(57)【要約】光学像は多くの副照射により放射線感応層（５）において形成され、その副照射各々において、副像パターンに従って、光バルブ（２１乃至２５）のアレイと収束素子（９１乃至９５）の対応するアレイとがレジスト層におけるスポット（１１１乃至１１５）を形成するために用いられる。副照射の間に、レジスト層はそれらのアレイに対して移動される。明るく且つ好適に規定されたスポットが、収束素子として屈折レンズを用いることにより得られる。放射線感応層は基板上部におけるレジスト層とすることが可能であり、ここで、素子は、リソグラフィ又はプリンタにおいて用いられる帯電層により設定される。
2005522739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線感応層における光学像を形成する方法であって：
放射線ソースを提供する段階；
放射線感応層を提供する段階；
前記放射線ソースと前記放射線感応層との間に個々結合される光バルブの２次元アレイを位置付ける段階；
前記光バルブアレイと前記放射線感応層との間に放射線変換素子の２次元アレイを位置付ける段階であって、各々の変換素子は前記光バルブの異なる１つに対応し、前記放射線感応層におけるスポット領域に前記対応する光バルブからの放射線を収束するように機能する、段階；及び
放射線感応層領域と、一方で、対応する光バルブ／収束素子の対とを、他方で、互いに対して走査することにより該放射線感応層領域において像部分を同時に書き込む段階であって、前記光バルブにより書き込まれる前記像部分に依存してオン及びオフ状態の間で各々の光バルブをスイッチングする、段階；
を有する方法であり、
屈折レンズの方式で収束素子を使用し；
前記の２つの光バルブアレイと放射線変換素子アレイはスポットのマトリクスアレイを形成するために使用され、前記マトリクスは、前記スポットのサイズより実質的に大きい
ピッチを有する；
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記走査は、各々のスポットがそのスポット自身の対応する層領域を走査するようなものであり、その領域は前記マトリクスのピッチに対応する寸法を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記スポットのマトリクス及び前記照射線感応層は、前記マトリクスにおけるスポットのラインの方向に対して小さい角度の方向に互いに走査され、該走査は、前記マトリクスピッチより実質的に大きい長さに対して実行される、ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれ一項に記載の方法であって、連続する副照射間に、前記放射線感応層と前記光バルブアレイ及び放射線変換素子アレイとは、前記放射線感応層において形成された前記スポットの前記サイズにせいぜい等しい距離に対して互いに関して移動される、ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれ一項に記載の方法であって、像フィーチャの境界におけるスポットの強度は、このフィーチャの境界と隣接するフィーチャとの間の距離に適応される、ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれ一項に記載の方法であって、基板において素子を形成するためのリソグラフィ処理の形成部は、放射線感応層は前記基板に設けられたレジスト層であり、像パターンは形成される素子のフィーチャのパターンに対応している、ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記像は、形成される前記素子の異なるレベルに各々属す副像に分割され、前記異なる副像の形成の間に、前記レジスト層の面は屈折レンズアレイからの異なる距離において設定される、ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれ一項に記載の方法であって、紙にプリントするための処理の形成部は、前記放射線感応層が帯電材料層である、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれ一項に記載の方法であって、前記光バルブアレイは、屈折レンズアレイの面に直接位置付けられている、ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれ一項に記載の方法であって、前記光バルブアレイは、屈折レンズアレイにおいて結像される、ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法を実行するための装置であって：
放射線ソース；
前記放射線ソースからの放射線ビームに関連して放射線感応層を位置付けるための位置付け手段；
前記放射線ソースと前記放射線感応層との間に個々結合される光バルブの２次元アレイ；及び
前記光バルブのアレイと前記放射線感応層の位置との間に配置された放射線収束素子のアレイを有する結像素子であって、各々の変換素子は前記光バルブの異なる１つに対応し、レジスト層におけるスポット領域に前記対応する光バルブからの放射線を収束するように機能する、結像素子；
を有する装置であり、
前記放射線収束素子は屈折レンズである；
ことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、基板におけるレジスト層において像を形成するために、像は前記基板において構成される素子フィーチャに対応するフィーチャを有する、装置であり、前記放射線感応層は前記基板において設けられるレジスト層であり、前記位置付け手段
は基板ステージにより支えられている基板ホルダである、ことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、異なる副像を形成するとき、前記屈折レンズアレイと前記レジスト層面との間の前記距離を適合させるための手段を有する、ことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の装置であって、紙にデータをプリントするために、前記放射線感応層は静電的に帯電される放射線感応材料の層であり、前記位置付け手段は、前記光バルブアレイと前記屈折レンズアレイに対して前記層を移動させるため及びこれらのアレイの前記像フィールド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。
【請求項１５】
請求項１１乃至１４のいずれ一項に記載の装置であって、前記結像素子は、結像手段を邪魔することなく、光バルブアレイの後に配置されている、ことを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１１乃至１４のいずれ一項に記載の装置であって、投射レンズは、前記光バルブアレイと前記屈折レンズアレイとの間に配置されている、ことを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の装置であって、前記屈折レンズアレイと前記レジスト層との間の距離は２５０μｍのオーダーである、ことを特徴とする装置。
【請求項１８】
基板の少なくとも１つのプロセス層に素子を製造する方法であって：
前記プロセス層に設けられるレジスト層において、前記プロセス層において構成される素子フィーチャに対応するフィーチャを有する像を形成する段階；並びに
前記処理層の領域から材料を取り除き、又は前記処理層の領域に材料を付加する段階であって、そのような領域は前記レジスト層において形成される前記像により描画され、前記像は、請求項１乃至７及び請求項８及び１０のいずれ一項に記載の方法により形成される、段階；
を有する、ことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線感応層において光学像を生成する方法であって：
−  放射線源を提供する段階；
−  放射線感応層を提供する段階；
−  放射線源と放射線感応層との間に個々の制御された光バルブの２次元アレイを位置付ける段階；
−  各々の収束素子は異なる光バルブの１つに対応し、放射線感応層のスポット領域において対応する光バルブからの放射を収束するようにする、光バルブのアレイと放射線感応層との間に放射線収束素子の２次元アレイを位置付ける段階；及び
−  一方で、前記放射線感応層を、他方で、対応する光バルブ／収束素子の対を、互いに対して走査し、光バルブにより書き込まれる像部分に依存して、オン状態とオフ状態との間で各々の光バルブを切り換えることにより、放射線感応層領域において、像部分を同時に書き込む段階；
を有する方法に関する。
【０００２】
