(57)【要約】本発明は、空間的にコヒーレントな放射ビーム（１１）の空間強度分布を均等化するためのデバイスに関する。このデバイスは、空間的にコヒーレントな放射ビームの伝播経路内に配置させた回折格子（１３）であって、コヒーレント・ビームを回折させ、これによって放射ビームの伝播方向と直交する方向における回折させた放射ビームのコヒーレンス長をその直交方向における放射ビームの幅に対して減少させるための回折格子（１３）と、回折させた放射ビームを空間的に分離された各部分に分割しかつこの空間的に分離された各部分を重ね合わせこれによって均等化した空間強度分布を有する放射ビームを形成するために回折させた放射ビームの伝播経路内に配置された放射分割／方向指定用配列（１５、１７、１９）と、を含んでいる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間的にコヒーレントな放射ビーム（１１）の空間強度分布を均等化するためのデバイスであって、
前記コヒーレント・ビームを回折させ、これによって回折させた放射ビームの該放射ビームの伝播方向と直交する方向における空間的コヒーレンス長を、前記直交方向における該放射ビームの幅を基準として低減するために、前記空間的にコヒーレントな放射ビームの伝播経路内に配置された回折格子（１３）と、
前記回折させた放射ビームを空間的に分離された各部分に分割し、かつ前記空間的に分離させた各部分を重ね合わせ、これによって均等化した空間強度分布を有する放射ビームを形成するために、前記回折させた放射ビームの伝播経路内に配置された放射分割／方向指定用配列（１５、１７、１９）と
を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記空間的に分離された各部分はそれぞれ、前記放射ビームの空間的コヒーレンス長（ｌs）と比べてより短い断面幅（Ｄ）を有している、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記空間的に分離された各部分はそれぞれ、前記回折させた放射ビームの空間的コヒーレンス長と比べて前記直交方向においてより長い、好ましくはかなり長い、断面幅（Ｄ）を有しており、これによって隣接する各部分が重ね合わされる際に互いに干渉し合うことを防止している、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記空間的にコヒーレントな放射ビームが、時間的にコヒーレントであり、かつ前記回折格子の位置における空間的コヒーレンス長（ｌs）と比べてより短い時間的コヒーレンス長（ｌt）を有している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記回折格子が、前記回折させた放射ビームの前記直交方向におけるコヒーレンス長を前記回折させた放射ビームの時間的コヒーレンス長とほぼ同じ規模まで低減している、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記回折させた放射ビームが１次的である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記回折格子が透過型回折格子である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記回折格子が反射型回折格子である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記回折格子がリトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）構成で配置されている、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記放射ビームが矩形の断面を有しており、かつ前記回折格子が前記放射ビームを１つの方向に拡大するように配置されており、これによって実質的に２次的断面を有する回折させた放射ビームを得ている請求項１乃至８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記分割／方向指定用配列は、その各々が前記空間的に分離された各部分のうちの対応する１つを屈折させているアレイ状のレンズと、該空間的に分離された各部分を互いの上に結像させるためのレンズ配列と、を含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記分割／方向指定用配列が第１および第２のアレイ状をなすシリンドリカル・レンズを含んでおり、該第１のアレイのレンズの各々は前記空間的に分離された各部分のうちの対応する１つを第１の方向に屈折させており、かつ該第２のアレイのレンズの各々は前記空間的に分離された各部分のうちの対応する１つを前記第１方向と直交する第２の方向に屈折させており、これによって前記空間的に分離された各部分に関して前記第１および第２の方向において異なる拡大率を可能にしている、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記分割／方向指定用配列が第３および第４のアレイ状をなすシリンドリカル・レンズを含んでおり、該第２のアレイのレンズの各々は前記空間的に分離された各部分のうちの対応する１つを前記第１の方向に屈折させており、かつ該第４のアレイのレンズの各々は前記空間的に分離された各部分のうちの対応する１つを前記第２の方向に屈折させており、前記第３のアレイのレンズは前記第１のアレイのレンズの焦点面内または該焦点面の近傍に配置されると共に前記第４のアレイのレンズは前記第２のアレイのレンズの焦点面内または該焦点面の近傍に配置され、これによって第１および第２のアレイのレンズのエッジからの回折パターンを回避している請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記分割／方向指定用配列は、その各々が前記空間的に分離された各部分のうちの対応する１つを反射するアレイ状のミラー素子を含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記分割／方向指定用配列がフレネル回折素子を含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記デバイスは、前記放射ビームの伝播経路内で前記回折格子の上流側に配置され、前記放射ビームを伸張させるための放射ビーム伸張器を更に備える請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１７】
