(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造のパターンを印刷する方法において、
ａ）表面に記録層が設けられている基板を準備するステップと、
ｂ）構造の周期的なパターン及び構造の準周期的なパターンの内の少なくとも一つを備えたマスクを準備するステップと、
ｃ）前記基板を前記マスクに対して実質的に平行に、且つ、第１の所望の値を有する初期離隔距離で配置するステップと、
ｄ）前記マスクを透過した光フィールドが前記記録層を露光するような強度を有している、実質的に単色で実質的に視準された光でもって前記マスクを照射する照射システムを準備するステップと、
ｅ）露光時間にわたり前記マスクを照射し、その一方で第２の所望の値分、且つ、離隔距離の変化の割合で離隔距離を変化させるステップであって、前記離隔距離の変化の割合及び光の前記強度の内の少なくとも一方を前記離隔距離が変化する間変更し、それにより前記離隔距離の変化と共に変更される離隔距離の増分的な変化毎のエネルギ密度で前記マスクを照射するステップとを備えており、
前記記録層に印刷される前記パターンは、前記初期離隔距離の前記第１の所望の値からの偏差に対して、及び、前記離隔距離における変化の前記第２の所望の値からの偏差に対して低い感度を有していることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記離隔距離の増分的な変化毎のエネルギ密度を、前記離隔距離の変化にわたり少なくとも５０％変更する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記透過した光フィールドは、タルボ距離分隔てられている自己イメージ面を形成し、
前記離隔距離の変化は前記タルボ距離よりも大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記透過した光フィールドはタルボ距離分隔てられている自己イメージ面を形成し、
前記離隔距離の変化にわたる前記離隔距離の増分的な変化毎のエネルギ密度の変動は、前記タルボ距離の半分よりも大きい半値全幅を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記離隔距離の変化にわたる前記離隔距離の増分的な変化毎のエネルギ密度の変動は、切り捨てガウス分布、切り捨て正弦分布及び三角分布の内の一つに実質的に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記離隔距離を連続的に変化させ、
前記離隔距離の変化の割合は前記マスク又は前記基板の変位の速度を表す、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記離隔距離をステップ距離及びステップ頻度を有する連続的なステップで変化させ、
前記離隔距離の変化の割合が変更される場合には、前記ステップ距離及び前記ステップ頻度の内の少なくとも一つを前記離隔距離の変化にわたり変更する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記光の強度を前記離隔距離の変化にわたり連続的に変更する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記離隔距離の変化の割合は実質的に一定であり、
前記光の瞬時強度を、前記離隔距離の増分的な変化毎に上限値と下限値の間で複数回変更し、
前記離隔距離の各増分的な変化の間の強度は時間平均値に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記離隔距離を、前記離隔距離の変化にわたり、前記照射の間に複数回変更し、
前記離隔距離の変化の割合及び光の前記強度の内の少なくとも一つを前記離隔距離の各変化の間に変更する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
構造のパターンを印刷する装置において、
ａ）表面に記録層が設けられている基板と、
ｂ）構造の周期的なパターン及び構造の準周期的なパターンの内の少なくとも一つを備えたマスクと、
ｃ）前記基板を前記マスクに実質的に平行に、且つ、第１の所望の値を有している初期離隔距離で配置する手段と、
ｄ）前記マスクを透過した光フィールドが前記記録層を露光するような強度を有している、実質的に単色で実質的に視準された光でもって露光時間にわたり前記マスクを照射する照射システムと、
ｅ）第２の所望の値分、且つ、離隔距離の変化の割合で前記離隔距離を変化させる手段と、
ｆ）前記離隔距離の変化と共に実質的に漸次的に段階的に変更される、離隔距離の増分的な変化毎のエネルギ密度で前記マスクが照射されるような前記マスクの照射中に、前記離隔距離の変化の割合及び光の前記強度の内の少なくとも一方を変更する手段とを含み、
前記記録層に印刷される前記パターンは、前記初期離隔距離の前記第１の所望の値からの偏差に対して、及び、前記離隔距離における変化の前記第２の所望の値からの偏差に対して低い感度を有していることを特徴とする、装置。
【請求項１２】
前記変更手段は、可変の速度で前記離隔距離を変更するか、又は、前記離隔距離の変化と共に変更されるステップ間の期間を有する連続的なステップで前記離隔距離を変更するアクチュエータを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記照射システムは出力を有する出力ビームを放射する光源を含み、前記変更手段は前記出力ビームの出力を変化させる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記照射システムは、前記マスクを照射する光の強度を変化させる可変の減衰器を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記マスクにおける構造の周期的なパターン及び準周期的なパターンの内の少なくとも一つは、透明な基板上の不透明な材料の層及び位相シフト材料の層の内の少なくとも一方に形成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記構造の周期的なパターン及び前記構造の準周期的なパターンの内の少なくとも一方は少なくとも一つの方向において周期的である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記マスクは複数の周期的なサブパターンを備えており、
前記複数の周期的なサブパターンの内の少なくとも一つは第１の周期を有し、前記複数の周期的なサブパターンの内の少なくとも一つは異なる第２の周期を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記マスクにおける前記周期的なパターンは第１の方向に配向されている格子ベクトルを有し、
前記マスクは、異なる第２の方向に配向されている格子ベクトルを有する、少なくとも一つの付加的な周期的なパターンを備えている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
前記照射システムは光のビームを形成し、且つ、前記マスクにわたり前記ビームをスキャンするためのスキャンシステムを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項２０】
コンピュータシミュレーションを付加的に使用し、前記離隔距離の変化にわたる前記離隔距離の増分的な変化毎のエネルギ密度の所要変動を求める、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、マイクロ構造及びナノ構造の作成に使用されるようなフォトリソグラフィの分野、特にタルボ効果（Talbot effect）を基礎とするフォトリソグラフィの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィによる作成は、表面におけるマイクロ構造及びナノ構造の変形を実現する。フォトリソグラフィ技術はこの変形を、所望のパターンに対応する強度分布を有している光フィールドに感光性の表面を晒すことによって達成する。感光性の表面は通常の場合、直接的に基板表面に塗布されているか、又は、間接的に他の材料の中間層にわたり塗布されている、フォトレジストのような感応性の材料から成る薄い層である。露光の結果として感光性の層において生じる化学的又は物理的な変化は、基板の材料において、又は別の材料の中間層において所望のパターンを得るために、後続のプロセスにおいて利用される。最も一般的に使用されているフォトリソグラフィ技術においては、マスクに規定されているパターンのイメージが、光学系を使用して基板表面に投影される。
【０００３】
多くの用途に関して、１次元又は２次元で繰り返されるパターン構造、即ち周期的なパターンの単位セル（unit cell）を含むパターンが必要とされる。そのようなパターンをマスクから基板に転写するための特殊なフォトリソグラフィ技術はタルボ効果を基礎としている。マスクに規定されている周期的なパターンが単色光の視準されたビームで照射されると、透過した光フィールドにおける回折次数が、マスクからの所定の距離において、いわゆるタルボ面（Talbot plane）にパターンの「自己イメージ」を再構成する。線形回折格子に関して、タルボ距離（Talbot distance）として既知である自己像の離隔距離Ｓは、次式によって照射波長λ及びパターンの周期ｐに関連付けられている。
Ｓ≒２ｐ2／λ      式（１）
【０００４】
この式は、ｐ≫λである場合（即ち、光が比較的小さい角度で回折される場合）に良好な精度を有しているが、ｐの絶対値がλに近付くほど近似は悪くなる。フォトレジストが塗布された基板をそれらの面の内の一つに配置することによって、マスクパターンがフォトレジストに印刷される（例えば、C. Zanke等の「Large area patterning for photonic crystals via coherent diffraction lithography」，J. Vac. Sci. Technol. B 22, 3352 (2004)を参照されたい）。更には、自己イメージ面間の中間距離においては、マスクにおけるパターンよりも高い空間周波数を有しているタルボサブイメージが形成され、このタルボサブイメージは、それらの分数タルボ面の内の一つにフォトレジストが塗布された基板が配置されることによって印刷される。それらの技術を使用して達成された印刷結果は、マスクパターンのデューティサイクル（即ち、構造周期の分数としての構造の寸法）がタルボ面又は分数タルボ面における強度分布の高コントラストを生じさせるように選択されると改善される（アメリカ合衆国特許第4,360,586号を参照されたい）。また従来技術においては、位相シフト材料を使用してマスクにおける周期的なパターンを作成することによってタルボイメージのコントラストを高めることも公知である。高分解能の周期的なパターンのための慣例の投影型フォトリソグラフィシステムのコストが高いことから、そのような高分解能の周期的なパターンを印刷するためにはタルボ結像を用いるフォトリソグラフィが非常に有利である。
【０００５】
しかしながら、タルボ技術の主たる欠点は、自己イメージ及びサブイメージの強度分布がマスクからの距離に非常に敏感であること、つまり、それらの強度分布が非常に浅い被写界深度を有していることである。このことは、回折格子を正確に印刷するためには、基板をマスクに対して非常に正確に位置決めしなければならないことを意味している。自己イメージ及びサブイメージの被写界深度はパターン周期の平方に依存するので、この位置決めは回折格子の周期が短くなるに連れ一層困難になる。更には、パターンを非常に平坦でない基板表面に印刷する必要がある場合、又は、基板表面にトポグラフィ的な構造が存在するか、もしくは、パターンをフォトレジストの厚い層に印刷する必要がある場合、所望の結果を得ることは不可能であると考えられる。
