(57)【要約】  光学像がレジスト層（５）内に複数のサブ照射にて形成される。各サブ照射において、光バルブのアレイ（21‐25）と対応する回折セルのアレイ（91‐95）があるサブ像に従ってレジスト層内にスポットのパターン（111‐115）を形成するために用いられる。各サブ照射の間に、レジスト層が、これらアレイに対して移動される。少なくとも２つの振幅レベルと少なくとも３つの位相レベルを有する回折セルを用いることで、明るく、解像度の高いスポットが得られる。
2005513769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジスト層内に光学像を形成する方法であって、
放射線源を設けるステップと、
レジスト層を設けるステップと、
前記放射線源と前記レジスト層との間に個別に制御される光バルブの二次元アレイを配置するステップと、
前記光バルブのアレイと前記レジスト層との間に回折レンズの二次元アレイを、各回折レンズが前記光バルブの異なる一つと対応するように配置するステップと、
前記レジスト層の異なる部分を、連続的なサブ照射によって連続的に照射するステップとを含み、
各サブ照射が
前記光バルブのある選択された一つをスイッチングオンするステップと、
前記放射線源をスイッチングオンするステップと、
前記光バルブと前記放射線源をスイッチングオフするステップと、
前記レジスト層と前記光バルブのアレイ及び回折レンズのアレイとを互いに、照射されるべき次の層部分がこれら光バルブのアレイ及び回折レンズのアレイと整合するように移動させるステップとを含み、
回折レンズが、少なくとも２つの透過レベルと少なくとも３つの位相レベルを有する同一の回折セルの形態にて用いられる、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
各々が、連続した上昇する位相ステップと連続した下降する位相ステップとを示す、回折セルのアレイが用いられる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
各々が複数の連続した位相構造を含み、各位相構造が、ベースレベルからトップレベルへと上昇し、これに続いて、トップレベルからベースレベルへと下降する複数の位相ステップを含む、回折セルのアレイが用いられる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
各々が複数の連続した位相構造を含み、各位相構造が、ベースレベルからトップレベルへの連続的な上昇と、トップレベルからベースレベルへの突然の下降を示す、回折セルのアレイが用いられる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
回折セルの複数のコレクションを備えるアレイが用いられ、これらコレクションが、各コレクションの回折セルの焦点面が他のコレクションの焦点面と互いに異なる、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
連続的なサブ照射の間に、前記放射線に感応する層と、前記光バルブのアレイ及び回折セルのアレイとが互いに相対的に、前記レジスト層内に形成されるスポットのサイズとほとんど等しい距離だけ移動される、ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
像形状の境界におけるスポットの強度が、この形状の境界と隣の形状との距離に適合される、ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記照射ステップが、前記アレイをモノクロ放射のビームにて照射することを有する、ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記光バルブのアレイが、前記回折セルのアレイに直接に対面するように位置決めされる、ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記光バルブのアレイが前記回折セルのアレイ上に描画される、ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法と共に用いるための、回折セルのアレイを含む回折素子であって、
前記回折セルが少なくとも２つの振幅レベルと少なくとも３つの位相レベルとを有する、ことを特徴とする回折素子。
【請求項１２】
各回折セルが連続した上昇する位相ステップと連続した下降する位相ステップとを有する、ことを特徴とする請求項１１記載の回折素子。
【請求項１３】
前記回折セルが、互いに９０°だけ異なる、４つの位相レベルを有する、ことを特徴とする請求項１２記載の回折素子。
【請求項１４】
各回折セルが複数の連続した位相構造を含み、各位相構造が、ベースレベルからトップレベルへと上昇し、これに続いて、トップレベルからベースレベルへと下降する複数の位相ステップを含む、ことを特徴とする請求項１２記載の回折素子。
【請求項１５】
各回折セルが複数の連続した位相構造を含み、各位相構造が、ベースレベルからトップレベルへの連続的な上昇と、これに続く、トップレベルからベースレベルへの突然の下降を示す、ことを特徴とする請求項１１記載の回折素子。
【請求項１６】
前記回折素子が回折セルのコレクションを含み、これらコレクションが、各コレクションの回折セルの焦点面が他のコレクションの焦点面と異なる点で互いに異なる、ことを特徴とする請求項１１から１５のいずれかに記載の回折素子。
【請求項１７】
請求項１記載の方法を遂行するための装置であって、
放射線源と、
レジスト層が設けられた基板を保持するための基板ホルダと、
前記放射線源と前記基板ホルダとの間に配置された個別に制御可能な光バルブの二次元アレイと、
前記光バルブのアレイと前記基板ホルダとの間に、各回折レンズが前記光バルブの異なる一つに対応するように配置された回折レンズの二次元アレイを有する回折素子とを備え、
前記回折レンズが、少なくとも２つの振幅レベルと少なくとも３つの位相レベルとを有する回折セルである、ことを特徴とする装置。
【請求項１８】
各回折セルが連続した上昇する位相ステップと連続した下降する位相ステップとを有する、ことを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記回折セルが、互いに９０°だけ異なる、４つの位相レベルを有する、ことを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
各回折セルが複数の連続した位相構造を含み、各位相構造が、ベースレベルからトップレベルへと上昇し、これに続いて、トップレベルからベースレベルへと下降する複数の位相ステップを含む、ことを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２１】
各回折セルが複数の連続した位相構造を含み、各位相構造が、ベースレベルからトップレベルへの連続的な上昇と、これに続く、トップレベルからベースレベルへの突然の下降を示す、ことを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２２】
前記回折素子が回折セルのコレクションを含み、これらコレクションが、各コレクションの回折セルの焦点面が他のコレクションの焦点面と異なる点で互いに異なる、ことを特徴とする請求項１７から２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記放射線源がモノクロ放射源である、ことを特徴とする請求項１７から２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記回折素子が、中間に描画要素を設けることなく、前記光バルブのアレイの後に配置される、ことを特徴とする請求項１７から２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
前記光バルブのアレイと前記回折素子との間にプロジェクションレンズが配置される、ことを特徴とする請求項１７から２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
前記回折構造を有する回折素子の表面と前記レジスト層との間の距離が２５０μｍなるオーダである、ことを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項２７】
基板の少なくとも一つのプロセス層内にデバイスを製造する方法であって、
前記プロセス層上に設けられたレジスト層内に、前記プロセス層内に形成されるべきデバイス形状に対応する形状を有する、像を形成するステップと、
前記プロセス層内の、前記レジスト層内に形成された像によって区画されたエリアから材料を除去或いはこのエリアに材料を追加するステップと、を含み、
前記像が請求項１から１０のいずれかに記載の方法によって形成される、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジスト層内に光学層を形成する方法であって、この方法が：