本発明は又、この方法を用いて装置を製造する方法及びこの方法を実行するための装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
光バルブのアレイ又は光学シャッタは、制御可能素子のアレイを意味するとして理解され、２つの状態間で切り換えられることができる。それらの状態の１つにおいて、そのような素子に入射する放射線はブロックされ、他の状態において、入射放射線は、アレイが一部を構成する素子において規定された経路に従って、透過又は反射される。
【０００４】
そのようなアレイは、透過型又は反射型液晶表示素子（ＬＣＤ）又はデジタルミラー素子（ＤＭＤ）とすることが可能である。放射線感応層は、例えば、光リソグラフィにおいて用いられるレジスト層又は印刷装置で用いられる帯電層又である。
【０００５】
この方法および装置は、液晶表示（ＬＣＤ）パネル、カスタムＩＣ（集積回路）及びＰＣＢ（プリント回路基板）のような素子の製造において、特に用いられることが可能である。現在、プロキシミティ印刷がそのような素子の製造において使用されている。プロキシミティ印刷は、素子の基板上に放射線感応層に像を生成するための速くて安価な方法であり、その像は、基板の層において構成される素子のフィーチャに対応するフィーチャを有する。プロキシミティギャップと呼ばれる、基板からの小さい距離の位置に配置された大きいフォトマスクを使用し、基板は、例えば、紫外線（ＵＶ）放射によりフォトマスクを透過して照射される。この方法の重要な利点は、大きい像フィールドにあり、それ故、大きい素子パターンは１つの像段階において結像されることができる。プロキシミティ印刷のための従来のフォトマスクのパターンは、基板上で要求される像についての真に１対１コピーであり、即ち、この像の各々のピクチャ素子は、マスクパターンにおける対応する画素と同一である。
【０００６】
プロキシミティ印刷は制限された解像度であって、基板の感応層における個々のエンティティとしてのマスクパターンの点、線等の、一般にフィーチャを再現する能力を有する。これは、フィーチャの寸法が結像のために使用される放射線の波長に関して減少するときに生じる回折効果による。例えば、近紫外領域の波長及び１００μｍのプロキシミティギャップ幅に対して、解像度は１０μｍであり、このことは、相互の距離が１０μｍであるパターンフィーチャが個々の素子として結像されることができることを意味する。
【０００７】
光リソグラフィにおける解像度を向上させるために、実投射装置であって、ミラー投射システム又はレンズ投射システムのような実投射システムを有する装置である。そのような装置の例は、ウェーハステッパ又はウェーハステップ及びスキャナである。ウェーハステッパにおいて、全体的なマスクパターンであって、例えば、ＩＣパターンは、基板の第１ＩＣ領域において投射レンズシステムにより一回で結像される。次いで、マスク及び基板は、第２ＩＣ領域が投射レンズの下に位置付けされるまで、互いに対して移動される（進められる）。マスクパターンは、次いで、第２ＩＣ領域において結像される。これらのステップは、基板の全てのＩＣ領域がマスクパターンの像を備えるまで、繰り返される。これは、移動、アライメント及び照射の副段階のために、時間を消費するプロセスである。ステップ及びスキャナにおいては、マスクパターンの小さい部分のみが一度に照射される。照射の間、マスク及び基板は、全体のマスクパターンが照射され且つこのパターンの完全な像が基板のＩＣ領域に形成されるまで、照射ビームに関して同期して移動される。次いで、マスク及び基板は、次のＩＣ領域が投射レンズのしたに位置付けされ且つマスクパターンが再び走査されて照射されるまで、互いに対して移動され、それ故、マスクパターンの完全な像は次のＩＣ領域に形成される。これらのステップは、基板の全てのＩＣ領域がマスクパターンの完全な像を備えるまで、繰り返される。ステップ及びスキャンプロセスは、ステッピングプロセスより更に時間を消費するプロセスである。
【０００８】
１対１ステッパ、即ち、拡大率１であるステッパがＬＣＤパターンをプリントするために使用される場合、解像度３μｍが得られるが、結像に多くの時間を費やすこととなる。更に、パターンが大きく、個々に結像される副パターンに分割される必要がある場合、ステッチングの問題が生じることなり、このことは、隣接する副フィールドが互いに正確に適合していないことを意味する。
【０００９】
フォトマスクの製造は時間を消費する厄介なプロセスであり、このことは、そのようなマスクを高価なものにしている。多くの新しいフォトマスクのデザインが必要とされ、又は、カスタマに特定の素子、即ち、同じ素子の比較的少量が生産されなければならない場合、フォトマスクをしようするリソグラフィによる製造方法はコストが掛かるものとなる。
【００１０】
文献“Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ａｎｄ  ｃｏｎｆｏｄａｌ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｚｏｎｅ  ｐｌａｎｅｓ”，Ｄ．Ｇｉｌ  ｅｔ  ａｌ，Ｊ．Ｖａｃ  Ｓｃｉ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂ  １８（６），Ｎｏｖ／Ｄｅｃ  ２０００，ｐｐ．２８８１−２８８５において、フォトマスクに代えて、ＤＭＤアレイとゾーンプレートの組み合わせを用いるリソグラフィ方法について開示されている。フレネルレンズと呼ばれるゾーンプレートが照射される場合、その文献に記載されている実験においては、放射線スポットであって、基板上に３ｘ３のＸ線スポットのアレイが生成される。スポットサイズは、ゾーンプレートの最小フィーチャサイズ、即ち外側のゾーン幅に略等しい。各々のゾーンプレートへの放射は、ＤＭＤ素子のマイクロメカニック手段によりオン及びオフを個別に切り換えられ、任意パターンが、ゾーンプレートの単位セルにより基板をラスタ走査することにより書き込まれることができる。このようにして、マスクレスリソグラフィの利点が、スポットのアレイを用いた並列書き込みのために高スループットと組み合わされる。
【００１１】
ゾーンプレート、又はそれに代わって使用することができる他の類似する素子は、解説素子である、即ち、それらは、異なる回折次数の副ビームに入射する放射ビームを分割する。回折素子の幾何学的構成は、異なる回折次数の放射部分が小さいスポット領域で建設的に干渉し、このスポット領域の外側で破壊的に干渉し、それ故、理論的には、小さい放射スポットが形成される。しかしながら、実際には、建設的干渉は又、前記スポット領域の外側でも起こり、それ故、スポットは不鮮明になる。換言すれば、回折素子は鋭い焦点を与えない。更に、回折素子は特定の波長に対してデザインされ、照射ビームが波長成分を有する場合であって、前記特定の波長の像収差と異なる場合、色収差が生じる。これは、水銀アークランプのような広い波長のソースであって、この種のリソグラフィ装置において従来から使用されているソースを、もはや使用することはできない。又、レーザソースにより放射される放射線の波長は小さい変動を現すが、焦点合わせされるスポットサイズが小さいため、回折素子を使用するリソグラフィ結像装置の性能に影響を及ぼし得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、上記の問題点を解決すること、及び正確で放射光率の高いリソグラフィ結像方法であって、異なる種類の放射線ソースを採用することが可能である方法を提供することである。このような方法は、屈折レンズの形態の収束素子を使用すること、及び、スポットサイズより実質的に大きいピッチを有するスポットのマトリクスアレイを構成するために２つのアレイが用いられることを特徴とする。
【００１３】
屈折レンズの性能は波長変動に対して著しく感度の小さく、それ故、色収差を回避することができる。このようなレンズは、次数分割を全く示さないため、回折素子よりより鋭い焦点を有する。
【００１４】
スポットのマトリクスアレイは、２つの互いに直交する方向に、匹敵するにも拘らず、必ずしも同じでないスポット数を有する。マトリクスのピッチはスポットサイズの百倍のオーダーであることが可能である。
【００１５】
