JPH021109A - 高解像光学系 - Google Patents
高解像光学系Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
づいた高解像システムのような他の技術が利用できるに
もかかわらず、半導体工業で用いられる光リングラフイ
ーシステムや幅広い応用に用いられる顕微鏡システムに
於けるように高解像結像システムの応用は続いて増えて
いる。電子ビームやX線のシステムは像形成に長い時間
を要する他、膨大な費用を要し、操作性も悪く、予見で
きる将来の多くの応用に対しては、光結像方式がなお好
ましいものとして残ることを確実にしている。
より、光結像方式が屈折光学系によって達成できる解像
値の限界に実際上達してしまった。たとえば、高密度大
規模集積回路の大きさは常に小さくなり、より高い素子
密度で作られている。その一つの客観的目安は最小線幅
の仕様である。最近まで1ミクロンの線幅で適当であっ
たのが、産業界の現在の目標0.5ミクロン以下更には
、0.3ミクロン以下とサブミクロン領域の線幅にまで
下がってきている。これは1ミリメートルに数線本のオ
ーダーの線解像を屈折光学システムに要求するが、適当
なアパーチャと焦点深度を持つ光結像システムでこれま
で達成不可能であった。
設計電子計算機プログラムを用いて、もっと精巧な多く
の枚数のレンズシステムをだんだんと考案してきた。そ
の進んだ技術水準は、i線”と呼ばれるレンズシステム
によって例証される。このi線“レンズシステムは最高
品質のガラスからなるおよそ二十枚の屈折要素を複合的
に配置することを利用している。しかし、このシステム
が達成できる最高の結果は0.7ミクロンの線幅解像の
範囲にある。これは複雑なレンズ設計に伴う多数の要因
(色収差(chromaticism) 、コマ収差、
非点収差1球面収差が含まれる)及び目標地点で十分な
均一性と適当な波動エネルギーを実現するという問題に
より、現在的0.7ミクロンと言う最終的な限界に置か
れているからである。
制限もある。例えば、最高のダイアモンド旋削手段をも
ってしても、短波長での動作に対しては非常に荒い光学
表面となってしまう(たとえば、紫外)。
産及び検査手段を考案してきた。また、今後もこれらを
利用するのが好ましい。というのはこれらの手段が特別
な利益を提供するからである。例えばシリコンあるいは
他のウェーハの上に積み重なった層を作る際、高解像屈
折光学系を取り入れた”ウェーハステッパー(step
per)”が利用される。作られるそれぞれの層に対し
、異なった高精度のフォトマスクがある。最初、ウェー
ハは適量の光エネルギーで露光することにより像が、そ
こで定着され得るようなタイプの感光材料の層でおおわ
れる。そして、ウェーハステッパー(stepper)
の機種によりウェーハは光軸に対してえらばれたマトリ
クス位置に正確かつ連続的に置かれる。ウェーハ上のマ
トリクスパターンでのおのおのの位置で、代表的には像
をある値(普通は5分の1あるいは10分の1)だけ縮
小する光学システムでフォトマスクを通じて露光が行な
われる。このタイプのシステムに対する本来の要求は個
々の露光で光エネルギーが適当であること、露光された
像は前部の像面において均一であること、そして焦点深
度が十分で、解像力が設計仕様を満足することである。
い精度が要求されることから可能な設計の選択余地が大
きく制限されるからである。いったんマトリクスのすべ
ての位置で露光が行なわれ、定着されていない物質が洗
い落とされると、像再生の精密と均一性について像の検
査が可能となる。統計的な基礎の上に、いろいろな像の
性質を調べるのには一般に光学顕微鏡が利用される。検
査は、線幅あるいは他の特性の自動あるいは手動測定を
含む作業の組合せの一つあるいはそれ以上より成るであ
ろうが、これらの作業のすべてには像の正確でかつ高解
像の拡大が必要である。
う問題はすでに限界に近づいたことであると思われる。
、そのような限界が最終的に乗り越えられないとわかる
かどうかは今後に残フている。しかし、光結像システム
を設計と生産での束縛から解放できるような大幅に異な
るアプローチが必要となりたように思える。その束縛は
光学設計の方程式に含まれる多くの高次の項をうまくま
とめるに際し本来的に課されている。何年、か前に、レ
ンズシステムに特別な性質の非球面エレメントが入れら
れるべきだという提案によって、この方向での試行的な
動きがあった。これらの提案は官本鍵部 (にenro
Miyamot、o)が書いた“位相フレネル・レン
ズというタイトルの論文で一番よく述べられている。こ
れは米国光学協会(Optical 5ociety
of America)の1960年11月での学会で
発表され、またその後すぐに、ジャーナル・オブ・ザ・
オプティカル・ソサエティ・オブ・アメリカ(Jour
nal of the 0ptical 5ociet
y ofA+uerica) 、 1961年1月、1
7〜20ページに掲載。官本はまたその論文で理念的に
同類の以前の論文を参照している。彼が基本的に提案し
たのは、 ”位相フレネル・レンズを、例えば、球面収
差を補正するように、そこを通る波面を変形させるべく
、光学システムの瞳面に置くということである。彼の提
案は全く一般的なものであり、高い透過率、半導体工業
のニーズにアプローチするような高い解像、あるいは適
当な焦点深度を得るというような問題に対しては何の考
慮も払われていなかった。一つの例をあげると、官本は
0.63ミリメートルの最小半径寸法を持つ単層薄膜リ
ングの利用を提案した。もっと精密システム、すなわち
、ブレーズ型透過グレーティングを作るのに関わる困難
に関しては言及していない。
・レンズを作ることができると述べている。
形の量がλより小さい。これはいろいろの軸寄に(単層
)薄膜をつけることによって実現される。そして、彼は
このように変形された波面は波面をφ(U、V)の量で
変形させるレンズと”まったく等価”であると述べてい
る。
し、しかも単層薄膜を用いると言う彼の方法の既述は、
また°位相反転ゾーン・ブレード”とも呼べる一値的な
位相グレーティングの創作に導く。このタイプのグレー
ティングはただ位相遅延の二つの値の間での交番を与え
るようにはたらくだけである。
いう論文(Applied 0ptics、 Nov、
1967゜pp、 2o11−2o13)の中でMe
lvin H,Hormanにより位相反転ゾーン・プ
レートは研究されている。
の効率を“照明光波面における光束の主像(princ
ipal images)に到達するパーセンテージ”
として定義し、そしてこの定義を用いて彼は位相反転ゾ
ーン・プレートの1次効率40.5%を与えた。
したならそれの効率が100%に近づくだろうことを示
した。しかし、この間、よく補正された光学系と一緒に
はたらく高効率の位相フレネル・レンズの製作は明らか
にまだ試みられておらず、また報告もされていない。マ
イクロレンズとして独立に用いられる三角系プロファイ
ルのプレートがある応用に対しては作られている。
るものと認められるが、文献から知る限り、それはまだ
実施されていない。これは、導かれる利益に関して考え
られている制限、書かれている形での位相フレネル・レ
ンズ製作のむずかしさ、屈折光学素子だけを利用する光
学設計での他の進歩、問題に固有なより更に複雑な要因
に対する認識の不足といった理由のいくつかによるもの
であろう。例えば、グレーティングのブレーズ角で入射
した光の平行成分と垂直成分の間での効率には相当の違
いがあり得る。また、官本は、個々のスペクトル成分の
時間コヒーレンスが位相フレネル・レンズの解像あるい
は空間−バンド積(space−bandwith p
roduct)を維持する面で重要な役割をはたすこと
を認識、少なくとも議論することをしなかった。この後
は、波面収差の操作に於いて波面の成分分布、照明エネ
ルギーの正確な分布、位相関係の局所的、時間的、空間
的な再配列等の要素をうまく考慮することにより、屈折
レンズを一緒に組み込んだ形で、光結像あるいは光読み
出しシステムの解像を有用な焦点深度、高い効率と共に
、以前は達成できないと考えられていたレベル以上に向
上させ得るということが示される。
より達成される高解像光結像または読み出しが依拠する
原則と同じ原則が他の光学応用にも利用できる。この応
用には、顕微鏡検査とOTF (光学的伝達関数)、球
面対物レンズと組み合せた円すいアキシコン位相グレー
ティング、従来の円柱レンズと組み合せた円柱形位相グ
レーティング、そしてトロイダル非球面グレーティング
・レンズを含む。円すいアキシコン位相グレーティング
は光学屈折素子と組合せに於いて、特に有用的であり、
オート・フォーカス・システムを要せず、光ディスクを
書き込み及び読み出し素子として所望の長さの狭い光線
を提供する。システム設計に於いて、位相プレートの特
有なスペクトル特性が認められ説明されるならば、屈折
光学系の限界がどこで来ようとも、波面収差を精密に補
正する能力というのは、いいかえると、潜在的な有用性
となり得る。
に、少なくとも1つの、ホログラフィックに場所的に配
置された透過グレーティング素子が置かれ、この素子の
1つは一般に、臨界開口(critical aper
ture)にある。グレーティング素子と他の素子は、
増加的に変化する位相遅れを起こすよう多数に分布した
空間的インコヒーレント、時間的コヒーレントな光源に
より単色で照明される。これらの増加的な変動は照明フ
ィールド全体にわたり制御された形で非線形的に変わり
、ある特定の収差を補正する合成波面を形成する。
された球面収差のためだけでなく、予定されたクロマテ
ィズム(chromatlsm/色収差)のためでもあ
る。波面の遅延は波長の何分の−かの増分ずつ変化し、
高回折効率を与える、複数のプラトーにより定められた
部分よりなる透過グレーティングにより生じる。その部
分の場所的な構成は、相互に関連した多くの瞳を作るよ
う波面成分の相互作用を変えるため、位相反転、透過率
変化を含むこともある。この相互に関連した瞳の合成の
効果として、例えば焦点深度の増大、コントラスト、解
像の改善が考えられる。
、拡大されたビーム領域全体でビームを一様に分布させ
る手段、空間的コヒーレンスを効果的に取り除き、ある
決められた最小以上の光波の時間的コヒーレンスを形成
する手段を含む一つの照明系が用いられる。この例での
位相プレートは一つの透過素子を含む。この素子は多数
の同心リングがあり、おのおののリングは波長の何分の
1かの増分ずつ変わる複数プラトーがあって、リングの
プラトーは局部波面に小さい角度の曲げを与える。位相
プレートは屈折光学系の臨界開口(critical
aperture)に配置され、設計は位相プレートと
統合されて行なわれるため、手順が簡単になる。例えば
、屈折光学系はコリメーターレンズ部分と対物レンズ部
分を含むことになるが、標準的には、そのシステムに対
し、わかっているがしかし全体としての制限内にある許
容できる収差しかもたないよう相対的に少ない素子板で
設計される。位相プレートはマイクロリングラフイー技
術によフて、各個のリング内で連続的にプラトーの高さ
が変わる形で半径の変わるリングを与えるように作られ
る。違うリング・グループでのプラトーの段の関係を変
えることにより、位相プレートの異なる区分を通る光波
の位相関係がいくつかの瞳を形成させるように選択的に
反転される。−部分のリングあるいはリング・グループ
はある領域から来た光が遮蔽あるいは減衰されるように
、不透明あるいは部分透過(opague)であっても
よい。こうすると、複数光源からの照明光の空間的分布
と位相関係は屈折光学系に於いてはやむを得なかった収
差を打ち消すように、再び構成される。このシステムと
方法によって1ミリメートルあたり 2,500本のオ
ーダーでの解像、高い透過率、深い焦点深度、そしてす
ぐれたコントラストが得られる。このシステムに利用さ
れる屈折光学系は大幅に少ない素子数しか要求しないだ
けでなく、また球面収差と色収差のような特殊な特性に
対して、設計手順にもっと大きい許容度を持たせること
ができる。
に半導体製造に対してはパルス・レーザが好ましい照明
光源である。しかし、強度分布、フィルタリング及び色
収差(chromatism)の問題を克服するための
従来の方法と組み合せて水銀アーク・システムのような
他の光源を利用することもできる。
明系は、248nmのような紫外線領域で動作するエキ
シマレーザとエタロン同調キャビティの組み合せを含む
。これは50,000の波を越す時間的コヒーレンスが
ある光エネルギーのバーストを与えるものである。照明
光エネルギーのバーストは一対の離れて配置されたラン
ダム位相板と、中間のビームシフト装置を含み、フォト
マスクあるいは物体面上に統計的に均一な形で空間的イ
ンコヒーレントな複数光源を分布させる位相ランダマイ
ザーを通過する。
の曲がりを与えるように構成される。
プラトーの連なりの選択的反転により実現されて、互い
に位相の反転する部分により定められる6つの(円)帯
状の瞳を含む。一つのシステムには一つ以上の位相プレ
ートが配置でき、一つは臨界開口(critical
aperture)に配置され、その他は特定の非球面
的特性を与えるよう、ビーム通路に隣接される。 24
8nmの光源を用いる時には、位相プレートのプラトー
領域の最大厚みは約0.144ミクロンに制限され、各
個プラトーは、最も狭いリングのところでわずか1.5
ミクロンのオーダーの幅となる。波面 (Wavele
ts)での時間的コヒーレンスは複数プラトー領域によ
って生じる最大位相遅れより50倍かそれ以上の大籾さ
で維持される。
の概念の汎用性が示される。例えば、顕微鏡システムに
置いて照明系から被検物へ向かう光は、臨界開口(cr
itical aperture)の所に置かれ、被検
試料上のカバープレートにより生じる球面収差と共に、
システム内の屈折素子による収差を補正する位相板を用