被工作物の感光性表面上、特に半導体デバイスおよびディスプレイ用のフォトマスク上で空間的にコヒーレントな放射ビーム（１１）を用いて表面パターンを高精度プリントまたは検査するための装置（１００）で使用するための放射ビーム・コンディショニング・デバイスであって、そのコンディショニング・デバイスは、
前記空間的にコヒーレントな放射ビームの空間強度分布を均等化させるための放射ビーム均等化器を備え、その均等化器は、
前記コヒーレント・ビームを回折させ、これによって回折させた放射ビームの該放射ビームの伝播方向と直交する方向におけるコヒーレンス長を、前記直交方向における該放射ビームの幅を基準として低減するために、前記空間的にコヒーレントな放射ビームの伝播経路内に配置させた回折格子（１３）と、
前記回折させた放射ビームを空間的に分離された各部分に分割しかつ前記空間的に分離された各部分を重ね合わせこれによって均等化した空間強度分布を有する放射ビームを形成するために、前記回折させた放射ビームの伝播経路内に配置させた放射分割／方向指定用配列（１５、１７、１９；２０）と、
を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項１８】
前記空間的に分離された各部分はそれぞれ、前記回折させた放射ビームのコヒーレンス長と比べて前記直交方向においてより長い、好ましくはかなり長い、断面幅（Ｄ）を有しており、これによって隣接する各部分が重ね合わされる際に互いに干渉し合うことを防止している、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
被工作物の感光性表面上、特に半導体デバイスおよびディスプレイ用のフォトマスク上で表面パターンを高精度プリントまたは検査するための装置（１００）であって、
空間的にコヒーレントな放射ビームを放出するように構成された発生源（１０）と、
前記放射ビームの空間強度分布を整形しかつ均等化するように構成された放射ビーム・コンディショニング・デバイス（２０）と、
前記コンディショニングされた放射ビームによって照射を受けるように配置した、多数の変調素子を有する空間光変調器（３０）と、
被工作物の感光性表面上に空間的光変調器の像を生成するように構成された投影システム（４０、５０）と、からなると共に、前記放射ビーム・コンディショニング・デバイスが、
前記コヒーレント・ビームを回折させ、これによって回折させた放射ビームの該放射ビームの伝播方向と直交する方向におけるコヒーレンス長を、前記直交方向における該放射ビームの幅を基準として低減するために、前記空間的にコヒーレントな放射ビームの伝播経路内に配置された回折格子（１３）と、
前記回折させた放射ビームを空間的に分離された各部分に分割し、かつ前記空間的に分離された各部分を重ね合わせ、これによって均等化した空間強度分布を有する放射ビームを形成するために、前記回折させた放射ビームの伝播経路内に配置された放射分割／方向指定用配列（１５、１７、１９）と、
を含むことを特徴とする装置（１００）。
【請求項２０】
プリントまたは検査しようとするパターンのディジタル式記述を受け入れること、該ディジタル・パターン記述から一連の部分的パターンを抽出すること、前記部分的パターンを変調器信号に変換すること、並びに前記信号を前記変調器に供給すること、を行うように構成された電子的データ送達システムと、
前記被工作物を前記投影システムを基準として移動するように構成された精密機械システムと、
該被工作物の移動、該変調器への信号の供給、および放出された放射を連携動作させ、これによって該一連の部分的パターンによって生成された部分像を互いに結び合わせて１つの大きなパターンを得るように構成された電子式制御システムと、
からなる請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
空間的にコヒーレントな放射ビームの空間強度分布を均等化する方法であって、
前記コヒーレント・ビームを回折させ、これによって回折させた放射ビームの該放射ビームの伝播方向と直交する方向におけるコヒーレンス長を、前記直交方向における該放射ビームの幅を基準として低減する動作と、
前記回折させた放射ビームを空間的に分離された各部分に分割する動作と、
前記空間的に分離された各部分を重ね合わせ、これによって均等化した空間強度分布を有する放射ビームを形成する動作と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２２】
被工作物の感光性表面上、特には半導体デバイスおよびディスプレイ用のフォトマスク上で表面パターンを高精度プリントまたは検査するための方法であって、
空間的にコヒーレントな放射ビームを放出する動作と、
該放射ビームの空間強度分布を均等化する動作と、
前記均等化された放射ビームで多数の変調素子を有する空間的光変調器を照射する動作と、
投影システムによって該被工作物の感光性表面上に空間的光変調器の像を生成させる動作と、からなると共に、該均等化の工程が、
前記コヒーレント・ビームを回折させ、これによって回折させた放射ビームの該放射ビームの伝播方向と直交する方向におけるコヒーレンス長を、前記直交方向における該放射ビームの幅を基準として低減する動作と、
前記回折させた放射ビームを空間的に分離された各部分に分割する動作と、
前記空間的に分離された各部分を重ね合わせこれによって均等化した空間強度分布を有する放射ビームを形成する動作と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
空間的にコヒーレントな放射ビームの空間強度分布を均等化するためのデバイスであって、
