JP4054424B2 - 光学レンズ又はミラートレインにおけるフーリエ操作の方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的空間フィルタリングの分野に関する。より詳しくは本発明は、空間フィルタリング特性が高度の多方面有用性及び正確性をもって動的に制御しうるところのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面上に光像を投影するシステムは、幅広い用途を持っている。これらの用途は、顕微鏡およびフォトリトグラフィを含む。これらの分野において、高度の解像度および動的適合性が重要である。解像度を上げる１つの方法は、空間フィルタリング（spatial filtering ）として知られている。試料の空間フーリエ変換の種々の領域において光の振幅または位相を修飾する（フィルターする）ことによって、光像における明瞭さ、解像度及び見え方を種々に変えることができる。もし光源が小さいサイズの対角（subtended angle ）を有するならば、空間フーリエ変換が最も正確に作られる。もし光が空間的かつ時間的に高度にコヒーレントならば、最大の空間的周波数識別が空間フィルタリングにより得られる。点源からの光は空間的に高度にコヒーレントであり、単色光は時間的に高度にコヒーレントである。二つのタイプが空間フィルタリングにおいて有用である。更に、二つのタイプは、ピンホールを通しレンズにより焦点されたレーザービームの使用により、容易に得られる。
【０００３】
フーリエスペクトルの特徴は、像支持媒体における振幅トランミッタンス及び位相の空間的分布から予言できる。像支持媒体の振幅トランスミッタンス特徴は、フーリエ分析によってそのサイン波成分及びコサイン波成分に分解されることができ、その各々は或る空間的周波数、振幅、方位的配向及び位相を有する。試料中の各点は、光の任意の所与の波光について、透過性における特定の空間的周波数を示す。試料の各点における強度は、透過性の対応する空間的周波数成分の振幅の２乗に比例する。高い周波数及びエッジ鋭さの情報は、フーリエ変換面において、低い周波数情報及び透過性の大きなエリアコントラストを表わす光の点よりも、光学軸からより離れて在る光の点により表わされる。
写真的透過性の投影された像のエッジ鋭さ及び微細コントラスロを増す目的のために、或るタイプの空間フィルターがフーリエ変換面に挿入されうる。そのようなフィルターは、ゼロ周波数及び低周波数領域において光の一部分（たとえば強度において１／４、又は振幅において半分）を、何らかの予め選択したパターン（ドットパターン、可変密度のエリアなど）で透す、光吸収性媒体を有する透明な光学的に平らなガラス板よりなることができる。
【０００４】
空間フィルタリングは、コヒーレントまたは部分的コヒーレント光を用いて行われうるが、空間周波数識別は、光が高度にコヒーレントな場合に最大である。もし、興味の特定の用途において高い識別が要求されないのなら、コヒーレントの程度は、光強度を増す手段として実質的に低下されることができる。効果的なソースは、照明されているピンホールであり、もしピンホールの大きさが増大される及び／又は光の波長帯幅が増大されるなら、空間周波数識別はその最少要求値に低下されうる。部分的コヒーレント光を用いると、空間フィルタリングは、空間周波数に関して常に徐々である。空間周波数に関する急激な変化は、高度にコヒーレントな光を用いてのみ可能である。しかし、徐々のタイプが多くの実用において十分である。コヒーレントの減少は、多くの光源において、強度の大きな増大を伴い、これは重要な実用的利点でありうる。
【０００５】
光空間フィルタリングの１つの利点は、空間フィルターの解像度が重大ではないことである。事実、フーリエ面におけるビーム操作は、像源のスケールよりもはるかに大きなスケールで起きてもよい。
【０００６】