【０００６】
高分解能の周期的なパターンを費用効果のあるやり方で印刷するための改善された方法として、色収差無しタルボリソグラフィが近年導入されている（H. H. Solak等の「Achromatic Spatial Frequency Multiplication: A Method for Production of Nanometer-Scale Periodic Structures」，J. Vac. Sci. Technol.，23, pp. 2705-2710 (2005)及びアメリカ合衆国特許出願公開第2008/0186579号を参照されたい）。この方法はリソグラフィ用途に関して二つの顕著な利点を提供する。第１に、古典的なタルボ方式を使用した際に直面する被写界深度の問題が解決される。第２に、多数のパターンタイプに関して空間周波数が増倍される。つまり、マスクにおけるパターンの分解能に関して、印刷された構造の分解能が高められる。色収差無しタルボリソグラフィ（ＡＴＬ；Achromatic Talbot Lithography）においては、広いスペクトルバンド幅を有している光源からの視準されたビームを用いてマスクが照射され、また、マスクから所定の距離を越えると、透過した光フィールドがいわゆる静止イメージを形成し、その強度分布は距離の更なる延長に対しても不変である。線形回折格子の場合には、これが発生するマスクからの最小距離ｄminが、次式によってマスクにおけるパターンの周期ｐ及び照射のスペクトルバンド幅Δλに関連付けられている：
ｄmin≒２ｐ2／Δλ      式（２）
【０００７】
この距離を超えると、異なる波長についてのタルボイメージ面は、静止イメージを生成するマスクからの距離が大きくなるに連れ、連続的に分散される。従って、フォトレジストが塗布された基板をこの領域に配置することによって、この基板は、特定の波長について連続的なタルボ面間に形成される水平方向の強度分布の全体の範囲に晒される。つまり、基板に印刷されるパターンは水平方向の強度分布のこの範囲の平均値又は積算（積分）であり、これはマスクに関する基板の縦方向の変位に対して実質的に不感である。従ってこの技術は標準的なタルボ結像を用いるものよりも遥かに深い被写界深度を実現し、また、慣例の引伸ばし、近接印刷又は密着印刷を用いるものよりも遥かに深い被写界深度を実現する。
【０００８】
特定のマスクパターンに由来するＡＴＬ像における強度分布は、マスクを通過する電磁波及びマスク通過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によって求めることができる。そのようなシミュレーションツールは、基板表面において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の最適化に使用することができる。
【０００９】
ＡＴＬ法は主として、少なくとも一方向において一定の周期で反復的に現れる単位セルを含む周期的なパターンを印刷するために開発された。しかしながらこの技術を、静止イメージの特定部分を形成する回折次数は周期が実質的に一定であるマスクの部分によってもたらされるように、マスクにわたり十分に「緩慢に」段階的に空間的に変化する周期を有しているパターンにも問題なく適用することができる。そのようなパターンを準周期的と表すことができる。
【００１０】
ＡＴＬの欠点は、マスクと基板との間において要求される離隔距離が不都合でない大きさであるようにするために、顕著なスペクトルバンド幅を有している光源が必要とされることである。マスクから伝播する異なる回折次数の角度発散は基板表面における異なる次数間の空間的なオフセットをもたらし、それによりパターン縁部においてはイメージの再構成が不完全になり、これは離隔距離が大きくなるに連れより劣化する。回折次数の端部におけるフレネル回折も印刷パターンの端部の品質を低下させ、またこれも離隔距離が大きくなるに連れより劣化する。これらの理由から、比較的狭いスペクトルバンド幅を有しているレーザ光源は大抵の場合ＡＴＬに適していない。
【００１１】
非レーザ光源、例えばアークランプ又は発光ダイオードをＡＴＬに適用することは困難であることから、生産プロセスにおける高スループットを保証するための露光ビームの高出力と、高コントラスト結像を保証し、且つ、構造分解能の低下を最小限にするための良好なビーム視準とが組み合わされる。非レーザ光源から良好な視準を達成するためには、出力ビームの空間的なフィルタリングが要求されるが、これは一般的に電力の大幅な損失をもたらす。
【００１２】
ＡＴＬ技術の利点は、アメリカ合衆国特許出願公開第2008/0186579号に開示されている、異なる技術ではあるが関連性のある技術を使用することによって得られる。この構成においては、マスクにおける周期的なパターンが単色光の視準されたビームによって照射され、また、タルボ面間の強度分布の平均値が基板に印刷されるようにするために、露光中にはマスクからの基板の距離が、連続的なタルボイメージ面間の離隔距離の整数倍に対応する範囲にわたって変更される。従って、使用できる最小変位は連続的なタルボ面の離隔距離に等しい（整数＝１の場合）。露光中のこの変位を用いた場合、基板に印刷されたパターンは、ＡＴＬ技術を使用して印刷されたものと実質的に同一である。上記特許文献には、上述の範囲にわたる複数の離散的な位置において基板を露光することによって、連続的に又は離散的に変位を実施できることが開示されている。連続的な変位を使用する場合、横方向の強度分布の所望の平均値が得られるようにするために変位の速度は一定でなければならず、また離散的又は段階的な変位を使用する場合、それぞれの離散的な位置における照射線量は同様の理由から等しくなければならない。この一般的な技術は変位タルボリソグラフィ（ＤＴＬ；Displacement Talbot Lithography）と称される。
【００１３】
ＡＴＬ技術を用いて基板において形成された積算強度分布とＤＴＬ技術を用いて基板において形成された積算強度分布とは実質的に等価であり、両方とも印刷パターンに関する深い被写界深度及び空間周波数逓倍を実現するが、ＤＴＬによる構成は基板とマスクのより狭い離隔距離でもって使用することができるという利点を有している。これによってパターン縁部の劣化が低減され、また視準に対する要求は余り厳密ではないので、光源からの出力のより効果的な利用が実現される。更にＤＴＬ技術は、生産プロセスにとって好適なレーザ光源を使用することができる。その種の光源からの光を、出力損失は無視できる程度の良好に視準されたビームに変形することができ、それにより、構造分解能の低下は最小になり、イメージのコントラストは最大になる。
【００１４】
特定のマスクパターンからＤＴＬを使用して印刷されるパターンの構造をシミュレーションソフトウェアによって理論的に求めることもできる。
【００１５】
更に従来技術においては、ＤＴＬ並びにＡＴＬを準周期なパターンに適用できることが言及されているが、その詳細、制限及び欠点については開示されていない。
【００１６】
ＤＴＬ技術の欠点は、露光中のマスクに相対的な基板の縦方向の変位がタルボ距離の整数倍に正確に対応していなければならないことである。変位が正確に整数倍である場合には、基板を露光する積算強度分布は基板とマスクの初期離隔距離に依存せず、マスク及び基板が正確に平坦且つ平行でない場合であっても、基板にパターン構造を一様に露光する。その一方で、例えば変位アクチュエータの機械的なヒステリシス又は制限されたステッピング分解能に起因して、又は、照射システムによる露光時間と基板の変位との間の同期が不正確であることに起因して、変位がタルボ距離の正確に整数倍ではない場合には、積算強度分布は初期離隔距離に依存する。このケースにおいて、マスクと基板が正確に平坦且つ平行でない場合、構造サイズの空間的な変化が印刷されたパターンに反映され、また、マスクと基板が正確に平坦且つ平行ではあるが、その離隔距離が異なる基板に対して異なっている場合、印刷される構造サイズは基板毎に異なるので、いずれの場合も特定の用途にとっては問題となる。マスクと基板の離隔距離に対する印刷されるパターンのそれらの感度は、大きいタルボ距離分、マスクに相対的に基板を縦方向に変位させることによって低減することができるが、これによって構造分解能の低下（照射ビームが良好に視準されていない場合）、構造形状の歪み（変位の方向が正確に縦方向でない場合）、パターン縁部の劣化（ギャップが過度に大きい場合）のような別の問題がもたらされる可能性もあり、また不利なことに、基板を変位させるための機械的なサブシステムの比較的大きい移動範囲と、所定の露光時間にわたる変位の比較的速い速度とが必要になる。
【００１７】
縦方向の変位が正確にタルボ距離の整数倍に対応するように配置することの更なる困難な問題は、一般的に、透過した光フィールドはマスクに対して直行する方向において正確に周期的でないことである。これに関しては、以下において１次元のパターン及び２次元のパターンの二つの特定の例に基づき説明する。１次元の周期的なパターン、即ち、線形回折格子のケースにおいて、照射波長に関する回折格子周期は、０次の回折次数及び１次の回折次数が透過した光フィールドにおいて伝播するようなものである場合、結果として得られた干渉パターンはマスクに対して直交する方向において正確に周期的であり（マスクパターンの縁部における作用は無視する）、また自己イメージ面は良好に規定されており、且つ、正確にタルボ距離だけ隔てられている。しかしながら、回折格子の周期が波長に関して、２次の回折次数、また場合によってはそれよりも高次の回折次数も伝播するようなものである場合、（０次の次数及び１次の次数によって規定されるような）自己イメージ面でのより高次の次数の位相はマスクの面におけるものとは正確に同一のものではなく、またそのような自己イメージは正確に形成されておらず、透過した光フィールドはマスクに対して直行する方向において正確に周期的なものではない。従って、回折次数が比較的高い場合、ＤＴＬの従来技術の教示では、積算強度分布の、基板とマスクとの間の離隔距離の初期値への何らかの依存性を回避することは不可能であり、これによりパターンを一様で再現性があるように印刷することが困難になる。２次元の周期的なパターンのケースにおいては、マスクに対して直交する方向において正確に周期的な光フィールドを得ることに関して更に困難な問題が存在する。例えば、直交する方向におけるパターン成分の周期が異なる場合、それぞれの成分に関するタルボ距離も異なり、従って一般的なケースでは、透過した光フィールドは伝播方向におけるいずれのタルボ距離でもっても周期的にはなりえない。更に別の例においては、パターン構造が正方形のグリッドに配列され（つまり二つの方向におけるパターン成分の周期は等しい）、また、対角線状に回折された（±１，±１）次数を含めた１次の回折次数のみが透過した光フィールドにおいて伝播するようにパターン周期が選択される場合には、対角線状に回折された次数と関連付けられた異なるタルボ距離も、マスクに対して直交する方向における光フィールドの周期性を劣化させる。
【００１８】
