特許 5649569 マスクレスリソグラフィ用パターニングシステムの集束スポット寸法整定のための照明システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5649569

(24)【登録日】2014年11月21日

(45)【発行日】2015年1月7日

(54)【発明の名称】マスクレスリソグラフィ用パターニングシステムの集束スポット寸法整定のための照明システム

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20141211BHJP

   H01L 21/027 20060101ALI20141211BHJP

【ＦＩ】

   G03F7/20 501

   G03F7/20 521

   H01L21/30 515D

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-511642(P2011-511642)

(86)(22)【出願日】2009年5月29日

(65)【公表番号】特表2011-522289(P2011-522289A)

(43)【公表日】2011年7月28日

(86)【国際出願番号】US2009003290

(87)【国際公開番号】WO2009148547

(87)【国際公開日】20091210

【審査請求日】2012年5月29日

(31)【優先権主張番号】61/130,363

(32)【優先日】2008年5月30日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】397068274

【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100090468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐久間 剛

(72)【発明者】

【氏名】コブ，ジシュア エム

(72)【発明者】

【氏名】ミカロスキー，ポール エフ

【審査官】 秋田 将行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０４０６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２９１６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５００６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１７０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２８９５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０１８０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５１９４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５２６２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９３２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３５５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６８００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０６０７４５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｆ ７／２０ −７／２４

Ｇ０３Ｆ ９／００ −９／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

集束スポットパターニングシステムにおいて、
光源からの光を集め、パターンジェネレータの制御可能素子を照明する、照明装置、
前記パターンジェネレータの前記制御可能素子を、対応する、集束スポットを前記パターンジェネレータによって制御されるパターンで形成する集束素子上に結像させる、結像装置、
前記結像装置のアパーチャ絞り及び前記集束スポットのいずれとも共役な、前記照明装置のアパーチャ絞り、及び
前記照明装置アパーチャ絞りを実効的にアンダーフィルにする形態で前記照明装置アパーチャ絞りを通して前記光源からの光を導く、前記照明装置内の光学系、
を備え、
前記結像装置の前記アパーチャ絞りをアンダーフィルにするために前記結像装置の前記アパーチャ絞りより小さい寸法で前記照明装置の前記アパーチャ絞り内の光のパターンが前記結像装置の前記アパーチャ絞り内に結像するように、前記結像装置が前記照明装置の開口数より大きい開口数を有する、
ことを特徴とするパターニングシステム。

【請求項2】

前記照明装置内の前記光学系が、前記集束スポットの寸法を縮小する形態で前記結像装置アパーチャ絞り内に光を分布させることを特徴とする請求項１に記載のパターニングシステム。

【請求項3】

前記照明装置内の前記光学系が、前記集束スポットの形状を変えるために直交する２つの方向で異なる光の角度分布を生じさせる集光器を備えることを特徴とする請求項１に記載のパターニングシステム。

【請求項4】

前記照明装置内の前記光学系が、前記集束スポットの形状を変えるために直交する２つの方向で異なる屈折力を有する集光器を備えることを特徴とする請求項１に記載のパターニングシステム。

【請求項5】

前記照明装置内の前記光学系が、前記結像装置アパーチャ絞り内に結像されるような前記照明装置アパーチャ絞り内の光の分布を制限するアポダイザーを備えることを特徴とする請求項１に記載のパターニングシステム。

【請求項6】

前記照明装置内の前記光学系が、前記照明装置アパーチャを実効的にアンダーフィルにする大きさを調節するための可調光学デバイスを備えることを特徴とする請求項１に記載のパターニングシステム。

【請求項7】

小寸集束スポットパターンを形成する方法において、
照明装置内で光ビームを発生させる工程、
前記照明装置でパターンジェネレータの個別に調節可能な素子を照明する工程、
前記パターンジェネレータの前記調節可能素子を、集束スポットを前記パターンジェネレータによって制御されるパターンで形成するために結像装置によって対応する集束素子上に結像させる工程、
前記集束素子により前記集束スポットを前記結像装置及び前記照明装置のいずれのアパーチャ絞りとも共役に形成する工程、
前記集束スポットの寸法を縮小するために前記結像装置の前記アパーチャ絞りの寸法より小さい寸法で前記結像装置の前記アパーチャ絞り内に前記照明装置の前記アパーチャ絞りを結像させる工程、及び
同じ寸法の前記集束スポットをさらに縮小するかまたは異なる寸法の前記集束スポットをさらに縮小するため、前記光源からの光によって前記結像装置アパーチャ絞り内に現れるように前記照明装置アパーチャ絞りをアンダーフィルにする工程、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項8】

前記集束スポットの寸法の一方を変えるために前記照明装置アパーチャ絞り内の光の分布を変える工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。