空間フィルタリングは典型的には、試行錯誤のアプローチで行われる。投影された像が研究され、欠陥が決定され、そして種々の矯正アプローチが試みられる。矯正アプローチはしばしば、所望の結果が得られるまで空間フィルタリングのための標準パターンの種々の組合せを試すことより成る。このアプローチは、限られた数の特定された欠陥及びフィルタリング解法が取扱われるという理由のみで、実際的である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上述のパターン組合せを導入できるのみでなくて、特定のソース像及び像平面特性のために組合せを微細調節する方法を提供する、動的に調製できるシステムを提供することが望まれる。そのようなシステムの別の望ましい特徴は、特定された欠陥に対する新規なフィルタリング解法を探索する能力であろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、像を投影しかつ動的に修変するための光学的系を考えている。該系は好ましくは、コヒーレント光の源、窓要素、像要素、及び最終的像平面を含む。コヒーレント光ビームは、空間フーリエ変換を受け、本発明に従う窓要素を通り、第２の空間フーリエ変換を受け、像要素を通り、そして最終的像平面に当る。
【０００９】
本発明は、空間フィルタリングのためにフーリエ面において窓要素を組入れる光学系を含む。窓要素は、複数のピクセルを含み、ピクセルの各々は、その透過性又は反射性の状態に関して個別にアドレスできかつ形成できる。窓は、光学系により提供された最終像のフーリエスペクトルを変えるために位置づけられる。本発明に従うピクセルの使用は、空間フィルタリング適合性及び正確性における実質的改善を与える。コンピュータ及びセンサーと組み合わされると、窓はネガティブフィードバックループの一部となり、よれにより光学系に、より一貫した再現性、小さい劣化を伴うより高い信頼性、及び最終結果に対するより正確な制御を与える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の他の目的及び利点は、下記の詳細な説明を読み、添付図面を参照すると明らかであろう。
【００１１】
本発明は、種々の修飾及び改変を受けることができ、その特定の実施態様が例示として図に示され、詳細に説明される。しかし、図面及びそれの詳細な説明は、本発明をその特定の形態に限定するためのものではなく、逆に本発明は請求の範囲に定義した本発明の精神及び範囲に入る総ての修飾、均等物及び変化を包含するものである。
【００１２】
図１は、本発明の好ましい実施態様に従う空間フィルタリングを用いる光学系を示す。この光学系は、レンズ１２、開口１８を有する板１６、本発明に従う空間フィルター２４を有する照明コリメータシステム２２、フォトプレート３６、対物レンズ系３０、及び最終像板３２と光連絡している光源１０を含む。下記するように、空間フィルター２４は、個々にアドレスできる複数のピクセルを含み、空間フィルタリング適合性及び正確性における実質的改善を与える。好ましい実施態様において、光源１０は、コヒーレント電磁放射の源としてのレーザーを含む。他のタイプの光源、たとえばアークランプまたは超蛍光ファイバー源（ＳＦＳ）も用いられうる。レーザー１０は、光のコヒーレント線を作り、これは板１４内の一点にレンズ１２によって焦点される。極めて小さい開口１８を有する板１６が、板１４内に位置される。板１６の開口１８は、入射光の一部のみがそこから出ることを許す。開口１８を通過する光は、照明コリメーターレンズ系２２により受けられる。開口１８から出る光は、以下では、点源から実効的に出ていると考えられる。
【００１３】
照明コリメーターレンズ系２２は、レンズ２０及びレンズ２６を含む。レンズ２０は、空間フーリエ変換を実行するように構成され、そうするときにレンズ２０とレンズ２６の間の領域で光を実質的に平行にする。空間フィルター２４は、先述した領域に位置されて、受像面３２において投射された像のコントラスト及びシャープさ特性を修飾する。レンズ２６は、第二のフーリエ変換を行うよう構成され、光線をフォトプレート３６において１点に集中させる。
【００１４】
フォトプレート３６は好ましくは、クロムを被覆された透明石英のスライドである。しかし、フォトプレート３６は、像を支持する任意の形の透過性（白黒、色、ネガ又はポジ）でありうる。照明コリメーターレンズ系２２から出た光は、フォトプレート３６を通過して対物レンズ系３０に与えられる。レンズ系３０は、受像面３２上にフォトプレート３６の実像を形成する。受像面３２は、スクリーン、又は感光物質たとえば写真フィルムまたはフォトレジストをコートされたウエハーでありうる。
【００１５】
