JP2001500628A

JP2001500628A - マイクロリトグラフィ用マイクロレンズスキャナ及び広フィールド共焦顕微鏡

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Publication number: JP2001500628A
Application number: JP09532621A
Authority: JP
Inventors: ケニスシージョンソン
Original assignee: ケニスシージョンソン
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 2001-01-16
Also published as: DE69729659D1; AU1975197A; WO1997034171A3; EP0991959A2; DE69729659T2; EP0991959A4; EP0991959B1; US6133986A; WO1997034171A2

Abstract

(57)【要約】極めて小さい開口数及び大きいイメージフィールドを有する低分解能イメージ投影システムを、各々が大きい開口数を有するが極めて小さいフィールドを有するマイクロレンズアレイ（２）と共に使用する顕微鏡またはリトグラフィシステム。投影システムは小さい開ロストップ（７）を含み、この開ロストップはマイクロレンズ（２）によって、顕微鏡サンプル（６）または印刷表面（１２）上のマイクロレンズ焦点位置にある回折制限されたマイクロスポットのアレイ上にイメージされ、表面は焦点アレイから完全ラスタイメージを構築するために走査される。システム設計は、伝統的な広フィールド、高ＮＡ顕微鏡及びマイクロリトグラフィシステムの複雑さ及び費用の主因であるイメージ分解能とフィールドサイズとの間のトレードオフを緩和する。システムは、平坦なフィールド、ひずみの無いイメージングを、従来のイメージングシステムの実際の限界よりも大きいイメージフィールド全体にわたる正確なオーバレイ、合焦、及び反り補償と共に可能にする。イメージ源としてディジタルマイクロミラーデバイスを使用し、半導体製造におけるフォトマスクの必要性を排除する。

Description

【発明の詳細な説明】マイクロリトグラフィ用マイクロレンズスキャナ及び広フィールド共焦顕微鏡発明の背景本発明は、広意義に「イメージ読出し」及び「イメージ書込み」として類別することができる２つの分野に関する。イメージ読出し分野において本発明が意図する主応用は、タンデム走査型共焦（コンフォーカル）顕微鏡としてであるが、例えば高分解能文書スキャナ、または光学式大容量記憶媒体等のような他の応用に潜在的に使用することも可能である。イメージ書込みにおいて本発明が意図する主応用は、半導体製造用のマイクロリトグラフィプリンタとしてであるが、この分野は文書印刷、写真式複写等のような応用を含むこともできる。以下に主として共焦顕微鏡及びマイクロリトグラフィ応用に関連して本発明を説明するが、本明細書を拡張して他の応用にも同様に適用できることは明白である。共焦顕微鏡（参照文献１）は、照明が、サンプル上の回折制限されたマイクロスポットに合焦された小さいピンホールによって濾波されること、及び（反射共焦顕微鏡の場合には）サンプルから反射した光が再び同一ピンホールによって濾波されることを除いて、普通の顕微鏡と類似している。合焦されたビームは、サンプルを横切ってラスタ走査され（ピンホールまたはサンプルの何れかを走査することによって）、サンプルの高分解能ラスタイメージが構築される。（透過型共焦顕微鏡は、照明及び透過光を濾波するために別々のピンホールを使用することを除いて、類似している。）普通の顕微鏡と比較した場合、共焦顕微鏡は横方向イメージ分解能が優れており、また極めて精細な深さ分解能を呈する。 Nipkow型のタンデム走査型共焦顕微鏡（参照文献１の１４章）は、極めて高いイメージフレームレートを達成するために、単一のピンホールではなく、ピンホールのアレイを使用する。これらのピンホールは、実時間イメージングを得るために、高速でスピンするディスク上に形成されている。Nipkow型システムの欠点は、フィールドサイズが普通の顕微鏡の対物レンズの性能によって制限されることである。Nipkow型システムは、市販の高倍率の対物レンズのフィールド限界が与えられると、例えば完全半導体ウェーハを走査するためには、たとえその高イメージフレームレートを用いたとしても極めて長い時間を必要とする。典型的な顕微鏡と比較すると、マイクロリトグラフィステッパに要求されるフィールドサイズは要望を遥かに越える。現在のステッパは、高品質顕微鏡対物レンズに匹敵する高分解能、平坦なフィールド、及び低ひずみイメージング性能を達成しなければならないが、フィールドサイズは約20ｍｍまたはそれ以上である。このレベルの性能は、Perkin-Elmer Micralign and Wynne-Dysonシステム（参照文献２の８章）のようなマッシブな多重要素の全硝子投影レンズまたは反屈折 (catadioptric)システムを使用することによって得られる。分解能、合焦、及びオーバレイ精度を維持するためには、これらのシステムにおける光学系はサブミクロンの精度で製造しなければならず、マッシブな光学成分及び機械成分間の大きい距離にわたってサブミクロンの位置合わせ及び寸法安定度の許容度を保持しなければならない。イメージの分解能を高くし、フィールドサイズを大きくするという組合わせ要求に伴う技術的な困難さは、半導体応用のための光学式マイクロリトグラフィを更に前進させるために重大な課題を与える。発明の概要本発明は、普通の広フィールド、高開口数(numerical aperture：ＮＡ)顕微鏡及びマイクロリトグラフィシステムの複雑さ及び価格の主たる源であるイメージ分解能とフィールドサイズとの間のトレードオフを回避するイメージングシステム及び技術を提供する。要約すれば、これは、開口数は極めて小さいがイメージフィールドは大きい比較的低分解能のイメージ投影システムと、各々が大きい開口数と極めて小さいフィールドとを有している小型レンズ要素とを組合わせて使用することによって達成される。投影システムは小さい開口ストップを含み、これはマイクロレンズによって顕微鏡サンプル上の回折制限されたマイクロスポットのアレイ上に、またはマイクロレンズ焦点位置の印刷表面にイメージされ、この表面が走査されて焦点アレイから完全なラスタイメージが構築される。システムの臨界的な寸法及び位置合わせの許容度は、マイクロレンズアレイ自体内と、サンプルまたは印刷表面に対するその位置決めとに局部化される。これにより、普通のマイクロイメージングシステムにおいては問題となる寸法公差の積み重ね、熱効果、及び重量負荷に対するシステムの感受性が最小になる。マイクロリトグラフィ応用の場合には、マイクロレンズアレイは、印刷表面に対するアレイの位置合わせを制御する位置エンコーダのイメージング要素として機能させることもできる。露光イメージング光学系及び位置エンコーダ光学系を１つにし、そして同一にすることによって、位置決めサーボ機構における寸法公差の積み重ねは最小に維持される。マイクロレンズ位置決めサーボは、Ｘ−Ｙ位置決め、合焦、及び傾きを正確且つ精密に制御することができ、一実施形態では、印刷表面またはレンズアレイ自体の何れかにおけるゆがみを補償することもできる。本発明の本質及び長所は、以下の添付図面に基づく説明から更に理解することができよう。図面の簡単な説明図１は、タンデム走査型共焦顕微鏡として動作することができる本発明の簡単な実施形態を示す図である。図２は、リトグラフィプリンタとして機能することができる極めて類似した実施形態を示す図である。図３は、印刷及び顕微鏡式イメージング機能を単一のデバイスに組合わせたリトグラフィシステムの変形を示す図である。図４−６は、使用可能な幾つかの代替走査パターン(双方向ラスタ走査(図４) 、連続線走査（図５）、及びセグメント化線走査、即ち「多重走査」（図６）を含む）を示す図である。図７は、焦平面フィールド座標(X,Y)、及び開口平面座標(X',Y')を示す図である。図８は、マイクロレンズ点、線、及び面露光プロファイルを示す図である。図９は、イメージ特色及びその相補の露光プロファイル（Ｅ対Ｘ）を示す図である。図１０は、幾つかの正の線イメージの定露光輪郭を示す図である。図１１ａ−ｆは、論理積（論理ＡＮＤ）及び論理和（論理ＯＲ）の論理演算を遂行する多重レベル処理手順を示す図である。図１２及び１３は、ブール合成の簡易説明図である。図１４は、開口サイジング及びマイクロレンズ間隔に関する基本的設計トレードオフを示す図である。図１５は、マイクロレンズ設計の考え得る構成を示す図である。図１６ａ−ｇは、レーザ支援化学エッチングに基づく製造プロセスを示す図である。図１７は、マイクロレンズ複製の露光プロセスを示す図である。図１８は、照明光学系を簡易化する代替設計構成を示す図である。図１９は、より簡単な照明システムを示す図である。図２０は、２つのコリメータレンズを単一の平行化ミラーに置換した図１９の構成の変形を示す図である。