【請求項9】

集束スポットパターニングシステムにおいて、
パターンジェネレータの調節可能素子を照明するために拡大光源から光を受け取る照明装置、
集束スポットを前記パターンジェネレータによって制御されるパターンで形成するための前記パターンジェネレータの前記制御可能素子に関連付けられた集束素子、
前記関連付けられた集束素子上に前記パターンジェネレータの前記制御可能素子を結像させるための光学系を備え、前記照明装置のアパーチャ及び前記集束スポットのいずれとも共役なアパーチャを有する、結像装置、
前記パターンジェネレータの前記制御可能素子に共役である前記集束素子のアパーチャ、及び
回転対称な形態で照明装置アパーチャ絞りを通して導かれる光に関連する前記集束スポットの形状に対して、前記集束スポットの形状を変えるために、非回転対称の形態で前記照明装置アパーチャ絞りを通して前記光源からの光を導く、前記照明器内の光学系、
を備えることを特徴とするパターニングシステム。

【請求項10】

前記照明装置内の前記光学系が、(ａ)前記集束スポットの形状を変えるために直交する２つの方向で異なる態様で光の角度分布に影響を与える拡散板；及び(ｂ)前記集束スポットの形状を変えるために直交する２つの方向で異なる屈折力を有するレンズ；の内の少なくとも１つを有することを特徴とする請求項９に記載のパターニングシステム。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の説明】

【0001】

本出願は、米国特許法第１１９条ｅ項の下に、２００８年５月３０日に出願された米国仮特許出願第６１/１３０３６３号の優先権の恩典を主張する。

【技術分野】

【0002】

マスクレスリソグラフィ用投影システムのような、制御可能な集束スポットパターンを生成するためのシステムの範囲において、本発明はそのようなシステムの照明装置、特に集束スポットの寸法または形状に影響を与えるような照明装置に関する。

【背景技術】

【0003】

空間光変調器はいわゆる「マスクレス」リソグラフィシステムの適応投影システムとともに従来のリソグラフィシステムのレチクルに置き換わって、レチクルの物理的境界または特定のパターンに制限されないパターンの感光性基板上への結像を提供する。レチクル内の静的パターンの結像に代わり、マスクレスリソグラフィシステムは、基板面内を平行移動させられている間にオン状態とオフ状態の間で個々に切り換えられる集束スポットの動的パターンを結像する。

【0004】

空間光変調器は光の空間分布を制御する光スイッチとして機能するための個別に制御可能な素子のアレイを有する。付帯する投影システムが素子のそれぞれによって調整された光を集束して集束スポットのパターンにし、この集束スポットパターンが感光性基板上に中継される(または直接に結像される)。一般に、投影システムは個別に制御可能な素子のそれぞれの拡大像を、対応する、マイクロレンズアレイのマイクロレンズ上に形成し、マイクロレンズアレイの個々のマイクロレンズが個別に制御可能な素子からの光を集束スポットによって集中させる。

【0005】

マイクロレンズアレイのマイクロレンズの集束及び投影システムの拡大の両者の結果、集束スポットは隔てられているが、集束スポットのパターンは基板上の全ての点を選択的に照明するために、相対的に方位を定めて、平行移動させることができる。一般に、集束スポットのパターンは複数の集束スポット列を有し、集束スポット列は、連続する集束スポット列が基板の全領域を総括的に掃引するように、基板に対して平行移動方向に若干の角度をなして配位される。パターンが基板上にトレースされ得る分解能は集束スポットの寸法に関係する。

【0006】

集束スポットの寸法はマイクロレンズアレイのマイクロレンズの開口数を大きくすることによって縮小させることができる。レンズの開口数の増大は対応して焦点深度を小さくする。さらに、レンズの開口数の変化には、投影システムのコンポーネントの大きな変化及びその後の再位置合せがともなう。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、集束スポットパターニングシステムの好ましい実施形態の中でも、集束スポットの寸及び形状並びにスポット内の強度分布に関して２段階制御を提供する。いずれの段階も集束スポットを制御するための照明装置内で実施され、基板上への集束スポットパターンの結像のために最適化されている投影システムを今更変更することはないことが好ましい。照明装置が空間光変調器の制御可能素子を均等に照明し、投影システムの結像装置が空間光変調器の制御可能素子の像をマイクロレンズアレイの対応するマイクロレンズ上に形成して、マイクロレンズアレイが像を集束スポットに変換する。照明装置及び結像装置のそれぞれのアパーチャ絞りは集束スポットに対して共役(すなわち、照明装置アパーチャ絞り内の光パターン像の中継に対して実効的に共役)である。第１段階において、照明装置の開口数は、照明装置アパーチャ絞りの像が結像装置アパーチャ絞りに対してアンダーフィルになるように、結像装置の開口数に対して小さくされる。第２段階において、照明装置開口自体が実効的にアンダーフィルにされる。したがって、集束スポットの全体寸法は照明装置アパーチャ絞りが結像装置アパーチャ絞りに対してアンダーフィルになる大きさ及び照明装置アパーチャ絞り自体がアンダーフィルにされる大きさの両者に関係する因数分の１になる。

