JP2009081438A - 電磁放射パルス幅制御装置及び電磁放射パルス幅制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射ビームのパルス幅を大きくしてもそれに応じた強度損失が生じないようにする装置及び方法を提供する。
【解決手段】この装置及び方法は、リソグラフィ装置における電磁放射パルス幅を制御するのに使用される。分割素子が電磁放射パルスを第１部分と第２部分とに分割する。プリズムが電磁放射パルスの第１部分を受けて屈折させて発する。方向変更素子が電磁放射パルスの第１部分及び第２部分を共通の光軸に平行な方向に向ける。第１部分は第２部分に組み合わされて結合放射ビームパルスを形成する。結合放射ビームパルスは、分割された電磁放射パルスよりも長いパルス幅を有するが、それに応じた強度損失は生じない。
【選択図】図６

Description

本発明は、電磁放射のパルス幅を制御するための装置及び方法に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板または基板の一部に転写する機械である。リソグラフィ装置は例えばフラットパネルディスプレイや集積回路（ＩＣ）、微細構造を有するその他のデバイスの製造に用いられる。従来の装置では、例えばマスクまたはレチクルと称されるパターニングデバイスを使用して、フラットパネルディスプレイ（または他のデバイス）またはＩＣの各層に対応した回路パターンを形成する。このパターンは、放射感応性材料（例えばレジスト）層を有する基板（例えばシリコンウエーハ）上の（例えば１つまたは複数のダイを含む）目標部分に放射ビームを用いて結像される。一般に、１枚の基板には、連続的に露光される複数の目標部分が隣接してネットワーク状に設けられている。従来のリソグラフィ装置には、いわゆるステッパとスキャナとが含まれる。ステッパにおいては、目標部分にパターン全体が露光されるようにして各目標部分が照射を受ける。スキャナにおいては、ビームに対して所定方向（つまり走査方向）にパターンを走査するとともにこの方向に平行または逆平行に基板を同期させて走査するようにして各目標部分が照射を受ける。

パターニングデバイスを使用して、回路パターンではなく例えばカラーフィルタのパターンやドットのマトリックス状配列などの他のパターンを形成する場合もある。パターニングデバイスは、それぞれ個別に制御可能である素子の配列（以下「個別制御可能素子アレイ」という場合もある）を備えるパターニングアレイをマスクの代わりに備えてもよい。このような方式ではマスクを使用する方式に比べて迅速かつ低コストにパターンを変更することができる。

フラットパネルディスプレイの基板は通常長方形である。この種の基板を露光するためのリソグラフィ装置は、長方形基板の幅全体またはその一部（例えば全幅の半分）をカバーする露光空間を有するように設計される。この露光空間の最下部で基板が走査されるとともに、マスク又はレチクルが基板の走査に同期してビームに対して走査される。このようにして基板にパターンが転写される。露光空間が基板の幅全体をカバーする場合には１回の走査で露光が完了する。露光空間が例えば基板の幅の半分をカバーする場合には、１回目の露光後に横方向に基板を移動させ、通常は基板の残りを露光するための走査がさらに行われる。

従来のリソグラフィ装置においては、放射源（例えばレーザまたはアークランプ）により放射ビームが生成され、放射ビームは複数の放射ビームパルスからなる。放射ビームパルスは例えば、放射源をパルス化することで生成されるか、または、連続的放射ビームの経路を選択的に通過状態または遮断状態とすることで生成される。１つの放射ビームパルスはある量の露光エネルギを有しており、そのエネルギは放射ビームの強度をパルス幅にわたって積分することで計算可能である。よって、パルス幅が増えたりビーム強度が増えたりすれば放射ビームパルスのエネルギは増加する。また、ビーム強度の変動量に応じてパルス幅を変動させることにより放射ビームパルスのエネルギを一定に保つこともできる。

放射ビームは、レンズや格子、マスク等を通過したり、ミラーまたはその他の反射面で反射されたりする。放射ビームを形成する放射ビームパルスの強度が一時的にまたは継続的に十分に大きいことにより、放射ビームが到達する表面に損傷を与えるおそれがある。１つのパルスの強度がこれらの表面に直ちに損傷を与えることもあるし、複数（例えば１００万回または１０億回）のパルスの重畳的作用によって損傷が生じることもある。損傷は許容範囲であることもあるが、一般には、放射ビームを通過または反射する光学素子の損傷は避けることが望ましい。

この損傷を軽減または防止することにより、光学素子の寿命を長くするとともに素子特性が急速に劣化しないようにすることができる。損傷を軽減する１つの方法は、放射ビームを形成する放射ビームパルスの強度を小さくすることである。しかし、パルス幅を変えずに放射ビームパルス強度を小さくしたとすると、１つの放射ビームパルスにおける総エネルギが小さくなってしまう。総エネルギが小さくなるのは好ましくない。なぜなら、例えば感光材料にパターンを与える等の所定の目的を果たすには、放射ビームパルスにある閾値のエネルギを要するからである。このため、放射ビームを通過または反射させる面の損傷を軽減または防止すべく放射ビームパルスの強度を小さくすることに加えて、パルスの総エネルギを閾値以上に保つように放射ビームパルスのパルス幅（すなわち長さ）を大きくすることが好ましい。

従来の装置では、複数のミラーを備える反射光学回路で放射ビームの一部を反射することにより放射ビームのパルス幅を大きくしている。その反射された一部は、放射ビームの反射されていない一部の伝播方向へと向けられる。放射ビームパルスの反射された一部に関するパラメタを慎重に制御することにより、反射された放射ビームパルスを反射されていない放射ビームパルスの一部より若干遅延させて重ね合わせることができる。このように放射ビームパルスを遅らせて重ねることにより、２つの放射ビームパルスを組み合わせて実質的に単一の長い（パルス幅の大きい）放射ビームパルスを得ることができる。

この従来の装置ではパルス幅を実質的に長くするだけでなく放射ビームパルスの強度を小さくすることにも成功しているが、少なくとも１つ欠点がある。ミラーを複数使用する光学回路で放射ビームの一部を反射するから、毎回の反射に伴う損失が、反射されたビームの一部分の強度を低下させる。強度損失が大きくなると、リソグラフィ装置内の後工程でレジスト被覆基板の目標部分に入射する放射ビームパルス強度を充分な大きさとすることが難しくなってしまう。

そこで、放射ビームのパルス幅を大きくしてもそれに応じた強度損失が生じないようにする装置及び方法が求められている。

一実施形態においては、第１部分と第２部分とを含む２つの部分に電磁放射パルスを分割する分割素子を備える電磁放射パルス幅制御装置が提供される。この装置は、電磁放射パルスの第１部分を受けて屈折させて出射するプリズムを備える。この装置は、電磁放射パルスの第１部分及び第２部分を共通の光軸に平行な方向に向ける少なくとも１つの方向変更素子を備える。実施例においては、分割素子及び方向変更素子は、ビームスプリッタ、半透明ミラー、ミラー、またはミラーブロックを備える。

一実施形態においては、プリズムは、電磁放射パルスの第１部分が実質的にブルースター角でプリズムに入射する形状及び／または向きを有する。第２の実施例においては、プリズムは、電磁放射パルスの第１部分がプリズムの少なくとも１つの表面で実質的に全反射をする形状及び／または向きを有する。第３の実施例においては、プリズムは、電磁放射パルスの第１部分がプリズムから出射する位置において該第１部分が前記プリズムの表面に実質的にブルースター角で入射する形状及び／または向きを有する。

他の実施形態においては、電磁放射パルスを第１部分と第２部分とに分割する電磁放射パルス幅制御方法が提供される。この方法は、電磁放射パルスの第１部分を受けて屈折させて発するようプリズムを使用する。この方法はさらに、電磁放射パルスの第１部分及び第２部分を共通の光軸に平行な方向に向ける。

本発明の更なる実施形態や特徴、効果は、本発明のさまざまな実施形態の構成及び作用とともに添付図面を参照して以下に詳細に説明される。

本明細書は本発明の特徴を組み入れた１つまたは複数の実施形態を開示する。開示された実施形態は本発明の例示にすぎない。本発明の範囲は開示された実施形態には限定されない。本発明は添付の請求項により定義される。