いて、従来以上の高い解像で結像される。アキシコンタ
イプのシステムでは、発明による位相プレートは、表面
波を円すい形焦点にもって来るべく、一つかあるいはそ
れ以上の球面素子と一緒に作用するように形成される。
比較的長い針状の光を作る。円柱レンズ・システムでも
、もつと高い解像と精度のために、波面補正が同心プラ
トーではなく、平行プラトーによって行なわれる。
ーティングを定める同心円リングの外側輪状領域及び基
準パターンを含められることである。結像の波長と異な
る波長(例えば赤の波長)のコヒーレントな光は感光性
表面に影響を与えずに目標面と投影像とのアライメント
に用いられる異なった部分つまりこの外側輪状領域を通
過できる。
ターンを与えるため、二値的な操作を続けて配列される
のが好ましいが、デポジションまたはエツチングの各々
の段階に対しフォトマスクを用いるかまたは直描により
作られる。例えば、1.2、モして4のプラトー高さに
対しデポジション層を定めるべく3回の一連の手順が利
用でき、フォトレジストの洗い流し、塗布を3回行う一
連の工程により、堆積的に零から7番目のレベルまでの
一連のプラトーを与えることができる。
るリングの半径の変化に対し、波長の何分の1かの違い
だけ高純度シリカを付加することもある。このように直
径が10cmオーダーでの素子の上に、1つが8つのプ
ラトー・レベルを持つリングが約1.600個ある一つ
の位相プレートが作られる。この寸法は、近年の半導体
製造に要求される大きいウェーハと高い解像をもたらす
現在のウェーハステッパー(stepper)装置に必
要な範囲にある。相補的な工程、即ち、層のデポジショ
ンのかわりにエツチングを用いることもできる。
る外側環状リングも同様に結像領域のリングと同時に位
相マスクから記録されるか、あるいは直描で形成される
。しかし、波長とそれに伴い要求される層の厚みが違う
ため外部リングは別々にデポジットされる。
うに一連の0から15レベルまでのレベルを与えるため
、4つの二値的マスクを用い、連の16のプラトー高さ
を作ることによフて、グレーティングの上にもう少しな
めらかな、そしてもっと効率の高いブレーズ角が形成で
きる。同じように、ただ4つのプラトー・レベルを用い
れば、特定の応用に対し粗い、効率の低いグレーティン
グが、かわりに形成できる。
上に配列される。この目的のために、この素子は始めに
少なくとも一定の領域に1つのベース(例えば、クロム
)層がおおわれる。リングは回転させながら描くことに
よりあるいはフォトエツチング技術により定められる。
レーティングのいくつかのグループを形成する。これら
のグレーティングは異なった個々のレンズ素子あるいは
レンズ素子群に関して設けられ、特別に配置される。
peture)にあるグレーティングを通過して導かれ
、選ばれたレンズ群内のレンズ素子が適当な位置に置か
れた時、これらのグレーティングは光軸上に集束ビーム
を与える。従って、個々のレンズの芯と光軸上位置は、
それが組み込まれる際、正確な規準を与えられることに
なる。
心として働くことになる名目上の軸と同心の外側周辺の
組(grouping)として描かれる。
製作の間、直接描かれている時は、このリング組はフォ
トマスクに対する、あるいは位相プレートの偏心の補償
のための、基準としてはたらく。
多重プラートを配置することに関して要求される精度は
、どんな書き込み技術が用いられようと非常にきびしい
要求を課する。これらの要求は中心の近くに第3の反射
リングの組を生成し、位相プレート自身を利用すること
により満たされる。回転の中心は始めは、限度内で任意
に選ばれるが、反射リングを書き込んだ後に、その位置
は正確に決められる。これは、各々の反射リングが通過
する時、干渉計による(干渉)縞測定を行いつつ中心線
の両側でリングを走査することによりなされる。同じよ
うに内側リングと外側リングを利用することにより、名
目上の位置の間でのしまの数から正確す読みを得ること
もできる。これらの読みから、その時点に於ける温度、
気圧、光速の正確な補正を用いて校正ができ、それによ
り、リングを1/30ミクロンのオーダーの精度で配置
できる。
上の空気軸受にささえられたエアースピンドルを用いる
。車−(往復)方向的に移動できる架台が、書き込みレ
ーザービーム用として、制御システムにより、スピンド
ルに対し、別トラックの書き込み位置まで移動する。
ムが外側基準リングの像を一つのパターンの上に投影し
、そして位相プレートが正確に中心に置かれていない時
、合成信号中の正弦波状変化を探知する。回転中の芯ず
れによる変動を補償するよう、レーザー書き込みビーム
を偏向させるのに信号変動が利用される。周辺で保持さ
れる位相プレートは目視で一ミクロンの範囲内に調節す
ることができ、偏心の補正はこれを0.1ミクロンある
いはそれ以下にまで減する。このシステムは、特定のレ
ンズ組み立て品に対し補正を行うように位相プレートを
作り得るその精度を、従来のコンタクト転写工程の精度
を越えるところまで、向上させる。また、これは、大き
な中心出し誤差や累積誤差を生じさせることなくフォト
レジスト塗布、処理、モしてデポジションまたはエツチ
ングを行うのは、位相プレートをエアースピンドルの上
に置いたり、そこから取ったりできるようにするためで
もある。
いて違いがあるため、システムの大きな要素と、システ
ム内に於ける光波エネルギーの細かな分布及びその空間
的配置とを共には、表わし得ていない。他の図も正しい
比率で相対的な寸法を表わせていないが、その特徴と関
係をよりよく理解するためには、それら他の図を参照し
なければならない。
べく、フォトレジストを適当に照明するため、ウェーハ
ステッパーのような光結像ユニットに用いるのに好適な
形で説明される。ウェーハステッパーの制御、位置決め
、オートフォーカス、及び関連技術の詳細は公知であり
、簡単のために、ここではそれらに触れない。ある特性
のエネルギー源となる光が、紫外領域の2411r+m
でおよそガウシアン分布の矩形ビームを生成するKrF
タイプのエキシマ−レーザー12を含む照明素1゜で初
め生成される。エキシマ−・レーザー12は一秒に約1
50パルス、パルス幅が1.2X 10−’秒、そして
約375mJ/パルスでパルス発光する。これから示さ
れるように、このシステムは十分な強度の放射光を、像
を記録するフォトレジスト層へ導き、また、来光結像シ
ステムが十分高効率であるため、有益なことに短時間で
露光できる。これから列挙する、いろんな要素を適当に
考慮すれば、他にも利用できるシステムは多くあるが、
このタイプの好適なレーザーが、tumontcs H
yperex −460Model HE−5Mとして
出されている。
ヒーレントであり、 620分の1の程度で時間的にコ
ヒーレントである。このファクターは所望の空間的な及
び時間的な分布と一致しない。
れる一つの共振同調キャビティと一緒にはたらく。この
エタロン14はQ値と、124.000波長分ぐらいま
で合う光の彼達の予期性(Predictabilit
y)を上げる。あるいは代わりに、同程度の時間的コヒ
ーレンスを生じさせるのに、キャビティ内エタロン同調
のあるレーザーを使ってもよい。しかし、干渉縞の影響
が出る可能性があるので、過ぎた同調は好ましくない。
0波長分の程度の範囲まで下げるため、わずかに離調さ
れる。このような手直しの理由は後程より詳しく説明す
る。
2の長形ビームを一辺が11J1インチ)の正方形ビー
ムに変える二重プリズム・ビーム・エキスパンダで拡大
される。このビームは、5in2基板の上にデポジット
され5in2の準ランダム・パターンで定められる一番
目の準ランダム位相面19を含む空間コヒーレンスラン
ダマイザ−(randomizer) 18の中に入る
。このランダマイザー18の構造は断面領域に渡って位
相のランダム化の度合いを知らせる光透過素子を提供す
る。
、平均幅約10ミクロンのデポジットされたパターンに
よって得られる。第1のフィールド・レンズ20はビー
ムを必要ならモータ駆動もできるレチクルマスキング装
置22に伝える。マスキング装置22はビームを周辺で
、制御可能な大きさの選べる物体面外形に制限し、ビー
ムは以下に記すように小さな弧状に動的に動かされる可
動コーナー鏡24へと向かう。このコーナー鏡24から
ビームは結像リレー・レンズ26の方に向けられる。こ
のリレー・レンズは第一の準ランダム表面19の像を似
た特性をもつ第二の準ランダム位相表面27に結像する
。その後、ビームは第二のフィールド・レンズ29を含
む関連光学系に向かい、ビーム結合コーナー鏡28を経
由し、そして像が向けられるウェーハ平面に行く。この
角度のついたビーム経路により、かなりのパワーと体積
を必要とするレーザー12を、システムの像形成部分よ
り十分前れたところに置くことが可能になる。
を行い、すべてのビーム分布領域で空間的な位相のラン
ダム性を有効的に増す。しかし、ランダム性の度合いを
変えられることが望ましく、このために、サバール板と
ソレイユ補償板を用いた部分的コヒーレンス度の測定装
置がランダマイザー(randomizer) 18か
らのビームのこの特性を検知するため置かれる。そのよ
うな装置は“準単色光源の像に於けるコヒーレンス度(
S、Mallick、Applied 0ptics、
Vol、6. No、8゜August 1987.
pp、1403−1405)”と題された論文での報
告に従って用意できる。装置36は部分的コヒーレンス
度に応じた信号を可動コーナー鏡24と結合されたPZ
Tアクチュエータ34を動かす制御回路38に返す。測
定装置36による部分的コヒーレンスのコントラストの
読みによって、アクチュエータ制御38はPZTアクチ
ュエータ34を駆動し、レーザー12から出たパルス・
発光の間で、像での小さいが可変的な(60ミクロン程
度の)動きの増分を起こす。これらの発光は一層に15
0−200回起こり、(1パルスの発光)時間が短かい
ため、またコーナー鏡24は非常に小さな角度で動けば
よいため、異なった発光源からの光を適当に空間的ラン
ダム化することは、必要な範囲まで、かつ可能な間隔内
で、直ちにできる。
して形成し、得られるランダム性の度合いを変えるため
に回転速度を少し変えることによって、準ランダム位相
面19.27の間での相対的な動きを作ることも可能で
ある。
9も1:1の関係でレチクルマスキング装置22をフォ
トマスク平面40に配置されたフォトマスク40の上に
結像する。この例に於いて、この平面でのビームはレチ
クルマスキング装置22によって、適当な厳しさの許容
誤差(±o、oos ”)で、−辺が1.5インチから
4.5インチまで連続的に選択できる矩形に開口が制限
される。
ームの平均ラグランシュ積を増加させるということから
より明解に理解できる。エキシマレーザ−12から出た
レーザー・ビームは約1.8X 10””cm2Ste
rに制限されたラグランシュ積を持つ。これは一つの典
型的な露光(約0.3秒)で、狭帯域化されたエキシマ
−・レーザー・ビーム中に多くの光源があることを示す
。いずれの瞬間でもレーザから出てくる22X 5.4
122のオーダでの統計的にインコヒーントな空間モー
ドがあることを示すことができる。また、つのパルスに
20の波速、0.3秒毎に 150パルスがある。従っ
て、レーザーは、露光毎に1.22X102X 2X1
0X1.5 X102=3.68X105の統計的に独
立な光源を提供する。しかし、光源が、所望の空間的な
インコヒーレンス度で像を照明するためには、像の各点
は約102個の光源で照明されなければいけない。ウェ
ーハ面の像の寸法でミリ当たり約4,000本の解像と
いうことから導かれる必要な全部の光源の数はおよそ 10SXIO’/(1,75)” X102 =3.
27X10”これが露光毎に必要な統計的に独立な光源
の全数である。レーザー・ビームは従って、−様にしか
も空間的にはインコヒーレントに照明された像を形成す
るためには約5X10’分だけ足りない。
ムのラグランシュ積は約次の通りのはずである。
の大きさ全体にわたり主光線の高さに実質的に影響せず
、約2.2 X102分だけビームの角発散(angu
lar dfverglence)を散乱させる。これ
は、システムにとって望ましい5X10’分の全体の増
加に結びつく。ラグランシュ積は従って5×104分ま
で調節できる。この調節は自動的に行なうこともできる
が、選んだ限界内の値に維持するために、ある特定の像
の大きさと露光特性に対して、操作者が部分的コヒーレ
ンス度測定装置36から得られた読みに従ってアクチュ
エータ!lJ御を予めセットしておくだけで普通十分で
ある。空間的コヒーレンス長の調整範囲は、フォトマス
ク40にて、約1.5 ミクロン、これは実質的にイン
コヒーレント光であることを示すが、この値が約15ミ
クロンまでとできる。
の一様強度で4インチ×4インチ(4”×4”)のアス
ク平面に分布し、その振幅は±1%の範囲で調節できる
。露光時間0.3秒で供給される所与のエキシマからの
全エネルギーはウェーハにて150mJ/cm’より大
きくなる。
ム化することは時間的コヒーレンスまたはこの統計的に
異なる複数の光源における各々の光波の周期的予期性(
predictability)に影響を与えることは
できない。位相プレートにより合成波面中に続いて生じ
る位相の遅れはビームの分布全体に渡り変化し、可能な
遅れ量は相当に大きい時間的コヒーレンスは、その大き
さのオーダーが、波面が正確に再構成されるために可能
な遅れより大きくなるよう維持されなければいけない。
波程度)がある。これらの位相調節を適当に行うために
要求される時間的コヒーレンスはそのシステムで予定し
ている遅れの最大な波の数の約50倍である。エタロン
同調レーザーはコヒーレントな1つの波速内に124,
000の波(の数)を与え、この位相調節手段に要求さ
れる約25倍ぐらいとなるが、このファクターは時間的
に独立な光源の最大可能な数を与えるのに反するよう作
用される。これらのことは時間的コヒーレンスを約5.