【0008】

照明装置アパーチャ絞りのアンダーフィルは、集束スポットの寸法だけでなく集束スポットの形状も、また集束スポット内の光の分布も、制御するために調整することができる。集束スポットの境界は、光の回折性によりそのような小さい寸法では真のエッジが明瞭にならないから、強度分布の半値全幅(ＦＷＨＭ)を包含するという通常の意味合いで理解される。照明装置アパーチャ絞りのアンダーフィルは照明装置アパーチャ絞り内部に放射束密度分布のＦＷＨＭ(半値全幅)の少なくとも一部を配置することによって定めることができる。マイクロレンズアレイ内のマイクロレンズの回折効果によって複雑にはなるが、集束スポットのＦＷＨＭ境界は照明装置アパーチャ絞りの像から照明装置アパーチャ絞り内部のフィルパターンのＦＷＨＭ境界により減じられるとして導かれる。逆に、照明装置アパーチャ絞りの完全フィルは照明装置アパーチャ絞り外部に放射束密度分布のＦＷＨＭ(半値全幅)を配置することによって定めることができる。実用的意味合いにおいて、照明装置アパーチャ絞りのアンダーフィルには集束スポットの少なくとも１つの次元の寸法を減じる照明装置アパーチャ絞りの完全フィルからのいかなる偏りも含めることができる。

【0009】

集束スポットの寸法、形状及び強度分布を整定するために直交方向で異なる分布を含む光の角度分布または空間分布に影響を与えるように、光を光源から照明装置アパーチャ絞りに導く集光器を配置するかまたは続いて調節することができる。形状及び強度分布の変化は集束スポットへの照明装置または投影システムの収差またはその他の意図されていない効果を補償するため、または特定の目的に対して集束スポットを最適化するために、制御することができる。例えば、空間光変調器ピクセルにおける平坦性歪は集束スポット内の光の形状及び強度分布に望ましくない態様で影響を与えることができ、所望のスポット形状及び強度分布を回復させるために照明装置における規定された変更を用いることができる。あるいは、一方向への分解能を高めるために、集束スポットを走査方向に直交する方向で狭めることができる。

【0010】

集束スポットパターニングシステムとしての本発明の一態様は、光源から光を集め、パターンジェネレータの制御可能素子を照明する照明装置を含む。結像装置がパターンジェネレータの制御可能素子を、パターンジェネレータによって制御されるパターンで集束スポットを形成する、対応する集束素子上に結像させる。照明装置は結像装置のアパーチャ絞り及び集束スポットのいずれとも共役なアパーチャ絞りを有する。結像装置は照明装置の開口数を上回る開口数を有する。したがって、照明装置のアパーチャ絞り内の光のパターンは結像装置のアパーチャ絞りより小さな寸法で結像装置のアパーチャ絞り内に結像され、結像装置アパーチャ絞りに対してアンダーフィルになる。さらに、照明装置内の光学系は光源からの光を、照明装置アパーチャ絞りが実効的にアンダーフィルにされる態様で、照明装置アパーチャ絞りを通して導く。

【0011】

照明装置内の光学系は集束スポットの寸法を縮小する態様で結像装置アパーチャ絞り内に光を分布させることが好ましい。例えば、集光器は、光源から光を集め、照明装置アパーチャ絞りをある程度フィルする集光光学系及び光源からの光の角度分布を拡大する拡散板を有することができる。集光光学系または拡散板は、集束スポットの形状を変えるために直交する２つの方向で異なる光の分布(すなわち非回転対称分布)を生じさせるように配置することができる。照明装置内の光学系は照明装置アパーチャ絞り内の光の実効分布を変えるアポダイザーも有することができる。照明装置アパーチャ絞りを実効的にアンダーフィルにする目的のため、照明装置によってアンダーフィルにされなければならないのは結像装置アパーチャ絞り内に現れる照明装置アパーチャ絞りの像であるから、アポダイザーは照明装置アパーチャ絞りの前または後に配置することができる。照明装置内の光学系は照明装置アパーチャ絞りが実効的にアンダーフィルにされる大きさを調節するための可調光学素子を有することができる。例えば、可調光学素子にはズームレンズを含めることができる。

【0012】

集束スポットのパターンを生成するための光学システムとしての本発明の別の態様は、光ビームを発生するための光源、光ビーム内の光をさらに均等に分散させるための光ホモジナイザー及び光源を光ホモジナイザーに結合するための集光器を有する、照明装置を含む。光ビームは光ビームをパターニングするためのパターンジェネレータの個別に制御可能な素子を照明する。結像装置がパターンジェネレータの制御可能素子を、対応する、結像装置及び照明装置のそれぞれのアパーチャ絞りに共役な集束スポットを形成するための集束素子上に結像させる。照明装置は結像装置に対して、集束スポットの寸法を縮小するために照明装置のアパーチャ絞りが結像装置のアパーチャ絞り内に結像装置のアパーチャ絞りより小さな寸法で結像するような幾何学的関係にある。集光器は光ホモジナイザーと協同して、集束スポットの寸法をさらに縮小するために照明装置アパーチャ絞りを実効的にアンダーフィルにする。

