(57)【要約】レジストが積層された基板を横切って光ビームのスポット格子アレイを走査することにより像が形成される高解像度かつ高データレートのスポット格子アレイ印刷システムが提供される。狭いメインローブを与えるように光ビームをアポダイジングすることにより高解像度が達成される。サイドローブがレジストのスレッシュホールドより高いエネルギーを含まないように確保し、無記憶レジストを使用し、更に、スポット格子アレイパターン及びレジストの記憶なし特性に使用される傾斜及びインターリーブ型走査パターンを使用することにより、基板に対するサイドローブの望ましからぬ記録が防止される。
2006502558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無記憶レジストが積層された基板に使用するための印刷装置において、
入力信号に応答して個々に変調された実質的に平行な光ビームのアレイを発生するためのプログラム可能な光放射源と、
上記光ビームを狭めるためのビーム整形装置と、
上記狭められた変調光ビームを受け取るように配置され、上記狭められた変調光ビームを収束するための収束光学系と、
上記基板と、上記収束され狭められた変調光ビームとの間に直線移動、即ち傾斜走査を与える並進移動を導入するための可動ステージと、
を備えた印刷装置。
【請求項２】
上記プログラム可能な光放射源は、上記基板上の中間パターンに各々対応する一連の変調光ビームアレイを発生し、上記中間パターンを重畳して上記基板上に最終像が形成される、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項３】
上記光源は、レーザのアレイで構成される、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項４】
上記光源は、連続光源である、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項５】
上記光源は、パルス光源である、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項６】
上記収束光学系は、１つのレンズ素子が各個々の光ビームに対応するようなマイクロレンズアレイで構成される、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項７】
上記マイクロレンズは、回折型である、請求項６に記載の印刷装置。
【請求項８】
上記光ビームのアレイは、二次元である、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項９】
上記収束された狭められた変調光ビームのパターンを縮小するために上記収束光学系と上記基板との間に配置された縮小装置を更に備えた、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項１０】
上記基板が走査方向に上記アレイの長さに実質的に等しい距離移動されるときに、上記光ビームは、機械的な交差走査方向に上記基板の表面上の実質的に連続する経路をたどる、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項１１】
上記可動ステージは、上記光ビームが上記基板上の連続経路をたどるときにピクセル幅の整数分数だけ上記光ビームが重畳するように上記基板を移動させる、請求項１０に記載の印刷装置。
【請求項１２】
上記プログラム可能な光放射源は、上記基板上にインターリーブ型走査パターンが形成されるように上記ステージが上記基板を移動させるときに上記光ビームを周期的にブランク状態にさせる、請求項１１に記載の印刷装置。
【請求項１３】
位置エラーを検出するために上記ステージに結合された検出器と、上記位置エラーを補償するように上記光ビームの経路を変更するための補償装置とを更に備えた、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項１４】
上記補償装置は、上記基板の表面に対する上記光ビームの入射角を変化させて上記位置エラーを補償するための可動ミラー、電気−光学素子及び音響−光学素子より成るグループから選択される、請求項１３に記載の印刷装置。
【請求項１５】
上記ステージの移動における位置エラーの不正確さを補償するように上記収束光学系を移動するためのサーボを備えた、請求項１４に記載の印刷装置。
【請求項１６】
位置エラーを検出するために上記ステージに結合された検出器と、上記位置エラーを補償するように上記縮小装置を移動させるための補償装置とを更に備えた、請求項９に記載の印刷装置。
【請求項１７】
上記印刷装置と上記収束光学系との間のギャップに入れられてそのギャップを埋める実質的に最適な屈折率を有する流体と共に使用される、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項１８】
上記ビーム整形装置は、上記マイクロレンズアレイのレンズに対応するリングアパーチャーのアレイを有する部材を備えた、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項１９】
上記ビーム整形装置は、メインローブ及び少なくとも１つのサイドローブを有するビームを発生し、上記サイドローブは振幅を有し、更に、上記サイドローブは、１つのサイドローブへの１回の露光では上記レジストが永久的に露光されることがないような振幅及び半径を有する、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項２０】
上記ステージは、上記サイドローブにより上記基板の単一エリアを複数回連続的に照射する間に上記レジストの応答周期を越える時間周期が経過するように上記ビーム整形装置に対して上記基板を移動させる、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項２１】
基板を光像に露光させる装置において、
複数の実質的に平行な光ビームを発生し変調するためのプログラム可能な光源であって、上記光ビームを入力データ信号に応答して変調するような光源と、
上記ビームが中央のメインローブと少なくとも１つのサイドローブとで構成されるように上記ビームを狭めるためのビーム整形装置と、
上記ビームの狭められたアレイにより上記ビームアレイの軸に対して傾斜した方向に上記基板を走査するための可動ステージと、
を備えた装置。
【請求項２２】
基板を光像に露光させる装置において、
複数の実質的に平行な光ビームを発生し変調するためのプログラム可能な光源であって、上記光ビームを入力データ信号に応答して変調するような光源と、
上記光ビームを受け取るように配置され、スポット格子アレイパターンを形成するように上記光ビームを収束するための収束光学系と、
上記収束され狭められたビームアレイにより上記基板を走査するための可動ステージと、
を備えた装置。
【請求項２３】
無記憶レジストを基板に付けるステップと、
実質的に平行な光ビームのアレイを発生するステップと、
基板を照射するために上記アレイの複数の光ビームを変調するステップであって、上記基板上に記録されるべき予め画成された像に対応する入力信号に応答して光ビームを変調するようなステップと、
上記発生ステップ、変調ステップが実行される間に上記ビームアレイの軸に対して傾斜した方向に可動ステージ上の上記基板を移動させて、上記予め画成された像が上記基板に記録されるようにするステップと、
を備えた方法。
【請求項２４】
上記光ビームは、それらが上記基板上の連続経路をたどるときにピクセル幅の整数分数だけ重畳する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
