JP4695711B2 - 連続直接書込み光リソグラフィ - Google Patents

Description

関連出願

（関連出願の相互引用）
本願は２００２年８月２４日に出願された米国特許仮出願第６０／４０６，０３０号の利益を主張するものであり、その全体を参照により本願に組み入れる。

本発明は光リソグラフィの分野に関し、特に、次の基板上への印刷パターンに関する。基板にはウエハ、プリント基板、フラット・パネル・ディスプレイ、マスク、レチクルなど、さらには雑誌、新聞、本の複写に用いられる板型なども含まれる。

半導体産業はリソグラフィ・プロセスのために非常に高価なステッパ・ツールを使用する。さらに、このプロセスには非常に高価なレチクルが用いられる。レチクルのコストによって（特注の特定用途向け集積回路などの）チップの少量生産を非常に高価なものにしていた。半導体産業はより低コストのリソグラフィ・プロセスを必要としている。さらに、リソグラフィ・パターンが変わる度に、新しいレチクルを製造するのに数日以上必要となる。半導体産業はパターン変更に迅速に対応できるリソグラフィ・プロセスを必要としている。

プリント基板（ＰＣＢ）産業はそのリソグラフィ・プロセスに関して同様の問題を抱えている。また、ＰＣＢ産業に使用される基板は、小面積基板への高解像度リソグラフィ・プロセスの使用とステッパ・ツールの使用を制限する歪みを製造中に受ける。歪みが基板によって異なる大きなプリント基板に対して、パターンを迅速かつ経済的にその歪みに対応するように調整できる高解像度リソグラフィ・プロセスが必要である。

Ｎｅｌｓｏｎに与えられた米国特許第５，３３０，８７８号、第５，５２３，１９３号、第５，４８２，８１８号、第５，６７２，４６４号は基板をパターニングする方法と装置を記載している。この装置はレチクルの代わりに空間光変調器（spatial light modulator:ＳＬＭ）、特定的にはＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社の可変ミラー・デバイス（deformable mirror device:ＤＭＤ）を使用する。ＤＭＤは個々に制御可能な反射素子のアレイである。ＤＭＤの像が結像レンズによって基板上に投影される。ＤＭＤの個々の素子が、光を基板上に投影するように、結像レンズに光を反射するか否かはコンピュータによって決定される。このため、基板上に投影されたパターンはコンピュータで制御され、かつ容易に変更できる。半導体産業やＰＣＢ産業両者の高分解能でかつ高い生産量の要件を満たすには、このアプローチに改善が必要である。さらに、生産量を増大させかつ高分解能要件を満たしながら、装置のコストを抑えるための進歩が必要である。

本発明は感光性基板をパターニングする装置と方法を提供する。本装置は空間光変調器、ＳＬＭを照射する光源、基板上にＳＬＭの像を投影する結像光学系、基板表面にわたって像を移動させる手段を備える。ＳＬＭは基板に到達する光のパターンを制御する。ＳＬＭは、個々にスイッチング可能な、すなわち２つ以上の状態の間でスイッチング可能な素子の少なくとも１つのアレイを備える。ＳＬＭは回折素子又は透過素子のいずれかでよい。光源はアーク灯、ＬＥＤ、又は連続レーザなどの連続光源である。ただ、レーザ・パルス周波数がＳＬＭの素子のスイッチング周波数よりも著しく高い場合は、準連続レーザであってもよい。像を移動させる手段はＳＬＭ又は基板のいずれかを上に設置するステージである。基板が可撓膜又はそれに類似するものである場合、リール・ツー・リール機構(reel to reel mechanism)を用いて移動させるようにしてもよい。像が基板の表面を横切って移動する間、基板上のピクセルが順に空間光変調器の複数の素子からある量のエネルギーを受け取るように、空間光変調器の素子がスイッチングされ、これにより基板表面上に潜像が形成される。結像光学系はテレセントリックでよい。

好適な実施態様では、結像光学系はサブピクセルの解像度のフィーチャ・エッジの配置を可能にしながら空間光変調器の不鮮明な像を基板上に投影するように構成される。この不鮮明さは、結像光学系の焦点を調整すること、結像光学系の開口数を調整すること、ＳＬＭと基板との間に拡散体を加えること、ＳＬＭと基板との間にマイクロレンズ・アレイを加えること、あるいはこれらを組み合わせて行うことによって実現できる。

好適な実施態様では、空間光変調器が連続的に照射され、空間光変調器の像が連続的に基板上に投影され、かつその像は基板の表面にわたって連続的に移動される。

いくつかの実施態様では、ＳＬＭは複数のエリア・アレイを含む。これに対応する結像光学系は単一の投影レンズ・システム又は複数の投影レンズ・システムでよい。複数の投影レンズ・システムの場合、エリア・アレイの数は投影レンズ・システムの数より大きく、投影レンズ・システムの数はエリア・アレイの数の約数であることが好ましい。さらに、複数のエリア・アレイは１つの線でもよいが、アレイの配置が線毎に交互にずらされた複数の線として配置されてもよい。複数の線として配置される場合、結象光学系のより多くの結像領域を利用でき、結果的に基板のより効率的な露光を得ることができ、露光中にＳＬＭの投影像を基板にわたって蛇行して移動させる必要性が低減される。

可動基板を備えた本発明の光リソグラフィ・ツールを示す略図である。 可動空間光変調器を備えた本発明の光リソグラフィ・ツールを示す略図である。 可撓膜基板を備えた本発明の光リソグラフィ・ツールを示す略図である。 テレセントリック投影光学系を示す図１の光リソグラフィ・ツールの第１の実施形態の詳細な略図である。 複数のエリア・アレイ及びそれに対応する投影光学系の複数のセットを備えた空間光変調器を示す、図１の光リソグラフィ・ツールの第２の実施形態の詳細な略図である。 複数のエリア・アレイ及びテレセントリック投影光学系の単一のセットを備えた空間光変調器を示す、図１の光リソグラフィ・ツールの第３の実施形態の詳細な略図である。 「オン」及び「オフ」位置のアレイ素子を示す、本発明のマイクロミラー・アレイの部分を通る断面図である。 本発明による、基板表面全体を露光するために空間光変調器の投影像がたどる蛇行経路を示す基板の平面図である。 本発明による、基板表面全体を露光するのに共に用いられる複数のエリア・アレイの各々からの投影像がたどる蛇行経路を示す基板の平面図である。 本発明による、潜像を形成するプロセスを示す略図である。 図１０の基板アレイを示す略図である。 Ｔ３を始点とする等しく離間した時間間隔Ｔ／１０における、図１０の基板上の線分ＡＢに沿った瞬間的光度分布を示すグラフである。 Ｔ４で終わる等しく離間した時間間隔Ｔ／１０における、図１０の基板上の線分ＡＢに沿った瞬間的光度分布を示すグラフである。 時間Ｔ３とＴ４との間の露光による、図１０の基板上の線分ＡＢに沿った統合された線量分布を示すグラフである。 時間Ｔ１とＴ７との間の露光による、図１０の基板上の線分ＡＢに沿った総線量分布を示すグラフである。 本発明による、ミラーの投影幅の１／２だけずれたエッジの第１の例を含む潜像を形成するプロセスを示す略図である。 本発明による、ミラーの投影幅の１／２だけずれたエッジの第２の例を含む潜像を形成するプロセスを示す略図である。 本発明による、ミラーの投影幅の１／４だけずれたエッジの一例を含む潜像を形成するプロセスを示す略図である。 本発明による、ミラーの投影幅の３／４だけずれたエッジの一例を含む潜像を形成するプロセスを示す略図である。 本発明による、ミラーの投影幅の１／４だけ別方向にずれたエッジの一例を含む潜像を形成するプロセスを示す略図である。 図１０、１６、１７、１８、９の基板上の線分ＡＢに沿った統合された線量分布を示すグラフである。 本発明による、潜像を形成するプロセスを示す別の略図である。 図２２の基板アレイを示す略図である。 図２２上の基板上の線分ＣＤ、ＥＦ、ＧＨ、及びＩＪに沿った統合された線量分布を示すグラフである。 本発明による、エッジのずれの別の例を含む潜象を形成するプロセスを示す略図である。 図２５の基板アレイを示す略図である。 図２５の基板上の線分ＫＬ、ＭＮ、ＯＰ、ＱＲ、及びＳＴに沿った統合された線量分布を示すグラフである。 本発明の光リソグラフィ・システムを示すブロック図である。 本発明の一実施形態による複数のエリア・アレイの配置を示す平面図である。 光源と基板との間の光路上の光スイッチング機構１２１を示す、図４の光リソグラフィ・ツールの別の実施形態の略図である。 本発明による、光路上に連続して構成された２つの空間光変調器を備えた光リソグラフィ・システムを示すタイミング図である。 本発明による、光路上に連続して構成された２つの空間光変調器を備えた光リソグラフィ・システムを用いて潜像を形成するプロセスを示す略図である。 本発明による、光路上に連続して構成された空間光変調器及び光スイッチング機構を備えた光リソグラフィ・システムを示すタイミング図である。 本発明による、基板表面で２つのエリア・アレイの投影像を重ね合せるように構成された顕微鏡を備えた光リソグラフィ・ツールを示す略図である。 図３４の光リソグラフィ・システムを示すタイミング図である。

図１を参照すると、可動ステージ１５０上に設置された基板１４０をパターニングするのに適した本発明の一実施形態である光リソグラフィ・ツール１００が示されており、光源１１０、空間光変調器（ＳＬＭ）１２０、結像光学系１３０を備えている。座標軸１６０が示されており、ｚ軸とｙ軸が図の平面内にあり、ｘ軸は図の平面に対して垂直である。光リソグラフィ・ツールを通る光路を光線１７０で示している。光源１１０はＳＬＭ１２０を連続的に照射する。光源はアーク灯、連続レーザ（固体又は気体）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は基板１４０を露光するために適したスペクトル特性を有する他のタイプの連続光源を含むことができる。さらに、準連続レーザ（ＭＨｚ周端数でパルスで送られるレーザ）などの光源も本発明のための光源として適している。重要な基準はパルス周波数が空間光変調器の素子に対するスイッチング周波数よりも著しく高い（典型的には１０4Ｈｚ）ということである。その場合、光源によるＳＬＭの照射は実質的に連続的である。光源は照射の強度を増大させかつ照射の均一性を高めるための光学部品を含んでもよい。これらの光学部品には、楕円形のミラー、円形や円柱形のレンズ、さらにはライトパイプ又は蝿の目レンズ・アレイを含んでよい。ＳＬＭ１２０は光源からの光ビームに作用する素子の１つ又は複数の（略矩形の）エリア・アレイである。ＳＬＭの像は投影光学系とも呼ばれる結像光学系１３０によって基板の上に連続的に投影される。素子は像内の光の大きさを制御するようにコンピュータ制御下で２つ以上の状態間をスイッチングされる。本発明の一実施形態は、２つ以上の角度をとる状態の間で入射光線をスイッチングすることのできるミラー又は回折素子のアレイであるＳＬＭを備える。Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社から現在入手可能なデジタル・マイクロ・ミラー・デバイス（ＤＭＤ）が、２つの角度の状態の間でスイッチングするのに適したミラーアレイの一実施形態である。回折ＳＬＭの一例はＳｉｌｉｃｏｎ Ｌｉｇｈｔ Ｍａｃｈｉｎｅ社が現在製造している回折格子光弁（Grating Light Valve:ＧＬＶ）である。本発明の他の実施形態は液晶ディスプレイ・デバイスであるＳＬＭを含む。ＳＬＭの素子が反射型ではなく透過型である場合、その光学系は配置変えする必要がある。このような再配置は当業者には明白であろう。結像レンズ・システム１３０は反射型素子と屈折型素子の両方を含んでよく、典型的にはテレセントリックである。基板１４０はフォトレジスト・コーティングなどの感光層を含んでいるか、あるいは基板自身が感光性ポリイミドのシートなどの感光性材料であるかのいずれかである。ステージ１５０はころ軸受又は空気軸受の設計であってよく、高さ調整（ｚ方向）、傾斜、回転能力を有してよい。これらのタイプのステージはよく知られており、リソグラフィ・システムで一般的に使用される。説明を簡単にするために、基板が平坦であると仮定する。しかし、本発明は、平坦なステージではなくむしろ回転式ステージと共に、円柱形又は球形などの他の基板の形状とともに機能することができる。