以下で「一実施形態」、「一実施例」等の表現を用いる場合には、実施形態が特定の特徴、構造、または特性を含んでもよいことを示すにすぎないものであり、当該特徴、構造または特性がすべての実施形態に含まれなければならないことを意味するのではない。またこれらの表現は同一の実施形態を必ずしも指し示すものでもない。さらに、一実施形態に関連して特定の特徴、構造、または特性が説明される場合には、明示的に説明されているか否かによらず当業者の知識により他の実施形態においても当該特徴、構造または特性が有効であるものと理解されたい。

本発明の実施形態は、ハードウエア、ファームウエア、ソフトウエア、またはこれらの組合せの形式で具現化されてもよい。本発明の実施形態は、１つまたは複数のプロセッサにより読取かつ実行可能である機械読取可能媒体に記憶された命令として具現化されてもよい。機械読取可能媒体は、機械（例えばコンピュータ）により読取可能な形式で情報を記憶または伝送するいかなる機構も含んでもよい。例えば、機械読取可能媒体は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記録媒体、光記録媒体、フラッシュメモリ装置、電気的または光学的または音響的またはその他の信号伝送形式（例えば搬送波、赤外信号、デジタル信号など）、またはその他を含んでもよい。また以下では、ファームウエア、ソフトウエア、ルーチン、命令はある動作を実行するためのものとして記述されていてもよい。しかしこれらの記述は単に簡便化のためであり、これらの動作はそのファームウエア、ソフトウエア、ルーチン、命令等を実行する演算装置、プロセッサ、コントローラ、または他の装置により実際に得られるものと理解されたい。

図１は本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置１を模式的に示す図である。この装置は、照明系ＩＬ、パターニングデバイスＰＤ、基板テーブルＷＴ、及び投影系ＰＳを備える。照明系（イルミネータ）ＩＬは放射ビームＢ（例えば紫外放射）を調整するよう構成されている。

本明細書ではリソグラフィを取りあげて説明しているが、本発明の範囲から逸脱することなくパターニングデバイスＰＤはディスプレイシステム（例えばＬＣＤテレビジョンまたはプロジェクタ）により構成することもできる。この場合、パターン付与ビームは、例えば基板やディスプレイデバイス等の様々な対象物に投影することができる。

基板テーブルＷＴは、基板（例えばレジストが塗布された基板）Ｗを支持するよう構成されており、あるパラメタに従って基板を正確に位置決めする位置決め装置ＰＷに接続されている。

投影系（例えば屈折投影レンズ光学系）ＰＳは、個別制御可能素子アレイにより変調された放射ビームを基板Ｗの（例えば１つ又は複数のダイからなる）目標部分Ｃに投影するよう構成されている。本明細書では投影系という用語は、使用される露光光、あるいは液浸露光用液体や真空の利用などの他の要因に関して適切とされるいかなる投影系をも包含するよう広く解釈されるべきである。投影系には例えば屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系、磁気的光学系、電磁気的光学系、静電的光学系、またはこれらの任意の組み合わせなどが含まれる。以下では「投影レンズ」という用語は、より一般的な用語である投影系という用語と同義に用いられ得る。

照明系は、屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子、あるいは他の種類の光学素子などの各種の光学素子、またはこれらの組合せを含み得るものであり、放射ビームの向きや形状、あるいは他の特性を制御するためのものである。

パターニングデバイスＰＤ（例えばレチクル、マスク、または個別制御可能素子アレイ）はビームを変調する。普通は個別制御可能素子アレイは投影系ＰＳに対して位置が固定されるが、あるパラメタに従って該アレイを正確に位置決めする位置決め装置に接続されていてもよい。

本明細書において「パターニングデバイス」または「コントラストデバイス」なる用語は、例えば基板の目標部分にパターンを生成する等、放射ビーム断面を変調するのに用い得るいかなるデバイスをも示すよう広く解釈されるべきである。パターニングデバイスは、静的なパターニングデバイス（例えばマスクまたはレチクル）であってもよいし、動的なパターニングデバイス（例えばプログラム可能素子アレイ）であってもよい。簡単のため本明細書では動的パターニングデバイスを例に挙げて説明しているが、本発明の範囲から逸脱することなく静的パターニングデバイスを使用することも可能であるものと理解されたい。

放射ビームに付与されるパターンは、パターンが位相シフトフィーチャあるいはいわゆるアシストフィーチャを例えば含む場合には基板の目標部分に所望されるパターンと厳密に一致していなくてもよい。また、基板に最終的に形成されるパターンは、個別制御可能素子アレイ上に形成されるパターンにどの時点においても一致しないようになっていてもよい。このような事態は、基板の各部に形成される最終的なパターンが所定時間または所定回数の露光の重ね合わせにより形成され、かつこの所定の露光中に個別制御可能素子アレイ上のパターン及び／またはアレイと基板との相対位置が変化する場合に起こりうる。

通常、基板の目標部分に生成されるパターンは、その目標部分に生成されるデバイス例えば集積回路やフラットパネルディスプレイの特定の機能層に対応する（例えばフラットパネルディスプレイのカラーフィルタ層や薄膜トランジスタ層）。パターニングデバイスの例としては、レチクル、プログラマブルミラーアレイ、レーザダイオードアレイ、ＬＥＤアレイ、グレーティングライトバルブ、及びＬＣＤアレイなどがある。

パターニングデバイスは電子的手段（例えばコンピュータ）でパターンをプログラム可能である。パターニングデバイスは、複数のプログラム可能素子を含んでもよく、例えば前の文で言及したレチクル以外のデバイスはすべて該当する。以下ではこれらを集合的に「コントラストデバイス」と称する。パターニングデバイスは少なくとも１０個のプログラム可能素子を備えてもよく、または少なくとも１００個、少なくとも１，０００個、少なくとも１０，０００個、少なくとも１００，０００個、少なくとも１，０００，０００個、または少なくとも１０，０００，０００個、のプログラム可能素子を備えてもよい。

プログラマブルミラーアレイの一実施例は、粘弾性制御層と反射表面とを有するマトリックス状のアドレス指定可能な表面を備えてもよい。この装置の基本的な原理は例えば、反射表面のうちアドレス指定されている区域が入射光を回折光として反射する一方、アドレス指定されていない区域が入射光を非回折光として反射するというものである。適当な空間フィルタを用いることにより、反射光ビームから非回折光を取り除いて回折光だけを基板に到達させるようにすることができる。このようにして、マトリックス状のアドレス指定可能表面にアドレス指定により形成されるパターンに従ってビームにパターンが付与される。

なお代替例として、回折光をフィルタにより取り除いて非回折光を基板に到達させるようにしてもよい。

他の実施例として、回折光学ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）デバイスを同様に用いることもできる。一実施例では、回折光学ＭＥＭＳデバイスは、入射光を回折光として反射する格子を形成するよう変形される複数の反射性のリボン状部位を備える。

プログラマブルミラーアレイの他の例においては、マトリックス状の微小ミラーの配列が用いられる。各微小ミラーは局所的に電界を適宜付与されることによりまたは圧電駆動手段を使用することにより各々が独立に軸周りに傾斜されうる。繰り返しになるがミラーはマトリックス状にアドレス指定可能に構成されており、アドレス指定されたミラーは入射する放射ビームをアドレス指定されていないミラーとは異なる方向に反射する。このようにしてマトリックス状のアドレス指定可能なミラーにより形成されるパターンに従って反射ビームにパターンが付与されうる。必要とされるマトリックス状アドレス指定は、適宜の電子的手段を使用して実行することができる。

パターニングデバイスの他の例は、プログラマブルＬＣＤアレイである。

リソグラフィ装置は１つ以上のコントラストデバイスを備えてもよい。例えば、リソグラフィ装置は、複数の個別制御可能素子アレイを有し、それぞれのアレイが互いに独立に制御されるものであってもよい。この構成においては、個別制御可能素子アレイのうちのいくつかのアレイまたはすべてのアレイが少なくとも１つの照明系（または照明系の一部）を共有していてもよい。斯かるアレイは当該アレイ用の支持構造及び／または投影系（または投影系の一部）を共有していてもよい。

一実施例例えば図１に示される実施例では、基板Ｗは実質的に円形状であってもよい。基板Ｗは周縁部にノッチ及び／または平坦部を有していてもよい。他の実施例では基板は例えば長方形などの多角形形状でもよい。