上記基板上にインターリーブ型走査パターンが形成されるように上記ステージが上記基板を移動させるときに上記光ビームを周期的にブランク状態にさせるステップを更に備えた、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
上記可動ステージの位置エラーを補償するステップを更に備えた、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
上記変調ステップの後に上記変調された光ビームをレンズのアレイで収束させるステップを更に備えた、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
上記レンズのアレイと上記基板との間のギャップに入れられてそのギャップを埋める実質的に最適な屈折率を有する流体を供給するステップを更に備えた、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
上記光ビームアレイの軸からずれた走査方向に実質的に直線的に上記基板を移動させて、上記基板が上記走査方向に上記アレイの長さに実質的に等しい距離だけ移動されたときに、上記変調された光ビームが機械的交差走査方向に上記基板の表面上の実質的に連続的な経路をたどるようにするステップを更に備えた、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
上記基板を露光するための印刷装置において、
入力データ信号に応答して複数の実質的に平行な光ビームを発生し変調するためのプログラム可能な光源と、
上記光ビームにより上記基板を走査するための可動ステージと、
を備えた印刷装置。
【請求項３１】
狭められたビームを受け取るように配置され、スポット格子アレイパターンを形成するように共通の像平面に上記光ビームを個々に収束させるための収束手段を更に備えた、請求項３０に記載の印刷装置。
【請求項３２】
上記アレイは、二次元である、請求項３１に記載の印刷装置。
【請求項３３】
所定時間周期の後に実質的に無記憶状態になる特性を有したリソグラフィック材料を露光するための装置において、
光源と、
上記光源からの光を受け取るように配置され、入力データパターン信号に応答して変調された変調光ビームの平行アレイを発生するためのプログラム可能な二次元空間光変調器と、
各ビームに対応する素子を有し、上記光ビームを狭めるためのビーム整形アレイであって、上記狭められた光ビームが強力なメインローブ及び弱いサイドローブで特徴付けられるようなビーム整形アレイと、
各ビームに対応する素子を有し、スポットアレイを形成するように上記狭められた変調光ビームを収束するための収束アレイと、
次の条件、即ち
ａ）像形成されたメインローブの露光時間は、リソグラフィック材料を露光するのに充分である；
ｂ）像形成されたサイドローブの露光時間は、リソグラフィック材料を個々に露光するには充分でない；及び
ｃ）リソグラフィック材料の隣接位置は、リソグラフィック材料を特徴付ける所定の時間周期内に露光されない、
という条件が満足されるように、上記リソグラフィック材料と上記収束光学系との間に相対的移動を導入するための可動ステージと、
を備えた装置。
【請求項３４】
所定時間周期の後に実質的に無記憶状態になる特性を有したリソグラフィック材料を露光するための装置において、
像形成ビームのアレイを発生すると共に、上記リソグラフィック材料に記録されるべき像に対応する一連の希望のパターンで上記光ビームを変調するための光放射源と、
各ビームに対応する素子を有し、各々の変調された光ビームを狭めるためのビーム整形アレイであって、上記狭められた光ビームが強力なメインローブ及び弱いサイドローブで特徴付けられるようなビーム整形アレイと、
各ビームに対応する素子を有し、上記狭められた変調光ビームを上記リソグラフィック材料に収束するための収束アレイと、
次の条件、即ち
ａ）像形成されたメインローブの露光時間は、リソグラフィック材料を露光するのに充分である；
ｂ）像形成されたサイドローブの露光時間は、リソグラフィック材料を露光するには充分でない；
ｃ）リソグラフィック材料の隣接位置は、リソグラフィック材料を特徴付ける所定の時間周期内に露光されない；及び
ｄ）最も接近した平行走査線は、ピクセル幅の整数分数（ｐｘ／ｎ）だけ離間されると共に、ビームにより露光される次々のピクセルは、ピクセル幅の整数倍数（ｐｘ＊ｎ）だけ離間される、
という条件が満足されるように、上記リソグラフィック材料と上記ビーム整形アレイとの間に相対的移動を導入するための可動ステージと、
を備えた装置。
【請求項３５】
無記憶レジストが積層された基板に使用するための印刷装置において、
入力信号に応答して個々に変調された実質的に平行な光ビームのアレイを発生するためのプログラム可能な光放射源と、
上記変調された光ビームを受け取るように配置され、上記変調された光ビームを収束するための収束光学系と、
上記基板と、上記収束された変調光ビームとの間に直線移動、即ち傾斜走査を与える並進移動を導入するための可動ステージと、
を備えた印刷装置。
【請求項３６】
上記プログラム可能な光放射源は、上記基板上の中間パターンに各々対応する一連の変調光ビームアレイを発生し、上記中間パターンを重畳して上記基板上に最終像が形成される、請求項３５に記載の印刷装置。
【請求項３７】
上記プログラム可能な光放射源は、光源及び空間的光変調器を備えた、請求項３５に記載の印刷装置。
【請求項３８】
上記光源は、パルス光源である、請求項３６に記載の印刷装置。
【請求項３９】
無記憶レジストが積層された基板に使用するための印刷装置において、
一連のスポット格子アレイパターンを形成する実質的に平行な光ビームのアレイを発生するための光放射源と、
上記光ビームアレイを受け取るように配置され、上記光ビームを上記基板上に収束するための収束光学系と、
上記ビームアレイの軸に対して傾斜された方向に上記基板と上記収束された光ビームとの間に直線移動を導入し、即ち上記一連のパターンと同期されてそれらパターンを重畳させ上記基板上に最終像を形成するための並進移動を導入するための可動ステージと、
を備えた印刷装置。
【請求項４０】
上記光放射源は、マイクロレンズアレイで構成される、請求項３９に記載の印刷装置。
【請求項４１】
無記憶レジストが積層された基板に使用するための印刷装置において、
スポット格子アレイパターンを形成する実質的に平行な光ビームのアレイを発生するための光放射源と、
上記光ビームを狭めるためのビーム整形装置と、
上記狭められた変調光ビームを受け取るように配置され、上記狭められた変調光ビームを上記基板上に収束させるための光学系と、
上記基板と、上記収束され狭められた変調光ビームとの間に直線移動、即ち傾斜走査を与える並進移動を導入するための可動ステージと、
を備えた印刷装置。
【請求項４２】
上記光放射源は、上記基板上の中間パターンに各々対応する一連のスポット格子アレイパターンを発生し、上記中間パターンを重畳して上記基板上に最終像が形成される、請求項４１に記載の印刷装置。
【請求項４３】
上記ビームの狭められたアレイにより上記基板を走査するための上記可動ステージは、上記ビームアレイの軸に対して傾斜された方向に走査を行う請求項２２に記載の装置。
【請求項４４】
上記ビームが中央のメインローブ及び少なくとも１つのサイドローブで構成されるように上記ビームを狭めるためのビーム整形装置を更に備えた、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
上記ビームのアレイにより上記基板を走査するための上記可動ステージは、上記ビームアレイの軸に対して傾斜された方向に走査を行う、請求項３２に記載の装置。
【請求項４６】