前記コヒーレント・ビームを偏向させ、これによって偏向させた放射ビームの該放射ビームの伝播方向と直交する方向における空間的コヒーレンス長を、前記直交方向における該放射ビームの幅を基準として低減するために、前記空間的にコヒーレントな放射ビームの伝播経路内に配置された偏向デバイスと、
前記偏向させた放射ビームを空間的に分離された各部分に分割し、かつ前記空間的に分離された各部分を重ね合わせ、これによって均等化した空間強度分布を有する放射ビームを形成するために、前記偏向させた放射ビームの伝播経路内に配置された放射分割／方向指定用配列と
を有することを特徴とするデバイス。
【請求項２４】
前記偏向デバイスがセグメント化したミラーまたはマイクロミラー・アレイを含む、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記偏向デバイスが屈折性光学機器を含む、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記偏向デバイスは２次元アレイ状の光学機器であって、その各々がその隣接する光学機器に対して変位されている２次元アレイ状の光学機器を含んでおり、２つの直交する方向で前記ビーム全体にわたる空間的コヒーレンス長を低下させるように構成されている請求項２３乃至２５のいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には空間的にコヒーレントな放射ビームの空間強度分布の均等化に関する。本発明はさらに、半導体デバイスおよびディスプレイ用のフォトマスクなど被工作物の感光性表面上へのパターンの高精度プリントに関する。本発明はさらに、パターンや表面欠陥を検査するためにパターンを読み出すための被工作物に対する照射にも適用される。
【背景技術】
【０００２】
現在の技術では、マイクロミラー・タイプ（ネルソン（Ｎｅｌｓｏｎ）１９８８、クック（Ｋｕｃｋ）１９９０）のマイクロミラー空間的光変調器（ＳＬＭ）の投影を用いて精密パターン発生器を製造することが知られている。パターン発生器においてＳＬＭを使用することは、レーザ・スポットの走査を使用する広範な方法と比較して多くの利点を有しており、ＳＬＭは超並列デバイスであり、１秒あたり書き込み可能な画素数が極めて大きい。
【０００３】
こうした発生器は多くの場合、光源としてエキシマ・レーザを使用しており、また典型的には、そのレーザからの放射出力は、その光強度をＳＬＭ表面の全体にわたって均等に分布させるように放射ビーム・スクランブル化照射器を通過させている。この照射器は図１に概略を示しているビーム均等化器を含んでいる。この均等化器は、その各々が結像用レンズ２と協働してレーザビーム５のそれぞれ横方向に分離された部分３をＳＬＭ表面７の全体にわたって分布させ、これによりＳＬＭ表面７に関する均等な統合照射を提供するようにアレイ状としたレンズ１を含んだレンズ系からなる。アレイ３で使用するレンズの数が多いほど、それだけＳＬＭ表面７に関するより均等な照射が達成される。
【０００４】
この点に関する重大な制約の１つはレーザ発生源の空間的コヒーレンスである。エキシマ・レーザは時間的コヒーレンス長と空間的コヒーレンス長（すなわちレーザビームのプロフィールの全体に及ぶコヒーレンス長）とを有することが知られている。幾つかのレーザでは、そのビーム幅全体、あるいは少なくともその大部分にわたって、空間的にコヒーレントであることがある。時間的コヒーレンス長は、そのレーザ設計に応じてさまざまであり、またたとえば０．１５ｍｍであることがある。コヒーレンスに関する文献については（非特許文献１）、（非特許文献２）および（非特許文献３）を参照されたい。
【特許文献１】
米国特許第６，２８５，４８８号
【特許文献２】
米国特許出願第０９／７６５０８４号
【非特許文献１】
ボルン（Ｂｏｒｎ）およびウルフ（Ｗｏｌｆ），“Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ”
【非特許文献２】
シーグマン（Ｓｉｅｇｍａｎ），“Ｌａｓａｒｓ”
【非特許文献３】
グッドマン（Ｇｏｏｄｍａｎ），“Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アレイ３のレンズの幅Ｄがレーザ発生源の空間的コヒーレンス長ｌsより小さいときは、隣接するレンズ３からの光束は明らかにコヒーレントであり、またこのためこれらの光束は互いに干渉し合って、ＳＬＭ表面７の照射中に、図１のＳＬＭ表面７の右側に鍔つきの「シルクハット様」光分布によって模式的に示しているような干渉パターンを発生させることがある。
【０００６】
レーザビームの空間的コヒーレンス長によって、均等化器で使用可能なレンズ数に関して、またこれにより均等化の品質に関して明らかに制約が設けられる。ビーム直径に対する分数値とした相対コヒーレンス長は、ビームを拡大させてもそのビームについては不変である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、干渉パターンに関する上述の問題や放射ビームの均等化の不良を克服して、空間的にコヒーレントな放射ビームの空間強度分布を均等化するデバイスを提供することが本発明の目的の１つである。
【０００８】
この目的は、とりわけ、本発明の第１の態様に従った回折格子および放射分割／方向指定用配列からなるデバイスによって達成されるものである。回折格子は、空間的にコヒーレントな放射ビームの伝播経路内に配置され、このコヒーレント・ビームを回折させると共に、これによってこの放射ビームの伝播方向と直交する方向における回折させた放射ビームのコヒーレンス長を、当該直交方向でのこの放射ビームの幅と比較して低減させている。放射分割／方向指定用配列は、回折させた放射ビームの伝播経路内に配置され、回折させた放射ビームを空間的に分離された各部分に分割すると共にこの空間的に分離された各部分を重ね合わせ、これによって均等化した空間強度分布を有する放射ビームを形成している。
【０００９】
この空間的に分離された各部分のそれぞれは、放射ビームの元の空間的コヒーレンス長と比べると短いが、回折させた放射ビームの直交方向における空間的コヒーレンス長と比べると長い（好ましくは、かなり長い）ような断面幅を有するようにし、これによって、隣接する各部分が重ね合わされる際に互いに干渉し合うことを防止することが好ましい。