変位タルボリソグラフィの従来技術による教示を用いた場合の更に別の困難な問題は、一様な周期を有しているがパターン領域にわたり緩慢に変化するパターンを有している準周期的なパターン、又は、複数の異なるサブパターン周期を有しているサブパターンから成るマスクパターンにこの変位タルボリソグラフィを適用した場合に生じる。そのようなパターンでは、完全なパターンを照射すること、また、異なる周期を同時に満たすタルボ距離の正確な整数倍だけマスクに相対的に基板を変位させることは不可能であり、従って上記において説明した理由から、そのようなパターンを一様に印刷することは不可能である。
【００１９】
従って本発明の第１の課題は、タルボ距離の整数倍に正確に対応する距離だけ基板をマスクに相対的に変位させる必要なく、構造の周期的なパターンをマスクにおけるパターンから基板に一様で再現性のあるように印刷するための変位タルボリソグラフィに関する方法及び装置を提供することである。
【００２０】
本発明の第２の課題は、印刷される構造の分解能が許容できない程まで劣化しないようにするために大きい係数分タルボ距離よりも大きいマスクに関する基板の相対的な変位、印刷される構造の形状並びにパターンの縁部の鮮明度を要求しない、マスクにおけるパターンから基板に構造の周期的なパターンを一様で再現性のあるように印刷するための変位タルボリソグラフィに関する方法及び装置を提供することである。
【００２１】
本発明の第３の課題は、２次又はそれよりも高次の回折次数がマスクを透過した光フィールドにおいて生じるような、照射の波長に関する周期を有している１次元のマスクパターンから、構造の１次元の周期的なパターンを基板に一様で再現性のあるように印刷するための変位タルボリソグラフィに関する方法及び装置を提供することである。
【００２２】
本発明の第４の課題は、異なる方向においては同一ではない周期を有しているか、又は、対角線状に回折された次数を生じさせる２次元のマスクパターンから、構造の２次元の周期的なパターンを基板に一様で再現性のあるように印刷するための変位タルボリソグラフィに関する方法及び装置を提供することである。
【００２３】
本発明の第５の課題は、マスクにわたり連続的に変化するか、段階的に変化する周期を有しているマスクパターンから、構造の周期的なパターンを基板に一様で再現性のあるように印刷するための変位タルボリソグラフィに関する方法及び装置を提供することである。
【００２４】
本発明の第６の課題は、照射システムによる露光と基板又はマスクの変位との間の正確な同期を要求しないマスクパターンから、構造の周期的なパターンを基板に一様で再現性のあるように印刷するための変位タルボリソグラフィに関する方法及び装置を提供することである。
【００２５】
本発明の第１の態様によれば、構造の第１の周期的なパターン及び構造の第１の準周期的なパターンの内の少なくとも一つを印刷するための方法が提供され、この方法は以下のステップを備えている：
ａ）基板を準備するステップであって、該基板はその表面に設けられている記録層を有しているステップ；
ｂ）構造の第２の周期的なパターン及び構造の第２の準周期的なパターンの内の少なくとも一つを備えたマスクを準備するステップ；
ｃ）基板をマスクに対して実質的に平行に、且つ、第１の所望の値を有する初期離隔距離で配置するステップ；
ｄ）マスクを透過した光フィールドが記録層を露光するような強度を有している、実質的に単色で実質的に視準された光でもってマスクを照射する照射システムを準備するステップ；
ｅ）露光時間にわたりマスクを照射し、その一方で第２の所望の値分、且つ、離隔距離の変化の割合で離隔距離を変化させるステップであって、前記離隔距離の変化の割合及び光の強度の内の少なくとも一方を離隔距離の変化にわたり変更し、それにより離隔距離の変化と共に変更される離隔距離の増分的な変化毎のエネルギ密度でマスクを照射するステップ；
但し、記録層に印刷されるパターンは、初期離隔距離の第１の所望の値からの偏差に対して、また、離隔距離における変化の第２の所望の値からの偏差に対して低い感度を有している。
【００２６】
最も有利には、離隔距離の増分的な変化毎の露光密度は変位距離にわたり実質的に漸次的に変更される。
【００２７】
有利には、離隔距離の増分的な変化毎の露光密度は、離隔距離の変化にわたり少なくとも５０％、最も有利には少なくとも８０%変更される。
【００２８】
最も有利には、離隔距離の変化にわたる離隔距離の増分的な変化毎の露光エネルギ密度の変動は、タルボ距離の少なくとも０．８倍である半値全幅（ＦＷＨＭ）を有しているが、特に、印刷されたパターンの一様性及び再現性におけるある程度の劣化を関連する特定の用途に関して許容できる場合には、それよりも小さい、タルボ距離の半分にまで低下した値を択一的に使用することができる。また最も有利には、変化の全幅はタルボ距離の２倍の少なくとも０．８倍であるべきであるが、用途に対する要求が比較的低い場合には、それよりも小さい、タルボ距離の半分にまで低下した値をやはり択一的に使用することができる。
【００２９】
有利には、離隔距離の変化にわたる離隔距離の増分的な変化毎のエネルギ密度の変動は実質的に、切り捨てガウス分布（truncated Gaussian distribution）、切り捨て正弦分布（truncated sinusoidal distribution）及び三角分布の内の一つに対応しているが、それらの分布の内の少なくとも一つに屡次する分布も択一的に使用することができる。
【００３０】
有利には、マスクとウェハの離隔距離は離隔距離の変化にわたり連続的に一定速度で変更されるか、又は、離隔距離の変化の割合が離隔距離の変化の間に変更されるケースにおいては、マスク及びウェハの内の少なくとも一方の変位の速度を変化させながら変更される。択一的に、離隔距離の変化にわたる比較的小さい一連のステップで離隔距離を変化させることによって、マスクとウェハの離隔距離を離散的に変化させることができ、この場合、離隔距離は連続的なステップ間の時間の周期にわたり一定のままである。そのようなステップの構成の場合、離隔距離の増分的な変化毎のエネルギ密度はステップ毎のエネルギ密度を表す。離隔距離の変化の割合が離隔距離の変化と共に変更されるケースにおいては、これは一定のステップ距離を使用することによって、且つ、ステップ頻度を変更することによって、又は、一定のステップ頻度を使用することによって、且つ、ステップ距離を変更することによって達成される。
【００３１】
照射の強度が離隔距離の変化中に変更されるケースにおいては、これはビームの瞬間的な強度を変更することによって、又は、パルス制御式の露光が使用される場合には、パルスの周波数及び／又はデューティサイクルを変調することによって達成される。後者のケースにおいては、ビームの強度はむしろ少なくとも一つのパルス周期にわたる時間平均値を表す。
【００３２】
有利には、露光全体中の離隔距離の前述の変化にわたり離隔距離を複数回変化させることができ、ここで離隔距離の変化の割合及び照射の強度の内の少なくとも一方が前述の離隔距離の各変化の間に変更される。
【００３３】
本発明の第２の態様によれば、構造の第１の周期的なパターン及び構造の第１の準周期的なパターンの内の少なくとも一つを印刷するための装置が提供され、この装置は以下のものを含んでいる：
ａ）表面に設けられている記録層を有している基板；
ｂ）構造の第２の周期的なパターン及び構造の第２の準周期的なパターンの内の少なくとも一つを備えたマスク；
ｃ）基板をマスクに実質的に平行に、且つ、第１の所望の値を有している初期離隔距離で配置する手段；
ｄ）マスクを透過した光フィールドが記録層を露光するような実質的に単色で実質的に視準された光の強度でもってマスクを照射する照射システム；
ｅ）第２の所望の値分、且つ、離隔距離の変化の割合で離隔距離を変化させる手段；
ｆ）離隔距離の変化にわたり変更される離隔距離の増分的な変化毎のエネルギ密度だけマスクが照射されるようなマスクの照射中に、離隔距離の変化の割合及び光の強度の内の少なくとも一方を変更する手段；
但し、記録層に印刷されるパターンは、初期離隔距離の第１の所望の値からの偏差に対して、また、離隔距離における変化の第２の所望の値からの偏差に対して低い感度を有している。
【００３４】
有利には、上記の変更手段はアクチュエータを可変の速度で変位させるか、又は、マスクを照射する光の強度を変調する。
【００３５】
後者の場合には、上記の変更手段は有利には、マスクを照射するビームの強度を変調する、最も有利にはコンピュータによる制御下で変調する照射システムの光源からの照射ビームの経路に設けられている可変の減衰器を含んでいる。択一的に、強度を変更する手段は、出力ビームの出力が変更されるように光源に対する電気的な入力を変更し、最も有利にはコンピュータによる制御下で変調する。
【００３６】
有利には、マスクにおけるパターンの構造は、透明な基板上に形成されたクロムのような不透明な材料の層における透明な空間を含む。択一的にそれらの構造は、透明な基板上に形成されており、また、相対的な位相シフトを局所的に透過された光にもたらす、透明又は部分的に透明な材料の層における透明な空間を含むことができる。
【００３７】
マスクにおける一つ又は複数のパターン及び印刷された一つ又は複数のパターンは、１次元のパターン（即ち線形回折格子）であるか、又は（例えば正方形、矩形又は六角形の格子に配置された複数の構造を備えている）２次元のパターンであるか、１次元の周期的なパターンと２次元の周期的なパターンとの組み合わせである。マスクに複数の周期的なパターンが存在する場合、パターンは同一の周期を有することができるか、又は異なる周期を有することができ、またそれらの格子ベクトルは同一方向であっても異なる方向であっても良い。
【００３８】
有利には、照射システムは、露光中のマスクに関して固定的であり、且つ一様な照射ビームを形成する。択一的に、時間積分露光密度がパターンにわたり一様であるように、照射システムはマスクにわたりビームをスキャンすることができる。この場合、距離にわたる離隔距離の増分的な変化毎のエネルギ密度の変動は露光中に十分に高い頻度で繰り返され、それによりマスクパターンの各点は変位距離にわたる離隔距離の増分的な変化毎のエネルギ密度の同一の変化を受ける。
【００３９】
本発明の上記の態様及び／又は下記の態様は、添付の図面を参照しながら以下において説明する幾つかの実施例から明らかになり、またより良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】マスクに関するウェハの縦方向の変位の速度がマスクの照射中に変更される、ウェハに周期的なパターンを印刷するための本発明の第１の実施の形態を概略的に示す。
【図２】第１の実施の形態において使用される、マスクを透過した光フィールドのコンピュータシミュレーションを示す。
【図３】従来技術によるＤＴＬ露光及び第１の実施の形態のマスクを使用する、ウェハを印刷する時間平均分布における強度の横方向の変化を示す。
【図４】従来技術によるＤＴＬ露光及び第１の実施の形態のマスクを使用する、ウェハを露光する時間平均分布におけるピーク強度の、ウェハとマスクの平均離隔距離及び変位距離に対する感度を示す。
【図５】従来技術によるＤＴＬ露光及び第１の実施の形態のマスクを使用する、積算分布におけるピークに対応するウェハ上の横方向の位置における、時間平均強度の変位距離への依存性を示す。
【図６】本発明の種々の実施の形態において使用される、ウェハとマスクとの間の離隔距離の変化による変位増分毎の露光エネルギ密度の変動を示す。
【図７】第１の実施の形態のマスクと、切り捨てガウス分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の照射線量とを使用する、ウェハを露光する時間平均分布におけるピーク強度の平均離隔距離及び変位距離に対する感度を示す。