000波まで減らすことにより確かめられるが、しかし
、逆にこれはレンズ設計で色収差問題を引き起こす。従
って、このファクターは10,000から約100.0
00に維持するのが望ましく、前者の値がここの例では
仮定されている。レーザー露光制御44によって、1回
の露光でウェーハ面に入射する光の量を選択的に決める
ことができる。このレーザー露光制御はレーザーが連続
的に発光している間引き出されるエネルギーを統合し、
適量のエネルギーが供給されたら、露光を停止する。以
下に説明するアラインメト・システム46は光軸に沿っ
て独立にはたらき、第7図と一緒に以下に説明するよう
に、紫外以外の波長が違う環状ビーム(典型的な赤ある
いは青)の向きをビーム結合鏡28及びいろいろ光学素
子に向ける。
ェーハステッパメカニズム54のXY軸駆動システムに
より、レジストをコートしたウェーハ52を正確に位置
決めしたウェーハ面50の間に結合光学システム56が
配置される。光学システム56は屈折素子と発明のいく
つかの特徴を具現しているホログラフィックな波面の調
節手段の組み合せを含む。図示した配列では、システム
はコリメーター・レンズ群58を形成する−組みの三枚
の屈折レンズ素子、レンズ・システムの臨界開口(cr
itical aperture)に置いた一つの複数
プラトー位相プレート60、そして5分の1に縮小した
像をウェーハ面50に投影する4枚のレンズの対物レン
ズ群62より成る。レンズ群58゜62そして複数プラ
トー位相プレート60の相互の関係は屈折素子の数を減
らしつつ屈折レンズの設計を簡単にすること、また、解
像だけでなく、焦点深度コントラスト及び効率に寄与す
る波面の調節の高い効果を得ることを共に考慮し決めら
れる。そのレンズ集合体は球面の石英素子を含み、位相
プレート60は、新しい合成波面を与えるため像の成分
を領域的に調節する波面の位相遅延及び再配向システム
を含む統合光学システム56は像面側でテレセントリッ
クで、位相プレート60及び臨界開口(critica
l aperture)での放射束は正確には平行でな
く、若干発散している。石英の素子は、球面収差多項式
(の分)を除き、いかなる程度のすべての収差成分が、
球面素子によって半径、位置、面積量厚さ、間隔として
与えられる自由度を利用し打ち消されるように、また、
位相プレートにより臨界開口(critical ap
erture)で起き半径方向で変化する位相遅れも考
慮して設計される。球面収差はしかし、位相プレートの
半径方向に変化する位相遅れにより完全に補正される光
路差約75波に制限される。位相プレート60の対物側
素子について3枚は近似的にアブラナティックな群とし
て設計され、四番目は像面に一番近い負のメニスカスで
あり、像面を平坦化する性質があるためよく用いられる
。コリメーター群58の3枚のレンズは累積的に、また
位相プレートと組み合わさって、システムのコマと非無
収差をなくすことに大きな役割をになっている。更に、
球面石英レンズは負の色分散かり、本発明の一つの特徴
は位相プレート60に示される透過グレーティングが少
し正のベースのパワーの曲率のベンディング効果を起こ
すことである。この曲率は色消し条件を作るため小さな
レーザ・バンド幅範囲でのグレーティングの色分散が球
面石英レンズの色分散に十分適合して打ち消すように選
ばれる。このベースの球面のパワーはスケールファクタ
ーが非常に小さいので、図示できない。
えるが、しかし、エキシマ−・レーザー12のようなど
の様な光源にもバンド幅あるいは色の拡がりがある。も
しこのバンド幅を極度に狭くすると、それは得られる光
のエネルギーを減らし、空間的コヒーレンスの問題を増
す。本システムにより提供される色消し作用の能力はエ
キシマ−・レーザー12の0.003nmから0.O2
nmまでの色の広がり範囲を0.03nmあるいはそれ
以上に広くすることを可能にする。従って照明系は実質
的に単色でなければならないが、システムとしての得ら
れる付随的利点を伴いつつ、いくらかの色の広がりは補
償できる。
照しつつこれから説明する内側基準リングの外から始ま
る一つの領域は、位相プレート基板64に゛デポジショ
ン又はエツチングにより極めて低い最大高さでマイクロ
リングラフイー的に起伏をつけられた面を含む。起伏を
つけられた面は多数のリング68の形で構成され、各々
のリングは増加する高さが正確に決められたデポジット
される5i02の細密な複数プラトーまたはリングを含
む。代表的なリング68はその半径位置と非練性的な関
係がある半径方向の寸法を持ち、高さ零から最大7/8
波長の高さまで1/8波長毎に光学的遅延を増加させる
8つのプラトー70レベルがある。第2−6図における
位相プレートの図でその関係の概略を示す。図4から分
かるように、各々のリング68で、プラトー70は代表
的には(基板64に対して)高さ零から連続的なステッ
プで最大7/8λの高さまで累進的に変わる。248n
mの波長で、1/8のプラトーの高さは約31nmで、
7/8の高さは約217nmである。リング68の半径
方向の最も狭い幅は(位相プレート60の外縁で)8ミ
クロンのオーダーであり、各々のプラトーの半径方向の
最小寸法はおよそ1ミクロンとなりリング68に占めら
れる半径方向の寸法が変わるので、含まれるプラトー7
0により決められる合成的起伏の傾きが変わる。ここで
は一番急な場合を示している。傾きは3.59°以上で
あり、波面の曲がりは約2°である。最大の波面の曲が
りはこのタイプのブレーズド・グレーティングを通る光
エネルギーの高効率の透過を達成するため波面の曲がり
は約5°に制限される。プレート上のトラックの高さの
差分は、最大で入射単色光の波長を、その選んだ波長で
、プレートの屈折率で割った割合に比例する。
は規則的に続くわけではない。導入される位相遅れの位
相が反転する6つの別個のグループ(80〜85)内で
連続的なリングが配列される。一連のグループ(80〜
85)はその位相が0.π、0.π、0.πといった形
で変わるように配列されている。この例では、これらの
円帯の相対半径が次の表で示したように決められる。
れたリング68と細密に分けられたプラトー70のある
複数プラトーの位相プレート60が介在することにより
、波面に沿って空間的に分布した形で、開口半径の関数
として、増加的で波長と関係した光路長が付は加われる
。位相プレート60の厚さの差分は非常に小さくここの
例では遅れは7/8波長あるいは約217nmより大き
くはならない。しかし、光源が実質的に単色であるので
、位相基準に対して波面を揃えることで解像は維持され
る。従って第3図から分かるように、その効果照明単色
光により形成される合成波面の累積的遅延による。第4
図から分かるように、屈折光学素子が合成波面を曲げる
場合も、位相は揃ったまま維持される。しかし、位相プ
レート60が後に続く屈折光学系での収差を前もフて補
償することと、その様な補償は第3図と第4図で示して
いないということは注意すべきである。
gime)で作用するホログラフィックな素子として屈
折素子と組み合わさった形で非球面としてその両方で機
能する。非球面特性の結果として、屈折光学系の設計で
は許される範囲の残存球面収差が波面全体に渡り、必要
な(部分)量だけ補償され、それと同時に、他の幾何光
学的収差と色収差も打ち消される。臨界開口(crit
ical aperture)で向けられる複数の点光
源は独立な波面成分として再配向されるので、位相プレ
ート60の区分(80〜85)も独特の形で光を映面内
に再分布させる。位相プレート60内の個々の位相反転
は、数多くの有益な効果を伴う共同的な結像を可能とす
るシステム内に複数の瞳を定めることになる。
えられた8つから変えてもよいということも理解するで
あろう。規則的な−続き(pregression)に
おいてλ/16毎に変わるプラトーを16個用いると、
製造の時間と問題が増大するが、ブレーズ角をより滑ら
かにし、また、より効率的にできる。
法手順を行うことによりこれらのレベルは実現できる。
らか粗くて効率の低いグレーティングとなるが、もっと
少ない数(例えば4)のレベルを用いることもできる。
増大、サイドバンド強度の減少及び焦点深度の増大であ
り、これらすべてが複数の瞳を定めるリング68の配置
を利用することによって向上される。第5図と第6図か
ら分かるようにπの位相反転が必要な所ではプラトー7
0の規則的な連続性は位相ステップ86の外側で中断さ
れる。
番目までの順で継続的に変わる。別々の瞳からのビーム
成分が再結合され、合成波面を形成する時、別々の瞳か
らの像の微妙なずれがすべてのあるいは多くの注目すべ
きファクターが向上するのを可能とする。数多くの円帯
の組み合せを解像、焦点深度あるいはコントラストを強
化するために採用できるということが認識されるであろ
うが2つ、3つ、そして4つといった半径の異なる配置
のπ位相反転が特定の応用には有益的だということがわ
かっている。図に示すようにこれを6つ(80−85)
にするのがウェーハステッパーへの応用には望ましい。
ら、焦点深度を増加させ、これらファクターは半導体製
造工程で極めて重要だからである。それに加えて、完全
な(unobstructed)エアリ−・レンズ以上
に解像を上げることも実現される。
布は完全不透明あるいは部分透過の環状リングあるいは
リング配置を用いて行うこともできる。レンズ・システ
ムの設計解析で性能を限定するビーム成分を打ち消すあ
るいは減らすために望ましいとわかった所なら、どこに
でも不透明なリングを置くことができる。
スさせるのにかなり大きな設計自由度を与える。
eory ofAberration C1are
ndon Press、 1950. pp。
析でき、この光路差は物体上の−点りを出て半径がρ、
子午角がをで異なる点を通過する光線の任意の組の間で
、瞳あるいは臨界開口(criticalapertu
re)に於いてρ=Oでhから出る主光線の光路とを比
較して取られる。展開の後、多項式のそれぞれの項は、
ρだけ含む項(システムの球面収差を表す級数)、ρと
hだけ含む項(それを”球面型収差”と見なしてもよい
)、そして、h、ρ及び冊のあるべき乗の項に分けられ
る。
h、ρ及び二匹亘−を含む項はコマと非点cosφ の収差を含む。
かれた位相プレートはそれぞれの光線に対して半径と光
線が臨界開口を通る時の角度に依存するあらかじめ決め
られた関数として光路の遅れを加える。球面収差は半径
だけに依存する軸上の収差であるため、臨界開口で正し
い高さで適当な位相遅延を起こしてやればすべてのオー
ダーの球面収差を完全に補正することができる。
よって対称的に損なわれる。レンズ設計者の役割は残っ
ているコマの項と非点の項を、それらが相互にバランス
し、またそれらの残留(収差)が位相プレートにより起
こる半径方向に変化する遅延をバランスさせる所まで減
らすようシステムの屈折素子を選ぶことである。
的なレンズ・コンピューター・プログラムで普通は行わ
れるが、しかし、COSφの各々のべき乗成分を含む項
の補正は独立して;あるいは零近くまでバランスさせら
れることが必要であるということを理解するであろう。
は取り除くという事実は設計手順の残りの部分を非常に
簡便にし、また、かなり少ない素子(数)で解を与える
のを可能にする。
ictable)周期性と空間的なランダム性を持つ一
連の時間的に変化する光波の微細構造の再配分を用いる
ことにより動作する。エキシマ−・レーザーからの連続
的突発光を利用して、均等に分布した光が複数光源とし
て、全露光の間隔にわたり、ホログラフィックな位相プ
レート素子上に表れる。位相プレート60で、効率の高
い透過を保ちながら、ビーム波面での位相調節が達成さ
れる。このシステムは合成波面の全体に渡り1/10波
よりよい精度を与える。このシステムは現在存在してい
る線解像の限界を克服しつつ、従来使われて来たものに
比べて、球面石英レンズ素子の数を減らすことを可能と
する。照明ビームの限定されたバンド幅は、位相プレー
トの特性と相俟って球面収差と色収差との十分な補償を
可能とする。
ていれば使うことができる。例えば、いくつかの水銀ア
ーク光源の個々の発光線(line)がこの要求を容易
に満足する。このことはKevin Burnsとにe
nneth B、 Adams の論文(”Ener
gy Levelsand Wavelengths
of the l5otopes of Mercur
y −199and−200”、 Journal o
f the 0ptical 5ocietyof A
merica、 vol、 42.No、10,0ct
ober 1952.pp。
Hg199のある線に対する線解像を示す表2aは必要
な時間的コヒーレンスを示している。これらの線はラン
プ放射の256nmのバンドも一緒に含む。
)の問題を解決していることから、これらの線の成分の
それぞれが利用できる十分な時間的コヒーレンスを持つ
光源であることがわかる。
5r+mのバンドのHg199の詳細を示している。こ
こで、色消しの問題は従来の方法で解決されており、従
って位相プレートを従来と同様の、しかし非常に汎用性
のあるパワーの小さい非球面レンズとして機能するよう
に設計することもできる。その様な設計の結果、必要な
ガラス素子の数が減り、またその性能も改善される。位
相プレートはブラッグ・グレーティングとして、中心波
長が最大の効率を持つように計算される。しかし、表1
aと表1bをよく調べると、所与のHg放射バンドの頂
点から下までのトータルの広がりは1000分の2より
小さいということが分かる。従って同調は相対的に小さ
な問題である。
438nmのような時間的コヒーレンスの高い光源が得
られるより従来のものに近い波長領域でのレンズ設計に
応用すると、その技術は著しい簡便さをもたらす。とい
うのは、より高次の非球面を設計の要求からだけでなく
、球面素子そのままの小さいが実際にある理想からのず
れを補償するために、規定できかつ正確に構成できるか
らである。
ト60は、リング68により規定されるブレーズ透過グ
レーティング領域の外側に分離しである多数の同心透過
複数プラトーリング88を含む。これらのリング88は
同じ< 5i02から成りフェーズレンズ60を与える