【００１０】
このコヒーレントな放射ビームは、時間的にコヒーレントであり、さらにその空間的コヒーレンス長と比べてより短い（あるいは、かなり短い）時間的コヒーレンス長を有することがある。この状態は、実際のケースにおいてビームの伸張によって生成される可能性がある。
【００１１】
回折格子は、透過型や反射型の回折格子とすることがあり、また後者のケースでは、リトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）構成で配置することがある。別法として、その放射ビームが矩形の断面を有している場合では、放射ビームを１つの方向で拡大し実質的に２次的断面をもつ回折させた放射ビームが得られるように回折格子を配置することがある。
【００１２】
分割／方向指定用配列は、その各々が空間的に分離された各部分のうちの対応する１つを集束させているレンズ（好ましくは、シリンドリカル・レンズ）からなる１つまたは幾つかのアレイと、この空間的に分離された各部分を互いの上に結像させるためのレンズ配列と、を含むことがある。
【００１３】
本発明の別の目的は、放射ビーム・コンディショニング・デバイスと、被工作物の感光性表面上、特に半導体デバイスおよびディスプレイ用のフォトマスク上に表面パターンを高精度プリントするための装置とを提供し、第１の本発明の態様に従ったデバイスを利用できるようにすることである。これらのレンズは屈折性、反射性、または回折性とすることが可能である。
【００１４】
したがって、本発明の第２の態様では、空間的にコヒーレントな放射ビームを使用して被工作物の感光性表面上、特に半導体デバイスおよびディスプレイ用のフォトマスク上で表面パターンを高精度プリントまたは検査するための装置で使用するための放射ビーム・コンディショニング・デバイスを提供する。このコンディショニング・デバイスは、空間的にコヒーレントな放射ビームの空間強度分布を均等化するための第１の本発明の態様に従った放射ビーム均等化器からなる。
【００１５】
さらに、本発明の第３の態様では、被工作物の感光性表面上、特に半導体デバイスおよびディスプレイ用のフォトマスク上で表面パターンを高精度プリントまたは検査するための装置を提供する。この装置は、空間的にコヒーレントな放射ビームを放出するための発生源と、放射ビームの空間強度分布を整形および均等化するための放射ビーム・コンディショニング・デバイスと、コンディショニングした放射ビームによって照射を受ける多数の変調素子を有する空間的光変調器と、被工作物の感光性表面上に空間的光変調器の像を作成するための投影システムと、からなる。検査の場合では、ＣＣＤ、ＣＩＤまたはＭＯＳカメラなどの結像取り込みデバイスが存在する。放射ビーム・コンディショニング・デバイスは、空間的にコヒーレントな放射ビームの空間強度分布を均等化するための第１の本発明の態様に従ったデバイスを含んでいる。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、干渉パターンの問題や放射ビームの均等化の不良を克服しているような空間的にコヒーレントな放射ビームの空間強度分布を均等化するための方法を提供すること、並びにこの均等化方法を利用できるようにしている、被工作物の感光性表面上、特に半導体デバイスおよびディスプレイ用のフォトマスク上で表面パターンを高精度にプリントまたは検査するための方法を提供することにある。
【００１７】
したがって、本発明の第４の態様では、空間的にコヒーレントな放射ビームの空間強度分布を均等化するための方法であって、（ｉ）コヒーレント・ビームを回折させこれによって回折させた放射ビームのこの放射ビームの伝播方向と直交する方向におけるコヒーレンス長を、当該直交方向におけるこの放射ビームの幅を基準として低減する動作と、（ｉｉ）回折させた放射ビームを空間的に分離された各部分に分割する動作と、（ｉｉｉ）空間的に分離された各部分を重ね合わせこれによって均等化した空間強度分布を有する放射ビームを形成する動作と、からなる方法を提供する。
【００１８】
本発明の第５の態様では、被工作物の感光性表面上、特に半導体デバイスおよびディスプレイ用のフォトマスク上で表面パターンを高精度にプリントまたは検査するための方法であって、（ｉ）空間的にコヒーレントな放射ビームを放出する動作と、（ｉｉ）この放射ビームの空間強度分布を均等化する動作と、（ｉｉｉ）この均等化させた放射ビームで多数の変調素子を有する空間的光変調器を照射する動作と、（ｉｖ）投影システムによってこの被工作物の感光性表面上に空間的光変調器の像を生成させる動作と、からなる方法を提供する。均等化の工程は本発明の第４の態様に従って実行させる。
【００１９】
さらに、本発明の第６の態様では、空間的にコヒーレントな放射ビームの空間強度分布を均等化するためのデバイスであって、コヒーレント・ビームを偏向させ、これによって偏向させた放射ビームのこの放射ビームの伝播方向と直交する方向における空間的コヒーレンス長を、当該直交方向におけるこの放射ビームの幅を基準として低減するために、空間的にコヒーレントな放射ビームの伝播経路内に配置させた偏向デバイスと、偏向させた放射ビームを空間的に分離された各部分に分割しかつこの空間的に分離された各部分を重ね合わせこれによって均等化した空間強度分布を有する放射ビームを形成するために、偏向させた放射ビームの伝播経路内に配置させた放射分割／方向指定用配列と、からなるデバイスを提供する。
【００２０】
この偏向デバイスは、セグメント式ミラー、すなわちマイクロミラーのアレイとすることが好ましく、あるいは、この偏向デバイスを屈折性光学機器によって実現させることもある。
【００２１】
さらに、この偏向デバイスは２つの直交する方向でこのビームの全体にわたって同時に空間的コヒーレンス長を低減させるように２次元的とすることがある。
さらに、本発明の特徴並びに本発明の利点は、単なる一例であり本発明を限定するものではないような以下に記載する本発明の好ましい実施形態に関する詳細な記述、並びに添付の図２乃至８から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図２は、本発明に従って空間的にコヒーレントな放射ビーム１１を均等化するためのデバイスの第１の実施形態を概略上面図で表している。