図２１ａ、ｂは、ウェーハの位置合わせ及び合焦を監視する位置エンコーダとして使用される共焦ビューイングシステムを含むことを除いて、図２０に類似する構成を示す図である。図２２は、対物・面マイクロレンズアレイをマイクロミラーアレイと共に使用する設計構成を示す図である。図２３は、フォトマスクを対物・面マイクロレンズアレイと共に使用する代替実施形態を示す図である。図２４及び２５は、走査型の照明技術を示す図である。図２６は、Ｘ追尾のためのモアレ技術を示す図である。図２７は、モアレ技術を用いて補間された検出器信号を示す図である。図２８は、異なる合焦高さh₁、h₂、及びh₃を有する３つの散在するマイクロレンズセットを示す図である。図２９は、Ｘ、Ｙ、及びθ回転を追尾するのに使用できるパターンの平面（ウェーハ面を上から見下ろした）図である。図３０は、波長λ＝0.633μｍで動作する0.5ＮＡシステムの共焦応答を示す図である。図３１は、焦平面がウエーハ表面の上下に距離ΔZだけ変位している２つの合焦センサマイクロレンズを示す図である。図３２は、合焦センサマイクロレンズがウェーハ表面の下へ小さい距離ΔZだけ変位した共通焦平面を有するように設計され、ウェーハ表面の部分（例えば、スクライブライン内の領域）が2ΔZの深さにエッチングされるようになっている構成を示す図である。図３３は、波長λ＝0.633μｍで動作する0.5ＮＡシステムを使用し、ΔZ＝0.5 μｍの場合の合焦フィードバック信号F[ｚ]を示す図である。図３４は、散在させたｚセンサを有するマイクロレンズのレイアウトを示す図である。図３５ａ、ｂは、マイクロレンズアレイの６軸マイクロ位置決め制御＋ゆがみ補償を行うシステムの上面図及び側断面図である。図３６は、種々のフィードバック及び制御メカニズムを要約したシステムレベル概要図である。実施形態の説明動作の基本原理図１は、タンデム走査型共焦顕微鏡として動作することができる本発明の簡単な実施形態を示している。このシステムは、低分解能、二重テレセントリック（ telecentric）光投影システム１を含み、この光投影システム１はマイクロレンズアレイ２を光検出器アレイ３上にイメージし、各マイクロレンズ要素は対応する感光検出器要素上にイメージされる（例えば、マイクロレンズ４は検出器要素５上にイメージされる）。個々の各マイクロレンズは、サンプル表面６における、またはその付近の対応する焦点を、投影システムの開口ストップ７上にイメージするので、対応する検出器要素はマイクロレンズの焦点における小さいマイクロスポット全体の反射率を感知する（例えば、マイクロレンズ４は点８を投影開口７上にイメージするので、要素５が点８における反射率を感知する）。サンプルは、照明システム９から反射モードで照明される。マイクロスポットは、照明をビームスプリッタ１０を使用して光路内に合流させ、投影開口７及びマイクロレンズアレイ２を通過させることによって、選択的に照明される。マイクロレンズを通る投影開口の回折制限されたイメージがマイクロスポットを限定し、これらのマイクロスポットの大きさはマイクロレンズの開口寸法よりも少なくとも１桁は小さい。マイクロスポットのサイズは、マイクロレンズの回折点広げ機能に匹敵することが好ましい。従って、好ましい実施形態では、投影開口は共焦顕微鏡におけるピンホールと同一の機能を遂行する。このシステムと従来技術のタンデム走査型共焦顕微鏡との間の１つの相違は、単一の対物レンズを通してピンホールのアレイをイメージするのではなく、このシステムは単一の「ピンホール」（即ち、投影開口）を使用し、「対物レンズ」（マイクロレンズ）のアレイを通してイメージすることである。図２に示す実施形態は、図１の顕微鏡システムにに極めて類似しているが、リトグラフィプリンタとして機能できるようになっている。（図２並びに以後の図面では、図１に示した要素に対応する要素に対しては同一の番号を付してある。）このシステムも低解像力、二重テレセントリック投影システム１を含んでいるが、この実施形態では、投影システムはイメージ源１１をマイクロレンズアレイ２上に合焦させるように機能する。イメージ源は、光変調源要素（例えば、可変反射率のスポットまたはパッド）のアレイからなり、各源要素は対応するマイクロレンズ要素上にイメージされる。イメージ源は「ディジタル・マイクロミラー・デバイス」（即ちＤＭＤ、参照文献３）であることができ、各源要素は個々のマイクロミラー画素素子からなる。各マイクロレンズは、投影開口７を印刷表面１２上の対応するマイクロスポット上にイメージし、各源要素は対応するマイクロスポット上の露光レベルを制御する。イメージ源１１は、照明システム９からの照明をビームスプリッタ１３を使用して光路内に合流させることによって反射モードで照明される。このシステムは、Hugleらのマイクロレンズフォトリトグラフィ発明（参照文型４、５）とは２、３の点で異なっている。Hugleのシステムは、マイクロレンズアレイ全体のために単一の投影開口を使用（図２に示すように）しておらず、別々の平行光路を有するマイクロレンズユニットのアレイを備えている。また、 Hugleのマイクロレンズは非走査型、広フィールドイメージングデバイスであり、各々はマイクロレンズ開口寸法に匹敵するサイズのイメージフィールドをカバーする。これに対して本発明は、瞬時イメージフィールド（即ち、マイクロスポット）の大きさがマイクロレンズ開口より少なくとも１桁は小さいマイクロレンズを用いて全フィールドカバレッジを達成するために走査技術を使用する。（共焦顕微鏡例の場合のように、リトグラフィシステムのマイクロスポットはマイクロレンズを通る投影開口の回折制限されたイメージによって限定され、サイズはマイクロレンズの回折点広げ機能に匹敵することが好ましい。）図３は、印刷及び顕微鏡イメージング機能を単一のデバイスに組合わせたリトグラフィシステムの変形である。この実施形態は、図２のシステムに類似しているが、印刷表面１２から反射した光が、ビームスプリッタ１３によって光路にスプリットされ、光検出器アレイ１４上に導かれる。（典型的なシステムは、露光にＵＶ波長を、イメージングにＨｅＮｅレーザ波長をのように２つの波長を使用する。）検出器は、印刷表面上の位置合わせマークを感知することができ、共焦イメージングの正確な深さ弁別を利用して表面を横切る合焦の高さの変動を感知することができる。閉ループサーボメカニズムは、位置情報を使用してレジストレーション位置合わせ及び／または合焦及び傾きを制御する。またサーボメカニズムは、アレイの周辺の付近に補償応力分布を印加することによって、印刷表面またはマイクロレンズアレイの何れかのゆがみひずみを補償することもできる。上述した各実施形態では、マイクロレンズの焦点アレイが完全ラスタイメージを追尾するように、サンプルまたは印刷表面が走査される。（代替として、マイクロレンズシステム自体を、固定されたサンプルまたは印刷表面に対して走査することができる。）図４−６は、使用することができる幾つかの代替走査パターンを示しており、双方向ラスタ走査（図４）、連続線走査（図５）、及びセグメント化走査、即ち「多重走査」（図６）を含んでいる。双方向ラスタ走査（図４）では、イメージ表面は方形または矩形セルのアレイに分割される。各セルの寸法はマイクロレンズの中心間間隔と一致し、表面は、各焦点１５が単一のセル１６をカバーするラスタ線のパターンで走査するように、双方向に走査される。連続線走査（図５）では、各焦点１７はイメージフィールド全体を横切って伸びる将に１つのラスタ線１８を走査する。マイクロレンズは、走査方向１９に対して小さい角度δだけ傾斜した行内に配列されているので、焦点は極めて近づいた（密に離間した）ラスタ線のパターン（即ち、ラスタ線周期d_rがマイクロレンズ中心間間隔d_mよりも遥かに小さく、d_r＝d_msinδになる）を辿る。セグメント化線走査（図６）は、各ラスタ線が異なる線焦点（例えば、２２及び２３）によって走査される複数のセグメント（例えば、２０及び２１）に分割されることを除いて類似している。「多重走査」イメージングモードは、走査セグメントが重なり合っており、各ラスタ線が１回以上走査されることを除いて、セグメント化走査（図６）に類似している。多重走査イメージングは、種々の用途を有している。１つの応用は、連続する走査間の照明色度を変化させることによってカラーイメージまたはプリントを作成することである。（例えば、図６の線セグメント２０は先ずレンズ焦点２２によって走査され、次いで異なる照明を用いて焦点２３によって再度走査される。）顕微鏡システムは、走査方向に対してマイクロレンズアレイを傾け、連続するイメージ走査を僅かに異なる合焦の深さで行うことによって、三次元イメージを作成するために多重走査イメージングを使用することもできる。（代替として、マイクロレンズアレイを傾けるのではなく、焦平面（フォーカルレーン）の高さの分布がアレイになるように設計することができる。）リトグラフィシステムにおいては、露光線量を制御するために連続走査間で照明輝度を変化させることができる。（もしイメージ源がグレーレベル制御を行わないのであれば、これは有用である。