JP6086503B2 - 感光層のパターン付き露光のための露光装置及び方法 - Google Patents

Description

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、「３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ａ）」の下に２０１１年８月１９日出願のドイツ特許出願第１０ ２０１１ ０８１ ２４７．４号に対する優先権を主張し、その全ての内容は、これによって本出願の開示に引用によって組み込まれる。

本発明は、感光層のパターン付き露光のための露光装置、及び指定された露光方法に関する。

マイクロリソグラフィのための露光装置は、構造を基板上に形成された感光層に高精度で露光することができる。一般的に、そのような露光装置は、光源と、光源によって放出された光を処理して照明光を形成する照明系と、一般的にレチクル又はマスクと呼ばれる投影される物体と、同じく物体視野を像視野上に結像する投影レンズとで構成される。マスク又はマスクの少なくとも一部は、物体視野に置かれ、基板（以下ではウェーハとも呼ぶ）又は基板の少なくとも一部は、投影レンズの像視野に置かれる。

マスクが、完全に物体視野の領域内に置かれ、ウェーハが、ウェーハ及び像視野の相対移動なしに露光される場合には、一般的に、このリソグラフィ装置をウェーハステッパと呼ぶ。マスクの一部のみが、物体視野の領域内に置かれ、ウェーハが、ウェーハ及び像視野の相対移動中に露光される場合には、一般的に、このリソグラフィ装置をウェーハスキャナと呼ぶ。レチクルとウェーハの相対移動によって定められる空間座標軸を一般的に走査方向と呼ぶ。ステップ・アンド・リピート露光の原理に基づく近視野リソグラフィのための露光装置は、Ｙａｓｕｈｉｓａ Ｉｎａｏ他著の論文「プロトタイプのナノ製作ツールとしての近視野リソグラフィ（Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ａｓ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ Ｎａｎｏ− Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ）」、Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、８４（２００７年）、７０５〜７１０ページに記載されている。

マスク上で固定的に予め定められた構造が感光層上に結像される露光装置に加えて、ラスター走査の原理に基づく露光装置もあり、この場合に、互いから分離された典型的に平行な複数の露光光線が生成され、感光層上に生成される構造に依存する方式で変調される。この場合に、露光される区域全体をパターン化することができるように、感光層を露光光線に対して横断方向に変位させることができる。この場合に、例えば、ＵＳ ７４２５７１３ Ｂ２に記載されているシステムの場合に例示されるように、露光放射線として電子放射線が典型的に使用される。

ＵＳ ７４２５７１３ Ｂ２ ＵＳ ２００６／００４４９８５ Ａ１

Ｙａｓｕｈｉｓａ Ｉｎａｏ他著「プロトタイプのナノ製作ツールとしての近視野リソグラフィ（Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ａｓ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ Ｎａｎｏ− Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ）」、Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、８４（２００７年）、７０５〜７１０ページ ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｓｕｒｆａｃｅ＿Ｐｌａｓｍｏｎ Ｄａｖｉｄ Ｏ．Ｓ．Ｍｅｌｖｉｌｌｅ他著「平面銀レンズを用いた超高分解能近視野リソグラフィ（Ｓｕｐｅｒ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｕｓｉｎｇ ｐｌａｎａｒ ｓｉｌｖｅｒ ｌｅｎｓｅｓ）」（招待ポスター、ＭＮＥ−２００５ ＩＤ ００７０９、「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｎｅ０５．ｏｒｇ／３−ｃ＿０１．ｐｄｆ」） ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｇｂｌｏｇ．ｄｅ／２００９／０６／１５／ｋｌｅｉｎｓｔｅｓ−ｌｃｄ−ｄｉｓｐｌａｙ−ｄｅｒ−ｗｅｌｔ−ｍｉｔ−ｖｇａ−ａｕｆｌｏｓｕｎｇ／ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｐｉｂｐｃ．ｍｐｇ．ｄｅ／ｇｒｏｕｐｓ／ｈｅｌｌ／ＳＴＥＤ＿Ｄｙｅｓ．ｈｔｍｌ

本発明の目的は、高い分解能による感光基板のパターン付き露光を可能にする露光装置及び関連の露光方法を指定することである。

一態様により、本発明は、感光層の部分領域に各々が割り当てられた複数の特に平行な露光光線を発生させるための発生デバイスと、露光光線をそれぞれ割り当てられた部分領域にわたって又はそれに対して特に走査方式で移動するための移動デバイスと、近視野光学ユニットの上流のそれぞれの露光光線の広がりよりも小さい広がりを有する光点を感光層上に発生させるためにそれぞれの露光光線をエバネッセント波に変換するように機能する感光層の上流に配置された近視野光学ユニットとを含む感光層のパターン付き露光のための露光装置に関する。

そのような露光装置の場合には、露光される感光層又はウェーハの面は、それぞれの露光光線によって露光が同時に発生する複数の部分領域に再分割され、すなわち、各部分領域に露光光線が割り当てられる。露光光線は、典型的には、個々の露光光線の作動又は停止によって生成されるパターンが感光層に転写され、すなわち、感光層上に生成される構造が露光光線のパターンによって定められるように、２次元ラスターから発して平行に進む。

露光光線のパターンを感光層に転写する工程は、繰返し実施され、それぞれの露光光線が、それぞれの部分領域内の各場所に漸次的に到達するように、連続する転写段階の合間に露光光線が全体として感光層に対して各場合に変位し、露光される面全体にこのようにして微細構造が付けられる。この目的のために、露光光線は、互いに独立して操作され、すなわち、特に互いに独立してオン又はオフにされることは言うまでもない。

この場合に、感光層上の部分領域の広がりは、典型的には、感光層上にそれぞれの露光光線によって生成される回折円盤（エアリー円盤）と同規模（すなわち、約１倍から１０倍）のものである。この場合に、回折円盤のサイズ又は直径は、露光装置の分解能性能を制限するので、この直径は、露光装置（又は露光装置内に使用される投影レンズ）の最も小さい絞り直径によって決定される。本発明の関連では、このいわゆる回折限界と比較して高い分解能で感光層のパターン化を実施することを可能にする技術を記載し、すなわち、それぞれの回折円盤の広がりの一部のみが露光に寄与する技術を説明する。

本発明の第１の態様により、これは、近視野光学ユニットが感光層の直ぐ上流に配置され、それによって露光光線の広がりを縮小することが可能になり、その結果、近視野光学ユニット内に入射する露光光線の回折円盤の広がりよりも有意に小さい広がり又は直径を有する光点が感光基板上に生成されるということによって達成される。

一実施形態において、近視野光学ユニットの感光層に対面する側は、露光光線の波長よりも短い感光層からの距離の位置に配置される。この配置は、近視野光学ユニットにおいて形成されるエバネッセント波の強度が、エバネッセント波の生成場所からの距離と共に指数関数的に低下するので有利である。この場合に、露光放射線の使用波長は、近ＵＶ領域にあるもの、例えば、１９３ｎｍとすることができる。しかし、可視波長範囲の波長を有する露光放射線を使用することもできる。液浸液の使用も可能である。

感光層（レジスト）が十分にロバストである場合には、近視野光学ユニットは、適切な場合に感光層に少なくとも部分的に接触することができる。近視野の上方から内部に結合される露光光線の強度の強い距離依存性は、時に感光層の不均一照明をもたらす可能性があるので、この距離依存性を考慮するために、照射量及び／又はフォーカス制御（下記を参照されたい）を与えることができる。

更に別の実施形態において、露光装置は、近視野光学ユニットにおいて反射された露光光線の強度を検出するための検出器デバイスを更に含む。反射光の強度は、適切な空間分解検出器デバイス（ＣＣＤカメラなど）によってチャンネル毎に、すなわち、各露光光線に対して個々に測定することができる。このようにして、それぞれの露光光線又は露光光線によって生成されるエバネッセント波の感光層内のエネルギ入力を一般的に間接的に測定することができる。感光層内に少ないエネルギが導入される程、多くのエネルギが反射され、その逆も同様である。検出器デバイスを発光デバイス（又はフィルタデバイス、下記を参照されたい）に結合することにより、感光層が（ほぼ）一様に露光されるように、個々の露光光線の強度を互いに独立して設定することができる。