図２を参照すると、静止した基板１４０をパターニングするのに適した本発明の一実施形態である光リソグラフィ・ツール２００が示されており、光源１１０、ＳＬＭ１２０、そのＳＬＭを設置したステージ２５０、投影光学系１３０を備えている。操作の方法は先の光リソグラフィ・システム１００の場合と同じであるが、基板１４０を静止させ、ステージ２５０をＳＬＭ１２０を露光中に移動させる。結像レンズ・システム１３０及び／又は光源１１０はステージ２５０に取り付けられて、ＳＬＭと共に移動してもよい。

図３を参照すると、可撓性基板３４０をパターニングするのに適した本発明の一実施形態である光リソグラフィ・ツール３００が示されており、光源１１０、ＳＬＭ１２０、ＳＬＭを設置したステージ２５０、投影光学系１３０、回転可能で離間した状態で軸方向に平行なフィルム・ドラム３４２、３４４を備えている。フィルムがｙ方向（静止座標系１６０を基準とする）に移動させられるように、感光性の可撓性フィルム基板３４０はフィルム・ドラム３４２，３４４に巻き付けられ、フィルム・ドラム３４２、３４４の間で引っ張られた状態になっている。２つのモードの露光が可能である。第１のモードでは、基板３４０を静止させてステージ２５０がＳＬＭを定速でｘ方向に移動させる。露光経路が終わると（例えば、基板のエッジに達している）、フィルム・ドラムは基板をｙ方向前方に割り出し、ステージが次の露光経路のために方向を反転させる。この結果、図８に示した経路８５０と同様の蛇行した露光経路が得られ、これを以下で詳細に説明する。第２のモードでは、ステージとフィルム・ドラムの役割が逆転する。ステージが静止している間、フィルム・ドラムは露光領域のエッジに達するまで基板を低速でｙ方向に移動させる。次に、ステージはｘ方向で基板を割り出し、フィルム・ドラムは次の露光経路のために方向を反転させる。再度、この結果として蛇行した露光経路が得られる。さらに、基板上で露光されるエリアの幅がＳＬＭの投影像の幅以下である場合、ステージは静止状態であってよく、または無くても良く、フィルム・ドラムは基板を定速で移動させ、方向を反転させる必要がない。他の実施形態の場合、投影光学系がステージに載せられてもよい。

図４、５、６を参照すると、光リソグラフィ・ツール１００（図１を参照）の種々の実施形態が詳細に示されている。

図４はアーク灯とテレセントリック投影レンズ・システムを備えた連続直接書込み光リソグラフィ・システムの略図である。水銀アーク灯４１０からの連続照射が楕円形反射器４１１から反射する。光線１７０で示すように、反射光は、基板１４０の露光に有用な波長（例えば、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍ）を反射させかつ他の波長に対して透過性であるダイクロニック・ミラー４１２まで移動する。ダイクロニック・ミラーから反射されない光は照射ビーム・ダンプ４１３で吸収される。必要とされる露光波長と光源の輝度に応じて、キセノン・アーク灯などの他のタイプの灯が使用されてよい。ライトパイプ４１５を用いて照射の均一性が改善されるが、蝿の目レンズ・アレイに置き換えられてもよい。ライトパイプ４１５の前に設置されたライトパイプ・レンズ・システム４１４を用いて照明システムの開口数が調整され、ライトパイプに入る前の光ビームの径が調整される。集光レンズ・システム４１６はライトパイプを出る光を捕らえ、ビームの形状と角度を調整してＳＬＭ１２０の要件にマッチさせる。集光レンズ・システムは照射開口４１７を含んでいる。ライトパイプ・レンズ・システムと集光レンズ・システムは一般にはアナモフィックであり、円柱レンズ素子を含む。連続照射水銀アーク灯、楕円形反射器、ダイクロニック・ミラー、照射ビーム・ダンプ、ライトパイプ・レンズ・システム、ライトパイプ、集光レンズ・システム、照射開口は、図１に示すように、光源１１０の一実施形態を構成している。ＳＬＭはコンピュータ制御下で２つ以上の角度状態の間でスイッチングされる小さなミラーの１つ又は複数のエリア・アレイ（略矩形）である。角度状態の少なくとも１つは光源からの光線をテレセントリック投影レンズ・システム４３０に反射させ、角度状態の少なくとも他方の１つは光線をＳＬＭビーム・ダンプ４８０に反射させる。Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社から現在入手可能なデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）は、２つの角度状態の間でスイッチングするのに適したミラーアレイの一例である。ＳＬＭにおいて「オン」状態のミラーがテレセントリック投影レンズ・システムによって基板上に結像させる。「オフ」状態のＳＬＭのミラーから反射された光はＳＬＭビーム・ダンプまで移動し、そこで吸収される。ＳＬＭの操作のさらなる詳細を以下で、及び図７に示す。基板はフォトレジスト・コーティングなどの感光性層を含んでいるか、又は基板自身が感光性ポリイミドのシートなどの感光性材料であるかのいずれかである。基板はステージ１５０に取り付けられており、このステージは露光中に静止座標系１６０のｘｙ平面の一直線の区間を連続的に移動する。テレセントリック投影レンズ・システムの開口数は、開口４１７を照射するように光学的構成された投影レンズ開口４３２によって決定される。二重テレセントリック投影レンズ・システムを示している。しかし、単一のテレセントリック又は非テレセントリック投影システムも役立つであろう。倍率は基板の高さに関して変化せず、これにより基板毎のリソグラフィ・ツールの較正が簡単になるので、テレセントリック設計が好ましい。図１に示すように、テレセントリック投影レンズ・システムは投影レンズ・システム１３０の一種である。ステージは静止座標系１６０の平面ｘ−ｙで移動でき、かつｚ方向にも移動し得る。ステージ１５０は回転能力と傾斜能力を有している。（例えば、基板の平坦さが問題となる場合に）、これは適切な基板の位置合わせに必要であるかもしれない。ｚ方向へ移動すると、基板上の投影像の焦点が合うか、又は焦点がずれるかのいずれかであろう。高さ検出媒体４９０を利用した基板高さ測定システム４５０を用いて基板１４０の表面のｚ位置を決定できる。この高さ測定システムは光学、容量、あるいは空気に基づくものであってよい。好適なタイプは空気である。焦点合わせはＳＬＭ又は投影レンズ・システムをｚ方向に移動させることによって達成されてもよい。

図５はアーク灯、複数のエリア・アレイを有するＳＬＭ、複数の投影レンズ・システムを備えた連続直接書込み光リソグラフィ・システムの略図である。光源は図４について記載したように配置されているが、集光レンズ・システム５１６とレンズ・アレイ５１８はビームの形状と角度を修正して個々のＳＬＭのエリア・アレイ５２０〜５２４の要件にマッチさせるようにライトパイプ４１５を出た光を捕らえる。レンズ・アレイは個々のＳＬＭエリア・アレイ上の光度を最大化する。つまり、レンズ・アレイは、１本の線、複数の線（図２９を参照）、あるいは他のいくつかの二次元配置であってよいＳＬＭエリア・アレイの配置とマッチするように構成されている。不可欠な構成要素というわけではないが、レンズ・アレイを組み込むことが好ましい。レンズ・アレイはＳＬＭエリア・アレイに対応するように配置されたレンズを含んでよい。別の場合には、レンズ・アレイ内のレンズは１つ又は複数の回折素子と置き換えられてよい。ライトパイプ・レンズ・システム４１４と集光レンズ・システム５１６は一般にはアナモフィックであり、円柱レンズ素子を含む。連続照射水銀アーク灯４１０、楕円形反射器４１１、ダイクロニック・ミラー４１２、照射ビーム・ダンプ４１３、ライトパイプ・レンズ・システム４１４、ライトパイプ４１５、集光レンズ・システム５１６、レンズ・アレイ５１８は、図１に示すような連続光源１１０の一種を構成している。個々のＳＬＭエリア・アレイ５２０〜５２４の各々はコンピュータ制御下で２つ以上の角度状態の間でスイッチングできる小さな矩形ミラーのアレイである。Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社から現在入手可能なデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）は、２つの角度状態の間でスイッチングするのに適したミラーアレイの一例である。ＳＬＭエリア・アレイ５２０において「オン」状態のミラーがテレセントリック投影レンズ・システム５３０によって基板１４０上に結像させる。ＳＬＭエリア・アレイ５２１〜５２４及びそれに対応する投影レンズ５３１〜５３４についても同様である。「オフ」状態のＳＬＭエリア・アレイ５２０のミラーから反射された光は、ＳＬＭビーム・ダンプ４８０まで移動し、そこで吸収される。ＳＬＭエリア・アレイ５２１〜５２４についても同様である。それぞれ５個の、ＳＬＭエリア・アレイ（５２０〜５２４）、投影レンズ（５３０〜５３４）、基板高さ測定システム（５５０〜５５４）をこの例に示すが、任意の数を使用してよい。投影レンズは反射型素子及び屈折型素子の両方を含んでよく、典型的にはテレセントリックである。投影レンズ・システム（５３０〜５３４の任意の１つ）は図１の投影光学系１３０と同じであってよい。基板１４０はフォトレジスト・コーティングなどの感光性層を含んでいるか、又は基板自身が感光性ポリイミドのシートなどの感光性材料であるかのいずれかである。基板はステージ１５０に取り付けられており、このステージは露光中に静止座標系１６０のｘ−ｙ平面の一直線の区間を連続的に移動する。他の実施形態では、結像光学系をステージに設けてもよい。

図６は単一のテレセントリック対物レンズ・システムと複数のエリア・アレイを有するＳＬＭを備えた連続直接書込み光リソグラフィ・システムの略図である。光源６１０は図５に記載の光源と同じものであり、照射するものであって個々のＳＬＭエリア・アレイ５２０〜５２４の要件とマッチするように構成されている。個々のＳＬＭエリア・アレイの各々は、コンピュータ制御下で２つ以上の角度状態の間でスイッチングされる２つ以上の小さな矩形ミラーのアレイである。Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社から現在入手可能なデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）は、２つの角度状態間でスイッチングするのに適したミラーアレイの一例である。ＳＬＭエリア・アレイにおいて「オン」状態のミラーがテレセントリック投影レンズ・システム６３０によって基板１４０上に結像させる。「オフ」状態のＳＬＭエリア・アレイのミラーから反射された光はＳＬＭビーム・ダンプ４８０まで移動し、そこで吸収される。５個のＳＬＭエリア・アレイをこの実施形態に示しているが、任意の数を用いてよい。二重テレセントリック投影レンズ・システム６３０を示している。しかし、単一のテレセントリック又は非テレセントリック投影システムを使用してもよい。倍率は基板の高さに対して変化せず、これにより基板毎のリソグラフィ・ツールの較正が簡単になるので、テレセントリック設計が好ましい。図１に示すように、テレセントリック投影レンズ・システムは投影レンズ・システム１３０の一種である。ステージは静止座標系１６０の平面ｘ−ｙで移動しｚ方向にも移動し得る。ステージ１５０は回転能力と傾斜能力を有している。（例えば、基板の平坦さが問題となる場合に）、これは適切な基板の位置合わせに必要である。ｚ方向の移動は基板上の投映画像の焦点を合わせるか外す。基板高さ測定システム４５０を用いて基板１４０の表面のｚ位置が決定される。この高さ測定システムは光学、容量、あるいは空気に基づくものであってよい。好適なタイプは空気である。焦点合わせはＳＬＭエリア・アレイ５２０〜５２４又は投影レンズ・システム６３０をｚ方向に移動させることによって達成されてもよい。基板１４０はフォトレジスト・コーティングなどの感光性層を含んでいるか、又は基板自身が感光性ポリイミドのシートなどの感光性材料であるかのいずれかである。