空間フィルター２４は、光ビームの空間成分を選択的に通す。好ましくは、光の軸方向に対称な成分を通すことが、光源における実効形状、大きさ及び光強度の分布を修飾する有用な方法である。修飾された光源は次に、フォトプレート３６上に投射される。光源の修飾は、面３２上に像を結ばれた線の解像度を上げるために行われうる。同時に、像におけるより広いエリアの明るさ及び全体的コントラストを変えるために修飾を行うことができる。これは、下記のようにして行われる。
【００１６】
照明コリメータ２２は、板１４内の点源の空間フーリエ変換を行う。レンズ２０とレンズ２６の間の領域において、光ビームの一部の強度は、１つの空間スペクトル成分の振幅を表わす。低周波数空間成分は、中心の近く及び光学軸に近く在る。中間周波数空間成分は、センターから、より大きい距離にあり、高周波数成分は、中心から最大の距離にある。光学軸からの距離は、空間周波数に及び光の波長に比例する。これら周波数の望ましい例示的パターンを、プレート３４の形で図示的に示す。望まれるパターンは、面３２に投影された像への所望の変更に基づいて選ばれる。エッジの鋭さの向上は、低周波数空間成分に比べて高周波数空間成分を優先的に通すことにより達成されうる。
【００１７】
示したパターンは、矩形の像のためのものであるが、そのような限定は意図されていない。実際、この系の多能性は、６角形パターンを含む新規な像パターンを用いる使用のために、この系を理想的にする。そのような６角系パターンのクラスが、ミッチェル ディー．ロストカーらにより1995年８月21日に出願された米国特許出願08/517,142号、発明の名称「６角形構成」に例示されており、これは引用することにより完全に本明細書に取り込まれる。この特許は、６角形セルを用いるマイクロエレクトロニック集積回路構造を記載する。また、セルよりなるクラスターを形成しうる３角及び平行四辺形のデバイスも記載されている。更に、互に６０度だけ角度的に離された３方向に誘導通路を与えるトリダイアゴナルルーチング法が記載されている。６角形構造においてエッジの鋭さを増すことは、典型的に、矩形パターンにおけるエッジ鋭さを増すための空間フィルターとは実質的に異なる空間フィルタリングパターンを必要とする。
【００１８】
本発明の好ましい実施態様に従い、空間フィルター２４は、それぞれ個別にアドレスできかつ造形できる多数のピクセルより成る窓（すなわち、透明な又は反射性の物質の枠）である。ピクセルは、変化する透過性の複数の状態の１つに選択的に置かれうる。窓の動作の実施は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）又は磁気‐光学技術を用いうる。窓はまた、米国特許5,337,183 （ローゼンブラット、1994年８月９日、これを引用することにより本明細書に完全に組み入れる）に記載されているように、誘導物質のスタックの光学路長の物理的操作を用いる技術を取り入れうる。他の技術もまた、用いうる。
【００１９】
コンピュータ３８又は他の制御デバイスが、空間フィルター２４を成すピクセルの状態を制御するために用いられる。好ましい実施態様において、コンピュータ３８は、ユーザーインターフェース４０によりプログラムされうる汎用コンピュータである。プログラミンは、空間フィルター２４の極めて多様な制御を可能にし、たとえば時間的に変る空間フィルタリング特性が望ましいときにそうである。コンピュータ３８はまた、好ましくはセンサー４２に接続され、センサー４２は像面２２における最終像の特性を測定すべく構成される。センサー４２は、像３２における最終像の特性を測定し、そして対応する信号をコンピュータ３８に与える。センサー４２は、像をコンピュータ３８に与えるテレビジョンカメラ、または角度の関数として明るさの情報を与えるストリップラインセンサーの形を取りうる。コンピュータ３８は、センサー４２からの信号を受け、空間フィルター２４に制御信号を与えて、空間フィルター２４を成すピクセルの１以上の透過性を制御する。このことは、空間フィルター２４のフィードバック制御のためのメカニズムを提供する。
【００２０】