基板の形状が実質的に円形の場合、基板の直径は少なくとも２５ｍｍであってもよく、または例えば少なくとも５０ｍｍ、少なくとも７５ｍｍ、少なくとも１００ｍｍ、少なくとも１２５ｍｍ、少なくとも１５０ｍｍ、少なくとも１７５ｍｍ、少なくとも２００ｍｍ、少なくとも２５０ｍｍ、または少なくとも３００ｍｍであってもよい。一実施例では、基板の直径は長くても５００ｍｍ、長くても４００ｍｍ、長くても３５０ｍｍ、長くても３００ｍｍ、長くても２５０ｍｍ、長くても２００ｍｍ、長くても１５０ｍｍ、長くても１００ｍｍ、または長くても７５ｍｍである。

基板が例えば長方形などの多角形の場合、基板の少なくとも１辺の長さ、または例えば少なくとも２辺または少なくとも３辺の長さが、少なくとも５ｃｍであってもよく、または例えば少なくとも２５ｃｍ、少なくとも５０ｃｍ、少なくとも１００ｃｍ、少なくとも１５０ｃｍ、少なくとも２００ｃｍ、または少なくとも２５０ｃｍであってもよい。

基板の少なくとも１辺の長さは、長くても１０００ｃｍ、または例えば長くても７５０ｃｍ、長くても５００ｃｍ、長くても３５０ｃｍ、長くても２５０ｃｍ、長くても１５０ｃｍ、または長くても７５ｃｍである。

一実施例においては、基板Ｗはウェーハであり、例えば半導体ウェーハである。一実施例ではウェーハの材料は、Ｓｉ（ケイ素）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、ＳｉＧｅＣ（シリコンゲルマニウムカーボン）、ＳｉＣ(炭化ケイ素)、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＧａＡｓ(ガリウムヒ素)、ＩｎＰ（インジウムリン）、ＩｎＡｓ（インジウムヒ素）から成るグループから選択される。ウェーハは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウェーハ、シリコンウェーハ、セラミック基板、ガラス基板、またはプラスチック基板である。基板は（人の裸眼で見たときに）透明であってもよいし、有色であってもよいし、無色であってもよい。

この基板の厚さは例えば基板材料及び／または基板寸法に応じてある程度変更される。基板の厚さは、少なくとも５０μｍであり、または例えば少なくとも１００μｍ、少なくとも２００μｍ、少なくとも３００μｍ、少なくとも４００μｍ、少なくとも５００μｍ、または少なくとも６００μｍである。また、基板の厚さは、厚くても５０００μｍ、例えば厚くても３５００μｍ、厚くても２５００μｍ、厚くても１７５０μｍ、厚くても１２５０μｍ、厚くても１０００μｍ、厚くても８００μｍ、厚くても６００μｍ、厚くても５００μｍ、厚くても４００μｍ、または厚くても３００μｍである。

基板は露光前または露光後において例えばトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、及び／またはインスペクションツールにより処理されてもよい。一実施例ではレジスト層が基板に設けられる。

投影系は、個別制御可能素子アレイにおけるパターンが基板上にコヒーレントに形成されるように当該パターンの像を形成する。これに代えて投影系は二次光源の像を形成してもよく、この場合個別制御可能素子アレイの各素子はシャッタとして動作してもよい。この場合には投影系は、例えば二次光源を形成し基板上にスポット状に像形成するために、例えばマイクロレンズアレイ（ｍｉｃｒｏ ｌｅｎｓ ａｒｒａｙ、ＭＬＡとして知られている）やフレネルレンズアレイなどのフォーカス素子のアレイを含んでもよい。フォーカス素子のアレイ（例えばＭＬＡ）は少なくとも１０個のフォーカス素子を備え、または例えば少なくとも１００個、少なくとも１，０００個、少なくとも１０，０００個、少なくとも１００，０００個、または少なくとも１，０００，０００個のフォーカス素子を備えてもよい。

パターニングデバイスにおける個別制御可能素子の数とフォーカス素子のアレイにおけるフォーカス素子の数とは等しいか、あるいは、パターニングデバイスにおける個別制御可能素子の数がフォーカス素子のアレイにおけるフォーカス素子の数よりも多い。フォーカス素子のアレイにおける１つ以上（例えばたいていは１０００以上、またはすべての）のフォーカス素子は、個別制御可能素子アレイにおける１つ以上（例えば２つ以上、または３つ以上、５つ以上、１０以上、２０以上、２５以上、３５以上、または５０以上）の個別制御可能素子に光学的に連関していてもよい。

ＭＬＡは、少なくとも基板に近づく方向及び遠ざかる方向に例えば１以上のアクチュエータを用いて移動可能であってもよい。基板に近づく方向及び遠ざかる方向にＭＬＡを移動させることができる場合には、基板を動かすことなく例えば焦点合わせをすることが可能となる。

図１及び図２に示されるように本装置は反射型（例えば反射型の個別制御可能素子アレイを用いる）である。透過型（例えば透過型の個別制御可能素子アレイを用いる）の装置を代替的に用いてもよい。

リソグラフィ装置は２つ以上（２つの場合にはデュアルステージと呼ばれる）の基板テーブルを備えてもよい。このような多重ステージ型の装置においては、追加されたテーブルは並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルで露光が行われている間に１以上の他のテーブルで準備工程が実行されるようにしてもよい。

リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部が「液浸露光用の液体」で覆われるものであってもよい。この液体は比較的高い屈折率を有する例えば水などの液体であり、投影系と基板との間の空隙を満たす。液浸露光用の液体は、例えばパターニングデバイスと投影系との間などのリソグラフィ装置の他の空間に適用されるものであってもよい。液浸技術は投影系の開口数を増大させる技術として周知である。本明細書では「液浸」という用語は、基板等の構造体が液体に完全に浸されているということを意味するのではなく、露光の際に投影系と基板との間に液体が存在するということを意味するに過ぎない。

図１に示されるようにイルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。放射源により、少なくとも５ｎｍ、または例えば少なくとも１０ｎｍ、少なくとも１１乃至１３ｎｍ、少なくとも５０ｎｍ、少なくとも１００ｎｍ、少なくとも１５０ｎｍ、少なくとも１７５ｎｍ、少なくとも２００ｎｍ、少なくとも２５０ｎｍ、少なくとも２７５ｎｍ、少なくとも３００ｎｍ、少なくとも３２５ｎｍ、少なくとも３５０ｎｍ、または少なくとも３６０ｎｍの波長を有する放射が供される。また、放射源ＳＯにより供される放射は、長くても４５０ｎｍ、または例えば長くても４２５ｎｍ、長くても３７５ｎｍ、長くても３６０ｎｍ、長くても３２５ｎｍ、長くても２７５ｎｍ、長くても２５０ｎｍ、長くても２２５ｎｍ、長くても２００ｎｍ、または長くても１７５ｎｍの波長を有する。この放射は、４３６ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、及び／または１２６ｎｍの波長を含んでもよい。

例えば光源がエキシマレーザである場合には、光源とリソグラフィ装置とは別体であってもよい。この場合、光源はリソグラフィ装置の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームは光源ＳＯからイルミネータＩＬへとビーム搬送系ＢＤを介して受け渡される。ビーム搬送系ＢＤは例えば適当な方向変更用ミラー及び／またはビームエキスパンダを含んで構成される。あるいは光源が水銀ランプである場合には、光源はリソグラフィ装置に一体に構成されていてもよい。光源ＳＯとイルミネータＩＬとは、またビーム搬送系ＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射系または放射システムと総称される。

イルミネータＩＬは放射ビームの角強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えてもよい。一般にはアジャスタＡＤにより、イルミネータの瞳面における照度分布の少なくとも半径方向外径及び／または内径の値（通常それぞれ「シグマ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）」、「シグマ−インナ（σ−ｉｎｎｅｒ）」と呼ばれる）が調整される。加えてイルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の要素を備えてもよい。イルミネータはビーム断面における所望の均一性及び照度分布を得るべく放射ビームを調整するために用いられる。イルミネータＩＬ及び追加の関連構成要素は放射ビームを複数の分割ビームに分割するように構成されていてもよい。例えば各分割ビームが個別制御可能素子アレイにおける１つまたは複数の個別制御可能素子に対応するように構成してもよい。放射ビームを分割ビームに分割するのに例えば二次元の回折格子を用いてもよい。本明細書においては「放射ビーム」という用語は、放射ビームがこれらの複数の分割ビームを含むという状況も包含するが、これに限定されないものとする。