図５及び６のリソグラフィ・システムに加え、複数のエリア・アレイを備えたＳＬＭとその約数の数の投影レンズ・システムとを組み合わせた本発明の他の実施形態を考える。例えば、リソグラフィ・システムは各投影レンズ・システムが、異なる３つのＳＬＭエリア・アレイを同時に結像するように、６個のＳＬＭエリア・アレイと２個の投影レンズ・システムを備えているとする。さらに、投影レンズ・システムの数は数学的な約数に限定される必要はない。例えば、リソグラフィ・システムは第１の投影レンズ・システムが３個のＳＬＭエリア・アレイを結像するように、かつ第２の投影レンズ・システムが残る４個のＳＬＭエリア・アレイを結像するように、７個のＳＬＭエリア・アレイと２個の投影レンズ・システムを有してよい。これらの実施形態の構成は当業者には明白であろう。この教示に従いかつ当業者には明白となろうＳＬＭエリア・アレイと投影レンズ・システムの非常に多くの組合せがあることは明白である。

図７を参照すると、ＳＬＭ７２０の部分断面が示されている。ミラー７２１を「オン」位置で示し、ミラー７２２を「オフ」位置で示す。光線７７０は「オン」位置のミラー７２１の表面から基板に向かって反射し（光線７７１）、「オフ」位置のミラー７２２の表面からビーム・ストップに向かって反射する（光線７７２）。例えば、図４、７の両方を参照すると、光線７７１は投影レンズ・システム４３０を通って基板１４０に達するが、光線７７２は投影レンズ・システム４３０の受入れ開口の外に外れて、ビーム・ストップ４８０によって収集される。これは好適なモードの動作であるが、他のモードの動作が考慮されてよい。例えば、光線７７２が投影レンズ・システム４３０の受入れ開口内に一部を入れ、したがって、「オフ」状態のミラーからの減衰された信号が基板に達するであろう。これは許容されてよい。

図８を参照すると、基板１４０の全表面を露光するためにＳＬＭの投影像がたどる蛇行経路８５０の一実施形態が示されている。この像の動きは像移動機構によるものである。基板又はＳＬＭは像移動機構に設置される。適した像移動機構の一実施形態は、図１、２、３に示したようなステージである。可撓性基板の場合、適した機構は回転可能で離間した状態で軸方向に平行な図３に示したような一対のフィルム・ドラムである。以下の説明では、基板がステージに設置されたリソグラフィ・システムの構成を考える。次のものが示されている。基板１４０、蛇行経路８５０、経路の直線区間の間の距離８５１、基板座標系８５３、静止座標系８６０。ＳＬＭは基板上の投影像内のピクセルのカラムが蛇行経路の直線区間部分に対して平行になるように配向されているが、説明を簡単にするために静止座標系８６０のｘ軸に対して平行になっているとする。ステージはＳＬＭの投影像の中心が経路８５０の始点にあるように基板１４０を位置決めする。この実施形態では、経路８５０の始点においてはＳＬＭの投影像は基板１４０に一切当たらない。ステージが静止座標系８６０を基準に＋ｘ方向に移動するとき、ＳＬＭの投影像の中心は基板座標系８５３を基準に−ｘs方向に移動して、蛇行経路の第１の直線区間をたどる。ＳＬＭの投影像が基板に当たるときに露光が開始される。投影像が基板のエッジを通ると、露光は停止する。次に、ステージはすべて静止座標系８６０を基準に、第１の直線区間と距離８５１だけｙ方向に異なった経路の第２の直線区間に沿って−ｘ方向に走査する準備が整った状態で、基板を再位置決めする。この工程は基板全体が露光されるまで繰り返される。基板全体を露光するために、ＳＬＭで投影された幅は距離８５１と同じかそれより広くなければならないことは明白である。基板のある領域のみを露光する必要がある場合、個々の領域の各々に対して蛇行パターンを実行することがより効果的であろう。蛇行経路が好ましいが、露光のための直線区間を含んでいる限りは他の経路が使用されてよい。蛇行経路はＳＬＭがステージ上に設置されかつ基板が静止しているリソグラフィ・システム構成を用いて達成されてもよいことは、当業者には明白であろう。

図９を参照すると、基板１４０の全表面を露光するためにＳＬＭエリア・アレイの対応するセットの投影像がたどる蛇行経路９５０〜９５４のセットの一実施形態が示されている。この像の動きは像移動機構によるものである。基板又はＳＬＭは像移動機構に設置されている。適した像移動機構の一実施形態は、図１、２、３に示したようなステージである。可撓性基板の場合、適した機構は回転可能で離間した状態で軸方向に平行な図３に示したような一対のフィルム・ドラムである。以下の説明では、基板がステージに設置されたリソグラフィ・システムの構成を考える。ＳＬＭエリア・アレイの各々は基板１４０上の投影像内のピクセルのカラムが蛇行経路の直線区間部分に対して平行になるように配向されているが、説明を簡単にするために静止座標系８６０のｘ軸に対して平行になっているとする。ステージはＳＬＭエリア・アレイの投影像の中心が経路９５０〜９５４の始点にあるように基板１４０を位置決めする。この実施形態では、経路９５０〜９５４の始点においてはＳＬＭアレイの投影像は基板１４０に一切当たらない。ステージが静止座標系８６０を基準に＋ｘ方向に移動するとき、ＳＬＭエリア・アレイの投影像の中心は基板座標系８５３を基準に−ｘs方向に移動して、蛇行経路の第１の直線区間をたどる。ＳＬＭエリア・アレイの投影像が基板に当たるときに、任意の経路に沿った露光が開始される。投影像が基板のエッジを超えた後、任意の経路に沿った露光が停止する。すべての露光が停止した後、ステージはすべて静止座標系８６０を基準に、第１の直線区間と距離８５１だけｙ方向に異なった経路の第２の直線区間に沿って−ｘ方向に走査する準備が整った状態で、基板を再位置決めする。この工程が基板全体をカバーしない場合、静止座標系８６０を基準にｙ方向に経路９５０と９５４との間の距離だけステージが移動し、上記手順が繰り返される。基板全体を露光するために、ＳＬＭエリア・アレイの投影された幅は距離８５１以上でなければならないことは明白である。この実施形態では、連続する経路９５０〜９５４の間の距離は間隔８５１の２倍である。この距離が間隔８５１の２倍を超える場合、より直線的な区間を備えた蛇行動作が用いられてよい。この説明は図５、６の複数のＳＬＭエリア・アレイ・リソグラフィ・システムに関連し、これに対する経路９５０〜９５４はＳＬＭエリア・アレイ５２０〜５２４に対応している。

図１、８を参照すると、常に移動する基板に対してパターンが平均して静止して見えるように、基板１４０に印刷されたフィーチャに相当する「オン」状態の素子のパターンがＳＬＭ１２０を横切って移動する。ステージ１５０が蛇行経路８５０の直線区間の１つに沿って定速ｖで移動する（ステージがパターニング方向に移動する）場合、これはＳＬＭパターンを一定の時間間隔で１行だけずらすことによって達成される。ここで時間間隔Ｔは次式によって与えられる。

上式中、ｐは素子（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＤＭＤは行及び列に対して同じピッチである）の行のピッチであり、Ｍは投影レンズ・システム１３０の倍率である。一実施形態として、１３．７μのミラー・ピッチを有するＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＤＭＤが利用可能であり、最小のミラー・サイクル・タイムは１０２マイクロ秒である。投影レンズ・システム１３０が２．０倍の倍率を有する場合、ステージ速度は約２６９ｍｍ／秒である。送られる線量が基板を露光するのに不充分な場合、あるいは必要とされるテージ速度がステージ・システムの能力を上回る場合、用いられる実際のミラー・サイクル・タイムはより長くなることが必要かもしれない。しかし、ミラー・サイクル・タイムとステージ速度は常に式（１）を満たさなければならない。

図１０はＳＬＭ上のパターンのシフトとそれに対応する基板上の像を示している。この実施形態では、基板はステージ上にあり、露光中に定速でｘ方向に移動する。図１も参照して、４行×６列のエリアを有する素子１０００のアレイ、４行×６列のエリアを有するピクセル１００２のアレイである基板１４０の対応する部分、及び投影された行ピッチ（ピクセルの幅）１００８を有する結果として得られる像１００７を以下に示す。結果の像は、露光の全シリーズが終了したことによる基板上の可能性のある１つの潜像を示している。潜像内のエッジの配置及び角の丸み付けを以下に詳細に記載する。ＳＬＭ及び基板のそれに対応する部分の「スナップショット」を等間隔の時間Ｔ１〜Ｔ７で示しており、ここでこの時間間隔は式（１）を満たす。ＳＬＭと基板の経路をＭ、Ｓで図中にそれぞれ示している。ＳＬＭアレイ１０００、基板アレイ１００２、結果として得られる像１００７が、それらの真上の位置から見た状態と静止座標系１６０の−ｚ方向に見下ろした状態で描写されている。説明を簡単にするために、各「スナップショット」ではＳＬＭと基板のアレイを相互に隣接して示している。結果の像１００７内の投影された行ピッチ１００８は、ＳＬＭアレイ１０００内の行ピッチを投影レンズ・システム１３０の倍率で掛けたものである。しかし、説明を簡単にするために各「スナップショット」では、同じサイズと配向を有するＳＬＭと基板のアレイを示している。アレイ１０００及び１００２上に示した格子、及び像１００７は単に参照のためのものである。１０００、黒塗りされていない正方形は「オン」状態のＳＬＭ素子に相当し、黒塗りの正方形は「オフ」状態の素子に相当する。１００２内の黒塗りされていないエリアと黒塗りされたエリアは、その「スナップショット」に対するＳＬＭ素子の状態に相当する。例えば、時間Ｔ１では、基板は位置Ｒ４Ｃ４及びＲ４Ｃ５のＳＬＭアレイ内のミラーからＲ１Ｃ４及びＲ１Ｃ５に位置するピクセルが光を受け取る（ここで参照符号Ｒ１Ｃ４はＲ１とＣ４におけるピクセル／素子を表す）。時間Ｔ１では、基板アレイ１００２の下エッジが基板位置座標１と位置が合っている。時間Ｔ２では、基板は１行だけ移動しており、ここでは基板の下エッジが基板位置座標２と位置が合っている。Ｔ２とＴ１との間で経過した時間は式（１）を満たす。図１０に示した一実施形態として用いられる特定のフィーチャ・パターンが、時間Ｔ４においてＳＬＭアレイと基板アレイの両方の上に完全に示されている。このフィーチャ・パターンのエッジが最初にＴ１で現れ、時間Ｔ２〜Ｔ６間のＳＬＭアレイ１０００を横切ってスクロールし、Ｔ７でＳＬＭアレイ１０００から消えていることがわかる。基板アレイ１００２の上では、フィーチャ・パターンが動いているように見えない。このことは時間Ｔ３とＴ４において最も明白に見られる。しかし、ＳＬＭが静止して、基板が一定の速度で移動するので、投影されるパターンが、実際には、任意の２つの連続するスナップショットの時間の間に投影された行ピッチ１００８だけ基板の上を移動する。説明を簡単にするために、基板アレイ１００２上に示したパターンは任意の不鮮明、又は光学的な干渉効果を示していないことに注意すること。