【図８】第１の実施の形態のマスクと、切り捨てガウス分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の照射線量とを使用する、積算分布におけるピークに対応するウェハ上の横方向の位置における、時間平均強度の変位距離への依存性を示す。
【図９】第１の実施の形態のマスクと、切り捨て正弦分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の照射線量とを使用する、ウェハを露光する時間平均分布におけるピーク強度の平均離隔距離及び変位距離に対する感度を示す。
【図１０】第１の実施の形態のマスクと、切り捨て正弦分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の照射線量とを使用する、積算分布におけるピークに対応するウェハ上の横方向の位置における、時間平均強度の変位距離への依存性を示す。
【図１１】第１の実施の形態のマスクと、三角分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の照射線量とを使用する、ウェハを露光する時間平均分布におけるピーク強度の平均離隔距離及び変位距離に対する感度を示す。
【図１２】第１の実施の形態のマスクと、三角分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の照射線量とを使用する、積算分布におけるピークに対応するウェハ上の横方向の位置における、時間平均強度の変位距離への依存性を示す。
【図１３】マスクを照射するビームの強度がマスクに関するウェハの縦方向の変位の間に変更される、ウェハに周期的なパターンを印刷するための本発明の第２の実施の形態を概略的に示す。
【図１４】従来技術によるＤＴＬ露光及び第２の実施の形態のマスクを使用する、ウェハを露光する時間平均強度分布を示す。
【図１５】従来技術によるＤＴＬ露光及び第２の実施の形態のマスクを使用する、ウェハを露光する時間平均分布におけるピーク強度の、ウェハとマスクの平均離隔距離及び変位距離に対する感度を示す。
【図１６】従来技術によるＤＴＬ露光及び第２の実施の形態のマスクを使用する、積算分布におけるピークに対応するウェハ上の横方向の位置における、時間平均強度の変位距離への依存性を示す。
【図１７】第２の実施の形態のマスクと、切り捨てガウス分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の照射線量とを使用する、ウェハを露光する時間平均分布におけるピーク強度の平均離隔距離及び変位距離に対する感度を示す。
【図１８】第２の実施の形態のマスクと、切り捨てガウス分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の照射線量とを使用する、積算分布におけるピークに対応するウェハ上の横方向の位置における、時間平均強度の変位距離への依存性を示す。
【図１９】第２の実施の形態のマスクと、切り捨て正弦分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の照射線量とを使用する、ウェハを露光する時間平均分布におけるピーク強度の平均離隔距離及び変位距離に対する感度を示す。
【図２０】第２の実施の形態のマスクと、切り捨て正弦分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の照射線量とを使用する、積算分布におけるピークに対応するウェハ上の横方向の位置における、時間平均強度の変位距離への依存性を示す。
【図２１】第２の実施の形態のマスクと、三角分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の照射線量とを使用する、ウェハを露光する時間平均分布におけるピーク強度の平均離隔距離及び変位距離に対する感度を示す。
【図２２】第２の実施の形態のマスクと、三角分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の照射線量とを使用する、積算分布におけるピークに対応するウェハ上の横方向の位置における、時間平均強度の変位距離への依存性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下では、本発明の第１の実施例が示されている図１を参照する。アルゴンイオンレーザ１は、３６３．８ｎｍの波長及び〜２ｍｍの直径を有しており、また、単一横モード（つまりガウス強度プロフィールを有する）及び多縦モードにある、実質的に単色光のビーム２を放射する。光は平面偏波されており、偏波ベクトルは図の平面に対して直交している。そのようなレーザは、例えば、Newport Corporation（特に、BeamLok lasersの製品）又はCoherent Inc.（特にInnova Sabre lasersの製品）によって市販されている。電子的に操作されるシャッタ３を通過した後に、ビーム２の直径は一組のレンズを備えているビーム拡大器４によって拡大され、従って、ビーム変換器６を用いて結果として生じたビームの強度プロフィールを、ガウス分布から、ビームの中心部分にわたり実質的に一様な分布により簡単に変更することができる。適切なビーム変換器は市販されており、例えば、Moltech GmbH（特に、piShaper productの製品）によって市販されている。ビーム変換器６の出力ビームは第２のビーム拡大器８を通過する。この第２のビーム拡大器８は平行ビーム、即ち視準されたビームを形成し、その中心の一様な部分は印刷されるべきパターンのサイズよりも大きい直径を有している。ビームはミラー１０によってマスク１２に向かって反射され、それにより平行ビーム１１が直角入射し、マスク１２におけるパターン１３が実質的に一様に照射される。マスクの下側の表面には、不透明な複数のラインと透明な複数のスペースとから成る、８００ｎｍの周期を有する１次元の周期的なパターン１３（即ち、線形回折格子）が設けられている。パターン１３は、標準的な電子ビームマスク作成技術を使用して、厚い（例えば０．２５"）溶融シリカ基板上のクロムの層に作成されている。図面においては、マスクパターン１３において５個のラインとスペースしか示されていないが、何桁も多い数のラインが設けられており、またマスクパターン１３が典型的にはセンチメートルの寸法を有していると解される。マスク１２は支持フレーム（図示せず）に固く固定されている。
【００４２】
マスク１２の下にはウェハ１４があり、このウェハ１４の上側の表面には、標準的なｉ線感応性フォトレジスト１５の〜１μｍの厚さの層がスピンコーティングされている。ウェハ１４は真空チャック１６に実装されている。真空チャック１６は機械的な位置決めシステム１７に取り付けられており、この位置決めシステム１７は、マスク１２におけるパターン１３に実質的に平行に、且つパターン１３の近傍にウェハ１４を位置決めするよう構成されている複数のアクチュエータと協働する。それらのアクチュエータは制御システム１８によって変位される。またそれらのアクチュエータは有利には三つの圧電トランスデューサ（ＰＺＴ）を有しており、各圧電トランスデューサは、ヒステリシス及びドリフトによって惹起される変位エラーを最小限にするために、それらの各変位の閉ループ制御を実現する統合型歪みゲージ又は容量性センサを有しており、また有利には、例えば１００μｍのような長い移動距離を有している。例えば、ウェハ１４の異なる面上に設けられている既知で同じ厚さの基準スペーサを使用して、ウェハ１４はマスク１２に対して平行に、且つ、マスク１２の近傍に調整される。ウェハ１４とマスク１２の離隔距離は一般的に、最初に２０μｍの値にセットされる。変位タルボリソグラフィに関しては、このパラメータは十分小さくあるべきであるがクリティカルではなく、それにより、完璧ではない局所的な視準に起因する照射ビームにおける角度範囲が、印刷されるパターンの分解能を許容できないほどに劣化させることはない。最も有利には、露光中の横方向のあらゆる変位成分が印刷されているパターンの周期に関して小さくなるまでに、露光操作の間に必要とされるウェハ１４の縦方向の変位をそのウェハ１４の表面に対して正確に直行させるために、位置決めシステム１７がガイド装置又は（標準的な精密位置決めシステムの分野における当業者には十分に既知であるような）同等のメカニズムと協働すべきである。付加的に、制御システム１８によって、露光操作中にも必要とされるような所定のプロフィールに応じた変位中に変更される速度でもってウェハ１４を縦方向に変位させることができる。ウェハ１４とマスク１２との間の平行性及び離隔距離を整えるための操作は、マスク１２に関するウェハ１４の粗い分解能の縦方向の変位を生じさせるための手動の手段又は自動的な手段（例えばステッピングモータ）を機械的な位置決めシステム１７に付加的に統合することによって簡略化することができる。
【００４３】
３６３．８ｎｍの波長の視準されたビーム１１を用いて８００ｎｍの周期の回折格子パターン１３を照射することにより０次及び１次の回折次数が生じ、この回折次数は、透過した光フィールドにおける一連の自己イメージ面の形成に干渉する。離隔距離Ｓ01は、
Ｓ01＝λ／（ｃｏｓθ0−ｃｏｓθ1）      式（３）
によって得られる。但し、θ0及びθ1は０次及び１次のそれぞれの回折角度である。
【００４４】
式（３）により、Ｓ01≒３．３μｍである。しかしながら、１次及び２次のビームの回折角度が大きいことに起因して（それぞれ〜２７°及び〜６６°）、２次の回折次数はそれらの平面における０次及び１次のビームとは正確に同相ではなく、従って、マスクパターン１３の自己イメージは正確には形成されず、更には、明確なタルボ面に正確に位置していない。その結果、従来技術による変位タルボリソグラフィを使用して、マスクパターン１３がこの照射波長で露光されると、ウェハ１４上にパターンを一様に印刷することは非常に困難になる。マスク１２とウェハ１４の離隔距離の変化に対する、印刷されたパターンの線幅の感度を露光プロセスのコンピュータシミュレーションによって評価することができる。そのようなコンピュータシミュレーションは有利には、周期的なマイクロ構造及び一様な媒体を通過する電磁波の伝播を計算するための標準的な理論手法、例えば、有限差分時間領域法（ＦＴＤＴ；finite difference time domain）又は厳密結合波解析（ＲＣＷＡ；rigorous coupled wave analysis）を使用して実行される。市販のソフトウェア又はフリーソフトウェア、例えばＧＳｏｌｖｅｒ（ＲＣＷＡの場合、Grating Solver Development Co.製）又はＭＥＥＰ（ＦＴＤＴの場合、Massachusetts Institute of Technology製）を使用することができる。３６３．８ｎｍの波長を有するビーム１１が直角入射することにより照射された、この実施の形態において使用されるマスクパターン１３を透過した回折光フィールドがシミュレートされており、その結果が図２に示されている。図２は、回折格子パターン１３の一周期の幅にわたる、マスク１２から８μｍの距離まで延ばされた光フィールドの一部を示す。自己イメージ面における２次のビームの相対位相が変化することから、強度分布は距離が長くなるに連れ正確には周期的ではなくなるにもかかわらず、マスク１２におけるパターン１３の〜３．３μｍの自己イメージの規則的な間隔が形成されていることが図から見て取れる。ＤＴＬ法をこの図示されている回折格子パターン１３に適用することの効果は、連続する自己イメージ面の離隔距離の整数倍に対応する距離の範囲にわたる光フィールドを積算ないし積分することによって求めることができる。