米国特許出願公開第Ａ６,２８８，８３０号明細書において、デジタルミラー素子とマイクロレンズアレイが使用される光学像生成方法及び装置について開示されている。既知の方法に従って、像派ライン毎に書き込まれ、高密度の画素を得るために、各々の像のラインは、数ｎであって、例えば６つのミラー行（ｍｉｒｒｏｒ  ｒｏｗ）により書き込まれる。各々の行のミラーは、他のラインの光バルブに関する距離ｐ／ｎに対してシフトされ、ここで、ｐは１つの行におけるミラーのピッチである。既知の方法において、１つの像画素がｎ個の行全ての対応する画素により書き込まれ、それらの行画素は行方向において互いに対してシフトされる。本発明の方法において、各々の光バルブが多数の画素であって、即ち、例えば、マトリクスピッチに対応する寸法を有する放射線感応層領域の画素全てを成功裏に書き込むために使用される。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
その方法の第１実施形態は、前記走査は、各々のスポットがそれら自体の対応する層領域を走査し、その領域はマトリクスピッチに対応する寸法を有する、ことを特徴とする。
【００１７】
その方法に従って、各々の光バルブは、この対応する光バルブ領域を横断してこの光バルブからのスポットを２次元的に走査することにより、１つの層領域であって、以下、光バルブ領域と呼ばれる層領域に書き込むために用いられる。スポットが光バルブ領域内のラインを走査した後、このスポット及び領域は、この領域内の次のラインが走査される走査方向に対して垂直な方向に、互いに対して移動される。
【００１８】
その方法の第２実施形態は、スポットのマトリクス及び放射線感応層がマトリクスにおけるスポットのラインの方向に対して小さい角度の方向に互いに対して走査されること、及び、走査がマトリクスピッチより実質的に長い長さに対して実行されることを特徴とする。
【００１９】
その実施形態に従って、全てのラインのスポット全ては異なるラインを走査し、任意の長さとスポットのサイズとスポットの総数との積に対応する幅を有する層領域は、走査方向に対して垂直な方向における移動を伴うことなく、１つの走査動作により走査されることができる。
【００２０】
本発明のこの方法は、連続副走査の間で放射線感応層及びアレイが放射線感応層において生成されたスポットのサイズにせいぜい等しい距離に対して移動されることを更に特徴とすることが可能である。
【００２１】
このようにして、像、即ち、パターン、フィーチャは、全体のフィーチャを横断する一定強度を用いて書き込まれることができる。スポットは、装置に存在するビーム形成装置のデザインに依存して、円形、正方形、菱形又は矩形であることが可能である。スポットのサイズは、このようなスポットの範囲内の最大寸法のサイズを意味するとして理解される。
【００２２】
書き込まれる像のフィーチャが互いに非常に接近している場合、そのようなフィーチャは広がり又は互いに混合し、そのような現象はプロキシミティ効果として知られている。プロキシミティ効果が生じることを回避する方法の実施形態は、像フィーチャの境界におけるスポット強度がこのフィーチャの境界と隣接フィーチャとの距離に適合されることを特徴とする。
【００２３】
その方法は、幾つかのアプリエーションにおいて使用されることができる。第１のアプリケーションは、光リソグラフィの分野におけるものである。基板に素子を形成するためのリソグラフィ処理の一部を構成するために適する方法の実施形態は、放射線感応層は基板において設けられるレジスト層であり、像パターンは形成される素子のフィーチャのパターンに対応することを特徴とする。
【００２４】
その方法の実施形態は、像が、形成される素子の異なるレベルに各々属す副像に分割され、異なる副像の形成の間に、レジスト層の面は屈折レンズアレイからの異なる距離において設定されることを更に特徴とする。
【００２５】
その方法の実施形態は、基板の異なる面における結像であって、それ故、複数のレベルの素子の形成を可能にする。
【００２６】
第２のアプリケーションはプリンティングの分野におけるものである。紙にプリントするための処理の一部を構成するために適する方法の実施形態は、放射線感応層は帯電材料層であることを特徴とする。
【００２７】
その方法は、光バルブのアレイは屈折レンズのアレイの面に直接位置付けられる、ことを更に特徴とする。
【００２８】
それらの２つのアレイは、それらの間に配置される結像手段を用いることなく、互いに近くに位置付けられ、それ故、この方法を、コンパクトな手段により実行することができる。光バルブのアレイがＬＣＤセルのアレイである場合、そのＬＣＤセルは入射する放射線の偏光を変調し、偏光アナライザはＬＣＤと回折セルのアレイとの間に配置されている。
【００２９】
それに代えて、方法は、光バルブのアレイが回折セルのアレイにおいて結像されることを特徴とする。
【００３０】
他方では、投射レンズによる１つのアレイの結像は、安定性、熱の影響及びクロストークに関して、優位性を提供する。
【００３１】
本発明は又、上記の方法を実行するための装置に関する。この装置は：
放射線ソース；
放射線ビームに関連して放射線感応層を位置付けるための位置付け手段；
前記放射線ソースと前記放射線感応層との間に個々結合される光バルブの２次元アレイ；並びに
前記光バルブのアレイと前記放射線感応層の位置との間に配置された放射線収束素子のアレイを有する結像素子であって、各々の変換素子は前記光バルブの異なる１つに対応し、レジスト層におけるスポット領域に前記対応する光バルブからの放射線を収束するように機能する、結像素子；
を有する装置である。
【００３２】
この装置は、収束素子が屈折レンズであることを特徴とする。
【００３３】
この装置を使用すると、任意の像パターンが、多くの鮮鋭なスポットを有する放射線感応層により同時に書き込まれることができ、利用可能な放射線が有効に用いられる。
【００３４】
その装置の第１実施形態は、基板におけるレジスト層において像を形成するために適し、その像は前記基板において構成される素子フィーチャに対応するフィーチャを有し、放射線感応層はレジスト層であり、位置付け手段は基板ステージにより支持される基板ホルダであることを特徴とする。
【００３５】
この実施形態は、副像が基板の異なる面において形成されるように適合されることが可能であり、異なる副像を形成するとき、屈折レンズのアレイとレジスト層の面との間の距離を適合させるための手段を有することを更に特徴とする。
【００３６】
その装置の第２実施形態は、紙にデータをプリントするために適し、放射線感応層は静電気的に帯電される放射線感応材料であり、位置付け手段は、光バルブアレイと屈折レンズアレイとに関して前記層を移動するため及びこれらのアレイの像フィールドの位置において前記層を維持するための手段であることを特徴とする。
【００３７】
用語のデータは、例えば、テキスト、グラフィック、写真等のような、紙にプリントすることができる全てのビジュアル情報を包含するとして理解される。
【００３８】
装置は、結像素子が、結像手段を邪魔することなく光バルブのアレイの後に配置されることを更に特徴とする。
【００３９】
ギャップであって、例えばエアーギャップは、この実施形態がサンドイッチ形状であるように、非常に小さくすることが可能である。光バルブのアレイがＬＣＤである場合、偏光アナライザは光バルブのアレイと結像素子との間に配置される。
【００４０】
サンドイッチ形状の実施形態に代わる装置の実施形態は、投射レンズが光バルブアレイと屈折レンズアレイとの間に配置されていることを特徴とする。
【００４１】
投射レンズは、クロストーク、光学収差及び温度の影響を除去するように、結像素子において対応する屈折レンズに各々の光バルブを結像する。更に、結像素子の基板は、装置がより安定になるように、比較的厚くされることが可能である。
【００４２】
本発明は又、基板の少なくとも１つのプロセス層において素子を製造する方法であって：
前記プロセス層に設けられるレジスト層において、前記プロセス層において構成される素子フィーチャに対応するフィーチャを有する像を形成する段階；並びに
前記処理層の領域から材料を取り除き、又は前記処理層の領域に材料を付加する段階であって、そのような領域は前記レジスト層において形成される前記像により描画される、段階；
を有する方法である。
【００４３】
この方法は、上記のような方法の手段により象が形成されることを特徴とする。
【００４４】
この方法及び方法により製造されることができる素子は、液晶表示素子、カスタム仕様のＩＣ、電子モジュール、プリント回路基板及びＭＯＥＭＳ（集積されたマイクロ光電気機械システム）等である。そのような素子の例は、ダイオードレーザ及び／又は検出部、光導波路、光スイッチ及び光導波路とダイオードレーザとの間のレンズ、検出器である。
【００４５】
本発明の以上の及び他の特徴は、以下に詳述する実施形態から明らかであり、それらを参照して理解されることであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