光学的な放射線源を設けるステップと、
レジスト層を設けるステップと、
放射線源とレジスト層との間に個別に制御される光バルブの二次元アレイを位置決めするステップと、
光バルブのアレイとレジスト層との間に回折レンズの二次元アレイを各回折レンズが光バルブの異なる一つに対応するように位置決めするステップと、
レジスト層の異なる部分を連続したサブ照射によって連続的に照射するステップとを備え、
各サブ照射は、
光バルブのある選択された一つをスイッチングオンするステップと、
放射線源をスイッチングオンするステップと、
光バルブと放射線源をスイッチングオフするステップと、
レジスト層と光バルブのアレイ及び回折レンズのアレイとを互いに、照射されるべき次のレジスト層の部分がこれらアレイと整合するように、移動させるステップとを含む、方法に係る。
【０００２】
本発明は、更に、
この方法に用いるための回折セルのアレイを備える回折素子と、
この方法を遂行するための装置と、
この方法を用いるデバイスを製造する方法にも係る。
【背景技術】
【０００３】
光バルブ或いは光学シャッタのアレイとは、２つの状態の間でスイッチングすることができる制御可能な素子のアレイを意味するものと解される。これら状態の一方においては、このような素子上に入射する放射線はブロックされ、他方の状態においては、この入射放射線は、透過或いは反射され、このアレイがその一部を構成する装置内の所定の経路を追随する。
【０００４】
このようなアレイとしては、透過型或いは反射型液晶ディスプレイ（liauid crystal display, LCD）が用いられることも、或いはデジタルミラーデバイス（digital mirror device, MDM）が用いられることもある。レジスト層は、光学リソグラフィにおいて用いられる放射線に敏感な材料の層である。
【０００５】
この方法及び装置は、とりわけ、液晶ディスプレイ（LCD）パネル、カスタムIC（集積回路）、印刷回路基板（PCB）等のデバイスの製造に用いられる。現在、これらデバイスの製造には、近接描画（proximity printing）が用いられている。近接描画は、デバイスの基板上の放射線に敏感な層（radiation-sensitive layer）内に、その基板の層内に形成されるべきデバイス形状（device feature）に対応する形状を備える像（image）を形成するための高速かつ安価な方法であるといえる。この方法においては、基板からプロキシミティギャップ（proximity gap）と呼ばれる短かな距離だけ離れた所に大きなフォトマスク（photo mask）が配置され、このフォトマスクを介して基板が、例えば、紫外（ultraviolet, UV）線にて照射される。この方法の一つの重要な長所は、像フィールド（image field）が大きく、このため、大きなデバイスパターンを１描画ステップにて描画することができることである。近接描画のための従来のフォトマスクのパターンは、基板上に要求される像の実寸の（true）の１：１のコピーである。つまり、この像の各画素は、このマスクパターン内の対応する画素と等しい。
【０００６】
近接描画の解像度、つまり、マスクパターン内の点、線等、より一般的には形状を、基板上の敏感な（レジスト）層内に別個の実体（entitiy）として再現する能力は、限られている。これは、形状の寸法が、描画のために用いられる放射線の波長との関係で低減されたとき発生する回折効果（diffractive effect）に起因する。例えば、近UVレンジ内の波長と、１００μｍなるプロキシミティギャップ幅では、解像度は１０μｍとなるが、これは、互いに１０μｍなる距離だけ離れた複数のパターン形状を別個の要素として描画できることを意味する。
【０００７】
光学リソグラフィにおいて解像度を増加させるためには、リアルプロジェクション装置（real projection apparatus）、つまり、レンズプロジェクションシステムや、ミラープロジェクションシステムのようなリアルプロジェクションシステムを有する装置が用いられる。このような装置の例としては、ウェーハステッパ（wafer stepper）や、ウェーハステップ・アンドスキャナ（wafer step-and-scanner）がある。ウェーハステッパにおいては、マスクパターン全体、例えば、あるICパターンが、プロジェクションレンズシステムによって、基板の第一のICエリア上に、１ステップ（one go）にて描画される。次に、マスクと基板が互いに相対的に、第二のICエリアがプロジェクションレンズの下に来るまで移動（ステッピング）される。マスクパターンがこの後、この第二のICエリア上に描画される。これらステップが、基板の全てのICエリアに、マスクパターンの像が描画されるまで反復される。このプロセスには、これら移動、整合、照射から成る、多くのサブステップが要求されるため、多くの時間が掛かる。ステップ・アンドスキャナにおいては、一度にマスクパターンの小さな部分のみが照射される。照射の際に、マスクと基板が照射ビームに対して同期して、マスクパターンの全体が照射され、基板のあるICエリア上にこのパターンの完全な像が形成されるまで移動される。次に、マスクと基板が互いに次のICエリアがプロジェクションレンズの下に来るまで移動され、マスクパターンが、次のICエリア上にマスクパターンの完全な像が形成されるように、再びスキャン照射される。これらステップが、基板の全てのICエリアにマスクパターンの完全な像が形成されるまで反復される。ステップ・アンドスキャニングプロセスは、ステッピングプロセスより、さらに時間が掛かる。
【０００８】
１：１ステッパ、すなわち、１なる倍率を有するステッパをLCDパターンを描画するために用いた場合には、３μｍなる解像度を得ることができるが、このためには、描画のためにかなりの時間が必要となる。更に、パターンが大きな場合は、これらをサブパターンに分割し、これらが別個に描画されることとなるが、この場合は、隣接するサブフィールドが完璧に整合されないことを意味するスティッチング問題（stitching problem）が発生する。
【０００９】
フォトマスクの製造は、時間の掛かる、やっかいなプロセスであり、このため、マスクは大変高価なものとなる。フォトマスクの再設計が頻繁に必要とされる場合や、特定用途向けデバイスの場合、つまり同一のデバイスが比較的少数しか製造されない場合には、フォトマスクを用いるリソグラフィック製造方法は、高価に付く。
【００１０】
D.GilらによってJ. Vac. Sci. Technology B 18(6), Nov/Dec 2000, pages 2881-2885に掲載の文献”Lithographic patterning and confocal imaging with zone plates（ゾーンプレートを用いてのリソグラフィックパターニング及び同焦点描画）”は、フォトマスクの代わりに、DMDアレイとゾーンプレートのアレイの組合わせが用いられる、リソグラフィック方法について記述している。これらゾーンプレートのアレイが、これはフレネル（Fresnel）レンズとも呼ばれるが、照射された場合、これは、基板上に、放射線スポット（radiation spot）のアレイ、この文献において記述される実験においては、３×３個のX-線スポットのアレイを生成する。このスポットのサイズは、ゾーンプレートの最小形状サイズ（minimum feature size）、つまり、外側ゾーン幅と概ね等しい。各ゾーンプレートに対する放射線は、DMDデバイスのマイクロメカニック手段を用いて別個にターンオン・オフされ、ゾーンプレートのユニットセル（zone plate unit cell）を通じて基板をラスタスキャニング（raster scanning）することで、任意のパターンが描画され得る。こうして、マスクレスリソグラフィ（maskless lithography）の長所と、スポットのアレイによるパラレル描画（parallel writing）による高スループットとが結合される。このアレイのゾーンプレートは、従来の位相ゾーンプレートである。つまり、これらは、交番する第一のリングと、第二のリングから成り、第一のリングと第二のリングは、全て、それぞれ、一定の第一のレベルと一定の第二のレベルの所に配置される。第一のリングを通過する放射線は、第二のリングを通過する放射線に対して、１８０°の位相シフトを受ける。この文献によると、フォーカスされなかった回折オーダ（diffraction orders）に起因する背景放射を低減するために、オーダソーティングアパーチャ（order-sorting aperture）が必要となる。
【発明の開示】
【００１１】
本発明の一つの目的は、精度が高く、放射線効率の良い、リソグラフィック描画方法を提供することにある。この方法によると、回折レンズとして、少なくとも２つの透過レベル（transmission level）と、少なくとも３つの位相レベル（phase level）とを有する回折セルが用いられる。