上記光ビームを狭めると共に、各ビームに対してメインローブ及びそれに対応するサイドローブを発生するためのビーム整形装置を更に備えた、請求項４５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、質量のある平行ビームアレイでフォトリソグラフィック層に高解像度像を直接パターン化するためのマスクレス方法及び装置に係る。この装置は、半導体デバイス、マイクロエレクトロニックス、マイクロシステム、薄膜デバイス、フラットスクリーンの製造や、マイクロリソグラフィック用途向けのマスク及び基板の構造化に使用することが意図される。
【仮出願からの優先権主張】
【０００２】
本出願は、米国仮出願第６０／３３１，０２９号から優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
フォトリソグラフィーとは、半導体又は他の基板上に像を転写する技術である。フォトリソグラフィーシステムには２つの基本的な形式がある。像投影リソグラフィーと称される第１の形式は、マスク又はレチクルと称されるマスターパターンと、基板上のマスクに像を投影するための投影システムとを使用する。マスクレス又は直接書き込みシステムと称される第２形式のシステムは、基板上に光ビームを走査する（即ち「書き込み」する）ことにより基板上に直接像を形成する。マスクレスのシステムは、像投影リソグラフィー用のマスクを作製するのに使用される。しかしながら、マスクを伴うシステムは、直接書き込みシステムよりも一般に高速で、大量の商業用途に良く適している。
【０００４】
像投影リソグラフィーでは、マスクに形成された像が投影装置により基板に転写される。ウェハステッパーとして知られている像投影システムの一形式では、全マスクパターンが基板上に一度に投影され、基板の一部分がパターン化される。次いで、マスクが基板に対して移動され（「ステップ」され）、基板の別の部分がパターン化される。ステップ・アンド・スキャン装置として知られているリソグラフィック投影装置の別の形式では、投影ビームでマスクを徐々に走査しながら、この方向に平行に基板を同期状態で走査することにより、基板の部分が照射される。両形式のシステムでは、基板の表面上に積層されたレジストと称される感光層に像が投影される。各マスクは、基板上に形成されるべき回路部品又は相互接続部の層に対応するパターンを含む。多数のパターンが露光されて処理され、集積回路の三次元構造体が作り上げられる。
【０００５】
露光の後に、その露光された像に対応する選択されたレジストパターンのみをウェハ上に残してレジストが現像される。レジストは、その下の基板のエッチングを「阻止」するので、レジストに現像されたパターンは、その後のエッチング段階により基板へ転写される。レジストは、ポジ形式でもよいしネガ形式でもよく、これは、露光されたレジストがウェハ上に選択的に留まってもよいし現像段階にウェハから除去されてもよいことを意味する。
【０００６】
不都合なことに、縮小設計ルールや、ＯＰＣ（光学的接近補正）及びＰＳＭ（位相シフトマスク）等のＲＥＴ（解像度向上技術）の広範囲な使用のために、像投影システムに使用されるマスクは、製造が益々困難及び高価なものとなっている。集積回路の製造に必要な多数のパターンを形成するために多数のマスクが必要であるので、マスクを形成する際の時間遅れや、マスク自体が高価であることは、半導体製造において著しいコストとなる。これは、マスクのコストをデバイスの数に対して償却できない少量のデバイスの場合に特に言えることである。従って、高価なマスクの必要性を排除しながら半導体チップを製造するための高速装置を提供することが要望される。又、光学的リソグラフィーで得ることのできる解像度を改善することも要望される。更に、このような装置は、プロートタイプデバイスの生産のように少数の基板を直接パターン化したり、マスクを形成したりするのに有用であろう。
【０００７】
従来のマスクで得られる解像度を改善するための方法が、UV thermoresists: sub-100-nm imaging without proximity effects、ゲルバート、ダン、カラシュク、バレンチンＡ、クレオプロダクツインク、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ、第３６７６巻、第７８６−７９２ページ、エマージング・リソグラフィック・テクノロジーズＩＩＩ、ユリ・ブラジミルスキー；Ｅｄ．６／１９９９に説明されている。この方法では、マイクロレンズアレイが像投影システムと組み合せて使用されて、像を高解像度スポットのアレイに分割し、これらスポットが従来のステッパーにおいてパルスとパルスとの間に走査され、完全な像を形成する。スポットは互いに分離されるので、このようなシステムは、光学的接近効果を排除する。熱フォトレジストを組み合せると、この方法は、従来のマスクで解像度の改善を与える。しかしながら、依然として、マスク又はレチクルの使用を必要とする。
【０００８】
マスクの必要性を排除する方法が、「A Microlens Direct-Write Concept for Lithography」、ダビッドソン、マーク、ＳＰＩＥ、第３０４８巻、第３４６−３５５ページ、１９９７（カリフォルニア州マウンテンビュー、スペクテルカンパニー）に提案されている。このシステムでは、高い解像度と高いスループットを得るためにマイクロレンズアレイを平行な光ビームと組み合せて直接書き込みシステムに使用することが提案されている。ビームスプリッターが平行ビームのアレイを発生し、これらビームは、平行アレイマイケルソン干渉計変調器において圧電円板のアレイにより個々に変調される。変調されたビームは、マイクロレンズアレイによりマルチスポット格子パターンで基板上に像形成される。
【０００９】
マイクロレンズアレイを使用した別の直接書き込みリソグラフィーが、２０００年１０月１７日にケネスＣ．ジョンソン氏に発行された「Microlens scanner for microlithography and wide-field confocal microscopy」と題する米国特許第６，１３３，９８６号に説明されている。このシステムでは、変調されたビームの平行アレイが、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）により形成され、これは、Ｊ．Ｂ．サムセル氏により「An Overview of the Performance Envelope of Digital Micromirror Device (DMD) Based Projection Display Systems」、ソサエティ・フォー・インフォーメーション・ディスプレイ１９９４インターナショナル・シンポジウム（１９９４年６月１２−１７日、サンノセ）に説明されている。各ビームは、マイクロレンズアレイにおける対応素子を通してマルチスポット格子パターンで基板上に像形成される。
【００１０】