図１は、例えば、ＬＣＤ装置の製造のための従来のプロキシミティプリンティング装置を非常に模式的に示している。この装置は、装置が製造される基板３を支えるための基板ホルダ１を有している。基板には、素子のフィーチャに対応するフィーチャを有する像が形成される、放射線感応層又はレジスト層５がコーティングされている。像情報はマスクホルダ７において配列されたマスクに含まれている。マスクは透明基板を有し、その基板の下面は、像情報を表す、透明ストリップ及び不透明ストリップのパターン１０を備えている。１００μｍのオーダーのギャップ幅を有する狭いエアーギャップ１１は、レジスト層５とパターン１０との間隔を置いている。その装置は、放射線ソース１２を更に有している。このソースは、ランプ１３であって、例えば、水銀アークランプ及びリフレクタ１５を有することが可能である。このリフレクタはランプ放射を反射し、そのランプ反射は、マスクに向かって後方及び横方向に放射される。リフレクタは、放射線形状のリフレクタとすることが可能であり、ランプはリフレクタの焦点に位置付けられることが可能であり、それ故、放射線ソースからの放射線ビーム１７は、実質的に平行ビームである。１つ又はそれ以上のレンズのような、他の又は付加的な光学素子は、ビーム１７を実質的に平行にすることを確実にするために、放射線ソースにおいて配置されることが可能である。このビームは幾分広く、７．５ｘ７．５ｃｍ２乃至４０ｘ４０ｃｍ２の寸法を有することが可能である全体のマスクパターン１０を照射する。例えば、照射段階は、１０秒のオーダーの持続時間を有する。マスクパターンがレジスト層に結像された後、これは周知の方法で処理され、即ち、その層は露光され、エッチングされ、それ故、光学像は、処理された基板の層の表面構造に転写される。
【００４７】
図１の装置は、比較的単純な構成を有し、レジスト層における大きい領域のマスクパターンを一度に結像するために非常に適している。しかしながら、フォトマスクは、高価な構成要素であり、そのようなマスクにより製造される素子の価格は、同じ素子を多数製造する場合にのみ、適正に低く維持されることができる。マスクの製造は、比較的少ない数のマスク製造会社の掌中にある特別な技術である。新しい素子を開発し且つ製造するため又は既存の素子を改良するために製造業者が必要とする時間は、マスク製造業者により設定される納期に著しく依存する。特に、素子の開発フェーズにおいては、マスクのデザインし直しがしばしば必要とされ、マスクは能力制限要素である。このことは、小さいボリュームのカスタム仕様の素子に対して事実である。
【００４８】
例えば、電子ビームライタ又はレーザビームライタによる、レジスト層におけるパターンの直接書き込みは、必要とされるフレキシビリティを与えることが可能であるが、この処理は多大な時間を要するために、実際には代替とはならない。
【００４９】
図２は、任意で容易に変えることが可能な像パターンを適度の時間内にレジスト層に形成することができる、マスクレス方法及び装置の原理を示している。図２は、非常に模式的であり、その装置の一部を構成し、その方法を実行するために使用される手段の一部を断面図で示している。装置は、レジスト層５をコーティングされた基板を収容するための基板ホルダ１を有している。参照番号２０は、光バルブ装置であって、例えば、液晶表示素子（ＬＣＤ）を表し、そのＬＣＤは、直接表示か又は投射により、情報を表示するための表示装置において使用される。ＬＣＤ素子２０は、又、図２においてほんの僅かに示されている画素（ピクチャ要素）とも呼ばれ、参照番号２１乃至２５により表されている、多数の光バルブを有している。光バルブ素子は、基板の層において構成されるパターンがソフトウェアで導入されるコンピュータ構成３０（縮尺通りでない）により制御される。コンピュータは、それ故、書き込み処理のいずれの時点において及び全ての光バルブに対して、閉状態にされるかどうか、即ち、この光バルブに入射する照射ビーム１７の一部をブロックするかどうか、又は開状態にするかどうか、即ち、レジスト層にこの一部を照射するかどうかを決定する。結像素子４０は光バルブ２０のアレイとレジスト層５との間に配置されている。この素子は、透明基板４１と放射線収束素子４３のアレイ４２とを有する。これらの素子の数は、光バルブの数に対応し、アレイ４２は、各々の収束素子が異なる光バルブの１つに属すように、光バルブのアレイと位置合わせされている。
【００５０】
放射線ソースとしては、基板ホルダ及びマスクホルダはこの新しい方法を理解する上で関連性は殆どないため、これらの要素についての詳細説明は省略する。
【００５１】
本発明に従って、収束素子４３は屈折レンズである。そのようなレンズは、回折レンズを用いて得られるスポットより小さいスポットにおいて対応する光バルブからの放射線の焦点合わせを可能にする。更に、これらのレンズの光学特性は、回折レンズ素子の光学特性に比べて、放射線の波長に実質的に殆ど依存しない。
【００５２】
図３ａ及び３ｂは、屈折マイクロレンズ４３のアレイ４２の一部と、光バルブ２１乃至２５のアレイ及び更に光バルブ２７のアレイ２０の対応する部分の平面図である。アレイ４２は、各々がマイクロレンズ形状の中央の透過部分４３と周囲の境界部分４７とを有する多くのセル４５を有する。セルの境界部分は、隣接セルの境界部分と一体となり、それ故、ブラックマトリクスを有する。そのようなブラックマトリクスは、個々のレンズを層化するビーム部分間のクロストークを低減させる。全てのセルの境界部分を放射線吸収又は反射層により構成することが可能である。レジスト層において形成されるスポットのサイズ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４３のパワーにより決定される。照射ビーム１７を供給する照射システム又は放射線ソースユニットにおいて配置されたスポット形成アパチャ（図示せず）により、形成されるスポットの形状が要求されるアプリケーションに適応されることができる。このようなスポットは、例えば、円形、矩形、正方形又は菱形にすることが可能である。光バルブからの放射線が対応するレンズ４３をできるだけ透過し、このレンズにより形成されたスポットに収束され、バックグラウンド放射線の最小量が生じるように、結像素子４０のレンズアレイ４２の幾何学的構造はアレイからの距離において配列される。
【００５３】
図３ｃは、対応する光バルブアレイの一部が、例えば３６ｎｍの波長を有する放射遷移より照射され、その一部の光バルブ全てが開状態である場合、図３ａのレンズアレイにより得られるスポット５２のアレイ５０を示している。回折構造４２とレジスト層５との間の距離４４は、例えば、２５０μｍである。スポット６２は、例えば、２μｍ２のオーダーのサイズを有する。
【００５４】
マイクロレンズ４３は通常の球面レンズであり、即ち、その曲面は完全球の一部となっている。必要に応じて、非球面レンズを用いることが可能である。非球面レンズは、その基本表面は球であるが、その実際の表面は、球面レンズがもたらすことが可能である球面収差を補正するために球からずれている。
【００５５】
図３ｃに示しているスポット５２は矩形状スポットである。下に述べるように、これらのスポットは又、円形又は正方形とすることが可能であり、適当と判断される他のいずれの形状とすることが可能である。
【００５６】
屈折マイクロレンズのアレイ、即ち、結像素子４０は、既知の技術により製造されることが可能である。第１のリソグラフィ技術を図４ａ乃至４ｅに示している。この技術は、例えば、図４ａに示すような高分子のレジスト層６１をコーティングした、透明な、例えば、石英基板６０から始める。図４ｂに示すように、放射線６３により、マイクロレンズのパターンに対応する露光パターンが形成される。この露光パターンは、円筒形の露光されたレジストパターン６５の２次元アレイを有している。露光は、例えば、異なる種類の光学放射性により、又は荷電粒子（電子又はイオン）ビームにより実施される。レジストが露光され、非露光部分が除去された後、基板６０の上部における円筒形レジストパターンの構造が、図３ｃに示すように、残る。次の段階として、この構造は、用いられるレジストの種類に依存して、例えば、２００℃に加熱され、レジスト材料の流動化をもたらし、それにより、図４ｄに示すように、円筒形６５が球形部６７に形状を変える。反応性イオンエッチングにより、レジスト球形部６７は、次いで、図４ｅに示すように、基板の上方において類似するパターンの球形部６９に移行される。このようにして、レンズプレート７０が得られ、マイクロレンズ６９の幾何学的構造、及びこのレンズの屈折率と周囲媒質の屈折率との間の差がその光パワーを決定する。最終的に、図４ｆに示すように、マイクロレンズ間の基板表面領域は、クロム層のような、吸収又は反射層７３がコーティングされる。
【００５７】