１つの発展形態では、露光装置は、近視野光学ユニットと感光層の間の距離及び好ましくは傾斜を特に検出された強度に基づいて決定するための距離決定デバイスを含む。チャンネル毎に検出された強度に基づいて、感光層内に導入されるエネルギを推定することができ、従って、近視野光学ユニットと感光層の間の距離を局所的に推定することができる。近視野光学ユニットと感光層の間の距離を複数の場所において決定することにより、更に、感光層に対する近視野光学ユニットの向き又は傾斜を決定することができる。適切な場合には、近視野光学ユニットに設けられたマニピュレータ（例えば、圧電アクチュエータの形態にある）によって傾斜を補正することができる。マニピュレータは、近視野光学ユニットと感光層の間の距離を望ましい設定値に設定又は調整するのに使用することができる（フォーカス制御又はフォーカス調整）。適切な場合には、距離決定デバイスは、近視野光学ユニットと感光基板の間の距離の容量的又は偏光解析的決定を実施するように設計することができる。

更に別の実施形態において、露光装置は、近視野光学ユニットの上流に配置され、かつそれぞれの露光光線の強度及び／又は偏光に影響を及ぼすように機能するフィルタデバイスを含む。フィルタデバイスは、例えば、電圧を印加するか又はそれぞれ偏光に影響を及ぼすことによって場所依存方式で変更することができる透過をもたらす例えばニュートラル（グレー）フィルタ又は偏光フィルタとして具現化することができる。近視野光学ユニットと感光層の間の距離が場所依存方式で変化する場合には、感光層上に得られる光分布不均一性は、近視野光学ユニットの上流の強度分布への適切な影響によって補償することができる。この場合に、個々の露光光線の強度は、例えばニュートラルフィルタ又は偏光フィルタによって適切に変調することができる。

１つの発展形態では、露光装置は、検出器デバイスを用いて検出された強度に依存する方式でフィルタデバイスを駆動するための制御デバイスを更に含む。制御デバイスは、個々の露光光線の強度及び位相（及び同じく適切な場合には露光持続時間）をこれらが感光層において、又は近視野光学ユニット上に入射するときに望ましい特性を有するように測定変数又は検出変数に依存する方式で設定するために使用することができる。特に、制御デバイスは、感光層上に入射する個々の露光光線の間の強度差を最小にし、すなわち、感光層上に可能な限り均一な強度分布を発生させるために使用することができる。

一実施形態において、近視野光学ユニットは、好ましくは、露光光線の波長よりも短い直径を有する複数の貫通開口部を有する有孔マスクを有する。分解能を高めるための１つの可能性は、露光光線に対して貫通開口部内でのみ透過性を有する有孔マスクを使用することである。この場合に、貫通開口部の直径は、露光光線の回折円盤の直径よりも一般的に短く、すなわち、露光光線の光伝播方向に対して横断する方向の貫通開口部の広がりは、露光放射線の波長よりも短い。この場合に、いわゆるエバネッセント波（量子力学のトンネル効果に従う）としての露光放射線が、貫通開口部の場所において感光層内に入射して感光層を露光することができるように（「非接触ナノインプリント」）、有孔マスクと感光層の間の距離も、露光放射線の波長よりも一般的に小さい（上記を参照されたい）。

１つの発展形態では、有孔マスクは、露光光線に対して透過性を有する基板と、感光基板に対面する障壁層と、この障壁層に形成された複数の貫通開口部とを有する。この場合に、貫通開口部を有する障壁層は、担体として機能する透過基板上に付加される。一例として、近ＵＶ領域、例えば、約１９３ｎｍの放射線を使用する場合には、クロム層が障壁層として機能することができ、このクロム層は、約５０〜８０ｎｍの厚みから、この波長の露光光線に対して透過性をもはや持たない。

１つの発展形態では、透過基板は、感光層に対面する側がパターン化され、特にテーパ付き構造を有する。透過基板の構造は、マイクロ光学ユニットとして機能し、特に、テーパ付き円錐構造は、特に有利であることが見出されている。この場合に、障壁層内の貫通開口部は、一般的に、感光層から露光放射線の波長よりも短い距離の位置に配置された円錐頂点の位置に置かれる。

更に別の実施形態において、露光光線の光伝播方向は、近視野光学ユニットに対して（従って、感光層に対して）ある一定の角度で延び、近視野光学ユニットは、複数のテーパ付き金属構造が埋め込まれた誘電体基板を有する。この場合に、入射露光放射線は、テーパ付き金属構造内に面プラズモンを励起するように機能する。面プラズモンは、構造内に交替電界を誘導し、この交替電界は、先端においてエバネッセント波として最大に集中するように出現し、感光層からの距離に依存して指数関数的に減衰する。それぞれの先端と感光層の間の短い距離（典型的に、使用露光光線の波長よりも短い）の場合には、エバネッセント波の強度は、先端の周囲の非常に小さい領域内で感光層を露光するのに十分である。

金属先端内に面プラズモンを励起するためには、ｐ偏光照明放射線を使用する必要があり、すなわち、入射平面（従って、ｐ偏光）が実際に定められるように、光伝播方向を近視野光学ユニットに対してある一定の角度で生成する必要がある。面プラズモンを励起するためには、使用露光放射線の波数を金属のプラズマ周波数に更に適応させなければならず、この適合は誘電体を通じて可能であり、面プラズモンの生成に関するより詳細説明に対しては、特に「ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｓｕｒｆａｃｅ＿Ｐｌａｓｍｏｎ」を参照されたい。約１９３ｎｍの波長を有する露光光線を使用する場合には、特にアルミニウムにプラズモン源としての役割を果たさせることができる。感光層の機械耐性によって許容される場合には、金属先端を感光層と直接に接触させることができる。

更に別の実施形態において、露光装置は、近視野光学ユニットから射出するエバネッセント波を感光基板上に結像するためのスーパーレンズ要素を含む。いわゆるスーパーレンズ要素という用語は、エバネッセント波を（ほぼ）非減衰方式で搬送し、時には更に増幅することを可能にする配置を表している。スーパーレンズ要素は、露光放射線の波長に対して負の屈折力を有するので、この増幅は可能である。

スーパーレンズ要素の場合にも面プラズモンが励起される。ここでの最も単純な場合には、スーパーレンズ要素は、第１の誘電体と金属層と第２の誘電体とで構成された層積層体を有する。この場合に、（平面）層の厚みは、一般的に露光放射線の波長と同規模のものである。銀が金属層として機能するそのようなスーパーレンズ要素は、Ｄａｖｉｄ Ｏ．Ｓ．Ｍｅｌｖｉｌｌｅ他著の論文「平面銀レンズを用いた超高分解能近視野リソグラフィ（Ｓｕｐｅｒ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｕｓｉｎｇ ｐｌａｎａｒ ｓｉｌｖｅｒ ｌｅｎｓｅｓ）」（招待ポスター、ＭＮＥ−２００５ ＩＤ ００７０９、「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｎｅ０５．ｏｒｇ／３−ｃ＿０１．ｐｄｆ」）に示されている。近ＵＶ領域、例えば、約１９３ｎｍ付近の波長では、アルミニウム層の使用が有利であることが見出されている。そのような波長では、石英ガラスを誘電体として使用することができる。スーパーレンズ要素は、近視野光学ユニットと一体的に実施することができる。

本発明の更に別の態様は、感光層を有する基板と、感光層を第２の状態から第１の状態に変換するために強度閾値よりも大きい最大強度を有する露光光線を発生させるように設計され、（少なくとも１つの）照明波長を有して各々が感光層の部分領域に割り当てられる複数の特に平行な露光光線を発生させるための発生デバイスと、露光光線をそれぞれ割り当てられた部分領域にわたって又はそれに対して特に走査方式で移動するための移動デバイスと、感光層を第１の状態から第２の状態に変換するために（少なくとも１つの）励起波長を有する励起放射線を発生させるための励起光源とを含む露光装置に関する。

本発明のこの態様は、分解能を高めるために、感光層が、典型的にそれぞれの露光光線の中心で得られる露光光線の最大強度よりも小さい強度閾値で第２の状態と第１の状態の間で変化することを利用する。可逆状態遷移の場合には、それによって達成されることは、パターン化に向けて設けられ、かつ感光層上に入射する露光光線によって覆われる（回折限界の）領域の副領域を構成する部分領域内以外で感光層が第２の状態から第１の状態に変換され、それによってパターン化に向けて設けられたこの部分領域内でしかパターン化を行うことができないようにすることである。