ダビッドソン及びジョンソン両氏のシステムは、マスクの必要性を排除するが、光学ベースのリソグラフィーから得られる解像度を改善しない。従って、マスク形成及びウェハリソグラフィー改善のために解像度及びスループットが改善された実用的なマスクレスの直接書き込みシステムを提供することが望まれる。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、高速マスク形成及びウェハリソグラフィーに適した高解像度・高データレートの直接書き込みスポット格子アレイリソグラフィーシステムを提供する。本発明によれば、基板を横切って光ビームの二次元アレイを走査することにより基板上に像が露光される。この像は、光ビームを選択的に変調し、基板を横切ってビームアレイを走査することにより形成される。別の実施形態では、空間的光変調器がグレーレベル変調を与え、「オン」及び「オフ」以外の中間レベルの信号を使用できる。このような変調器の１つが、ドイツ、ドレスデン、フランホウファー・インスティテュートから入手でき、カンチレバービームマイクロミラー空間光変調器と称される。グレーレベル変調を与えるための別の方法が、上述したダビッドソン、マーク、ＳＰＩＥ、第３０４８巻、第３４６−３５５ページに説明されている。この方法は、マイケルソン干渉計を使用してグレーレベル変調を発生する。ここに述べる「オン」及び「オフ」変調は、グレーレベル変調の特殊なケースで、２つのグレーレベル「０」及び「１」しか存在しない。狭められたメインローブを与えるように各選択された光ビームを整形して狭められたビームを画成することにより、解像度が向上される。狭められたビームは、次いで、レジスト（フォトレジストとしても知られている）が積層された基板上の小さなスポットに収束される。狭められたビームのサイドローブから生じる望ましからぬ露光は、サイドローブがその露光スレッシュホールド以上のエネルギーでレジストを露光するのを防止することにより防止される。これは、熱フォトレジストと、サイドローブに曝されたレジストの部分が更なる露光に曝される前に冷却するための時間を与える露光戦略及び装置アーキテクチャーとを使用することで実施される。この露光戦略は、更に、相次ぐ露光と露光との間にレジストが冷却するに充分な時間をレジスト上の隣接ポイントの露光と露光との間に与える走査技術も含む。
【００１２】
本発明は、実質的に平行な光ビームのアレイを発生するステップと、レジスト上に記録されるべき予め画成された像に対応して上記実質的に平行な光ビームのアレイから複数の光ビームを変調するステップと、狭められたメインローブ及びそれに対応するサイドローブを有する狭められた光ビームを与えるように各光ビームを整形するステップと、上記狭められた光ビームのアレイに対しそのアレイの直角軸から若干回転された軸に沿ってレジストを並進移動して、食い違いマルチラスタ傾斜走査パターンで希望の像がレジスト上に露光されるようにするステップとを備えたリソグラフィー方法を提供する。狭められたビームの使用は、解像度を改善するという効果を与える。
【００１３】
本発明は、無記憶(memoryless)フォトレジストを使用したリソグラフィー方法及び装置を提供する。ここで使用する無記憶熱フォトレジスト（又はより一般的に、制限応答周期フォトレジスト）という語は、連続露光のエネルギーがいずれもスレッシュホールドを越えず且つそれらの間に時間周期（又は充分な冷却時間）がある限り、それらエネルギーを積分しないことを特徴とするものである。熱フォトレジストのクラスは、無記憶フォトレジストの一例である。
【００１４】
本発明は、走査ビームのサイドローブを抑制して解像度の著しい改善を生じさせるための走査及び露光戦略を使用するリソグラフィー方法及び装置を提供する。
【００１５】
本発明は、連続する露光と露光との間にレジストが冷却するに充分な時間を、レジスト上の隣接ポイントの露光と露光との間に与える走査技術を用いたリソグラフィー方法及び装置を提供する。本発明は、基板から外れたエリアを走査するロストタイムを減少することによりシステムの全体的なスループットを改善するために、減少された視野に高密度のスポットを含む改良された走査技術を使用するリソグラフィー方法及び装置を提供する。
【００１６】
本発明は、可動ステージの機械的な不整列を検出するステップと、直接書き込み光学装置にオンザフライ補正を与えるステップとを備えたリソグラフィー方法を提供する。
【００１７】
本発明は、レジストで積層された基板を照射するための平行な光ビームの二次元アレイを発生及び変調するための光源であって、光ビームの変調が、レジスト上に像形成されるべきパターンに対応するような光源と、該光源とレジストとの間に介在され、各光ビームを狭めるためのビーム整形装置と、像の一部分に対応するスポット格子アレイを形成するための収束光学系と、該収束光学系とレジストとの間に相対的な移動を導入するための可動ステージとを備えたリソグラフィー方法及び装置を提供する。従って、印刷装置は、レジストと、細く変調された光ビームとの相互作用によりレジスト上にパターンを記録し、次いで、その記録をサイドローブとの相互作用から防止する。
【００１８】
本発明の利点は、当業者であれば、本発明の好ましい実施形態のみを図示して説明した以下の詳細な説明から容易に明らかであろうが、これは、本発明を実施するために意図された最良の態様を単に例示するに過ぎない。明らかに、本発明は、他の及び異なる実施形態も考えられ、その多数の細部は、全て、本発明から逸脱せずに種々の明らかな観点において変更が可能である。従って、添付図面及び説明は、本発明を説明するためのもので、本発明をこれに限定するものではない。
【００１９】
全体を通じて同じ要素が同じ参照番号で示された添付図面を参照する。
【発明の説明】
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施形態による印刷装置を示す。この印刷装置は、連続波レーザでもパルスレーザでもよい光源１０２と、コリメート光学系１０３と、平行な光ビーム１０６の二次元アレイを発生及び変調するための空間的光変調器（ＳＬＭ）１０４とを備えている。空間的光変調器１０４は、プログラム可能な像ジェネレータ１０８により与えられる入力データ信号１０９に応答して光ビームを変調すると共に、基板１２０上に希望のパターンを露光するためにステージ１３０の制御と同期して個々のビームを制御する。更に、印刷装置は、各光ビーム１０６を狭めて解像度を改善するために空間的光変調器１０４と基板１２０との間に介在されたビーム整形アレイ１１０も備えている。収束光学系１１４は、各ビーム１０６に対してレンズ素子の役割を果たし、各ビームを基板１２０上の小さなスポットに収束して、離間された小さなスポットの格子アレイを基板１２０上に形成する。基板１２０は、ステージ１３０に支持され、このステージ１３０は、これがマルチラスタ傾斜走査露光戦略に基づいてビームを通して並進移動されるときに、ビーム１０６のアレイと基板１２０との間に相対的移動を与えて、基板１２０上に完全な像を形成する。
【００２１】
本発明の第１の実施形態では、図１及び図２の両方に示されたプログラム可能な空間的光変調器（ＳＬＭ）１０４は、選択的透過アレイである。この機能に適したマイクロシャッターのアレイが、１９９９年５月４日にヘンリーＩ．スミス氏に発行された「Maskless Lithography Using a Multiplexed Array of Fresnel Zone Plates」と題する米国特許第５，９００，６３７号に説明されている。各素子即ちピクセルに入射する光は、そのピクセルに対するオン又はオフ状態に対応して選択的に透過又は阻止される。この選択は、プロセッサ１０８により与えられる入力データ信号１０９に応答して実行され、プロセッサ１０８は、圧縮された像情報を記憶するための従来のメモリユニット１０８ａと、その圧縮された像情報を圧縮解除してそれを希望の走査戦略に基づいてフォーマットするためのデータレンダリングユニット１０８ｂと、その情報を変調信号に変換するための情報インターフェイス１０８ｃとを備えている。透過された各ビームは、ビーム１０６としてビーム整形装置１１０へ続く。
【００２２】