エッチングプロセスの間に、レジストと基板のエッチング比を変える、即ち、エッチング処理の選択性を変えることにより、この方法は、非球面マイクロレンズの形成を可能にする。
【００５８】
新しい方法と共に使用するための第２のマイクロレンズプレートの製造方法は、モールド技術からのレプリカを可能にする。
【００５９】
図５は、このレプリカ技術に適するモールドを製造するために好適に使用することができる装置を示している。その装置は、製造されるモールド７５をクランプ手段（図示せず）により取り付けられ、固定することができるワークホルダ７６を有する。モールドを伴うホルダは、Ｘ及びＹスライド（図示せず）により正確に移動され、位置決めされることができる。その装置は、Ｚスライド７８に固定されたツールホルダ７７を更に有する。ホルダ７７は、第１チャンバ部８０と、第１チャンバ部８０より小さい直径を有する第２チャンバ部８１とを有する円筒形ステップチャンバ７９を備えている。第２チャンバ部８１は、第２チャンバ部８１に対してＺ方向に平行なスライド可能性を有して案内されるダイホルダ８３の円形シャフト８２のためのストレートガイドを有し、端部ディスク８４を備えている。端部ディスクは、第１チャンバ部において配置された機械的弦巻ばね８５の好適に規定されたプレテンション力の影響下で、ステップチャンバ７９の肩により構成されるストップ８５に支えられている。図５に示すように、ダイ８６はダイホルダ８３に固定され、そのダイは平滑表面８７を有し、例えば、硬鋼又はサファイアから製造されている。ツールホルダ７７及びダイホルダ８３は、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に平行な方向にワークホルダ７６に対して共に移動可能である。
【００６０】
モールド５は、例えば、銅、アルミニウム、亜鉛又はそれらの金属から成る合金のような可塑性金属から製造されている。モールド７５の表面８８には、製造されるレンズプレート又は結像素子４０に対して好ましい光学品質の表面平滑性が与えられている。ダイの平滑表面８７の形状は、レンズプレート４０の１つのレンズ４３の表面に対応している。
【００６１】
図５は、ダイがモールド７５に数回押圧された後の状態を示しており、幾つかの押圧部８９が形成されている。次の押圧部を形成するために、ダイ８６は、Ｘ方向スライド及び／又はＹ方向スライドの移動により次の位置に移動され、その移動の間に、ダイホルダ８３は、チャンバ７９のストップ８５にもたせかけられている。次いで、ダイは、Ｚ方向スライド７８の移動によりモールド７５に押圧される。ダイホルダ８３の端部ディスク８４は、次いで、ストップ８５を開放し、それ故、ダイは、機械的弦巻ばね８５の所定のプレテンション力に応じた力でモールド７５に押圧部を形成する。プレテンション力および弦巻ばね８５の弾性率の好適な選択により、端部ディスク８４のクリアランスにおけるばねのプレテンション力の増加を無視できる程度に小さくすることができる。ダイ８６がモールド７５に押圧部を形成する力は、このようにして、Ｚ方向スライド７８及び押圧部を形成する間にＺ方向に平行のツールホルダ７７により占められる位置に実質的に依存することがない。従って、Ｚ方向スライド７８の位置決め精度に対して厳しい要求は課せられない。
【００６２】
ダイ８６がモールド７５に押圧部を形成している間に、ダイ表明８７の下にあるモールドの可塑性金属は塑性変形させる。この位置における金属は、ダイ表面８７の表面、即ち、レンズプレート４０のレンズ４３の表面に対応する形状にする。完全なモールド形状は、モールドにおいて要求される位置全てにおけるダイ表面形状を成功裏に押圧することにより形成される。
【００６３】
モールドを製造するための方法及び装置に関する更なる詳細については、他のアプリケーションに対する前記方法及び装置について開示している、国際公開第９６／０７５２３号パンフレットを参照することができる。
【００６４】
モールドの形成が終了した後、モールドはレプリカ装置に位置付けられる。モールドは、押圧部８９の上方を満たすように、十分な粘性状態にある透明材料であって、例えば、液体高分子で覆われる。その透明材料が、例えば、ＵＶ放射線により固化され、それ故、モールドの表面プロファイルが透明材料に転写された後、その透明材料プレートはモールドから取り除かれ、レンズプレートが得られる。
【００６５】
ダイ表面８７に非球面形状が与えられることにより、非球面マイクロレンズを有するレンズプレートが形成されることができた。
【００６６】
クロムの代わりに、レンズプレートの選択的コーティングのために、他の不透明材料を用いることが可能である。
【００６７】
図３ｃに示すように、各々のスポット５２は、光バルブに属すレジスト層領域の小さいポイント状部分のみを占め、その光バルブは、このようなスポットが存在するか否かを判定する。以下、ポイント状レジスト領域をスポット領域と呼ぶこととし、光バルブに属すレジスト領域をバルブ領域と呼ぶこととする。全フィーチャ、即ち、生成されるべき素子フィーチャに対応する像パターンのライン及び領域を得るために、一方の、レジスト層を有する基板と、他方の２つのアレイは、互いに対して移動される必要がある。換言すれば、各々のスポットは、対応するバルブ領域に移動される必要があり、それ故、このような領域は十分に走査され、所定の、即ち、フィーチャが決定される位置において照射される。特に、このことは、グリッド状パターンにおいて段階的に基板を移動させることにより認識される。移動ステップは、スポットのサイズのオーダーであって、例えば、１μｍ又はそれ以下のオーダーである。像フィーチャ又は像フィーチャの一部になる、所定のスポットに属すバルブ領域の一部は、フラッシュで照射される。要求精度であって１μｍ又はそれ以下のステップで基板ホルダを移動するために、サーボ機構で制御される基板ステージを用いることができ、その基板ステージは、リソグラフィ投射装置において使用され、１μｍをかなり下回る精度であって、例えば、１０ｎｍのオーダーで操作される。
【００６８】
フラッシングおよびステッピングの照射処理について、図６ａ乃至６ｃに示しており、それらの図は、光バルブアレイ、屈折レンズ及びレジスト層の僅かな一部を示している。これらの図において、参照番号１７は、光バルブ２１乃至２５に入射する照射ビームを表している。参照番号１０１乃至１０５は、対応する屈折レンズ９１乃至９５により収束され、開状態の光バルブが通過する副ビームを表している。図６ａは、開状態の光バルブ全部を用いて第１副照射がなされた後の状態を示している。スポット領域１１１乃至１１５、即ち、各々の光バルブの１つのスポット領域の第１集合が照射された。図６ｂは、基板が右に１ステップ移動し、スポット領域１２１乃至１２５の集合が照射されるように、第２副照射が又、開状態の光バルブ全部を用いてなされた後の状態を示している。図６は、基板が５ステップ移動し、６つ目の副照射がなされた後の状態を示している。４番目の副照射の間、光バルブ２３及び２５は、スポット領域１３３及び１３５が照射されないように、閉状態にされた。５番目の副照射の間、光バルブ２４及び２５は、スポット領域１４４及び１４５が照射されないように、閉状態にされた。他のスポット領域全部が照射された。
【００６９】
図７ａ乃至７ｃは、続く副照射の間のレジスト層の平面図である。これらの図において、グレイのスポット領域は、先立つ副照射ステップにおいて既に照射されたものであり、ブラックスポット領域であって、即ち、図７ａにおける領域１５１、１５４及び１５６乃至１６０は、現在の照射ステップにおいて照射されている。照射されたレジスト層の位置は、５つの光バルブ領域の２つの行を有する。図７ａに示す状態において、上の行の比較的多数のスポット領域と、下の行における少ない数のスポット領域は、既に照射されている。第１副照射ステップの間に、光バルブ領域の上の行に属す５つの光バルブの４つは開状態であり、５番目の最も右の光バルブは、スポット領域１５１乃至１５４が瞬間的に照射され且つスポット領域１５５は照射されないように、閉状態にされる。光バルブ領域の下の行に属す５つの光バルブの全ては、スポット領域１５６乃至１６０が瞬間的に照射されるように、開状態にされる。図７ｂは、基板が１ステップ移動し、第２副照射が実行された後の状態を示している。又、上の行の５つの光バルブの４つが開状態であり、この行の５つの光バルブは、スポット領域１６１乃至１６４が瞬間的に照射され、スポット領域１６５が照射されないように、閉状態にされる。下の行の５つの光バルブ全ては、スポット領域１６６乃至１７０が瞬間的に照射されるように、開状態にされる。図７ｃは、６番目の副照射の間であって、即ち、基板が５ステップ移動した後の状態を示している。