空間的にコヒーレントな放射ビーム１１は、典型的には矩形の断面（たとえば、３ｍｍ×６ｍｍ）をした広帯域のレーザビームを発生させるエキシマ・レーザであるような放射源から発生している。こうしたレーザの時間的コヒーレンス特性は、レーザのスペクトルライン幅Δνによって次式に従って決定される。
【００２３】
ｌt＝ｃ／Δν                                                      （式１）
上式において、ｌtは時間的コヒーレンス長であり、またｃは光速度である。空間的コヒーレンス長ｌs、すなわちレーザビームの横断方向のコヒーレンス長は、典型的には、時間的コヒーレンス長と比べてより長い、あるいはかなり長い。さらに、空間的コヒーレンス特性は、ビームを横断する各直交方向で異なることがある。一例として、広帯域のレーザでは時間的コヒーレンス長ｌtが約０．１ｍｍであり、また空間的コヒーレンス長ｌsが未伸張のビームに関して一方向では約１．５ｍｍであり、かつ他の方向で０．３ｍｍであることがある。
【００２４】
本発明は、その空間的コヒーレンス長が時間的コヒーレンス長と比べてより長いような状況に適用可能であり、また本発明によって、レーザビームの横断方向（すなわち伝播方向と直交する方向）でのコヒーレンス長を時間的コヒーレンス長とほぼ同じ規模まで低減させることが可能であることが実証されよう。
【００２５】
本発明の均等化デバイスは、回折格子１３と、レンズからなる第１の２次元アレイまたはレンズレット・アレイ１５およびレンズからなる第２の２次元アレイまたはレンズレット・アレイ１７と、結像用レンズ１９と、からなる。
【００２６】
回折格子１３は空間的にコヒーレントな放射ビーム１１の経路内にこの放射ビームを回折させるように配置されており、次いでこの回折させた放射ビーム（好ましくは、１次的回折）をレンズ１５、１７および１９によって均等化させている。
【００２７】
回折格子の目的は、レーザのビームを横断するように差分的な伝播ラグ（すなわち、遅延）を導入し、これによってその空間的コヒーレンス長を回折させたレーザビームの伝播方向と直交する面から外れるように傾けることにある。回折させたレーザビームの伝播方向と直交する面内における回折させたレーザビームのコヒーレンス長は、この面上への空間的コヒーレンス長の投影として観察することが可能である。差分的伝播ラグの詳細については、図３および４を参照しながら以下に検討する。
【００２８】
第１のアレイ状のレンズ１５は、回折させたレーザビーム１１の経路内に配置され、その各々が焦点面ｆ内のそれぞれの焦点の位置に集束されている空間的に分離された各部分または各ビームレットとなる（すなわち回折させたレーザビームの伝播方向と直交する面内から外れる）ようにこのビームを分割している。結像用レンズ１９は、空間的に分離すると共に個々に集束させた各部分を、結像平面２１内で互いの上に結像させている。こうした方式では、均等化させた空間強度分布を有するような放射ビームが形成される。
【００２９】
回折格子によってレーザビームの横断方向の空間的コヒーレンス長が小さくなるため、分離された各ビーム部分の隣接する部分間で干渉を生じさせることなくアレイ１５内でより多くのレンズを使用することが可能となり、このため結像面２１内でより均等なビーム強度分布を実現することが可能となる。コヒーレンス長の大幅な低減により並びに１つの大きなアレイ状としたレンズの使用により、図２で結像面２１の右側にある強度プロフィールによって模式的に示しているようなほとんど「シルクハット様（ｔｏｐ−ｈａｔ）」の光分布が得られる。一例として、アレイは１０×１０のレンズを収容可能である。
【００３０】
アレイ１５のレンズの各々は、放射ビームの空間的コヒーレンス長ｌsと比べては小さいが、その直交方向における回折させた放射ビームのコヒーレンス長と比べては長い（好ましくは、かなり長い）ような幅Ｄを有しており、これによって隣接する各部分が重ね合わされる際に互いに干渉し合うのが防止されるので好ましい。
【００３１】
第２のアレイ状のレンズ１７の目的は、ほとんど理想的なフラットな照射を受けるエリアを生成させるように第１のアレイ１５のレンズのエッジからの回折パターンを防止し、かつ照射を受けるエリアのエッジをより鋭利にすることである。第２のアレイ状のレンズ１７は、第１のレンズアレイ１５の焦点面ｆの近傍に配置され、第１のレンズアレイ１５を結像面２１上に結像させている。
【００３２】
レンズアレイ１５および１７は、球面レンズからなることがあるが、本発明のアレイ１５および１７の代替的な好ましいタイプは、それぞれのビームレットを水平方向に屈折させかつレーザビームをその方向において均等化させるシリンドリカル・レンズからなる。垂直方向でも同様にビーム均等化を実現するには、シリンドリカル・レンズからなる１対のアレイをレーザビーム１１の伝播経路内に挿入し、これによってビームを垂直方向（図示せず）だけで屈折させている。場合によっては、別の結像用レンズ（いずれも図示せず）を結像面２１上へのビームレットの結像のために使用している。水平方向の屈折および垂直方向の屈折に関してそれぞれ異なる焦点距離をもつレンズアレイを使用しており、これによってレーザビームのサイズを柔軟な方式で制御することが可能である、すなわちレーザビームの高さおよび幅を個々に制御可能である。
【００３３】
均等化レンズ配列の設計は、光学設計者には容易に明らかであるような複数の方法で達成可能であり、またこうした設計については本明細書ではこれ以上取り扱わないことにする。
【００３４】
ここで、本発明に従って空間的コヒーレンス長を低減させる原理を表している図３および４に戻ると、２つの点ＡおよびＢの光学的位相は相互関連するものと仮定している、すなわち点ＡおよびＢの光は相互関連している。ビーム１１の経路に沿って点ＡおよびＢの光を追うと、２つの点からの光は長手方向で（すなわち、ビーム１１の伝播方向で）離されるようにずらされること、並びに回折格子１３による回折の後にビーム１１内での点Ｂの光の位置（すなわち、点Ｂ’）が、点Ａからの光（ここでは、点Ａ’）と比べてさらに前方側となること、が理解できよう。Ｂ’の光は、Ｂ’の光と比べてより前にレーザ発生源から放出された点Ｃの光と同時に伝播している。