【0013】

ホモジナイザーは第１及び第２の複眼レンズアレイ並びに光コンバイナーを有することが好ましい。第１の複眼レンズアレイは光ビームを、第１の複眼レンズのそれぞれのアパーチャを通る、複数の小ビームに分割し、第２の複眼レンズアレイはコンバイナーとともに第１の複眼レンズアパーチャの像をパターンジェネレータの制御可能素子上に重畳する。集光器は、第１の複眼レンズの焦点距離に対して、光ビームからの光を第２の複眼レンズアレイの別のレンズの間に分布させるために第２の複眼レンズのアパーチャを小ビームがアンダーフィルにするような関係にある焦点距離を有する、集光光学系を有することができる。集光光学系は、集束スポットの形状を変えるため、直交する２つの方向で焦点距離が異なるように構成することができる。集光器は、光ビームからの光を第２の複眼レンズアレイの多くのレンズに分布させるために第１の複眼レンズアレイ上に入射する光の角度分布を変えるための、拡散板も有することができる。拡散板は、集束スポットの形状を変えるため、直交する２つの方向で異なる角度分散特性を有するように構成することができる。径方向に対称または非対称な形態で集束スポット内の光の分布を調整するために、アポダイザーを照明装置アパーチャ絞りに付帯させることができる。

【0014】

集束スポットパターニングシステムとしての本発明の別の態様は、パターンジェネレータの制御可能素子を照明するために拡大光源から光を受け取る照明装置を含む。パターンジェネレータの制御可能素子に付帯する集束素子がパターンジェネレータによって制御されるパターンで集束スポットを形成する。結像装置はパターンジェネレータの制御可能素子を付帯する集束素子上に結像させるための光学系を備える。結像装置は小径装置のアパーチャ及び集束スポットのそれぞれと共役なアパーチャを有する。集束素子のアパーチャはパターンジェネレータの制御可能素子と共役である。照明装置内の光学系は、集束スポットの形状を変えるため、光源からの光を非回転対称形態で照明装置アパーチャ絞りを通して導く。

【0015】

小寸集束スポットのパターンを形成する方法としての本発明の別の態様は、照明装置内で光ビームを発生する工程及び照明装置によってパターンジェネレータの個々に制御可能な素子を照明する工程を含む。パターンジェネレータの制御可能素子は、パターンジェネレータによって制御されるパターンで集束スポットを形成するための結像装置によって、対応する集束素子上に結像される。集束素子は結像装置及び照明装置のそれぞれのアパーチャ絞りと共役な集束スポットを形成する。照明装置のアパーチャ絞りは、集束スポットの寸法を縮小するために、結像装置のアパーチャ絞りの寸法より小さい寸法で結像装置のアパーチャ絞り内に結像される。照明装置のアパーチャ絞りは、同じ寸法の集束スポットを縮小するかまたは異なる寸法の集束スポットをさらに縮小するために、光源からの光によって実効的にアンダーフィルにもされる。

【0016】

好ましくは、集束素子は共通光軸に対してなす角度が揃えられ、集束スポットを形成する工程は光軸に平行なエネルギー中線を有する放射束密度分布を生成する工程を含む。エネルギー中線は、照明装置アパーチャ絞り内の光エネルギーの分布を制御することにより、そのように揃えることができる。

【0017】

照明装置アパーチャ絞り内の光の分布は、集束スポットの形状を変えるため、直交する２つの方向で異なるように制御して非回転対称分布を生じさせることができる。照明装置によって集束スポットに与えられる変更は、集束スポットを意図した形状に復帰させるかまたは特定の目的のために集束スポットを整形するために、パターンジェネレータまたは(マイクロレンズアレイを含む)投影システムの収差またはその他の意図していない効果を補償するために用いることができる。例えば、集束スポットは、長軸が集束スポットのパターンと基板の間の相対平行移動の方向に合わせられた楕円形を有するように修正することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、基板上の集束スポットのパターンの集束スポット寸法を制御するために構成された照明装置を有する、マスクレスリソグラフィシステムの略図である。

【図2】図２は、照明装置のアパーチャ絞り内の光分布を制御するための拡散板を有する、照明装置の簡略な比較的拡大図である。

【図3-1】図３は、照明装置のアパーチャ絞り内の光分布を制限するための大きさにつくられた集光器を有する、別の照明装置の簡略な比較的拡大図である。

【図3-2】図３Ａは、制限された光分布を示す、図３のアパーチャ絞りの軸上図である。

【図4-1】図４は、照明装置のアパーチャ絞り内の光分布を相対的に拡大するための寸法につくられた拡散板を有する、別の照明装置の簡略な比較的拡大図である。

【図4-2】図４Ａは、相対的に拡大された光分布を示す、図４の照明装置アパーチャ絞りの軸上図である。

【図5】図５は、照明装置アパーチャ絞りの像による結像装置アパーチャ絞りのアンダーフィル及び照明装置アパーチャ絞りのアンダーフィルのいずれをも示す、投影システムの結像装置内のアパーチャ絞りの軸上図である。