各々が異なる照明レベルにあるＮ走査を用いた場合、可能な露出線量レベルの合計数は２^Nである。）代替として、リトグラフィシステムは、マイクロレンズ欠陥のような諸要因による統計的イメージングエラーを最小にするだけのために、冗長走査を使用することができる。以下に、マイクロレンズスキャナ設計の原理、成分、及びサブシステムの詳細を、主としてマイクロリトグラフィ及び半導体ウェーハ生産に関連して説明する（しかしながら、明細書の大部分を、顕微鏡及び他の応用に直接適用することができる）。マイクロリトグラフィシステムの実際の実施形態は、４倍周波数266 ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ（参照文献６）、及び約2,000,000画素で説明されているプロトタイプデバイス（参照文献３）に類似のＤＭＤイメージ源のような連続深ＵＶレーザ光源を使用することができる。ＤＭＤは、10ｋＨｚ以上のフレームレートで動作することが可能であり、それにより２×10¹⁰画素／秒の画素レートが得られる。ラスタ線周期が約0.1ミクロンであるものとすれば、露光面積レートは２ｃｍ²／秒になる。システムは、反屈折投影光学系を使用することができる。この反屈折投影光学系が簡単で、小型の設計であるために、複数のマイクロレンズスキャナユニットを１つのマシン内に組合わせることができ、それにより合計スループットは10ｃｍ²／秒程度になる。マイクロレンズイメージング理論及び技術マイクロレンズアレイの基本的イメージング特性は、フーリエオプティックスの方法を使用して導出することができる。（これは、開口数が小さく、光収差は重大ではないものとしているが、それにも拘わらず、これらの方法は約0.5以下の開口数を有するマイクロレンズの特性の有用な第１近似を与える。）（X,Y）をマイクロレンズの焦平面フィールド座標とし、（X',Y'）をその開口面座標とする（図７）。無次元フィールド座標(x,y)及び開口座標(x',y')を導入することによって解析が簡易化される。但し、λは露光波長であり、F_mはマイクロレンズの焦点距離である（図７）。焦平面上の（スカラー）電界振幅分布をA[x,y]とし、マイクロレンズ開口面上の電界分布をA'[x',y]とする。（注：本明細書では、大括弧“［・・・］”は関数引数区切り記号として使用され、小括弧“(・・・)”はグループ化に使用される。）重要ではない位相ファクタを無視すれば、Ａ及びA’は、フーリエ変換関係によって近似的に関係付けられる。（電界時間分離ファクタをexp[＋iωt]とし、全ての整数が−∝から∝までとしている。）焦平面において発生する瞬時エネルギ分布は｜A[x,y]｜²に比例する。（これは隣接するマイクロレンズからの分布間に重大な重なりか存在していないものとしているが、マイクロレンズの中心問間隔の大きさが典型的には回折制限されたスポットのサイズより１桁以上大きいので、これは安全な仮定である。）もしスポットがパルス化された光源（エキシマレーザのように）を使用して「フラッシュ露光」されるのであれば、全走査を完了した後の合計露光線量 E[x,y］は、格子パターン上に展開された回折制限され、重なり合ったマイクロスポット分布の結合力のない（インコヒーレントな）重畳である。但し、ｓは格子サイズ（波長の単位での）であり、ｇ_jkは点(x,y)＝(js,ks)における露光グレーレベル（０乃至１のスケールで）である。もし連続光源を使用すれば、各スポットが露光されている間のウェーハの運動に起因して、マイクロスポットにあるスミアリングが生ずるようになるが、ここではこの「点スミアリング」効果は無視する。イメージは、典型的には、ラスタ線周期d_r（図５）、またはその倍数に等しい格子サイズｓを使用して露光され、波長（但し、mは整数）に正規化される。マイクロレンズイメージングにおいては、３つの露光分布、即ち、点(x,y)＝( O,O)が単位グレーレベルで露光され、他の全ての点が露光されない場合に得られる点分布E_point［x,y］、線x＝0上の全ての格子点が単位グレーレベルで露光され、他の全てが露光されない場合に得られる線分布E_line[x,y]、全ての格子点が単位グレーレベルで露光される場合に得られる面分布E_ptane［x,y］が主として重要である。フーリエオプティックスからの基礎的な結果は、もし格子サイズが限界以内にあれば（但し、ＮＡ_m、はマイクロレンズの開口数）、E_plane［x,y］はある定数に縮小され、E_line[x,y]はxにおいて均一な断面を有するようになる（即ち、それはｙ依存性を呈さなくなる）。（それぞれ「面露光理論」及び「線露光理論」と呼ぶこれらの結果に関しては後述する。正のレジストを用いるとE_plane分布が全てのレジストを分解させ、E_lin _e が分離した線形空間を創出し、そしてE_pointが分離したホールを創出することに注目されたい。）式１１及び１２は、フィールド積分の代わりに、開口積分で表すこともできる。均一に照明された円形開口の特別な場合には、開口関数Ａ’は、但し、Ａ₀'は定数である。この逆フーリエ変換Ａは、の形状を有する。但し、J₁は第１種のベッセル関数である。（式１６は、古典的な「空気」の回折パターンを表している。）式１５及び１６に、式７、１３、及び１４を代入すると、が求められる。但し、₁F₂は一般化した超幾何関数である。これらの分布のピーク値は、である。式１０から、E_point［O，O]及びE_line[0]上の以下の最大限度が求められる。図８は、ＮＡ_m、＝0.5、及びs＝1の場合の点、線、及び面露光プロファイルを示している。（より小さいステップサイズの場合には、E_point/E_planeスケールはｓ²に比例し、E_line/E_planeスケールはｓに比例する。）面露光理論は、マイクロレンズアレイスキャナの有用イメージング反転特性を暗示している。もしレジスト溶解度しきい値E_sがE_plane/2にあるように照明レベルを設定すれば、単にイメージグレーレベルを反転させる（即ち、各露光点においてg_jk→１−g_jkにする）だけで、イメージ反転を達成することができる。例えば図９は、イメージ特色及びその相補の露光プロファイル（Ｅ対Ｘ）を示している。この特色はグレーレベル分布g_jkによって発生された露光プロファイルE_aを有している。イメージ反転の下では、露光分布E_aは分布E_b＝E_plane−E_aに変換される（式９から）。２つの露光プロファイルは同一点において可溶性しきい値E_sを横切り（E_s＝E_pla _ne −E_sであるから）、従ってこれらは同一幅寸法Ｗに現像される。（もしイメージ源がグレーレベル制御を与えれば、どの所望露光輪郭もがE_sにあるように正及び負のイメージのグレーレベルを独立的にスケールすることはできないので、イメージ反転プロセスは可溶度しきい値E_sがE_plane/2にあることを要求しない。）高露光面積を取り囲む閉じた輪郭からなるイメージ特色を「正」と呼ぶことかでき、一方相補特色（低露光領域を取り囲む閉じた輪郭）を「負」と呼ぶことができる。図１０は、ＮＡ_m＝0.5で構成された可変長の幾つかの正の線イメージに対して0.25 E_plane、0.75 E_planeの定露光輪郭を示している。（正のレジストを使用すると、これらのパルスは線形空間内に現像される。）“＋”マークで示されている露光点は全て単位グレーレベルで露光され、Ｘ方向には1.5λだけ、及びＹ方向にはλだけ分離されている。一般に線及び面露光理論は、無限大の線及び面にのみ適用されるが、図１０に示すような短い線形または方形特色は、かなり直線状の輪郭及び均一な断面を用いて形成することができる。直線性及び均一性は、グレーレベル輪郭及び小さい格子ステップ（例えば、s＝0.5）を使用することによって改善することができる。図１０に示すような簡単なイメージパターンを組合わせ、「ブール合成」演算を使用することによって小さい、鋭くディテールされたパターンを作成することができる。最も簡単なこのような演算はイメージ反転（即ち、ブール否定）であり、これは上述したようにグレーレベル反転によって遂行することができる。論理積（論理ＡＮＤ）及び論理和（論理ＯＲ）のような他の論理演算は、図１１ａ −ｆに示すような多重レベル処理手順によって遂行することができる。図１１ａにおいては、ウェーハ基体２４は厚いＰＭＭＡ層２５、平面化されたスピン・オン・硝子（ＳＯＧ）層２６、及び薄いレジスト層２７を用いてスピン被膜されている。トップレジスト層２７が露光され、現像されてＳＯＧのエッチングされたパターンが作られる。図１１ｂにおいて、トップレジストが除去され、第２のＰＭＭＡ層２８、ＳＯＧ層２９、及び薄いレジスト３０が沈積され、トップレジストが露光され、現像されてトップＳＯＧ層内に第２のエッチングされたパターンが作られる。図１１ｃにおいて、二重層ＰＭＭＡ構造は基体まで反応性イオンエッチングされ、２つのＳＯＧ層上のエッチングされた領域の論理積によって定義された領域を基体上に露出させたエッチマスクが得られる。