放射ビームＢは、パターニングデバイスＰＤ（例えば、個別制御可能素子アレイ）に入射して、当該パターニングデバイスにより変調される。放射ビームはパターニングデバイスＰＤにより反射され、投影系ＰＳを通過する。投影系ＰＳはビームを基板Ｗの目標部分Ｃに合焦させる。位置決め装置ＰＷと位置センサＩＦ２（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）により基板テーブルＷＴは正確に移動され、例えば放射ビームＢの経路に異なる複数の目標部分Ｃをそれぞれ位置決めするように移動される。また、個別制御可能素子アレイ用の位置決め手段が設けられ、例えば走査中にビームＢの経路に対してパターニングデバイスＰＤの位置を正確に補正するために用いられてもよい。

一実施例では、基板テーブルＷＴの移動は、ロングストロークモジュール（粗い位置決め用）及びショートストロークモジュール（精細な位置決め用）により実現される。ロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールは図１には明示されていない。一実施例ではショートストロークモジュールを省略してもよい。個別制御可能素子アレイを位置決めするためにも同様のシステムを用いることができる。必要な相対運動を実現するために、対象物テーブル及び／または個別制御可能素子アレイの位置を固定する一方、放射ビームＢを代替的にまたは追加的に移動可能としてもよいということも理解されよう。この構成は装置の大きさを小さくするのに役立ち得る。例えばフラットパネルディスプレイの製造に適用可能な更なる代替例として、基板テーブルＷＴ及び投影系ＰＳを固定し、基板Ｗを基板テーブルＷＴに対して移動させるように構成してもよい。例えば基板テーブルＷＴは、実質的に一定の速度で基板Ｗを走査させるための機構を備えてもよい。

図１に示されるように放射ビームＢはビームスプリッタＢＳによりパターニングデバイスＰＤに向けられるようにしてもよい。このビームスプリッタＢＳは、放射ビームがまずビームスプリッタＢＳにより反射されてパターニングデバイスＰＤに入射するように構成される。ビームスプリッタを使わずに放射ビームをパターニングデバイスに入射させるようにすることもできる。放射ビームは０度から９０度の間の角度でパターニングデバイスに入射する。または例えば５度から８５度の間、１５度から７５度の間、２５度から６５度の間、または３５度から５５度の間の角度であってもよい（図１には９０度の例が示されている）。パターニングデバイスＰＤは放射ビームＢを変調し、再度ビームスプリッタＢＳに向かって戻るように放射ビームＢを反射する。ビームスプリッタＢＳは変調されたビームを投影系ＰＳへと透過させる。しかしながら放射ビームＢをパターニングデバイスＰＤに入射させ、そのまま更に投影系ＰＳに入射させるという代替的な構成も可能であることも理解されよう。特に透過型のパターニングデバイスが用いられる場合には図１に示される構成は必要とはされない。

図示の装置はいくつかのモードで使用することができる。

１．ステップモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンの全体が１回の照射で目標部分Ｃに投影される間、個別制御可能素子アレイ及び基板は実質的に静止状態とされる（すなわち１回の静的な露光）。そして基板テーブルＷＴがＸ方向及び／またはＹ方向に移動されて、異なる目標部分Ｃが露光される。ステップモードでは露光フィールドの最大サイズによって、１回の静的露光で結像される目標部分Ｃの寸法が制限されることになる。

２．スキャンモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、個別制御可能素子アレイ及び基板は同期して走査される（すなわち１回の動的な露光）。個別制御可能素子アレイに対する基板の速度及び方向は、投影系ＰＳの拡大（縮小）特性及び像反転特性により定められる。スキャンモードでは露光フィールドの最大サイズが１回の動的露光での目標部分Ｃの（非走査方向の）幅を制限し、走査移動距離が目標部分の（走査方向の）長さを決定する。

３．パルスモードにおいては、個別制御可能素子アレイは実質的に静止状態とされ、パルス放射源により基板Ｗの目標部分Ｃにパターンの全体が投影される。基板テーブルＷＴが実質的に一定の速度で移動して、ビームＢは基板上を線状に走査させられる。個別制御可能素子アレイ上のパターンは放射系からのパルス間に必要に応じて更新される。パルス照射のタイミングは、基板上の複数の目標部分Ｃが連続して露光されるように調整される。その結果、基板上の１つの短冊状領域にパターンが完全に露光されるようビームＢにより基板Ｗが走査されることになる。この短冊状領域の露光を順次繰り返すことにより基板Ｗは完全に露光される。

４．連続スキャンモードは基本的にパルスモードと同様である。異なるのは、変調された放射ビームＢに対して基板Ｗが実質的に等速で走査され、ビームＢが基板Ｗ上を走査し露光しているときに個別制御可能素子アレイ上のパターンが更新されることである。個別制御可能素子アレイのパターンの更新に同期させるようにした、実質的に一定の放射源またはパルス放射源を用いることができる。

５．ピクセルグリッド結像モードでは、基板Ｗに形成されるパターンはスポット状の露光を連続的に行うことにより実現される。このモードは図２のリソグラフィ装置を使用して実現することができる。このスポット状の露光はスポット発生器により形成され、パターニングデバイスＰＤへと向けられる。スポット状の露光はそれぞれ実質的に同形状である。基板Ｗ上には露光スポットが実質的に格子状（グリッド状）に転写される。このスポットの寸法は転写されるピクセルグリッドのピッチよりも大きいが、毎回の露光時に露光スポットが形成する格子の大きさよりはかなり小さい。転写されるスポットの強度を変化させることによりパターンが形成される。露光照射の合間に各スポットの強度分布が変更される。

上記で記載したモードを組み合わせて動作させてもよいし、モードに変更を加えて動作させてもよく、さらに全く別のモードで使用してもよい。

リソグラフィでは基板上のレジスト層にパターンが露光される。そしてレジストが現像される。続いて追加の処理工程が基板に施される。基板の各部分へのこれらの追加の処理工程の作用は、レジストへの露光の程度によって異なる。特にこの処理は、所与のドーズ閾値を超える放射ドーズ量を受けた基板の部位が示す反応と、その閾値以下の放射ドーズ量を受けた部位が示す反応とが異なるように調整されている。例えば、エッチング工程においては上記の閾値を超える放射ドーズ量を受けた基板上の区域は、レジスト層が現像されることによりエッチングから保護される。一方、この閾値以下の放射ドーズ量を受けたレジストは露光後の現像工程で除去され、基板のその区域はエッチングから保護されない。このため、所望のパターンにエッチングがなされる。特に、パターニングデバイス内の個別制御可能素子は、パターン図形内部となる基板上の区域での露光中の放射ドーズ量がドーズ閾値を超えるように実質的に高強度であるように設定される。基板の他の領域は、ゼロまたはかなり低い放射強度を受けるように対応の個別制御可能素子が設定されることにより、ドーズ閾値以下の放射を受ける。

実際には、パターン図形端部での放射ドーズ量は所与の最大ドーズ量からゼロへと急激に変化するわけではない。この放射ドーズ量は、たとえ図形の境界部分の一方の側への放射強度が最大となり、かつその図形境界部分の他方の側への放射強度が最小となるように個別制御可能素子が設定されていたとしても急激には変化しない。回折の影響により、放射ドーズ量の大きさは移行領域を介して低下するからである。パターン図形の境界位置は最終的にレジストの現像により形成される。その境界位置は、照射されたドーズ量が閾値を下回る位置によって定められる。この移行領域でのドーズ量低下のプロファイル、ひいてはパターン図形の境界の正確な位置は、当該図形境界上または近傍に位置する基板上の各点に放射を与える個別制御可能素子の設定により、より正確に制御できるであろう。これは、照度レベルの最大値または最小値を制御するだけではなく、当該最大値及び最小値の間の照度レベルにも制御することによっても可能となるであろう。これは通常「グレイスケーリング」と呼ばれる。