６副照射の間、上の行の５番目の光バルブは閉状態であった。４番目の副照射の間、上の行の５盤面お光バルブと下の行の５番目の光バルブは、スポット領域１８１、１８２及び１８３が照射されないように、閉状態であった。５番目の副照射の間、下の行の４番目及び５番目の光バルブは、スポット領域１８４及び１８５が照射されないように、閉状態であった。６番目の照射の間、上の行の５番目の光バルブを除く全ての光バルブは、スポット１９５を除いて、スポット領域１９１乃至２００が瞬間的に照射されるように、開状態である。
【００７０】
図６ａ乃至６ｃ及び図７ａ乃至７ｃは、要求される像パターンが、レジスト層を移動し、１０個の対応する光バルブを開状態及び閉状態にする連続ステップにより、１０個の光バルブ領域において、要求される像パターンがどのように同時に形成されるかを示している。各々の光バルブの開閉は個別に制御される。図７ａの右上部分に示すように、スポット５２によるバルブ領域１５０の走査は、蛇行状態で実行されることができる。その領域の第１ラインは左から右に、第２ラインは右から左に、第３ラインは左から右に、等、走査される。
【００７１】
図６ａ乃至６ｃ及び図７ａ乃至７ｃに示しているステッピングモードの代わり、走査モードを又、要求される像パターンを生成するために用いることができる。走査モードにおいて、一方の、レジスト層と、他方の、光バルブと屈折レンズの領域とは、互いに対して連続的に移動され、それらがレジスト層において所定の位置で対向するとき、光バルブはフラッシュされる。フラッシュ時間、即ち、光バルブの開状態の時間は、関連光バルブが前記位置に対向する時間より短くなければならない。
【００７２】
図２に示しているプロキシミティプリンティング装置の実際の実施形態におけるパラメータは、次に示す値を有する。
照射フィールド：  １０ｘ１０ｍｍ２
放射ソース：  水銀アークランプ
照射ビーム強度：  ２０ｍＷ／ｃｍ２
ビームコリメーション角：  ０．２°
光バルブの透過率：  ２５％
光バルブのシャッタ速度：  １ｍｓ
レジスト層におけるスポット面積：  １ｘ１μｍ２
スポット間距離：  １００μｍ
光バルブ数：  １，０００，０００
スポット強度：  ５０Ｗ／ｃｍ２
全露光時間：  ２０秒
ギャップ幅：  ２５０μｍ
走査速度：  ０．５ｍｍ／秒
露光量は、レジストのスポット面積に照射された放射線エネルギー量である。照射ビーム強度及び光バルブの開口時間がこの量を決定する。水銀放電ランプに対して、このランプにより照射される放射線の４０％は波長３６５ｎｍを有し、この放射線の２０％は波長
４０５ｎｍを有し、この放射線の４０％は波長４３６ｎｍを有する。このランプ放射の像形成の有効な寄与は、レジストにおける吸収のために、３６５ｎｍ成分による６０％、４０５ｎｍ成分による１５％、そして４３６ｎｍ成分による２５％である。
【００７３】
本発明は又、他の放射線ソース、好適にはレーザであって、特に、現在使用されているレーザ、又は、波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ及び１５７ｎｍそれぞれの波長における放射線を照射する、ウェーハステッパ並びにウェーハステップ及び走査装置において、近い将来使用されるレーザを使用して実行されることができる。レーザは、ビームを照射する利点を提供し、そのビームは単一波長を有し、要求角度に対してコリメートされる。本発明の結像方法の本質的要素は、照射ビームは実質的に平行ビームであることである。最良の結果は、十分に平行化されたビーム、即ち、アパチャ角００を有するビームを用いて得られる。しかしながら、満足のいく結果は又、１０より小さいアパチャ角を有するビームを用いて得られる。
【００７４】
一方で、レジスト層の、他方で、光バルブのアレイ及びマイクロレンズのアレイの、互いに対する、要求される動きは、特に、基板ステージの動きにより実行される。ウェーハステッパにおいて、現在用いられている基板ステージは、十分に正確であるため、本発明の目的のために非常に適当である。ステッピングモード又は走査モードに対して、基板ステージの動きは、光バルブのスイッチングと同期される必要があることは明らかである。そのために、光バルブアレイを制御する、図２のコンピュータは又、基板ステージの動きを制御する。
【００７５】
光バルブの１つのアレイ及び屈折レンズの１つのアレイの照射フィールドより大きい像パターンは、像フィールドのサイズを有する隣接レジスト領域に副パターンを成功裏に転写し、ソフトウェアにおいて、そのようなパターンを副パターンに分割することにより、形成されることができる。正確な基板ステージを使用することにより、副像パターンは、１つの非断続的な大きい像が得られるように、正確に接合されることができる。
【００７６】
大きい像パターンは又、組み立てられた光バルブアレイと組み立てられた屈折レンズアレイを使用することにより形成される。組み立てられた光バルブアレイは、例えば、各々が１０００ｘ１０００個の光バルブを有する、５つのＬＣＤを有する。ＬＣＤは、例えば、形成されるべき像パターンの幅をカバーするために、直列に配列される。組み立てられた屈折レンズアレイは、組み立てられた光バルブアレイに適応するように対応する方式で構成される。像パターンは、一連の光バルブアレイによりカバーされた幅と、１つの光バルブアレイによりカバーされた長さとを有するレジスト領域を、先ず走査し且つ照射することにより、形成される。続いて、レジスト層と一連の光バルブアレイとを有する基板は、１つのアレイによりカバーされる距離に対する長手方向に、互いに対して移動される。次いで、ここで、像パターンが形成されるまで、組み立てられたアレイに対向する第２レジスト領域は走査され、照射される、等である。
【００７７】
上記の方法の実施形態において、光バルブにより形成されたスポットは、この領域を書き込むために、このスポットに属すバルブ領域を横断して２次元でステッピングされ又は走査される。これは、方法の代替の実施形態においては、もはや事実ではない。この実施形態に従って、各々のスポットはレジスト領域に書き込むために用いられる一方、多くのスポットは、他の方向に前記レジスト領域を書き込むために用いられる。前記代替方法の原理について、図８に示している。図８の左側部分は、スポットのマトリクスの一部２４０を示している。この部分は、２４１乃至２４５、２４６乃至２５０、２５１乃至２５５および２５６乃至２６０各々の５つのスポットそれぞれについて、４つの行を有する。図９の右側部分は、スポット２４１乃至２６０により書き込まれることができるレジスト層５の一部を示している。スポットのラインの方向２８２は、ここで、スポット及びレジスト層が互いに対して移動される方向２８５に対して小さい角度γにある。この角度は、Ｙ軸において投射されるときにスポットの１つのラインのスポットがこのスポットのラインと次のスポットのラインとの間のＹ軸方向の空間内に適合し且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、光バルブアレイと屈折レンズアレイアセンブリの像フィールドの長さに等しい長さに対して、レジスト層を横断するそれ自身のラインを走査する。図８の右側部分におけるライン２６１乃至２６５は、スポット２４１乃至２４５それぞれにより走査される、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２４６乃至２５０は、ライン２６６乃至２７０等を、それぞれ走査する。
【００７８】
各々が１ｘ１μｍ２の大きさを有する１００ｘ１００個のスポットのマトリクスであって、そのマトリクスが１０ｘ１０ｍｍ２の像フィールドをカバーする、マトリクスに対して、Ｘ方向及びＹ方向におけるスポット周期は１００μｍである。レジスト層において１行の１００個のスポットが１００本の連続ラインを走査することを可能にするために、操作方向とスポットのラインの方向との間の角度γは、γ＝ａｒｃｔａｎ（１／１００）＝０．５７０である必要がある。１０ｍｍに対してＸ方向において各々のスポットを走査することにより、Ｙ方向に互いに大してレジスト層とスポットとを動かすことなく、１０ｘ１０ｍｍ２の全体のフィールドは書き込まれることができる。スポットのランイン及びランアウトのために、全走査距離は、１０ｍｍの有効走査距離より大きい、例えば、２０ｍｍである。ランイン及びランアウトに必要とされる走査距離は前記角度γに依存する。大きいスポットのマトリクス、例えば、１０００ｘ１０００個のスポットに対して、有効走査距離と全走査距離の比は著しく増加される。
【００７９】
スポット間の距離を減少させることにより、スポットにより書き込まれるストリップの中心線は減少されることができ、書き込まれるパターンの密度は増加されることができる。これは、システムに冗長性を付与することと、スポットの誤りが困難なエラーをもたらすことを回避することとを可能にする。