マスク１２から２０μｍの初期距離にあるウェハ１４と、２倍のタルボ距離の範囲にわたり（即ち６．６μｍにわたり）積算された光フィールドとを用いて、フォトレジスト１５を露光する時間平均強度分布は明るいラインの周期的なパターンであり、その周期は１次元のマスクパターンにＤＴＬを適用した際に一般的に得られるように、マスクにおけるパターンの周期の半分である。（ラインに対して直交する方向における）この分布にわたる強度の変化が図３に示されている。図３は、マスクパターン１３の一周期に対応する距離にわたる変化を示す。マスク１２及びウェハ１４が正確に平坦又は平行でない場合であっても、パターンをマスク１２からウェハ１４に一様に再現性があるように印刷するために、積算分布におけるピークの強度がウェハ１４とマスク１２の局所的な初期離隔距離に対して敏感ではないこと、又は、ウェハの実際の変位の所望の値からの偏差に対して敏感であることが必要である。ピーク強度の初期離隔距離への依��性及びピーク強度の変位距離への依存性をコンピュータシミュレーションによって評価することができる。ここで考察する照射パターンに関するその種の評価の結果が図４に示されている。図４は、ウェハ１４の種々の変位距離に関する露光の間にウェハ１４とマスク１２の平均離隔距離との関係においてプロットされた強度ピークの絶対値を示す。図４から見て取れるように、変位距離が６．６μｍ（即ちタルボ距離の２倍）である場合、平均離隔距離の変動と共に、ピーク強度は〜７％まで大きく変動し、これに対し、６．７μｍ及び６．８μｍの変位距離では、強度の変動はそれぞれ４．５％及び４％である。積算分布における強度ピークに対応する横方向の位置を有している点における変位への、積算強度又は時間平均強度の依存性を求めることによって、変位の絶対値に対する印刷されたパターンの感度を更に評価することができる。図５においては、積算強度は、変位が〜４μｍのときに最大値に達し、変位距離が更に延びるに連れ大きく変動し続け（±１３％まで）、最終的には、＞３０μｍの変位を有する合理的に安定した値に達したことを確認できる結果が示されている。これらの結果は、ライン幅の高い一様性及び高い再現性が印刷パターンにわたり、またウェハ毎に要求される場合には、ＤＴＬ技術をここで考察するパターンに適用することの困難さ及び制限を実証している。
【００４５】
本発明のこの実施の形態においては、タルボ平面間の強度分布の範囲がフォトレジスト層１５において均等に記録されるように、ウェハ１４が露光中に一定速度でマスク１２に相対的に変位されるのではなく、その代わりに、変位増分毎の照射線量（ここで変位増分は全体の変位に対して小さい）ＥＧが切り捨てガウス分布に従いウェハ１４とマスク１２の離隔距離ｄと共に変更されるように変位の速度が変位中に変調される：
ＥG（ｄ）＝Ｅ0ｅｘｐ｛−（ｄ−ｄ0）2／２σ2｝  但し｜ｄ−ｄ0｜＜ｔσ    式（４）
ここでＥ0は定数であり、ｅｘｐ｛｝は指数関数であり、ｄ0は変位中の平均離隔距離であり、σはガウス分布の標準偏差であり、ｔはガウス関数の切り捨てパラメータであり、｜ｘ｜はｘの絶対値を表す。
【００４６】
図１の装置を使用して、離隔距離の変化と共に変化する増分線量のこのプロフィールを、アクチュエータが露光中に式（４）によって表されるエネルギ密度変化に関して逆に変化する速度ｖＧでウェハ１４をマスク１２に向かって移動させるか、又は、マスク１２から離れる方向に移動させるように制御システム１８をプログラミングすることによって達成することができる：
ｖG（ｄ）＝ｋｅｘｐ｛（ｄ−ｄ0）2／２σ2｝  但し｜ｄ−ｄ0｜≦ｔσ    式（５）
ここでｋは定数である。
【００４７】
時間に依存する各アクチュエータの要求される位置を表す関数を式（５）から直接算術的に導出することができる。
【００４８】
所望の露光結果を得るために、ｔ≒２であることが推奨され、その場合、ＥG（ｄ）は離隔距離の範囲の末端におけるその最大値の〜１３％に低下するが、用途の要求に依存して他の値を使用することもできる。更には、σが実質的にタルボ面の離隔距離の半分に対応するように選択されることが推奨されるが、この値を用途の特定の要求に応じて調整することもできる。ｔ＝２且つσ＝Ｔ／２の場合（Ｔはタルボ面の離隔距離である）、ＥG（ｄ）を表す、結果として生じた曲線が図６に示されている（「ガウス」によって示唆されている）。上記の式（４）によって定義された露光中に、フォトレジスト１５がマスク１２を透過した光フィールドにのみ露光されるようにするために、有利には、シャッタ３の開閉が制御システム１８によって実施され、露光の開始及び終了はアクチュエータの移動と同期されている。定数ｋは単なる倍率であり、フォトレジスト１５の層を照射する総照射線量がフォトレジスト１５に所望の構造をその現像に応じて形成するために、照射ビームの強度と組み合わされて選択されるべきである。照射線量は有利には、異なる線量を用いた複数のウェハの印刷及び印刷結果の評価によって実験的に最適化されている。
【００４９】
式（５）によって表される可変の速度での露光中のウェハ１４の変位が、フォトレジスト１５を露光する時間平均強度分布に及ぼす作用、特に、ウェハ１４とマスク１２の平均離隔距離に対する分布のピーク強度の依存性、及び、所望の値からの実際の変位の偏差に対するピーク強度の依存性に及ぼす作用をコンピュータシミュレーションによって評価することができる。σ＝１．６５μｍ，１．６７５μｍ及び１．７μｍ、またｔ＝２を使用し、それによりウェハの変位距離がそれぞれ６．６μｍ，６．７μｍ及び６．８μｍである場合の、１５μｍ〜２５μｍの平均離隔距離に関する照射パターンについてのそのようなシミュレーションの結果が図７に示されている。これによって、平均離隔距離の変化によるピーク強度の変動は、変位の三つの値に関してそれぞれ〜２．５％，〜２％及び〜１．５％であると推定することができ、つまり、従来技術によるＤＴＬ露光に関して先行して求められた対応する値よりも遥かに低く、また実験によって証明された。変位の絶対値に対する印刷されたパターンの感度を、積算分布における強度ピークに対応する横方向の位置を有している点における変位に対する積算強度の依存性を求めることによって更に評価することができる。図８には、露光中の平均強度がタルボ距離の約２倍に対応する距離（即ち６．６μｍ）において最大値に達し、距離が更に延びるに連れ＜±１．５％の振幅で発振することが見て取れる結果が示されている。それらの残余変動を、必要に応じて、切り捨てガウス分布のパラメータを調整することによって更に低減することができる。それらの結果から、切り捨てガウス分布に応じた離隔距離の変化と共に変動する変位増分毎の露光密度でのマスクの露光によって、従来技術によるＤＴＬを使用して得られるものよりも高い一様性及び再現性でもって印刷されるパターンを実現できることが証明された。
【００５０】
印刷されるパターンの一様性及び再現性の顕著な改善は、この実施の形態の同一の装置ではあるが、変位増分毎の照射線量ＥSが、切り捨て正弦関数に応じて、ウェハ１４とマスク１２の離隔距離ｄの変化と共に変動するように露光中のアクチュエータの変位速度を変調させるようプログラミングされている制御システム１８を有する装置によって達成される：
ＥS（ｄ）＝Ｅ0ＣＯＳ2｛Π（ｄ−ｄ0）／２Ｌ｝  但し｜ｄ−ｄ0｜≦ｔＬ    式（６）
ここでｄ0は露光中の平均離隔距離であり、２Ｌは正弦波状の変動の周期であり、また、ｔは正弦分布の切り捨てを規定し、従って、露光中のウェハ１４の完全な変位を求める。
【００５１】
離隔距離の変化による増分線量の変動のこのプロフィールを次式に従いウェハの変位速度ｖSを変調することによって得ることができる：
ｖS（ｄ）＝ｋｓｅｃ2｛Π（ｄ−ｄ0）／２Ｌ｝  但し｜ｄ−ｄ0｜≦ｔＬ      式（７）
ここで、ｋは定数である。
【００５２】
アクチュエータの要求される変位の最高速度を制限するために、照射パターンに関しては、Ｌがタルボ距離Ｔに対応するように選択されるべきであり、且つ、ｔが１付近であるが１未満、例えば０．９であることが推奨される。Ｌ＝Ｔ且つｔ＝１の場合の、ＥS（ｄ）を表す曲線の形状が図６に示されている（「正弦」によって示唆されている）。それらの値を用いた場合、ウェハ１４の離隔距離の拡大（又は縮小）による、変位増分毎の照射線量の結果として生じる変動は上述の切り捨てガウス分布に近似する。制御システム１８は有利には、フォトレジストが変位の要求される距離の間にマスクを透過した光フィールドのみに露光されるように、アクチュエータの変位中に自動的にシャッタ３を開閉すべきである。また倍率ｋは、フォトレジスト１５を照射する総照射線量がその現像に応じてフォトレジスト１５に所望の構造を形成するために、照射ビームの強度と組み合わされて選択されるべきである。照射線量は有利には、異なる線量を用いた複数のウェハの印刷及び印刷された結果の評価によって実験的に最適化されている。
【００５３】
コンピュータシミュレーションは、フォトレジスト１５を露光する積算分布又は時間平均分布におけるピーク強度の、ウェハ１４とマスク１２の平均離隔距離の変動に対する感度、また、最適値からのウェハ１４の変位距離の偏差に対する感度を求めるために同様に実行される。Ｌ＝３．３μｍ，３．３５μｍ及び３．４μｍ、且つｔ＝１の場合、ウェハの変位距離はそれぞれ６．６μｍ，６．７μｍ及び６．８μｍであり、関連するマスクパターンについての結果はそれぞれ図９に示されている。これによって、ピーク強度の変動は、変位の三つの値に関してそれぞれ〜０．０３％，〜０．６％及び〜１％であると推定することができ、つまり、従来技術によるＤＴＬ露光に関して先行して求められた対応する値よりも遥かに低い。変位の絶対値に対する印刷されたパターンの感度を、積算分布における強度ピークに対応する横方向の位置を有している点における変位に対する積算強度の依存性を求めることによって更に評価することができる。図１０には、変位がタルボ距離の約２倍（即ち６．６μｍ）であるときに積算強度が最大値に達し、また距離が更に延びるに連れ＜±１％の振幅で変動することが見て取れる結果が示されている。それらの結果から、正弦分布に応じた離隔距離の変化と共に変動する変位増分毎の露光密度でのマスクの露光によって、従来技術によるＤＴＬを使用して得られるものよりも遥かに高い一様性及び再現性でもって印刷すべき１次元のパターンが実現されることが証明された。
【００５４】
印刷されるパターンの一様性及び再現性の同様の改善は、変位増分毎の照射線量ＥTが、切り捨て三角形関数に応じて、離隔距離ｄの変化と共に変動するように露光中のアクチュエータの変位の速度が変調されることによって実現される：
ＥT（ｄ）＝Ｅ0（Ｌ−（｜ｄ−ｄ0｜）  但し｜ｄ−ｄ0｜≦ｔＬ      式（８）
ここでｄ0は平均離隔距離であり、２Ｌは（切り捨てられていない）三角形関数の幅であり、また、ｔは三角形関数の切り捨てを規定し、従って、露光中のウェハ１４の変位距離を求める。
【００５５】
離隔距離の変化による増分線量の変動のこのプロフィールを次式に従いウェハの変位速度ｖTを変調することによって得ることができる：
ｖT（ｄ）＝ｋ／（Ｌ｜ｄ−ｄ0｜）  但し｜ｄ−ｄ0｜≦ｔＬ      式（９）
ここで、ｋは定数である。
【００５６】