べく、基板表面にデポジションまたはエツチングするこ
とにより形成される。リング88の幅と傾きはより長い
赤の波長に対して選ばれる。その波長はフォトマスク4
0により定められる像が結像されるウェーハ52のアラ
インメントに用いるものである。従って、幅と傾きは紫
外線範囲で用いられるリング68のものより大きくなる
が、8段階に高さが増す手法は同様に用いられる。層を
2値的に累加したりあるいはエツチングしたりする同様
の工程が用いられるが、用いられる厚みがより厚いため
、リング88は普通にはリング68と別に形成しなくて
はいけない。
み合わさってウェーハ52の上にビームを集束させ、信
号が基準参照アークを有するフォトマスク40に対する
ウェーハ52の正確な位置を示すように発生されるよう
にすることである。
い。
ないため、それを紫外の照明と同時に用いることができ
る。ここで第7図を参照するとアラインメントのためウ
ェーハー52上に細く焦光した基準ビームを与えるため
のアラインメントシステム46が示されている。
の単色波長を持つHE−NE (ヘリウム−ネオン)レ
ーザーを利用する。レーザー90はガウス分布した狭い
出力ビームを発生し、そのビームはビームエキスパンダ
91によってもつと広いパターンに広げられる。この広
がったビームは第一と第二の液浸した非球面93.94
によって一つの環状パターンに変えられ、第一の非球面
はリング状の分布を作り、所与の半径上に集光する収束
ビームに光を形成し、一方、第2の液浸非球面94は、
環状瞳パターンを形成するようビームを実質上コリメー
トする。この環状瞳パターンは第一のコーナー反射器9
6とダイクロイック反射型の第二のコーナー反射器97
で反射され、第1図のシステムの紫外ビームの光路中に
入る。環状ビームは第二のフィルド・レンズ29とそれ
と組みあわさってレンズ95によってフォトマスク面4
2の上に集束し、フォトマスク40上の基準パターン領
域を照明する。その後、このビームは光学システム56
に入り、位相プレート60上の複数プラトー・リング8
8領域を被うような環状の瞳として再び結像され、また
レンズの組58゜62によってウェーハ52上に集束及
び再結像され、そして反射してまた光路にもどされる。
ー鏡97を通ってアラインメント検出器99に到達する
。検出器は直接と反射の基準像を比較し、必要なオーダ
ーの精度のある既知の方法でウェーハの位置決めをする
ためウェーハーステッパー54を制御するアラインメン
ト信号を作る。
決めをするのに必要な正確な調節を可能とする非干渉的
なアラインメント・システムを統合的に含む。外側のリ
ング88は紫外用の同心リング68と同じ中心軸に対し
配置できるので、同心性が保証される。
を定めるための直描システムの主要な素子が第8図に示
されているが、ここではこの図を参照する。ここで位相
プレート60は精度の高いエアースピンドル110の上
にマウントされ、このスピンドルは安定な例えば花崗岩
のベース112にある凹部111内の空気軸受により回
転する。スピンドル駆動装置114は磁気式あるいは空
気式のいずれであってもよいが、例えば25 rpsの
ような決まったレートでエアースピンドル110を回転
させるように結合される。エアスピンドル110の上面
に置かれる位相プレート60は、直交X、Y軸に沿って
完全ではないが実際上十分な精度で位置決めされる。こ
れはエアスピンドル11Gの周辺にあるボスト117か
ら延びる高精度な調節ねじ116による。空圧源118
はベース112内の導管119を通じ、エアースレッド
120に対してエアースピンドル110の中心軸の垂直
位置と水平芯位置の両方を保つよう圧縮空気を送り出す
。しかし、見て分かるように、中心軸に対して位相プレ
ート60の位置を決めるのに芯出しシャフトあるいは他
の機構は使われていない。エアースピンドル110の上
部に隣接したエアスレッド120はエアスレッド120
の下に突き出る空気軸受式フットパッド(foot p
ads) 121と水平に伸びる空気軸受式サイド・パ
ッド(side pads) 122に乗ってスピンド
ル110に対して横方向に動かすことができる。フット
パッド121はグラナイト(花崗岩)ベース112の上
面基準面の上で浮上させる形でエアースレッド120を
支え、一方サイド・パッド122はグラナイトベース1
12の垂直延長部126(又は、ベース112との垂直
サイド固定された関係の分離した部位)の水垂側面基準
壁125からの小さな距離を一定に保つ。エアースレッ
ド120をブロック126上で垂直基準面の方向に機械
的に偏位させる方法はボされていないが、空圧源あるい
はサーボ機構を含むことになるかも知れない。側面での
この空気軸受は、従ってエアースレッド12Gが壁12
5に平行な方向あるいは位相プレート6oに対して半径
方向に勤〈ことができても、側壁125からの距離は正
確に維持される。空気軸受に加圧する内部の導管は詳し
くは示されていない。
、エアースレッド120と結合されたバー132につな
がるアクチュエータ130によってブロック126の垂
直基準面に平行な方向で位置決めできる。バー132の
アクチュエータ130によるこの軸に沿った移動は位相
プレート60の半径方向位置とエアースレッド120の
上に設けられた偏向システムからの書き込みビームの半
径方向位置を変えるが、これについて以下詳しく述べる
。位相プレート60の概略の位置決め制御のため、エア
ースレッド120上のレトロ反射器134はレーザー・
ビームを干渉計(ヒユーレット・パラカード社モデル5
110でもよい)136に戻す。この干渉計136とア
クチュエータ130を制御するガイド位置決めサーボ1
38で、エアースレッド120とエアースピンドル11
0の位置を楽に1ミクロン以下に維持することができる
。位相プレート60上でのトラックの位置は、磁気ある
いは光データディスク用のマスタートラック書き込みシ
ステムの形状の、コンピュータ146とデータ収納部1
48を含んだトラックデータ収納及びシーケンスシステ
ムにより定められる。
及びトラック・パターン変調に関する必要な情報を保持
する。コンピュータ146の制御のもとで、トラックパ
ターン変調信号はデータ収納部148から変調器駆動部
150を通って書き込み、ビーム制御に送られる。これ
について以下詳しく説明する。
0は直交する2方向の各々に対しかなり高い精度で位置
決めされる。この位置の一つはアクチュエータ130の
制御のもとて位相プレート160との異なるトラックを
選べるよう変わる。エアースピンドル110自身は凹部
111内でその名目上の軸に関し空気芯出しされ(ai
r centered)てあり、位相プレート60はエ
アスピンドル110上で周辺にある位置決めねじ116
によっである程度大まかに固持される。
相プレート60の外縁に配置された基準リング151に
対してレーザー・ビームを偏向する。これらのリング1
51はクロムあるいは他の不透明材料でできており、フ
ォトマスク上の高精度リングを用いたデポジションある
いはエツチング工程によって、前もって位相プレート6
0の上に作られる。しかし、また、これらは直描シーケ
ンスによって位相プレート60が最初にエアースピンド
ル110上で芯出しされる時、その周囲の表面に分層し
て作ることもできる。この手法が本例では用いられる。
その任意に決めた芯のまわりで回転させ、フォトリング
ラフイー技術あるいは高精度なカッティング技術で円環
を作ることにより1.5ミクロンから4.0ミクロンま
で変わる特定の幅と間隔のものとして組み入れられる。
のその後の各々の再位置決めのための、また更に微小な
偏心を補償するための書き込みレーザー・ビームの動的
制御のための芯出し基準として利用される。従って、機
械手段では一般に不可能な精度が達成できる。
システムは最初の及び動的調節のために用いられる。支
柱152は基準リング151を横切り位相プレート60
のある固定位置まで延びるアーム154を含む。自動焦
点のための従来と同様な光源やボイスコイル・アクチュ
エータ・システムは簡単のためにここで示していないが
、しばしば用いられることになる。位相プレート60に
隣接したレンズ156は光源157の像をビーム分割鏡
158の向こうに方へ反射し、その像が二番目のビーム
・スプリッター160を通して、接眼レンズ162に送
られる。光源157の波長は位相プレート60上のフォ
トレジスト材料が反応する波長とは違う。接眼レンズ1
62によって、オペレータが基準リング151の相対位
置を見て、位置決めねじ116を調節して、エアースピ
ンドル110上の位相プレート60の大体の同心性(例
えば約1ミクロンまで)を得ることができる。
示が結像され、ビーム・スプリッタ160を通って鏡1
61まで、またレンズ164を通ってレチクル166ま
で送られる、焦点板166は不透明ライン168のパタ
ーンがあり、それは位相プレート60から反射されたリ
ングの像が重なる基準リング151の特定の幅と間隔に
対応する。位相プレート60上での反射基準リングの間
での空白間隔がレチクル166上での不透明ストリップ
168とちょうど一致した時は最大信号が与えられ、リ
ング151の反射した像がレチクル166の透明ライン
部分に重なった時は最小の信号が与えられる。パターン
でいくらかの偏心があると、レチクル166の後ろの光
検波器170が前置増幅器172に偏心変化とともに正
弦波状の形で変わる信号を提供する。この正弦波状変化
の同期は相対的に長く、回転レートで決まる。代わりに
、レチクル166は与えられた角度内で線の数は基準リ
ングの像に対する数より少ないあるいは多い線を含んだ
ものを用いることもできる。これは、前もって決めたや
りかたで基準リング・パターンと相互相関するパターン
を形成し、振幅が偏心変位と関係した交番信号が発信さ
れる。この偏心変化は位相プレート60に向った書き込
みビームの半径方向での位置を決め、偏心を0.1 ミ
クロン以内に保持するために利用される。
にレーザー180が固定され、レーザービームを固定さ
れた反射器181からエアスレッド120の上に設けた
ハウジング182の方へ向ける。ビームは反射器181
から偏向し、一つの音響光学変調器184に入る。レー
ザー180の波長はそれがフォトレジストを有効的に露
光し、その上で定められた像を形成するように選ばれる
。変調の後のビームは反射器187,188から他のコ
ーナ鏡186に向かい、ハウジング182の側方アーム
189の中の音響光学偏向器188を通って、その後、
鏡190から偏向し、レンズ192を通って位相プレー
ト60のある下方領域に集光する。ここでも従来からの
自動焦点システムを使えるが、それは示していない。
号を受け、音響光学偏向器188は偏心センサー回路1
70,172から制御信号を受ける。偏向器188はト
ラックに当たるレーザービームの半径方向位置をエアー
スレッド120の位置により決められるビームの各目的
位置に対して変えて、光検波器から来る信号に応じて、
残った芯心を取り除く。
を配置する際に達成されるように位置決め精度が臨まれ
るとき、特別の考慮が装置の校正に対しなされなければ
ならない。
基準として利用する。外側反射基準リング151に加え
て、フォトリソグツラフイー技術によっであるいはクロ
ム表面に描いて、位相プレート60の中心に非常に近い
ところに第二組のリング193を書き込む。これらのリ
ング193を一般的に図2と図5で示す。外側及び内側
基準リング151と193をそれぞれ初めの回転中心に
対し、中心を同じくして書き込む。この初めの回転中心
は位相プレート60を回転エアースピンドル110の上
に置くことによって一定の任意の制限の内に定まるが、
この時点ではそれ以上正確にはわからない。測定と計算
の手順は一人のオペレーターによって行うことができる
が、校正のためにリングの位置を正確に決めるのには干
渉計136と計算機146を含む第8図でのシステムを
うまく活用する。エアースレッド120が半径方向の位
置のスパンを通って移動し、その上にレーザー180ビ
ームがあって、そして第8図でのセンサ(これは示して
いない)が反射信号を検出する。この検出器はそれぞれ
のリングを通って集光するビームの経路の間で信号変化
を与え、その様なパルスの各々はトリガー信号として利
用される。干渉計136の読みを同時に取って、データ
・プロセッサーでそれをトリガー信号と互いに関連させ
る。このようなやりかたでそれぞれのリング(最初は外
部のリングの組151 )を検波するように、干渉計1
38から来る干渉縞の数は半径方向位置の正確な表示と
して計算機146に入る。半径方向の操作は内側リング
の組193の中心の両側を通って実行され、それぞれの
互いに離れたリングが基準点を通った時、トリガーがか
かり読み取る。コンピューター146を使って線形回帰
を行い、正確な平均値を計算し、それで回転中心を非常
に高い精度で決めることができる。干渉計136の測定
を利用して、外側リングの組151のこの計算された中
心に対する半径方向の距離をも決めることができる。こ
の計算はその時の光の温度、圧力及び速度等の条件に対
する正確な校正を行うことを可能にする。後の校正と比
較するための標準を設定し、全ての有意の変化に対して
小さいが有意の補正を計算することができる。こうして
、干渉計の測定値を利用して複数プラトーの半径方向で
の位置を決める時、その精度を±1/10ミクロンまで
維持し、異なる領域での位相遅れが保証できる。
ピンドル101と位相プレート60の位置を、位相プレ
ート60に連続トラックを書き込むのに必要となるもの
と同じ様な高い精度で選んだ基準点に対して初めに決め
る必要がない。その代りに、マイクロリソグラフィーの
工程を始めるのに位相プレート60の中間領域に対して
フォトレジスト材料を塗布した後、オペレーターは基準
リング151を観察することにより、位置決めねじ11
6で、初めに位相プレート60に概略位置を決める。エ
アースピンドル110が回転しているため、基準リング
151に対するいくらかの偏心が起こると、長い正弦波
状の偏心信号が発生され、偏向器188による偏心の動
的校正が行なわれる。容易に理解できるように、エアー
スレッド上での偏心センサーとレーザー・ビームを固定