【００１２】
これら回折セルは、通常は、必ずしも同一であることは必要とされない。回折セルの振幅レベル（amplitude level）と位相レベル（phase level）は、回折セルが、その回折セルに入射するビーム部分の、それぞれ、振幅と位相とを、どの程度変化させるかの尺度となる。回折セルのあるエリアの位相レベルは、例えば、そのエリアの、全アレイの表面からの高さ或いは深さによって決定される。
【００１３】
セル当り２つ以上の位相レベルを用いることで、回折効率、つまり、入射放射線の、所望の回折オーダ（diffraction order）、例えば一次（first order）において回折される、の割合は増加する。このことは、利用可能な放射線が、レジスト層の描画のために最適に用いられ、背景放射、例えば、零次（zero order）或いは回折されない（non-diffracted）放射の量は非常に小さくなり、この放射線を、例えば、オーダフィルタ（order filter）を用いてブロックする必要はなくなることを意味する。
【００１４】
セルの回折効率と、これらセルによって形成されるスポットの鋭さ（sharpness）は、これらセル内の位相ステップ（phase step）の数が多いほど増加する。ある限られた数の位相ステップにて、例えば、互いに９０°だけ異なる４つの位相ステップを用いることで、妥当な結果を得ることができる。通常は、各回折セルに対して２つの振幅レベルで十分である。セルの主要な部分は”白（white）”とされ、セルの境界部分のみが、そのセルを隣接セルから区別するために”黒（black）”とされる。”白（white）”は、入射放射線がレジスト層に伝達或いは反射されることを意味し、”黒（black）”は、入射放射線がこの層に到達することが阻止されることを意味する。全ての回折セルの黒の部分は、例えば、クロム等の金属の１つの層から構成することができ、この層は、この位相構造を有する白の部分を収容するための比較的広い開口を有する。クロムは光学リソグラフィにおいて既に広く用いられている。これら位相構造は、例えば、水晶から成る回折素子（diffraction element）内にイオンビーム技術を用いてエッチングされる。
【００１５】
この方法の第一の実施例は、その用途が、回折セルのアレイの各々が連続した上昇する位相ステップと、連続した下降する位相ステップとを示す回折セルのアレイから成ることを特徴とする。
【００１６】
この方法の第二の実施例は、その用途が、回折セルのアレイの各々が、複数の連続的な位相構造を含み、各位相構造が、ベースレベルからトップレベルへと上昇し、これに続く、トップレベルからベースレベルへと下降する複数の位相ステップを含む、回折セルのアレイから成ることを特徴とする。
【００１７】
この方法の第三の実施例は、その用途が、回折セルのアレイの各々が、複数の連続した位相構造を含み、各位相構造が、ベースレベルからトップレベルへの連続的な上昇と、これに続く、トップレベルからベースレベルへの突然の下降を示す、回折セルのアレイから成ることを特徴とする。
【００１８】
これら実施例のもう一つの形態は、その用途が、複数の回折セルのコレクションを備え、各コレクションは、各コレクションの回折セルの焦点面が他のコレクションの焦点面と異なる点で互いに異なる、アレイから成ることを特徴とする。
【００１９】
この方法は、基板の異なる平面に描画することを可能にする。
【００２０】
この方法のもう一つの実施例においては、連続したサブ照射の間に、放射線に敏感なレジスト層とアレイとが、互いに相対的に、このレジスト層内に形成されるスポットのサイズとほとんど等しい距離だけ移動される。
【００２１】
こうすることで、像、つまり、パターンの形状を、全形状を通じて一定の強度にて描画することが可能となる。これらスポットの形状は、回折セルの設計に依存して、円形とすることも、正方形とすることも、菱形とすることも、或いは長方形とすることもできる。スポットのサイズは、このスポット内の最大寸法（largest dimension）のサイズとされる。
【００２２】
描画されるべき像の形状が互いに非常に接近している場合、これら形状が広がり、互いに併合（merge）することがあるが、この現象は近接効果（proximity effect）として知られている。本発明の一つの実施例においては、この近接効果の発生を阻止するために、像形状の境界におけるスポットの強度が、この形状の境界と隣の形状との距離に適合される。
【００２３】
この方法は好ましくは、上述の照射ステップが、上述のアレイをモノクロ放射のビームにて照射することを含むことを特徴とする。
【００２４】
モノクロ放射線はたった１つの波長を有し、その回折特性が波長に依存する回折素子と共に用いるのに非常に適する。このモノクロ放射線を生成するために、レーザを用いることもできる。
【００２５】
この方法は、光バルブのアレイが回折セルのアレイと直接に対面するように位置決めされることを特徴とする。
【００２６】
これら２つのアレイは、これらの間に描画手段（imaging means）を配置することなく、互いに接近して位置決めされ、このため、この方法をコンパクトな手段にて遂行することが可能となる。光バルブのアレイが、入射放射線の偏光を変調するLCDセルのアレイである場合、LCDと回折セルのアレイとの間に偏光アナライザ（polarization analyzer）が配置される。
【００２７】
この方法は、光バルブのアレイが回折セルのアレイ上に描画されることを特徴としてもよい。
【００２８】
１つのアレイを他のアレイ上に、プロジェクションレンズを用いて描画することは、安定性、熱効果、及びクロストークの点で有利である。
【００２９】
本発明は、更に、上述の方法と共に用いるための回折セルのアレイを含む回折素子（diffraction element）にも係る。この回折素子は、この回折セルが、少なくとも２つの振幅レベルと、少なくとも３つの位相レベルを有することを特徴とする。
【００３０】
この回折素子の一つの比較的単純な実施例は、各回折セルが、連続した上昇する位相ステップと、連続した下降する位相ステップとを有することを特徴とする。
【００３１】
この回折素子のもう一つの形態は、この回折セルが、互いに９０°だけ異なる４つの位相レベルを有することを特徴とする。
【００３２】
このような回折素子を用いることで満足できる結果を得ることができる。
【００３３】
更に良好な結果が得られるように、回折素子のもう一つの実施例は、各回折セルが、複数の連続した位相構造を含み、各位相構造は、ベースレベルからトップレベルへと上昇し、これに続いて、トップレベルからベースレベルへと下降する複数の位相ステップを含むことを特徴とする。
【００３４】
この回折素子のもう一つの実施例は、各回折セルが、複数の連続した位相構造を含み、各位相構造は、ベースレベルからトップレベルへの連続的な上昇と、これに続く、トップレベルからベースレベルへの突然の下降を示すことを特徴とする。
【００３５】
この実施例は、前の実施例と比較して、製造はより困難であるが、より良い結果が得られる。
【００３６】
この回折素子の更にもう一つの実施例は、この回折素子が、回折セルの複数のコレクションから成り、これらコレクションは、各コレクションの回折セルの焦点面が他のコレクションの焦点面と異なる点で互いに異なることを特徴とする。
【００３７】
この回折素子は、レジスト内に形成されるべきスポットが非常に小さくない場合に用いることができるが、この回折素子を用いると、レジスト層内の異なる高さの所にパターン形状を同時に描画することができ、このため時間を節約することができる。
【００３８】
本発明は、更に、上述の方法を遂行するための装置にも係る。この装置は：
放射線源と、
レジスト層を塗布された基板を保持するための基板ホルダと、
放射線源と基板ホルダとの間に配置された個別に制御可能な光バルブの二次元アレイと、
光バルブのアレイと基板ホルダとの間に各回折レンズがこれら光バルブの異なる一つと対応するように配置された回折レンズの二次元アレイを備える回折素子と、を備え、
回折レンズは、少なくとも２つの振幅レベルと少なくとも３つの位相レベルを有する回折セルであることを特徴とする。
【００３９】
この装置を用いると、レジスト層を複数の鋭いスポットにて同時に走査することで任意のパターンを描画することが可能となるとともに、利用可能な放射線の利用効率が向上する。
【００４０】
この装置の第一の実施例は、各回折セルが、連続した上昇する位相ステップと連続した下降する位相ステップとを有することを特徴とする。
【００４１】
この実施例はさらに、回折セルが、互いに９０°だけ異なる４つの位相レベルを有することを特徴としてもよい。
【００４２】
このような回折素子を用いることで満足できる結果が得られる。
【００４３】
この装置の第二の実施例は、各回折セルが、複数の連続した位相構造を含み、各位相構造は、ベースレベルからトップレベルへと上昇し、これに続いて、トップレベルからベースレベルへと下降する複数の位相ステップを含むことを特徴とする。