アクチュエータの要求される変位の最高速度を制限するために、照射パターンに関しては、Ｌがタルボ距離Ｔに対応するように選択されるべきであり、且つ、ｔが１付近であるが１未満、例えば０．９であることが推奨される。Ｌ＝Ｔ且つｔ＝１の場合の、ＥS（ｄ）を表す曲線の形状が図６に示されている（「三角」によって示唆されている）。それらの値を用いた場合、離隔距離の拡大（又は縮小）による、変位増分毎の露光密度の結果として生じる変動はやはり前述の切り捨てガウス分布に近似する。制御システム１８は有利には、フォトレジスト１５が変位の要求される範囲の間にマスク１２を透過した光フィールドのみに露光されるように、アクチュエータの変位中に自動的にシャッタ３を開閉すべきである。また倍率ｋは、フォトレジスト１５を照射する総照射線量がその現像に応じてフォトレジスト１５に所望の構造を形成するために、照射ビームの強度と組み合わされて選択されるべきである。照射線量は有利には、異なる線量を用いた複数のウェハの印刷及び印刷された結果の評価によって実験的に最適化されている。
【００５７】
コンピュータシミュレーションは、フォトレジスト１５を露光する、結果として生じた積算分布又は時間平均分布におけるピーク強度の、ウェハ１４とマスク１２の平均離隔距離の変動に対する感度、また、所望の値からのウェハ１４の変位距離の偏差に対する感度を求めるために同様に実行される。Ｌ＝３．３μｍ，３．３５μｍ及び３．４μｍ、且つｔ＝１の場合、ウェハの変位はそれぞれ６．６μｍ，６．７μｍ及び６．８μｍであり、関連するパターンに関して生じた結果はそれぞれ図１１に示されている。これによって、平均離隔距離の変化によるピーク強度の変動は、変位の三つの値に関してそれぞれ〜１％であると推定することができ、つまり、従来技術によるＤＴＬ露光に関して先行して求められた対応する値よりも遥かに低い。変位の絶対値に対する印刷されたパターンの感度を、積算分布における強度ピークに対応する横方向の位置を有している点における変位に対する積算強度又は時間平均強度の依存性を求めることによって更に評価することができる。図１２には、変位がタルボ距離の約２倍（即ち６．６μｍ）であるときに平均強度が最大値に達し、また、距離が更に延びるに連れ＜±１％の振幅で発振することが見て取れる結果が示されている。それらの結果から、切り捨て三角分布に応じた離隔距離の変化と共に変動する変位増分毎の露光密度でのマスクの露光によって、従来技術によるＤＴＬを使用して達成されるものよりも遥かに高い一様性及び再現性でもって印刷すべき１次元のパターンが実現されることが証明された。
【００５８】
図６からは、この実施の形態において説明した離隔距離の変化による、増分エネルギ密度の切り捨てガウス状の変動、切り捨て正弦状の変動及び切り捨て三角状の変動が類似することが見て取れる。つまり、各ケースにおいて、プロフィールの全幅がタルボ距離の約２倍であり、また、プロフィールの半値全幅（ＦＷＨＭ：full width at half-maximum）は近似的にタルボ距離である。全てのケースにおいて、増分エネルギ密度は実質的に漸次的に変位距離にわたり変化し、また、離隔距離の初期値及び終了値における最小値は最大値の＞８０％である。従って、印刷されるパターンの一様性及び再現性の同様の改善を、図示されているものと類似する特性、例えば適切な台形状の分布を有している増分線量変動のプロフィールを使用して達成することができる。更には、論理的な結果及び実験的な結果は、印刷されるパターンのより高い一様性及び再現性が、（関連する周期的なパターンについてのタルボ距離に関して）図６に示唆した値からの全幅及びＦＷＨＭを増分することによって得られる。しかしながら、露光中のマスク１２に関するウェハ１４のより大きい変位は、（印刷分解能を低下させないために）その面に関する変位の直交性におけるより高い精度を要求し、またより大きい移動範囲を有する（一つ又は複数の）アクチュエータを要求し、必ずしも所望のものである必要はない。
【００５９】
一般的に、印刷結果の非常に良好な一様性及び再現性を得るために、変位距離にわたる離隔距離の変位増分毎の露光エネルギ密度の変化を表す曲線のＦＷＨＭはタルボ距離の少なくとも０．８倍であるが、それよりも小さい、タルボ距離の半分にまで低下した値を、それよりも低い一様性及び再現性の結果を伴って択一的に使用することができ、また、分布の全幅は有利にはタルボ距離の２倍の少なくとも０．８倍であるべきであるが、同様にそれよりも小さい、タルボ距離にまで低下した値を比較的要求の低い用途に応じるために使用することもできる。
【００６０】
（図６に示されている全ての曲線のケースのように）変位増分毎のエネルギ密度の最大値が生じる離隔距離に関して、離隔距離の変化による増分毎のエネルギ密度の変動を表す曲線は対称的であるか、又は少なくとも実質的に対称的であることが有利であるが、必ずしも必要ではない。従って有利には、変位増分毎のエネルギ密度の最大値が生じる離隔距離は、離隔距離の初期値と最終値との間の中間点にあるか、又は少なくとも実質的に中間点にある。
【００６１】
更に最も有利には、マスク１２とウェハ１４の離隔距離の初期値及び最終値における変位増分毎のエネルギ密度の値は、離隔距離の範囲にわたる変位増分毎のエネルギ密度の最大値よりも少なくとも８０％少ない。しかしながら、変位距離にわたる変位増分毎のエネルギ密度の同様の変動も使用することができるが、（従来技術によるＤＴＬ露光を使用して印刷されたパターンの一様性及び再現性よりも依然として遥かに優れているにもかかわらず）印刷結果の一様性及び再現性は低くなる。
【００６２】
上述の実施の形態においては、マスク１２に関するウェハ１４の変位の速度の変動は、ウェハ１４の変位の速度を変更することによって達成されるが、本発明の別の実施の形態においては、同一の効果及び結果をマスク１２の変位の速度を同様に変化させることによって達成することができる。このケースにおいては、一つ又は複数のアクチュエータ及び関連する制御システムと協働する適切な機械的なシステムが、露光中の可変の速度でマスク１２を縦方向に変位させるべきである。
【００６３】
範囲の縁部における増分露光密度がその範囲の中心における増分露光密度に関して小さいように、変位距離にわたり変動する離隔距離の変位増分毎のエネルギ強度でマスクを露光することによって、（例えばシャッタの開放と閉鎖によって定義される）露光の開始と終了との間及び変位の開始と終了との間で要求される同期精度を低減できるという付加的な利点が提供される。これに対して、従来技術によるＤＴＬを使用すると、スキャン範囲の二つの端部における変位増分毎のエネルギ密度は中心における変位増分毎のエネルギ密度と同じになるので、それにより印刷されたパターンは露光機構と変位機構との間での同期エラーに対してより一層敏感になる。
【００６４】
上述の実施の形態においては、露光中のマスクに関するウェハの変位は要求される範囲にわたり速度の要求される変動でもって単一方向において実行されるが、本発明の別の実施の形態においては、択一的に、範囲にわたるウェハの複数の変位を露光中に実行することができ、その場合、各変位は上述の教示に応じるものであり、また有利には変位の方向は連続的な変位間で反転される。露光中の変位の同一の動きの反復は、ウェハに印刷されるパターンを同一にすることが証明された。露光中のスキャン範囲にわたる変位の反復を使用することによって、照射システムによって定義される露光の総時間とウェハが変位している総時間との間の同期エラーに対する印刷されるパターンの感度は更に低減され、従って有利である。
【００６５】
第１の実施の形態において使用されるものと同じ装置を使用するか、又は同等の装置を使用する本発明の別の実施の形態においては、ウェハは露光中の実質的に同一の最終距離だけマスクに関して変位されるが、段階的な動きを使用して変位され、その段階的な動きにおいてはウェハが連続的なステップで、且つ、ステップ間の遅延時間を変化させながら変位される。変位の最終距離に関して小さいステップサイズが選択されることによって、また、離隔距離の変化による増分照射線量の要求される変動に応じて変更されるように遅延時間を選択することによって、ウェハを露光する積算強度分布が、第１の実施の形態によって生成された積算強度分布に近似し、印刷結果は実質的に同一になると理解される。
【００６６】
ここで図１３を参照する。この図１３には、本発明の第２の実施の形態が示されており、アルゴンイオンレーザ２１は波長３６３．８ｎｍ、直径〜２ｍｍを有し、単一横モード（つまりガウス強度プロフィールを有する）及び多縦モードにある、実質的に単色光のビーム２２を放射する。光は平面偏光されている。電子的に操作されるシャッタ２３を通過した後に、ビーム２２は電動式の可変の減衰器２４に入射し、この減衰器２４は制御システム４６に接続されている。制御システム４６は送信ビームの強度を露光動作中に連続的に変化させるか、段階的にほぼ連続的に（即ち、例えば１６レベルにディジタル化される）変化させる。電動式の可変の減衰器は、Metrolux Optische Messtechnik GmbH（特にVariable Dielectric Laser Beam Attenuatorsの製品）及びDel Mar Photonics Inc.（特にDiffractive Variable Attenuatorsの製品）のような企業から市販されている。可変の減衰器２４からの送信ビームは続いて四分の一波長板２６に入射し、この四分の一波長板２６は円偏波ビームを形成する。このビームの直径は一組のレンズを備えているビーム拡大器２８によって拡大され、従って、結果として生じたビームの強度プロフィールを、ビーム変換器３０を用いることにより、ガウス分布から、ビームの中心部にわたり実質的に一様な分布へとより簡単に変換することができる。適切なビーム変換器は、例えば、Moltech GmbH（特にpiShaperの製品）から市販されている。ビーム変換器３０の出力ビームは第２のビーム拡大器３２を通過する。このビーム拡大器３２は視準されたビームを形成し、そのビームの中心の一様な部分は印刷されるべきパターンのサイズよりも大きい直径を有している。このビームはミラー３４によってマスク３８へと反射され、それによりマスク３８におけるパターン３９は直角入射で視準されたビーム３５によって一様に照射される。マスクの下側の表面には、不透明な層にホール３９の２次元の周期的なパターンがあり、これは５２０ｎｍの最隣接距離を有する六角形の格子に配置されている。図面にはマスクパターン１３に五つのホールしか示されていないが、何桁も多い数のホールが存在しており、また、マスクパターン１３が典型的にはセンチメートルの寸法を有していると解される。パターン３９は、標準的な電子ビームマスク作成技術を用いて、厚い溶融シリカ基板上のクロムの層に形成されている。マスク３８は支持フレーム（図示せず）に固く固定されている。マスク３８の下にはウェハ４０があり、このウェハ４０は、標準的なｉ線感応フォトレジスト４１の〜１μｍの厚さの層がスピンコーティングされている。ウェハ４０は真空チャック４２に実装されている。真空チャック４２は機械的な位置決めシステム４４に取り付けられており、この位置決めシステム４４は、マスク３８におけるパターン３９に実質的に平行に、且つパターン３９の近傍にウェハ４０を位置決めするための複数のアクチュエータと協働する。それらのアクチュエータは有利には三つの圧電トランスデューサ（ＰＺＴ）を有しており、各圧電トランスデューサは、ヒステリシス及びドリフトによって惹起される変位エラーを最小限にするために、それらの各変位の閉ループ制御を実現する統合型歪みゲージ又は容量性センサを有しており、また有利���は、例えば５０μｍのような長い移動範囲を有している。アクチュエータのための関連する制御システム４６は個別の変位を実現するか、又は一定速度での並行した変位を実現する。アクチュエータはウェハ４０を直交平面において傾斜させることができる。例えば、ウェハ４０の異なる側に挿入される既知で等しい厚さの基準スペーサを使用して、ウェハ４０はマスク３８に平行に、且つマスク３８の近傍に調整される。ウェハ４０とマスク３８との間の初期離隔距離を一般的には２０μｍの値にセットすることができる。
【００６７】