【００３５】
時間的コヒーレンス長は不変のまま（ただし、回折させたビームの伝播方向でのコヒーレンス長は増加する）でありながら、空間的コヒーレンス長（すなわち回折させたレーザビームを横断するもの）は明らかに低減されている。時間的コヒーレンス長と比較して横断方向のビームラグが長い場合、回折させたビームの横断方向の空間的コヒーレンス長は回折させたビームの時間的コヒーレンス長に近づくことになる。
【００３６】
ここで、そのレーザビームが図１に従って回折格子上に入射しており、その入射角がαで表され、かつ回折角がβで表されると仮定する。さらに、入射するレーザビームが全体幅（コヒーレンス長ｌs）にわたって空間的にコヒーレントであり、かつ時間的コヒーレンス長がｌtであると仮定すると、コヒーレンス・セルが側面ｌsおよびｌtを有するものと規定することが可能である。
【００３７】
この回折格子によって、ビームを横切るように図３のΔで示すような横断方向のタイムラグ、すなわち、遅延が導入される。このラグの大きさは、回折格子の特性、並びに入射および射出（回折）角により次式に従って決定される。
【００３８】
Δ＝ｂ（ｓｉｎα−ｓｉｎβ）／ｃｏｓα                              （式２）
上式においてｂは入射ビーム幅である。
角αおよびβは、次の回折格子の式によって関連させている。
【００３９】
ｓｉｎα＋ｓｉｎβ＝λ／ｄ                                          （式３）
上式において、λはレーザビーム光の波長であり、またｄは回折格子の溝間隔である。
出力ビーム幅ｗは次式で与えられる。
【００４０】
ｗ＝ｂ（ｃｏｓβ／ｃｏｓα）                                        （式５）
ビーム幅の拡大率Ｍは次式で与えられる。
Ｍ＝ｗ／ｂ                                                          （式６）
ここでラグΔは次式のように記述することが可能である。
【００４１】
Δ＝ｗλ／（ｄｃｏｓβ）                                            （式７）
ビームが回折格子１３から回折されたときのコヒーレンス特性に関する予期される変化のおおよその見積もりは以下のようになる。このコヒーレンス・セルは回折させたビームの伝播方向を基準として傾けられる。「ねじれ（ｓｋｅｗ）」角θは次式のように定義することが可能である（図４参照）。
【００４２】
ｔａｎθ＝Δ／ｗ                                                    （式８）
しかし、この角はコヒーレンス長の形で表現することもできる。
ｔａｎθ＝ｌt／ｌs                                                （式９）
したがって、本発明者らは次式を得た。
【００４３】
ｌs／ｌt＝ｗ／Δ＝（ｓｉｎα−ｓｉｎβ）／ｃｏｓα              （式１０）
回折させたレーザビームを横断するコヒーレンス長は、レーザビーム入射角および射出角、並びに初めの時間的コヒーレンス長によって決定される。
【００４４】
回折格子によりコヒーレンス長の低減を誘導するというこの考え方は、４種類のＫｒＦエキシマ・レーザに基づいて実験的に検証した。回折格子を用いることによって、回折させたビームを横断するコヒーレンス長はそのレーザの時間的コヒーレンス長と同じ程度まで低減されることが分かった。
【００４５】
図５ａ，５ｂでは、ラムダ・フィジック社（Ｌａｍｂｄａ  Ｐｈｙｓｉｋ）のＮｏｖａ  Ｌｉｎｅ  Ｃｏｍｐａｃｔレーザによる矩形レーザビームの短尺方向での干渉じま鮮明度関数について、ビームを横断するコヒーレンス長を低減させるために回折格子を使用する場合と使用しない場合について表している。この干渉じま鮮明度関数は、空間的コヒーレンスの１つの尺度であり、干渉計を用いて計測される。ビームは、分割し、ずらし（ｓｈｅａｒｅｄ）、さらに再結合させている。ずれが小さいと干渉しまが強い、すなわち干渉じま鮮明度は大きい。ずれが大きければ、全干渉じまの鮮明度をカバーすることができる。このずれ（シフト）に対する鮮明度によってビームの空間的コヒーレンス長を表している。これらのトレースは、ビームを横断した５つの連続した計測値を表している。図５ａと５ｂを比較すると、回折格子を使用した場合に空間的コヒーレンス長が著しく小さくなることが分かる。
【００４６】
さらに、本発明では幾つかの回折格子構成設計を用いることがある。回折効率に関して最も効率がよい構成は、回折格子をリトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）構成で使用すること、すなわちそのビームを入射するビームの方向に回折して戻すことである。しかし、こうした構成は実際的ではないが、入射したビームと回折させたビームとの間の角度が小さい（たとえば、２０度未満）場合では極めて高い効率を達成することが可能である。こうしたケースでは、ビームに若干の歪像性拡大率が存在することになる。１ｍｍあたりの溝数が３６００である適当な回折格子は、スペクトロゴン社（Ｓｐｅｃｔｒｏｇｏｎ）［スウェーデン所在］から市販されている。しかし、その入射レーザビームの断面が、長尺側の辺が短尺側の辺の２倍の長さを有するような矩形であり、かつ、回折させたビームが２次的断面を有するような場合では、この拡大率は不十分であり、したがって別の歪像性の構成要素が必要となる。
【００４７】
歪像性拡大率が２であると共にかなり高い効率を提供するような別の構成では、反復溝数が極めて高い（たとえば、１ｍｍあたりの溝数が４２００の）回折格子を使用することになる。
【００４８】
図２，３の反射型回折格子の１つの代替形態として透過型回折格子を使用することがあることを理解されたい。上述した検討は、必要な修正を加えると透過型回折格子に関しても成り立つ。
【００４９】
さらに、図２のレンズの１つの代替形態として反射型光学機器を使用することもあることを理解されたい。アレイ状としたレンズ１５はアレイ状としたミラーによって実現させることが可能である。