【図6】図６は、集光器が照明装置のアパーチャ絞り内の光分布を調整するためのズームレンズを有する、別の照明装置の簡略な比較的拡大図である。

【図7-1】図７は、照明装置のアパーチャ絞り内の光分布を調整するためのアポダイザーを有する、別の照明装置の簡略な比較的拡大図である。

【図7-2】図７Ａは、アパーチャ絞りの境界に近づく光を漸次減衰させるためのアポダイザーの可能な効果の１つを示す、図７の照明装置アパーチャ絞りの軸上図である。

【図8-1】図８は、直交する２つの方向で照明装置アパーチャ絞り内の光分布を独立に制御するための直交する２つの方向に配位された円柱レンズを集光器が有する、別の照明装置の簡略な比較的拡大図である。

【図8-2】図８Ａは、直交する２つの方向で異なる光の分布を示す、図８の照明装置アパーチャ絞りの軸上図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

集束スポットパターニングシステムの一例としてのマスクレスリソグラフィシステム１０は、特に照明装置１２の相対構成に関して、本発明にしたがって適合される。個別に制御可能な素子１６を有するパターンジェネレータ１４が照明装置１２からの均等化された光を受け取り、素子１６の制御可能状態に依存して、投影システム１８またはビームダンプ２０に光の個々の部分を導く。

【0020】

投影システム１８の結像装置２２がパターンジェネレータ１４の制御可能素子１６をマイクロレンズアレイ２４の対応するマイクロレンズ２６上に結像させる。マイクロレンズ２６上に制御可能素子１６の拡大像を隣接マイクロレンズ２６上への有意なクロストークまたは重なりを回避するに十分な分解能で正確に再現するに十分な(例えば０.８ないしさらに大きい)開口数が、結像装置２２に選ばれる。制御可能素子１６のエッジから散乱される光を遮断するために、視野絞り２８がマイクロレンズ２６の入射アパーチャを囲む。リレーレンズ３０がマイクロレンズ２６の焦点３２を集束スポット３４のパターンとして感光性基板３８の表面３６上に結像させる。ステージ４０が、１つないしさらに多くの直交する軸に沿って、感光性基板３８を集束スポット３４のパターンに相対的に平行移動させる。集束スポット３４は、基板表面３６上のそれぞれの意図された位置に集束スポット３４を調節するため、投影システム１８の光軸４２に沿って、ステージ４０に対して平行移動可能であることが好ましい。焦点３２は集束スポット３４と互換態様で集束スポットとも称され、望ましければ、基板３８上に直接に結像させることができる。

【0021】

空間光変調器型であることが好ましい、パターンジェネレータ１４は、位相シフト、回折、偏光変調、シャッタ開閉または指向性反射を含む多くの様々な機構に基づいて透過または反射を変調する、様々な形態をとることができる。パターンジェネレータ１４は、プログラマブルミラーアレイとして示されているが、テキサスインスツルメント社(Texas Instruments Incorporated)からＤＬＰ(登録商標)テクノロジーとして販売されているタイプのデジタルマイクロミラーデバイスが好ましい。

【0022】

照明装置１２は、(ａ)パターンジェネレータ１４において結像装置２２の開口数より小さい、パターンジェネレータ１４における開口数及び(ｂ)結像装置２２のアパーチャ絞り４６，マイクロレンズアレイ２４の焦点３２及び基板表面３６上の集束スポット３４と共役なアパーチャ絞り４４を有する。したがって、照明装置アパーチャ絞り４４は、結像装置アパーチャ絞り４６の寸法より小さい寸法で、結像装置アパーチャ絞り４６内に結像される。照明装置１２は、空間コヒーレンスに反比例する、部分コヒーレンスパラメータσと称される開口比(結像装置開口径に対する照明装置開口径の比)で、結像装置２２のアパーチャ絞り４６においてアンダーフィルになる。集束スポット３４は結像装置アパーチャ絞り４６と共役であり、結像装置アパーチャ絞り４６は１より小さい部分コヒーレンスパラメータσの結果としてアンダーフィルになっているから、集束スポット３４の寸法(例えばＦＷＨＭにおける焦点直径)も縮小され、同時に焦点深度が深くなる。１より小さい部分コヒーレンスパラメータσの別の結果として、照明装置アパーチャ絞り４４内の光分布が集束スポット３４の寸法、形状及び強度分布に直接に影響を与えることができ、またパターンジェネレータ１４における照明装置のテレセントリック性に基づいて集束スポットの配置位置にも直接に影響を与えることができる。