グレイスケーリングによれば、個別制御可能素子により基板に２値の放射強度（つまり最大値と最小値）だけが与えられるリソグラフィシステムよりも、パターン図形の境界位置の制御性を向上させることができる。少なくとも３種類の放射強度が基板に投影されてもよく、または例えば少なくとも４種類の放射強度でも、少なくとも８種類の放射強度でも、少なくとも１６種類の放射強度でも、少なくとも３２種類の放射強度でも、少なくとも６４種類の放射強度でも、少なくとも１２８種類の放射強度でも、少なくとも２５６種類の放射強度でもよい。

グレイスケーリングは上述の目的に加えてまたは上述の目的に代えて使用されてもよい。例えば、照射されたドーズ量レベルに応じて基板の各領域が２種以上の反応を可能とするように、露光後の基板への処理が調整されていてもよい。例えば、第１のドーズ閾値以下の放射を受けた基板の部位では第１の種類の反応が生じ、第１のドーズ閾値以上で第２のドーズ閾値以下の放射を受けた基板の部位では第２の種類の反応が生じ、第２のドーズ閾値以上の放射を受けた基板の部位では第３の種類の反応が生じるようにしてもよい。したがって、グレイスケーリングは、基板上での放射ドーズ量プロファイルが２以上の望ましいドーズ量レベルを有するようにするのに用いることができる。一実施例では、このドーズ量プロファイルは少なくとも２つの所望のドーズ量レベルを有し、または例えば少なくとも３つの所望のドーズ量レベル、少なくとも４つの所望のドーズ量レベル、少なくとも６つの所望のドーズ量レベル、または少なくとも８つの所望のドーズ量レベルを有してもよい。

放射ドーズ量プロファイルの制御は、上述のように基板上の各点が受ける放射強度を単に制御するという方法以外の方法によっても可能である。例えば、基板上の各点が受ける放射ドーズ量は、各点への露光時間を代替的にまたは追加的に制御することによっても制御することができる。他の例として、基板上の各点は、連続的な複数回の露光により放射を受けてもよい。このような連続的複数露光から一部の露光を選択して照射することにより代替的にまたは追加的に各点が受ける放射ドーズ量を制御することが可能となる。

図２は、本発明に係る露光装置の一例を示す図である。この実施例は例えばフラットパネルディスプレイの製造に用いることができる。図１に示される構成要素に対応するものには図２においても同じ参照符号を付している。また、基板やコントラストデバイス、ＭＬＡ、放射ビームなどについてのさまざまな構成例などを含む上述のさまざまな変形例は同様に適用可能である。

図２に示されるように、投影系ＰＳは、２つのレンズＬ１、Ｌ２を備えるビームエキスパンダを含む。第１のレンズＬ１は、変調された放射ビームＢを受け、開口絞りＡＳの開口部で合焦させる。開口部には他のレンズＡＬを設けてもよい。そして放射ビームＢは発散し、第２のレンズＬ２（例えばフィールドレンズ）により合焦させられる。

投影系ＰＳは、拡大された変調放射ビームＢを受けるように構成されているレンズアレイＭＬＡをさらに備える。変調放射ビームＢの異なる部分はそれぞれレンズアレイＭＬＡの異なる部分を通過する。この変調放射ビームＢの異なる部分はそれぞれ、パターニングデバイスＰＤの１つ以上の個別制御可能素子に対応している。各レンズは変調放射ビームＢの各部分を基板Ｗ上の点に合焦させる。このようにして基板Ｗ上に照射スポットＳの配列が露光される。図示されているレンズアレイには８つのレンズ１４が示されているだけであるが、レンズアレイは数千のレンズを含んでもよい（パターニングデバイスＰＤとして用いられる個別制御可能素子アレイについても同様である）。

図３は、本発明の一実施形態に係り、図２のシステムを用いて基板Ｗ上にどのようにパターンが生成されるのかを模式的に示す図である。図中の黒丸は、投影系ＰＳのレンズアレイＭＬＡによって基板に投影されるスポットＳの配列を示す。基板は、基板上での露光が進むにつれて投影系に対してＹ方向に移動する。図中の白丸は、基板上で既に露光されている露光スポットＳＥを示す。図示されるように投影系ＰＳのレンズアレイＭＬＡによって基板に投影された各スポットは基板上に露光スポット列Ｒを形成する。各スポットＳの露光により形成される露光スポット列Ｒがすべて合わさって、基板にパターンが完全に形成される。上述のようにこのような方式はよく「ピクセルグリッド結像」と称される。

照射スポットＳの配列が基板Ｗに対して角度θをなして配置されている様子が示されている（基板Ｗの端部はそれぞれＸ方向及びＹ方向に平行である）。これは、基板が走査方向（Ｙ方向）に移動するときに、各照射スポットが基板の異なる領域を通過するようにするためである。これにより、照射スポット１５の配列により基板の全領域がカバーされることになる。角度θは大きくても２０°または１０°であり、または例えば大きくても５°、大きくても３°、大きくても１°、大きくても０．５°、大きくても０．２５°、大きくても０．１０°、大きくても０．０５°、または大きくても０．０１°である。角度θは小さくても０．００１°である。

図４は、本発明の一実施形態において、どのようにしてフラットパネルディスプレイ基板Ｗ全体が複数の光学エンジンを用いて１回の走査で露光されるのかを模式的に示す図である。この例では照射スポットＳの配列ＳＡが８つの光学エンジン（図示せず）により形成される。光学エンジンはチェス盤のような配列で２つの列Ｒ１、Ｒ２に配置されている。照射スポットの配列の端部が隣接の照射スポット（例えば図３のスポットＳ）の配列の端部に（走査方向であるＹ方向において）少し重なるように形成される。一実施例では光学エンジンは少なくとも３列、例えば４列または５列に配列される。このようにして、照射の帯が基板Ｗの幅を横切って延び、１回の走査で基板全体の露光が実現されることとなる。光学エンジンの数は適宜変更してもよい。一実施例では、光学エンジンの数は少なくとも１個であり、または例えば少なくとも２個、少なくとも４個、少なくとも８個、少なくとも１０個、少なくとも１２個、少なくとも１４個、または少なくとも１７個である。一実施例では、光学エンジンの数は４０個未満であり、または例えば３０個未満または２０個未満である。

各光学エンジンは、上述の照明系ＩＬ、パターニングデバイスＰＤ、及び投影系ＰＳを別個に備えてもよい。あるいは２個以上の光学エンジンが１以上の照明系、パターニングデバイス、及び投影系の少なくとも一部を共有してもよい。

図５は、リソグラフィ装置において放射ビームのパルス幅を大きくする従来の装置を模式的に示す。図５において、放射源ＳＯが放射ビームパルス１を発し、放射ビームパルス１はビームスプリッタ２に入射する。ビームスプリッタ２は放射ビームパルスの第１部分１ａを第１凹面鏡３に向けて反射するとともに、放射ビームパルスの第２部分１ｂを反射することなく透過させる。

図５においては、放射ビームパルスの第１部分が第１凹面鏡３に入射する。第１凹面鏡３は放射ビームパルスの第１部分１ａを第２凹面鏡４へと反射する。第２凹面鏡４は、ビームスプリッタ２に関して第１凹面鏡３とは反対側に位置している。放射ビームパルスの第１部分１ａは第２凹面鏡４に入射して、第１凹面鏡３の別の部位へと再度反射される。放射ビームパルスの第１部分１ａは第１凹面鏡３の当該別の部位に入射して、第２凹面鏡４の別の部位へと再度反射される。第２凹面鏡４に入射すると、放射ビームパルスの第１部分１ａは第２凹面鏡４によりビームスプリッタ２へと反射される。この時点で、放射ビームパルスの第１部分１ａは従来の装置の光学回路を１回周回したことになる（例えば、放射ビームパルスの第１部分１ａはビームスプリッタ２から凹面鏡３、４を通って再度ビームスプリッタ２に戻る経路を進んでいる。）。