図１及び図２に示されたビーム整形装置１１０は、ＳＬＭ１０４からの透過ビームを受け取るように配置され、各光ビーム１０６を狭めるための整形アパーチャーのアレイを備えている。ビーム整形装置１１０は、例えば、リングアパーチャーアレイを備えてもよい。整形アパーチャーの使用によるビーム整形（アポダイジングとも称される）は、各ビームの振幅プロフィールを整形する。本発明は、主（又は中央）ローブが従来のガウス分布より狭いことを特徴とするビーム形状を与える。しかしながら、光ビームを狭めるには、ある制限が適用され、ビームを任意に狭めることはできない。一般に、ビーム整形装置１１０に入射するビームが均一に照光されると仮定すれば、ビーム整形装置１１０を出るビームの断面は、ビーム整形装置１１０におけるアパーチャーの形状のフーリエ変換の２乗に対応する振幅プロフィールを有する。一実施例として、均一に照光されたビームが、ガウスプロフィールを有するアパーチャーで整形されると、サイドローブを無視できるビームが生じる。このような振幅プロフィールが図６ａに示されている。更に別の実施例として、均一に照光される円形アパーチャーは、主たる中央ローブとサイドローブを有する「エアリー(airy)パターン」と称されるビームを発生する。このような「エアリーパターン」のビームは、主たる中央ビームがガウスプロフィールより狭いことを特徴とする。狭められたメインローブ（ここでは「狭いビーム」と称される）と顕著なサイドローブとをもつ振幅プロフィールを有するエアリーパターンが図６ｂに示されている。一般的に述べると、メインローブを狭めるアパーチャーの重み付け即ち「アポダイゼーション」は、サイドローブの振幅増加を招く。同様に、サイドローブを抑制するアパーチャーの重み付けは、メインローブを広げる傾向となる。
【００２３】
従来、ビーム形状は、サイドローブの振幅を最小にするものが選択された。本発明では、重み対アパーチャー周囲がガウスアパーチャーで使用されるものより大きいリングアパーチャーから狭いメインローブが得られる。しかしながら、このような狭められたビーム形状は、実質的なサイドローブを招く。本発明によれば、狭められたビームを露光戦略と組み合せて有効に使用して、レジストがサイドローブからの露光により永久的に影響されるのを防止することにより、改善された解像度が得られる。以下に詳細に説明するように、これらサイドローブによる望ましからぬパターン化は、熱レジスト及び適当な露光戦略を好都合に利用することで防止される。
【００２４】
本発明の別の実施形態では、無記憶レジストが、メインローブ及びサイドローブを発生する上述したビーム整形装置を伴わずに、図１に示すようにビームと共に使用される。同一技術が使用されるが、サイドローブによる望ましからぬパターン化を防止するのではなく、望ましからぬ露光を生じることが防止されるのは、メインローブの「テール」（図６ａのような）である。即ち、スレッシュホールド露光レベルより低いテールが、望ましからぬ永久的な露光を生じることが防止される。これは、メインローブの中央部分のみの使用を許し、ビームを効果的に狭める。更に、望ましからぬ「テール」への露出が排除されるので、このプロセスは、プロセス寛容度を高める。
【００２５】
図１及び図２を再び参照すれば、ビーム整形アレイ１１０からの狭められたビームは、収束光学系１１４へ向けられる。この収束光学系１１４は、屈折型でも回折型でもよいマイクロレンズのアレイを備えている。開口数（ＮＡ）が比較的低く且つ視野（ＦＯＶ）が大きいために、プラスチック回折素子を使用することができる。これは、幅数十ｃｍ又はそれ以上のＦＯＶを許す。高ＮＡの用途では、マイクロレンズアレイ（通常、幅数十ミクロン）を使用することができる。米国特許第５，９００，６３７号（上述した）に述べられたフレネル帯プレートアレイのような回折レンズ素子が使用される場合には、レンズアレイは、回折素子により生じる高い散乱次数を裁断するためにアパーチャーアレイ（即ちピンホールアレイ）を更に含むことができる。回折レンズは、約１３ｎｍの極紫外線（ＥＵＶ）のような短い光波長に関連して使用されたときに特に適しており、上述したスミス氏の論文に詳しく説明されている。
【００２６】
収束光学系１１４は、従来の光学技術のように、レンズの単一アレイでもよいし、シリーズに配置された多数のアレイでもよく、従って、個別のアレイからの個々のレンズ素子の光学経路は、複合レンズを形成する。このような構成は、単一レンズのアレイで得ることのできる高い開口数を有する複合レンズのアレイを形成する。このような複合マイクロレンズアレイは、個々のレンズアレイを積み重ねることにより機械的に組み立てることもできるし、或いは例えば良く知られたＭＥＭＳ（マイクロ−エレクトロメカニカルシステム）製造技術により製造することもできる。
【００２７】
図２に示すように、収束光学系１１４の後には、基板１２０に像形成される個々のスポットのサイズ及びパターンの全サイズ（即ち視野）の両方を縮小するための縮小レンズ１５０がある。このような縮小素子は、マスクが希望の最終像より著しく大きいマスクシステムに必要とされるが、このような縮小素子又は「ステッパーレンズ」は、通常、かなり高価である。しかしながら、本発明の実施形態では、このレンズは、ステッパーレンズの典型である４Ｘ又は５Ｘより低い倍率でもよいし、或いは特に収束光学系１１４に高ＮＡ素子が使用される場合には図１に示すように完全に取り除かれてもよい。
【００２８】
基板１２０にはレジスト１２２が積層され、このレジストは、熱形式のもので、スレッシュホールド温度に到達すると、溶解度即ちエッチングレートを不可逆に変化させる。更に、レジスト１２２は、充分な冷却時間が与えられれば、以前の部分露光に応答しない形式のものである。このような熱レジストは、レジストが累積部分露光により影響されないことを意味する「無記憶(memoryless)」レジストの一例である。本発明の露光戦略及び装置アーキテクチャーは、レジスト１２２がビーム１０６のサイドローブを記録しないように、ビームの形状に一致される。この戦略は、次のものを含む。
【００２９】
１）どのサイドローブも個々のビームの走査中にレジストを露光するに充分なエネルギーを含まないことを保証し、及び
２）連続するビームのサイドローブによるレジストの一部分の連続する露光と露光との間の時間周期がレジストの特性記憶時間（冷却時間）を越えることを保証する。
【００３０】
露光戦略は、食い違いマルチラスタ傾斜走査パターンの使用を含む。光ビームアレイにおける狭められた光ビームは、隣接しているが食い違った走査路に沿って基板１２０を走査し、基板１２０上の隣接スポットが異なる時間に露光されるようにする。これらの時間差は、サイドローブ露光の重畳でレジスト１２２が永久的にパターン化されることがないよう保証するために露光戦略に基づいて選択される。
【００３１】
より詳細には、基板１２０が機械的ステージ１３０に支持され、ｙ方向に並進移動される。ビーム１０６のアレイは、ｙ軸に対して若干回転（又は傾斜）される。ビームのアレイは、長方形の格子パターンで多数の行及び列に形成される。ステージ１３０は、ｙ方向に並進移動され、その結果、各ビームは、ステージのｙ軸に平行な線に沿って走査される。ステージ１３０のｘ軸を横切るビームのオフセットは、基板１２０がビームアレイに対して走査方向ｙに並進移動されたときに、ビームにより露光されたスポットが基板１２０上のパターンにギャップを残さないようなものである。ステージが更に並進移動されると、各ビームが、インターレースされた線におけるスポットを露光し、基板１２０上に完全な像を埋める。
【００３２】