励起光源を使用することで、感光層を第１の状態から第２の状態に変換することができる。それとは対照的に、露光光線は反対の効果を有し、すなわち、感光層を第２の状態から第１の状態に変換するように機能する。励起は、露光前又は露光中に達成することができる。励起放射線と露光放射線の両方が単一の波長だけを有する必要はなく、適切な場合は、それぞれの波長範囲を有効範囲とすることができることは言うまでもない。しかし、励起光源と発光デバイスの両方が一般的にレーザ光源を含むので、これらによって発生される放射線は、良好な近似で単一の波長のみを有する。

一実施形態において、第１の状態から第２の状態への遷移は可逆であり、感光層は、第２の状態においてのみ恒久的に変化した化学状態に変換することができる。２つの状態の間の遷移は可逆であるので、感光層の励起を露光の前に達成することができ、励起放射線を感光層に特に均一に印加することができる。この場合に、一例として、ＵＳ ２００６／００４４９８５ Ａ１に記載されている露光方法を実施することができ、この文献の全ては、本出願の主題の中に引用によって組み込まれている。この文献に記載されている方法では、感光層は、励起の後に露光放射線を用いて第２の状態から第１の状態に変換され、この場合に、幅狭に境界が定められた領域が割愛され、すなわち、露光放射線はこの領域上に入射せず、又はこの領域では露光放射線の強度が極めて低く、それによってこの領域では露光光線の強度が強度閾値よりも低く留まるので、感光層は第２の状態に留まる。

更に別の実施形態において、それぞれの露光光線が割り当てられる部分領域は、少なくとも部分的に重なり合う。上述の極めて低い強度を有する幅狭に境界が定められた領域の外側において強度閾値を明確に超える強度を得るためには、それぞれの露光光線が割り当てられる隣接部分領域が部分的に重複し、それによって隣接する露光光線の強度分布も、これらの露光光線の外側領域内で重なり合ってそこで重ね合わされ、強度閾値よりも大きい合計強度が形成される場合であれば有利である。

１つの発展形態では、露光装置は、感光層を第２の状態から恒久的に変化した化学状態に変換するための定着光源を含む。この場合に、感光層は、それが第２の状態にある領域内で定着光源によって恒久的に変化した化学状態に変換することができ、このようにしてパターン化することができる。感光層の領域は、恒久的に変化した化学状態に変換された状態で、励起放射線又はその後の露光の露光光線に対して以後反応しない。

更に別の実施形態において、励起光源は、感光層上で場所依存方式で変化する強度プロフィールを有し、好ましくは、感光基板上に隣接して入射する２つの露光光線の間に最大強度を有する励起放射線を発生させるように設計される。場所依存の励起放射線強度プロフィールを発生させることにより、ＳＴＥＤ（「誘導放出抑制」）顕微鏡と同じく幅狭に境界が定められた領域内に強度最大値が形成され、感光層を第１の状態に変換するように露光光線と励起放射線を重ねることができる。

更に別の実施形態において、第２の状態から第１の状態への遷移は不可逆であり、すなわち、第２の状態は、既に恒久的に変化した化学特性を有する状態を構成している。そのような特性を有する感光層は、特に、上述の励起放射線と露光放射線の同時使用の場合に使用することができる。この場合に、励起放射線と露光放射線の組合せ強度が強度閾値よりも大きい場合には、感光層は、関連領域内で第１の恒久的に変化した化学状態を得る。

代替的に、適切な場合に励起放射線の使用を完全に省くことができ、すなわち、強度閾値が非常に高く（例えば、露光光線の最大強度の８０％又は９０％）、従って、例えば、それぞれの露光光線によって覆われる面積のうちの３０％又はそれ未満に等しい小さい強度分布の副領域内でしか感光層が第２の状態から第１の状態に不可逆に変換されない感光層（レジスト）を使用することができる。この場合に、強度閾値が超過されなかった領域内では、レジストは、可能な限り迅速に露光を「忘失」しなければならず、すなわち、いわゆるアルツハイマーレジストを用いなければならない。このタイプのレジストは、例えば、再書込み可能ＤＶＤに使用され、例えば、２つの状態の間の遷移が特にアモルファス相と結晶相の間で熱的に起こるカルコゲニドとして具現化することができる。

言い換えれば、パターン化することが意図される面領域は、それぞれの露光光線の中心で強度閾値が超過される場合にその中心に位置するか、又は（ほぼ）全く露光放射線が感光層上に入射しない領域の中心、すなわち、感光層上の強度分布の最小値の領域内に位置するかのいずれかとすることができる。それぞれの面領域を可能な限り小さくし、従って、分解能を可能な限り高くするためには、時に露光放射線の有意な最大強度を必要とする可能性がある。

更に別の実施形態において、感光層は、切換可能有機色素又は切換可能カルコゲニドを含む。切換可能有機色素は、光を用いて第２の状態から第１の状態に（及びその逆に）切換可能な色素分子を含む。上述したように、カルコゲニドの場合には、２つの状態の間の遷移は、典型的には熱励起により、厳密に言えばアモルファス相と結晶相の間で起こされる。

１つの発展形態では、切換可能有機色素の第２の状態は、切換可能有機色素の第１の状態に誘導放出によって変換することができる。この場合に、ＳＴＥＤ顕微鏡の場合と同様に、色素は、第１のエネルギ的に低い状態から第２のエネルギ的に高い状態に励起放射線を用いて変換することができ、この第２の状態から第１の状態には、適切な波長範囲の露光光線を用いた誘導放出によって戻すことができる。この場合に、色素を第２の状態に励起するのに必要とされる波長と、誘導放出を基底状態に励起するのに必要とされる波長とは、典型的には異なるものである。

第１及び第２の状態は、切換可能有機色素の異なる構造異性状態、例えば、上記に引用したＵＳ ２００６／００４４９８５ Ａ１に記載されているように、例えば、それぞれの色素分子のシス−トランス遷移を表す２つの異性状態とすることができる。第１の状態（例えば、トランス状態）にある色素分子は、定着光を用いた照射によって恒久的に変化した化学状態に変換することができるのに対して、第２の状態（例えば、シス状態）では、この変換は可能ではない。

エネルギ励起状態から基底状態への遷移を誘導放出を用いて発生させることができる蛍光色素の使用に加えて、当然ながら、他のタイプの（可逆）状態遷移を有する感光層、例えば、アモルファス相と結晶相の間の遷移が熱的に起こされる（例えば、露光パルスによって励起される）上述のカルコゲニドを露光装置に対して使用することができる。

両方の態様に関する更に別の実施形態において、発生デバイスは、それぞれの露光光線を感光層上に生成される構造に依存する方式でオン又はオフにするように設計された複数の切換可能ラスター要素を有するラスター配置を有する。ラスター配置を使用すると、作動、すなわち、オンにされたラスター要素に対応する光点のパターンを感光層上に発生させることができる。

１つの発展形態では、ラスター配置のラスター要素は、それぞれの露光光線に対する切換可能絞りとして具現化される。この場合に、ラスター配置は、ラスター要素が作動された領域、すなわち、ラスター要素が絞りとして機能しない領域内でのみ露光放射線を透過させる。それとは対照的に、ラスター要素がオフにされた領域内では、照明放射線は遮蔽される。

１つの発展形態では、ラスター配置は、ＬＣＤアレイ、レーザダイオードアレイ、又はＯＬＥＤアレイとして具現化される。第１の場合には、ＬＣＤアレイを感光基板に背面する側で照明する照明デバイスが必要である。レーザダイオードアレイ又はＯＬＥＤアレイが使用される場合には、各ラスター要素は、それぞれの露光光線を発生させるために個々に作動させることができる専用光源を有する。ＬＣＤアレイとレーザダイオードアレイ又はＯＬＥＤアレイとの両方は、市販で入手可能であり、これらのアレイでは、ラスター要素は、非常に高い分解能を得るほど十分に小さい。特に、市販のＯＬＥＤアレイの切換時間は、露光中の高スループットを確実にするほど十分に短い。

別の実施形態において、ラスター要素は、それぞれの露光光線に対する切換可能反射器として具現化される。この場合に、ラスター要素は、第１の有効切換位置において、露光放射線を感光層上に偏向させることができ、それに対して第２の無効切換位置では、露光放射線を感光層上に偏向させず、異なる空間領域内に偏向させる。