図１１は線分ＡＢが列Ｃ４の中心にある基板アレイ１００２を示している。光度と結果として得られる線量プロファイルは、線分ＡＢで示した位置内の基板アレイの表面上で決定される。ＡＢの位置はそれが図１０に示した露光パターンの「後エッジ」を横断するようになっていることに注意すること。

露光中の基板表面を横切る投影パターンの移動の結果についてここで検討する。図１２は図１０からの基板アレイ１００２上の瞬間的な光度分布を示している。この分布は図１１に示したような線分ＡＢの位置に沿ったものである。図１２では線分ＡＢは横座標の−２から１．５まで延びていることに注意すること。図１２では、Ｔ３を始点とするＴ／１０の間隔及びＴ／１０毎に６つの分布を示しており、ここでＴは上記の式（１）に定義されている。基板は定速で移動している。横座標は（図１０に関して上記に定められたような）投影された行ピッチの単位で測定した、（図８、９に示したような）基板の変位ｘsを示している。光度プロファイル１２００、１２０１、１２０２、１２０３、１２０４、１２０５、５０％光度マーカー１２０９、５０％位置マーカー１２１０、投影された行ピッチ１２１５を図１２に示す。光度プロファイル１２００、１２０１、１２０２、１２０３、１２０４、１２０５の形状をガウス曲線として示している。しかし、実際の形状は光学系の詳細に左右される。時間Ｔ３における基板アレイ１００２上の位置の関数である瞬間的光度が光度プロファイル１２００で表示されている。光度プロファイル１２００は横座標上の５０％マーカー１２０９の交点が基板アレイ上の行Ｒ３とＲ４との間の境界に相当するように位置決めされる。横座標上の−１〜０間の領域はＲ４に相当し、０〜１間の領域はＲ３に、１〜２間の領域はＲ２に相当する。ステージが基板アレイ１００２を＋ｘ方向に移動させるとき、瞬間的な光度プロファイルは−ｘs方向に基板アレイを通って進む。光度プロファイル１２０１、１２０２、１２０３、１２０４、１２０５は時間Ｔ３にＴ／１０、２Ｔ／１０、３Ｔ／１０、４Ｔ／１０、５Ｔ／１０をそれぞれ加えたものに対応している。光度プロファイルはＴ／２の間に−ｘs方向に基板アレイを通って、投影された行ピッチの１／２だけ進む。この実施形態おいては、Ｔ３にＴ／２を加えた時点で、ＳＬＭアレイ１０００内の素子がＴ３に示したパターンからＴ４に示したパターンへとスイッチングする。特に光度プロファイルを生成することになっているアレイ素子に目を向けると、Ｃ４Ｒ４の素子は「オン」から「オフ」にスイッチングし、Ｃ４Ｒ３とＣ４Ｒ２の素子は「オン」のままであり、Ｃ４Ｒ１の素子は「オフ」から「オン」にスイッチングする。この効果は１２０５の位置から、投影された行ピッチの１倍である新しい位置まで＋ｘs方向に光度プロファイルをずらすことである。

図１３は図１２の続きであり、次の期間Ｔ／２の光度プロファイルを示している。素子がＴ３＋Ｔ／２においてスイッチングした後、光度プロファイルは１２０５の位置（図１２を参照）から１３００の位置（図１３を参照）まで移動する。ステージが＋ｘ方向に基板アレイ１００２を移動し続けるとき、瞬間的な光度プロファイルは−ｘs方向に基板アレイを横断して進む。光度プロファイル１３０１、１３０２、１３０３、１３０４、１３０５は、時間Ｔ３に６Ｔ／１０、７Ｔ／１０、８Ｔ／１０、９Ｔ／１０、１０Ｔ／１０をそれぞれ加えたものに対応している。光度プロファイル１３０５は時間Ｔ３＋Ｔにおけるものであり、時間Ｔ４の光度プロファイルと同じである。光度プロファイルはＴ／２間に−ｘs方向に基板アレイを横切って、投影された行ピッチの１／２だけ進む。したがって、Ｔ４における光度プロファイル１３０５はＴ３におけるプロファイル１２００のものと同じである。

図１２及び１３は時間Ｔ３〜Ｔ４の間の時間間隔にわたって光度分布がどのように変動するかを示している。図１４は線分ＡＢに沿った基板アレイ１００２上の同じ位置に対する結果として得られる線量分布を示す。図１２、１３の光度分布１２００、１３００はσ＝０．４３のガウス曲線である。図１４から結果として得られる線量プロファイル１４０１は元のガウス曲線に類似する形状である。

次に結果として得られる線量プロファイル１４０１、結果として得られる５０％線量マーカー１４０４、５０％位置マーカー１４０５、投影された行ピッチ１２１５を図１４に示す。基板アレイ１００２が投影された行ピッチ１００８の１／２だけ移動するとき、図１０のＳＬＭアレイ１０００内の素子がスイッチングされるので、結果として得られる５０％線量マーカー１４０４は結果として得られる線量プロファイル１４０１と図１２、１３の位置１２１０と同じである位置１４０５で交差する。これは図１２、１３に示した工程の対称的性質に起因するものである。Ｔｎ＋Ｔ／２（ｎ＝１、２、３．．．．．）に加えて、他に選択した素子のスイッチング時間（Ｔｎ＋Ｔ／５など）が使用されてよい。結果として得られる線量プロファイルの形状は１４０１と同じになるであろうが、横座標上の結果として得られる５０％線量の場所は０からずれるであろう。スイッチング時間を変えることによって印刷されたパターンのエッジの位置を制御できることは明白である。しかし、スイッチング時間を一定に保つことが好ましい。線量分布の形状は通常は瞬間的な光度プロファイルと同じにはならない。このことはステージの動きの方向に平行なエッジの線量プロファイルは、直交しているエッジのものとは異なることを意味している。ステージの動きの方向に平行なエッジが常に移動しているわけではないため、そのようなエッジに対する基板上の線量プロファイルは瞬間的な光度プロファイルと同一になる。

図１０に戻ると、時間Ｔｎ＋Ｔ／２（ｎ＝１、２、３．．．．．）におけるＳＬＭアレイ１０００内の素子をスイッチングする工程が、パターンがＳＬＭアレイ１０００を完全にスクロールし終わるまで繰り返され、この実施形態では時間Ｔ７である。任意の２つの連続する「スナップショット」時間の間の時間間隔は式（１）からＴに等しく、スイッチング時間は（Ｔ１＋Ｔ２）／２、（Ｔ２＋Ｔ３）／２、（Ｔ３＋Ｔ４）／２、（Ｔ４＋Ｔ５）／２、（Ｔ５＋Ｔ６）／２、（Ｔ６＋Ｔ７）／２にそれぞれ等しい。線量が加えられるので、線分ＡＢに沿った最終的な線量プロファイルは、図１４の結果として得られた線量プロファイル１４０１と同じ形状を有するであろう。図１５は総線量プロファイル１５０１を示す。次に総線量プロファイル１５０１、５０％総線量マーカー１５０４、５０％位置マーカー１５０５、露光領域１５０６、未露光領域１５０７、投影された行ピッチ１２１５を図１５に示す。現像後に印刷されたフィーチャのエッジが５０％位置マーカー１５０５にあるように、総線量を調整することが好ましい。この場合、総線量が５０％を超える領域は露光領域１５０６であり、総線量が５０％未満の領域が未露光領域１５０７である。このような条件下では、最終的に現像されたパターンは図１０の結果の像１００７に類似するであろう。明るいエリアは露光領域１５０６に相当し、暗いエリアは未露光領域１５０７に相当する。いくつかの角の丸みを除き、パターンエッジのすべては基準格子に並んでいる。露光量の僅かな変化は垂直と水平の大きさに異なって影響を及ぼす。５０％光度の及び５０％光度辺りの光度プロファイルの傾斜が十分に急勾配ではない場合に限り（急勾配は適正な露光及び加工の変動を取りながら十分な線幅の制御を可能にする）、このことが事実上の問題となる。

上記の図１と図１０のようなリソグラフィ・ツールを考える。基板の表面上のｘ方向に沿った線量分布は次式によって得られる。

上式中、Ｎは定数であり、基板表面のＩw（ｘ，ｔ）は時間依存性光度分布であり、時間Ｔは式（１）を満たす。基板が定速ｖで移動するとき、移動する基板の光度Ｉwは次式
によって静止状態の基板の光度Ｉに関連付けられる。
Ｉw（ｘ，ｔ）＝Ｉ（ｘ＋ｖｔ，ｔ）（３）
ｔ＝０とｔ＝Ｔ／２との間では、ＳＬＭ内の素子は「１」状態であり、ｔ＝Ｔ／２において１行だけ移動する。すなわち、次式のようになる。
Ｉ（ｘ，ｔ）＝Ｉ0（ｘ） ０＜ｔ＜Ｔ／２
Ｉ（ｘ，ｔ）＝Ｉ0（ｘ−ｐＭ） Ｔ／２＜ｔ＜Ｔ （４）
上式中Ｉ0（ｘ）は 静止時の基板に対する単一のＳＬＭ素子の光度分布であり、ｐはＳＬＭアレイ素子の行ピッチであり、Ｍは投影レンズ・システムの倍率である。式（１）、（３）、及び（４）を用いれば、式（２）は以下のように表すことができる。

一例として、分布Ｉ0（ｘ）がガウス曲線の形であると仮定すると、「オン」状態の素子の１０行に対して、基板の強度分布は次式のようになろう：

ここでσ2は分散である。

式（５）と（６）は、図に示した線量分布と強度分布を算出するのに用いられる式の例である。

フィーチャ・エッジの位置を微調整するためには、「グレーレベル」技術が使用される。このような技術を図１〜６に記載したような装置に実装する場合、投影レンズ・システムによって生成されるＳＬＭの個々の素子の像は「不鮮明」にされる必要がある。つまり、素子は明確には分解されない。この「不鮮明さ」は焦点をずらすこと、マイクロレンズ・アレイ又は拡散体を用いること、あるいはより一般的には投影レンズ・システム内のレンズの１つの開口数を調整して解像度を所望の値まで下げることを含む種々の方法で達成できる。好ましい方法は焦点ずらしである。この技法は図１６を参照することによって理解できる。

図１６〜１９は露光中に基板の動きの方向に対して直交するパターン・エッジに関する「グレーレベル」シフトの例を示している。これらの例では、基板は露光中に定速で同じ方向に移動していると仮定される。図１６〜１９は図１０と非常に似ている。著しい差はピクセルの部分による結果の像の「後エッジ」の変位である。例えば、図１６の結果の像１６００の「後エッジ」を検証すれば、変位１６０１は行ピッチ１００８の０．５倍であることがわかる。説明を簡単にするために、基板アレイ１００２上のパターンは不鮮明効果又は光学干渉効果を示していない。

図１６では、ＳＬＭアレイ１０００のパターンの順序は時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、、Ｔ６における図１０に示したパターンと同一である。しかし、時間Ｔ５では、位置Ｒ３Ｃ２、Ｒ３Ｃ３、Ｒ３Ｃ４、Ｒ３Ｃ５におけるＳＬＭアレイ１０００内の素子は図１６では「オン」状態であり、図１０では「オフ」状態である。また時間Ｔ７では、位置Ｒ１Ｃ２、Ｒ１Ｃ３、Ｒ１Ｃ４、Ｒ１Ｃ５におけるＳＬＭアレイ１０００内の素子は図１６では「オン」状態であり、図１０では「オフ」状態である。図１６の基板セクション１００２を参照すると、ピクセルＲ４Ｃ２、Ｒ４Ｃ３、Ｒ４Ｃ４、Ｒ４Ｃ５は時間Ｔ５とＴ７において露光されるが、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、又はＴ６では露光されない。パターンの他のすべての行は４つの時間間隔の間露光される。例えば、ピクセルＲ１Ｃ４とＲ１Ｃ５は時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４において露光され、ピクセルＲ２Ｃ２、Ｒ２Ｃ３、Ｒ２Ｃ４、Ｒ２Ｃ５は時間Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５で露光された。結果の像１６００からわかるように、行Ｒ４における２つの時間間隔のみの露光の効果は投影された行ピッチ１００８の幅の約０．５倍のエッジ変位１６０１を生成することである。