図３は、第１の走査技術により基板１３０上に形成されたスポット格子アレイパターンを示す。図３において暗いスポットで構成されるスポットアレイ３０５は、ビームアレイ１０６により基板１２０上にパターン化される。簡単化のために、図３は、基板１２０に収束されたスポットアレイ３０５の一部分しか示さず、これは、数百又は数千の素子を含むのが好ましい。図３には、３ｘ４ビームアレイに対応するパターンが示されている。このアレイは、３つの垂直列（Ａ、Ｂ及びＣ）と、４つの水平行（１、２、３及び４）とを含む。各ビームは、その列及び行位置で識別される。例えば、ビームアレイは、ビームＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２等を含み、但し、Ａ１は、列Ａ、行１のビームを指す。ビームの最初の位置は、循環式に番号が付けられたスポットとして指定される。番号「１」で指定された最初のスポットは、暗くされる。ビームアレイは、指定のｙ軸に対する暗いスポットの向きにより明らかなように、ｙ軸に対して傾斜され、ｙ軸は、ビームアレイがステージ１３０により基板１２０に対して並進移動されるときに沿う軸に対応する。ビームアレイは、スポットＢ１がｙ方向にスポットＡ１を１ピクセル幅越えて配置されると共に、スポットＢ１がｘ方向に列Ａの最後のビーム（ビームＡ４）から１ピクセル幅変位されるように、ｙ軸に対して傾斜される。１つの露光がなされ、初期位置（位置「１」）においてスポットを露光する。これらの位置が添字１で指定される。即ち、第１の露光で露光されるスポット格子アレイは、スポットＡ１１、Ｂ１１、Ｃ１１、Ａ２１、Ｂ２１、Ｃ２１等を含む。次いで、ステージ１３０は、ｙ軸に沿って１ピクセル幅並進移動された位置をビームが露光するようにステージ１３０によりｙ方向に移動され、第２の露光が行なわれる。この第２の露光は、スポットＡ１２、Ｂ１２、Ｃ１２、Ａ２２、Ｂ２２、Ｃ２２等を含む格子アレイを露光する。容易に明らかなように、ｙ軸に沿って各垂直列に１つのビームが関連しているので、この傾斜走査露光技術を使用することによりｙ軸に沿ってビームアレイが並進移動されたときに完全な像を露光することができる。更に、明らかなように、基板１２０上の隣接位置が同時に露光されることはなく、従って、この露光技術は、無記憶レジストと、サイドローブを特徴とする狭められたビームとに使用するのに適したものとなる。
【００３３】
第２のインターレース型走査技術が図４Ａに示されている。この第２の傾斜走査技術では、３ｘ５ビームアレイに対応するパターンが示されている。このビームアレイは、３列（Ａ、Ｂ及びＣ）及び５行（１、２、３、４及び５）を含む。各ビームは、その列及び行位置で識別される。例えば、ビームアレイは、その初期位置において、ビームＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２等を含む。ビームアレイは、ｙ軸に対して傾斜され、ｙ軸は、ビームアレイが基板１２０に対してステージ１３０により並進移動されるときに沿う軸である。ビームアレイは、スポットＡ１がｙ方向にスポットＢ１を半ピクセル幅越えて配置されると共に、列Ｂの最初のビーム（ビームＢ１）がｘ方向に列Ａの最後のビーム（ビームＡ５）から半ピクセル幅変位されるように、ｙ軸に対して傾斜される。１つの露光が行なわれて、初期位置のスポットを露光し、これも、添字１で指定される。即ち、スポットＡ１１、Ｂ１１、Ｃ１１、Ａ２１、Ｂ２１、Ｃ２１等を含む１スポット格子アレイが第１の露光において露光される。次いで、ステージ１３０は、ｙ軸に沿って１ピクセル幅並進移動された位置をビームが露光するようにステージ１３０によりｙ方向に移動され、第２の露光が行なわれる。この第２の露光は、Ａ１２、Ｂ１２、Ｃ１２、Ａ２２、Ｂ２２、Ｃ２２等を含む格子アレイを露光する。容易に明らかなように、基板１２０上の最終パターンの垂直行は、その最も近い隣接行から半ピクセルだけオフセットされ、且つ最終パターンの各行は、その最も近い隣接行から半パターンだけオフセットされているので、密に詰まったパターンが得られる。更に、明らかなように、基板１２０上の隣接位置が同時に露光されることはなく、従って、この露光技術は、無記憶レジストと、サイドローブを特徴とする狭められたビームとに使用するのに適したものとなる。
【００３４】
これらの走査技術に対して連続光源又はパルス光源のいずれを使用してもよい。しかしながら、連続光源を使用する場合には、各ビームにより形成される連続ピクセルの露光と露光との間でレジストが充分に冷却しないことがあり、サイドローブからの照光が累積して、ｙ方向に解像度ロスを招くことがあると考えられる。この解像度ロスを回避するために、ＳＬＭ１０４を使用して、２つの連続するピクセル間でビームをブランク状態にしてもよい。
【００３５】
大きなスポット格子アレイを使用する１つの考え方は、視野（ＦＯＶ）に関するものである。特に、図３に示す簡単な傾斜走査技術では、非常に多数のビームが比較的大きな視野を形成する。高速書き込み速度及び高解像度を得るには非常に多数のビームが必要とされる。しかしながら、大きな視野は、多数の欠点も有する。第１に、大きな視野は、半導体基板が通常フラットでないので半導体リソグラフィーにおいて欠点である。これは、基板１２０に収束の問題を招く。大きな視野に関連した別の問題は、基板の縁に完全な走査像を形成する問題から生じる。図４Ｂは、基板に対する本発明のスポット格子アレイのＦＯＶを示す。図４Ｂを検討することから明らかなように、スポット格子アレイ４１０は、基板上に完全な像を形成するためには片側において基板から完全に離れた位置から他側において基板から完全に離れた位置まで走査されねばならない。走査の開始及び終了部分の間は、全てのビームが基板を照らすのではない。重畳の必要性により、ステージは必要以上に大きく且つ扱い難いものになると共に、基板を露光する時間も長くなる。従って、ビームアレイのＦＯＶ１４０のサイズを減少することが望まれる。しかしながら、書き込み時間は、ビームアレイにおけるビームの本数の関数であるから、ビームアレイにおけるビームの本数を減少せずにＦＯＶのサイズを減少することが更に望まれ、ビームアレイにおけるビームの密度をより高くすることが必要となる。
【００３６】
ビームアレイの密度を高くするには、ビームとビームとの間の交差走査距離であるピッチ（「Ｐ」）を下げることが必要になる。しかしながら、完全であるが非重畳の軌跡を基板１２０上に傾斜走査で形成するには、隣接走査線間の距離（「ｄ」）がピッチ（「Ｐ」）とＮとの積に等しいことが必要となり、但し、Ｎは、列におけるビームの本数である。
【００３７】
ｄ＝Ｐ＊Ｎ
隣接走査線間の間隔を更に減少するには、異なる走査技術を実施しない限り、あるビームのスポットが別のビームによりオーバーライトされる結果となる。本発明の１つの実施形態は、インターリーブと称されるそのような技術を含む。１より大きな整数（Ｉ）に対応するインターリーブ技術が多数存在する。
【００３８】
第１のインターリーブ型露光パターン（Ｉ＝２に対応する）が図５Ａに示されている。３ｘ６ビームアレイに対応するパターンが示されている。図示されたように、ビームは、基板１２０上でｙ軸に沿って隣接スポットを露光しない。ビームアレイは、３列（Ａ、Ｂ及びＣ）及び６行（１−６）を含む。各ビームは、その列及び行の位置で識別される。例えば、ビームアレイは、その初期位置において、ビームＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２等を含む。ビームアレイは、ｙ軸に対して傾斜され、ｙ軸は、ビームアレイがステージ１３０により基板１２０に対して並進移動されるときに沿う軸である。ビームアレイは、スポットＡ１がｙ方向にスポットＢ１を半ピクセル幅越えて配置されると共に、列Ｂの最初のビーム（ビームＢ１）がｘ方向に列Ａの最後のビーム（ビームＡ６）から半ピクセル幅変位されるように、ｙ軸に対して傾斜される。１つの露光がなされ、初期位置においてスポットを露光し、この位置は、ここでも添字１で指定される。即ち、スポットＡ１１、Ｂ１１、Ｃ１１、Ａ２１、Ｂ２１、Ｃ２１等を含む１つのスポット格子アレイが第１の露光で露光される。次いで、ステージ１３０は、ステージ１３０によりｙ方向に移動される。しかしながら、前述の実施例とは異なり、このインターリーブ型技術では、ｙ軸に沿って整数Ｉ（１以外）個のピクセル幅だけ並進移動された位置をビームが露光するようにステージが移動する。ここに示す実施例では、整数Ｉは、図示及び説明を簡単化するために２として選択されている。ここで、第２の露光がなされる。この第２の露光は、Ａ１２、Ｂ１２、Ｃ１２、Ａ２２、Ｂ２２、Ｃ２２等を含む格子アレイを露光する。容易に明らかなように、基板１２０上の最終パターンの垂直行は、その最も近い隣接行から半ピクセルだけオフセットされ、且つ最終パターンの各行も、その最も近い隣接行から半パターンだけオフセットされているので、密に詰まったパターンが得られる。更に、明らかなように、基板１２０上の隣接位置が同時に露光されることはなく、従って、この露光技術は、無記憶レジストと、サイドローブを特徴とする狭められたビームとに使用するのに適したものとなる。更に、このインターリーブ型構成は、小さな視野により多くのビームを詰め込むことができる。