１つの発展形態では、ラスター配置は、マイクロミラーアレイ（ＭＭＡ）として具現化される。ＭＭＡのラスター要素は非常に小さく、露光中の高スループットを可能にするほど十分に短い切換可能反射器の切換時間を有する。

更に別の実施形態において、移動デバイスは、ラスター配置を感光層に対して、好ましくは、近視野光学ユニットと同期して変位させるための少なくとも１つの変位ユニットを有する。露光光線をそれぞれの部分領域内で変位させるためには、ラスター配置を感光層と平行な平面内で変位させるのが有利である。この目的のために、移動デバイスは、ラスター配置をこの平面内で２つの好ましくは互いに垂直な方向に変位さえる２つの直線変位ユニットを含むことができる。このようにして、感光層の部分領域を全区域にわたってパターン化するためにこれらの部分領域を走査することができる。代替的に、適切な場合にラスター配置を静止状態に留めることができ、感光層又は基板を変位させることができることは言うまでもない。当然ながら、基板とラスター配置は、同時にかつ適切な場合に反対方向に移動することができる。

更に別の実施形態において、発生デバイスは、ラスター配置を特に均一に照明するための照明デバイスを含む。この場合に、照明放射線は、ラスター配置上に全区域にわたって入射し、個々の露光光線は、ラスター配置の有効状態に切り換えられたラスター要素において発生され、それに対して他の（無効）ラスター要素によって感光層に伝達されることはない。

更に別の実施形態において、露光装置は、感光層又は近視野光学ユニット上へのラスター配置の縮小結像のためのレンズを含む。例えば、１０倍の縮小結像は、感光層の露光中の分解能を高める。露光装置が近視野光学ユニットを含む場合には、結像は、一般的に、この近視野光学ユニット上、又は近視野光学ユニットの感光層から離れる方向に向く側に行われ、すなわち、近視野光学ユニットは、レンズの像平面を形成する。

本発明はまた、各々が感光層の部分領域に割り当てられる複数の特に平行な露光光線を発生させる段階と、それぞれ割り当てられた部分領域にわたって又はそれに対して露光光線を移動する段階と、それぞれの露光光線を近視野光学ユニットの上流の露光光線の広がりよりも小さい広がりを有する光点を感光層上に発生させるためのエバネッセント波に変換するために感光層の上流に近視野光学ユニットを配置する段階とを含む感光層のパターン付き露光のための第１の態様に関連付けられた方法に関する。

上述したように、感光層の露光は、複数の露光光線が、露光される層上に同時に放出され、かつ感光層上に回折円盤と同規模のものである部分領域内にそれぞれ入射することによって可能な限り並行処理される。近視野光学ユニットは、回折限界を超えて分解能を高めるように機能し、すなわち、露光光線は、例えば、回折限界よりも小さい規模とすることができる広がりを有する光点に縮小され、それによって感光層全体をパターン化するために、露光光線は、感光層又は対応する部分領域にわたって特に走査方式で案内される。

感光層のパターン付き露光のための第２の態様に指定された方法は、各々が感光層の部分領域に割り当てられる複数の特に平行な露光光線を発生させる段階と、感光層を第２の状態から第１の状態に変換するために強度閾値よりも大きい最大強度を有するように発生される露光光線をそれぞれ割り当てられた部分領域にわたって又はそれに対して移動する段階と、感光層を第１の状態から第２の状態に変換するために感光層を励起放射線で励起する段階と、パターン化に対して備えていない領域内で感光層を第２の状態から第１の状態に戻す段階とを含む。

上述したように、第２の態様は、露光光線の強度の適切な選択によって回折限界を超えて分解能を高めることができるように、定められた強度切換閾値を有する感光層を使用する。この場合に、感光層は、励起放射線によって第１の状態から第２の状態に可逆的に変換することができ、露光光線を用いて、パターン化に対して備えていない領域内で第１の状態に戻すことができる。感光層が第１の状態に変換されず、従って、例えば、定着放射線を用いて恒久的化学変化状態に変換することができるのは、露光放射線が最小値（又は最大値、上記を参照されたい）を有するパターン化される領域内だけである。

本発明の更に別の特徴及び利点は、本発明のための不可欠な詳細を示す図面の図を参照して本発明の例示的な実施形態の以下の説明からかつ特許請求の範囲から明らかである。個々の特徴は、各場合にこれらの特徴自体によって個々に又は本発明の変形におけるあらゆる望ましい組合せにおける複数のものとして実現することができる。

例示的な実施形態を概略図面に例示し、下記の説明において解説する。

露光光線が各々に割り当てられた複数の部分領域を有する感光層の詳細図である。 近視野光学ユニットを含み、複数の露光光線を同時に生成するための露光装置の概略図である。 近視野光学ユニットの異なる例示的な実施形態の概略図である。 近視野光学ユニットの異なる例示的な実施形態の概略図である。 近視野光学ユニットの異なる例示的な実施形態の概略図である。 近視野光学ユニットの異なる例示的な実施形態の概略図である。 ＬＣＤアレイの形態にあるラスター配置を含む露光装置の概略図である。 発光ダイオードアレイの形態にあるラスター配置を含む露光装置の概略図である。 露光放射線の場所依存の強度分布及び感光層の強度閾値の概略図である。 強度最小値が強度閾値よりも小さい図６と類似の図である。 露光放射線と励起放射線の重ね合わせによって発生された強度分布の概略図である。 励起光源と定着光源とＬＥＤアレイとを含む露光装置の概略図である。 ＯＬＥＤアレイ及び照明系を有する図９と類似の概略図である。

図１は、各々に露光光線３が割り当てられる複数の正方形の部分領域２ａ〜２ｈを有する感光層１の細部を略示している。図１で分るように、それぞれの部分領域２ａ〜２ｈの広がりは、露光光線３の破線の円で表すそれぞれの広がり４と同規模のもの、すなわち、この事例では露光光線３の広がり４の約１０倍の大きさである。感光層１は、図２を参照して以下に説明するように、感光基板１上に生成される構造に依存して個々にオン又はオフにされる複数の露光光線３で同時に露光される。

図２は、基板６（ウェーハ）上に付加された感光層１を露光するための露光装置５を示している。露光装置５は、発光デバイス７を含む。発光デバイス７は、例えば、１９３ｎｍ又は１５７ｎｍの波長を有する露光放射線を発生させるためのレーザの形態にある光源７ａを含む。光源７ａは、マイクロミラーアレイ（ＭＭＡ）として具現化されたラスター配置８を全区域にわたって照明するように機能する。マイクロミラーアレイは、ミラー要素の形態にある複数の個々の駆動可能ラスター要素９を含む。この場合に、マイクロミラーアレイ８は、例えば、約４０００×２０００個のラスター要素９の行列配置を有することができ、１つのラスター要素９（以下では個々のミラー）は、例えば、約１６μｍ×１６μｍの区域を有することができる。市販のＭＭＡは、個々のミラー９が感光層１の平面と平行な平面１０に配置される（有効な）基本位置から図２に簡略化の目的で単一の個々のミラー９に対してしか示していない傾斜位置まで移動するために約５ｋＨｚの範囲の切換周波数を有する。露光されるウェーハ６のスループットは、約５ｋＨｚの切換周波数が与えられる場合に毎時約１００枚のウェーハである。

ＭＭＡ８の個々のミラー９は各場合に非反射領域によって互いから分離されるので、複数の露光光線３がＭＭＡ８において生じ、これらの露光光線は、それぞれの個々のミラー９の位置に基づいて、感光層１又は感光層１と横並びの空間領域内に偏向される。個々のミラー９のそれぞれの切換位置、従って、ＭＭＡ８によって生成されるパターンは、感光層１上に生成される構造に依存する。制御デバイス１１は、感光層１上に生成される所定構造に依存する方式でＭＭＡ８を駆動するように機能する。

ＭＭＡ８において感光層１に偏向された露光光線３は、互いに平行に向けられ、その伝播方向は、感光層１と垂直に延びている。レンズ１２は、ＭＭＡ８により感光層１上へ露光光線３又は平面１０を縮小結像する（例えば、１０倍の）ように機能する。