上述したプリンタの変形においては、トップＰＭＭＡは底ＳＯＧ層を露出させるのに充分なところまでエッチングされるだけである（図１１ｄ）。これに続いて選択性エッチングが遂行され、トップＳＯＧ層が除去されて下側ＳＯＧ層の一部が露出される（図１１ｅ）。最後に残されたＰＭＭＡが基体までエッチングされる（図１１ｆ）。このプロセスにより、２つのＳＯＧエッチパターンの論理和によって定義されたエッチマスクがもたらされる。図１２及び１３は、ブール合成の簡単な説明図である。図１２においては、２つの正の線パターンの論理和合成（反対のハッチングによって示す）によって小さい方形の島のアレイが作られる。図１３においては、２つの平行な、重なり合った正の線パターンのセットが論理積的に合成されて、狭い間隔が形成されている。これらのパターンの複数のセットを交互配置すれば、極めて小さい特色の高密度アレイ（特色密度が古典的な回折限界を超える）を形成することができる。（特色のサイズ及び密度は主としてレジストコントラスト及びオーバレイ精度によって制限される。）開口設計開口のサイジングとマイクロレンズ間隔とに関する基本的な設計のトレードオフを、図１４に図解してある。各マイクロレンズ３１は、ウェーハ表面１２上の、厳密に拘束された振幅分布A[X,Y]を有する回折制限された焦点にビームを合焦させる。この分布は、マイクロレンズの開口数によって、及びマイクロレンズ開口３２上の振幅分布A'[X',Y']によって決定される。ウェーハ面上の合焦分解能を最適化し、また源要素とマイクロレンズ開口との間の光学的レジストレーションエラーに対する焦点の感性を最小にするために、マイクロレンズ３１に対応する源要素３３からの回折制限されたイメージである後者の分布を、好ましくは開口３２をオーバフィルさせるべきである。しかしながら、もしＡ’分布が広過ぎると（または、もしマイクロレンズが接近し過ぎると）それは隣接するマイクロレンズ開口３４及び３５にも重なり、隣接する開口間にイメージのクロストークをもたらす。Ａ’分布は、投影システムの開口数によって、及び投影開口７上の振幅分布A" ［X",Y"］によって決定される。（Ａ"は、源要素３３だけから到来する開口照明の部分を表す。合計開口照明フィールドは、他の全ての源要素からの同じような分布をも含んでいる。）源要素の開口サイズは、Ａ"分布を最適に制御するように選択することができる。もし源要素が、それらの中心間間隔よりも遥かに小さければ、要素３３の開口における回折によってＡ"分布は投影開口７上に極めて均一に広げられ、非均一な開口照明により投影されるイメージ面分布Ａ’の可能な広がり、またはひずみを最小にする。また、照明源の位置合わせの不良（ミスアラインメント）に対する感受性は、源要素を小さくすることによって最小にすることができる。しかしながら、トレードオフは、投影開口のオーバフィリングによって源要素の開口に比例して光学的効率が低下することである。投影開口のサイズ及び形状は、マイクロレンズ開口３２にまたがる照明の均一性と、隣接する開口３４及び３５内への光漏洩の最小化との間のトレードオフを最適化するように設計することができる。１つのアプローチは、マイクロレンズ格子に位置合わせされた方形開口７の使用であることができる。方形開口振幅伝達関数t_p［X",Y"］は、ここに、Ｗ_pは投影開口幅である。Ａ"分布が投影開口内で実質的に均一であるものとすれば、方形開口によってもたらされるマイクロレンズ開口分布Ａ’は、ほぼ次の関数によって表される。但し、Ａ₀'は定数であり、F_pは投影開口７とマイクロレンズ開口３２との間の光学サブシステムの焦点距離であり、λは露光波長であり、そしてsinc[u]はsin [πu]/(πu)である。開口幅Ｗ_pは、sinc関数の第１ノードが隣接するマイクロレンズ開口３４及び３５上にほぼ心合わせされるように選択することができる。ここに、dmはマイクロレンズの中心間間隔である。この場合、式２５及び式２６は、になる。例えば、もしd_mがマイクロレンズ開口幅a_m（図１４）の４倍であれば、開口３２の照明強度の均一性は約５％にしか過ぎず（ウェーハ面上に重要な合焦分解能を与えるには充分ではない）、各隣接する開口３４または３５内へのエネルギ漏洩は、マイクロレンズ開口を円形として、約0.4％になる。クロストーク振幅成分が、重大なコヒーレント効果を生じさせることはない。例えば、マイクロレンズ開口３２全体の主振幅分布A'[X',Y']が、隣接する源要素３４及び３５からのクロストーク分布A'[X'＋d_m,Y'］及びA'[X'−d_m,Y'］と重畳される。各クロストーク分布は開口３２にわたってＸ’内でほぼ奇対称であり、一方A'[X',Y']は偶対称である。これは（フーリエ変換の特性に基づいて）、ウェーハ面において、クロストーク振幅がほぼ純粋な複素になり、一方A[X,Y］は実数値となるので、コヒーレンス相互作用が最小になることを暗示している。これは、照明がコヒーレントであること、及び源要素がコヒーレントに整列しているものとしている。（もし隣接する要素間に重大な位相シフトが存在すれば、クロストークエネルギ漏洩は、コヒーレンス相互作用のために上述したレベル、即ち０．４％よりも遥かに高くなる可能性がある。）クロストーク抑圧を更に良好にするような、上述した方形開口の変形が存在する。１つの代替は、開口をマイクロレンズ格子に対して45°の角度で整列させ、そのサイズをA'分布内の両sinc項が隣接するマイクロレンズ開口３４及び３５の中心においてＯとなるように設定することである。即ち、別のアプローチは、本質的には式２８の方形開口振幅伝達関数をその自己畳込み（autoconvolution）によって置換する、アポダイズした(apodized)投影開口を使用することである。この変形を用いるとＡ’内のsinc関数がsinc²項に置換されるので、Ａ’がO交差する隣接開口全体のクロストーク振幅は無視できるようになる。即ち、（これらの変形アプローチは、マイクロレンズ開口３２全体の照明の均一性を妥協させるか、または照明の均一性を維持するためにマイクロレンズ間隔d_mを増加させなければならないという欠陥を有している。）アポジゼーションアプローチは、僅かに異なる技術によっても実現することができる。投影開口に実際の物理的アポダイザを形成させるのではなく、開口領域全体のテーパー付きのプロファイルが、アポジゼーションプロファイルに類似するように開口照明フィールドA'を設計することによって、ビームを「実効的にアポダイズ」することができる。例えば、もしＡ"分布の第１回折ノードが投影開口の縁にあるように照明光学系及びイメージ源を設計すれば、これらの縁付近のテーー付き振幅分布はイメージ面分布Ａ’内の回折テールを再び抑圧する傾向がある。（しかしながら、この利点に対するトレードオフは、Ａ"分布をシフトさせるような位置合わせの不良、または振動に対するシステムの許容度が少ないことである。）同様に、マイクロレンズ開口は、Ａ’分布の第１回折ノードをマイクロレンズ開口境界に配置することによって実効的にアポダイズすることができる。これは、ウェーハ面分布Ａ内の回折テールを再び抑圧する傾向があるが、それと引換えに中心ピーク幅が増加する。上述した開口設計アプローチは、顕微鏡システム並びにリトグラフィプリンタに適用することができる。（顕微鏡応用の場合、図１４の源要素３３は検出器要素として再解釈することができる。）イメージクロストークが問題にならないような１つの応用がある。もしシステムが、マイクロレンズレイアウトと整合するパターン周期性を有する周期的パターンを印刷するために使用されていれば、全てのマイクロスポットにおける露光強度は同一になるので、総合露光レベルにおいて補償調整を行うことによってクロストーク効果を修正することができる。この応用の場合、イメージ源アレイは必要とせず、投影開口の中心に位置する変調された点源に置換してマイクロレンズアレイを均一に照明することができる。この型のシステムは、例えば、イメージ面マイクロレンズアレイを、複製（レプリカ）要素をリトグラフ的にパターン化するためのマスタリング要素として使用するような、マイクロレンズアレイの製造に使用することができる。（しかしながら、以下に説明する代替製造技術の方が、この方法よりも優れた利点を有している。）マイクロレンズの構造図１５に、マイクロレンズ設計のための可能な構成を示す。各マイクロレンズは、薄い溶融シリカ板３７の上面上の表面レリーフプロファイル３６として形成されている。暗いクロムのようなリトグラフ的にパターン化された遮光層３８を板の上面に沈積させてマイクロレンズ開口を限定する。板は、厚い溶融シリカスーパーストレート(superstrate)３９に光学的に接触され、接着される。スーパーストレートの底面の部分はエッチングされ、光分散または回折表面４０が形成されており、この面が板の光学的に接触している領域の鏡面反射ビームを再抑圧する。スーパーストレートの上面は、マイクロレンズの明澄なな開口領域全面に抗反射被膜４２が施されている。（分散または回折表面領域、及び抗反射被膜は、鏡面反射したビームが投影開口を通って戻るのを防いでいる。）レーザ援助された化学エッチングに基づく製造プロセス（参照文献７、８）を図１６ａ−ｇに示す。