図１７の露光の順序は、結果の像１７００に見られるように投影された行ピッチ１００８の幅の約０．５倍のエッジの変位１７０１を発生する。この結果の像１７００は図１６の結果の像１６００と同一である。しかし、２つの結果の像は異なるセットの露光パターンと共に生成される。２つの図の露光パターンは時間Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７において異なっている。これら２つの例は明らかに包括的ではない。同じ結果の像を提供する他の順序の露光パターンを容易に想像できよう。

図１８は「グレーレベル」のエッジのシフトのさらなる例を示しており、この例では後エッジの変位１８０１は行ピッチ１００８の０．２５倍である。図１０及び１８の時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ６、Ｔ７におけるＳＬＭアレイ１０００上のパターンの順序は同一である。しかし、時間Ｔ５では、位置Ｒ３Ｃ２、Ｒ３Ｃ３、Ｒ３Ｃ４、及びＲ３Ｃ５におけるＳＬＭアレイ１０００内の素子は図１８では「オン」状態、図１０では「オフ」状態である。図１８の基板セクション１００２を参照すると、ピクセルＲ４Ｃ２、Ｒ４Ｃ３、Ｒ４Ｃ４、及びＲ４Ｃ５は時間Ｔ５において露光されるが、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ６、又はＴ７においては露光されない。パターンの他のすべての行は４つの時間間隔の間露光される。時間Ｔ５の行Ｒ４における１つの時間間隔の露光の効果は、結果の像１８００において見られるように、投影された行ピッチ１００８の幅の約０．２５倍であるエッジの変位１８０１を生成することである。

図１９は「グレーレベル」のエッジのシフトのさらなる例を示しており、この例では後エッジ変位１９０１は行ピッチ１００８の０．７５倍である。図１９、１０に示した時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４におけるＳＬＭアレイ１０００上のパターンの順序は同一である。しかし、時間Ｔ５では、位置Ｒ３Ｃ２、Ｒ３Ｃ３、Ｒ３Ｃ４、Ｒ３Ｃ５におけるＳＬＭアレイ１０００内の素子は図１９では「オン」状態であり、図１０では「オフ」状態である。時間Ｔ６では、位置Ｒ２Ｃ２、Ｒ２Ｃ３、Ｒ２Ｃ４、Ｒ２Ｃ５におけるＳＬＭアレイ１０００内の素子は図１９では「オン」状態であり、図１０では「オフ」状態である。また時間Ｔ７では、位置Ｒ１Ｃ２、Ｒ１Ｃ３、Ｒ１Ｃ４、Ｒ１Ｃ５におけるＳＬＭアレイ１０００内の素子は図１９では「オン」状態であり、図１０では「オフ」状態である。図１９の基板セクション１００２を参照すると、ピクセルＲ４Ｃ２、Ｒ４Ｃ３、Ｒ４Ｃ４、Ｒ４Ｃ５は時間Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７において露光されるが、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４では露光されない。パターンの他のすべての行は４つの時間間隔の間露光される。結果の像１９００からわかるように、時間Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７の行Ｒ４における３つの時間間隔の露光の効果は、投影された行ピッチ１００８の幅の約０．７５倍のエッジ変位１９０１を生成することである。

図２０は露光中に基板の動きの方向に対して平行であるパターンエッジ上の「グレーレベル」のエッジのシフトの一例を示している。この例では、基板は露光中に定速で同じ方向に移動していると仮定される。図２０は図１０と非常に似ている。著しい差はピクセルの一断片による結果の像のエッジの変位である。例えば、図２０の結果の像２０００のエッジを検証すれば、変位２００１は列ピッチ２００３の０．２５倍であることがわかる。

図２０では、ＳＬＭアレイ１０００上のパターンの順序は時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７における図２０、図１０に示したパターンと同一である。しかし、時間Ｔ３では、位置Ｒ２Ｃ６、Ｒ３Ｃ６、Ｒ４Ｃ６におけるＳＬＭアレイ１０００内の素子は図２０では「オン」状態であり、図１０では「オフ」状態である。図２０の基板セクション１００２を参照すると、ピクセルＲ１Ｃ６、Ｒ２Ｃ６、Ｒ３Ｃ６は時間Ｔ３において露光されるが、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７では露光されない。基板アレイ１００２上の全ての他のピクセルは４つの時間期間中に露光される。結果の像２０００からわかるように、時間Ｔ３の列Ｃ６における１つの時間間隔の露光の効果は投影された列ピッチ２００３の幅の約０．２５倍のエッジ変位２００１を生成することである。

エッジの変位に加え、角付近で１つ又は複数のピクセルの露光を用いれば、角の丸みの度合いに影響を及ぼすであろう。例えば、図１０の結果の像１００７を参照すると、Ｒ１Ｃ１での露光あるいはＲ１Ｃ２、Ｒ２Ｃ１両方の露光は位置Ｒ２Ｃ２の角の丸みを変えるであろう。

図１６〜２０の結果の像に示したエッジの変位は概算に過ぎない。実際の変位は露光パターンのエッジにおける瞬間的な光度分布の詳細な形状に左右さる。より正確な決定は７つの時間間隔の各々半分に対するミラー部分の状態に適した光度分布を含む線量分布に対して僅かに変形した形式の式（５）を用いることによって実行される。この変形された形式の式（５）を用いて図１０、１６、１７、１８、１９に示した露光パターンの例に対して、基板アレイ１００２（図１１を参照）上の線分ＡＢの位置に沿って結果として得られた線量分布が算出された。これらの計算では、瞬間的な光度分布形状はσ値０．４３を有するガウス曲線であると仮定する。これらの結果として得られた線量分布を図２１に示す。

図２１では、結果として得られた線量プロファイル２１０１、２１０２、２１０３、２１０４は図１０、１６、１８、１９にそれぞれ相当する。結果として得られた線量プロファイル２１０２はまた図１７に相当する。５０％位置マーカー２１０５、２１０６、２１０７、２１０８はそれぞれ線量プロファイル２１０１、２１０２、２１０３、２１０４に対するものである。また図１０、１６、１７、１８、１９の結果の像を参照すると、結果の像では図２１の横座標上の−１〜０と０〜１間の領域はそれぞれＲ４とＲ３に相当する。結果として得られた線量プロファイル２１０１の５０％位置マーカー２１０５が図１０に示した例について算出され、０にて横座標と交差する。この結果は図１０に示した結果の像１００７と一致している。結果として得られた線量プロファイル２１０２の５０％位置マーカー２１０６が図１６に示した例について算出され、−０．５にて横座標と交差する。この結果はエッジ変位１６０１の値と一致している。結果として得られた線量プロファイル２１０３の５０％位置マーカー２１０７が図１８に示した例について算出され、−０．２０にて横座標と交差する。この結果は０．２５のエッジ変位１８０１と若干異なっている。結果として得られた線量プロファイル２１０４の５０％位置マーカー２１０８が図１９に示した例について算出され、−０．８０にて横座標と交差する。この結果は０．７５のエッジ変位１９０１と若干異なっている。

上記の例は単純化したものであり、ＳＬＭの近接する素子からの干渉作用、光度分布の厳格に正確な形状、感光性基板の有限のコントラストを無視したものであることに留意されたい。一般に、特定のエッジの変位に対する正確な線量は実験的に決定される必要があろう。しかし、一旦線量とエッジ変位との間の関係が決定されると、この技術を用いて基板の不整列と歪み、投影レンズ・システム内の歪みと収差、不均一な照射を補正することができる。この技術を用いて光学系の仕様を緩和し、これにより光学系のコストが低減される。

好適なＳＬＭデバイスは１０２４個のミラーの幅×７６８個のミラーの深さのミラーの矩形アレイを有するＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社の二状態ＤＭＤである。ステージがその蛇行経路（図８を参照）に沿って方向を反転させなければならない回数を最小にするために、基板の露光中の走査方向は１０２４の幅に直交することが好ましい。アレイは７６８行の深さであるため、露光パターンは７６８の別個の段階においてアレイを横切ってスクロールするであろうし、上記に概説した「グレーレベル」技術を用いてエッジの位置を調整する７６８回の機会が存在する。これにより結果として得られたの像内のＤＭＤの投影された行ピッチの寸法の１／７６８のエッジ変位の解像度が可能となる。実際は、１／３２より多くを必要とすることはほとんどない。したがって、等しく離間した３２のエッジの位置を選択でき、基板の不均一な照射を補正するために余分な解像度を用いることができる。

基板上に印刷される最小のフィーチャ・サイズは光度プロファイルの特性に左右される。これを図２２〜２７を参照して説明する。

図２２はＳＬＭ上のパターンのシフトの別の例と、それに対応する基板上の像を示している。上記の例のように、基板はステージ上にあり、露光中に定速でｘ方向に移動する。次に図１を参照して、５行×６列のエリアを有する素子２２００のアレイであるＳＬＭ１２０の部分、それに対応する５行×６列のエリアを有するピクセル２２０２のアレイである基板１４０の部分、投影された行ピッチ（ピクセルの幅）１００８を有する結果の像２２０７を示す。それに対応するＳＬＭと基板の部分の「スナップショット」が等しく離間した時間Ｔ１〜Ｔ８において示され、この時間間隔は式（１）を満たす。この図は図１０と類似している。

図２３は列Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５の中心に位置する線分ＣＤ、ＥＦ、ＧＨ、ＩＪを有する基板アレイ２２０２を示している。光度と結果として得られた線量プロファイルは線分で示した位置の基板アレイの表面上で決定される。線分の位置はそれらが図２２に示した露光パターンの「後エッジ」と「先エッジ」の両方を横断するようになっていることに注意すること。

図２２に詳細に示すように、図２４は露光基板２２０２の結果として得られた線量分布を示している。結果として得られた線量分布を導くために用いられる瞬間的光度分布に対して、０．４３のσ値を有するガウス曲線を仮定する。次に線分ＣＤ、ＥＦ、ＧＨ、ＩＪにそれぞれ沿った結果として得られた線量プロファイル２４００、２４０１、２４０２、２４０３、線量プロファイル２４０１、２４０２、２４０３にそれぞれ対応する５０％位置マーカー２４０５、２４０６、２４０７、線量プロファイル２４００に対応する５０％位置マーカー２４０４、２４０８、投影された行ピッチ１２１５を図２４に示す。線分ＣＤは横座標上の−２〜６まで延びているのが示されていることに注意すること。線分ＥＦ、ＧＨ、ＩＪは横座標上の同じ値を超えて延びているが、図が混乱しないように示していない。図２４の横座標上の−１〜０、０〜１、１〜２、２〜３、３〜４の領域は図２２の結果の像２２０７上のＲ５、Ｒ４、Ｒ３、Ｒ２、Ｒ１にそれぞれ対応する。印刷されたフィーチャのエッジが、好ましい５０％位置マーカーに存在するように総線量が調整される場合、最終的に現像されたパターンは図２２の結果の像２２０７と類似するであろう。図２４の結果として得られた線量プロファイル２４００は線量プロファイル２４０２、２４０３の約７０％を決して超えず、また５０％位置マーカー２４０４、２４０８との間の距離は投影された行ピッチ１００８よりも僅かに小さいことに注意すべきである。このような条件下では、最小のフィーチャ・サイズは投影された行ピッチ１００８とほぼ同じである。先に記載した「グレーレベル」技術を用いてそのような形状の幅を調整できる。例えば、図２２の基板アレイ２２０２内のピクセルＲ４Ｃ２の総線量を低減させれば、結果として得られた線量プロファイル２４００高さは低くなり、印刷されたフィーチャのサイズが縮小される。しかし、このフィーチャ・サイズは線量プロファイル２４００の頂点付近の線量の少しの変化とともに急速に変化する。また、この方法に事実上の制限を与える総線量には、多少のノイズと不確実性が常に存在する。