図１で分るように、それぞれの露光光線３は、それぞれの露光光線３に割り当てられた部分領域２ａ〜２ｈの面の一部しか覆わない。従って、パターン化される領域内の感光層１の全区域パターン化のために、露光装置５は、図２に示すＸＹＺ座標系のＸ方向に沿ってＭＭＡ８を変位させるための直線移動ユニット１４を含む移動デバイス１３を含む。対応する直線移動ユニット（図示せず）は、ＭＭＡをＹ方向に変位させるように機能する。望ましい領域内で感光層１全体をパターン化するために、移動デバイス１３を用いて、それぞれの部分領域２ａ〜２ｈの縁部長さにほぼ対応する距離にわたってＸ方向とＹ方向とにＭＭＡ８を変位させることができる。この場合に、直線移動ユニットのＸ方向の変位（かつ直線移動ユニットのＹ方向の変位）を制御するために、制御デバイス１１が直線移動ユニット１４に結合される。ＭＭＡ８の（適切な場合はウェーハ６の）移動を適切に制御する移動デバイス１３を用いて上述の方式でパターン化することができる複数の隣接領域がウェーハ６上に形成されることは言うまでもない。露光装置５は、感光層１の直近に配置された近視野光学ユニット１５を更に含む。近視野光学ユニット１５をＭＭＡ８と同期してＸ方向に変位させるために、制御デバイス１１に更に別の直線移動ユニット１４ａが結合される。同様に、近視野光学ユニット１５をＹ方向に変位させるための更に別の直線変位ユニット（図示せず）への対応する結合が存在する。

近視野光学ユニット１５は、それぞれの露光光線３をエバネッセント波に変換するように機能する。このようにして、露光光線３の広がりは、近視野光学ユニット１５の上流における露光光線３の（回折限界による）広がり４よりも有意に小さい光点１６（図１を参照されたい）のサイズに縮小することができる。その結果、露光装置５の分解能は、近視野光学ユニット１５を用いて回折限界を超えて高めることができる。

図３ａ〜図３ｄを参照して近視野光学ユニット１５のいくつかの例示的な実施形態を下記でより詳細に説明する。これらの図に示す例示的な実施形態に共通することは、近視野光学ユニット１５のエバネッセント波が出現する側との間の距離ａが、露光放射線の波長λ_Bと同規模のものであることであり、図３ａ〜図３ｃではこの距離ａは波長λ_Bよりも小さい。

上述のことは、近視野光学ユニット１５からそれぞれ射出するエバネッセント波１７の強度が、射出部から距離「ａ」と共に指数関数的に低下し、すなわち、Ｉ₀が射出での強度を表し、ｋが比例定数を表す時にＩ（ａ）＝Ｉ₀×Ｅｘｐ（−ｋ^*ａ）が成り立つことで有利である。従って、近視野光学ユニット１５が感光層１から離れすぎている場合には、エバネッセント波の強度は、感光層１を露光するには低すぎる。

図３ａに示す例では、近視野光学ユニット１５は、有孔マスクとして具現化され、露光光線３に対して透過性を有する担体としての基板１８と、感光基板１に対面し、露光光線３の使用波長λ_Bよりも短い直径Ｄを有する複数の貫通開口部を有するクロムで構成された平面障壁層１９とを含む。障壁層１９は、約８０ｎｍの厚みを有し、１９３ｎｍの使用波長λ_Bの露光光線３に対しては透過性を持たない。近視野光学ユニット１５内に入射するときにレンズ１２によってもたらされる露光光線３の回折限界による広がり（エアリー円盤）４は、障壁層１９又は貫通開口部２０用いて図１に示す光点１６の広がりに縮小される。

図３ｂは、透過基板１９が、マイクロ光学ユニットとして機能する円錐先端２１の形態にある面構造を有する近視野光学ユニット１５の例示的な実施形態を示している。この場合に、障壁層１９内の貫通開口部２０は、露光放射線の波長λ_Bよりも短い感光層１からの距離の位置に配置された円錐先端２１の最外側端部に置かれる。

図３ｃ、図３ｄに示す２つの例では、露光光線３の光伝播方向は、近視野光学ユニット１５又は感光基板１に対してある一定の角度で延びている。図２に記載の露光装置５では、この光伝播方向は、感光層１に対するＭＭＡ８の平行な向きから偏向させるによってもたらすことができる。この場合に、露光光線３は、作図面に対応する入射平面と平行に偏光される。露光光線３は、適切な偏光フィルタ（図示せず）によって偏光させることができる。一般的にレーザ光源７（図２を参照されたい）は、いずれにせよ直線偏光露光放射線を発生させるので、感光層１に対してレーザ光源７の適切な向きが与えられる場合には、適切であれば偏光フィルタを省くことができる。

図３ｃに示す例では、近視野光学ユニットは、誘電体基板２２内に埋め込まれ、互いから電気的に分離された複数の金属先端２３を有する誘電体基板２２を含む。この場合に、入射露光光線３は、それぞれの金属先端２３内で面プラズモンを励起するように機能し、そこに、金属先端２３のテーパ付き端部に最大に集中される交替電界を誘導し、このテーパ付き端部からエバネッセント波１７として射出する。それぞれの先端２３と感光層１の間に短い距離ａが与えられる場合には、エバネッセント波１７の強度は、感光層１を金属先端２３の周囲の非常に小さい領域内で露光するのに十分である。感光層の機械耐性によって許容される場合には、金属先端２３をこの層と直接に接触させることができる。

面プラズモンを励起するためには、更に、使用される露光光線３の波数を使用される金属のプラズマ周波数に適応させなければならず、この適応化は、誘電体基板２２を通じて行うことができる。露光光線３が約１９３ｎｍの波長λ_Bを有するこの例では、例えば、アルミニウムが、金属先端２３のための材料として適している。

図３ｄに示す例示的な実施形態において、図３ｃに記載の近視野光学ユニット１５は、いわゆるスーパーレンズ要素２４によって拡張される。スーパーレンズ要素２４は、近視野光学ユニット１５の感光層１に対面する側に装着され、金属層２４ｂが間に配置された第１の誘電体層２４ａと第２の誘電体層２４ｃとで構成される。スーパーレンズ要素２４の場合にも、面プラズモンが励起される。この面プラズモンは、近視野光学ユニット１５から射出するエバネッセント波１７を感光基板１上に結像することを可能にし、この場合に、エバネッセント波１７は、ほぼ減衰なしの方式で伝達される。スーパーレンズ要素２４は、露光光線３の波長λ_Bに対して負の屈折率を有するので、この伝達は可能である。この場合に、（平面）層２４ａ〜２４ｃの厚みは、一般的に露光光線３の波長λ_Bと同規模のものである。約１９３ｎｍの波長λ_Bのこの例では、アルミニウムで構成された金属層２４ｂの使用が有利であることが見出されている。この場合に、例えば、誘電体層２４ａ、２４ｃとして石英ガラス層を使用することができる。同じく３ｄで分るように、エバネッセント波１７の射出部と感光基板１の間の距離ａは、図３ａ〜図３ｃで記載した例におけるものよりも長いように選択することができる。スーパーレンズ要素２４を図３ａ〜図３ｃに示す近視野光学ユニットに対して使用することができることは言うまでもない。

図３ｃに示すように、露光装置５は、近視野光学ユニット１５の誘電体基板２２において反射された露光光線３の強度の空間分解検出のための検出器デバイス２５を更に含む。反射光の強度は、例えば、ＣＣＤカメラなど形態にある空間分解検出器デバイス２５によってチャンネル毎に、すなわち、各露光光線３に対して個々に測定することができる。感光層１内により少ないエネルギが導入される程、より多くのエネルギが反射され、その逆も同様であるので、このようにしてそれぞれの露光光線３又はそれによって発生されるエバネッセント波１７のエネルギ入力を間接的に測定することができる。

図３ａ、図３ｂに示す有孔マスクの形態にある近視野光学ユニット１５とは対照的に、面プラズモンが励起される場合には、プラズモンが、「大きい区域にわたって」光エネルギを吸収し、この光エネルギは、実質的に金属先端２３を通じて再度放出することができるので、エネルギ伝達はより効率的である。図３ａ、図３ｂで記載した例示的な実施形態において、貫通開口部２０の直径Ｄと有孔マスクの合計面積の間の幾何学比が極めて重要である。