しておいて、逆の配置を利用することもできる。しかし
、図示した構造がエアースピンドル110に対してより
よい安定性を与える。
径方向位置と少し違う位置に増加的に駆動する可能性も
ある。しかし、この違いも音響光学偏向器によって加え
られるビーム補正の成分として補償される。外側及び内
側基準リングを、それらの間隔と幅を規則的でない形式
で配列することによって有利に配置することができる。
から疑似ランダム、ランダムあるいは例えば数学的級数
による関数的な配置まで変えることができる。
それの置きがたの特性から区別し、一つのリングを間違
って置くと必ず起こるあいまいさもさけることができる
。リングをこのように規則的でない置きがたで配置する
ことの他の利点は偏心センサーシステムでのフォトデテ
クターから検出する特性誤り信号がそれの誤り曲線であ
いまいさも位相反転も含まないように形成できることで
ある。
ソグラフィー工程あるいはエアースピンドル110の上
でならカッティングのどちらかにより外側基準リングが
作り込まれた後−つの代表的な位相プレート上での直描
工程が始まる。どんな時でも位相プレート60をエアー
スピンドル110上の保持システムから取り去り、必要
な深さまでフォトレジスト層を塗布することができる。
られる。この領域の間に複数レベルプラトーが形成され
る。フォトレジストが実質上赤色光に対して透明である
ので、偏心デテクターで基準リングを見ることができる
。
に再び配置する。その時、始めにオペレータが接眼レン
ズ162で観察しながら、概略芯が出るまで、手動で調
節を行なう。その後、エアースピンドル110が決めら
れたレートで回転し、レーザーが選んだトラック位置に
集光されトラックが前もって決められた幅で書き込まれ
る。
ド120の位置がコンピュータ146の命令のもとての
アクチュエータ130によって別の半径方向トラック場
所で再び決まる。次のデポジションあるいはエツチング
段階の後ですべてのトラックがそのプラトーレベルを持
つようにするため、完全な露光が行なわれるまで、他の
トラックが連続的に書き込まれる。
ンドル1回転で0.1ミクロン・ピッチという安定した
レートで動かすことである。このように作られたスパイ
ラル・パターンは断続的駆動によって形成された円形パ
ターンと実効的には区別できない。
ら取り去り光露光された像を固定して、そして決められ
た像を残すために現像されていない材料を落とす。その
後、デポジションあるいはエツチングを必要なレベルま
で行ない固定したレジスト層を全部落とし、その代わり
に、次のトラックグループのパターンを書き込むための
新しいレジスト層を置く。その後、このシーケンスを繰
り返す、すなわち、フォトレジストを露光固定されてい
ない材料を洗い落とし、次のプラトーまでデポジション
あるいはエツチングして、その後もし必要があればこの
サイクルを繰り返すため固定されたフォトレジストをも
う一度取り去る。
むこの方法によってデポジションあるいはエッチされる
プラトーのそれぞれのレベルに別々のマスクを作って、
そしてそれを配置するようなことがさけられる。このこ
とは超高解像システムに対し特に重要である。そのよう
なシステムでは完成したレンズ集合体の成分の実際の特
性に最良の補正を与えるため、計算によって位相プレー
トは個別化される。このためには、決められた理想特性
に一番近い範囲で、最初にレンズ・成分を設計し、研削
、研磨する。その後、これらの成分の理想から違いの程
度と内容を解析し、実際の特性に合わせて行なう補正が
計算される。計算した情報をトラック・データ収納部1
48(これはディスク・ファイルでもよい)、テープ駆
動機構あるいは他の記憶システムに入れる。補正した値
に基づいてトラック・データ収納部の内容を更に修正す
ることができる。このような個々に応じた調整は個々の
システムに最大の解像を与える。
個々のマスクを用いることを除外しない。その方法をそ
れぞれ第9図と第10図で示す。この二つの図は段階的
手順によって、決められた高さ(明確にするために第9
図と第10図で省略しているが、紫外波長に対して、一
般に427nmより大きくならない)の八つのプラトー
規則的配列をどう形成するかを示す。プラトーの位置は
一番低いプラトーから一番高いプラトーまで及んで零か
ら七まで設計される。簡単のため、いくつかの段階は組
み合わされる。
従来の形の密着転写フレームを用い、基板表面に塗布さ
れた第ルジスト層202の上に密着して置く、三つのデ
ポジション段階だけで八つの異なる層を得るためには、
デポジションを2値的′に、層の厚みが波長最小増分の
倍数で変わるよう行なう。用いるレジストはポジのもの
であってもあるいはネガのものであってもかまわない。
れた後、露光されたあるいは露光されなかった領域のど
ちらかが洗い落とされる。それと同じように、マスク上
での像がポジであっても、ネガであってもよい。この例
では、ポジのレジスト材料を用い、光を受けたフォトレ
ジストは固定されず、洗い落とされるが一応未露光部は
固定される。
図の第一マスク200で不透明とされた領域に対応する
。ベーバーデポジション工程を用いベーパー状シリカが
基板204に堆積する時監視することによって、第7B
図から分かるように、第一のプラトーが位置1,3.5
及び7に設けられるがレジスト層202は洗い流されて
いる。
をデポジションし、それを位置0,1,4゜5を被う第
二のマスク206でおおう。第9D図かられかるように
、マスク206を通じて露光し、マスク206を取り去
り、そして洗浄等のことが終わってから、第二のプラト
ーをデポジションし、すべての露光された領域に第一の
ものの二倍の厚みを加える。第9D図から分かるように
、この手順は基板を残す。二つの四段階手順があって、
位置1.4での零平面から始まるということは注意すべ
きである。第9E図が第三のマスク207の適用を示す
。すなわち、それが第三のレジスト層208の上にあっ
て露光されたフォトレジストを除去後の4つ分の高さの
層の付加がO−7から(第9F図)のプラトーの規則的
な継ながりを残すよう位置0−3をおおう。一連のマス
ク200,20J207を配置する時は、位置を正確に
決めるために、位相プレートの外周の基準リングを利用
する。マスクを用いる順番を逆にして同じ結果を得るこ
とも可能である。
手順を示す。マスクの透明な領域はレジスト層の上での
材料を基板から除去する領域を示す。層を形成する時と
同じ三段階手順を用いるが、プラトー製造の順番が逆に
なって、始めは一番深いエツチングが起こるようにする
。第一のマスク 21O(第10A図)は第一のレジス
ト層211上で位置4−7をおおい、四つ分の深さの層
のエツチングが位置0−3(第10B図)で低いプラト
ーを作るために用いられる。
ために、第二のレジスト層213上の第二のマスク21
2は位置2,3.6及び7をブロックする。その後、第
三のレジスト層上の第三のマスク214は位置1,3,
5.7をおおうため、第三の単層エツチングにより第1
0F図の規則的な一連のプラトーを残す。
々のフォトマスクを第8図で示す高精度なビーム書込み
システムで作ることもできる。感光材料をエアースピン
ドル上のフレーム内に保持し、基準パターンと個々のト
ラックを書き込む間、それをその位置で持てる基準リン
グ151,193を最初の書込みの間にクロムの下に置
いておくことができる。スピンドル110の位置は非常
に正確なので基準リングはほとんど環状であり、リング
パターンの中心を規定し、また中心軸と同心であるので
、偏心修正を必要としない。外側基準リングに使うマス
ク220の一つの断片を第11図で示す。個々のトラッ
クが非常に小さいので、これを大きく拡大している。基
準リング222を外部領域で提供し、アラインメントと
外部基準クロムリング151を位相プレート周辺に近く
置ぎ、それでおのおののマスク220の芯を保証する。
トラックを不透明領域224、透明領域225として示
す。
メントの精密な芯出しとアラインメントが長時間と大き
な努力を必要とする。この仕事を簡単化するため、位相
プレート60の外側に近いクロム基板の中に初めから何
組の芯出し及び位置決めグレーティング・リング228
(第2図と第5図)を設ける。こうすると、位相プレー
ト60がその位置にある時は、これらのリング228が
自動的に臨界開口に集中する。外側基準リング151と
赤色光波長透過グレーティング88の間に、グレーティ
ング・リング・バンドを多くおく。
アラインメントの手順にかなり有利に用いられる。これ
はこれらのバンドが角度とエレメント間隔の面で必要な
精度を維持するからである。
基準として、すべてのレンズ・エレメントの位置を決め
、集光する第12A図から分かるように、この目的を目
毒して、一つの光源(示していない)から来る平行光線
を開口230の中から通過させて、その形リングの形式
にする。そうすると、光線は位相プレート60の上での
芯出しと位置決めグレーティング(グレーティング・リ
ング228の細分組)の第一のバンドの上に照射する。
節し、光線を光軸上での正確な点235に集光するよう
にする。この点はその後軸方向での基準となる。小さな
あながある一つの隔膜をこの点に置く。芯出しと位置決
めグレーティング・リング228セツトのこのバンド2
32を第一レンズ素子234の実際の特性に関する情報
によって構成し、その特定の素子だけを芯出しするため
に用いる。
めリングの第二のバンド237を第三の開口板238に
よって平行光線で照射する。ここで第二のバンド237
を第一のレンズ素子234と第二の素子240との組み
合せた特性に従って光線を曲げるように設計する。光軸
上での選んだ点235で焦点を得る前にもう一回第二の
素子240は動かされる。
口位置の同じ側で全部の付加光学素子を組立て終わるま
で、このシーケンスを別々の光学素子とグレーティング
・リング・バンドで繰り返す。その後、隔膜236での
あなを後ろからレーザー250と縮小結像レンズセット
252で照明する。その次は、形成した開口板246経
出でレンズ素子234.240.242.244を通っ
て照明された位相プレートでの別のバンド・セット24
5を用い、軸方向に収光点249を作ることによって、
もう一つのレンズ・素子248を反対側で芯出しし、軸
方向で置くことができる。全部のレンズ組み立てが終了
するまで、その後も別のレンズ素子でこれらのステップ
を繰り返してもよい。
、しかし一番精密に作られたレンズでも製造許容誤差が
あり、レンズ素子のいろいろの累積的な組み合せに対し
てこれ、らが測定できるし、そして位相プレート60を
臨界開口に固定するため、位相プレートの利用はこの点
で特に有利である。
の主な素子は、顕微鏡260の臨界開口位置の位相プレ
ート262を含む。標本264を薄いカバー・ガラス2
68の下、透明基板266の上に置く。発明による照明
器270は多数光源を含む特別にランダム化された時間
的にコヒーレントな光ビームの向きを標本264経出で
顕微鏡260の対物レンズに行く方向へ向ける。位相プ
レート262の設計は光学システムの屈折素子での球面
収差を修正し、そして単色照明は後の色修正に対する必
要を除去する。カバー・ガラス268は当たる光線に特
別な球面収差を加えるが、それも補償できる。
なわち、特別に平たいフィールド対物鏡がいつもカメラ
作業に要求され、そして球面収差修正が非点収差と作る
予定のフィールド平らさに対してずっとよい修正を与え
る。
,McLeod、 ″ The Axicon、
八 Nzew Type ofoptica
l Element” 、Journal of th
e 0pticalSociety of Ameri
ca、 August 1954.pp、592−59
2)という論文では円すい形表面レンズシステムが描写
されている。このシステムは平面波光を光学軸と光線の
実際のあるいは仮想のライン映像に変換する。このタイ
プのシステムの長所はそれが非常に狭い円すい形光ニー
ドルを提供し、光学記憶再生装置のような多くの近代光
学システムが要る自動フォカス・システムに対する必要
を除去することである。アキシコン表面から屈折させら
れた平面波光の収束と補強によって効率を達する。光線
の軸方向位置が収束アキシコンエレメントのアパーチャ
で制御でき、光線の幅あるいは寸法が数値アパーチャあ
るいはビーム収束角度で制御できる。しかし、特別円す
い形のそして他の非球面表面が要るので、このタイプの
光学システムの十分な能力がまだ実現されていない。
を位相板272及び球面レンズ274(必要な場合−つ
より多い屈折エレメントを用いてもよい)と−緒に利用
することで達成できる。位相板272に多数のプラトー
を等しいに近い幅と厚み、かかわりない半径があるよう
に配列することによって、球面レンズ274とともに円
すい形レンズの効果が二倍に増加される。位相板で光線
ベンディングを約30に限定する。第14図から分かる
ように、収束平面波光が有用な大幅焦点深度を与える。
ことによって、同じ位相板272で、球面レンズ274
での球面収差が修正できるというのはとてもありがたい
ことである。
システムに対する応用を示す。このような応用では、照
明器270が規制された特性のある光線を位相プレート
282を通るように向ける。この位相プレート282は
スロープと幅が変わる平行光線の形での多重プラトー変
化284がある。プラトーの傾きと幅は同じ光学経路に
ある円柱レンズ・セット288.288の中心光軸に対
して非線形に変わる。円柱レンズ・セット286,28
8での収差に対する位相遅延によった補償を光学軸に対
する位置によって、全部の位相プレート282に取り入
れる。
られるということである。この組み合せでは、位相板が
浅いプリズムあるいはパイプリズムの動きを近似する。
ムから外へ伸び、円柱の軸を含む平面に横たわる光シー
トを引き起こす。それに加えて、これと以上描写した他
のシステムは結像システム及び再生システムとして、こ
のように引き起した映像フィールドの中で、同じように
役目をよく果たす。
いのは、この発明がここまでと限っているのではなくて
、添えた要求の範囲ですべての形式と変形を含む。
るシステムの主要な要素の簡略化した概略構成図である