【0023】

従来、部分コヒーレンスパラメータσは、リソグラフィ用投影システムのレチクルのような高空間周波数物体の結像を最適化するために設定される。しかし、本発明の目的のため、照明装置１２を結像装置２２に関係付ける部分コヒーレンスパラメータσはマイクロレンズアレイ２４上へのパターンジェネレータ１４の結像に対しては最適化されない。代わりに、部分コヒーレンスパラメータσは集束スポット３４が対向共役点に形成される角度範囲を調整するために最適化される。視野絞り２８が高空間周波数の集束スポット３４の形成への関与を有効に排除する。高空間周波数は制御可能素子１６(例えばマイクロレンズ)のエッジにおける回折効果から生じ、マイクロレンズ２６の入射アパーチャにおいて視野フィルタリングにかけられる。

【0024】

照明装置１２の拡大図が図２に示される。拡大光源５０が発散ビーム５２を発し、集光レンズ５６とともに作用し、照明装置アパーチャ絞り４４を少なくともある程度アンダーフィルにする領域にわたってホモジナイザー６０内に光を結合するための集光器５８として合わせて機能する、拡散板５４によって、発散ビーム５２はさらに拡大される。拡散板５４は、そうしなければさらに一層アンダーフィルになるであろう、照明装置アパーチャ絞り４４のほとんどをフィルするように機能することが好ましい。コリメータであることが好ましい、集光レンズ５６は、ホモジナイザー６０及び付帯するアパーチャ絞り４４上に入射するビームの横断面積を制御するために、ビーム５２のさらなる拡大を受け入れる大きさにつくられる。

【0025】

拡大光源５０はパターンジェネレータ１４のアスペクト比に一致するアスペクト比を有するアレイに配列された一群の発光源を有することが好ましい。例えば、複数のレーザダイオード(図示せず)を、光放射端が所望のアレイに束ねられた一組の複数本の光ファイバ(図示せず)に結合することができる。あるいは、照明装置１２に光を送り込むために単一光源または光源のその他の組合せを用いることができる。

【0026】

米国カリフォルニア州トランス(Torrance)のLuninit LLCから入手できるホログラム光拡散制御フィルムのような、ホログラム拡散板であることが好ましい、拡散板５４は光の角度分散を大きくし、よって利用できる光を大面積にわたって広げるために拡大光源５０の実効エテンデューを大きくする。例えば、垂直に入射する光を半値全幅(ＦＷＨＭ)において５°から１０°の範囲のガウス分布全体に広げることができる。

【0027】

ホモジナイザー６０は２つの複眼レンズアレイ６２及び６６から集成される結像型ホモジナイザーであることが好ましい。第１の複眼レンズアレイ６２は集光レンズ５６とともに配置されて、第２の複眼レンズアレイ６６のレンズ６８のアパーチャ内の拡大光源５０の像を形成する。コンバイナーレンズ７０が第２の複眼レンズアレイ６６のレンズとともに配置されて、パターンジェネレータ１４の制御可能素子１６上にレンズ６４のアパーチャの像を重畳し、第２の複眼レンズアレイ６６の像を結像装置アパーチャ絞り４６内に送る。レンズ６４及び６８の視野アパーチャは、拡大光源５０及び照明装置１２からの光が導かれるパターンジェネレータ１４のいずれのアスペクト比とも一致するアスペクト比及び拡大光源５０の寸法にほぼ等しい寸法を有することが好ましい。ホモジナイザー６０は、万華鏡、角度マルチプレクサ、またはその他のタイプの均等化器、特に、光源５０を積分するための積分器、例えば多面反射器または多面ミラー、のようなその他の多くの形態をとることができる。

【0028】

アパーチャ絞り４４内の光の全体寸法及び分布を変えるために、図３Ａ及び４Ａにそれぞれ示されるように、拡散板５４の代わりに、または拡散板５４に加えて、異なる焦点距離ｆｃ_１及びｆｃ_２を有し、位置が異なる、異なる集光レンズ７２及び７４を代置することにより、照明装置１２を図３及び４に示されるように改変することができる。複眼レンズアレイ６２と６６の間隔は焦点距離ｆｅであり、一定のままである。

【0029】

集光レンズ７４は、集光レンズ７２より大きなひとみの全体にわたって発散ビーム５２から光を集めるために、拡大光源５０からさらに離して配置される。集光レンズ７２及び７４のそれぞれの焦点距離は、拡大光源５０の像を無限遠に維持し、よって第１の複眼レンズアレイ６２とともに集光レンズ７２及び７４が第２の複眼レンズアレイ６６のレンズアパーチャ内に拡大光源５０の像８２または８４をつくるように、対応して調節される。したがって、集光レンズ７４は集光レンズ７２の焦点距離ｆｃ_１より長い焦点距離ｆｃ_２を有し、この結果、第２の複眼レンズアレイ６６のレンズ６８のアパーチャ内に結像される拡大光源５０の対応する縮小がおこる。