近視野内で感光層１の上方から内部に結合される強度は、距離に大きく依存するので、図３ｃに示すように、露光装置５内で近視野光学ユニット１５と感光基板１の間の距離を決定するための距離決定デバイス２６を配置することができる。距離決定デバイス２６は、検出器デバイス２５によって拾われる強度に基づいて、局所距離ａ、特に、感光基板１に対する近視野光学ユニット１５の考えられる傾斜を決定することができる。複数の場所において距離ａを決定することにより、近視野光学ユニット１５の傾斜を推定することができ、適切な場合にこの傾斜を例えば圧電アクチュエータの形態にあるマニピュレータ（図示せず）を用いて補償することができる。距離決定デバイス２６を用いて決定された距離ａは、フォーカス制御又はフォーカス位置調整を可能にするために望ましい距離に設定又は調整することができる。

円錐先端２１と感光層１の間の距離ａが局所的に異なって変化する場合には、近視野光学ユニット１５の上流における強度分布への適切な影響により、得られる感光層１上の光分布の不均一性を補償するのに、距離ａへのトンネル現象効率の指数関数的依存性を使用することができる。

この目的のために、検出器デバイス２５、更に、適切な場合に距離決定デバイス２６は、制御デバイス１１（図２を参照されたい）に接続され、制御デバイス１１は、検出データ又は測定データを評価し、この評価に依存する方式で各個々の露光光線３の強度のチャンネル毎、すなわち、個々の変調を可能にするレンズ１２の上流に配置されたニュートラルフィルタ２７を駆動する。この場合に、制御デバイス１１は、感光層１上で可能な限り均一な露光光線３の強度が得られるように、露光光線３の強度を変調する。強度の設定に加えて又はその代替として、露光光線３を変調するための更に別の手段を与え、例えば、チャンネル毎に、すなわち、個々に変調を起こす偏光子デバイスを用いて露光光線３の偏光へ影響を与えることができることは言うまでもない。

図４及び図５は、各場合に発光デバイス７が図２に示すものとは異なる露光装置５の２つの更に別の例を示している。図４に記載の発光デバイス７は、レーザ放射線源７ａから射出するレーザ放射線を拡大し、ＬＣＤアレイ８ａの形態にある行列配置を均一に照明する照明系７ｂを有する。露光光線３の望ましいパターンが得られるように、感光層１上に生成される構造に依存してＬＣＤアレイ８ａの個々のラスター要素９ａ（ピクセル）をオン又はオフにすることができる。この場合に、例えば、「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｇｂｌｏｇ．ｄｅ／２００９／０６／１５／ｋｌｅｉｎｓｔｅｓ−ｌｃｄ−ｄｉｓｐｌａｙ−ｄｅｒ−ｗｅｌｔ−ｍｉｔ−ｖｇａ−ａｕｆｌｏｓｕｎｇ／」に記載されているＶＧＡ分解能を有するＬＣＤアレイにおける場合と同様に、ラスター要素９ａは、例えば、１００ｍｍ×１００ｍｍのサイズが与えられる場合には、２．９μｍ×２．９μｍの広がりを有することができる。

ＬＣＤアレイ８ａによって生成された露光光線３の光分布は、感光層１上にＬＣＤアレイ８ａの有効ラスター要素９ａのパターン像が、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズで発生するように、図２の場合と同じく開口数ＮＡ＝１を有するレンズ１２により、感光層１を有する像平面上に少なくとも１０倍だけ縮小される方式で透過される。この場合に、感光層１上の各露光光線３の広がりは、使用されるレンズ１２の分解能（アッベによる）に対応する。

レンズ１２に対して、開口数ＮＡ＝１、０．５というｋ係数（例えば、レンズ１２の瞳平面内の環状絞りによって発生する）及び露光光線３の１９３ｎｍの波長λ_Bを仮定すると、２つの光点の間で依然として分解することができる可能な距離に関する式（ｄ＝ｋ×λ_B／ＮＡ）は、ｄ＝０．５ｘ１９３ｎｍ／１、すなわち、約１００ｎｍをもたらす。適切な手段（上記及び下記を参照されたい）によって実際に得られる分解能が１０ｎｍに固定される場合には、入射露光光線３によって感光層１上に形成される１００ｎｍ×１００ｎｍの面積は、少なくとも２０×２０＝４００の副段階において走査しなければならない。

この目的のために、ＬＣＤアレイ８ａは、移動デバイス１３又は直線移動ユニット１４を用いてｚ方向に５ｎｍ刻みでステップ・アンド・リピートするか、又は連続的に（一定の速度で）移動することができ、この移動は露光と同期化され、すなわち、切換可能ラスター要素９ａは、各場合に生成される構造に依存してオン又はオフにされる。第２の直線変位ユニット（図示せず）は、ＬＣＤアレイ８ａをＹ方向に変位させるように機能することは言うまでもない。更に、追加的又は代替的に、適切な変位デバイスを用いて、感光層１が配置された平面内でウェーハ６を変位させることができることは言うまでもない。

ＬＣＤアレイ８ａが５００Ｈｚの切換周波数で作動すると仮定した場合には、ウェーハ６上の１０ｍｍ×１０ｍｍの視野を約０．８秒で露光することができる。市販のウェーハ６は、約７００個のそのような１０ｍｍ×１０ｍｍセルを有し、従って、約５６０秒後に露光することができ、毎時約８枚のウェーハというスループットがもたらされる。この場合に、主にＬＣＤアレイ８ａのラスター要素９ａ（ピクセル）の切換周波数（切換時間は約２ｎｓ）は、露光速度に対して制限効果を有する。将来開発されることになるＬＣＤアレイの場合には、恐らく切換周波数が高められることになり、又はＬＣＤアレイを本出願（オン／オフだけ）に適応させることによって切換時間を改善することができることになり、従って、図４に示す露光装置５を用いて達成可能なスループットを高めることが可能になることは言うまでもない。

発光ユニット７が、複数の切換可能レーザダイオード９ｂを光源として有するレーザダイオードアレイ８ｂの形態にあるラスター配置を有し、これらの光源の個数が、図４に示すＬＣＤアレイ８ａの個数に実質的に対応する図５に示す露光装置５の場合には、切換時間の有意な短縮が可能である。レーザダイオードアレイ８ｂの場合には、切換時間を約２０００倍だけ短くすることができ、その結果、約１６０００ウェーハという理論スループットが可能であり、すなわち、十分な露光放射線が存在する場合、この場合の切換時間は制限効果を持たない。レーザダイオード９ｂの代わりに、ＯＬＥＤを使用することができるが、ＯＬＥＤは、感光基板１上に約１０ｍＷ／ｃｍ²の電力しか生成せず、それに対して従来の１９３ｎｍレーザによって生成することができる電力は約１００Ｗ／ｃｍ²であり、すなわち、約１００００倍大きい。ＯＬＥＤアレイを使用すると、この低い利用可能光強度に起因して、潜在的に同様に毎時約５枚のウェーハしか露光することができない。更に、ＯＬＥＤは可視光で作動し、従って、感光層１上にそれぞれ入射する露光光線３の広がりは比較的大きい。

分解能の望ましい改善を提供するために、図４及び図５に示す露光装置５を図２及び図３ａ〜図３ｄに示す近視野光学ユニット１５と組み合わせることができる。分解能の改善を提供する上で、上述の分解能を高めるための近視野光学ユニット１５の使用代わりに、感光層１の特性を使用することができる。

この手順を解説するために、図６は、各々が中心強度最大値Ｉ_MAXを有し、感光層１上に位置Ｐ（Ｘ方向の）の関数として入射する３つの隣接露光光線３の強度Ｉを示している。感光層１は、この事例では最大強度Ｉ_MAXの約１０％である強度閾値Ｉ_Sを有する。この場合に、強度閾値Ｉ_Sは、感光層１が第２の状態Ｂから第１の状態Ａへの遷移を受ける強度を定める。ここでは強度Ｉが閾値Ｉ_Sよりも小さい場合に第２の状態Ｂが見られ、強度Ｉが閾値Ｉ_Sよりも大きい場合に第１の状態Ａが見られる。この場合に、露光光線３の最大強度Ｉ_MAXは、強度閾値Ｉ_Sよりも大きいように選択される。