図２５はＳＬＭ上のパターンのシフトとそれに対応する基板上の像のさらなる例を示している。先の例に示したように、基板はステージ上にあり、露光中に定速でｘ方向に移動する。図２５では、種々のサイズのフィーチャの「グレーレベル」のエッジのシフトの例が示されており、シフトさせられたエッジは露光中の基板の動きの方向に対して直交している。次に図１も参照して、４行×６列のエリアを有する素子１０００のアレイであるＳＬＭ１２０の部分、それに対応する４行×６列のエリアを有するピクセル１００２のアレイである基板１４０の部分、投影された行ピッチ（ピクセルの幅）１００８を有する結果の像２５０７を示す。それに対応するＳＬＭと基板の部分の「スナップショット」が等しく離間した時間Ｔ１〜Ｔ７で示され、この時間間隔は式（１）を満たす。この図は図１０と類似している。

図２６は列Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６の中心に位置する線分ＫＬ、ＭＮ、ＯＰ、ＱＲ、ＳＴを有する基板アレイ１００２を示している。光度と結果として得られた線量プロファイルは線分で示した位置の基板アレイの表面上で決定される。線分の位置はそれらが図２５に示した露光パターンの「後エッジ」及び「先エッジ」の両方を横断するようになっていることに注意すること。

図２５に詳細に示すように、図２７は露光基板１００２の結果として得られた線量分布を示している。結果として得られた線量分布を導くために用いられる瞬間的光度分布に対して０．４３のσ値を有するガウス曲線を仮定する。次に線分ＫＬ、ＭＮ、ＯＰ、ＱＲ、及びＳＴにそれぞれ沿った結果として得られた線量プロファイル２７００、２７０１、２７０２、２７０３、２７０４、線量プロファイル２７０４に対応する５０％位置マーカー２７１０、２７１６、線量プロファイル２７０３に対応する５０％位置マーカー２７１０、２７１３、線量プロファイル２７０２に対応する５０％位置マーカー２７１１、２７１４、ともに線量プロファイル２７０１に対応する５０％位置マーカー２７１２、２７１５、投影された行ピッチ１２１５を図２７に示す。線分ＫＬは横座標上の−２〜５まで延びているのが示されていることに注意すること。線分ＭＮ、ＯＰ、ＱＲ、ＳＴは横座標上の同じ値を超えて延びているが、図が混乱しないように示していない。図２７の横座標上の−１〜０、０〜１、１〜２、２〜３の領域は図２５の結果の像２５０７上のＲ４、Ｒ３、Ｒ２、Ｒ１にそれぞれ対応する。総線量が印刷されたフィーチャのエッジが、好ましい５０％位置マーカーに存在するように調整される場合、最終的に現像されたパターンは図２５の結果の像２５０７と類似する。図２７の結果として得られた線量プロファイル２７００は線量プロファイル２７０４の約４５％を決して超えず、故に印刷されないことに注意すべきである。図２５の時間Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５における基板セクション１００２の列Ｃ２を検証すればわかるように、結果として得られた線量プロファイル２７００は単一の近接するピクセルを交互に入れ替えることによる露光に起因するものである。これは単一のピクセルの露光が印刷される線量プロファイルを生成した図２２の例とは対照的である。図２５、２７を参照すると、例えば、結果として得られた線量プロファイル２７０２の５０％位置マーカー２７１１、２７１４との間の距離を検証すればわかるように、列Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５に印刷されたフィーチャはすべて幅に関し、投影された行ピッチ１００８の約１．５倍である。フィーチャが投影されたＳＬＭ素子の格子に関してある任意の位置にある場合、（実質的に）最小のフィーチャ・サイズは投影された行ピッチの約１．５倍である。これは投影されたＳＬＭ素子の格子上に位置する形状に関して観察された投影された行ピッチの約１．０倍である最小のフィーチャ・サイズと対照的である。図２２及び２４を参照すること。

図２８を参照すると、本発明の光リソグラフィ・システムのブロック図が示されている。設計データ格納デバイス２８０４に存在する設計データは、システムが印刷すべきものを記載しており、デコンプレッション(decompression)電子機器２８０７に適した形式に変換するためにデータ・プレコンピュータ２８０５に入力される。データ・プレコンピュータ２８０５はデータを修正して予め測定された基板の歪みを補正してもよい。基板アライメント・システム２８０３を用いて、基板の歪みが測定される。設計データは典型的にはＣＡＤ（コンピュータ支援設計）形式か、又はＧＤＳＩＩなどのマスク標準形式である。設計データ格納デバイスは１つ又は複数のテープ、又はディスク・ドライブであってよい。データ・プレコンピュータはＩＢＭ社のＰＣなどの任意の汎用コンピュータでよい。データ・プレコンピュータによる計算の終了後、データは１つ又は複数の高速ディスク・ドライブ２８０６に格納される。このデータの好適な形式は図１９の結果の像を参照することにより理解できるであろう。基板１４０の全領域はＳＬＭアレイ１２０の拡大されたピッチと等しいピッチの小さな正方形に分割され、基板アレイ１００２は小型の例である。基板を覆うアレイ内の各ピクセルには、フィーチャ・パターンとルックアップ・テーブルの値に基づいた線量値が割り当てられる。ルックアップ・テーブルの値は実験的に決定され、投影レンズ・システム１３０の歪みと収差、ならびに光源１１０からの照射の不均一性を考慮する。一例として、線量値は３２のグレーレベルと仮定して、結果の像１９００のフィーチャ・パターンに基づいて導かれる。この場合３１は１００％の露光に相当する。
ピクセルＲ１Ｃ４、Ｒ１Ｃ５、Ｒ２Ｃ２、Ｒ２Ｃ３、Ｒ２Ｃ４、Ｒ２Ｃ５、Ｒ３Ｃ２、Ｒ３Ｃ３、Ｒ３Ｃ４、Ｒ３Ｃ５は３１の線量値を有する。
ピクセルＲ１Ｃ１、Ｒ１Ｃ２、Ｒ１Ｃ３、Ｒ１Ｃ６、Ｒ２Ｃ１、Ｒ２Ｃ６、Ｒ３Ｃ１、Ｒ３Ｃ６、Ｒ４Ｃ１、Ｒ４Ｃ６は０の線量値を有する。
ピクセルＲ４Ｃ２、Ｒ４Ｃ３、Ｒ４Ｃ４、Ｒ４Ｃ５は意図するエッジの位置１９０１に基づいて、０〜３１の中間の線量値を有する。
便宜上、２４の値を上記に割り当てる。次に、ルックアップ・テーブルを用いて線量値を修正してシステムの歪み、収差、照射の不均一性が説明される。好適なＳＬＭであるＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＤＭＤデバイスは１０２マイクロ秒毎にミラー状態をスイッチングすることができ、かつ１０２４行、７６８列を有するので、このことは高速ディスク・ドライブ２８０６が１０２マイクロ秒毎に１０２４ピクセルのうちの１行を送る必要があることを意味している。３２のグレーレベルを用いると、これは約６．３メガバイト／秒のデータ転送速度である。このデータ転送速度はディスク・ドライブ・アレイの現行の能力の範囲に容易に入る。

再び図２８を参照すると、ステージ１５０と投影レンズ・システム１３０に対する基板１４０の位置合わせは、基板アライメント光２８９２を基板１４０上のフィーチャから基板アライメント・システム２８０３にむけて反射させることによって決定される。基板アライメント・システムは、マッチさせるために基板上の任意のフィーチャをセクション又は十字あるいは円などの予め格納されている像又は理想的な像と比較する「マシン・ビジョン」システムであることが好ましい。基板アライメント・システム光は光源１１０からＳＬＭ１２０と投影レンズ・システム１３０を介して来るか、又は外部の源から来る。基板上のフィーチャから反射された後、光は図示のように直接基板アライメント・システムまで移動するか、あるいは最初に投影レンズ・システムを通過する（「スルー・ザ・レンズ」アライメント）。基板上のフィーチャから反射した光は、投影レンズ・システムを通過し、ＳＬＭで反射され、次に基板アライメント・システムに入るようにしてもよい。ステージ測定システム２８０２は、ステージ位置光センサ２８９１からレーザ干渉計又はリニア・スケールに基づくステージ位置情報を受け取り、制御コンピュータ２８０１に情報を送る。続いて、制御コンピュータは、次に正しい位置にサーボ制御するステージｘ、ｙモータに信号を送る。エッジの不鮮明さが、好適な技術である焦点をずらすことによって達成される場合、制御コンピュータは適したギャップ値が達成されるまでｚ方向にサーボ制御するようにステージに命令する。ギャップ値は好適には空気である基板高さ検出媒体４９０を用いて基板高さ検出器４５０によって測定される。光学型又は容量型などの他のタイプの検出技術も機能する。ギャップ値（焦点ずれ）は所望量のフィーチャ・エッジの不鮮明さを基板上に投影された像内に生成するように選択される。このギャップ値を維持するための不断のサーボ制御が局所的な基板高さの変動を補正するのに必要である。ｚ方向にステージを移動させる代わりに、投影レンズ・システム１３０又はＳＬＭ１２０を代わりにｚ方向に移動させることも容認できる。次に、制御コンピュータは第１の行のデータをデコンプレッション電子機器２８０７に送るように高速ディスク・ドライブ２８０６に命令し、第１のフレームのミラー状態データをＳＬＭメモリ２８０８にロードする。

デコンプレッション電子機器２８０７の機能を理解するには、まずＳＬＭ１２０の要件を理解することが必要である。ＳＬＭ内の全ミラーの状態を同時にスイッチングする。全ミラーの状態はＳＬＭメモリ２８０８に格納された値によって個々に決定される。したがって、デコンプレッション電子機器の要件は、それがミラーのクロック周期毎にＳＬＭメモリ全体に新しいミラー状態をロードしなければならないということである。Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＤＭＤデバイスに関しては、これは１０２マイクロ秒毎である。デコンプレッション電子機器は、各像のピクセルの線量値を、移動している基板に対してシフトする一連のミラーの状態に変換しなければならない。図１９に基づいた単純化された例はこれがどのように達成できるかを示すことができる。結果の像１９００内の任意のピクセルに対して、ミラー・セクション１０００を横切って各行をシフトさせるのに用いられる４つのミラーのクロック周期に起因して５つの線量レベルが可能である。例えば、図１９を検証することによりわかるように、基板セクション１００２内のピクセルＲ４Ｃ２は時間Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７において露光される。実際の露光はこのピクセルに関しては時間Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７おいてのみであった。可能性のある５つの露光順序のうちのいずれかは、４つの露光時間におけるミラー状態に対応する０と１の文字列によって表される。例えば、Ｒ４Ｃ２については、文字列は０１１１となろう。５つの露光順序の適したセットは、
００００ ０００１ ００１１ ０１１１ １１１１
であろう。０００１ではなく１０００などの、同じ線量を提供する他の可能性のある順序が存在する。この自由度を用いて光源１１０からの照射の不均一性を補正できる。その露光順序に対応する線量レベルは、０、１、２、３、４になると定義される。時間（Ｔ４＋Ｔ３）／２におけるミラーのスイッチングに先立ち、ＳＬＭアレイ１０００の行４（Ｒ４）内のピクセルのすべてに対する線量レベルは高速ディスク・ドライブ２８０６からデコンプレッション電子機器２８０７に送られる。可能性のある各線量レベルに相当する順序がデコンプレッション電子機器のルックアップ・テーブルに格納される。一例として再びピクセルＲ４Ｃ２を用いると、その線量レベルは順序０１１１に相当する３になるであろう。Ｔ３において示した状態で始まって、ＳＬＭメモリ２８０８は基板アレイ１０００の第４の行と第２の列Ｒ４Ｃ２のミラーに対してロードされた０状態を有するであろう。ミラーがＴ４において示した状態にスイッチングされた後、デコンプレッション電子機器はＳＬＭメモリに、基板アレイ１０００の第３の行と第２の列Ｒ３Ｃ２の露光順序（１）の第２の桁を与える。ミラーは（Ｔ５＋Ｔ４）／２において状態をスイッチングする。ミラーがＴ５において示した状態にスイッチングした後、デコンプレッション電子機器はＳＬＭメモリに、基板アレイ１０００の第２の行と第２の列Ｒ２Ｃ２の露光順序（１）の第３の桁を与える。ミラーは（Ｔ６＋Ｔ５）／２において状態をスイッチングする。ミラーがＴ６において示した状態にスイッチングした後、デコンプレッション電子機器はＳＬＭメモリに、基板アレイ１０００の第１の行と第２の列Ｒ１Ｃ２の露光順序（１）の第４の桁を与える。ミラーは（Ｔ７＋Ｔ６）／２において状態をスイッチングする。この動作原理は一層大きいＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＤＭＤアレイに対しても同じである。デコンプレッション電子機器はＳＬＭのミラーとルックアップ・テーブルの各々に対する線量レベル・コードを保持するの十分大きいメモリを含んでいなければならない。デコンプレッション電子機器はそのブックキーピング処理を扱うための論理コンポーネントも含む。１０２マイクロ秒のミラー・クロック周期の間にすべてのミラーの値を決定し、かつＳＬＭメモリにロードする必要があるため、多数のミラー値を同時に算出する必要がある。例えば、１つのミラーに対する次の状態を算出するには１００ナノ秒を要する場合、約８００枚のミラーに対する計算が同時に実行されねばならないことは明らかである。