ビームスプリッタ２の特性によるが、放射ビームパルスの第１部分１ａがビームスプリッタ２に到達したときに得られる結果には複数の可能性がある。一実施例では、放射ビームパルスの第１部分１ａのすべてがビームスプリッタ２によって放射ビームパルスの（透過した）第２部分１ｂの方向に反射される。放射ビームパルスの第１部分１ａは第２部分１ｂよりも多く移動しているので（つまり長い経路長を有しているので）、放射ビームパルスの第１部分１ａは第２部分１ｂに比べて遅れが生じている。凹面鏡３、４を適切に構成することにより、放射ビームパルスの第１部分１ａと第２部分１ｂとが結合されて、第１部分１ａ及び第２部分１ｂのいずれよりもパルス幅が長い放射ビームパルス５を形成する。放射ビームパルスの第１部分１ａと第２部分１ｂとは結合放射パルス５において互いに重なり合っている。それとは異なり、放射ビームパルスの第１部分１ａと第２部分１ｂとは結合放射パルス５において重なり合う部分がなくてもよい。

別の実施例では、放射ビームパルスの第１部分１ａの一部だけが、光学回路を１周したあとに放射ビームパルスの第２部分１ｂの方向に反射される。放射ビームパルスの第１部分１ａのうち他の一部は、光学回路を１周したあとにビームスプリッタ２を透過して、第１凹面鏡３、第２凹面鏡４、ビームスプリッタ２を経由する光学回路をさらに周回する。放射ビームパルスの第１部分１ａの少なくとも一部がこの光学回路を周回する周回数は、（１）第１凹面鏡３と第２凹面鏡４との間隔、（２）放射ビームパルス１に対してビームスプリッタ２がどの程度透明であるか、（３）結合される放射ビームパルスの第１部分１ａと（反射せずに最初に透過した）第２部分１ｂとの間の遅延時間、を例えば変えることにより制御される。これらのパラメタを変えることで結合放射ビームパルス５のパルス幅は制御されるが、これは当業者に明らかな種々の原理により実現されるものであるから、ここではこれ以上の詳細は説明しない。

結果として得られる結合放射ビームパルス５のパルス幅を大きくする１つの方法は、放射ビームパルスの第１部分１ａの光学回路の周回数を大きくすることである。上述のようにこのパラメタは、放射ビームパルス１に対するビームスプリッタ２の透過度を選択することで制御される。光学回路の周回数を大きくすることにより、放射ビームパルスの第１部分１ａの大きさが大きくなる。放射ビームパルスの第１部分１ａは放射ビームパルスの（非反射の）第２部分１ｂの方向に反射され第２部分１ｂに結合されるので、結果として得られる結合放射ビームパルス５のパルス幅が大きくなる。しかし、図５の従来の装置を使用して増加される結合放射ビームパルスのパルス幅には限界がある。

図５の従来の装置には第１凹面鏡３及び第２凹面鏡４が組み込まれている。第１凹面鏡３及び第２凹面鏡４は通常、入射放射ビームパルスの９８％乃至９８．５％を反射する。図５に示されるように、放射ビームパルスの第１部分１ａは光学回路を１周する間に４回反射する。各凹面鏡３、４で２回ずつの反射である。よって、光学回路１周につき放射ビームパルスの第１部分１ａの強度は少なくとも６％低下する（最良の場合で１回の反射につき強度の損失が１．５％あり、４回の反射ではその４倍）。このため、第１放射ビームパルス１ａが第２放射ビームパルス１ｂに結合されて結合放射ビームパルス５を形成したときに、結合放射ビームパルス５の強度はミラー反射率が１００％である場合よりも実質的に低くなる。放射ビームパルスの第１部分１ａの周回数を（例えば結合放射ビームパルス５のパルス幅を大きくするために）大きくすると、結合放射ビームパルス５を形成すべく放射ビームパルスの第２部分１ｂに結合される各パルスの強度損失が大きくなってしまう。図５の従来の装置を使用して例えばパルス幅が８０ナノ秒の放射ビームパルス１を１５０ナノ秒のパルス幅へと長くすることが可能であるが、結合ビーム５の平均強度は元々の放射ビームパルス１の８０％となってしまう。これは凹面鏡３、４のそれぞれでの強度損失によるものである。同様にしてパルス幅を大きくする他の手法でも放射ビームパルス１の強度は実用的に使用できる水準よりも低くなってしまう。したがって、先行技術の装置及び方法において本質的な強度損失なく放射ビームのパルス幅を大きくすることができる方法及び装置を提供することが望ましい。

図６は、リソグラフィ装置において電磁放射パルスを制御する装置の一例を示す。この装置は、ビームスプリッタ１０、第１プリズム１１、及び第２プリズム１２を備える。第１プリズム１１はビームスプリッタ１０に対して一方に配置され、第２プリズム１２はビームスプリッタ１０に対してその反対側に配置される。放射源ＳＯはビームスプリッタ１０の方向に放射ビームパルス１を発する。

ビームスプリッタ１０は、放射ビームパルスの第１部分１ａを第１プリズム１１へと反射する向きに配置されている。第１プリズム１１は、放射ビームパルスの第１部分１ａを受けて第２プリズム１２の方向に向ける形状及び向きを有する。第２プリズム１２は、放射ビームパルスの第１部分１ａを受けてビームスプリッタ１０へと戻す形状及び向きを有する。放射ビームパルスの第１部分１ａがビームスプリッタ１０に到達すると光学回路を１周したことになる（例えば放射ビームパルスの第１部分１ａはビームスプリッタ１０からプリズム１１、１２を通ってビームスプリッタ１０に戻る経路を伝わる。）。

光学回路を１周してから、放射ビームパルスの第１部分１ａの一部は、ビームスプリッタ１０の透過特性によるが、装置内の光学回路をさらに周回する。光学回路を１周するたびに、放射ビームパルスの第１部分１ａのうち一部はビームスプリッタ１０によって放射ビームパルスの第２部分１ｂの方向に（すなわち共通の光軸に沿って）向けられる。このようにして方向が変更された放射ビームパルスの第１部分１ａは、ビームスプリッタ１０を透過した放射ビームパルスの第２部分１ｂよりも遅延して及び／または重なり合って第２部分１ｂに結合される。その結果、結合放射ビームパルス５は、放射源ＳＯから発せられた放射ビームパルス１よりも長いパルス幅を有する。

実施形態においては、プリズム１１、１２及びビームスプリッタ１０は、図１に示すリソグラフィ装置の一例に記載されているようなビーム搬送装置ＢＤまたは照明系ＩＬの一部を構成していてもよい。また、プリズム１１、１２及びビームスプリッタ１０は、放射源ＳＯに組み込まれていてもよい。さらに、電磁放射パルス制御装置は放射源ＳＯ、ビーム搬送装置ＢＤ、照明系ＩＬ、またはリソグラフィ装置のその他の部分の内部または周囲に独立して配置される装置であってもよい。

図６に示される装置は、図５に示される装置等の従来の装置よりも好ましい。この装置によれば、２つの光学的原理により、ビームスプリッタ１０で反射される放射ビームパルスの第１部分１ａが光学回路を周回するときの強度損失を低減できるという効果が得られる。その原理とは、全反射の原理と、ブルースター角に関連する原理とである。

図７は、図６に示す装置に組み込まれる第１プリズム１１を示す。図７において、放射ビームパルスの（反射された）第１部分１ａは、第１の角度２０で第１プリズム１１に入射する。図７からわかるように、第１プリズム１１は、第１の角度２０がブルースター角に等しくなる形状及び向きを有する。ブルースター角で物体（例えばプリズム）に入射する放射ビームのすべてのｐ偏光成分がその物体内部へと屈折され、その結果、反射されて失われるｐ偏光成分はない。リソグラフィ装置で使用される放射ビームはふつうｐ偏光されており、放射ビームパルスの（反射された）第１部分１ａもまたｐ偏光されているであろうと考えられる。よって、放射ビームパルスの第１部分１ａのすべてが第１プリズム１１内部へと屈折される。したがって、理論的には、放射ビームパルスの第１部分１ａが第１プリズム１１に入射して屈折するときに放射ビームパルスの第１部分１ａには強度損失がないであろう。