基本的な手順は、先ずホログラフィック構造プロセスを使用して低ＮＡマイクロレンズのアレイを形成し（図１６ａ−ｄ）、次いでこのアレイをマスタリング要素として使用して正確にプロファイルされた高ＮＡマイクロレンズのアレイを複製する（図１６ｅ−ｇ）ことである。図１６ａにおいて、１対の正確に平行化された均一のレーザビーム４３及び４４が組合わされて干渉パターンを形成し、このパターンで溶融シリカ基体４６上の厚いレジスト層４５を露光する。次いで基体を90°回転させて２回目の露光を行うと、２つの直交する均一に離間した平行線のセットからなるレジストの潜像が得られる。この潜像を現像すると正弦状に厚みが変化するレジストが得られ（図１６ｂ）、反応性イオンエッチングプロセスによって基体内の正弦状表面プロファイル４７に変換される（図１６ｃ、参照文献７、８）。表面高さプロファイルZ[X,Y]は、交差したシヌソイドからなる。即ち、ここに、d_mはホログラフィックパターンの線周期であり、Z₀は定数である。形状はプロファイルピークの近傍においてほぼ放物面状であり、例えば(X,Y)＝(O,O) 付近のプロファイル関数は次の近似形状を取る。これらの放物面状の領域はマイクロレンズ要素として機能することができ、開口アレイ４８はこれらの領域を区切って表面上に形成される（図１６ｄ）。開口アレイは、開口アレイとマイクロレンズとの正確なレジストレーションを確保するために図１６ａの露光セットアップを使用してホログラフ的に構成され、リトグラフ的にパターン化されたクロム層として形成される。低ＮＡマイクロレンズアレイは、高ＮＡアレイを製造するための近接マスクとして使用することができる（図１６ｅ）。薄い溶融シリカ板３７を厚い支持基体４９と光学的に接触させ、レジスト５０で覆う。レジスト上の小さいスポットのアレイ上にビームを合焦させる低ＮＡマイクロレンズアレイ４６を通して露光ビーム５１を投影する（例えば、マイクロレンズ４７がビームをスポット５２上に合焦させる）。各マイクロレンズはその焦平面に最適露光分布をイメージし、現像されたレジスト内に最適に輪郭付けされた表面プロファイルが得られる。（イメージング光学系に関しては後述する。）レジストプロファイルは、反応性イオンエッチングによって溶融シリカ板３７に転写され、次いでリトグラフ的にパターン化された開口アレイ３８が表面上に形成される（図１６ｆ）。（低ＮＡマイクロレンズアレイ４６は、開口アレイをリトグラフ的にパターン化するためにも使用することができる。）最後に、シリカ板３７をスーパーストレート３９に接着し、基体４９から分離する（図１６ｇ）。複製プロセス（図１６ｅ）に使用される露光光学系を図１７に示す。長い拡散光源５３は、投影システム５４によってマスタリング要素４６上に合焦される。投影システムの開口ストップはグレースケール透過マスクを含み、このマスクが各マイクロレンズ４７によってその対応する露光スポット５２上にイメージングされる。マスクの透過率プロファイルがレジスト露光分布を制御し、この分布自体は複製マイクロレンズの表面プロファイル形状３６（図１５）を決定する。基体４９及びマスタリング要素４６は、投影システムのフィールドの非均一性及びコヒーレンス効果のような要因による露光の非均一性を平均化するために、露光中に（それらの相対位置を固定したまま）ビームを横切って走査される。投影システム５４は、要素４６及び４９が照明フィールドを横切って走査されても、開口マスク５５の多重イメージをレジスト５０に対して固定のままとするために、対物側上でテレセントリックであるように設計すべきである。上述した製造方法の長所は、複製マイクロレンズの均一性及び配置の正確さが露光ツールのフィールドの均一性またはステッピング精度によって制限されることがなく、マスタリング要素を製造するために使用される露光ビーム４３及び４４（図１６ａ）の均一性及び平行化精度だけによって決定されることである。更に、複製マイクロレンズアレイを露光ツールのイメージフィールドよりも遥かに大きくすることができる。マスタリングマイクロレンズ要素または複製アレイの何れかのための、反応性イオンエッチングされたマイクロレンズには数多くの代替が存在している。可能性には、モデル化されたマイクロレンズ、屈折率分散型平面マイクロレンズ、マイクロフレネルレンズ（または２進光学系）、及び溶融樹脂アレイが含まれる（参照文献９の７章）。材料処理技術は異なっても、これらのマイクロレンズ型の大部分はフォトリトグラフィを使用して製造されるので、上述した露光技術はこれらの代替の型にも同じように適用することができる。例えば、上述したプロセスの１つの実際的な変形は、屈折率分散型平面要素としてマスタリングマイクロレンズを形成することである。この場合マスタリング要素４６とレジスト５０との間の空気間隙（図１６ａ、１７）は、マスタリング要素４６上に沈積させた誘電体層に置換することができる。従って複製マイクロレンズは、近接印刷によるのではなく、接触印刷プロセスによって形成されることになり、これは臨界的な空気間隙公差要求を排除するという利点を有している。投影及び照明光学系リトグラフィシステム（図２）に関して言えば、イメージ源１１は投影システム１の対物面を限定し、マイクロレンズアレイ２はそのイメージ面を限定する。個々のマイクロレンズの光軸が典型的には全て相互に平行であるので、一般的に投影システムは、イメージ側でテレセントリックであるべきである。もしＤＭＤのようなイメージ源を使用すれば、投影システムは対物側でもテレセントリックであるべきである。図２の構成は、投影開口７をイメージ側上の無限遠にイメージするために平行化レンズ５６を使用し、開口を対物側上の無限遠にイメージするためにも平行化レンズ５７を使用している。投影開口７を含む開口レンズ（またはレンズシステム）５８は、コリメータ５６及び５７と共にイメージ源１１をマイクロレンズアレイ２上にイメージするように機能する。（イメージ源及びマイクロレンズアレイは、コリメータが単独でこのイメージング機能を遂行するように位置決めすることはできるが、それでも収差制御のために０倍率の開口レンズ５８を必要としよう。）図２の照明システム９は、コリメータ６０、ビームスプリッタ１３、及び投影光学系によって投影開口７上にイメージされる照明開口５９を含んでいる。照明光学系を簡易化した代替設計構成を図１８に示す。このシステムでは、ビームスプリッタ１３は開口レンズ５８内に組み込まれ、投影開口７及び照明開口５９は共にビームスプリッタ表面上に直接形成されている。このシステムの長所は、ビームスプリッタが極めて小型であり、開口７及び５９が互いに自動的に位置合わせされるために光学的位置合わせが簡易化されることである。更に簡易な照明システムを図１９に示す。ビームスプリッタは使用せず、照明は投影開口７に接する光ファイバ６０のような小型の離軸した源によってシステム内に導入される。（離軸収差を平衡させるために、２進光学要素のような光学補正要素をファイバの前に組み込むことができる。）イメージ源１１は、この構成の離軸照明で動作するように設計することができる。図２０は図１９の構成の変形であって、２つのコリメータレンズ５６及び５７は１つの平行化鏡６１に置換されている。マイクロレンズアレイ２及びウェーハ１２を投影光学系から物理的に分離するために、フォールド(fold)鏡６２を使用することができる。投影開口は反射性要素（例えば、低反射率基体６４上に沈積された小さい方形の反射性パッド６３）であり、開口レンズ５８は双方向に動作する。この構成の長所は、その色収差が極めて小さく、従ってかなり広い帯域幅の照明源（例えば、10ｎｍ帯域幅）と共に使用できることである。（光学ジオメトリは、開口レンズ５８が本質的に無倍率であって単なる収差制御要素として機能するように、従ってその色分散が極めて小さくなるように設計することができる。マイクロレンズは高ＮＡ屈折性要素であるが、それらが小型サイズであるのでそれらのイメージング性能は色分散による影響を殆ど受けない。）図２１ａ、ｂに示す構成は、ウェーハ位置合わせ及び合焦を監視するための位置エンコーダとして使用される共焦ビューイングシステムを含むことを除き、図２０の構成と類似している。（このシステムは、機能的には図３のシステムに類似している。）エンコーダシステムは、ＵＶレジストの感光範囲外の633ｎｍＨｅＮｅレーザのような長波長光源を使用する。この構成内の反射性パッド６３（図２１ｂ）は、ＵＶ露光波長においては高度に反射性であるが、エンコーダ波長においては透明な光学被膜からなり、基体６４は両波長において透明である。（またこの被膜は、エンコーダ波長における透過光が被膜境界を横切って重大な位相不連続を呈さないように設計すべきである。）基体の底面に形成されている第２の光学被膜６５は、エンコーダ波長におけるビームスプリッタとして機能する。エンコーダのビューイング照明６６は両被膜を通して投影され、ＵＶ光路に併合される。次いでコリメータ６１及びフォールド鏡６２によって反射され、マイクロレーザアレイ２を通して伝送され、ウェーハ１２から反射されて戻される。