。 第2図は第1図のシステムに用いることのできる位相プ
レートの一部分の正面図であり、少し理想化された形で
、−船釣なリング配列を示す。 第3図は位相プレートの部分側断面図であり、位相プレ
ート中でのプラトーの変化と波面の変動の補正を示す。 第4図は第3図と同様な別の部分側断面図であるが、た
だし、波面補正の異なる様相を示す。 第5図はプラトーに加えて内側と外側のグレーティング
リングを説明するフェーズプレートの拡大した断面の一
部の描写である。 第6図は位相プレートの他の部分側断面図であり、位相
反転を組み入れる方法を示す。 第7図は第1図のシステムで用いるウェーハ・アライメ
ント・システムのより細部を示す構成及びに概略図であ
る。 第8図はこの発明に従って、位相プレートを作るための
直描きシステムを示す断面の構成図である。 第9図は9Aから9Fまでの部分から成り、デポジショ
ンによって位相プレートを形成するのに用いられる各ス
テップの描写である。 第10図はIOAからIOFまでの部分から成り、エツ
チングによって位相プレートを形成するのに用いられる
各ステップの描写である。 第11図はこの発明により位相プレートを作るのに用い
ることのできるフォトマスクの一部分の平面図である。 第12図は図12Aから図12Cでシステム内のレンズ
素子のアライメントに用いることのできる個々のステッ
プを示す。 第13図はこの発明による高い解像の顕微鏡法に用いら
れるシステムの一例の側面概略図である。 第14図は本発明による、光軸に沿った針状の光の線を
与えるアキシコンタイプのシステムの側面概略図である
。 第15図は本発明による位相プレートを用いた円柱レン
ズ・システムの簡略な配置図である。 第16図は第15図のシステムの平面図である。 手続補正書(自発) 平成1年 1月13日 1、事件の表示 昭和63年特許願第257673号 2、発明の名称 高解像結像システム及び方法 3、補正をする者 事件との関係 特許 チオトール ロハート
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)実質的に単色の光源手段と、 臨界開口を有する光学系と、 該臨界開口に置かれた位相透過グレーティング手段とか
らなり、該グレーティング手段がプラトーの組を複数有
するとともに、光源手段は光を光学システムとグレーテ
ィング手段の全体に分布させて与えることができるよう
に配置されていることを特徴とする高度に補正された光
学像を形成するためのシステム。 (2)請求項1に記載のシステムにおいて、プラトーの
組は臨界開口で光エネルギーに、増加的位相遅れ量を与
え、光源手段はビーム領域全体に分布する複数の光源を
与えることを特徴とするシステム。 (3)請求項2に記載のシステムにおいて、プラトーの
組は非線形的に変わる半径方向の幅を持つ同心円状のパ
ターンを含むことを特徴とするシステム。 (4)請求項3に記載のシステムにおいて、光学システ
ムは球面収差があり、グレーティング手段の非線形パタ
ーンは半径の関数として変わる位相遅延を生じさせ、位
相遅延は一つの位相基準に関して光学システムの球面収
差を抑えかつ補償することを特徴とするシステム。 (5)請求項4に記載のシステムにおいて、光学システ
ムは既知の色分散があり、グレーティング手段での色分
散が、既光学システムでの色分散を抑えることを特徴と
するシステム。 (6)請求項4に記載のシステムにおいて、非線形のパ
ターンの組が臨界開口の一部で少なくとも一つの180
°の位相変化があるように構成されることを特徴とする
システム。 (7)請求項4に記載のシステムにおいて、パターンの
組はいろいろな増加的半径の変化に対し位相変化がある
ようにして構成され、一つより多い環状帯を含む一つの
瞳機能を与えることを特徴とするシステム。 (8)請求項4に記載のシステムにおいて、パターン中
の選ばれた一つは、選ばれた瞳機能に従って部分透過又
は不透明であることを特徴とするシステム。 (9)請求項1に記載のシステムにおいて、臨界開口を
通過する波面の曲がりは約5°より小さい角度に限定さ
れることを特徴とするシステム。 (10)請求項1に記載のシステムにおいて、照明領域
を全体に渡り、空間的に分散した点光源を提供するため
の光源を組み入れた手段を含むことを特徴とするシステ
ム。 (11)請求項1に記載のシステムにおいて、光学シス
テムと位相伝達グレーティング手段は、光軸に沿った細
く長く伸びた照明を生成する集束平面波に光を曲げるよ
う形成されることを特徴とするシステム。 (12)請求項11に記載のシステムにおいて、光学シ
ステムが少なくとも一つの球面屈折素子を含み、位相伝
達グレーティングは実質的に周期的な半径方向の幅と間
隔とを有する同心のプラトー・リングを複数有すること
を特徴とするシステム。 (13)請求項1に記載のシステムにおいて、光学シス
テムは一つの円柱レンズ手段を含み、位相伝達グレーテ
ィングは該円柱レンズ手段がそれに関して曲がっている
ところの軸に実質的に平行である、複数の実質的に平行
な多重プラトートラックを含むことを特徴とするシステ
ム。 (14)請求項12に記載のシステムにおいて、光学シ
ステムは標本を観察するための顕微鏡を含み、該顕微鏡
は許容される程度の球面型収差を持つ屈折素子と該球面
型収差を補償するグレーティング手段を含むことを特徴
とするシステム。 (15)請求項14に記載のシステムおよび方法におい
て、光学システムは更に透明なカバー手段を含み、グレ
ーティング手段はまた手段による球面収差を補償するシ
ステムおよび方法。 (16)ある特定の表面で所望の光分布を与える光学シ
ステムにおいて、該システムが 選んだ波の数まで時間的にコヒーレントであり、空間的
コヒーレンスは制限されている光を与える光源手段と、 光路中に配置され、概略所望の光分布を与える光学レン
ズ手段と、そして 光学レンズ手段と共に配置され、時間的コヒーレンスの
波の数より効果的に小さな波面の位相遅れを与える位相
プレート手段を含むシステムおよび方法。 (17)請求項16記載の光学システムおよび方法にお
いて、光源手段はコヒーレントな光源手段と、該コヒー
レントな光源手段からの光の空間的コヒーレンスを制御
可能な形で減少させるための手段を含むシステムおよび
方法。 (18)請求項16の光学システムおよび方法において
、光に応答し空間コヒーレンス度を検知するための手段
、その検知された空間コヒーレンス度に応答し該空間的
コヒーレンスを減少させる手段を制御するための手段を
含み、光源手段が連続的光パルスを与えるための手段を
含むシステムおよび方法。 (19)請求項18の光学システムおよび方法において
、制御可能な形で空間的コヒーレンスを減少させるため
の手段が、ランダム化された位相透過パターンを有する
光路中の一対の面と、一連のパルスの間、面の一方を他
方に対し動かす手段とを含むシステムおよび方法。 (20)請求項17の光学システムおよび方法において
、光波は約10,000の波を越える程度まで時間的に
コヒーレントであり、球面収差は最大約75の波の程度
あるいはそれ以下にまで制限され、光源手段は像面の各
点に10^2程度のオーダーの点光源を与えるシステム
および方法。 (21)光ネネルギーノ精密な結像のためのシステムで
あって、 ビーム領域の全体にわたり実質上同じ波長の互いに独立
な光源の複合となる形で照明を与える手段、 複数の、全体としてある決まつた球面型の収差を伴って
光結像を与える屈折光学素子、 屈折レンズ素子と組み合さり、局所的に位相遅れを変化
させることにより、補正された合成波面が与えられるよ
う該屈折光学素子の球面型収差を補償するため複合独立
光源からの光波に対し位相遅れ及び再配向を与える透過
グレーティング手段を含むシステム及び方法。 (22)請求項21に記載のシステム及び方法において
、該独立光源は実行的に空間的インコヒーレントであり
、約10,000の波のオーダーの程度まで時間的コヒ
ーレントであるシステム及び方法。 (23)請求項21に述べたものの中で、伝送グレーテ
ィング機関は一つの同心多重プラトー・リング・システ
ムを含み、リングのそれぞれはそれを通る照射で位相遅
延増分量を与え、合−波光のいたるところで約1/20
波程度の精度を提供する。 (24)請求項23に述べたものの中で、多重プラトー
・リングは変化するスロープと幅があり、増分で一つの
整数最大値まで連続に変わる位相遅延を与える。 (25)光エネルギー・ビームの波光形式を精密に調節
するための一つのシステムは次のものを含む:一つのビ
ーム領域の全体に渡り波長が略々同じ多数の光源の形で
照明を提供する手段と、 ビーム照明経路に配設された多数の屈折レンズ素子であ
って、開口での光線高さの所定の関数として対称に変わ
る所定の収差特性を有する光結像を提供するとともに、
臨界開口での像の高さとしてあるいは光線子午線の角オ
リエンテーションとして変わる収差コンポーネントに対
して高度な修正力を有する屈折レンズ素子と、 ビーム照明経路における臨界開口に配設され、屈折レン
ズ素子と協働して臨界開口における光線高さの所定の第
二関数に従って位相遅れを生ぜしめるとともに照明の方
向を変え、また屈折レンズ素子の所定のレンズ特性に補
償を与える伝達グレーティング手段とからなることを特
徴とする光エネルギービームの波光形状を精密に調節す
るシステム。 (26)請求項25に記載のシステムにおいて、位相プ
レートによって修正される臨界開口での対称変動は球面
型収差であることを特徴とするシステム。 (27)半導体ウェーハの上で精密に補償された単色像
を提供するための一つのシステムは次のものを含む: 一つの光学軸に沿って配置され、臨界開口を有し、累積
球面型収差が約75波以下で、また累積単色収差が正で
ある一連の屈折レンズ素子と、臨界開口に配置され、複
数のリングを有し各リングは多重プラトーを有する伝達
グレーティングであって、該プラトーは球面型収差に局
部波光補償を与えるとともに、所定の波長を持つ光に対
し負のクロマティズムを補償する伝達グレーティングと
、 略々単色の光線を光学軸に沿った方向へ向ける照明手段
であって、該略々単色の光は所定の波長を有し、10,
000波のオーダーの時間的コヒーレンスを有するとと
もに実質的に空間的インコヒーレントである照明手段と
からなることを特徴とする半導体ウェーハ上に精度よく
補償された単色の像を提供するシステム。 (28)請求項27に記載のシステムにおいて、各プラ
トーは光が局部的に入射する領域で光波の増加的遅れ量
を変化せしめ、照明手段はスペクトルの紫外領域で0.
03nmのオーダーのバンド幅を有する複数の空間的イ
ンコヒーレントで、位相不均一な光源を提供することを
特徴とするシステム。 (29)請求項28に記載のシステムにおいて、複数の
リングはそれぞれが少しずつ異なるプラトーを有すると
ともに選ばれた部分集合内に配設され、この部分集合の
中ではプラトーの位相関係が変化して少なくとも二つの
域を持つ瞳機能を定め、また照明手段がパルス・レーザ
ー源で構成されることを特徴とするシステム。 (30)請求項28に記載のシステムにおいて、リング
の幅と傾きが変化して合成波光の波光変化を局部的に補
償する光学遅れの波長を提供し、波の位相関係がπ位相
形式で変化し、かつグレーティングによって生じる最大
の曲げは約5°であることを特徴とするシステム。 (31)請求項29に記載のシステムにおいて、照明手
段はエキシマレーザーと、エタロン同調キャビティと、
位相ランダマイザ手段とを含み、位相ランダマイザ手段
は照明経路に配設された一対の準ランダム位相プレート
と、該プレートに対する光源の空間的関係を変化させる
手段とからなることを特徴とするシステム。 (32)請求項31に記載のシステムにおいて、位相ラ
ンダマイザ手段は光源での空間的コヒーレンスの程度を
検知する手段と、検知したコヒーレンスの程度に応じて
、準ランダム位相プレート間で光源の様々な相対移動を
生ぜしめる手段とを含み、該システムはまた照明手段の
光エネルギーに応じて、露光時間を制御する手段を含む
ことを特徴とするシステム。 (33)増加的に変わる狭いトラックのマイクロ石版パ
ターンを持つ透過性フレーズ・グレーティング・プレー
トであって、該プレートでのトラックの微分高さは最大
値を持ち、この最大値は選ばれた波長での入射単色光の
一つの波長をプレートの屈折率で割ったレートに比例し
、トラックの幅が調和させられて、所定の関数によって
開口の上での単色光の約1/20波長の間で波光の局部
的位相遅れを与えて波光マイクロ構造の再分布を生じさ
せる透過性フレーズ・グレーティング・プレートと、 選ばれた波長を持つ単色光でプレートの上にパターンを
照明するための手段であって、該単色光は所定の周期性
があり、複合位相ランダム光源を構成する手段とからな
ることを特徴とする理想化された規格と異なる収差を持
つ合成波光に正確な非球面修正を与えるための光学シス
テム。 (34)請求項33に記載の光学システムにおいて、単
色光が紫外領域にあり、トラックは同心で、高さが徐々
に変わるような周期的なシーケンスで配列されており、
最小値でのトラック幅は1ミクロンのオーダーであり、
かつプレートによって生じる光の最大ペンディングは約
30であることを特徴とする光学システム。 (35)請求項34に記載の光学システムにおいて、該
システムは更にグレーティング・プレートがある光学径
路で複数の球面光学素子を含み、その光学素子は累積収
差を提供し、プレートはそんな収差に補償を与えること
を特徴とする光学システム。 (36)請求項35に記載された光学システムにおいて
、該システムはプレートが配置された臨界開口を有し、
連続パターンは異なる位相の部分集合で配列され、少な
くとも二つの環状ゾーンを含む瞳機能を提供し、 球面レンズでの補償される累積収差は主に球面型収差と
クロマティズムであることを特徴とする光学システム。 (37)請求項36に記載された光学システムにおいて
、焦点深度増加のための6つの環状ゾーンを含む瞳機能
があり、単色光の周期性は波が最大位相遅れの少なくと
も50倍ぐらいの大きさでの時間的コヒーレンスを持つ
ような周期性であり、複合の位相ランダム光源は照明が
あてられる各点に約10^2個のソースを提供すること