【００４４】
各回折セル内にこのような位相プロフィル（phase profile）を用いることで、一つの所望の回折オーダ（次数）において最大の回折（maximum diffraction）とスポットの最大の鋭さ（maximum sharpness ）を得ることが可能となる。
【００４５】
この装置の第三の実施例は、各回折セルが、複数の連続した位相構造を含み、各位相構造は、ベースレベルからトップレベルへの連続的な上昇と、これに続く、トップレベルからベースレベルへの突然の下降を示すことを特徴とする。
【００４６】
上述の全ての実施例のもう一つの形態は、回折素子が、複数の回折セルのコレクションから成り、これらコレクションは各コレクションの回折セルの焦点面が他のコレクションの焦点面と異なる点で互いに異なることを特徴とする。
【００４７】
この装置は、好ましくは放射線源がモノクロ放射の放射線源であることを特徴とする。
【００４８】
場合によっては、他の放射線源、例えば、複数の波長バンドを放出する従来の蛍光アークランプを用いることもできる。
【００４９】
この装置はまた、回折素子が、中間に描画手段を設けることなく、光バルブのアレイの後に配置されることを特徴としてもよい。
このギャップ、例えば、エヤーギャップは非常に小さくなり、この実施例は、サンドイッチ形状を有する。光バルブのアレイが液晶ディスプレイ（LCD）である場合、光バルブのアレイと回折セルのアレイとの間に偏光アナライザが配置される。
【００５０】
この装置の、上述のサンドイッチ形態に対する代替としての実施例は、光バルブのアレイと回折素子との間にプロジェクションレンズが配置されることを特徴とする。
【００５１】
プロジェクションレンズが、回折素子内のそれと関連する回折セル上に各光バルブを描画することで、クロストーク（crosstalk）、光学収差（optical aberrations）及び温度効果（temperature effect）の問題が解消される。更に、回折素子の基板を比較的厚くすることができ、このため、この装置は、より安定する。
【００５２】
本発明は、更に、基板の少なくとも一つのプロセス層内にデバイスを製造する方法にも係る。この方法は：
このプロセス層上に設けられたレジスト層内に、プロセス層内に形成されるべきデバイス形状に対応する形状を備える像を形成するステップと、
レジスト層内に形成された像によって区画されるエリアである、プロセス層のエリアから材料を除去、或いはこのエリアに材料を追加するステップとを含む。
【００５３】
この方法は、上述したように、この像が上記方法によって形成されることを特徴とする。
【００５４】
本発明のこれら方法及び装置によって製造することができるデバイスには、液晶ディスプレイデバイス、特定用途向けIC、電子モジュール、印刷回路基板（PCB）等が含まれる。このようなデバイスの例には、マイクロ光学・電気・機械（micro-optical-electrical-mechanical, MOEM）モジュール、及び、ダイオードレーザ及び／或いは検出器と、光ガイドと、場合によっては、光ガイドとダイオードレーザ或いは検出器との間にレンズを含む集積光通信デバイスも含まれる。
【００５５】
本発明のこれら及びその他の特徴が、単に一例として、本発明の幾つかの実施例との関連で行なわれる、以下の詳細な説明から一層明白となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
図１は、例えば、LCDデバイス製造を製造するための近接描画装置を非常に簡略的に示す。この装置はその上にデバイスが製造される基板３を運ぶための基板ホルダ１を備える。基板３には、放射線に敏感な（radiation-sensitive）層、すなわちレジスト層５が塗布され、ここにデバイス形状に対応する形状を有する像が形成される。像情報はマスクホルダ７内に配置されるマスク８内に含まれている。マスクは、透明な基板９を含み、この下側面には透明と不透明なストリップとエリアのパターン１０が提供され、これによって像情報が表される。このパターン１０がレジスト層５とは１００μｍなるオーダのギャップ幅ｗを有する小さいエアーギャップ（air gap）１１にて分離される。この装置は、更に、放射線源１２を備える。この放射線源は、ランプ１３、例えば、水銀アークランプと、反射器１５を備える。この反射器は、マスクに対して後方向及び横方向に放出されるランプの放射線をマスクに向けて反射させる。放射線源からの放射ビーム（radiation beam）１７が実質的に平行なビーム（collimated beam）となるように、反射器は放物反射器(parabolic reflector)であってもよく、ランプは反射器の焦点内に位置決めされる。放射線源内に、ビーム１７が実質的に平行となるように、他の或いは追加の光学素子、例えば、1つ或いは複数のレンズを配置することもできる。このビームは、かなり広く、例えば、７．５×７．５ｃｍ２から４０×４０ｃｍ２なる寸法を有する全マスクパターン１０を照射する。一度の照射ステップには、例えば、１０秒なるオーダの時間が掛かる。レジスト層内にマスクパターンが描画（imaged）された後、これは、周知のやり方にて処理される。つまり、このレジスト層を現像及びエッチングすることで、光学像が、処理されている基板層の表面構造内に移される（transferred）される。
【００５７】
図１の装置は比較的単純な構造を有し、レジスト層内に大きな面積のマスクパターンを一度で描画するのには非常に適する。ただし、フォトマスク（photo mask）は、高価なコンポーネントであり、フォトマスクを用いて製造されるデバイスの価格は、同一のデバイスが大量に製造される場合にのみ、ある程度安価に抑えることができる。マスクの製造は高度に専門的な技術であり、これは、比較的少数のマスク製造会社の手に委ねられている。あるデバイス製造業者が新たなデバイスを製造するために要する時間、或いはある現存するデバイスを修正するために要する時間は、マスク製造業者の引渡し時間に大きく左右される。とりわけ、デバイスの開発段階においては、しばしばマスクの再設計が必要となり、このためマスクが開発能力の制限要素（capability-limiting element）となる。このことは、小量の特定用途向けデバイスの製造についてもいえる。
【００５８】
レジスト層内に、パターンを、例えば、電子ビームライタ（electron beam writer）或いはレーザビームライタ（laser beam writer）にて直接に書き込むやり方によると、要求される柔軟性を達成できるかもしれないが、ただし、この方法は、このプロセスには多くの時間が掛かるために現実的な代替とはなり得ない。
【００５９】
図２は、あるリーズナブルな時間内にレジスト層内に任意に、かつ、簡単に変更することができる像パターンを形成することができる、マスクを用いない（マスクレス）方法及び装置の原理を示す。図２は、この方法を遂行するために用いられる、及びこの装置の一部を形成する、手段の、ある小さな部分を非常に簡略的に縦断面図にて示す。この装置は、レジスト層５を塗布された基板を収容するための基板ホルダ１を備える。参照符号２０は、例えば、現在情報を直視（direct-view）或いは投影（projection）にて表示するために用いられている液晶ディスプレイ（liquid crystal display, LCD）から成る光バルブデバイス（light valve device）を示す。デバイス２０は、画素とも呼ばれる多数の光バルブから成るが、図２には、これらの内の少数２１−２６のみが示される。光バルブデバイスは、コンピュータ構成３０によって制御され、このコンピュータ内に、基板層内に構成（形成）されるべきパターンがソフトウェアにて実現される。このコンピュータは、こうして、書込み（描画）過程の任意の瞬間において、個々の光バルブに対して、それが開かれるべきか否か、つまり、照射ビーム１７の対応する部分をブロックすべきか、或いはその部分をレジスト層に向けて透過すべきかを決定する。光バルブのアレイ２０とレジスト層５との間には回折素子４０が配置されるが、これは透明な基板４１と回折構造４２から成る。回折構造は、光バルブの数に対応する、多数の回折セルから成る。これら回折セルのアレイが、各回折セルが光バルブの異なる１つに属するように、光バルブのアレイと整合される。
【００６０】
放射線源、基板ホルダ、及びマスクホルダは、この新たな方法を理解するためにはそれほど重要ではないために、これら要素は図２には示されていない。
【００６１】