制御コンピュータ２８０１はステージ１５０に開始位置まで移動し、正確な定速まで加速するように命令する。制御コンピュータ２８０１はまた光源１１０に感光性基板１４０の要件とマッチするように正確な強度の光を照射するように命令する。これは通常可変光減衰器を用いて実行される。ステージ測定システム２８０２からのデータは、基板が正しい位置にあるときに、制御コンピュータに露光を開始するように命令する。再び図１９を参照すると、Ｔが式（１）を満たしているＴ１−Ｔ／２において基板アレイ１００２の底部は基板位置１／２にある。この時間では、制御コンピュータは全部のミラーをＳＬＭメモリ２８０８に格納されている新しい値に対応する状態にスイッチングするように空間光変調器に命令する。同時に、制御コンピュータ２８０１は次の行のデータをデコンプレッション電子機器２８０７に送るように高速ディスク・ドライブ２８０６に命令し、デコンプレッション電子機器はミラーの状態データの第２のフレームをＳＬＭメモリにロードする。この工程は基板のエッジに達するまで繰り返され、この時点で制御コンピュータはターンアラウンドを実行するようにステージに命令する。次に、図８に示すようにシステムは蛇行経路の次の区間を露光できる状態になる。これは基板のパターニングエリア全体が露光されるまで繰り返される。

図２８を参照して上記に説明した動作の方法は、複数のＳＬＭエリア・アレイを備えた本発明の光リソグラフィ・システムを操作するのにも容易に拡大され得る。

光リソグラフィ・ツールのいくつかの実施形態は、複数の行として配置された複数のエリア・アレイを有するＳＬＭを備える。この場合、以下のすべてが適用される。（１）エリア・アレイの行は基板上のＳＬＭアレイの投影像の動きの方向に対して垂直である。（２）エリア・アレイはアレイ内の素子の行も基板上のＳＬＭアレイの投影像の動きの方向に対して垂直であるように、個々に位置合わせされる。（３）エリア・アレイの位置はある行と次の行で交互にずらされる。そのような配置の一例を図２９に示す。図２９では、エリア・アレイ２９１０は３行で配置されており、この行は基板上のＳＬＭアレイの投影像の動き２９５０の方向に対して垂直である（方向２９５０はパターン・データがエリア・アレイの素子にわたってスクロールされる方向でもある）。図２９に示したＳＬＭエリア・アレイの配置によって、図９に示したような蛇行経路をたどる必要なく基板を露光することが可能となる（図９の経路はアレイ間にギャップが存在するであろうＳＬＭエリア・アレイの単一の行に対して適している）。交互にずらした配置によって、１行間のアレイ間のギャップを他の行のアレイによって被覆することが可能となる。図２９に示す例はギャップの無い被覆を示しており、３つの行には重なりが存在しない。しかし、いくつかの実施形態は被覆に重なりがあってよい。さらに、典型的には円形の構成要素から構成されるであろう、ほぼ円形のエリア内のＳＬＭエリア・アレイの配置（図２９に円２９６０で示す）は結像光学系を有効に利用する。例えば、図２９の７つのＳＬＭアレイの像は単一のセットの円形レンズを備えた投影レンズ・システムによって、すべて同時に基板上に投影される。

図３０はミラー４８５、光スイッチング機構１２１、第２のＳＬＭビーム・ダンプ４８１をさらに備えた図４の光リソグラフィ・ツールを示している。この例では、光スイッチング機構１２１は第２のＳＬＭである。（構成要素４１０〜４１７を備える）光源からＳＬＭ１２０を経由した基板１４０までの光路を光線１７０で示している。光スイッチング機構１２１は光路上にＳＬＭ１２０に連携するように位置決めされている。この例では、ミラー４８５も、ＳＬＭ１２１を、図示した位置に置くように光路上に設けられている。光源とＳＬＭ１２０との間の光路上の光スイッチング機構を収容するであろう他の多くの光学的構成が可能であることは明白である。ＳＬＭ１２１は２状態を有するミラーを備えたミラー・アレイである。２状態とは光がＳＬＭ１２０に向かって反射される「オン」状態と、ミラーが第２のＳＬＭビーム・ダンプ４８１に向かって光を反射する「オフ」状態である。この例では、すべてのミラーが一体となってスイッチングされる。図３０のツールの大半の構成要素の説明は図４に関連する文章に記載されている。このツールの動作のさらなる説明を図３１を参照して記載する。

図３１では、ＳＬＭ１２０、１２１のスイッチングのタイミングを波形３１２０、３１２１によってそれぞれ示している。ＳＬＭ１２０が「オン」状態にあるとき、ＳＬＭのすべての素子は個々に「オン」又は「オフ」になってよい。すなわち、露光パターンがＳＬＭにロードされる。ＳＬＭ１２０が「オフ」状態にあるとき、ＳＬＭのすべての素子は「オフ」である。同じことはＳＬＭ１２１に当てはまるが、但し、ＳＬＭ１２１が「オン」状態にあるときはＳＬＭのすべての素子は「オン」である。ＳＬＭ１２０とＳＬＭ１２１はスイッチングの間が同じ時間間隔Ｔ、つまり同じスイッチング周波数を有する。しかし、それらはＴ（１−１／ｎ）のタイム・シフトだけ位相からシフトされている。両ＳＬＭのすべての素子は時間間隔毎に「オフ」にされる。両方のＳＬＭが「オン」状態にある場合に限り、光は基板に達することができ、これは時間間隔毎にタイム・スパンＴ／ｎの間である。このタイム・スパンの間に投影像は１つの投影された（基板表面上の１つのピクセル長と同じである）ミラー・ピッチｐＭの距離を基板の表面を横断しなければならない。この結果ステージ速度ｖが得られる。これは次式により与えられる。
ｖ＝ｎｐＭ／Ｔ （７）
上式中ｎは定数を表す。基板の露光間の時間は２Ｔであり、この時間の間にＳＬＭ１２０上のパターンは２ｎ行だけシフトしているであろう。原理上、ｎは１より大きい任意の値を有する。しかし、ｎの実際の選択は典型的には２〜９の整数となろう。

図３２はＳＬＭ上のパターンのシフトとそれに対応する基板上の像を示している。この例では、基板はステージ上にあり、露光中に定速でｘ方向に移動する。図３０も参照すると、次に１２行×６列のエリアを有する素子３２００のアレイであるＳＬＭ１２０の部分、それに対応する４行×６列のエリアを有するピクセル３２０２のアレイである基板１４０の部分、投影された行ピッチ（ピクセルの幅）１００８を有する結果の像３２０７を示す。結果の像は、露光の全シリーズが終了したことによる基板上の可能性のある１つの潜像を示している。ＳＬＭ及び基板のそれに対応する部分の「スナップショット」を等間隔の時間Ｔ１〜Ｔ７で示しており、ここでこの時間間隔はＴである（参考のために、タイミング図である図３１には時間Ｔ１〜Ｔ５も付している）。ＳＬＭと基板のこの部分をそれぞれＭとＳで図３２に示している。ＳＬＭアレイ３２００、基板アレイ３２０２、結果の像３２０７が、それらの真上の位置から見た状態と静止座標系１６０の−ｚ方向に見下ろした状態で描写されている。説明を簡単にするために、各「スナップショット」ではＳＬＭと基板のアレイを相互に隣接して示している。結果の像内の投影された行ピッチ１００８は、ＳＬＭアレイ３２００内の行ピッチを投影レンズ・システム４３０の倍率で掛けたものである。しかし、説明を簡単にするために各「スナップショット」では、同じサイズと配向を有するＳＬＭ及び基板のアレイを示している。アレイ３２００、３２０２上に示した格子、及び像３２０７は単に参照のためのものである。３２００内の黒塗りされていない正方形は「オン」状態のＳＬＭ素子に相当し、黒塗りの正方形は「オフ」状態の素子に相当する。３２０２内の黒塗りされていないエリアと黒塗りされたエリアは、その「スナップショット」に対するＳＬＭ素子の状態に相当する。図３２に示した例ではｎ＝２である。露光は２Ｔ毎に行われ、ＳＬＭアレイ上のパターンはこの時間間隔の間に４行だけ移動しているのがわかる。結果の像は図１０に示したものと同じであるが、図３２の基板は露光中に２倍の速さで移動している。

図３０〜図３２を参照して上で説明したアプローチは、基板の生産量を如何に増大させるかの一例であり、ＳＬＭのスイッチング時間を低減させる必要はない。基板の生産量は一層増大されるので、このことはＳＬＭに対する最小のスイッチング時間が既に使用されている場合に重要である。生産量のこの増大のコストは、（露光間に２ｎ行の移動を収容するための）光スイッチング機構及びより多くの行を有するＳＬＭを含むより複雑なリソグラフィ・ツールである。

先に述べたように、図３０のツールを用いてグレーレベル技術が実施され得ることは明白である。図１〜６のツールに関して先に述べたように、図３０のツールは多くの様式で変形かつ操作され得る。例えば、図２，３に示したような種々の像移動機構が図３０のツールに組み込まれてよい。

図３０の光スイッチング機構１２１は種々の位置、すなわち光路上のＳＬＭ１２０の前とＳＬＭ１２０を越えた位置の両方で有効であり得ることは明白であり、適切な光学的調整が提供される。光スイッチング機構は光源に組み込まれてよく、光源（例えば、パルス・レーザ）の本質的特性であってもよい。光スイッチング機構は、ＳＬＭ、シャッター、回転ミラー、あるいは光路に沿って光の通過を制御することのできる他の任意の光学部品である。当業者であれば、これらの光スイッチング機構が組み込まれ、かつ本発明の光リソグラフィ・ツールの多くの実施形態で使用できる多数の形態があることに気付くであろう。例えば、図３０に示したＳＬＭ１２１とＳＬＭ１２０との間にいくつかのレンズを加えれば、１対１の対応でＳＬＭ１２０のピクセル上にＳＬＭ１２１のピクセルの像の焦点を合わせることが可能となる。これによりＳＬＭ１２１を用いて、アレイ素子の種々のブロックに対して個別に光の通過を制御し、さらに個々の素子に基づいて光の通過を制御することも可能となろう。