【0030】

図３Ａに示されるように、集光レンズ７２によって集光された小さいほうのひとみは第２の複眼レンズアレイ６６の中心の近傍でしかレンズ６８をフィルしない。拡大光源５０の像８２の寸法は実質的にレンズ６８のアパーチャに相当する。像８２及びレンズ６８は図示を容易にするため正方形で表されているが、実際上、好ましいパターンジェネレータ１４のアスペクト比と一致させるためには長方形とすることになるであろうし、光を同様に維持するためまたはその他の目的のためには別の形状を用いることができる。光軸７８からの離角が大きくなるにつれて一般に強度が減少する、拡大光源５０からの光の角度分布も、対応するが段階的な、光軸７８からの個々の複眼レンズ６８の径方向距離の増大にともなう強度の減少として、図３Ａのアパーチャ絞り４４内に(陰影の濃さの変化として)見られる。

【0031】

図４Ａに示されるように、集光レンズ７４によって集光された大きいほうのひとみは第２の複眼レンズアレイ６６の中心から広がるレンズ６８の多くを部分的にフィルする。中心のレンズ６８内に現れる拡大光源５０の像８４はレンズ６８のアパーチャに対して実質的に寸法が縮小されている。光軸７８からの離角が大きくなるにつれて一般に強度が減少する、拡大光源５０からの光の角度分布は、対応するが不連続かつ段階的な、光軸７８からの個々の複眼レンズ６８の径方向距離の増大にともなう強度の減少として、図３Ａのアパーチャ絞り４４内に見られる。図４の照明装置構成によってつくられる焦点３２(集束スポット)の全体寸法は図３の照明装置構成によってつくられる焦点３２(集束スポット)の寸法より大きいが、いずれの構成もアパーチャ絞り４４をアンダーフィルにし、完全に埋められたアパーチャ絞り４４でつくられ得るであろう最大寸法より小さい寸法につくられた集束スポットを生じさせる。

【0032】

図３及び４の照明装置構成に基づけば、照明装置アパーチャ絞り４４内の光は図３Ａ及び４Ａに示されるように径方向に対称な態様で第２の複眼レンズアレイ６６のレンズ６８の間に分布される。図１にしたがって構成され、特にマイクロレンズアレイ２４における回折を無視するような理想的(無収差)投影システム１８内では、照明装置アパーチャ絞り４４内の光の径方向対称分布が、(ａ)結像装置アパーチャ絞り４６に、(ｂ)マイクロレンズアレイ２４の焦点３２に、及び(ｃ)基板表面３６上の集束スポット３４に、円形または円板形で再現される。照明装置アパーチャ絞り４４のそのような径方向のフィル領域縮小(すなわち径方向アンダーフィル)は結像装置アパーチャ絞り４６のさらなるアンダーフィル及び集束スポット３４の寸法のさらなる縮小に寄与する。

【0033】

(ａ)縮小された照明装置アパーチャ絞り４４の像８６の寸法による結像装置アパーチャ絞り４６のアンダーフィル及び(ｂ)照明装置１２内の集光器５８による照明装置アパーチャ絞り４４のアンダーフィルの組合せ効果を示す、結像装置アパーチャ絞り４６の軸上図が図５に示される。集光器５８は、拡大光源５０の像８２を中継するために少なくともある程度フィルされる複眼レンズ６８の径方向広がりを制限する。結像装置アパーチャ絞り４６内のその他の光のほとんどは、可動ミラーのエッジのような、パターンジェネレータ１４の制御可能素子１４からの光の回折の結果として生じる。アパーチャ絞り４６内に取り込まれる回折光が結像装置レンズ２２による十分な分解能を保証し、よって制御可能素子１６のエッジ(すなわち境界)はマイクロレンズアレイ２４において視野絞り２８の先に結像されない。マイクロレンズアレイ２４のマイクロレンズ２６のそれぞれのアパーチャ絞りとして機能する視野絞り２８は、この散乱光のほとんどを遮断して集束スポット３４の形成に寄与させない。

【0034】

図６を参照すれば、２つの集光レンズ７２及び７４の代わりにズームレンズ７６を用いて照明装置アパーチャ絞り４４のアンダーフィル量を制御することができる。ズームレンズ７６は、複眼レンズアレイ６２及び６６と協同して、パターンジェネレータ１４の制御可能素子１６の場所に一致する照明装置１２の像平面において様々な透視角度からの複眼レンズ６４のアパーチャの像を重畳しながら、照明装置アパーチャ絞り４４内の発散ビーム５２の寸法を調節する。

【0035】

あるいは、またはズームレンズ７６，集光レンズ７２または７４のいずれか，または拡散板５４に加えて、図７に示されるように、アポダイザー７８を用いて照明装置４４を通過する光の分布を調節することができる。アポダイザー７８は、所望の集束スポット３４を形成するために照明装置アパーチャ絞り４４内の光の分布を最適化するため、あるいはパターンジェネレータ１４または投影システム１８のどこかにおける、そうしなければ集束スポット３４形成の元になる光の分布に悪影響を与え得るであろう、効果を補償するため、光の測定部分を遮断するために用いることができる。アポダイザー７８の効果の一例として、照明装置アパーチャ絞り４４内の環形フィルタリング効果が図７Ａに示される。光は照明装置アパーチャ絞り４４の境界に近づくにつれて漸次減衰される。