本発明によると、回折セルは、２つの振幅レベルと、４つの位相レベルとを有する。図３ａは、１６個のセルの振幅構造５０を示し、図３ｂはこれらの位相構造５５を示す。振幅構造は黒と白の構造から成り；各セルの中央の主要な部分５２は白或いは透明であり、入射放射線を透過するが；セルの境界部分５４は、黒で、放射線をブロックする。図３ａに示されるように、あるセルの境界部分は、隣接するセルの境界部分内に流れこむ。全てのセルの境界部分は、図３ｂに示されるような位相構造が得られるような、比較的大きな開口を有する放射線を吸収或いは反射する層から構成される。このセルの位相構造５７は、そのセルを通過するビーム部分のサブ部分間に位相差が導入され、そのビーム部分に建設的(constructive)及び破壊的(destructive)な干渉が発生し、結果としてレジスト層内に小さなスポットが形成されるように設計される。回折セルを用いることで、これらスポットの形状を要求される用途に合わせて調節することが可能となる。つまり、これらセル内の位相構造の輪郭線（contour line）を調節することで、例えば、円形、長方形、正方形或いは菱形のスポットを生成することが可能となる。レジスト層内のこれらスポットのサイズは、セルの位相構造によって決まる。回折素子の振幅構造は、光バルブアレイの幾何構造に合せられ、回折素子は、光バブルからの放射線ができるだけ多く、関連する回折セルの透明な部分５２を通過できるように、光バルブのアレイから、ある距離だけ離して配置される。回折セルの位相構造５７は、セルに入射するできる限り多くの放射線のこのセルによって形成されるスポット内に集中し、バックグラウンド放射（background radiation）の発生量ができる限り少なくなるように設計される。
【００６２】
図３ｃは、光バブルアレイの対応する部分が３６５nmなる波長を有する放射線によって照射され、回折構造４２とレジスト層５との間の距離４４が５０μｍとされ、全ての光バルブが開かれたときに、図３ａ、３ｂの回折構造の、４つの位相レベルを有する実施例によって得られる、スポット６２のアレイ６０を示す。これらスポット６２は、１μｍ２のオーダのサイズを有する。
【００６３】
回折セルの位相構造は、関連するビーム部分内に要求される位相差を導入することができればどのような位相構造であっても構わない。製造の観点からは、位相構造は、好ましくは、深さ（depth）或いはレベル（level）構造とされる。
【００６４】
図４は、４‐位相レベル構造に対する深さ構造の一実施例を垂直断面図にて示す。図４には、回折セルの１つと、これに隣接する２つのセルの一部が示される。水平軸は、回折素子の長さ或いは幅の方向を表し、垂直軸に沿っては、ある与えられた位置におけるそのセルの表面からの、これらレベルの深さ或いは高さがプロットされている。各セルは、４つの異なる幾何（深さ）レベル７０−７３を有するが、これらは、それぞれ、０°、９０°、１８０°及び２７０°なる４つの異なる位相シフトを導入する。３６０°なる位相シフトは０°なる位相シフトと同一の効果を有する。このような位相構造を有するセルを有する回折素子にて図３ｃに示されるような良好な品質のスポットを得ることができる。
【００６５】
図５ａは、４つの位相レベルを有する回折セルのもう１つの好ましい実施例をこれも垂直断面図にて示す。このセルは、１つの比較的広い中央部分８０と、この中央部分の左側の２つのサイド部分８１、８２と、この中央部分の右側の２つのサイド部分８３、８４とを含む。これら全ての部分８０−８４は４つの異なる幾何（深さ）レベル８５−８８を有する。この回折セルにて丸いスポットを生成したい場合は、中央部分８０のレベル８８のエリアは丸くされ、中央部分のレベル８５−８７のエリアと、サイド部分８１−８４のエリアは環状にされる。セルの厚さｄ１は、０．５μｍのオーダとされる。実際には、図５ａに示すタイプのセルは、示される４つ（８０−８４）より多数の部分を有するが、こうすることで、セルによって生成されるスポットの品質を向上させることができる。
【００６６】
ある回折セル内の位相ステップの数が多いほど、そのセルによって生成されるスポットは、より細かく、より明るくなる。位相ステップの数の限界は、このような回折セルを有する回折素子を製造できる能力によって課される。図５ａの回折セルの位相構造は、既に、図５ｂに示されるフレネルレンズ（Fresnel lens）のそれに接近する。フレネルレンズへの近似度（similarity）はその回折セル内の位相レベルの数が増加するほど増す。理想的なスポットは、セルが無限個の位相ステップを有する場合に、つまり、セルが０度から３６０°まで連続的に増加する細分された無数のフランクを有する場合に得られる。このようなセルも、これが１μｍのオーダ小さな外側寸法（outer dimensions）と、描画放射線の波長との関係で、更に小さな細分エリア寸法（portion area dimensions）を有するという点で回折セルとみなすことができる。
【００６７】
状況によっては、ある回折セル内の位相ステップの数を４つよりも少なく、例えば、３つとすることもできる。振幅レベルについては、殆どのケースにおいて、１つの回折セル内に２つあれば十分であるが、状況によっては、ある回折セル内に３つ或いはそれ以上の振幅レベルを設けることもできる。
【００６８】
マルチレベル位相構造を有する回折素子は、公知のリソグラフィック技術を用いて製造することができる。電子に敏感なレジスト内に例えば、電子ビームパターン発生器（electron beam pattern generator）を用いて回折セルのパターンが書き込まれ、選択イオンエッチング（selective ion etching）を用いて回折レベルが実現される。いわゆるキャニョン技術（Canyon technique）を用いることもできる。この技術によると、電子ビームに敏感なガラス、つまり、その透過度（transmission）が電子ビームの強度（intensity）に依存して変化するガラスが用いられる。このガラス内に回折セルのパターンがグレーパターン（grey pattern）、つまり、振幅パターンとして書き込まれる。次に、このグレーパターンをマスクとして、石英基板（quartz substrate）上のコーティングされたレジスト層内に三次元セルパターンが形成される。次に、このレジストパターンが、反応性イオンエッチング（reavtive ion etching）を用いて石英基板に移される。マルチレベルの位相構造がマスク基板面７０上に設けられた後に、マスクに要求される振幅構造を与えるためにこのマスクの表面がクロムにて選択的にコーティングされる。
【００６９】
マスクを選択的にコーティングするために、クロムの代わりに、他の非透過性（non-transmission）材料を用いることもできる。振幅レベルに対する１００％の透過或いは０％の透過の代りに、マスクが異なる振幅レベルを有するようにすることもできる。
【００７０】
上述のように、２つの振幅レベルと４つの位相レベルを有する回折マスク構造と、１×１μｍ２なる寸法の回折セルを用いることで良好な結果を得ることができる。ただし、上述の及び他の用途に対するマスク構造として、３つ或いは４つ以上の位相レベル及び/或いは２つ以上の振幅レベルを有するようにすること、及び/或いは回折セルエリアに対して異なる寸法を用いることもできる。一般には、描画された像の品質のレベルは、セルエリアの寸法が小さくなるほど、かつ、振幅と位相の数が増加するほど、向上する。
【００７１】
図３ｃに示すように、各スポット６２は、レジスト層エリアの、このスポットが存在するか否かを決定するその光バルブに属する小さな点状の部分のみを占拠する。以降、この点状のレジストエリアは、スポットエリアと呼ばれ、光バルブに属するレジストエリアはバルブエリアと呼ばれる。製造すべきデバイス形状に対応する像パターンの完全な形状、つまり、ラインとエリアを得るためには、レジスト層を有する基板と、これら２つのアレイ（回折セルのアレイと光バルブのアレイ）とを互いに相対的に移動させることが必要となる。換言すれば、各スポットを、その対応するバルブエリア内で、このエリアが、完全に走査され、所定の、つまり、形状にて決定される位置にて、照射されるように、移動させる必要がある。より具体的には、これは、基板を格子状のパターンにステップワイズ（stepwise）に移動させることで実現される。この移動ステップ（displacement step）の大きさは、スポットのサイズのオーダ、例えば、１μｍ或いはそれ以下のオーダとされる。バルブエリアのある与えられたスポットに属する部分がフラッシュにより照射され、この部分によってある像の形状或いはその一部が形成される。基板ホルダを要求される精度にて１μｍ或いはそれ以下のステップ（刻み幅）にて移動させるためには、リソグラフィックプロジェクション装置（lithographic projection apparatus）において用いられており、１μｍよりも十分に低い、例えば、１００nmのオーダの精度にて動作する、サーボ制御の基板ステージが用いられる。
【００７２】