【００８０】
スキュー走査は又、大きいパターンを結像し、組み立てられた光バルブアレイ及び組み立てられた屈折レンズアレイを有するためのシステムにおいて用いられることが可能である。例えば、上記の角度０．５７０においてスポットのラインを有する１０００ｘ１０００個のスポットを、１００ｘ１００ｍｍ２の像フィールド内に各々形成され、Ｙ方向に直列に配列される５つのＬＣＤアレイを有するシステムを用いて、レジスト領域５００ｘ１００ｍｍ２を、Ｘ方向においてレジスト層１０ｍｍを走査することにより書き込むことができる。レジスト層がＸ方向に９０ｍｍ移動された後、同じ走査を繰り返すことができる。このようにして、５００ｘ１０００ｍｍ２のレジスト領域は、Ｘ線のみで１０回走査され且つ移動されることにより、書き込まれることができる。
【００８１】
所定領域を書き込むために必要とされる中間的動き及び走査数は、Ｘ方向及びＹ方向における光バルブ数であって、それ故、スポット数に依存する。例えば、５０００ｘ１００個のスポットのアレイを用いて、Ｙ方向における５００ｍｍのレジスト領域は、中間的動きを伴うことなく、Ｘ方向における連続走査により書き込まれることができる。走査長さは、書き込まれる領域のＸ方向における長さを決定する。
【００８２】
結像処理のための重要なパラメータは、ギャップ幅（図２）である。ギャップ幅は、屈折レンズの必要なパワーを計算するための入力パラメータの１つであり、要求される像解像度により決定される。屈折レンズアレイが所定のギャップ幅および解像度に対して計算され、製造される場合、所定のギャップ幅のみに対してこの解像度を得ることができる。実際の環境において、ギャップ幅が前記所定のギャップ幅から外れる場合、要求される解像度は達成されることはない。同時係属中の特許出願からコピーした図９ａ、９ｂ及び９ｃを参照することにより、類似ベースで、これを示すことができる。後者の出願は、レジスト層においてスポットに光バルブからの副ビームを焦点合わせするために、屈折レンズの代わりに特定の回折レンズアレイを使用する、マスクレスリソグラフィ装置に関する。図９ａ、９ｂ及び９ｃは、５０μｍのギャップ幅に対して、しかし異なるギャップ幅を伴って同じ照射条件下でデザインされている、同じマイクロレンズアレイによりレジスト層に形成されるスポットを示している。図９ａは、ギャップ幅が４０μｍであるときに得られるスポット５２´のパターン２１０を示している。図９ｂは、５０μｍのギャップ幅を用いて得られるスポット５２のパターン２２０を示し、図９ｃは、６０μｍのギャップ幅を用いて得られるスポット５２"のパターン２３０を示している。デザインギャップ幅に等しいギャップ幅を用いて得られる図９ｂのスポットのみが、要求されるシャープネスと強度とを有する。屈折レンズを使用するマスクレスリソグラフィ装置の性能は、ギャップ幅への類似した依存性を示す。
【００８３】
例えば、２５０μｍのような大きいデザインギャップ幅を有する装置に対しては、実際のギャップ幅に対する要求は少なくはる。デザインギャップ幅の増加に伴い、屈折レンズからの副ビーム（図６ａの１０１乃至１０５）のＮＡは減少する。焦点深度はＮＡの２乗の強度に比例するため、焦点深度はデザインギャップ幅の増加につれて増加する。このことは、より大きいデザインギャップ幅に対しては、より小さいデザインギャップ幅に対してより、大きいギャップ幅変動が許容されることを意味している。トレランスポイントの観点からは、例えば、２５０μｍのような大きいギャップ幅は、例えば、５０μｍの小さいギャップ幅より好適である。
【００８４】
スポットの最小サイズは又、ギャップ幅に関連している。ギャップ幅が減少する場合、このサイズは減少し、例えば、１μｍ以下になる。より小さいギャップ幅であって、それ故、より小さいスポットサイズは、この幅のよりよい制御を必要とする。
【００８５】
この方法は、異なるレベルにおいて位置付けされる、副素子から構成される素子の製造のために適切である。そのような素子は、電気的、機械的又は光学的システムの多様性からの２つ又はそれ以上の異なる種類のフィーチャを有する素子又は純粋な電子素子とすることが可能である。そのようなシステムの例は、ＭＯＥＭＳとして知られている、マイクロ光電気機械システムである。更に具体的な例は、ダイオードレーザまたは検出部と、検出器に光導波路から又は光導波路にレーザから光を結合するための光導波路及び可能なレンズ手段とを有する素子である。レンズ手段はプレーナ回折手段をとすることが可能である。マルチレベル素子の製造のために、異なるベルにおいて析出されたレジスト層を有する基板が使用される。
【００８６】
原理的には、マルチレベル素子は、マイクロレンズアレイを有する装置により製造されることが可能であり、そのマイクロレンズは屈折レンズの集合を有し、その屈折レンズの集合は、各々の集合の屈折レンズの焦点面はたの集合の焦点面と異なる点で、互いに異なっている。そのような装置は、基板の異なる面における同時プリンティングを可能にする。
【００８７】
更に実際的で、それ故、好適なマルチレベルの素子を形成する方法は、形成される素子の異なるレベルにそれぞれ属す多くの副像に全像パターンをソフトウェア的に分割することである。第１副結像処理において、第１副像が形成され、レジスト層は第１レベルに位置付けられる。第１第１副結像処理は、走査又はステッピング方法に従って、及び上記の手段により実行される。それ故、レジスト層歯第２レベルに位置付けされ、第２副結像処理において、第２レベルに属す副像が形成される。Ｚ方向におけるレジスト層のシフト及び副結像処理は、マルチレベル素子の副像全てがレジスト層に転写されるまで、繰り返される。
【００８８】
本発明の方法は、強度に優れた装置であって、ステッパ又はステッパ及び走査リソグラフィ投射装置に比較して非常に単純である装置を用いて実行されることができる。
【００８９】
図２に模式的に示す装置において、光バルブ２１乃至２５のアレイ、すなわちＬＣＤは、屈折レンズ４３を有する結像要素、即ちレンズプレート４０のできるだけ近くに配列されている。このＬＣＤの光バルブ又は画素のサイズは、比較的大きい、例えば１００ｘ１００ｍｍ２の面積とすることが可能である。ＬＣＤ素子において、アナライザと呼ばれる偏光アナライザは、光バルブにより導入される偏光状態を強度レベルに変換するために必要とされる。可視光を用いて機能する映像投影装置に、現在、適用することができる市販のＬＣＤパネルが使用される場合、可視光アナライザはパネルから取り除かれる必要があり、個々のＵＶ又はＤＵＶアナライザは光バルブと結像素子４０との間に配列される必要がある。更に、この素子の基板４１はある厚さを有している。その結果、光バルブと結像素子のレンズとの間にはある距離が存在している。光バルブの非鮮鋭像がレジスト層に形成されること、及び、前記距離のために異なる光バルブからの放射線と回折効果との間にクロストークが生じることを回避するために、装置をデザインするとき、この距離が考慮される必要がある。
【００９０】
光バルブと屈折レンズとの間の距離を減少させるため及び厄介なクロストークを回避するために、屈折レンズアレイは偏光子の下方表面に配列される必要があり、及び／又は、偏光子は光バルブ構造において配列されることが可能である。
【００９１】
図１０は、上記の観点から魅力的である装置の代替の実施形態を示している。この装置は、屈折レンズアレイにおける光バルブアレイを結像する投射レンズを有し、それ故、各々の光バルブは対応する屈折レンズを用いて収束される。投射レンズを使用することにより、図２の装置のサンドイッチデザインにおいて可能であるより、更にデザインの自由度が可能となる。
【００９２】