感光層１の２つの状態Ａ、Ｂに関しては様々な可能性があり、一例として、第２の状態Ｂから第１の状態Ａへの遷移を不可逆とすることができる。この場合に、強度閾値Ｉ_Sが超過された後に、感光層１は、以後第２の状態Ｂに戻ることができず、恒久的化学変化状態Ａに留まるか、又はその後の定着中に恒久的化学変化状態（いわゆるアルツハイマーレジスト）に更に変換される。そのようなレジストの場合には、２つの連続する露光の合間に、前に軽度に露光された領域のいくつかの「露光解消」をもたらす熱処理を実施する必要がある場合がある。この場合に、特に、露光に対して非常に非線形に反応するレジストを感光層として使用することができる。

そのような不可逆遷移を有する感光層（レジスト）を使用する場合には、一般的に、露光光線３の強度は、強度閾値Ｉ_Sが強度最大値Ｉ_MAXに比較的近いように、図６に示す場合とは異なって選択され、例えば、ＩＳ＝０．９×Ｉ_MAXを選択することができる。このようにして、感光層は、それぞれ入射する露光光線３の面領域４の例えば２０％よりも小さいか又は１０％よりも小さい比較的小さい領域１６（図１を参照されたい）内でしか第２の状態Ｂから第１の状態Ａに変換されず、その結果、望ましい分解能改善を提供することができる。

露光光線３を用いて第２の状態Ｂから第１の状態Ａに不可逆に切り換えることができる感光層１の使用の代替として、第２の状態Ｂから第１の状態Ａへの（及びその逆への）遷移が可逆方式で発生する感光層１を使用することができる。この場合に、感光層１は、第１の状態Ａではなく第２の状態Ｂにおいてしか恒久的に変化した化学状態に変換することができないように実施することができる。

そのような特性を有する感光層１は、特に切換可能有機色素の形態にある特定の切換可能分子によって実現することができる。この場合に、２つの状態Ａ、Ｂの間の分子の切り換えは、光によってもたらすことができ、第２の状態Ｂから第１の状態Ａへ切り換えるように機能する光の波長は、第１の状態Ａから第２の状態Ｂへの切り換えに使用される光の波長とは異なる。蛍光有機色素の場合には、第２の励起状態Ｂから第１の状態Ａへの遷移は、例えば、誘導放出によって起こすことができる。最初に、感光層全体が第１の状態Ａから第２の状態Ｂに変換され、次に、感光層１が図６に示す方式で不均一に照明される場合には、この層は、比較的狭い強度範囲でのみ第２の状態Ｂに留まり、この状態から恒久的化学変化状態Ｃに変換することができる。このようにして、同じく露光中に分解能を高めることができる。

この目的で設計された露光装置５を図９に例示している。露光装置５は、図４に記載のものに対応し、かつ励起放射線３２を生成するための励起光源３１と、感光層１を第２の状態Ｂから恒久的に変化した化学状態Ｃに変換するための定着放射線３３を生成するための定着光源３４とを含む付加的な発光ユニット３０で補足される。

露光装置５を用いた露光中には、最初に、感光層１が、励起放射線３２によって大きい区域にわたって均一に照射され、この目的のために、励起放射線３２を感光層１上に偏向させる部分透過ミラー３６が使用される。この場合に、励起放射線３２は、感光層１が有機色素（例えば、ＲＨ４１４）から形成されるこの例では４００ｎｍと６５０ｎｍの間の範囲にあるとすることができる励起波長λ_Aを有し、例えば、λ_A＝約５００ｎｍの波長にあるとすることができる。感光層１は、励起放射線３２によって第１の状態Ａから第２の状態Ｂに変換される。その後の段階では、発光ユニット７を用いて露光光線３が感光層１上に放射され、この事例では、この放射の波長はλ_B＝７４５ｎｍである。

露光光線３は、感光層１において、例えば、図７に示すように実施することができる強度プロフィールを発生させる。この場合に、個々の露光光線３は重複し、強度がほぼゼロまで降下する小さい領域３７内でしか中断されない実質的に均一な強度Ｉ_HOMを形成するように重ね合わされる。この場合に、割愛された領域３７に関する露光光線３又は関連のラスター要素９ａはオフにされる。割愛領域３７の外側の強度Ｉ_HOMは強度閾値Ｉ_Sよりも大きく、従って、感光層１を第２の状態Ｂから第１の状態Ａに変換するのに十分である。

強度Ｉが強度切換閾値Ｉ_Sよりも低く留まるのは、距離ｄ_minに沿った割愛領域３７内でのみであり、その結果、感光層１は、この区画に沿って第２の状態Ｂに留まる。その後の段階において定着光源３４を用いて定着放射線３３が大きい区域にわたって感光層１に印加される場合には、この層は、割愛領域３７内でしか恒久的に変化した化学状態Ｃに変換されない。同じく図７で認めることができるように、距離ｄ_minは、露光光線３の広がりに対応する距離ｄよりも短く、従って、上述の手段を用いて、露光装置５の分解能を同じく回折限界又は最大分解可能距離ｄを超えて高めることができる。

約５００ｎｍの波長λ_B、０．５というｋ係数、及び開口数ＮＡ＝１を使用する場合には、最大分解可能距離は、ｄ＝０．５×５００ｎｍ／１＝２５０ｎｍである。それとは対照的に、分解能ｄ_minが１０ｎｍとして固定される場合には、約２５０ｎｍ×２５０ｎｍの対応する部分領域を少なくとも２５×２５＝６２５段階で走査しなければならず、この場合にも、適切な場合に複数の個別の段階の代わりに、一定速度の連続移動を実施することができる。この場合に、励起、露光、及び定着という３つの連続する段階は、制御デバイス１１によってそれぞれの変位と調整しなければならない。

図９に示す露光装置５の例示的な実施形態において、図４の場合と同様に、スループットは、約５００ＨｚのＬＣＤアレイ８ａの切換速度によって制限され、その結果、毎時約４枚のウェーハというスループットが可能である。代替的に、図５と類似の露光装置５を図１０に示すように使用することができる。図１０に記載の露光装置５は、最初に複数のＯＬＥＤ９ｃを有するＯＬＥＤアレイ８ｃがレーザダイオードアレイの代わりに使用される点で図５に記載のものとは異なる。この場合に、励起光源３１及び定着光源３４は、図９におけるように具現化され、各走査段階に実行しなければならない励起、露光、及び定着は、制御デバイス１１を用いて同様に調整又は同期化される。

ＯＬＥＤアレイ８ｃを使用する場合には、図５に関して上述したように、切換速度を約２０００倍だけ増大させることができる。それに応じて、毎時約８０００枚のウェーハというスループットが可能になる。この場合に、励起光源３１及び定着光源３４は、ＭＨｚ範囲で作動しなければならないが、この作動は、可視範囲の波長λ_A、λ_Fを有するレーザ光源を使用する場合には、いかなる問題も伴わずに可能である。この場合に、ＯＬＥＤアレイ８ｃは、移動デバイス１３を用いて、例えば、約０．１ｍ／ｓｅｃの一定の同期速度で変位させることができる。

「書込信号」としてそれぞれの露光光線を最小限にしか用いない上述の手順は、この場合に、蛍光光子の結果としての結像関連の２次放射線が発生しないので、特に高い分解能を可能にする。

上述の手順の代替として、例えば、適切な照明系、適切な場合に更に別のラスター配置（図示せず）又は（ニュートラル）フィルタが設けられた励起光源３１によって励起放射線３２が感光層１上に均一に入射しない露光は、図９及び図１０に示す露光装置５を用いて実施することができる。感光層１上に場所依存の強度Ｉ_Aが同じく場所依存の強度Ｉ_Bと同時に入射する場合には、ＳＴＥＤ顕微鏡から一般に知られているように、２つの強度分布の重ね合わせ時に、図７に示す強度分布とは対照的に、非常に小さい空間領域に制限された最小値の代わりに非常に小さい空間領域に制限された最大値（ｎｍ範囲の広がりを有するピーク）を有する強度分布Ｉ_AB＝Ｉ_A×Ｅｘｐ（−Ｉ_B）（図８を参照されたい）がもたらされる。