３６３．８ｎｍの波長の光を用いたマスク３８における構造３９の六角形のパターンの照射は、一つの０次の非回折ビームと六つの１次の回折次数から成る透過した光フィールドを発生させ、これは〜０．８８μｍのタルボ距離によって隔てられた自己イメージの形成に影響を及ぼす。２次又はそれよりも高次の回折次数は存在しないので、透過した光フィールドはマスクに対して直行する方向において正確に周期的である（パターンの縁部は無視する）。照射ビーム３５は円偏光されるので、直交平面における偏光の成分は等しく、それによって回折次数の対称分布及び自己イメージにおける対称構造が実現される。連続的なタルボ面の離隔距離の整数倍に対応する距離分、ウェハ４０が光フィールドを通過して縦方向に変位されることによって、従来技術のＤＴＬを使用してマスク３８からフォトレジストが塗布されたウェハ４０に記録される時間平均強度分布をコンピュータシミュレーションによって求めることができる。結果は図１４に図示されており、この図１４は、マスク３８におけるパターン３９と等しい最隣接距離を有している強度ピークの六角形のアレイの単位セルを示す。マスク３８を通過した後の光フィールドはマスクに対して直行する方向において正確に周期的であるので、この分布におけるピークの強度は、ＤＴＬ露光中のウェハ４０とマスク３８の平均離隔距離に依存しない。他方において、（例えば機械的なヒステリシスに起因して）変位距離が正確にはタルボ面間の離隔距離の整数倍ではない場合、分布のピーク強度は平均離隔距離に対してもはや敏感ではない。この依存性は、１．７５μｍ，１．８５μｍ及び１．９５μｍそれぞれの変位距離に関するコンピュータシミュレーションによって評価されており、その結果は図１５に示されている。この結果から、変位がタルボ距離の２倍から〜０．０１μｍである場合には、平均離隔距離の変化によるピーク強度の変動は＜１％であるが、２倍のタルボ距離から０．０９μｍ及び０．１９μｍだけの変位に関しては、ピーク強度は平均離隔距離の変動によりそれぞれ〜９％及び〜１６％変動し、これは幾つかの用途にとっては許容できないほど大きいものである。変位の絶対値に対する印刷されたパターンの感度を、積算分布における強度ピークに対応する横方向の位置を有している点における変位に対する積算強度の依存性を求めることによって更に評価することができる。図１６には、変位が〜１．２５μｍであるときに積算強度は最大値に達し、また、変位距離が更に延びるに連れ大きく変動し続ける（〜±１４％だけ）ことが見て取れる結果が示されている。
【００６８】
本発明のこの第２の実施の形態においては、ウェハ４０は従来技術のＤＴＬのやり方に応じて露光中に一定の速度でマスク３８に関して縦方向に変位される。しかしながら、従来技術とは異なり、照射ビーム３５の強度はタルボ面間の横方向の強度分布の平均を記録するために露光中に一定ではなく、その代わりに、ウェハ４０とマスク３８との間の離隔距離の変位増分毎の照射のエネルギ密度が離隔距離の範囲にわたり変化するように変更される。ウェハ４０を変位させている間のビーム３５の強度は制御システム４６によって制御され、この制御システム４６は可変の減衰器２４の透過率を、離隔距離の範囲にわたる離隔距離の変位増分毎のエネルギ密度の所望の変動を表すプリプログラミングされた関数に応じて調整する。制御システム４６は有利には、フォトレジスト４１が露光されないことを保証するために、露光の開始及び終了それぞれにおいてシャッタ２３を開放及び閉鎖する。有利には、前述の関数は、式（４）によって表されるような切り捨てガウス分布に実質的に対応する。第１の実施形態の場合と同様に、この関数の標準偏差に割り当てられた値σは透過した光フィールドにおいてタルボ平面Ｔの離隔距離の半分であり、また、露光中のウェハ４０の最大変位はタルボ距離の２倍（即ちｔ＝２）にセットされることが推奨されるが、関連する用途の特定の要求に依存して他の値も使用することができる。σ＝Ｔ／２且つｔ＝２の場合、変位距離にわたる離隔距離の変位増分毎の照射線量の変動は図６において「ガウス」曲線によって表されている。マスク３８とウェハ４０との間の離隔距離の変位増分毎のエネルギ密度のガウス分布でウェハ４０を露光した場合、積算時間平均分布におけるピーク強度の、露光中の平均離隔距離の変動に対する感度及び所望の値からのウェハの変位距離の偏差に対する感度をコンピュータシミュレーションによって評価することができる。σ＝０．４３７５μｍ，０．４６２５μｍ及び０．４８７５μｍ、且つ、ｔ＝２の場合、ウェハの変位はそれぞれ１．７５μｍ，１．８５μｍ及び１．９５μｍであり、関連するパターンに関して生じた結果はそれぞれ図１７に示されている。これによって、平均離隔距離の変化によるピーク強度の変動は、変位の三つの値に関してそれぞれ〜２％、〜０．６％及び〜０．９％であると推定することができ、従って、従来技術によるＤＴＬ露光に関して先行して求められた対応する値よりも遥かに低い。変位の絶対値に対する印刷されたパターンの感度を、積算分布における強度ピークに対応する横方向の位置を有している点における変位に対する積算強度の依存性を求めることによって更に評価することができる。図１８には、変位距離がタルボ距離の約２倍（即ち1．８μｍ）であるときに平均強度が最大値に達し、また、距離が更に延びるに連れ＜±１．５％の振幅で変動することが見て取れる結果が示されている。それらの残余変動を、必要に応じて、切り捨てガウス分布のパラメータを調整することによって更に低減することができる。それらの結果から、切り捨てガウス分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の露光密度でのマスクの露光によって、従来技術によるＤＴＬを使用して達成することができるものよりも遥���に高い一様性及び再現性でもって印刷されるパターンを実現できることが証明された。
【００６９】
この実施の形態の装置を用いて、露光中の照射ビームの強度変化の別のプロフィールを択一的に使用することができ、またそれにより同様の有益な結果が得られる。例えば、切り捨て正弦プロフィールを使用することができ、それにより、変位距離にわたるウェハ４０の変位増分毎の結果として生じる露光エネルギ密度の変動は、第１の実施の形態に関する式（６）によって表されるような切り捨て正弦分布を有している。その実施の形態に関しては、露光中のウェハ４０の変位距離は透過した光フィールドにおけるタルボ面の離隔距離の２倍に相当することが推奨される。Ｌ＝Ｔ且つｔ＝１の場合、変位距離にわたる離隔距離の変位増分毎の照射線量の結果として生じる変動は図６において「正弦」曲線によって表されている。コンピュータシミュレーションは、ウェハ４０を露光する、結果として生じた積算時間平均分布におけるピーク強度の、ウェハ４０とマスク３８の平均離隔距離の変動に対する感度、また、所望の値からのウェハ４０の変位距離の偏差に対する感度を求めるために同様に実行される。式（６）においてＬ＝０．８７５μｍ，０．９２５μｍ及び０．９７５μｍ、且つ、ｔ＝１の場合、ウェハの変位距離はそれぞれ１．７５μｍ，１．８５μｍ及び１．９５μｍであり、関連するマスクパターンに関して生じた結果はそれぞれ図１９に示されている。これによって、平均離隔距離の変化によるピーク強度の変動は、変位の三つの値に関してそれぞれ〜０．３％，〜２．５％及び〜４％であると推定することができ、従って、従来技術によるＤＴＬ露光に関して先行して求められた対応する値よりも遥かに低い。変位の絶対値に対する印刷されたパターンの感度を、積算分布における強度ピークに対応する横方向の位置を有している点における変位に対する積分強度の依存性を求めることによって更に評価することができる。図２０には、変位がタルボ距離の約２倍（即ち１．８μｍ）であるときに平均強度が最大値に達し、また、距離が更に延びるに連れ＜±１．５％の振幅で変動することが見て取れる結果が示されている。それらの結果から、正弦分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の露光密度でのマスクの露光によって、従来技術によるＤＴＬを使用して達成することができるものよりも遥かに高い一様性及び再現性でもって印刷されるパターンを実現できることが証明された。
【００７０】
使用することができる強度変動の別のプロフィールは、三角変動であり、それにより、変位距離にわたるウェハ４０の変位増分毎の結果として生じる露光エネルギ密度は、第１の実施の形態に関する式（８）によって表されるような三角分布を有している。その実施の形態に関しては、露光中のウェハ４０の最大変位は透過した光フィールドにおけるタルボ面の離隔距離の２倍に相当することが推奨される。Ｌ＝Ｔ且つｔ＝１の場合、変位距離にわたる離隔距離の変位増分毎の照射線量の結果として生じる変動は図６において「三角」曲線によって表されている。コンピュータシミュレーションは、ウェハ４０を露光する、結果として生じた積算時間平均分布におけるピーク強度の、ウェハ４０とマスク３８の平均離隔距離の変動に対する感度、また、所望の値からのウェハ４０の変位距離の偏差に対する感度を評価するために同様に実行される。式（８）においてＬ＝０．８７５μｍ，０．９２５μｍ及び０．９７５μｍ、且つ、ｔ＝１の場合、ウェハの変位距離はそれぞれ１．７５μｍ，１．８５μｍ及び１．９５μｍであり、関連するマスクパターンに関して生じた結果は図２１に示されている。これによって、平均離隔距離の変化によるピーク強度の変動は、変位の三つの値に関してそれぞれ〜０．３％，〜０．６％及び〜１．７％であると推定され、従って、従来技術によるＤＴＬ露光に関して先行して求められた対応する値よりも実質的に低い。変位の絶対値に対する印刷されたパターンの感度を、積算分布における強度ピークに対応する横方向の位置を有している点における変位に対する積算強度の依存性を求めることによって更に評価することができる。図２２には、変位がタルボ距離の約２倍（即ち１．８μｍ）であるときに強度が最大値に達し、また、距離が更に延びるに連れ＜±１．５％の振幅で変動することが見て取れる結果が示されている。それらの結果から、三角分布に応じた離隔距離の変化により変動する変位増分毎の露光密度でのマスクの露光によって、従来技術によるＤＴＬを使用して得られるものよりも実質的に高い一様性及び再現性でもって印刷されるパターンを実現できることが証明された。
【００７１】
図６からは、この実施の形態において説明した離隔距離の変化による、増分エネルギ密度の切り捨てガウス状の変動、切り捨て正弦状の変動及び切り捨て三角状の変動が類似することが見て取れる。つまり、各ケースにおいて、プロフィールの全幅がタルボ距離の約２倍であり、また、プロフィールの半値全幅（ＦＷＨＭ：full width at half-maximum）は近似的にタルボ距離である。全てのケースにおいて、増分エネルギ密度は実質的に漸次的に変位距離にわたり変化し、また、離隔距離の初期値及び終了値における最小値は最大値の＞８０％である。従って、印刷されたパターンの一様性及び再現性の同様の改善を、図示されているものと類似する特性、例えば適切な台形状の分布を有している増分線量変動のプロフィールを使用して達成することができる。更には、論理的な結果及び実験的な結果は、印刷されるパターンのより高い均一性及び再現性が、（関連する周期的なパターンについてのタルボ距離に関して）図６に示唆した値からの全幅及びＦＷＨＭを増分することによって得られる。しかしながら、露光中のマスク３８に関するウェハ４０のより大きい変位は、（印刷分解能を低下させないために）その面に関するウェハの変位の直交性におけるより高い精度を要求し、またより大きい移動範囲を有する（一つ又は複数の）アクチュエータを要求し、必ずしも所望のものである必要はない。