【００５０】
さらに別の代替形態は、屈折性や反射性の光学機器を使用せずに、あるいはこれらに対する補完として、均等化器にフレネル回折素子を使用することである。
透過型回折格子をアレイ状としたフレネルレンズと一緒に使用するケースでは、これらの素子を単一の基板の相対する表面上に設けることが可能である。
【００５１】
本発明について、ここまで、レーザビームを横断する１つの方向だけ（水平方向）でコヒーレンス長を低減させるものとして記載してきたが、これの直交方向では全く低減が得られていない。典型的なケースの１つでは、この動作は受容可能である。コヒーレンス長は、短尺方向が重要な方向であるならば短尺方向で短縮させており、ビーム幅を基準とした空間的コヒーレンス長はかなり大きくなる。しかしながら、レーザビームを横断する２つの直交方向でコヒーレンス長を低減させなければならないような用途も存在することがある。この低減については、次の態様のいずれかによって達成可能である。
【００５２】
レーザビーム経路の均等化器の上流側に第２の回折格子を設け、第２の回折格子を、図２の回折格子がビームを回折させている面（水平面）と直交する面（垂直面）においてビームが回折されるような向きとすることも可能である。第２の回折格子は第１の回折格子を基準としてフーリエ面の近傍に配置させると有利である。したがって、この２つの回折格子の間には結像用光学機器を適宜に配置している。
【００５３】
別法では、そのビームをビーム分割器や同等の機器によって２つの部分に分割し、しかる後にこの２つのビームを相直交する面内で回折させ、その後に重ね合わせている。この２つのビームの経路長は異なっていることが好ましい。
【００５４】
次に図６を参照すると、パターン発生器１００は、個々にかつ多値式に画素アドレス付けした多数の変調素子を有するＳＬＭ３０と、照射源１０と、照射ビーム・スクランブル化デバイス２０と、結像用光学系４０、７０、５０と、干渉計位置制御システムおよびＳＬＭ向けのハードウェア／ソフトウェア・データ処理システム（明瞭には図示せず）を伴う精密位置決め基板台６０と、からなる。フォトマスクなどの感光性表面を有する被工作物はパターン発生させる前に基板上に配置させている。
【００５５】
パターン発生器内の照射源１０は、ＵＶ領域内で２４８ナノメートルの波長の１０〜２０ナノ秒の長さの光学的閃光を提供するＫｒＦエキシマ・レーザであり、その帯域幅はエキシマ・レーザの固有ライン幅に対応している。基板上でのパターン歪みを回避するために、エキシマ・レーザからの光がＳＬＭ表面全体にわたって均等に分布するようにし、またその光は、基板上にレーザの斑点が生成されることがないように十分に短いコヒーレンス長を有するようにする。
【００５６】
これら２つの目的を達成させるためには、ビーム・スクランブラまたはコンディショナー２０を用いている。ビーム・スクランブラまたはコンディショナー２０は、エキシマ・レーザからのビームをその経路長が異なる幾つかのビーム経路に分割し、次いで空間的コヒーレンス長を低減させるためにこれらを互いに足し合わせている。ビーム・スクランブラはさらに、あるいはその代わりとして、「シルクハット」様の光分布を提供している図２に示すようなデバイスから構成されるコヒーレンス低減器およびビーム均等化器を含んでいる。別法として、そのパターン発生器１００内に、上述したような本発明の均等化器の別の実施形態のいずれかを利用することも可能である。
【００５７】
ビーム・スクランブラまたはコンディショナー２０は、たとえば散光器などの別の光学機器と、たとえばビーム伸張器などのビーム整形具と、視野絞りアパーチャ４５０と、照射器絞りアパーチャを有する照射器絞りと、中継レンズと、から構成することが可能である。
【００５８】
ＳＬＭからの光は、被工作物上の基板まで中継されて結像される。この動作はシュリーレン（Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ）光学投影システムを用いて実行している（そのすべてについて本願明細書に援用するサンドストロム（Ｓａｎｄｓｔｒｏｍ）による（特許文献１）並びにその中の文献を参照されたい）。
【００５９】
電子的データ送達システムは、プリントさせようとするパターンに関するディジタル式記述のロードを受けること、このディジタル式パターン記述から一連の部分的パターンの抽出すること、この部分的パターンを変調器信号に変換すること、並びにこの信号を変調器に供給すること、を行っている。精密機械システムは投影システムを基準として被工作物を移動させており、また電子式制御システムは被工作物の移動、変調器への信号の供給、および放出された放射を連携動作させ、これによって一連の部分的パターンによって生成される部分像から１つの大きなパターンを結び合わせている。
【００６０】
この種のパターン発生器に関するさらに詳しい内容については、上述の（特許文献１）および本願明細書に援用する（特許文献２）を参照されたい。
図７は、図６と同様であるが被工作物６０上の表面パターンを検査するために配置された装置１００の概略上面図を表している。図７の装置は、空間的にコヒーレントな放射ビームを放出するように構成された発生源１０と、放射ビームの空間強度分布を整形しかつ均等化するように構成された放射ビーム・コンディショニング・デバイス２０と、コンディショニングされた放射ビームによる照射を受けている多数の変調素子を有する空間的光変調器３０と、被工作物６０の感光性表面上に空間的光変調器の像を生成するための投影システム４０、７０、５０と、からなる。
【００６１】
この装置はさらに、被工作物６０の表面上に生成されるような空間的光変調器の像の検査に適した結像用光学機器９０を備えたカメラ８０からなる。
放射ビーム・コンディショニング・デバイス６０は、上述のような本発明の実施形態のいずれかに従って空間的にコヒーレントな放射ビームを均等化するためのデバイスを含んでいる。
【００６２】
次に、本発明に従って空間的にコヒーレントな放射ビームを均等化するためのデバイスの別の実施形態について、図８ａ乃至８ｅを参照しながら記載する。