第１プリズム１１内部へと屈折された放射ビームパルスの第１部分１ａは、第１プリズム１１の内部の側面で２回反射する。放射ビームパルスの第１部分１ａはまず、第２の角度２１で第１プリズム１１の表面に入射する。この第２の角度２１は、第１プリズム１１の臨界角に等しいかそれよりも大きい。よって、放射ビームパルスの第１部分１ａは全反射をすることになる。理論的には全反射は無損失であるから、放射ビームパルスの第１部分１ａには反射による強度損失が生じない。放射ビームパルスの第１部分１ａは次に第１プリズム１１の別の表面で反射する。放射ビームパルスの第１部分１ａはこの表面に第３の角度２２で入射する。第３の角度２２も第１プリズム１１の臨界角に等しいかそれよりも大きい。よって、放射ビームパルスの第１部分１ａの全反射が保証される。したがって、少なくとも理論的には放射ビームパルスの第１部分１ａの反射は無損失であり、放射ビームパルスの第１部分１ａには強度損失が生じない。第２の角度２１と第３の角度２２とを等しくすることにより、２回の内部反射を全反射にするのに必要とされる放射ビームパルスの第１部分１ａの第１プリズム１１への入射角度の許容範囲（例えば安全マージン）を同じにしてもよい。

放射ビームパルスの第１部分１ａはさらに第４の角度２３でプリズムの別の表面に入射する。この第４の角度２３は第１プリズム１１のブルースター角に等しい。よって、放射ビームパルスの第１部分１ａのすべてのｐ偏光成分は第１プリズム１１を取り巻く媒体（例えば空気、または真空に近い低圧環境）へと屈折される。第１プリズム１１の本体内部へと反射または屈折される成分は実質的に存在しない。放射ビームパルスの第１部分１ａはｐ偏光成分のみを含むからである。したがって少なくとも理論的には、プリズム１１から発せられる放射ビームパルスの第１部分１ａには強度損失が生じていない。

図７においては、放射ビームパルスの第１部分１ａの第１プリズム１１への入射位置は、放射ビームパルスの第１部分１ａの第１プリズム１１からの出射位置とは離れている。つまりオフセットがある。このオフセットは、第１プリズム１１を出た放射ビームパルスの第１部分１ａがビームスプリッタ１０に入射せずに第２プリズム１２に入射するようにするために設けられている（図７参照）。

したがって少なくとも理論的には、放射ビームパルスの第１部分１ａが第１プリズム１１に入射し第１プリズム１１内部で屈折（または反射）して第１プリズム１１から出射されるに際して強度損失が生じない。この原理は、放射ビームパルスの第１部分１ａが図６に図示されるように第２プリズム１２に入射し第２プリズム１２内部で屈折して第２プリズム１２から出射されるに際にも同様に適用される。よって少なくとも理論的には光学回路を１周しても放射ビームパルスの第１部分１ａには強度損失が生じない。しかしながら、現実には種々の要因でいくらかの強度損失が生じうる。その要因には例えば各プリズム１１、１２の表面粗さなどがある。これを考慮しても、プリズムごとの総強度損失はせいぜいおよそ０．３％であり、光学回路を１周したときの放射ビームパルスの第１部分１ａの強度損失は約０．６％である。この損失は従来の装置とはまったく対照的である。例えば図５に示される装置では光学回路１周の放射ビームパルスの強度損失は６％である。したがって、本発明の実施形態によれば、従来の装置に比べて強度損失を低減しつつ結合放射ビームパルスのパルス幅を伸ばすことができる。

図８もまた図６の装置に組み込まれる第１プリズム１１を示す。図８は概ね図７と同様であり、対応する要素には同じ参照符号を付している。また、これまでの実施形態の説明、つまり例えば放射ビームパルスの第１部分１ａの第１プリズム１１への入射角度や屈折角度、反射角度等は同様に適用可能である。しかし、図７の実施形態とは異なり、放射ビームパルスの第１部分１ａはｐ偏光されているのではなく非偏光である。図８においては、放射ビームパルスの第１部分１ａが第１プリズム１１にブルースター角２０で入射すると、放射ビームパルスの第１部分１ａの一部３０が第１プリズム１１内部へと屈折されずに第１プリズム外部へ反射される。放射ビームパルスの第１部分１ａが非偏光でありｓ偏光成分の一部が反射されるからである。同様に、放射ビームパルスの第１部分１ａが第１プリズム１１からブルースター角２３で出射するときにも、放射ビームパルスの第１部分１ａの一部３１が第１プリズム１１を取り巻く媒体へと屈折されずに第１プリズム１１とその周囲の媒体との界面で反射する。放射ビームパルスの第１部分１ａが非偏光でありｓ偏光成分の一部が反射されるからである。よって、放射ビームパルスの第１部分１ａの強度損失を最小化するには、放射ビームパルスの第１部分１ａ（及び／または、第１部分を得るための放射ビームパルス）がｐ偏光されていることが好ましい。

図６に示される装置は２つのプリズムを有するという特徴を備える。しかし、他の構成を用いてもよく、例えば従来の装置のミラー（例えば、放射ビームの方向を変える何らかの方向変更素子）の１つをプリズムに置き換えてもよい。この構成（すなわちミラー及びプリズムの両方をもつ装置）では、プリズムのみを備える装置ほどには強度損失は低減されないが、それでも従来の装置に強度損失の低減をもたらすことができる。また、２つよりも多数のプリズムが装置に組み込まれていてもよい。例えば、１つのプリズムに代えて２つのプリズムを設け、これら２つのプリズムの間隔を調整して上述のオフセットを所望の大きさとしてもよい。実施形態においては、２つのプリズムは９０度プリズムでも９０度ブルースタープリズムであってもよく、あるいは当業者に明らかな他のいかなるプリズムであってもよい。

図９は、リソグラフィ装置において電磁放射のパルス幅を制御する装置の一例を示す。図９においては、この装置は、ミラーブロック１００と第１プリズム１１０とを備える。放射源ＳＯは放射ビームパルス１０００をミラーブロック１００の方向に第１の光軸２０００に沿って発する。

ミラーブロックの第１表面１００ａは、放射ビームパルスの第１部分１０００ａを第１プリズム１１０に向けて反射する向きを有する。第１プリズム１１０は、放射ビームパルスの第１部分１０００ａを受けてミラーブロックの第２表面１００ｂに向ける形状及び向きを有する。また、第１プリズム１１０は、放射ビームパルスの第１部分１０００ａがブルースター角で第１プリズム１１０に入射しかつ第１プリズム１１０から出射し、放射ビームパルスの第１部分１０００ａが第１プリズム１１０において全反射をする形状及び向きを有する。ミラーブロックの第２表面１００ｂは、放射ビームパルスの第１部分１０００ａを第１の光軸２０００に平行にかつ放射源ＳＯから離れるように反射する向きを有する。

放射ビームパルスの第１部分が第１プリズム１１０に向けられる一方、放射ビームパルスの第２部分１０００ｂはミラーブロック１０００で反射せずに通過する。放射ビームパルスの第１部分１０００ａが第１プリズム１１０で屈折されプリズムの第２表面１１０ｂで反射されるまでに、放射ビームパルスの第２部分１０００ｂは第１部分１０００ａを通過して追い抜いている。つまり放射ビームパルスの第１部分１０００ａのほうが長い経路を有する。放射ビームパルスの第１部分１０００ａ及び第２部分１０００ｂが互いに平行な方向にかつ第１の光軸２０００に沿う同じ方向に伝わるまでに、放射ビームパルスの第１部分１０００ａには第２部分１０００ｂよりも遅れが生じている。よって、結合パルス１５００が生成されると、つまり放射ビームパルスの第１部分１０００ａと第２部分１０００ｂとが組み合わされると、結合パルス１５００のパルス幅は放射ビームパルスの第１部分１０００ａ及び第２部分１０００ｂのいずれのパルス幅よりも長い。

プリズム１１０及びミラーブロック１００は、図１に示すビーム搬送装置ＢＤまたは照明系ＩＬの一部を構成していてもよい。また、プリズム１１０及びミラーブロック１００は、放射源ＳＯの一部であってもよい。さらに、電磁放射パルス制御装置は放射源ＳＯ、ビーム搬送装置ＢＤ、照明系ＩＬ、またはリソグラフィ装置のその他の部分の内部または周囲に独立して配置される装置であってもよい。

図９に示されるのは、放射ビームパルスのパルス幅を大きくするために光学素子（例えばプリズム）を用いる電磁放射パルス制御装置の一例にすぎない。図９の装置はプリズムを備えるので、全反射の原理及びブルースター角に関する原理による利点を得られる。一般に放射ビームパルスは分割素子（例えばビームスプリッタ、ミラー、ミラーブロックなど）により少なくとも２つの部分に分割される。これら複数部分のうち１つの光路長は、その部分をプリズムへと向けプリズムで屈折させることで長くなる。そして、２つの部分が方向変更素子（例えばミラー、プリズム、レンズ、ビームスプリッタなど）により共通方向（すなわち共通の光軸に平行な方向）に向けられて、これら２つの部分のいずれよりも長いパルス幅を有する結合放射ビームパルス（またはパルス列）が生成される。