【００７２】
一般的に、印刷結果の非常に良好な一様性及び再現性を得るために、変位距離にわたる離隔距離の変位増分毎の露光エネルギ密度の変化を表す曲線のＦＷＨＭはタルボ距離の少なくとも０．８倍であるが、それよりも小さい、タルボ距離の半分にまで低下した値を、それよりも低い一様性及び再現性の結果を伴って択一的に使用することができ、また、分布の全幅は有利にはタルボ距離の２倍の少なくとも０．８倍であるべきであるが、同様にそれよりも小さい、タルボ距離にまで低下した値を比較的要求の低い用途に応じるために使用することができる。
【００７３】
（図６に示されている全ての曲線のケースのように）変位増分毎のエネルギ密度の最大値が生じる離隔距離に関して、離隔距離の変化による増分毎のエネルギ密度の変動を表すプロフィールが対称的であるか、又は少なくとも実質的に対称的であることが有利である。従って有利には、変位増分毎のエネルギ密度の最大値が生じる離隔距離は、離隔距離の初期値と最終値との間において中間点にあるか、又は少なくとも実質的に中間点にある。
【００７４】
また最も有利には、マスク３８とウェハ４０の離隔距離の初期値及び最終値における変位増分毎のエネルギ密度の値は、離隔距離の範囲にわたる変位増分毎のエネルギ密度の最大値よりも少なくとも８０％少ない。しかしながら、変位距離にわたる変位増分毎のエネルギ密度の同様の変動も使用することができるが、（従来技術によるＤＴＬ露光を使用して印刷されたパターンの一様性及び再現性よりも依然として遥かに優れているにもかかわらず）印刷結果の一様性及び再現性は低くなる。
【００７５】
本発明の別の実施の形態においては、ウェハとマスクの離隔距離が、図６に示されている距離の２倍（即ち、タルボ距離の〜４倍）変化され、また変位中に変位増分毎のエネルギ密度は、図６に示されている同一の切り捨てガウス／切り捨て正弦波／三角形プロフィールに応じて（即ち、タルボ距離の〜２倍の全幅でもって）変化されるが、比較的長い変位距離にわたる露光中に２回、連続的に変化される。つまり、同一の印刷パターンの二度の露光ではあるが、２回の露光間に離隔距離が変更される印刷パターンの二度の露光に実質的に対応する。この露光ストラテジを３回又はそれ以上の回数の逐次的な露光に拡張できることは自明である。
【００７６】
チャープ回折格子のようにマスクが準周期的なパターンを含む場合、つまり、パターン領域にわたり「緩慢に」周期が変化するパターンの場合、パターンの露光に使用される変位増分毎の露光エネルギ密度の変動は有利には、パターンにおける最大周期を基礎とするべきである。
【００７７】
異なる軸に沿って異なる周期を有している成分を持つ二次元の周期的なパターン（「非対称」パターンと称する）、例えば、直交方向において異なる周期を持つ矩形格子に配置されている複数のホールのアレイに関しては、マスクを透過した光フィールドは一般的に規則的な自己イメージ面を形成せず、従って一般的には、規則的なタルボ距離を定義することができない（一方のパターン成分に関するタルボ距離が他方のパターン成分に関するタルボ距離の倍数である場合には例外が発生する）。一般的に、自己イメージ面が存在せず、且つ周期的なパターンが縦方向にない場合であっても、ＤＴＬ技術の用途は２次元の周期的なパターンを形成することができる。しかしながら、回折パターンの非周期的な変動に起因して、一般的には、ＤＴＬ範囲を使用することなく定常分布を達成することは困難である。このＤＴＬ範囲は、必要とされる周期が個別に存在する場合には、その周期にとって必要とされるものよりも遥かに大きい。それらのケースに関しては、離隔距離が変化している間に使用されるエネルギ密度変動のプロフィールを、関連する特定のマスクパターンに関する異なる露光条件の下でウェハに形成される積算強度分布のコンピュータシミュレーションによって求めることが推奨される。一般的に、周期的なパターン、準周期的なパターン又は非対称的なパターンに関しては、変位距離にわたり実質的に段階的に変化し、有利には少なくとも５０％変化する変位増分毎の露光エネルギ密度を使用することによって、記録層に印刷されるパターンは、従来技術によるＤＴＬを使用して印刷されたパターンに比べて、所望の値からの距離の偏差に対して、また離隔距離の初期値に対して遥かに低い感度を有している。
【００７８】
上記において説明した第１の実施例においては、ウェハ４０の変位の可変の速度を使用して１次元の周期的なパターンが露光されており、これに対し、第２の実施例においては、照射の可変の強度を使用して２次元のパターンが露光されるが、勿論、使用される露光ストラテジはアレイのタイプに依存しないと解される。つまり、変位の可変の速度のスキームを２次元のパターンにも同様に良好に適用することができ、また、可変の強度スキームを１次元のパターンにも同様に良好に適用することができる。
【００７９】
第２の実施の形態においてはマスク３８に関するウェハ４０の変位がウェハ４０を変位させることによって達成されているが、本発明の別の実施の形態においては、択一的に、露光中にマスク３８を縦方向に変位させることによって同一の効果及び印刷結果を達成できると解される。このために、マスク３８を変位させるための一つ又は複数のアクチュエータ及び関連する制御システムと協働する適切な機械的なシステムが装置に組み込まれるべきである。
【００８０】
本発明の別の実施の形態においては、同一（又は等価の）装置が第２の実施の形態において使用されるが、可変の減衰器２４は使用されない。ウェハ４０はマスク３８に相対的に一定速度で変位するので、照射システムはむしろ、サブ露光周波数を有している一連の「サブ露光」でマスク３８をビームに晒す。このサブ露光では、ビームの瞬時強度が各サブ露光に対して等しいが、サブ露光毎の露光時間は、効果的な強度（即ち、複数のパルスの少なくとも一つの周期を含む単位時間にわたり測定された時間平均値）を生成するために連続的に変更される（即ち、パルス式の露光のデューティサイクルが変更される）。そのような効果的な強度は、変位距離にわたる離隔距離の変位増分毎のエネルギ密度の所要変動を生じさせるために、離隔距離の変化により変動する。サブ露光の周波数は所望の効果を生じさせるためにマスクの変位の速度に関して十分に高くあるべきである。そのようにすることによって、フォトレジストが塗布されたウェハを照射する（完全な露光にわたり）時間平均された強度分布は第２の実施の形態において生成される強度分布に近似し、またそのようにして印刷された結果は実質的に等しい。各サブ露光の開始時間及び終了時間を第２の実施の形態のシャッタ２３及び制御システム４６によって規定することができる。
【００８１】
関連する実施の形態においては、その代わりに、ビームを遮断するシャッタの一部が部分透過性材料であるように選択され、それによりビームの強度はシャッタが閉鎖されたときに０には低下しないが、比較的低い値に低下し、またシャッタが開放されたときには比較的高い値を有している。離隔距離の変位増分毎のエネルギ密度の所要変動が変位距離にわたり実質的に得られるように別の露光パラメータを選択することによって、フォトレジストにおいて実質的に同一の時間平均強度分布を得ることができる（シャッタが完全に不透明であり、且つ、比較的低い値が０と見なせる場合には、前述の実施の形態が得られることは明らかである）。
【００８２】
別の関連する実施の形態においては、各サブ露光に対して同一の露光時間を使用し、また、その代わりに一連のサブ露光にわたりビームの強度を変化させ、それにより、変位距離にわたる離隔距離の変位増分毎のエネルギ密度の所要変動を生じさせることによって、実質的に同一の印刷結果を達成することができる。
【００８３】
それらの変動は、光の強度がｉ単位時間当りの露光エネルギに関して規定されている場合に（但し時間単位はサブ露光の周期として規定されている）、それらが第２の実施の形態の装置によって生じさせられるような離隔距離の変化による強度の同一の変動を生じさせる点において第２の実施の形態と同等である。
【００８４】
別の関連する実施の形態においては、変位距離にわたる離隔距離の変位増分毎のエネルギ密度の所要変動を得るために、パルスレーザが照射光源として使用され、また、（複数のパルスに対応する単位時間にわたり測定された）ビームの強度が、パルスの周波数を変更することによって（またパルス毎に実質的に一定のエネルギを使用することによって）変更される。第１の実施例及び第２の実施例において使用されるレーザ光源は３６３．８ｎｍの特定の波長で動作し、連続波（ＣＷ）ビームを放射するアルゴンレーザであるが、本発明の別の実施の形態においては、異なる波長でビームを放射する代替的なレーザ光源、例えば固体レーザ、レーザダイオード及びエキシマレーザを使用することができる。有利には、出力ビームはＵＶ波長を有しており、それにより慣例のＵＶ感応性フォトレジストを使用することができるが、電磁スペクトルの別の部分にある波長を有しているビームも択一的に使用することができる。レーザは光をパルス状に供給することもでき、有利には、固体ダイオードポンピング式レーザでは一般的であるように、ＣＷよりもむしろ高い周波数（例えば≧ｋＨｚ）を有する光を供給することができる。別の実施の形態においては、更に、実質的に単色光のビームを生成するための別のタイプの光源、例えば所要スペクトル成分を分離するためのフィルタと良好に視準されたビームを形成するための適切な光学素子とが組み合わされたアークランプ（例えば水銀ランプ）を使用することができる。
【００８５】
第１の実施例及び第２の実施例は、ガウスプロフィールを有する出力レーザビームから実質的に一様な強度を有するビームを形成するための屈折ビーム変換器を使用するが、本発明の別の実施の形態においては、マスクの実質的に一様な照射を達成するために別の手段を使用することができる。例えば、レーザビームがガウス強度プロフィールを有している場合には、レーザビームを拡張し、続けてマスクを横切るラスタパターンでスキャンすることができ、それにより、時間平均されたエネルギ密度はパターンにわたり一様にされる。そのようなスキャンストラテジを使用する場合、各変化の間に変位増分毎のエネルギ密度が変化している間に変位距離にわたりマスクとウェハの離隔距離を反復的に変更する必要があり、また離隔距離の変化の頻度を、マスクパターンの各部分が実質的に同様に露光されるように、ラスタパターンにおけるスキャンラインの頻度に関して高くする必要がある。
【００８６】
第２の実施の形態における照射ビームの強度の変動はレーザの後段のビーム経路内に導入されている可変減衰器によって生じるが、本発明の別の実施の形態においては、ビームの強度の変動を他の手段によって、例えば、レーザ光源からの出力ビームのパワーが変更されるようにレーザ光源の駆動電流を変調することによって達成することができる。
【００８７】
本発明の別の実施の形態においては、特定の照射波長を使用する技術を用いて印刷することができるパターンの最小周期を低減するために、水のような浸漬液を基板とマスクの間の隙間に含めることができる。
【００８８】
上記において説明した複数の実施の形態は本発明の有利な実施の形態とみなされるが、勿論、本発明の範囲から逸脱することなく形状又は細部の種々の修正及び変更を容易に実施できると解される。従って、本発明は上記において説明した正確な形状及び図示した正確な形状に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に含まれるあらゆる修正をカバーするように構成されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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