戻りビームは、ビームスプリッタ被膜６５によって部分的に反射され、再度コリメータにより反射され、検出器アレイ１４上に導かれる。波長が長いので、エンコーダシステムの最適開口サイズはＵＶ露光システムのそれよりも大きくなるので（例えば、式２７及び図１４を参照されたい）、ビームスプリッタ被膜６５はＵＶ反射性パッド６３の開口寸法よりも大きい開口寸法を有している。基体６４の底面は複合ウエッジ角度に切断されているので、底被膜６５から反射したビームは、上被膜６３から反射したＵＶビームから空間的に分離される。図２１ａはシステムの上面（コリメータ６１を通して見た）図であって、フォールド鏡開口６２、イメージング源１１、及び検出器アレイ１４の間の位置関係を示している。これは、１つの可能な構成を示しているに過ぎない。基体６４の上及び底の両表面の傾きは、コリメータ開口６１によって限定される領域内の好ましい配列内に開口６２、１１、及び１４を位置決めするように独立的に選択することができる。また、２つの反射性薄膜も、基体の両側上に（即ち、ＵＶ反射性薄膜６３を底面に、そしてビームスプリッタ被膜６５を上面に）配置することができるが、この場合にはビームスプリッタ被膜もＵＶに対して透明でなければならない）。イメージ源ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ、参照文献３）はマイクロリトグラフィのイメージ源として幾つかの好ましい特性を有している。即ち、ディジタル的にプログラム可能なイメージ源がリトグラフィマスクの必要性を排除し、ＤＭＤの高フレームレート（例えば、10ｋＨｚ）は半導体生産のスループット要求を充分に満足し、そしてその画素サイズ（17μｍ中心間間隔）は投影システムにおける単位倍率を可能にするのに充分に小さい。ＤＭＤシステムの設計においては、２つのトレードオフを適切に平衡させなければならない。これらのトレードオフは、マイクロミラーの開口サイズ要求と表面形状の許容度、傾きの範囲と傾きの許容度、エンコーダ効率、及びイメージクロストークである。図２２はこれらの要因を最適に釣合わせるために、対物平面マイクロレンズアレイをマイクロミラーと共に使用するイメージ源のための設計構成を示している。離軸照明ビーム（図１９のファイバ照明具６０によって発生されるビームのような）はマイクロレンズアレイ６７によって点のアレイに合焦される。例えば、マイクロレンス６９が捕捉する照明ビーム６８の部分は点７０に合焦される。合焦された各ビームは、傾斜したマイクロミラー（その「オン」状態にある時）によって再捕捉され、焦点は、集束用マイクロレンズに隣接するマイクロレンズ開口の中心の屈折制限されたスポットへ再イメージされる。例えば、マイクロミラー７１は点７０を、マイクロレンズ６９に隣接するマイクロレンズ７３の中心の点７２に再イメージし、次いで投影光学系は点７２を、イメージ平面マイクロレンズアレイの対応する開口の中心上に再イメージする。マイクロミラーは、このイメージング機能を容易にするためにある固定された光学倍率を含むことができる。例えば、図２２の要素７１は凸面をなすように示されている（代替として、マイクロミラーは２進光学反射器として形成することができる。光学倍率はこれらのマイクロミラー上に形成されたマイクロレンズによって、またはマイクロミラー開口に接して位置決めされた分離した、静止マイクロレンズによって与えることができる。）照明源をマイクロレンズ開口上にイメージすることに加えて、マイクロミラー及びマイクロレンズはマイクロレンズ開口を投影開口上にイメージするようにも機能する。例えば、マイクロレンズ開口６９の中心の点７４は、マイクロミラー７１によって仮想イメージ点７５にイメージされ、次いでこれがマイクロレンズ７２によって（投影光学系と共働して）投影開口の中心上にイメージされる。（しかしながら、図２２の要素７６によって示されているように、マイクロミラーがその「オフ」位置にある時には、それは反射ビーム７７を投影開口から逸らすように傾けられる。）上述した設計構成の主たる長所は、対物平面マイクロレンズアレイ６８全体の均一な照明が、イメージ源における開口損失を生ずることなく、反射ビーム内の屈折制限された点源のアレイに効果的に変換されることである。これにより、投影開口全体に制御された均等な照明分布Ａ”が得られ、最小のピーク幅（図１４）でイメージ面分布Ａ’が得られる。実効源点７２の屈折制限されたサイズは、マイクロレンズとマイクロミラー（例えば、要素６９と７１）の組合わせの実効焦点距離によって決定され、イメージクロストーク抑圧とエネルギ効率との間のトレードオフを最適化するように設計することができる。（一般に、源点が小さい程A’分布の幅が減少するのでクロストーク抑圧は改善されるが、投影開口分布Ａ”が広くなるために開口のオーバフィリングによって光損失がもたらされる。図１４を参照されたい。）図２２の構成の別の長所は、マイクロミラー内に光学倍率を組み込むことによって、対物面マイクロレンズの焦点距離を短縮させることができ、投影開口分布Ａ”をより広く広げることなくマイクロミラーをマイクロレンズにより接近せしめて位置決めできることである。これにより、より小型のシステムが得られ、マイクロミラー開口サイズ要求（即ち、充填ファクタ）を低下させることができる。（マイクロミラー内に光学倍率を組み込まなくとも、それらの開口はマイクロレンズのサイズの半分を必要とするだけである。）更に、表面形状の許容度及びマイクロミラーの傾きの許容度も緩和されるが、これらの長所は傾きの範囲要求を増加させ、マイクロレンズ内に光学倍率を組み込む必要性によって釣合わされる。上述した設計アプローチは、ビームスプリッタの使用、及び関連光学効率損失を回避するという長所をも有している。また、離軸照明配列を使用することによって、マイクロミラーの傾きを受入れるべく投影システムの対物面を傾斜させる必要もなくなる。ＤＭＤだけがイメージ源としてのオプションではない。図２３に示す１つの代替では、対物面マイクロレンズアレイ７９と共にフォトマスク７８を使用している。（マイクロレンズは２進光学要素であることができる。）投影システム１はアレイ７９を、倍率を低下させてイメージ面マイクロレンズアレイ２上にイメージする。異なる反射率の小さいパッドからなるイメージ画素の濃密度のアレイがフォトマスク表面上に形成されている。任意の時点に、若干の画素が対物面マイクロレンズ合焦位置に位置決めされ（即ち、投影開口と共役され）、マイクロレンズを通して反射モードで照明される。イメージ源要素は、対物面マイクロレンズ及び対応する照明された画素からなり、これらの要素は異なる画素を焦点の位置に持ってくるために焦点アレイを横切ってフォトマスクを走査することによって変調される。「オン」画素は輝くクロムパッドによって表され、「オフ」画素は透明または吸収領域からなる。（クロムパッド上に高周波数エッチングされた格子を形成することによってグレーレベルの選択を設けることができる。）ウェーハ１２及びフォトマスク７８は共に同期して走査され、照明源は、マスク上のマイクロレンズ焦点が画素上に中心が合った時に露光が行われるようにストローブされる。（光源を実際に変調することなく照明を効果的にストローブする技術に関しては後述する。）このようにして、フォトマスクの反射率分布が、ウェーハ上の対応する露光分布に縮小されたサイズで写像される。普通の石英上のクロムのフォトマスクでは、透過光とクロム側壁との相互作用が少ないので、一般に透過光照明は反射光照明よりも高品質のイメージングが得られる。しかしながら、投影開口によって縁散乱光が実質的に排除されるマイクロレンズシステムの場合には当てはまらない。また、画素は回折制限されたマイクロレンズの焦点よりもかなり大きいので、それ程大きい縁散乱は存在しない。例えば、ウェーハ面上に0.1μｍ周期を発生させるように設計されている10×の縮小システムを用いると、フォトマスク画素の中心間間隔は１μｍになり、一方画素照明スポットの直径（第１回折ノードにおける全幅）は約0.5μｍにしか過ぎない（深ＵＶ照明と、約0.5のマイクロレンズＮＡであるものとする）。クロム縁との光学的相互作用を最小にすることに加えて、アンダーフィルされた画素開口は、マスクとウェーハとの間の走査同期エラーに対してある許容余裕度を与える。もし、イメージクロストークを抑圧するためにイメージ面マイクロレンズを広く分離すれば、ＤＭＤシステム（図２２）とは異なり、フォトマスクシステムは対物面マイクロレンズ内に照明を集中するためのメカニズムを有していないので、フォトマスク例は重大な光学的損失を受ける。効率とクロストーク抑圧との間の良好な妥協は、前記「開口設計」の項で説明した「実効アポジゼーション」技術を使用することによって達成することができる。対物面マイクロレンズ開口及び投影開口は投影開口上の振幅分布Ａ’（図１４）の第１回折ノードがほぼ投影開口境界にあるようにサイズが定められ、またイメージ面マイクロレンズ開口はイメージ面分布Ａ’の第１回折ノードがほぼマイクロレンズ開口境界にあるようにサイズが定められる。この配列は、イメージ面における回折テールを最小にする傾向があり、重大なイメージクロストークを生ずることなくマイクロレンズ開口を極めて近づけることができる。