有意なピークを有する図８に記載の強度プロフィールＩ_ABを得るために、励起放射線３２の強度は、２つの隣接する露光光線３の間で合計強度Ｉ_ABも最大値になる位置に最大値Ｉ_MAXを有するように選択される。図６及び図７に関して記載した露光工程の場合と同様に、励起放射線３２は、第１の状態Ａから第２の状態Ｂへの遷移をもたらし、それに対して露光光線３は、反対の効果、すなわち、誘導放出による第２の状態Ｂから第１の状態Ａへの遷移をもたらす。感光層１が第２の状態Ｂに留まり、定着光源３４を用いてそれを恒久的に変化した化学状態Ｃに変換することができるのはピーク領域内でのみである。第１の状態Ａと第２の状態Ｂの間の遷移が不可逆の場合には、定着光の使用を省くことができることは言うまでもない。

図８に関して記載した手順は、この場合に、リソグラフィへのＳＴＥＤ顕微鏡の原理の適用を表している。感光層１としての有機色素の使用の場合には、これらの色素は、ピーク領域内でのみ励起状態に留まり、従って、例えば、フェルスター共鳴エネルギ転移（二重極−二重極相互作用）又はデクスターエネルギ転移（電子の交換）を用いて感光層１の隣接する分子を化学的に変換し、かつ定着させることができる。膨張をもたらすと考えられる蛍光光子の結果としての「２次放出」も、この場合には発生しない。

ＳＴＥＤ顕微鏡では、切換可能有機色素で構成された感光層１が一般的に使用され、誘導放出によって第２の蛍光状態Ｂを切換可能有機色素の第１の状態Ａに戻すことができる。この目的に使用することができる色素は、多数入手可能であり、例えば、「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｐｉｂｐｃ．ｍｐｇ．ｄｅ／ｇｒｏｕｐｓ／ｈｅｌｌ／ＳＴＥＤ＿Ｄｙｅｓ．ｈｔｍｌ」を参照されたい。必要に応じて、それぞれ必要とされる化学特性に関して最適化された新しい有機色素を製造することも可能であろう。

上述の露光が、第２の状態Ｂから第１の状態Ａへの復帰が誘導放出に基づいて発生する蛍光色素の使用に限定されないことは言うまでもない。これらの状態の代わりに、２つの状態は、例えば、第１の状態が蛍光機能を有する状態であり、それに対して第２の状態の場合はそうではない切換可能有機色素の異なる構造異性状態（例えば、シス−トランス異性体）とすることができる。この原理は、例えば、切換可能たんぱく質を有機色素と共に使用することができるいわゆるＲＥＳＯＬＦＴ（可逆的可飽和光学蛍光遷移（Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ Ｓａｔｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ））に使用される。感光層におけるそのような材料の使用は、強度閾値よりも大きいものに対して必要とされる強度が、誘導放出の結果として遷移の場合に一般的であるものよりも低いという利点を有する。

適切な場合には、本明細書で説明する露光工程において他のタイプの感光層を使用することができる。この場合に、不可欠なことは、感光層が、切り換えをその間で可逆方式で行うことができる少なくとも２つの状態を有する分子を有するということだけである。

要約すると、上述の方式で、各場合に回折限界と同規模のものである広がりを有する複数の部分領域内でウェーハの並行露光を実施することができる。上述の手段を使用すると、回折限界を超えて分解能を高めることができ、それによって走査露光を用いたそれぞれの部分領域内でのパターン化が可能になる。すなわち、高い分解能による感光層の有効かつ費用効果的な露光を提供することができる。

１ 感光層
３ 露光光線
１３ 移動デバイス
３２ 励起放射線
λ_B 露光波長

Claims (18)

1. 感光層（１）を有する基板（６）と、
   前記感光層（１）を第２の状態（Ｂ）から第１の状態（Ａ）に変換するために強度閾値（Ｉ_S）よりも大きい最大強度（Ｉ_MAX）を有する露光光線（３）を発生させるように設計され、露光波長（λ_B）を有して各光線が該感光層（１）の部分領域（２ａ〜２ｈ）に割り当てられる複数の露光光線（３）を発生させるための発生デバイス（７）と、
   前記露光光線（３）を前記それぞれ割り当てられた部分領域（２ａ〜２ｆ）に対して移動するための移動デバイス（１３）と、
   前記感光層（１）を前記第１の状態（Ａ）から前記第２の状態（Ｂ）に変換するために励起波長（λ_A）を有する励起放射線（３２）を発生させるための励起光源（３１）と、 を含み、
   前記励起光源（３１）は、前記感光層（１）上に場所依存方式で変化する強度プロフィール（Ｉ _A ）を有する励起放射線（３２）を発生させるように設計される
   ことを特徴とする露光装置（５）。
2. 前記第１の状態（Ａ）から前記第２の状態（Ｂ）への前記遷移は、可逆であり、前記感光層（１）は、該第２の状態（Ｂ）においてのみ恒久的に変化した化学状態（Ｃ）に変換することができることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記感光層（１）を前記第２の状態（Ｂ）から前記恒久的に変化した化学状態（Ｃ）に変換するための定着光源（３４）を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記それぞれの露光光線（３）が割り当てられた前記部分領域（２ａ〜２ｈ）は、少なくとも部分的に重なり合うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記励起放射線（３２）は、前記感光層（１）上に隣接方式で入射する２つの露光光線（３）の間に最大強度（Ｉ_MAX）を有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記第２の状態（Ｂ）から前記第１の状態（Ａ）への前記遷移は、不可逆であることを特徴とする請求項１、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記感光層（１）は、切換可能有機色素又は切換可能カルコゲニドを含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 前記切換可能有機色素の前記第２の状態（Ｂ）は、誘導放出によって該切換可能有機色素の前記第１の状態（Ａ）に変換することができることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 前記第１及び第２の状態（Ａ，Ｂ）は、前記切換可能有機色素の異なる構造異性状態であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の露光装置。
10. 前記発生デバイス（７）は、前記感光層（１）上に生成される構造に依存する方式でそれぞれの露光光線（３）をオン又はオフにするように設計された複数の切換可能ラスター要素（９，９ａ〜９ｃ）を有するラスター配置（８，８ａ〜８ｃ）を有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の露光装置。
11. 前記ラスター配置（９ａ〜９ｃ）の前記ラスター要素（８ａ〜８ｃ）は、それぞれの露光光線（３）のための切換可能絞りとして具現化されることを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
12. 前記ラスター配置は、ＬＣＤアレイ（９ａ）として、レーザダイオードアレイ（９ｂ）として、又はＯＬＥＤアレイ（９ｃ）として具現化されることを特徴とする請求項１０及び請求項１１のいずれか１項に記載の露光装置。
13. 前記ラスター要素は、それぞれの露光光線（３）のための切換可能反射器（９）として具現化されることを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
14. 前記ラスター配置は、マイクロミラーアレイ（８）として具現化されることを特徴とする請求項１３に記載の露光装置。
15. 前記移動デバイス（１３）は、前記ラスター配置（８，８ａ〜８ｃ）を前記感光層（１）に対して変位させるための少なくとも１つの変位ユニット（１４）を有することを特徴とする請求項１０から請求項１４のいずれか１項に記載の露光装置。
16. 前記発生デバイス（７）は、前記ラスター配置（８ａ）を照明するための照明デバイス（７ｂ）を有することを特徴とする請求項１０から請求項１１、請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の露光装置。
17. 前記感光層（１）上への前記ラスター配置（８，８ａ〜８ｃ）の縮小結像のためのレンズ（１２）を更に含むことを特徴とする請求項１０から請求項１６のいずれか１項に記載の露光装置。
18. 感光層（１）のパターン付き露光の方法であって、
    前記感光層（１）の部分領域（２ａ〜２ｈ）に各光線が割り当てられた複数の露光光線（３）を発生させる段階と、
    前記感光層（１）を第２の状態（Ｂ）から第１の状態（Ａ）に変換するために強度閾値（Ｉ_S）よりも大きい最大強度（Ｉ_MAX）を有するように発生された前記露光光線（３）を前記それぞれ割り当てられた部分領域（２ａ〜２ｈ）に対して移動する段階と、
    前記感光層（１）を前記第１の状態（Ａ）から前記第２の状態（Ｂ）に変換するために該感光層を励起放射線（３２）で励起する段階と、
    を含み、
    前記励起する段階は、前記感光層（１）上に場所依存方式で変化する強度プロフィール（Ｉ _A ）を有する励起放射線（３２）によって該感光層を励起する段階として設計される
    ことを特徴とする方法。

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