図１０の左部分は照射システム３００を示しており、その照射システムは又、図２の装置において使用されることが可能である。この照射システムは、放射線ソースであって、例えば、水銀ランプ１３と、半球形状を有することが可能である反射器１５とを有する。反射器は、照射ビームの中央の障害が生じないように、ランプに対して配置されることが可能である。レーザはランプ１３及び反射器１５を置き換えることが可能である。放射線ソース１３、１５からのビームは、波長選択反射器又はダイクロイックミラー３０２に入射し、その波長選択反射器又はダイクロイックミラー３０２は、要求される波長を有するビーム成分であって、例えば、ＵＶ又はＤＵＶ放射線のみを反射し、ＩＲ又は可視光放射線のような他の波長の放射性を除去する。放射線ソースがレーザである場合、選択反射器は必要とされず、中立反射器は反射器３０２の位置において配列されるか又はレーザは光学的経路の残りに従って配列されることができる。例えば、反射器３０２の前後にそれぞれ配列された第１集光レンズ３０４及び第２集光レンズ３０６を有する第１集光レンズシステムは、放射線シャッタ３１０において照射ビーム１７を収束させる。このシャッタはダイアフラム３１２を備えている。このダイアフラムの形状はレジスト層５において形成されるスポット形状を決定し、このダイアフラムは、それ故、下で説明するスポット形成アパチャを有する。例えば、集光レンズ３１４、３１６を有する第２集光システムは、投影レンズ３２０の、瞳３２２におけるダイアフラム３１２又はダイアフラムにより通過される放射線を収束し、即ち、投射レンズ３２０の瞳の面においてダイアフラム３１２を結像する。集光レンズ３１６を通るビームはＬＣＤ２０を照射し、ＬＣＤ２０は集光レンズ３１６と投射レンズ３２０との間に配置されている。このレンズは、上で説明したように、ＬＣＤの各々の光バルブ（画素）が結像素子４０の対応する屈折レンズを用いて収束されるように、結像素子４０にＬＣＤを結像する。光バルブが開口されている場合、このバルブからの放射線は収束された屈折レンズのみに入射する。結像素子は、ＬＣＤから６００ｎｍの距離に配置されることが可能である。結像素子とレジスト層５との間の距離は１００ないし３００μｍのオーダーとすることが可能である。
【００９３】
ＬＣＤ２０は２０μｍの画素サイズを有することが可能であり、投射レンズは、５倍の倍率で結像素子にＬＣＤ画素構造を結像することが可能である。そのような結像に対しては、投射レンズに対する大きい開口数（ＮＡ）は必要とされない。結像素子に入射する小h差ビームのコリメーションを改善するために、コリメータレンズ３２４は結像素子の前に配置されることが可能である。投射レンズ及び屈折レンズは共に、ダイアフラム開口をスポット状に結像する。例えば、１ｍｍのダイアフラム開口は、１μｍの大きさのスポットの状態に結像される。ＬＣＤの動作は、入射する放射線の偏光状態であって、放射線を与える偏光子の変化に基づいているため、要求される初期の偏光状態が必要とされる。又、偏光状態を強度に変換する偏光アナラーザが必要とされる。この偏光子及びアナライザは、参照番号３０８及び３１８により示されている。この偏光子及びアナライザは照射ビームの波長に適合される。図２に示していないが、偏光子及びアナライザは又、この図に従った装置に備えている。
【００９４】
ＬＣＤ画素構造の結像は投射レンズを有する装置において結像素子４０に焦点合わせされるため、実際には、そのような装置において、クロストークは生じない。更に、結像素子は、非常に安定的であるように、厚い基板を有することが可能である。ＬＣＤ光バルブアレイを有する装置が用いられるとき、偏光子及びアナライザは放射線を吸収し、熱を生じる。通常の場合のように、偏光子とアナライザとがＬＣＤの近くに配置される場合、このことは熱の影響の原因となる。投射レンズがＬＣＤと結像素子との間に配置される装置は、ＬＣＤから離れてアナライザ３０８を配置することを可能にする。このようにして、熱の影響が生じることは、高度に回避されることとなる。図１０に示すように、アナライザ３１８は又、ＬＣＤ２０からある距離を置いて配置されることが可能である。更に、図１０のデザインは、ＬＣＤを別個に冷却することを可能にする。ＬＣＤ光バルブアレイは、小さい、例えば、４μｍの高分子材料の球形状のスペーサを有することが可能である。そのような球は光学的外乱をもたらす。投射レンズを有する装置においては、投射レンズのためにスペーサの効果は低減され、その投射レンズは、高周波数外乱のための空間フィルタとしての、比較的小さいＮＡの機能を有している。
【００９５】
投射レンズを使用するとき、反射型ＬＣＤ又はデジタルミラー装置（ＤＭＤ）のような反射型アレイにより透過型光バルブアレイを置き換えることが容易になる。ＤＭＤが使用される装置は、空間フィルタリング手段を備える必要がある。このような手段は、所定の方向を有する放射線、即ち、所定のオリエンテーションを有するミラーにより反射される放射線のみが、結像素志０及びレジスト層に到達する、ことを確実にする必要がある。
【００９６】
図１０の装置は、単に、投射レンズを有する装置の一例である。図１０の装置の多くの改善が可能である。
【００９７】
実際には、本発明の方法は、少なくとの１つの基板のプロセス層における素子フィーチャを有する素子を製造するための処理における段階として適用される。そのプロセス層の上のレジスト層に像がプリントされた後、処理層の領域から材料が除去され、又は処理層の領域に材料が付加され、そのような領域はプリントされた像により描画される。これらの、結像及び材料の除去又は付加の処理段階は、全体の素子が完成するまで、処理像すべてに対して繰り返される。副素子が異なるレベルにおいて形成され、複数のレベルの基板を用いることができるこのような場合に、副素子に対応する副像パターンは、結像素子とレジスト層との間の異なる距離に結像されることができる。
【００９８】
本発明は、プリンティングパターンであって、それ故、ＬＣＤ、プラズマ表示パネル及びＰｏｌｙＬｅｄ表示素子、プリント回路基板（ＰＣＢ）並びにマイクロ光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）のような表示素子の製造のために使用されることができる。
【００９９】
本発明は、リソグラフィプロキシミティプリンティング装置においてばかりでなく、プリンティング装置又はコピー装置のような他の種類の像形成装置においても、使用されることができる。
【０１００】
図１１は、本発明に従った屈折レンズの対応するアレイと光バルブアレイとを有するプリンタの実施形態を示している。プリンタは、放射線感応材料から成るレイヤー３３０を有し、その層は像担持体として機能する。レイヤー３３０は２つのドラム３３２及び３３３により移動され、それらドラムは矢印３３４の方向に回転される。露光ユニット３５０に到達する前に、放射線感応材料は、帯電器３３６により一様に帯電される。露光ステーション３５０は材料３３０に静電潜像を形成する。潜像は現像器３３８においてトナー像に変換され、このとき、供給されるトナー粒子が材料３３０に選択的に付着する。転写ユニット３４０において、材料３３０におけるトナー像は、ドラム３４４により移動される転写シートに転写される。  
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】従来のプロキシミティプリント装置の模式図である。
【図２】本発明に従った結像装置の実施形態を示す図である。
【図３ａ】この実施形態において使用される屈折レンズアレイの一部を示す平面図である。
【図３ｂ】この実施形態において使用される光バルブアレイの一部を示す平面図である。
【図３ｃ】この実施形態によりレジスト層において形成されたスポットのアレイの一部を示す平面図である。
【図４ａ】レンズアレイを生成する第１の方法を示す図である。
【図４ｂ】レンズアレイを生成する第１の方法を示す図である。
【図４ｃ】レンズアレイを生成する第１の方法を示す図である。
【図４ｄ】レンズアレイを生成する第１の方法を示す図である。
【図４ｅ】レンズアレイを生成する第１の方法を示す図である。
【図４ｆ】レンズアレイを生成する第１の方法を示す図である。
【図５】レプリカによりレンズアレイを製造するために使用される、モールドを形成するための装置の実施形態を示す図である。
【図６ａ】プリント処理の異なる時点について示す断面図である。
【図６ｂ】プリント処理の異なる時点について示す断面図である。
【図６ｃ】プリント処理の異なる時点について示す断面図である。
【図７ａ】プリント処理の異なる時点について示す平面図である。
【図７ｂ】プリント処理の異なる時点について示す平面図である。
【図７ｃ】プリント処理の異なる時点について示す平面図である。
【図８】スポットのアレイとレジスト層とを互いに対して走査するスキューの原理を示す図である。
【図９ａ】レンズアレイとレジスト層との間のギャップの異なる幅を用いて形成されたスポットのアレイを示す図である。
【図９ｂ】レンズアレイとレジスト層との間のギャップの異なる幅を用いて形成されたスポットのアレイを示す図である。
【図９ｃ】レンズアレイとレジスト層との間のギャップの異なる幅を用いて形成されたスポットのアレイを示す図である。
【図１０】光バルブアレイとレンズアレイとの間に投射レンズを有する結像装置の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明を用いることができるプリント装置の実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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