を特徴とする光学システム。 (38)請求項37に記載の光学システムにおいて、単
色光の波長は約248nmで、プラトーの最大高度微分
は約0.144ミクロンであることを特徴とする光学シ
ステム。 (39)請求項38に記載の光学システムにおいて、ト
ラックがリングの中に配列され、該リングは各基準リン
グ毎に8つのトラックを有し、1/8波長光学遅れ段階
において0から7/8波高さまで増加的に変わることを
特徴とする光学システム。 (40)一つの平面透明基板経由で伝達した一つの波光
の間での変わる波遅延を提供するために用いる一つの伝
送グレーティングを作る方法は次のステップを含む; 基板上での感光層を照射して第一基準パターンを与える
、幅が2ミクロン程度のトラックを提供し、 第一基準パターンに従って基板上で前もって選ばれた第
一高度でのトラック層を形成する、そんな層は均一な高
度と均一な伝達特性を持つ;このように用意された基板
の上で感光材料の上部層を提供する; 基準パターンを従い、感光材料の照射によって、幅が約
2ミクロン程度の第二セット・トラックを形成する; 基準パターンに従って基板の上で選ばれた第二高度を持
つトラック層を形成し、一番目に累積である二番目の一
様微分高度、透明の層を構成する;そして 感光材料で基板を連続におおい、照射によってトラック
パターンを形成し、そして基板の上で多くの高さがちが
う層を持つトラックが仕上がるまで高さが異なる透明材
料の累積層を形成する。 (41)請求項40で述べたものの中で、トラック層が
二進変化数列で与えられ、累積層の作りかたは増加的に
変わる連続のトラックを形成する。 (42)請求項40で述べた方法の中で、少なくとも大
多数のトラックが増加的に変わる連続の同心プラトーの
形で配列され、波遅延多重プラトー・リングを形成する
。これらのリングは前もって決めた級数により、半径の
関数として変わる半径方向の幅とスロープを持つ。 (43)請求項42で述べた方法の中で、同心トラック
は伝送グレーティングに入射する単色光に対して波長で
光学遅延が起こるプラトーを形成する。プラトーは基板
のベース表面に対して最大の光学遅延を持つ。 (44)請求項43で述べた方法の中で、層の光学遅延
は入射単色光の波長に対して二分の1、四分の1、及び
八分の1の波長であり、レベルが0から7/8波長まで
の八つの増分を累積的に形成する。 (45)請求項44で述べた方法の中で、基板と層表面
の基本的なレベルの間で光学遅延での最大変化は大体S
iO_2の厚みより大きくならない、それは248nm
波長での光に対して光学遅延が八分の7の波長を要求さ
れる。 (46)請求項40で述べた方法の中で、トラックは前
もって決めた最大高度を持つプラトーの級数を規定する
。プラトーの一つの級数は一つのリングを規定し、リン
グの幅は前もって決めた関に従って変わり、プラトーは
変わるスロープを形成する。 (47)請求項40で述べた方法の中で、層パターンは
基板での照射されたパターンの上に前もって決めた一様
高度での光透明材料を蒸着することによって形成される
。 (48)請求項47で述べた方法の中で、蒸着された材
料は純度の高いシリカである。 (49)請求項48で述べた方法の中で、トラックは基
板構造上に深度が1ミクロンより小さいフォトレジスト
材料で層を作り、同心トラック・パターンでフォトレジ
スト層を照射し、照射されたパターンから材料を洗い出
して露光されていない領域を残し、露光されていない領
域に材料を蒸着し、露光されていない材料で取ってしま
う;その後このシーケンスを繰り返して新しい感光材料
の蒸着を始めるようなステップによって提供される。 (50)請求項40で述べた方法の中で、層は基板材料
の移動によって形成される。 (51)請求項50で述べた方法の中で、連続層は次の
シーケンスで移動される:感光材料の蒸着;感光材料上
でのトラック・パターンの照射;照射後の感光材料の露
光されていない部分の移動;与えられた増分深度までの
基材エッチング;露光された材料の基板からの移動、も
う一つの層の感光材料で層を作つてから、照射、エッチ
ング及び移動等のステップを繰り返す。 (52)請求項40で述べた方法はまた次のステップを
含む:始めに透明材料のオーバーコートで基板を用意す
る;基板で基準トラックを提供するために透明材料の選
ばれた部分を取り除く、そしてその後、基準トラックを
基準として層状トラックを提供する。 (53)請求項52で述べた方法の中で、基準トラック
は入射リングの環状パターンで中心領域の外に配列され
る、その中心領域には多重プラトー・リングは基準リン
グと同心の円の形で配列される。 (54)請求項53で述べた方法は更に次のステップを
含む:センターリング・バンドを形成し、基準リングと
多重プラトー・リングの間にグレーティング・リングを
配置する。 (55)請求項54で述べた方法の中で、基準リング及
びセンターリング、位置決めリングはクロム材料で構成
される;そして更に次のステップを含む:半径が多重プ
ラトー・リングのそれより小さい領域でもう一つのセッ
トのクロム材料基準リングを提供する。 (56)一つのフレーズ・グレーティング位相レンズを
作る方法は次のステップを含む: 一つの光透明平面エレメントの上に一つのフォトレジス
ト材料の層を作る; フォトレジスト材料の上に多くの第一トラックの映像を
形成する平面エレメントの上に与えられた微分高度を持
つ第一トラックを形成する;フォトレジスト材料の第一
層を取り除く;そして同じシーケンスで微分高度を持つ
平面エレメントの上に連続トラックを形成する、そのト
ラックは二進式で与えられた微分高度まで変わり、そし
て累積式に及び選択的にオーバーレーして、増分的に変
わる級数を形成する。 (57)請求項56で述べた方法の中で、映像は個々の
フォトマスクを通って照射することによって形成される
。 (58)請求項57で述べた方法の中で、トラックは同
心円であり、映像は平面エレメントを回転しながらフォ
トレジスト材料の上にトラックを動的に書き込むことに
よって形成される。 (59)請求項56で述べた方法は更に次のステップを
含む:ーつの選ばれた領域でも平面エレメントの上に始
めに基準パターンを書き込み、基準パターンを基準とし
て連続トラックの映像を形成する。 (60)請求項59で述べた方法の中で、基準パターン
はトラック位置の向こう側での任意限界の間で選ばれた
位置に書き込まれる;トラックは同心リングの形で作ら
れる;更に次のステップを含む:基準パターンからトラ
ック中心と中心に対する半径方向のトラック位置を決め
ることによってシステムを校正する。 (61)高い分解力結像のための一つのシステムは次の
ものを含む: 臨界開口を持つ一つの光学システム; 光学システムを通って伝送する与えられた波長を持つ単
色に近い第一光ソース機関; 臨界開口に配置された第一伝送グレーティング構造を含
む光ベンディング機関、それは光で面積的に分布した変
わる波遅延を提供するためのものである、ここで言って
いる光は光学システムを通って伝送し、調節された合−
波長を提供する波の第一波長を持つものである、光ベン
ディング機関は第一伝送グレーティング構造から除去さ
れた第二伝送グレーティング構造をも含む;そして第二
波長を持つ第二単色光ソース機関、それは照射される対
物のアラインメントのために第二伝送グレーティング構
造を照射する。 (62)請求項61で述べたシステムの中で、第一伝送
グレーティングパターンは光ベンディング機関内部領域
で多くの同心トラックによって形成される;第二伝送グ
レーティング構造は内部領域のまわりに配置された一つ
の環状パターンである。 (63)請求項62で述べたシステムの中で、第一及び
第二伝送グレーティング構造のそれぞれは多くの同心リ
ングを含み、そのリングのそれぞれは高度が変わるプラ
トーの級数によって一つの透明基板の上で形成される。 (64)請求項63で述べたシステムの中で、第一単色
光ソース機関は紫外線領域で作用する;第二単色光ソー
ス機関と第二伝送グレーティング構造はそれら自身が形
成した映像に対して一つの対物平面でよく集中した基準
ビームを提供する。 (65)請求項64で述べたシステムの中で、光学シス
テムは更に光学径路に沿って配置された非球面機関を含
み、第二光ソースから来た光の形を直径が第二伝送グレ
ーティング構造のそれに対応する環状ひとみに変える。 (66)光学システムで、一つの断面領域のいたるとこ
ろでの単色に近い照射ビームの選択的に位相を遅延する
別々の面積コンポーネントに用いるプレートは次のもの
を含む: 上に多くの光ベンディング・リングがあるほとんど平ら
な光透明基板、それはベース球面ペンディング特性を規
定する、それぞれのリングは基板の基準表面に対し連続
のプラトーよって形成される。プラトーの高度はプラト
ーそのものの上に入射した単色光の光学遅延波長と結び
つけられた増分によって変わる。最大高度は一つの波長
あるいはそれの整数倍数より小さい値に限定される。 リングの幅はリングの中心軸に対して非線形に変わる。 そして、リングは10ミクロン程度での最小半径方向幅
を持つ。 (67)請求項63で述べたシステムの中で、リングは
基板に蒸着された光透明シリカ層によって形成される。 (68)請求項63で述べたシステムの中で、プラトー
は基板の基準表から除去された深度の変わる層によって
形成される。 (69)請求項66で述べたシステムの中で、プレート
のベース球面特性は単色に近い照射ビームの周波数で関
連した屈折光学システムの色分散に補償を与えるように
選ばれる。 (70)請求項63で述べたシステムの中で、リングは
セットで配置され、一つより多いゾーンを持つひとみ関
数を規定し、その組み合せは有効にシステムの焦点深度
を増加する。 (71)請求項70で述べたシステムの中で、プラトー
の連続リング・セット間でのプログレッションは隣接し
たリング・セットを通過する波光位相の間で前もって決
めた関係を設立するために変えられ、それでひとみ機能
が与えられる。 (72)請求項71で述べたシステムの中で、プログレ
ッションはπ位相形式でインタラプトされる。 (73)請求項66で述べたシステムの中で、リング・
パターンは少なくても局部的に透明である選択的に置か
れたリング領域に隔てられる。 (74)請求項73で述べたシステムの中で、プラトー
は透明パターンがあり、少なくても二つのπ位相関係さ
せれられたひとみ機能を規定する;ひとみを規定するリ
ングの少なくとも一つは少なくても局部的に透明である
。 (75)請求項66で述べたシステムの中で、基板は透
明リング・パターンの外で第一環状基準パターンそして
透明リング・パターンの中では第二環状基準パターンを
含む。 (76)請求項75で述べたシステムの中で、環状アラ
インメント・パターンは基板の上で多くのクロム・リン
グを持つ。 (77)一つの光学システムで、分布した単色ビーム・
マイク構造の位相補償のための光透明メンバーは次のも
のを含む: 幅の変わる多くの多重プラトー・リングを持つ光透明材
料の一つのベース、プラトーは前進的シーケンスでリン
グの間で変わり、単色ビーム波長での微少な波遅延を提
供する。 (78)請求項77で述べたシステムの中で、リングは
一つの中心軸に対して同心であり、異なるゾーンを持つ
ひとみ機能を規定するために、位相関係の変わるセット
で配置される。 (79)請求項78で述べたシステムの中で、リングは
5°より小さい突き当たるビームの最大ペンディングを
提供する;リングに引き起こされた全部の局部領域波遅
延は波長に比例した整数倍数範囲である;直径が5”の
一つのひとみに対して約800より多いリングがある。 (80)請求項79で述べたシステムの中で、局部領域
波遅延の最大値は約一つの波長である;リング幅の最小
値は約1ミクロンである。 (81)光透明システムは次のものを含む:内部セクタ
を持つ光透明基板、その基板は多くの第一リングを含み
、リングのそれぞれは連続プラトーによって規定される
。プラトーの高さはプラトーを通過する単色波エネルギ
ー第一波長の局部波光位相を選択的に遅延するために増
分的に変わる。; 多くの第二リングを含む一つの中間セクタ、リングのそ
れぞれは連続プラトーによって規定される。プラトーの
高さはプラトーを通過する単色波エネルギー第一波長の
局部波光位相を選択的に遅延するために増分的に変わる
;そしてグレーティングを規定する交代透明式及び交代
透明式でない材料の多くのリングを持つ基準セクタが少
なくても一つ; その中で、すべてのリングは一つの光学軸と同心である
。 (82)請求項81で述べたシステムの中で、第一多数
リングの厚みと幅は紫外線領域での光の局部波光の選択
的な位相遅延を考慮した上で決められる:個々のプラト
ーは紫外線光波長の規測分数によって変わる。 (83)請求項82で述べたシステムの中で、透明領域
での第二多数リングの厚みと幅は高い領域での光の局部
波光を変調するために選ばれる:少なくても一つの基準
セクタは選ばれた光ベンディング・パワーを持ち、半径
方向に分離されたアラインメント・グレーティング・リ
ングのバンド、基準リングの一つの最も外のセット及び
基準リングの一つの最も奥深い部分セットを含む。 (84)請求項83で述べたシステムの中で、基板は一
つのベース高さレベルがあり、リング間でのトラックは
個々のプラトーを規定する、プラトーは八分の1の増分
で変わり、一つの最大高さを持つ、その最大高さは近似
的に単色光波長の八分の1を基板屈折率で割ったものに
等しい、一つの基準リングに八つのプラトーがある、そ
して紫外線光透明領域で少なくても二つのゾーンを持つ
ひとみ機能を与えるために、プラトー・シーケンスはπ
位相形式でインタラプトされる。 (85)請求項84で述べたシステムの中で、紫外線透
明領域はひとみ機能があり、少なくても三つのゾーンを
用いる、そして少なくても多少のトラックは局部的に透
明であり、局部波光の光閉そくを提供する。 (88)高い分解力レンズ・システムでの個々のレンズ
・素子のセンターリングと位置決めを行ない、臨界開口
で伝送グレーティング・プレートを用い、伝送グレーテ
ィング・プレートに単色光に対して選択的に変わる光ベ
ンディング・パワーを持つ連続グレーティング・パター
