リレー光学系アパーチャ絞り６８を通って伝搬する光波の振幅をアポダイザーを用いて変調する代わりに、リレー光学系アパーチャ絞り６８を通って伝搬する光波の位相を位相板を用いて変調することによって、同様の効果を集束スポット形状及び集束スポット内の光分布に達成することができる。例えば、リレー光学系３０のひとみに配置された、図６に示されるような、位相板１００はスポット３４のサイドローブを低減するかまたは焦点深度を長くすることによってスポット３４の形成を改善することができる。位相板１００は、ひとみのいくつかのラジアル帯内の光の伝搬を他のラジアル帯より遅延させる、非球面１０２を有する。
【００３２】
位相の遅延は光路長差(ＯＰＤ)としても知られている。図７は、収斂による集束スポット３４のそれぞれの形成が予定されたひとみ内の波面に位相板１００によって与えられた光路長差１０４のグラフである。光路長差１０４は、回転対称であり、ゼルニケ多項式群の回転対称項を用いて数学的に、下式：
【数１】
0005633977.tif 000002
【００３３】
として表すことができる、三次球面収差を与える。ここで、座標‘ｒ’はひとみの中心における０からひとみの周端における１にわたる径方向尺度であり、Ｚｓｐｈ３はひとみの中心における光路長差(ＯＰＤ)を０に設定するために三次ゼルニケ項から差し引かれるゼルニケ係数である。
【００３４】
位相板１００の非球面１０２に対する回転対称プロファイルはひとみ全体にわたる目標光路長差(ＯＰＤ)に直接関係する。径方向座標‘ｒ’における平坦表面からのずれ‘ｄ’は、下式：
【数２】
0005633977.tif 000003
【００３５】
として与えられる。ここで、‘ｎ’は位相板１００の屈折率であり、‘１’は空気の近似屈折率である。すなわち、所望の光路長差(ＯＰＤ)は、表面のずれ‘ｄ(ｒ)’と位相板１００と位相板１００が接する光学環境の間の屈折率差‘ｎ−１’との積によって、いかなる径方向位置においても位相板１００で達成することができる。
【００３６】
リレー光学系ひとみに直に位相板１００をおくことで、結像野全体にわたり集束スポット３４のそれぞれを形成する波面に対して同じ変調が与えられる。位相プレート１００がひとみから(概ね光軸４２に沿って)変位させられると、変調波面は光軸４２に対する結像野の位置の関数として結像野にかけて変化するであろう。これは、集束スポット３４の所望の改善または補正が結像野にかけて一様ではない場合に有用であり得る。ずれ‘ｄ(ｒ)’が光軸４２に関して対称であり、位相板１００がひとみから光軸４２に沿って変位させられれば、変調波面は結像野内で光軸４２に関して対称に変化するであろう。
【００３７】
図８及び９のグラフは、マイクロレンズ２６の焦点３２の内の１つからの基板表面３６における強度分布への、位相板１００及び平面からのずれが反転している位相板によって与えられるような、ひとみ内の符号が正負の球面収差変調の効果を示す。強度グラフは単一の物点からの結像応答であり、点ひろがり関数(ＰＳＦ)として知られる。図８には、最善に焦点が合わせられた像において得られる(実線及び点線で示される)強度分布１０６Ａ及び１０６Ｂがプロットされている。図９には、最善に焦点が合わせられる像平面のすぐ先、例えば光軸４２に沿う１５μｍの距離に、変位させたときに得られる(実線及び点線で示される)強度分布１０８Ａ及び１０８Ｂがプロットされている。実線１０６Ａ，１０８Ａと点線１０６Ｂ，１０８Ｂの差は、位相板１００及び平面からのずれが反転している位相板によって代表的な波面に加えられる球面収差の正負の符号に帰因させることができる。この例によれば、１０８Ａと１０８Ｂの差は、最善に焦点が合わせられた平面の先の強度分布に影響するため、一層顕著である。
【００３８】