【００３９】
第２のインターリーブ型露光パターン（Ｉ＝３に対応する）が図５Ｂに示されている。３ｘ５ビームアレイに対応するパターンが示されている。図示されたように、ビームは、基板１２０上でｙ軸に沿って隣接スポットを露光しない。ビームアレイは、３列（Ａ、Ｂ及びＣ）及び５行（１−６）を含む。各ビームは、列及び行の位置により識別される。例えば、ビームアレイは、その初期位置において、ビームＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２等を含む。ビームアレイは、ｙ軸に対して傾斜され、ｙ軸は、ビームアレイがステージ１３０により基板１２０に対して並進移動されるときに沿う軸である。ビームアレイは、スポットＡ１がｙ方向にスポットＢ１を１／３ピクセル幅越えて配置されると共に、列Ｂの最初のビーム（ビームＢ１）がｘ方向に列Ａの最後のビームから１／３ピクセル幅変位されるように、ｙ軸に対して傾斜される。明らかに、完全な走査を与えるには９ｘ９ビームアレイが必要となり、従って、列Ａの最後のビームは、Ａ９となる。１つの露光がなされ、初期位置においてスポットを露光し、この位置は、ここでも添字１で指定される。即ち、スポットＡ１１、Ｂ１１、Ｃ１１、Ａ２１、Ｂ２１、Ｃ２１等を含む１つのスポット格子アレイが第１の露光で露光される。次いで、ステージ１３０は、ステージ１３０によりｙ方向に移動される。しかしながら、Ｉ＝３のインターリーブ型技術では、ｙ軸に沿って３（Ｉ＝３）ピクセル幅だけ並進移動された位置をビームが露光するようにステージ１３０が移動する。ここで、第２の露光が行なわれる。この第２の露光は、Ａ１２、Ｂ１２、Ｃ１２、Ａ２２、Ｂ２２、Ｃ２２等を含む格子アレイを露光する。容易に明らかなように、基板１２０上の最終パターンの垂直行は、その最も近い隣接行から１／３ピクセルだけオフセットされ、且つ最終パターンの各行も、その最も近い隣接行から１／３パターンだけオフセットされているので、密に詰まったパターンが得られる。更に、明らかなように、基板１２０上の隣接位置が同時に露光されることはなく、従って、この露光技術は、無記憶レジストと、サイドローブを特徴とする狭められたビームとに使用するのに適したものとなる。更に、このインターリーブ型構成は、小さな視野により多くのビームを詰め込むことができる。
【００４０】
他のインターリーブ型技術も構成できる。例えば、Ｉ＝４により特徴付けられるケースでは、ステージが露光のたびに４ピクセル幅並進移動され、ビームは、１／４ピクセル幅だけ離間された垂直列に沿って整列される。一般的なケースでは、連続行におけるレンズの経路と経路との間のｘ軸分離がピクセル幅（ｐ）の分数（１／Ｉ）のみであるようにビームアレイが傾斜される。例えば、図５Ａ（Ｉ＝２）を参照すれば、スポットＡ２１は、ｘ軸に沿ってスポットＡ１１からｐ／２だけ変位される。ステージの速度は、各スポットが露光と露光との間に（ｐ＊Ｉ）のファクタでｙ軸の距離を進むように選択される。即ち、スポットＡ１２は、ｙ軸に沿ってスポットＡ１１から距離ｐ＊２だけ変位される。最終的に、完全な走査を与えるためのアレイサイズは、ピクセル幅（ｐ）と、インターリーブファクタ（Ｉ）と、ビーム間の距離（ｄ）とのファクタである。単純に、各列は、所与の行において連続するビームとビームとの間にパターンを埋める。従って、列におけるビームの本数をＮとすれば、ｄ＝Ｎ＊ｐ／Ｉとなる。
【００４１】
図３と図５Ｂを比較することから容易に明らかなように、第２のインターリーブ型走査技術（Ｉ＝３）は、図３に示されたビームアレイ３０５に比して３のファクタでピッチＰを減少させる。ｄ＝Ｎ＊ｐ／Ｉであるから、ビームとビームとの間隔は、３のファクタで減少することができ、所与の視界内に高密度のビームアレイを許す。実際に、同じ本数のビーム含むＦＯＶは、ＦＯＶ３０５の９分の１となる。
【００４２】
一般に、インターリーブ型パターンでは、光源がパルスレーザ光源（Ｅｘｃｉｍｅｒレーザ又はＱレーザ）であるか、或いはＳＬＭが高速スイッチングを行うことができて、相次ぐ露光と露光との間にビームを迅速にブランク状態にできると共に、ステージが再配置されたときにスポットとスポットとの間にほけが生じないことが好ましい。或いは又、ＳＬＭ１０４は、全てのビームを適宜ブランク状態にすることができる。
【００４３】
他の１つのインターリーブパターンが図５Ｃに示されている。図５Ｃは、基板上に形成されたスポット格子アレイパターンを示す。図５Ｃにおいて暗いスポットで構成されるスポットアレイは、ビームアレイにより基板上にパターン化される。簡単化のために、図５Ｃは、基板上に収束された４ｘ４スポットアレイを示す。このアレイは、図３に示したものと同様であるが、次の相違点がある。第１に、このアレイの全サイズは、例えば、光学的縮小を使用することにより２のファクタで減少される。これは、狭い視野を得るために行なわれる。第２に、ビームアレイは、ｙ軸に対して図３に示された回転の２倍傾斜され、ｙ軸に沿って整列された各列に２つのスポットが存在するようにされる。走査技術は、次の通りである。１つの露光がなされ、最初の位置（暗くされた位置）におけるスポットが露光される。次いで、ステージが、図３に関連した速度の２倍の線形速度でｙ方向に移動される。これは、図３の場合と同じピクセルレートを、より小さな視野に維持する。走査技術について、１つの列に沿って以下に詳細に説明する。第１の露光では、ピクセル「１」及び「Ａ」が露光される。次いで、ステージが移動され、ピクセル「２」及び「Ｂ」が露光される。第３の露光では、ピクセル「３」及び「Ｃ」が露光される、等々となる。従って、容易に明らかなように、同じ書き込みレート及び解像度を維持しながら狭い視野を使用して全書き込みエリアがカバーされる。簡単化のために４ｘ４アレイを説明したが、実際には、１０００ｘ１０００アレイのような大きなアレイが使用される。このような大きなアレイでは、ステージの軸からアレイが回転される量が対応的に小さな回転となる。
【００４４】
図７に示す本発明の別の実施形態では、個々に制御されるレーザのアレイ７００が、ＳＬＭ１０４にスポットアレイを形成するための光源として使用される。このレーザアレイ７００は、コロラドのバンドギャップエンジニアリングから入手できる垂直空洞表面放出レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイで構成することができる。このＶＣＳＥＬは、チップの頂部からまっすぐに光を放射する半導体レーザである。個々に制御されるレーザを使用すると、振幅制御信号７０５に応答して個々のビーム振幅を変調することが更に許される。
【００４５】