効率とクロストーク抑圧との間の妥協は、共焦モード点イメージングを使用するのではなく、マイクロレンズを長いフィールドイメージングデバイスとして使用することによって回避することができる。このモードでは、マイクロレンズ及び投影開口のサイズがスケールアップするので、イメージ面マイクロレンズ開口及びマイクロスポットは共に回折限界よりも遥かに大きい。（しかしながら、共焦イメージモードにおけるように、マイクロスポットの大きさはマイクロレンズ開口よりも少なくとも１桁は小さいので、このシステムはマイクロレンズが小さい角度フィールドにわたってのみ動作すればよいという長所を保持する。）マイクロレンズ開口寸法が大きいために、反射光を使用するのではなく、透過光を使用してフォトマスクを照明することが実行可能になるので、システムは普通のフォトマスクを使用することができ、位相シフティング及び斜め照明のような標準イメージ強化技術を使用することができる。（レンズ開口を実際に極めて大きくする、例えば数ミリメートルの直径にすることができるので、ここでは「マイクロレンズ」という語は誤用であるかも知れない。）このシステムは普通の、モノリシックステッパ設計より優れた長所（例えば、小型、低価格光学系）を有しているが、共焦イメージングの主要長所（優れた横方向分解能及び深さ弁別、レンズアレイの幾何的及び色収差に対する不感応性、光学的コヒーレンス効果に対する低感受性）の若干が欠けている。他の型のイメージ源メカニズムもマイクロレンズスキャナと共に使用することができる。例えば、反射性薄膜ストリップを、フォトマスクの代わりに使用することができる。上述した殆どのデバイス例は反射光照明を使用しているが、透過光も積極的に使用することができる。イメージ源は、例えば薄膜透明画、または液晶デバイス（ＬＣＤ）であることができる。しかしながら、反射性媒体は光変調要素に極めて接近させた対物面マイクロレンズアレイによって、極めて小さい画素のアレイへ照明を合焦させる利点がある。更に、薄膜透明画のような透明媒体は、一般に深ＵＶ照明を効率的に透過させない。照明源図２０に示す反屈折システムは、色収差が極めて少ないので、多分、濾波されたアーク灯のような極めて広い帯域幅（例えば、10ｎｍ）の照明源と共に使用することができる。これはＩ線（364ｎｍ）の場合に実現可能であるが、より短い波長の場合には充分な露光エネルギを達成するために深ＵＶレーザ源を必要としよう。クリプトンフッ化物（248ｎｍ）またはアルゴンフッ化物（193ｎｍ）エキシマレーザのようなパルス化レーザは、極めて高い露光エネルギを与えることができる。普通のシステムにおいてはそれらの高い色分散のために線狭めが必要であるが、反屈折システムでは必要ないであろう。エキシマレーザのパルス持続時間は、露光されるイメージ内に重大な点スミアリングを生じさせない程充分に短い（例えば、10ｎｓ）。エキシマレーザの主たる欠陥は、それらのパルス繰り返しレートが典型的に１ｋＨｚより低いことであり、これはＤＭＤが達成可能なフレームレートよりも遥かに低く、多分半導体生産の高いスループット要求に対しては遅過ぎる。この限界は、ＤＭＤ内の画素の数を大きく増加させるか、または複数のマイクロレンズスキャナシステムを並列に動作させることによってのみ解消できるであろう。（多分、１つのレーザから幾つかのスキャナユニットに照明を供給できる。）もしアーク灯のような連続照明源を使用すれば、フレームレートは制限を受けることはない。深ＵＶ応用の場合には、連続波・４倍周波数Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（266ｎｍ）が魅力的なオプションであろう（参照文献６）。連続源を用いた時に当面する１つの問題は、マイクロレンズアレイとウェーハとの間の相対運動に起因するイメージ点スミアリングである。スミアリングを減少させる一方法は、極めて短時間の間各イメージフレームを露光させるように光源をシャッタリングして照明を効果的にストローブすることである。しかしながら、この方法は光効率に極めて大きい損失をもたらす。損失の大部分は、幾つかのスキャナユニットに供給する光源を使用することによって、多分回復することができる。（光源をシャッタリングするのではなく、幾つかのユニットを通して照明を順次に循環させるために光スイッチングメカニズムを使用することになろう。）しかしながら実際には、照明源は複数のユニットに供給する充分なパワーを有していない。点スミアリング問題の実際的な解決法は、照明光学系内にビーム走査メカニズムを含ませ、照明を狭い帯域、または１組の平行帯域に合焦させることによってビームを効果的にストローブし、それらをイメージ源を横切って高速で走査させることである。（概念的には、これは、異なるマイクロレンズスキャナユニット間でビームをスイッチングする代わりに、１つのユニット内の異なる領域間で効果的にスイッチすることを除いて、上述した光スイッチングアプローチに類似している。）この方法を図２４及び２５に示す。図２４は、パルス化光源を用い、普通の全フィールド照明を使用して、ウェーハ露光パターンに対してマイクロレンズをどのように位置決めするかを示している。小さい円（例えば、８０）はウェーハ上の回折制限されたマイクロスポットを表しており、これらは変化する強度で露光されてラスタイメージを発生する。大きい円８１はマイクロレンズ開口を表し、“＋”マーク８２は特定の時点におけるマイクロスポットに対するマイクロレンズの合焦位置を表している。（図２４を図２３のシステムに関係付けて言えば、円が反射性パッドを表し、“＋”マークが対物面マイクロレンズ７９の焦点を表すような、フォトマスク７８を表すものと解釈することができる。）ウェーハ（または、マスク）は走査方向１９に並進させられ、光源は焦点がマイクロスポット上に中心が合っている時にパルス化される。図２５は、走査型照明技術を使用する露光ジオメトリを示している。照明は狭い帯域８３（または、１組の平行帯域）に閉じ込められ、その（または、それらの）帯域を横切る方向８４内の対物フィールド及びイメージフィールドを横切って走査される。マイクロスポットが照明される時間中、各マイクロレンズの焦点がマイクロスポットの中心を通過するように、ビームはウェーハ走査と同期して走査される。（図２５において、照明領域８３の外側のマイクロレンズの焦点はマイクロスポット上に中心が合っていないが、それらが照明ビームによって横切られる時には中心が合った位置までウェーハ走査がシフトしていることに注目されたい。）位置決めフィードバック及び制御図３及び２１ａ、ｂに示す実施形態では、マイクロレンズアレイは光検出器アレイ１４と共に、閉ループウェーハ位置決めサーボメカニズムへフィードバックを供給する位置エンコーダとして動作する。（図２３のシステムのフォトマスクスキャナを制御するために、類似の型のシステムを使用することができる。）エンコーダデータは、ウェーハの横方向位置（Ｘ及びＹ、但し、Ｘは走査座標であり、Ｙは交差走査座標である）、合焦（Ｚ）、傾斜（即ち、Ｘ及びＹ軸を中心とする回転変位）、及びθ（Z軸を中心とする回転）を含むことができる。更に、システムはウェーハとマイクロレンズアレイとの間の表面の反りの分布（即ち、Ｘ及びＹの関数としてのＺ）の測度を供給することができる。典型的には、位置エンコーダは露光波長とは異なるビューイング波長を使用するので、マイクロレンズアレイはエンコーダ波長のために特別に設計されたマイクロレンズ要素を含む必要はない。（原理的には、二重波長マイクロレンズを設計することはできる。例えば、ハイブリッド回折・屈折設計を使用することができる。しかしながら、このような設計を実現することは困難であり、性能に妥協が求められる。）エンコーダマイクロレンズ要素は、露光マイクロレンズの二次元アレイの線形アレイ縁取りとして、またはその中に散在させて形成することができる。Ｘ−Ｙ位置感知は、マイクロレンズの周期的パターンの共焦応答を周期的追尾パターン上で測定するようなモアレ技術を使用することによって達成することができる。この技術を、Ｘ追尾に関して図２６に示す。中心間間隔d_mを有するマイクロレンズＬ₀、Ｌ₁、Ｌ₂、・・・の周期的な行が、周期d_tを有する周期的追尾パターン（エッチングされた方形プロファイルのレリーフ格子のような）上に位置決めされる。追尾位置は、パラメータＸ₀（ウェーハをベースとする座標内のレンズＬ₀の合焦のＸ位置として定義される）の表現で指定することができる。（Ｘ₀ は、時間と共に線形に変化する。）検出器要素は感光画素からなり、レンズＬ_n に対応する画素における、追尾位置Ｘ₀及び画素数ｎの関数としての共焦応答信号S_nは、なる周期性関係を満足する。関数S₀は周期的モジュロd_tであり、寸法d_m、及びd_tは、d_m、がd_tの整数倍に近いが、正確に等しくないように選択される。即ち、ここに、kは整数であり、δは小さい値である（d_tよりもかなり小さい）。即ち、ウェーハか距離δだけ運動すると、信号プロファイルは１画素だけシフトし、従って、画素分解能共焦応答は、δの分解能で、Ｘ₀を測定するために使用することができる。