マイクロレンズアレイ２４から中継される集束スポット３４は焦点合わせによって寸法及び強度分布が変化し得る三次元形状を有する。マイクロレンズアレイ２４はテレセントリックである必要はないから、集束スポット３４の寸法は最善に焦点が合わせられた位置の一方の側で他方の側より速く大きくなり得る。位相板１００による球面収差の変調は集束スポット３４が焦点合わせによってどのように変化するかを変えることができ、形成されるスポットの強度分布がマスクレスリソグラフィの解像度及び対称性の規準を満たす焦点範囲(焦点深度)を向上させることができる。
【００３９】
上の例では改善のための波面の変調の回転対称形状を１つしか検証していない。実際上、いずれか他のゼルニケ項、ゼルニケ項の別の組合せまたは光路長差(ＯＰＤ)の別の連続関数を、対称性、サイドローブ、焦点深度またはマスクレスリソグラフィのその他の関連パラメータを改善するために用いることができるであろう。最善に焦点が合わせられた位置における、またはそのような位置を通る、集束スポットの最適形状は、米国カリフォルニア州パサデナのOptical Research AssociatesによるコードＶ，米国アリゾナ州タクソンのFocus SoftwareからのＺＥＭＡＸ光学設計コード，または米国マサチューセッツ州リトルトンのLambda Research CorporationからのＯＳＬＯ光学設計ソフトウエアのような、利用可能な光学設計ソフトウエアを用いてひとみ内に様々なゼルニケ項によって定められる空間を系統的に探査することで決定することができる。マイクロレンズアレイ２４のマイクロレンズ２６は、またマイクロレンズアレイ２４上の入射視野角の実効分布も、モデルに含められることが好ましいであろう。入射視野角の実効分布は結像光学系１８のアパーチャ４６の照明占有率の関数である。個別制御可能素子１６(例えば複数のミラー)の回折効果は、単一のミラーからの光しかアレイ２４のそれぞれのマイクロレンズ２６を通過しないから、集束スポット３４の形成に影響しない。
【００４０】
光路長差に関するこの位相遅延の係数は、スポットの形成におけるサイドローブまたは二次リングを小さくするために最適化することができ、及び／または焦点深度を改善するために用いることができる。焦点深度の改善は形成されるスポットの幅の拡大をある定められた照明レベルにおけるデフォーカスによって抑えることで達成される。ゼルニケ多項式の非回転対称項、特に非点収差を表す項を、横方向次元の１つでスポットの幅を小さくするため、言い換えれば、形成されるスポットの楕円形を補正して円形に近づけるために、用いることができる。
【００４１】
特定の実施形態に関して本発明を説明したが、そのような実施形態には様々な改変及び付加がなされ得ることが当業者には当然であろう。
【符号の説明】
【００４２】
１０    微細リソグラフィ投影システム
１２    照明装置
１４    パターン発生器
１６    個別制御可能素子
１８    投影装置
２０    ビームダンプ
２２    結像光学系
２４    マイクロレンズアレイ
２６    マイクロレンズ
２８    視野絞り
３０    リレー光学系
３２    マイクロレンズ焦点
３４，７４，８４，９４    集束スポット
３６    感光性基板表面
３８    感光性基板
４０    ステージ
４２    投影装置光軸
４４    照明装置アパーチャ絞り
４６    結像光学系アパーチャ絞り
５０    拡大光源
５２    ビーム
５４    プロファイラー
５６    ユニフォーマイザー
５８    コンバイナー
６２    拡散板
６３    集光レンズ
６４，６５    複眼レンズ
６６    空間フィルタ
６８    リレー光学系アパーチャ絞り
７０，８０，９０    アポダイザー
７６    像平面
８２，９２    減衰パターン
８６，８８，９６    集束スポット境界
１００    位相板
１０２    非球面
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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