図６ａから６ｃにはこのフラッシングとステッピングの照射プロセスが示されるが、これらの図面は、光バルブのアレイ、回折素子、及びレジスト層の小さな部分を示す。これら図面内において、参照符号１７は、光バルブ２１−２５上に当る照射ビームを表し、参照符号１０１−１０５は開いた光バルブを通過し、対応する回折セル９１−９５によって収束（converge）されたサブビームを表す。図６ａは全ての光バルブを開いて第一のサブ照射が行なわれた後の状況を示す。第一のセットのスポットエリア１１１−１１５が、すなわち、各光バルブエリアについて１つのスポットエリアが、照射されている。図６ｂは、基板が１ステップ（刻み幅）だけ右に移動され、このときも全ての光バルブを開いて第二のサブ照射を行った後の状況を表す。第二のセットのスポットエリア１２１−１２５が照射されている。図６ｃは基板が５ステップ移動され、６回のサブ照射が行なわれた後の状況を表す。第四番目のサブ照射の際には、光バルブ２３と２５は閉じられ、このためスポットエリア１３３と１３５は照射されていない。第五番目のサブ照射の際には光バルブ２４と２５が閉じられ、このためスポットエリア１４４と１４５は照射されていない。他の全てのスポットエリアは照射されている。
【００７３】
図７ａから７ｃは、その後のサブ照射の際のレジスト層の平面図を示す。これら図面において、暗い（dark）スポットエリアは前のサブ照射ステップにおいて既に照射されていることを表し、明るい（light）スポットエリアは現在の照射ステップにおいて照射されていることを表す。照射されているレジスト層の部分は、５つの光バルブエリアからなる２行からなる。図７ａに示される状況においては、上側の行の比較的多数のスポットエリアと、下側の行のより少数のスポットエリアが既に照射されている。第一のサブ照射の際には、光バルブエリアの上側の行に属する５つの光バルブの内の４つは開かれ、第５番目の最も右のバルブは閉じられ、このためスポットエリア１５１−１４５は瞬間的に照射されるが、スポットエリア１５５は照射されない。光バルブエリアの下側の行に属する５つの光バルブの全ては開かれ、このためスポットエリア１５６−１６０は瞬間的に照射される。図７ｂは基板が１ステップ移動され、第二のサブ照射が遂行されている際の状況を示す。ここでも、上側の行の５つのバルブの内の４つは開かれ、この行の５番目のバルブは閉じられ、このためスポットエリア１６１−１６４は瞬間的に照射されるが、スポットエリア１６５は照射されない。下側の行の５つの光バルブは全て開かれ、このためスポットエリア１６６−１７０は瞬間的に照射される。図７ｃは第六番目状況、つまり、基板が５ステップだけ移動された後の状況を示す。この第六番目のサブ照射の際には、上側の行の第五番目のバルブは閉じられる。第四番目のサブ照射の際には、上側の行の第三番目の光バルブと、下側の行の第三番目と第四番目の光バルブは閉じられ、このためスポットエリア１８１、１８２、１８３は照射されない。第五番目のサブ照射の際には、下側の行の第五番目と第六番目の光バルブは閉じられ、このためスポットエリア１８４と１８５は照射されない。第六番目のサブ照射の際には、全ての光バルブが、上側の行の六番目のバルブを除いて開かれ、このため、全てのスポットエリア１９１−２００が、スポットエリア１９５を除いて照射される。
【００７４】
図６ａ‐６ｃ及び図７ａ‐７ｃは、レジスト層を移動させ、１０個の対応する光バルブを開いたり閉じたりする連続したステップによって、レジスト層内の１０個の光バルブエリアがいかにして同時に照射されるかを示す。この光バルブのアレイの全ての光バルブの光バルブエリアは同時に同一のやり方にて照射される。図７ａの右上部分に示されるように、バルブエリア１５０のスポット６２による走査はヘビ状（serpentine wise）に遂行される。このエリアの第一のラインは左から右に走査され、第二のラインは右から左に走査され、第三のラインは再び左から右へと走査される。
【００７５】
図６ａ‐６ｃ及び図７ａ‐７ｃに示されるステッピングモード（stepping mode）の代わりに、要求される像のパターンを得るためにスキャニングモード（scanning mode）を用いることもできる。スキャニングモードにおいては、レジスト層と光バルブ及び回折セルのアレイが互いに連続的に移動され、光バルブがそれらがレジスト層上の所定の位置を向いたときフラッシュされる。このフラッシュ時間（flash time）、つまり、光バルブが開かれている時間は、その光バルブが所定の位置を向いている間の時間よりも小さなことを要求される。このため、スキャニングモードの場合は、ステッピングモードの場合より、照射ビームの強度及び光バルブアレイのスイッチング周波数を大きくすることが必要となる。
【００７６】
図２に示される近接描画装置の1つの実施例においては、これらの幾つかのパラメータは以下のような値を有する：
照射フィールド：                     10×10ｍｍ２；
放射線源：                               水銀アークランプ；
照射ビームの強度：                   20ｍＷ/cm2；
ビームコリメーティング角：           0.5度；
光バルブの透過率：                   50％；
光バルブのシャッタ速度：             1ミリ秒；
レジスト層内のスポットのサイズ：     1×１μm2；
スポット間の距離：                   100μｍ；
光バルブの数：                       1.000.000；
スポットの強度：                     100Ｗ/cm2；
露出線量：                           100ｍＪ/cm2；
総露出時間：                         10秒；
ギャップ幅：                         100μｍ；
走査速度：                           1mm/秒；
露出線量（exposure dose）はレジストのあるスポットエリアに照射される放射線エネルギの量を表す。照射ビームの強度と光バルブが開けれている時間によってこの線量が決まる。
【００７７】
水銀アーク放電ランプは放射線を放出するが、これらの内の、４０％は３６５nmなる波長を有し、２０％は４０５nmなる波長を有し、残りの４０％は４３６nmなる波長を有する。像はランプ放射線がレジスト層に吸収される結果として形成されるが、その際の有効寄与率は、３６５nmコンポーネントによるものが６０％、４０５nmコンポーネントによるものが１５％、４３６nmコンポーネントによるものが２５％である。回折素子との関連で一般的に問題となるのは、これらの性能が波長に依存することである。本発明の方法及び装置との関連では、このことは、水銀アークランプのビームコンポーネントは異なる波長を有し、このため異なる平面内にフォーカスされることを意味する。ただし、ある程度幅の広いスポットが許されるケースにおいては、回折セルの設計にある程度の自由度が残される。この自由度を用いて、波長依存性を訂正し、回折セルを異なる波長を有するビームコンポーネントが同一の平面内にフォーカスされるように設計することが可能となる。こうすることで、従来の近接描画において有効であることが証明されている水銀アーク放電ランプをこの新たな方法及び装置においても用いることが可能となる。
【００７８】
ただし、好ましくは、波長の訂正を必要とされないため、モノクロ源（monochromatic source）、例えば、３５０nmなる波長の放射線を放出するYAGレーザが用いられる。
【００７９】
本発明は、他の放射線源、好ましくは、レーザ、とりわけ、ウェーハステッパ（wafer stepper）或いはウェーハステップアンドスキャナ（wafer step-and-scanner）において現在用いられている或いは将来用いられるであろう、それぞれ、２４８、１９３、１５７nmなる波長の放射線を放出するレーザを用いて実現することもできる。レーザは、それらが所望の角度にコリメートされたビームを放出するという長所を有する。本発明による描画方法にとって必須なことは、照射ビームが実質的にコリメートされたビームであるということである。最も良い結果は完全にコリメートされたビーム、つまり、０度なる開口角（aperture angle）を有するビームにて得られるが、ただし、１度より小さな開口角を有するビームであっても満足できる結果が得られる。
【００８０】
各レジスト層とその一方で、光バルブ及び回折素子のアレイとに関する、所望される相対的な移動は、一方で、最も現実的には基板ステージを移動させることで遂行される。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、これらは十分過ぎるほどの精度を有するために、この目的に非常に適している。明らかなように、基板ステージの移動は、ステッピングモードであるか、スキャニングモードであるかにかかわらず、光バルブのスイッチングと同期される必要がある。この目的のために、基板ステージの移動は、図２に示される、光バルブのアレイを制御するコンピュータ３０によって制御される。
【００８１】
光バルブの１アレイ及び回折セルの１つのアレイの照射フィールド（illumination field）よりも大きな像のパターンを、このようなパターンを、ソフトウェアにて、サブパターンに分割し、これらサブパターンを次々と、その像フィールドのサイズを有する隣接するレジストエリアへと移動させることで生成することができる。正確な基板ステージを用いた場合、これらサブ像のパターンを互いに正確に継ぎ合わせることで、１つの途切れのない大きな像を得ることができる。