ビームの空間的コヒーレンスはマイクロミラー・アレイを使用することによって低減することが可能である。マイクロミラー・アレイは、多くの数の小さい反射性表面をこれより大きな基板上に製作したデバイスであり、このマイクロミラーの各表面の法線は基板表面の法線に対してある角度だけ傾けている。マイクロミラーの幅ｄは基板の幅と比べてかなり小さい。
【００６３】
到来するビームはマイクロミラーの表面上で反射（回折ではない）を受けると、さらに小さいサブビームに分割されることになり、この際、隣接するサブビーム間において到来するビームに対して波面ラグＸが導入される。この波面ラグＸは次式で記述される。
【００６４】
Ｘ＝ｄ／ｔａｎ（φ）    （式１１）
上式において、φはマイクロミラーの傾斜角であり、またｄはマイクロミラーの幅である（図８ａ参照）。したがって、反射されたビームの空間的コヒーレンスは、到来するビームの空間的コヒーレンス長がｄより大きい場合であっても、マイクロミラーの幅ｄまでに制限されることになる。
【００６５】
マイクロミラー・アレイ・デバイスは、そのマイクロミラーがその表面上であるパターンの形に配置され、かつ到来ビーム断面の２つの直交方向における空間的コヒーレンスの低減が可能であるようにある共通の反射方向に向くようにして製作することが可能である。この考え方を図８ｅに模式的に図示している。
【００６６】
こうしたデバイスは、ダイヤモンド機械加工、プラスチックの高温プレス、小さいプリズムの組み上げ、結晶性シリコンの選択エッチングなど多くの方法で生産することが可能である。
【００６７】
適切に設計された方法の１つは、シリコンまたは同様の結晶性材料の優先的エッチングによっている。１−１−１の配向を有するシリコン・ウェハは、優先的エッチングを提供する溶液内でエッチングを受ける際に正方形の構造を生成させる。こうした溶液の一例は水酸化カリウムであるが、当技術分野で周知の別のエッチング剤も等しく適用可能である。ある領域を保護し、別の領域をエッチング剤に曝露させるようなフォトレジスト・パターンが生成される。レジストのパターンに関する設計方法は当技術分野において周知である。
【００６８】
図８ｂ乃至ｄは、１−１−１配向を有するシリコンに対する優先的エッチングによって生成したパターンを表している。この切子面は、その結晶の結晶方向によって決定されており、したがって、平坦でありかつ互いに平行である。この切子面は、その隣り合う面を基準とした両方向で変位している。適正に設計されたデバイスでは、任意の切子面は伝播方向においてその隣り合う面から、時間的コヒーレンス長の半分、また好ましくはそれ以上の長さだけ変位している。伝播方向におけるコヒーレンス長の半分の変位によって１コヒーレンス長の遅延が付加される。これにより、１つの切子面から反射される光と、隣り合う切子面から反射される光との干渉は弱くなるか、全く無くなることになる。
【００６９】
互いに近傍にないような切子面は、入射するビームにおいてこれらがコヒーレントでないため同じ遅延を有することが可能である。反射性構成とした２次元デバイスは、入射面と平行な方向の方が、この面と直交する面に対する動作と比べてより良好に動作する。したがって、最も効率のよい方向は、コヒーレンスの消滅の必要性が最も大きいビーム方向に向けることが好ましい。
【００７０】
マイクロミラー・アレイに関する上述の検討は、必要な修正を加えて、屈折性光学機器に関しても等しく有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】従来技術による放射ビーム均等化器の概略上面図。
【図２】本発明の好ましい実施の形態に従った空間的にコヒーレントな放射ビームを均等化するためのデバイスの概略上面図。
【図３】図２のデバイス内に含まれるような回折格子の概略上面像を表すと共に本発明に従った空間的コヒーレンス長低減の原理を視覚化している図。
【図４】図３の回折格子によって回折させた放射ビームの時間的および空間的コヒーレンス長の図。
【図５ａ】回折格子によって得られる空間的コヒーレンス長低減を容易に観察できるようにした、矩形の断面を有するレーザビームの短尺方向での干渉じま鮮明度関数の回折格子による回折前の図。
【図５ｂ】回折格子によって得られる空間的コヒーレンス長低減を容易に観察できるようにした、矩形の断面を有するレーザビームの短尺方向での干渉じま鮮明度関数の回折格子による回折後の図。
【図６】放射ビームの均等化に関する本発明のデバイスからなるような、半導体デバイスおよびディスプレイ用のフォトマスクなどの被工作物の感光性表面上の表面パターンを高精度プリントするための装置の概略上面図。
【図７】図６と同様の装置を検査向けに配置させて示す概略上面図。
【図８ａ】本発明の別の実施形態に従って空間的にコヒーレントな放射ビームを均等化するためのデバイス内に含まれるようなマイクロミラーのアレイの使用を表した側面図。
【図８ｂ】本発明の別の実施形態に従って空間的にコヒーレントな放射ビームを均等化するためのデバイス内に含まれるような２次元マイクロミラーのアレイの使用を表した側面図。
【図８ｃ】本発明の別の実施形態に従って空間的にコヒーレントな放射ビームを均等化するためのデバイス内に含まれるような２次元マイクロミラーのアレイの使用を表した上面図。
【図８ｄ】本発明の別の実施形態に従って空間的にコヒーレントな放射ビームを均等化するためのデバイス内に含まれるような２次元マイクロミラーのアレイの使用を表した入射光の角度からの図。
【図８ｅ】本発明の別の実施形態に従って空間的にコヒーレントな放射ビームを均等化するためのデバイス内に含まれるような２次元マイクロミラーのアレイの使用を表した斜視図。
【図５ａ】
2005503018.tif 000003
【図５ｂ】
2005503018.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2005503018.tif 000005
2005503018.tif 000006
2005503018.tif 000007
2005503018.tif 000008
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【国際調査報告】
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2005503018.tif 000044