ここで、光スイッチング機構がＳＬＭ１２０よりも速くスイッチングされる場合を考える。図３３には、ＳＬＭ１２０と光スイッチング機構のスイッチングのタイミングを波形３３２０、３３２１でそれぞれ示している。ＳＬＭ１２０が「オン」状態にある場合、ＳＬＭのすべての素子は個々に「オン」又は「オフ」になっている。つまり、露光パターンはＳＬＭ上にロードされる。ＳＬＭ１２０が「オフ」状態にある場合、ＳＬＭのすべての素子は「オフ」である。ＳＬＭ上のパターンは時間間隔Ｔ毎にスイッチングされる。光スイッチング機構は単純な２状態「オン」／「オフ」スイッチとして構成される。ＳＬＭと光スイッチング機構の両方が「オン」状態の場合に限り、光は基板に達する。光スイッチング機構は光が基板に達する限定的なタイム・スパンＴ／ｎを提供する。このタイム・スパンの間に、投影像は１つの投影された（基板表面上の１つのピクセル長と同じである）ミラー・ピッチｐＭの距離を基板の表面を横断しなければならない。この結果、式（７）により与えられるステージ速度ｖが得られる。基板の露光間の時間はＴであり、この時間の間にＳＬＭ１２０上のパターンはｎ行だけ移動しているであろう。原理上、ｎは１より大きい任意の値を有する。しかし、ｎの実際の選択は典型的には２〜１９の整数となろう。この場合タイム・スパンは前記スイッチング時間間隔の約数である。

図３４は２つのＳＬＭエリア・アレイ３４２０、３４２１からの投影像を基板の表面上に重ね合せることができるように構成された光学系を備えた光リソグラフィ・ツールを示している。必要な場合、重なり合った像が整合、すなわちピクセル対ピクセルに正確にスーパーインポーズされる。光源１１０とプリズム３４１０〜３４１３は２つのＳＬＭエリア・アレイ３４２０、３４２１に照明を提供する。ＳＬＭエリア・アレイから反射された光はプリズム３４１０〜３４１３によって結合され、次に結像光学系３４３０によって基板１４０の感光性表面上に投影される。基板１４０は、座標軸１６０のｘ−ｙ平面に移動させるステージ１５０によって保持されている。図３４の光学的構成はさらなるＳＬＭエリア・アレイを含むように変形されてよい。ＳＬＭの投影像を基板の表面上に重ね合せることができるようにする光学的構成の一例は、参照により本願明細書に組み入れた、Ｇｉｂｂｏｎらに付与された米国特許第６，５８２，０８０号に記載されている。当業者であれば図３４に示したツールが図１〜６に示した装置に従って変形され、これにより本発明のさらに多くの実施形態が提供されてよいことが理解されよう。図３４の装置は図３０と同様の形態で動作する。このツールの動作のさらなる説明を図３５を参照して記載する。

図３５では、エリア・アレイ３４２０、３４２１のスイッチングのタイミングを波形３５２０、３５２１によってそれぞれ示している。アレイ３４２０が「オン」状態にあるとき、アレイのすべての素子は個々に「オン」又は「オフ」になる。すなわち、露光パターンがＳＬＭにロードされる。アレイ３４２０が「オフ」状態にあるとき、アレイのすべての素子は「オフ」である。同じことはアレイ３４２１に当てはまる。アレイ３４２０とアレイ３４２１はスイッチングの間が同じ時間間隔Ｔ、つまり同じスイッチング周波数を有する。しかし、それらはＴ（１−１／ｎ）のタイム・シフトだけ位相からずれている。両アレイのすべての素子は時間間隔毎にスイッチングされる。両エリア・アレイは「オン」状態にあり、時間間隔毎にタイム・スパンＴ／ｎの間に２倍の線量の光が基板に到達する。このタイム・スパンの間に投影像は、１つの投影された（基板表面上の１つのピクセル長と同じである）ミラー・ピッチｐＭの距離だけ基板の表面を横断しなければならない。この結果式（７）により与えられるステージ速度ｖが得られる。基板の２倍の線量の露光間の時間は２Ｔであり、この時間の間にＳＬＭ１２０上のパターンは２ｎ行だけ移動しているであろう。基板感光性表面の線量と現像条件の調整は、十分な２倍の線量による露光を受けたピクセルのみが現像パターンを確実に形成する。

先に述べたように、図３４のツールを用いてグレーレベル技術を実装できることは明白である。図１〜６と３０のツールに関して先に述べたように、図３４のツールは多くの様式で変形かつ動作させられる。例えば、図２，３に示したような種々の像移動機構が図３４のツールに組み込まれてもよい。

図３４の光リソグラフィ・ツールのための別のモードの動作は、エリア・アレイ３４２０、３４２１を同期して動作させることである。この場合、基板の速度は式（１）によって制限されるであろう。単一のエリア・アレイが単位時間当たり十分に大きな線量を送ることができない場合、このモードの動作は有用である。

図８、９を参照すると、ＳＬＭエリア・アレイは基板上の投影像内のピクセルの列が像自身の移動の方向に対して平行になるように配向されている。これにより移動の方向に対して直交するピクセルのエッジの不鮮明さが得られる。しかし、移動の方向に対して平行なエッジはこの移動によって不鮮明にならない。グレーレベル技術を実装するためには、移動の方向に対して平行なエッジも不鮮明にしなければならない。平行なエッジを不鮮明にすることは先に記載したような多くの形態で達成することができ、そのすべての形態はＳＬＭの不鮮明像を基板表面上に投影することを伴う。上に開示した光リソグラフィ・ツールの実施形態のすべてと共に使用される不鮮明にされたエッジを達成するための別のアプローチがある。ＳＬＭエリア・アレイは基板上の投影像内のピクセルの列が像自身の移動の方向に対して平行にならないように配向されている。例えば、投影像内の列は移動の方向に対して４５°の角度であってよく、この場合、単に移動によるだけで正方形のピクセルのすべてのエッジは等しく不鮮明にされるであろう。

特定の実施形態を参照して本発明を説明してきたが、この説明は単に説明のためのものであり、主張される本発明の範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。

Claims (25)

1. 基板をパターニングする、空間光変調器をベースとした光リソグラフィ・ツールの動作方法であって、
   サイズと構成が前記空間光変調器内の個々にスイッチング可能な素子の投影される間隔と構成に対応しているピクセルのエリア・アレイを前記基板表面上に決定するステップと、
   設計データ・ファイル内のフィーチャ・パターンから算出される線量値を前記基板上の各ピクセルに割り当て、前記線量値は前記基板上の結果の像のフィーチャ・パターンに対応した複数のグレーレベルの１つと関連する、ステップと、
   少なくとも２つの状態を有する前記空間光変調器の素子であり、第１の状態が前記基板に光を到達させ、第２の状態が前記基板に光が到達するのを止める素子それぞれの状態を表す一連の値へと、前記基板上の各ピクセルに対する前記線量値をクロック周期ごとにデコンプレスするステップと、
   前記素子状態の値を空間光変調器メモリへとロードするステップと、
   前記空間光変調器を照射するステップと、
   前記空間光変調器と前記基板との間に位置する投影光学系によって実施される、前記基板上に前記空間光変調器の像を投影するステップと、
   クロック周期ごとに一度、前記空間光変調器メモリ内の前記値に応じて前記空間光変調器の前記素子をスイッチングするステップと、
   各クロック周期中、前記基板と前記投影される像とを互いに前記ピクセル間の前記間隔に等しい距離だけ変位させるステップとから構成され、
   前記基板上のピクセルが前記空間光変調器の複数の素子からピクセルに割り当てられた線量値に加えてエネルギーの線量を連続して受け取ることを特徴とする光リソグラフィ・ツールの動作方法。
2. 前記基板上の前記ピクセルと前記空間光変調器内の前記個々にスイッチング可能な素子との前記対応は１対１であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記割り当てるステップは、前記算出された線量値を調整することによって前記投影光学系内の歪みと収差を補正するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記割り当てるステップは、前記算出された線量値を調整することによって前記空間光変調器の照射の不均一性を補正するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記デコンプレスするステップは、前記基板に対する前記空間光変調器の位置に対応する、１クロック周期中の前記空間光変調器の前記素子すべての前記素子状態の値を規定するのに必要な線量データである１フレームの線量データに対してクロック周期ごとに一度実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記ロードするステップはクロック周期ごとに一度実行されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記基板の露光中、前記空間光変調器は連続的に照射されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記基板の露光中、前記空間光変調器の前記像は前記基板上に連続的に投影されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記基板表面の前記投影された像は不鮮明にされるステップを有し、
   前記不鮮明な像は、サブピクセルの解像度のフィーチャ・エッジの配置を可能にする瞬間的光度分布を有し、総線量分布が前記表面上に形成される潜像にフィーチャ・エッジを定めることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記不鮮明にするステップは、前記空間光変調器と前記感光性コーティングとの間に位置決めされた拡散体によって実施されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記空間光変調器はデジタル・マイクロミラー・デバイスであり、前記素子は個々にスイッチング可能なミラーであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記基板の歪みを測定するステップと、
    前記基板の歪みを説明するために前記設計データ・ファイルを修正するステップとをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記空間光変調器の前記素子をスイッチングするステップは、前記基板上の任意のピクセルによって受け取られるエネルギーの総線量に連続して寄与する前記空間光変調器の素子の数を変えるように制御され、これにより前記基板上のあるピクセルは非ゼロの異なったエネルギーの総線量を受け取ることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記測定するステップは基板アライメント・システムによって実施されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 前記基板アライメント・システムはマシン・ビジョン・システムを備えることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記空間光変調器の前記素子をスイッチングするステップは、前記基板上の任意のピクセルによって受け取られるエネルギーの総線量に連続して寄与する前記空間光変調器の素子の数を変えるように制御され、これにより前記基板上のあるピクセルは非ゼロの異なったエネルギーの総線量を受け取ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
17. 前記基板表面の前記投影された像は不鮮明にされ、
    前記不鮮明な像は、サブピクセルの解像度のフィーチャ・エッジの配置を可能にする瞬間的光度分布を有し、総線量分布が前記表面上に形成される潜像にフィーチャ・エッジを定めることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記スイッチングするステップは、前記基板表面上の感光性コーティング内にフィーチャを決定するように制御され、前記感光性コーティング内のフィーチャ・エッジは、前記基板上の前記エリア・アレイによって決定されたピクセル・エッジからサブピクセルの距離だけシフトされることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記空間光変調器の前記素子は矩形格子上で行及び列に配置され、前記基板の移動の方向は前記空間光変調器の前記素子の前記列と平行であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
20. 前記空間光変調器の前記素子は矩形格子上で行及び列に配置され、前記基板の移動の方向は前記空間光変調器の前記素子の前記列と平行でも直角でもないことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
21. 前記スイッチングするステップは、前記基板表面上の感光性コーティング内にフィーチャを決定するように制御され、前記感光性コーティング内のフィーチャ・エッジは、前記基板上の前記エリア・アレイによって決定されたピクセル・エッジからサブピクセルの距離だけシフトされることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記投影するステップの前に、前記基板を前記投影光学系と位置合わせするステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
23. 前記位置合わせするステップは、前記基板上の任意のフィーチャをメモリ・デバイス内に予め格納されている像と比較するステップを有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記位置合わせするステップは、前記基板上の任意のフィーチャをメモリ・デバイス内に予め格納されている理想的な像と比較するステップを有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
25. 前記理想的な像は十字及び円からなるグループから選択されることを特徴とする請求項２４に記載の方法。

Images