【0036】

図７に示されるアポダイザー７８は照明装置アパーチャ絞り４４の後方に配置されるが、アポダイザー７８は、それがなければ結像装置アパーチャ絞り４６内に現れる照明装置アパーチャ絞り４４の像に見られるであろう、光を減衰させるから、照明装置アパーチャ絞り４４を実効的にアンダーフィルにするためにも備えられる。

【0037】

集束スポット３４の形状または強度分布を変えるかまたは補正するために集光器５８内で非対称変化を生じさせることができる。例えば、直交する２つの方向で光拡散量を異ならせて非回転対称光分布を生じさせるホログラムパターンを有する拡散板５４を作成することができる。照明装置アパーチャ内の光の非対称分布が、パターンジェネレータ１４または(マイクロレンズアレイ２４を含む)投影システム１８におけるその他の非対称性を打ち消して所望の集束スポット形状を生じさせるかあるいはあらかじめ定められた非円形集束スポットを所望の方位に合わせるように、光軸８０に関して指向性拡散板の角方位を定めることができる。拡散板は対称または非対称な態様で径方向に指向性にして、焦点３２(集束スポット)内の光エネルギーの分布に影響を与えるようにすることもできる。径方向及び角方位に指向性がある拡散板の組合せを基板３８面内の相対平行移動の方向に対して焦点３２(集束スポット)を最適化するような目的のために用いることができる。

【0038】

集束スポット３４の形状を変えるかまたは補正するため、図８に示されるように、直交する異なる方向で異なる屈折力をもつ集光器５８の集光レンズも構成することができる。例えば、集光器５８は、直交する２つの方向で数が異なる第１の複眼レンズアレイ６２のレンズ６４に拡大光源５０の投影像が重畳するように、それぞれの焦点距離が２つの異なるスケールで拡大光源５０を無限遠に結像するために拡大光源５０からのそれぞれの距離に関係付けられた、直交する２つの方向に配位された円柱レンズ９２及び９４を有することができる。

【0039】

図８Ａは、直交する２つの方向で屈折力が異なる集光器５８の使用に基づく照明装置アパーチャ絞り４４内の光の非対称分布を示す。例えば、水平軸に沿って、拡大光源５０の像９６は比較的縮小されるが第２の複眼レンズアレイ６６のレンズ６８の多くに重なって広がる。垂直軸に沿って、拡大光源５０の像９６は真の寸法に近いままであるが像９６が再現される第２の複眼レンズアレイ６６のレンズ６８の数は少ない。光の非対称分布には、光分布の半値全幅(ＦＷＨＭ)に対応する閾強度において定められる、境界の少なくとも一部が照明装置アパーチャ絞り４４内に含まれる。ごく僅かな量の光がＦＷＨＭ境界の先の照明装置アパーチャ絞り４４のアンフィル領域内に残り得るが、そのようなごく僅かな量では、対応する境界をそれぞれの光分布のＦＷＨＭに有する共役集束スポット３４の、対応する寸法の実効縮小が無効になることはない。

【0040】

本発明を特定の実施形態に関して説明したが、本発明の全体の教示にしたがって様々な改変及び付加が実施形態になされ得ることが当業者には明らかであろう。例えば、ホモジナイザーの複眼レンズは拡大光源からの光の角度分布に基づいて像を重畳すると説明されるが、ホモジナイザーの複眼レンズは光源からの光の空間分布に基づいて像を重畳するように構成することもできるであろう。万華鏡及び角度マルチプレクサを含む、その他のタイプのホモジナイザーまたはビーム積分器を用いることもできるであろう。能動デバイス及び受動デバイスのいずれをも含む、光の角度分布または空間分布に影響を与えるその他のデバイスを、照明装置アパーチャ内の光の分布を制御するために用いることができる。

【符号の説明】

【0041】

１０ マスクレスリソグラフィシステム
１２ 照明装置
１４ パターンジェネレータ
１６ 個別制御可能素子
１８ 投影システム
２０ ビームダンプ
２２ 結像装置
２４ マイクロレンズアレイ
２６ マイクロレンズ
２８ 視野絞り
３０ リレーレンズ
３２ マイクロレンズ焦点
３４ 集束スポット
３６ 感光性基板表面
３８ 感光性基板
４０ ステージ
４２，７８，８０ 光軸
４４ 照明装置アパーチャ絞り
４６ 結像装置アパーチャ絞り
５０ 拡大光源
５２ 発散ビーム
５４ 拡散板
５６，７２，７４ 集光レンズ
５８ 集光器
６０ ホモジナイザー
６２，６６ 複眼レンズアレイ
６４，６８ 複眼レンズアレイのレンズ
７０ コンバイナーレンズ
７６ ズームレンズ
７８ アポダイザー
８２，８４，９６ 拡大光源の像
８６ 照明装置アパーチャ絞りの像
９２，９４ 円柱レンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図3A】

【図4】

【図4A】

【図5】

【図6】

【図7】

【図7A】

【図8】

【図8A】