本発明の別の構成が図８に示されている。この実施形態では、光源８０５は、パルスレーザ光源で構成される。レーザ光は、レンズ８１０でコリメートされ、半銀被覆ミラー８１５から１ｋｘ１ｋピクセルの反射空間光変調器８２０へ反射される。この反射空間光変調器８２０は、テキサス州ダラスのテキサスインスツルーメントから入手できるモデルＤＭＤのようなマイクロミラーのアレイで構成される。「オン」状態にある各ＳＬＭ素子（ピクセルとも称される）からの光は、光学系８３０によりビーム整形装置８４０の対応素子に収束され、再コリメートされる。光学系８３０の焦点にはアパーチャーストップ４６０が配置され、撓ませられた「オフ」状態のＳＬＭ素子からの光を阻止する。光学系８３０及びアパーチャー４６０を使用する更なる利点は、漂遊光を減少し、その結果、システムの信号対雑音特性を改善することである。「オン」状態のＳＬＭ素子からの光は、アパーチャーストップ４６０を通過する。マイクロレンズアレイ８４５は、ビーム整形装置４１０からの選択された狭いビームを、可動ステージ８５５に配置されたレジスト８５０に収束させる。
【００４６】
可動ステージ８５５は、ニューヨークのアノラドコーポレーションから商業的に入手できるリニアモータを伴う従来の干渉計制御型ステージから得られるような正確な直線移動を与えることができねばならない。
【００４７】
ステージの機械的振動により生じるような残留する不正確さを修正するために、ステージの移動の不正確さを補償する補償装置が導入される。図２を参照すれば、ステージの一部であるか又は付加的な要素である干渉計装置１３５は、ステージに結合されてその位置を検出すると共に、位置エラー信号を発生することができる。これらのエラーは、多数の種々の手段により補償することができる。第１に、補償装置１４０をビーム整形装置１１０及び収束光学系１１４に結合し、ステージの位置を補償するに充分な量だけそれらを移動することができる。第２に、補償装置１４１を縮小装置１５０に結合し、ステージの位置エラーを補償するための量だけそれを移動することができる。第３に、補償装置を、印刷装置の光学素子の１つに対する光源の入射角を変更するための可動ミラーに結合して、ステージの位置エラーを補償することもできる。例えば、光学経路がビーム整形装置１１０と収束光学系１１４との間で９０°折り曲げられ、可動の２軸ミラーがビーム整形装置１１０から収束光学系１１４へ光を向けるように配置された場合には、ミラーの角度を変えると、収束光学系１１４に対する光の入射角が変化して、収束像の並進移動が生じる。
【００４８】
図８に示す本発明の一実施形態によれば、印刷装置は、収束光学系８６０と基板８５０との間のギャップを埋めるための高屈折率流体８６０を含む。これは、光の波長を効果的に短縮し、開口数が増加される。その結果、優れた光学的解像度が達成される。それに適した流体は、Liquid Immersion deep-ultraviolet interferometric lithography、ホフネージ氏等、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１７（６）、１９９９年１１月／１２月、及びImmersion Lithography at 157nm、スイッキーズ及びロスチャイルド氏、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ、第１９巻、第６号、２００１年１１月／１２月を含む文献に説明されている。現在、浸漬技術は、生物学の分野で顕微鏡検査に使用されているが、この技術は、商業的なリソグラフィーには現在使用されていない。しかしながら、本発明は、次の２つの理由で浸漬に使用するのに適している。第１に、本発明は、特に多数の平行ビームで実施されたときには、走査速度が低速であることを特徴とし、従って、浸漬流体に使用するのに適したものとなる。第２に、図１及び図８に示すように、縮小レンズを使用せず、基板の近くに収束光学系を有していて、実質的にフラットなマイクロレンズアレイが基板に接近して配置されるような実施形態は、流体を良好に保持し且つ小さな体積しか必要としないので、浸漬流体の使用に適合する。浸漬流体を使用する更に別の効果は、ガス放出により生じる汚染を減少することである。
【００４９】
本発明のスポットアレイ概念を実施するときに良好な結果を得るためには、収束光学系１１４及び縮小光学素子１５０の両方に対して光学系の直線性に関する厳密な公差が重要である。光学スポット１０７は、スポットとスポットとの間に非常に正確な距離をとって正確な直線的格子に配置されねばならない。例えば、奥行きが１０００行の格子では、列ｎの１０００番目の行スポットが、列ｎ−１の第１行スポットにより見た位置の付近を正確に通らねばならない。希望精度がピクセルの１／１０であると仮定すれば、これは、ＦＯＶの長さにわたってピクセルの１／１０の直線性を意味する。それ故、レンズピッチが１００ピクセルに等しい場合には、直線性要求が１：１０Ｅ６（１０００行＊１００ピクセルピッチ／０．１ピクセル公差＝１０Ｅ６）となる。著しく高精度のこの要求は、機械的振動が存在する場合には問題となる。
【００５０】
本発明は、従来の材料、方法及び装置を使用することにより実施できる。従って、このような材料、装置及び方法の詳細は、ここでは述べない。以上の説明では、本発明を完全に理解するために、特定の材料、構造、化学成分、プロセス等の多数の特定の詳細を述べた。しかしながら、本発明は、このような詳細に基づかずに実施できることを認識されたい。他の例では、本発明を不必要に不明瞭にしないために、良く知られた処理構造は詳細に説明しなかった。
【００５１】
ここでは、本発明の実施形態とその幾つかの応用例のみを図示して説明した。本発明は、種々の他の組み合せ及び環境にも使用することができると共に、本発明の概念の範囲内で変更又は修正がなされ得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態による印刷装置の概念図である。
【図２】本発明の別の実施形態による印刷装置を概略的に示す図である。
【図３】第１の走査技術により基板１３０上に形成されたスポット格子アレイパターンを示す図である。
【図４Ａ】第２の走査技術により基板１３０上に形成されたスポット格子アレイパターンを示す図である。
【図４Ｂ】基板に対するスポット格子アレイのＦＯＶを示す図である。
【図５Ａ】第１のインターリーブ型走査技術により基板１３０上に形成されたスポット格子アレイパターンを示す図である。
【図５Ｂ】第２のインターリーブ型走査技術により基板１３０上に形成されたスポット格子アレイパターンを示す図である。
【図５Ｃ】１つの他のインターリーブ型走査技術により基板上に形成されたスポット格子アレイパターンを示す図である。
【図６ａ】本発明の印刷装置により処理された光ビームの断面を示す図である。
【図６ｂ】本発明の印刷装置により処理された光ビームの断面を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による印刷装置を概略的に示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による印刷装置を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０２・・・光源、１０３・・・コリメート光学系、１０４・・・空間的光変調器（ＳＬＭ）、１０６・・・平行な光ビーム、１０８・・・プロセッサ、１０８ａ・・・従来のメモリユニット、１０８ｂ・・・データレンダリングユニット、１０８ｃ・・・情報インターフェイス、１０９・・・入力データ信号、１１０・・・ビーム整形アレイ、１１４・・・収束光学系、１２０・・・基板、１２２・・・レジスト、１３０・・・ステージ、１４０・・・ＦＯＶ、１５０・・・縮小レンズ、３０５・・・スポットアレイ、４１０・・・スポット格子アレイ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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