【００８２】
大きな像パターンは、組版光バルブアレイ（composed light valve array）と組版回折セルアレイ（composed diffraction cell array）を用いて生成することもできる。組版光バルブアレイは、例えば、各々が1000×1000個の光バルブを有する５つのLCDを備える。これらLCDは、例えば、生成されるべき像パターンの幅がカバーされるように列（series）に並べられる。組版回折素子も組版光バルブアレイに合わせて対応するやり方にて構成される。像パターンを生成するためには、最初に、光バルブの単一のアレイによってカバーされる長さと、光バルブアレイの列（series）によってカバーされる幅とを有するあるレジストエリアが走査及び照射される。その後、このレジスト層を有する基板とこれらアレイの列とが互いに縦方向に単一のアレイによってカバーされる距離だけ移動される。次に、現在、これら組版アレイと対面している第二のレジストエリアが走査及び照射され、像パターン全体が生成されるまで行なわれる。
【００８３】
描画プロセス（imaging process）の一つの本質的なパラメータは、ギャップ幅４４（図２）である。ギャップ幅は、回折素子の構造を計算するための入力パラメータの一つであり、要求される像の解像度によって決まる。ある回折素子の構造が、ある与えられたギャップ幅と解像度とに対して計算及び製造された場合、その解像度は、その与えられたギャップ幅に対してのみ得られる。仮に、実際の場面において、実現されたギャップ幅が設計ギャップ幅からずれた場合は、要求される解像度を達成することはできない。このことが図８a、８ｂ、８ｃに示される。これら図面は、５０μｍなるギャップ幅を有するように設計された同一の回折素子を用いて、同一の照射条件にて、ただし、ギャップ幅を変えたとき、レジスト層内の形成された対応するスポットを示す。図８ａは４０μｍなるギャップ幅にて得られたスポット６２’のパターン２１０を示し、図８ｂは５０μｍなるギャップ幅にて得られたスポット６２のパターン２２０を示し、図８ｃは６０μｍなるギャップ幅にて得られたスポット６２’’のパターン２３０を示す。これら図面から明らかなように、設計ギャップ幅と等しいギャップ幅にて得られたスポットのみが要求された鋭さ（sharpness）と強度（intensity）を有する。
【００８４】
装置の設計ギャップ幅をより大くした場合、例えば、２５０μｍとした場合には、実際のギャップ幅に対する要件は緩和される。設計ギャップ幅が増加するほど、回折セルからのサブビーム（図６ａ内の１０１−１０５）のＮＡ(開口角)は減少する。焦点の深さは、ＮＡの二乗の逆数に比例するため、焦点の深さは、設計ギャップ幅が増加するほど増加する。このことは、設計ギャップ幅が大きなほど、設計ギャップ幅が小さい場合より、より大きなギャップ幅の変動に耐えられることを意味する。このため、公差の観点からは、より大きなギャップ幅、例えば、２５０μｍの方が、より小さなギャップ幅、例えば、５０μｍより好ましい。
【００８５】
ただし、ギャップ幅は、スポットの最小サイズとも関係がある。ギャップ幅を小さくすると、サイズを小さくすること、例えば、１μｍ以下にすることもできる。ただし、ギャップ幅を小さくすると、この幅のより厳しい制御が必要となる。
【００８６】
本発明による回折素子の一つの特徴は、単一の像フィールド内に複数の焦点面（focal planes）を形成することができることにある。この回折素子のアウトレイ(outlay)によると、回折素子の設計或いは計算を回折セル単位にて行うことができ、この計算の際には、回折素子とレジスト層との間の距離、すなわち、焦点距離（focal distance）が、入力パラメータの一つとして用いられる。この方法によると、複数の回折セルから成る一つ或いは複数のエリアが、その回折素子の残りの部分（エリア）とは異なるある焦点距離を有するような回折素子を設計することが可能となる。このマルチ焦点回折素子（multiple focal diffraction element）は、複数の異なるレベルに配置されたサブデバイスから成るデバイスを製造するために用いることができる。このようなデバイスは、純粋の電子デバイスであっても、電気的、機械的、或いは光学的システムの範囲から選択された２つ或いは複数のタイプの要素（features）を含むデバイスであっても構わない。このようなシステムの一例としては、マイクロ・光学・電気・機械（micro-optical-electrical-mechanical, MOEM）モジュールや、ダイオードレーザ或いは検出器と、光ガイドと、場合によってはレーザからの光を光ガイドに或いは光ガイドからの光を検出器に結合するためのレンズとを含むデバイスが考えられる。このレンズ手段は、プレーナ回折手段であり得る。マルチレベルデバイスを製造するためには、複数の異なるレベルの上に堆積されたレジスト層を有する基板が用いられる。マルチ焦点回折素子を用いることで、全てのサブ像を同時に対応するレベルの上に描画（プリント）することが可能となり、このため時間を大幅に節約することが可能となる。
【００８７】
マルチ回折素子は、その回折素子のマルチ焦点構造に対応するマルチレベル構造を有するデバイスを製造するためにしか用いることができない。ただし、この描画装置は、回折素子をこの装置に容易に取り付けたり、取り外したりできるように設計することができる。こうすることで、異なる適当なマルチ焦点回折素子を用いて、様々な異なる複数レベルのデバイス（マルチレベルデバイス）を製造することが可能となる。
【００８８】
マルチレベルデバイスは、汎用の単一焦点回折素子を用いて製造することもできる。この方法によると、像パターンの全体が、ソフトウェアにて、各々が製造されるべきデバイスのある異なるレベルに属する複数のサブ像に分割される。第一のサブ描画プロセスの際には、第一のレベルに配置されたレジスト層を用いて第一のサブ像が生成される。この第一のサブ描画プロセスは、上述のスキャニング或いはステッピング方法に従って、上述の手段を用いて遂行される。次に、レジスト層が第二のレベルに位置決めされ、第二のサブ描画プロセスにおいて、第二のレベルに属するサブ像が生成される。レジスト層をＺ−方向にシフトさせる動作とサブ描画プロセスとがマルチレベルデバイスの全てのサブ像がレジスト層に転されるまで反復される。
【００８９】
本発明の方法は、ステッパ或いはステップ・アンド・スキャンリソグラフィックプロジェクション装置と比べて、頑丈で、しかも、非常に単純な装置を用いて遂行することができる。
【００９０】
図２に簡略的に示される装置においては、光シャッタのアレイ２１−２５、つまり、LCDが、回折セルのアレイ９１−９５を含む回折素子に可能な限り近接して配置される。これら光バルブのサイズ、つまり、このLCDの画素は、比較的大きく、例えば100×100μｍ２とされる。LCDデバイスにおいては、これら光バルブによって導入される偏光の状態（polarization states）を強度（intensities）に変換するために偏光アナライザ（polarization analyzer）が必要とされるが、これは単にアナライザとも呼ばれる。今日可視放射線を用いて動作するビデオプロジェクタに適用されている市販のLCDパネルが用られる場合には、可視光アナライザをこのパネルから取り外し、別のUV或いはDUVアナライザを光バルブと回折素子との間に配置する必要がある。更に、回折素子４０の基板４１はある厚さを有する。このため、これら光バルブと、回折素子の回折セルとの間にはある程度の距離が存在する。この装置を設計する際には、この距離と回折効果に起因して、光バルブの鋭くない像が回折セルの上に形成されたり、光バルブの間にクロストークが発生したりするのを防止するために、この距離を考慮に入れる必要がある。
【００９１】
光バルブと回折セルとの間の距離を低減し、望ましくないクロストークを防止するためには、回折素子を偏光板（polarizer）の下側面に配置したり、及び／或いは偏光板を光バルブ構造の上に配置したりすることも考えられる。
【００９２】
図９は、上述の留意点から見たとき魅力的な、この装置のもう一つの実施例を示す。この装置は、光バルブのアレイを回折素子のアレイ上に描画するプロジェクションレンズを備える。ここでは、各光バルブと対応する回折セルとは、物点と像点との関係を成す（conjugated）。この装置を用いると、図２の装置のサンドイッチ設計によって許容されるよりも大きな設計の自由度が許される。
【００９３】