ンを与える方法は次のステップを含む: 伝送グレーティング・プレートをシステムの臨界開口位
置に置く: 平行光線をグレーティング・プレートの第一領域を通過
する方向へ向ける、グレーティング・プレートは第一光
学素子にマッチされた光ベンディング特性を持つ; グレーティング・プレートと第一光学素子の選ばれた領
域を通過する光の第一焦点ポイントを基準として第一光
学素子の位置を決める; 第二光学素子をそれのレンズ装置での大体基準位置に置
く; 第二領域でのグレーティング・プレートを通過するよう
に平行光線を向ける、このグレーティング・プレートは
第一レンズと第二レンズの累積特性にマッチするように
選ばれたベンディング・パワーがあり、第二光学素子が
集中されて、そして軸方向に置かれた時は光学軸上での
第一焦点ポイントで光の集中を与える;そして 連続レンズ素子が加えられた時、グレーティングの異な
る領域を照射するシーケンスを繰り返す。 (87)請求項86で述べたシステムの中で、伝送素子
は多くの同心リング・セットを規定する。それぞれのリ
ング・セットは一つあるいはそれより多いレンズ素子の
前もって決めた組み合せにマッチする特性を与える。 (88)請求項87で述べたシステムは更に次のような
ステップを含む:光学軸上での第一焦点ポイントに小さ
な隔膜を置く;隔膜と以前置かれた光学素子を逆に通過
するように伝送グレーティング・プレートの別の選択さ
れた領域を照射する、別の選択された領域はグレーティ
ング・プレートの下流にある第一光学素子の光学特性に
マッチするように選ばれたベンディング・パワーを持ち
、光を光学軸での第二焦点スポット上に集中する、更に
グレーティング・プレートの別の選択された領域の下流
にある異なる光学素子に対してシーケンスを繰り返す。 (89)光学径路で補償平面位相レンズと屈折レンズを
持つ一つの組み立てられ、一体にされた光学システムの
作り方は次のステップを含む: 一つの最も外の基準パターンと平面位相レンズ上での中
心軸と同心の一つの隣接されたグレーティング・パター
ンを形成する、グレーティング・パターンはいくつかの
異なる光ベンディング領域がある; 基準パターンを基準として、平面位相レンズの上で少な
くても一つのセットの同心位相補償リングを形成する; 平面位相レンズ上での与えられた光ベンディング領域と
第一屈折レンズを照射することによって光学軸と沿った
ところで第一屈折レンズの位置決めとセンターリングを
行なう;そして 平面位相レンズ上での異なる光ベンディング領域を用い
て、連続屈折レンズの位置決めとセンターリングを行な
う (90)請求項89で述べたシステムの中で、異なる光
ベンディング領域は異なる個々のレンズ組み合せの累積
屈折を補償する光ベンディング角で配列される。 (91)請求項90で述べたシステムの中で、平面位相
レンズの第一側にある屈折レンズの照射は平行光線で実
行され、第一焦点ポイントを与える。そして、第二側で
の屈折レンズの照射は一つのポイント・ソースで実行さ
れる。このポイント・ソースは第一焦点ポイントにあり
、第二側で第二焦点ポイントを規定するために、第一側
でのレンズと平面位相レンズを通るように照射する。 (92)高さが増分的に変わる微小プラトー・グループ
によって規定された多くのリングを持つ基板を用意する
方法は次のステップを含む: 基板を基準中心軸に垂直の平面で回転しながら基準リン
グの外部シーケンスを提供する。基準リング規定の間で
の回転軸はシステムによって規定されるプラトー・トラ
ックに対して基準軸を構成する: 上でトラックが与えられる基板の表面をフォトレジスト
材料でおおう; 基板を集中されていないようにほとんど垂直の位置に載
せる: 基板が載せられた位置の平面で回転された時、基準リン
グの一つの固定されたポイントに対する偏心を監視する
; 狭いビームの向きを分離された領域でのフォトレジスト
でおおわれた基板へ向ける; 基準リングで検出された偏心によって側面にビームを偏
向し、基準リングが規定した中心からの偏向が0,5ミ
クロンより小さくなるような精度を提供する; 露光されたパターンに従って第一プラトー・レベルを与
えるために、基板の取り除きと処理を行なう; 第二フォトレジスト層で基板を再びおおい、その後の側
面再調節によってそれを垂直位置に再び載せて、偏心変
化を修正する。その後、このように露光されたフォト・
パターンに従って第二プラトー・レベルを用意する;そ
して 必要な数のプラトー・レベルが規定されるまでシーケン
スを繰り返す。 (93)請求項92で述べたシステムの中で、プラトー
・レベルの増分は累積的に一、二、四と言うようなシー
ケンスで変わり、累積ステップの2進合計によって異な
るプラトー・レベルが提供される。 (94)平面メンバー上での基準位置と同心の高い精密
パターンを書き込むための一つのシステムは次のものを
含む: 基準位置と同心の表面基準パターンを持つ一の平面メン
バー; 平面メンバーを一つのほとんど集中された位置に入れる
ためのトップ表面機関を含む回転できるスピンドル機関
; 一つの堅固なベース; 可動的にベースの上に載せられたキャリジ機関、それは
制御信号に応じて、位置を平面メンバーの平面に沿った
基準方向に移動する機関を含む; 平面メンバーの平面に隣接した一つの選ばれた書き込む
領域に置かれたパターン書き込み機関;平面メンバー上
での表面基準パターンに隣接して置かれた監視機関、そ
れはスピンドルが回転中の時、平面メンバーの同心性か
らの偏差を示す制御信号を生じさせる:そして キャリジ機関とベースを別々に監視機関の一つと結合す
る機械的な機関、そして制御信号に応じて監視機関に対
する基準方向に沿った平面メンバー上での書き込み位置
を変える書き込み機関、それによってパターンスピンド
ル上での平面メンバーのcentrationより正確
に書き込まれる。 (95)請求項94で述べたシステムの中で、回転でき
るスピンドル機関はキャリジ機関で回転するように連結
される、そして、機械的な機関はパターン書き込み機関
とベース及び監視機関とキャリジ機関を連結する。 (96)請求項94で述べたシステムの中で、回転でき
るスピンドル機関はベースで回転するように連合され、
機械的な機関は一緒に動かすためにパターン書き込み機
関とキャリジ機関を連結し、また監視機関とベースを連
結する。 (97)請求項96で述べたシステムの中で、スピンド
ル機関のトップ表面機関は水平である、その中で、ベー
スはスピンドル機関を回転できるようにささえるための
空気軸受機関を含む、その中で第二空気軸受機関はキャ
リジ機関とベースの間に配置される。 (98)請求項98で述べたシステムの中で、平面メン
バーはフォトに応する表面を持つ、その中で、パターン
書き込み機関は平面メンバーの表面に突き当たる狭い光
ビームを規定する機関を含む、その中で、書き込み位置
を変えるための機関はビーム偏向板を含む、そしてその
中で、表面基準パターンは少なくても一つの基準リング
を含む。 (99)請求項98で述べたシステムの中で、表面基準
パターンは多くの同心基準リングを含み、監視機関は周
期的に変わる透明度基準パターンを持つ感光機関を含む
。 (100)高い精度で基板の上で同心円を提供するため
の一つのシステムは次のものを含む。 堅固なベース機関、それは回転できるメンバーを受ける
ためのリセスを持ち、また第一水平基準表面と第二垂直
基準表面を含む; 空気ソリ機関、それはベース・メンバー第一基準表面で
の支持のための第一空気軸受機関と第二基準表面に対し
て空気ソリ機関を基準にするための第二空気軸受機関を
含む、第二基準表面は回転できるメンバー位置に対して
半径方向にある:空気スピンドル・ドライバー機関を含
む空気スピンドル機関、それはベース機関のリセスに置
かれる、そしてベースに対して支持するための空気軸受
機関を含む、空気スピンドル機関は基板を受けとめるた
めの上部水平表面と水平平面で基板とほとんど隣接した
二つの軸を生じさせるための周辺機関を持つ: 空気ソリ機関の第二基準表面方向に沿った位置を監視す
るための干渉計機関と干渉計機関が検出した位置に応じ
て第二基準表面方向での空気ソリの位置を制御するため
のサーボに制御されるアクチュエータ機関を含む機関; 空気ソリ機関上に載せられた書き込み機関、それは空気
ソリ機関の位置に応じて変調された光ビームをトラック
位置での基板の表面に向ける;空気スピンドル機関上で
の基板位置に応する機関、それは空気スピンドルの回転
の間に任意に置かれ、そまつに調節された基板での偏心
変化を検出する; そして 検出された偏心変化に応する機関、それは基板に書き込
む前に、第二基準表面方向に平行である方向で書き込み
光ビームを偏向し、偏心変化を補償する。 (101)必要なトラック位置と対物素子上での偏心の
約0.1ミクロン範囲の中に精密な同心トラックを書き
込むシステムは次のものを含む: 水平基準表面と垂直基準表面を持つ堅固な基準メンバー
を提供する機関; 堅固な基準メンバーの上で空気軸受によつてキャリジ機
関をささえる機関を含むキャリジ機関、それは水平平面
での第一軸に沿って可動である; 空気スピンドル機関、それは空気スピンドル機関を一つ
の垂直軸のまわりで回軸する機関と空気スピンドル機関
を回転しながら、それを基準メンバーに対してほとんど
固定された垂直中心軸位置でつり下げる機関を含む、第
一軸は水平平面で空気スピンドル機関の半径とほとんど
平行である;平面表面を持つ一つの対物素子、その平面
表面は前もって決めた中心軸と同心の基準パターンを持
つ; 水平のプレート表面を維持しながら上述の対物素子を始
めに空気スピンドルの上に置く機関、それは周辺位置決
め機関を含む: 堅固な基準メンバー上に載せられる機関、それは回転の
間で上述の対物素子上での基準リング・パターン位置を
検出する; キャリジ機関と連結された機関、それはキャリジ機関を
側面から与えられた方向に移動して、上述の素子上でト
ラックの位置を決める; ビームを素子表面に向けるキャリジ機関と連結されたビ
ーム書き込み機関、この機関はビーム偏向板機関を含む
;そして 対物素子の回転の間で基準リング第二位置での変化に応
する機関、それは偏向板機関を制御し、回転の間で上述
素子偏心での変化をほんとうの回転軸に対して補償する
。 (102)請求項101で述べたシステムの中で言われ
た基準リング・パターンの位置を検出する機関は選ばれ
た対物平面で基準リングの映像を形成する機関、対物平
面で周期パターンを持つ焦点板機関、そして基準リング
と焦点板の合一映像を検出する光検出機構機関を含む。 その中で、偏向板機関は書き込むビームをキャリジ機関
の移動方向と平行の方向に沿つて偏向する。 (103)精密な映像がある基準証印を持つ対物の位置
を決め、それを照射する一つのシステムは次のものを含
む: いくつかの屈折光学素子と光エネルギー伝送素子、後者
は光径路での選ばれた第一波長に応する第一領域を持ち
、光学径路に沿って通過する第一波長光の波光を補償す
る。補償素子は選ばれた第二波長に応する第二領域を含
み、ビームを対物上に集中する; 第一波長光ソース機関、それは波長が補償されたビーム
で光学径路を経て対物を照射する;第二波長光ソース機
関、それは集中されたビームで伝送素子の第二領域を経
て対物を照射する:対物上での基準証印に対して、集中
されたビームの位置を検出する機関;そして 対物と連結され、対物位置の制御を検出する機関に応す
る機関。 (104)請求項103で述べたシステムの中で、伝送
素子の第一領域は中心軸に対して同心の多重プラトー・
リングの中心領域を含み、第二領域は多重プラトー・リ
ングの中心領域に対する環状領域(それも中心軸と同心
である)を含む。 (105)請求項104で述べたシステムの中で、第一
波長光ソースは紫外線領域で作用し、第二光ソースは赤
い領域で作用する、その中で、対物は感光表面で基準マ
ークがある半導体ウェーハであり、いくつかの映像パタ
ーンを受ける。 (106)第一波長光エネルギーに応する感光表面と軸
受位置基準証印を持つ対物の位置を決める一つのシステ
ムは次のものを含む: 制御信号に応する位置決め機関、それは対物の二つの直
交軸での位置を調節する; 第一と異なる第二波長光エネルギーを提供し、対物を照
射する機関; 第二波長光エネルギーの径路に配置された光ペンディン
グ機関、それは光エネルギーを対物上に集中する。光ペ
ンディング機関は多くの多重プラトー・リングを持つ透
明プレートを含む; 集中されたビームの対物上での基準証印に対する位置を
検出し、位置決め機関のために制御信号を生じさせるセ
ンサー機関。 (107)請求項106で述べたシステムの中で、対物
は表面でフォトレジスト材料がある半導体ウェーハを含
む。その中で、光ペンディング機関は位相補償領域を含
む。そしてその中で、システムは更に第一波長光エネル
ギーの向きを位相補償領域を通つてフォトレジスト材料
に突き当たるように向ける機関を含む。 (108)請求項107で述べたシステムは第一波長光
エネルギーのための光学径路を含む。この光学径路は与
えられた断面領域に配置され、光ペンディング機関は上
述の与えられた領域のまわりに配置される。その中で、
システムは更に第二波長光の環状ビームの向きを光ペン
ディング機関を通るように向ける機関を含む。 (109)第一波長光エネルギーに応するフォトレジス
ト・コーティングを持ち、第一波長の映像で照射されて
、そして基準証印を含む半導体ウェーハの位置を決め、
それを照射する方法は次のステップを含む: 第一と違う第二波長集中されたビームでウェーハを照射
する; 集中されたビームの基準証印に対する位置を検出する; 検出された位置に応じてウェーハの位置を決める; 第一波長光エネルギーでウェーハを照射し、映像を形成
する。 (110)請求項109で述べたシステムの集中された
ビームで照射するステップは一つの環状ビームを形成す
るのを含む。その中で、環状ビームは前もって決めた角
度でのペンディングによって集中される、そしてその中
で、ウェーハは環状ビーム間での領域を通るように向け
られた第一波長光エネルギーで照射される。
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