フィードバック制御は、極めて正確な空間フィルタリング調節を可能にする。この構成において、コンピュータ３８は、明るさ、コントラスト、シャープさ、ふち取り（fringing）及び優先的配向を包含しうる望ましい空間フィルタリング特性の機能を迅速に最適化できる。更に、該機能は、種々の像及び最終像媒体のために迅速に調節されうる。たとえば、或るフォトレジストコーティングは、より高いコントラストを必要とし、あるいは或る像は所与の配向における線のために優先的強調を必要とするかも知れない。全体として、本発明の光学系は、より一貫した再現性、小さな劣化を伴う、より高い信頼性、及び最終像に対するより正確な制御を与える。
【００２１】
上記の実施態様に加えて、空間フィルター２４は、変化する反射性を有しうるピクセルの窓として用いられうることが認識されよう。すると空間フィルタリングは、所望の周波数成分を選択的に透過するのではなくて所望の周波数成分を選択的に反射することにより起きる。
【００２２】
上記を十分に理解すれば、種々の他の変化及び修飾が、当業者には明らかとなる。請求の範囲は、そのよう変化及び修飾をすべて包含することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】単一の効果的な光源を作るためにレーザーとピンホールが用いられているところの、動的に調節可能な空間フィルタリング系を示す光学系の図示的表示である。

Claims (12)

1. コヒーレント光のビームを発生する光源、
   該ビームを受け、該ビームの空間フーリエ変換をフーリエ面において与え且つ該フーリエ変換されたビームを平行光にする第１の光学要素、
   ２つの状態の１つに動的にセットされうる、一つの光学特性を夫々有する、個々にアドレスできるピクセルを有する空間フィルター、ここで該空間フィルターは前記平行にされたビームを空間フィルタリングする、
   前記空間フィルタリングされたビームを受け、該ビームの第２の空間フーリエ変換を与え且つ該第２のフーリエ変換されたビームを集光する第２の光学要素、
   前記集光されたビームを受けて通過させるフォトプレート、及び、
   前記フォトプレートを通過したビームが前記フォトプレートの像を結ぶ受像面
   を含む、光学系。
2. 前記光源と第１の光学要素の間に入れられて、点源を形成する第２の像源をさらに含む、請求項１記載の光学系。
3. 前記フォトプレートと、前記受像面の間に対物レンズ系をさらに含む、請求項１または２記載の光学系。
4. 上記光学要素の少なくとも１つがレンズである請求項１〜３のいずれか１項記載の光学系。
5. 前記第１の光学要素及び第２の光学要素が凸レンズである、請求項４記載の光学系。
6. 前記空間フィルターを制御するよう接続されたコンピュータ、及び、コンピュータに指示するためのユーザーインターフェース
   を更に有する請求項１〜５のいずれか１項記載の光学系。
7. 前記フォトプレートの像の、明るさ、コントラスト、シャープさ、ふち取り、及び優先的配向から選ばれる少なくとも１つをモニターするセンサーをさらに有し、該センサーは前記コンピュータに接続されている、請求項６記載の光学系。
8. 前記コンピュータが、前記空間フィルターの１以上のピクセルの透過性又は反射性を制御する請求項６または７記載の光学系。
9. 請求項１〜８のいずれか１項記載の光学系を備えた光学装置。
10. 光のビームの空間フーリエ変換ビームをフーリエ面に与え且つ該フーリエ変換ビームを平行光にする第１の光学要素に光のビームを通すこと、
    ２つの状態の１つに動的にセットされうる、一つの光学特性を夫々有する、個々にアドレスできるピクセルを有する空間フィルターを用いて、前記平行にされたビームを空間フィルタリングすること、
    前記空間フィルタリングされたビームを、該ビームの第２の空間フーリエ変換を与え且つ該第２のフーリエ変換されたビームを集光する第２の光学要素に通すこと、
    前記集光されたビームをフォトプレートに通すこと、及び
    前記フォトプレートの像を受像面に結像させること
    を含む、像を形成する方法。
11. 第１の光学要素に光ビームを通す前に、第２の像源を通して、光のソースビームを点源にすることを更に含む請求項１０記載の方法。
12. 前記フォトプレートの像の明るさ、コントラスト、シャープさ、ふち取り、及び優先的配向から選ばれる少なくとも１つをモニターして、前記空間フィルターのピクセルの１以上の、透過性又は反射性をフィードバック制御すること、をさらに含む、請求項１０または１１記載の方法。

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