図９の左側の部分は、図２の装置においても用いられている、照射システムを示す。この照射システムは、照射源、例えば、水銀ランプ１３と、例えば、半球の形状を有する反射器１５とを備える。反射器は、この水銀ランプとの関係で、照射ビームの中央部分が妨害されないように配置される。これら水銀ランプ１３と反射器１５の代りに、レーザを用いることもできる。照射源１３、１５からのビームは、波長選択性反射器、あるいは、ダイクロイックミラー（dichroic mirror）２４６上に入射するが、これは、所望の波長を有するビームコンポーネント、例えば、UV或いはDUV放射線のみを反射し、他の波長の放射線、例えば、IR或いは可視放射線は除去する。放射線源としてレーザが用いられる場合は、選択性反射器は必要とされず、反射器２４６の位置に中立の反射器（neutral reflector）を配置するか、或いはレーザが残りの光路と一直線に配置される。例えば、それぞれ、反射器２４６の前と後に配置される、第一のコンデンサレンズ（condenser lens）２４７と第二のコンデンサレンズ２４８を備える第一のコンデンサレンズシステムによって、照射ビーム１７が放射線シャッタ（radiation shutter）２５２上に収束される。この放射線シャッタ２５２には、ダイヤフラム（diaphragm）２５３が設けられ、この形状によってレジスト層５内に形成されるスポットの形状が決定される。例えば、コンデンサレンズ２５４、２５５から成る第二のコンデンサシステムは、ダイヤフラム２５３を通過した放射線をプロジェクションレンズ２６０の瞳２６１或いはダイヤフラム内に集中させる。つまり、これはダイヤフラム２５３をプロジェクションレンズ２６０の瞳の平面内に描画（イメージング）する。コンデンサレンズ２５５を通過したビームは、コンデンサレンズ２５５とプロジェクションレンズ２６０との間に配置されたLCD２０を照射する。このレンズは、このLCD２０を、上述のように、LCD２０の各光バルブ（画素）と回折素子の対応する回折セルとが物点と像点の関係を成すように、回折素子４０上に描画する。ある光バルブが開かれると、このバルブからの放射線は、対応する回折セル（conjugated diffraction cell）にのみ当る。この回折素子は、LCD２０から、例えば、600ｍｍの距離だけ離れた位置に配置される。回折素子とレジスト層１との間の距離は、例えば、100から300μｍのオーダとされる。
【００９４】
LCD２０は、例えば、２０μｍなる画素サイズを有し、プロジェクションレンズは、このLCD画素構造を、回折素子上に５Xなる倍率にて描画する。このような描画のためには、プロジェクションレンズに対して大きな開口数（numerical aperture, NA）は必要とされない。回折素子上に入射する照射ビームが平行ビームとなることを達成するために、回折素子の前に、コリメータレンズ（collimator lens）２６２が配置される。プロジェクションレンズと回折セルによって、例えば、１ｍｍなるダイヤフラム開口（diaphram opening）が、例えば、１μｍなる寸法を有するスポットに描画される。LCD２０の動作は、入射放射線の偏光状態を変化させることに基づくために、放射線に要求される初期偏光状態を与えるための偏光板と、この偏光状態を強度に変換するための偏光アナライザとが必要となる。これら偏光板とアナライザは、それぞれ、参照符号２５０と２５８にて示される。これら偏光板とアナライザとしては、照射ビームの波長に合うものが用いられる。これらは図２には示されていないが、偏光板とアナライザは、この図２の面の装置内にも存在する。
【００９５】
プロジェクションレンズを備える装置の場合は、LCD画素構造の像が回折素子上にフォーカスされるために、事実上、クロストークは発生しない。更に、この回折素子は、厚い基板を用いることができ、このため安定となる。使用の際に、LCDシャッタのアレイが放射線を吸収し、熱を生成し、このため、装置内に熱効果（thermal effect）が発生することがある。ただし、このプロジェクションレンズを備える装置では、LCDが回折素子から比較的遠い距離に配置されるために、このような熱効果は大幅に低減される。更に、この設計によると、LCDを別個に冷却することが許される。LCD光バルブアレイは、ポリマー材の、小さな、例えば、４μの、球の形態のスペーサ（spacer）を備える。この球のために光の乱れ（optical disturbance）が発生することがある。ただし、プロジェクションレンズを備える装置では、比較的小さなNAを有するプロジェクションレンズは高周波散乱（high-frequency disturbance）に対する空間フィルタとして機能するために、これらスペーサの影響も低減される。
【００９６】
プロジェクションレンズを用いた場合には、透過型光バルブアレイを、反射型アレイ、例えば、反射型LCD或いはデジタルミラーデバイスと置換することも容易にできる。
【００９７】
図９の装置はプロジェクションレンズを備える装置の単に一例に過ぎず、図９の装置の様々な修正が可能である。
【００９８】
実際には、本発明の方法は、基板の少なくとも一つのプロセス層内にデバイス形状を有するデバイスを製造するためのプロセス内の１ステップとして用いられる。このプロセス層の上面のレジスト層内に像が描画された後に、このプロセス層の、描画された像によって区画されたエリアから、材料が除去、或いはこのエリアに材料が加えられる。描画し、材料を除去或いは追加するこれらプロセスステップが、全てのプロセス層に対して、デバイス全体が完成するまで反復される。様々な異なるレベルの所にサブデバイスが形成されるような場合には、描画のために、マルチレベル基板と、マルチ焦点回折素子が用いられる。
【００９９】
本発明は、LCD、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panels）、ポリレッドディスプレイ（PolyLed Display）等のディスプレイデバイス、印刷回路基板（PCB）、及びマイクロ多機能システム（micro-multiple function systems, MOEMS）のパターンを描画するため、従って、これらを製造するために用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】従来の近接描画装置を簡略的に示す図である。
【図２】本発明による描画装置の一つの実施例を示す図である。
【図３ａ】本発明による回折素子の一つの実施例の一部の振幅構造を示す図である。
【図３ｂ】上述の実施例の位相構造を示す図である。
【図３ｃ】上述の実施例によってレジスト層内に形成されるスポットを示す図である。
【図４】本発明による回折素子の深さ構造の第一の実施例を示す図である。
【図５】上述の深さ構造の第二の実施例を示す図である。
【図６ａ】レジスト層内への描画プロセスの第一の瞬間を断面図にて示す図である。
【図６ｂ】レジスト層内への描画プロセスの第二の瞬間を断面図にて示す図である。
【図６ｃ】レジスト層内への描画プロセスの第三の瞬間を断面図にて示す図である。
【図７ａ】レジスト層内への描画プロセスの第一の瞬間を平面図にて示す図である。
【図７ｂ】レジスト層内への描画プロセスの第二の瞬間を平面図にて示す図である。
【図７ｃ】レジスト層内への描画プロセスの第三の瞬間を平面図にて示す図である。
【図８ａ】回折素子とレジスト層の間のギャップが設計幅より小さい場合に対するスポットのアレイを示す図である。
【図８ｂ】回折素子とレジスト層の間のギャップが設計幅と同一の場合に得られるスポットのアレイを示す図である。
【図８ｃ】回折素子とレジスト層の間のギャップが設計幅より大きい場合に対するスポットのアレイを示す図である。
【図９】光バルブのアレイと回折素子との間にプロジェクションレンズを含む描画装置の一つの実施例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  基板ホルダ
３  基板
５  レジスト層
７  マスクホルダ
８  マスク
９  基板
１０  パターン
１１  エアーギャップ
１２  放射線源
１３  ランプ
１５  反射器
１７  放射線
２０  光バルブデバイス
３０  コンピュータ構成
４０  回折素子
４１  基板
４２  回折構造
２４６  ダイクロイックミラー
２４７  第一のコンデンサレンズ
２４８  第二のコンデンサレンズ
２５０  偏光板
２５２  放射線シャッタ
２５３  ダイヤフラム
２５４  コンデンサレンズ
２５５  コンデンサレンズ
２５８  アナライザ
２６０  プロジェクションレンズ
２６１  瞳
２６２  コリメータレンズ
【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４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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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８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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