図１０は、リソグラフィ装置において電磁放射のパルス幅を制御する装置をもう一例示す。図１０は図９の実施例と概ね同様であり、対応する要素には図９と同じ参照符号を付す。図１０では、図９のミラーブロック１００が２つのプリズム２００、２１０に置き換えられている。プリズム２００、２１０は、放射ビームパルスの第１部分１０００ａが各プリズム２００、２１０にブルースター角で入射及び出射しかつ各プリズム２００、２１０の内部で全反射をして（例えば図９のミラーブロックを使用する場合と比べて）強度損失が最小となる形状及び向きを有する。

図１１は、リソグラフィ装置において電磁放射のパルス幅を制御する装置の更なる一例を示す。図１１は図１０の実施例と概ね同様であり、対応する要素には図１０と同じ参照符号を付す。図１１では、図１０の第１プリズム１１０が２つのプリズム３００、３１０に置き換えられている。プリズム３００、３１０は、放射ビームパルスの第１部分１０００ａが各プリズム３００、３１０にブルースター角で入射及び出射しかつ各プリズム３００、３１０の内部で全反射をして強度損失が最小となる形状及び向きを有する。放射ビームパルスの一部を受けてある方向に向ける単一のプリズム（例えば図１０の第１プリズム１１０）を設計及び製作するよりも、２つの分離されたプリズム３００、３１０でそうするほうが容易であろう。

上述の説明はプリズムの形状、寸法、及び向きの正確な値を与えるものではないと理解されたい。また、放射ビームパルスの第１部分のプリズムへの入射角度、屈折角度、出射角度についても正確な値を与えるものではないと理解されたい。これらの変数は当業者が容易に計算しうる。上述のプリズムの形状及び向きは図示されたものには限られない。他の種々の形状のプリズムで実現可能であり、またこれらプリズムの向きや入射角度、屈折角度等も種々実現可能であることは当業者にとって明らかである。

また、放射ビームがプリズムで反射、屈折、入射、または出射する位置でそのプリズムを保持するべきではない。プリズム保持装置（例えばクランプ）が放射ビームの特性に影響しうるからである。例えば、物体の内部反射面に別の物体または表面が近づくと、その内部反射面から放射が漏れてしまうおそれがある。プリズムの特定の位置で放射ビームを内部反射させようとする場合において、仮にクランプもその位置に存在すると、放射ビームは不完全な内部反射をするおそれがある。これは例えば、その位置の周囲のプリズム材料の屈折率が変化してしまうからである。

電磁放射パルス幅制御装置をリソグラフィ装置に関連して説明した。リソグラフィ装置は光リソグラフィ装置であってもよいし、インプリントリソグラフィ装置であってもよい。電磁放射パルス幅制御装置はリソグラフィ装置の一部でなくてもよいし、リソグラフィ装置とともに使用されなくてもよい。電磁放射パルス幅制御装置は、放射ビームパルスのパルス幅を大きくすることが望ましいいかなる状況においても使用することができる。

ここでは特に光学的なリソグラフィを本発明に係る実施形態に適用したものを例として説明しているが、本発明は例えばインプリントリソグラフィなど文脈が許す限り他にも適用可能であり、光学的なリソグラフィに限られるものではない。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィーが基板に生成されるパターンを決める。パターニングデバイスのトポグラフィーが基板に塗布されているレジスト層に押し付けられ、電磁放射や熱、圧力、あるいはこれらの組み合わせによってレジストが硬化される。レジストが硬化されてから、パターニングデバイスは、パターンが生成されたレジストから外されて外部に移動される。

［結語］
本発明の種々の実施例を上に記載したが、それらはあくまでも例示であって、それらに限定されるものではない。本発明の精神と範囲に反することなく種々に変更することができるということは、関連技術の当業者には明らかなことである。本発明の範囲と精神は上記で述べた例示に限定されるものではなく、請求項とその均等物によってのみ定義されるものである。

「課題を解決する手段」及び「要約書」の項ではなく「発明の詳細な説明」の項が請求項を解釈するのに使用されるように意図されている。「課題を解決する手段」及び「要約書」の欄は本発明者が考えた本発明の実施例の１つ以上を示すものであるが、すべてを説明するものではない。よって、本発明及び請求項をいかなる形にも限定するものではない。

リソグラフィ装置を示す図である。 リソグラフィ装置を示す図である。 基板にパターンを転写するモードの１つを示す図である。 光学エンジンの配列を示す図である。 リソグラフィ装置において放射ビームのパルス幅を大きくする従来の装置を示す図である。 放射ビームのパルス幅を大きくする装置の一例を示す図である。 図６に示される装置に使用され得る光学素子を示す図である。 図６に示される装置に使用され得る光学素子を示す図である。 放射ビームのパルス幅を大きくする装置の一例を示す図である。 放射ビームのパルス幅を大きくする装置の一例を示す図である。 放射ビームのパルス幅を大きくする装置の一例を示す図である。

符号の説明

Ｂ 放射ビーム、 Ｃ 目標部分、 ＩＬ 照明系、 ＰＤ パターニングデバイス、 ＰＳ 投影系、 ＳＯ 放射源、 Ｗ 基板、 ＷＴ 基板テーブル。

Claims (16)

1. 電磁放射パルスを第１部分と第２部分とに分割する分割素子と、
   電磁放射パルスの第１部分を受けて屈折させて発するプリズムと、
   プリズムから受け取った電磁放射パルスの第１部分と、電磁放射パルスの第２部分と、を共通の光軸に平行な方向に向ける少なくとも１つの方向変更素子と、を備えることを特徴とする電磁放射パルス幅制御装置。
2. 前記プリズムは、電磁放射パルスの第１部分が実質的にブルースター角で前記プリズムに入射する形状または向きを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記プリズムは、電磁放射パルスの第１部分が前記プリズムの少なくとも１つの表面で実質的に全反射をする形状または向きを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記プリズムは、電磁放射パルスの第１部分が前記プリズムから出射する位置において該第１部分が前記プリズムの表面に実質的にブルースター角で入射する形状または向きを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記プリズムは、電磁放射パルスの第１部分が前記プリズムに入射する位置から離れた位置において該第１部分が前記プリズムから出射する形状または向きを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記分割素子は、ビームスプリッタ、半透明ミラー、ミラー、またはミラーブロックを備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記方向変更素子は、ビームスプリッタ、半透明ミラー、ミラー、またはミラーブロックを備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記分割素子は、
   （１）電磁放射パルスの第１部分を反射しかつ電磁放射パルスの第２部分を反射するか、
   （２）電磁放射パルスの第１部分を反射しかつ電磁放射パルスの第２部分を透過させるか、または
   （３）電磁放射パルスの第１部分を透過させかつ電磁放射パルスの第２部分を反射することを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記方向変更素子は、
   （１）電磁放射パルスの第１部分を反射しかつ電磁放射パルスの第２部分を反射するか、
   （２）電磁放射パルスの第１部分を反射しかつ電磁放射パルスの第２部分を透過させるか、または
   （３）電磁放射パルスの第１部分を透過させかつ電磁放射パルスの第２部分を反射することを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記方向変更素子は、電磁放射パルスの第１部分及び第２部分の向きを前記共通の光軸に沿うように変えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 電磁放射パルスがｐ偏光されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
12. 電磁放射パルスの第１部分がｐ偏光されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
13. リソグラフィ装置の一部であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
14. 放射源の一部であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
15. 放射源がレーザであることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 電磁放射パルスのパルス幅を制御する方法であって、
    （ａ）電磁放射パルスを第１部分と第２部分とに分割し、
    （ｂ）電磁放射パルスの第１部分を受けて屈折させて発するようプリズムを使用し、
    （ｃ）ステップ（ｂ）後の電磁放射パルスの第１部分と、電磁放射パルスの第２部分と、を共通の光軸に平行な方向に向けることを含むことを特徴とする方法。

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