画素間の検出器信号を補間することによって、より良い分解能を達成できる。（分数画素数の関数としての）補間された検出器信号は図２７に示すような周期的モジュロd_t/δになる。（式３９及ひ３７から）。信号周期d_t/δは極めて大きいので、検出器信号の位相はサブピクセル精度まで精密に測定することができ、Ｘ₀の測定精度はδよりもかなり良好になる。実際には、異なる高さに合焦させるための数組の位置センサマイクロレンズを設けることができる。例えば、図２８は異なる合焦の高さh₁、h₂、及びh₃を有する３つの分散したマイクロレンズの組を示している。マイクロレンズは、レジストの異なる厚みを通しての合焦を球形補正することもできる。図２９は、Ｘ、Ｙ、及びθ回転を追尾するために使用できるパターンの上面（ウェーハ面を見下ろした）図を示している。２つの平行なトラックがウェーハのスクライブライン内に形成され、各線はＸ−Ｙ軸に対して45°にエッチングされた平行なウェル８５からなる。一方のトラック内のウェルは互いに直角である。マイクロレンズの行は、各トラック上に配置されている。特定の時点におけるマイクロレンズ合焦位置は、図２９に“＋”マーク８６で示してある。（マイクロレンズの何れかの行を通るＸ−Ｚ面における断面ジオメトリは、上述したような、そして図２６または２８に示してあるような形状を有している。(X₀,Y₀) を１つの特定の焦点におけるウェーハをベースとする座標であると定義すれば、各マイクロレンズの行からの信号プロファイルの位相はＸ₀及びＹ₀の両方の関数であり、位相項の一方はX₀＋Y₀に比例し、他方はX₀−Y₀に比例する。２つの位相項の和は、Ｘ₀の測度を与え、差はＹ₀の測度を与える。更に、θが僅かに回転しただけで、２つの信号プロファイルの基本周波数に測定可能なシフトをもたらす。一方の周波数はθと共に増加し、他方は減少するので、２つの周波数の間の差はθの正確な測度を与えることができる。また２つの周波数の和を監視すれば、マイクロレンズアレイとウェーハとの間の熱膨張の不整合を検出することができる。追尾信号はディジタル的に解析することができ、またはアナログエレクトロニクスを使用して追尾信号を位置決め制御信号に変換することもできる。位置測定は多数の（例えば、1000の）マイクロレンズからのデータを使用して行われるので、位置フィードバックはマイクロレンズ、または追尾パターンの何れかの中の小さい欠陥、またはランダムな不正確さには不感応である。もしウェーハステージが充分に正確且つ精密なエンコーダを有していれば、位置フィードバックは、マイクロレンズエンコーダから供給されるのではなく、簡単にステージエンコーダ自体から供給されるような、遥かに簡単な追尾方法を使用することができる。しかしながら、それでもマイクロレンズアレイに対してウェーハを正確に位置決めして位置を台わせ、マイクロレンズイメージングを使用して予備露光位置合わせすることができるようにする必要がある。位置合わせパターンは、粗位置決めのための大きい特色（例えば、グレーコードバーパターン）＋図２６、２７に関連して上述したモアレ技術によって高分解能X及びY測定を得るための簡単な周期的な線／空間、またはチェッカーボードパターンを含むことができる。良好なθ測定精度を得るためには、少なくとも２組の位置合わせパターンがウェーハ上の広く分離した位置に形成されよう。他のX-Y位置合わせ技術も可能である。位置感知要素としてマイクロレンズアレイではなく、モアレ回折格子を使用することができる（参照文献１０）。また、マイクロレンズアレイまたはモアレ回折格子のような光学位置エンコーダをウェーハステージ内に直接セットし、位置合わせパターンをウェーハの後側に形成することができる。このアプローチの幾つかの長所は、位置合わせパターンが貴重なウェーハの空間を占めないこと、それらがウェーハ処理ステップによって影響を受けないこと、及びステージに埋め込まれたエンコーダ要素とウェーハとの間の密な光学的結合が位置合わせ精度の改善を援助することである。後側位置合わせ（及びモアレ格子を使用する上側位置合わせ）の主たる欠陥は、それがマイクロレンズアレイに対するウェーハ位置の直接的な測度を与えないので、位置合わせにはアレイと位置エンコーダとの間のＸ−Ｙオフセットの正確な較正が必要なことである。（この欠陥は、多分、各ウェーハ上での全ての製造プロセスを同一の露光ツールを使用して遂行することによって軽減することができる。Ｘ−Ｙオフセットに関係する位置決めエラーは全てのプロセス層で同一になり、従ってオーバレイ精度に影響しない。）ウェーハステージエンコーダは充分に正確且つ精密な位置フィードバック信号を供給することはできるが、システムが主位置決めフィードバックセンサとしてステージエンコーダに頼っていようと、いまいと、ステージ駆動メカニズム自体は充分に精密且つ敏感な位置制御を与えることはできないかも知れない。高慣性ステージ電動機はサブミクロンレベルの位置決め精度で、滑らか且つ均一な走査運動を行うことはできるが、約10ｋＨｚのフレームレートでイメージを走査しながら0.1μｍレベル以下の位置合わせ精度を達成するには付加的な位置合わせ手段も必要とされる。２つの相補的な精位置合わせメカニズムを、単独で、または一緒に使用することができる。一方は、マイクロレンズアレイに直接結合されている圧電アクチュエータのような極めて精密なＸ−Ｙ位置変換器である。もしマイクロレンズ開口がオーバフィルされていれば、マイクロレンズ位置が横方向へ僅かにシフトしてもそれらの焦点が横方向へシフトするだけであり、合焦したスポット強度分布に重大な影響を与えることはない。このメカニズムは、マイクロレンズアレイの慣性が低いことから高速応答時間を有しているが、典型的には0.1μｍりも遥かに良好な分解能を有するアクチュエータを必要とする。（もしマイクロレンズアレイ自体が主位置フィードバックセンサとして機能しなければ、精位置合わせメカニズムの一部として付加的なＸ−Ｙ位置エンコーダをマイクロレンズシステム内に組み込まなければならない。）図２３の実施形態では、この技術をフォトマスク７８と対物面マイクロレンズアレイ７９との間のＸ−Ｙ精位置合わせのために使用することもできる。第２のアプローチは、Ｘ−Ｙ位置アクチュエータを投影開口上に配置することである。ウェーハ上の合焦されたスポットは投影開口の回折制限されたイメージであり、開口が充分にオーバフィルされている限り、開口の並進シフトがスポットに対応する位置シフトを誘起させ得る。照明光学系は、照明エンコーダを開口上に心合わせさせ続けるために、開口アクチュエータと同期して動作するビーム舵取りメカニズムを含むことができる。このアプローチの長所は、開口の大きい位置調整が合焦されたスポット位置における非常に精な分解能シフトに変換されることである（例えば、１ｍｍの開口シフトが、典型的には0.1μｍより充分に低いイメージシフトを誘起する。）図２１ａ、ｂに示すシステム形態では、ＵＶ露光投影開口及びビューイング投影開口は共に共通基体６４上に形成されているので、もし基体位置を精な位置合わせ制御のために調整すれば、検出器のＸ−Ｙフィードバック信号は常に位置合わせ補正が適用されたウェーハの相対位置を表していることに注目されたい。（この型のシステムは、閉ループ位置合わせ制御を行う。代替として、ビューイング開口薄膜６５は固定したままとし、分離した可動基体上にＵＶ開口薄膜６３を沈積させ、検出器信号が精な位置合わせ補正を適用する前の相対ウェーハ位置を表すようにすることによって、開ループ設計を構成することができる。）イメージフレームスイッチングをＸエンコーダ信号に同期させることによって、Ｘ位置合わせを精調整することもできる。例えば、もし照明源がエキシマレーザであれば、そのパルススイッチングをエンコーダ信号からトリガすることができる。代替として、もしＤＭDイメージ源を連続光源と共に使用していれば、画素スイッチング内に可変時間遅延を導入することによって、またはＤＭＤのクロック信号をエンコーダ信号に位相ロックすることによって、フレームレートをＸに同期させることができる。Ｘ−Ｙ追尾または位置合わせのための位置決めエンコーダとしての機能に加えて、マイクロレンズアレイは、合焦エラーを測定するためにも機能することができる。合焦位置Ｚの関数としての各マイクロレンズの正規化共焦合焦応答Ｉ[Z] は次の形状を有している。ここに、λは波長であり、sin[α]はマイクロレンズ開口数であり、そしてsinc[ ｕ]＝sin[πｕ]/（πｕ）である（参照文献１の１１頁の式1.1）。例えば、図３０は、波長λ＝0.633μｍで動作している0.5ＮＡシステムの共焦応答を示している。曲線の半値全幅は2.1μｍである。合焦エラーは、合焦曲線に僅かな相対オフセットを有する２つの隣接するマイクロレンズの信号応答を比較することによって極めて正確に測定することができる。オフセットは、例えばマイクロレンズ内に設計することができる。図３１は、焦平面がそれぞれウェーハ表面１２の上及び下に距離ΔZだけ変位している２つの合焦センサマイクロレンズ８７及び８８を示している。合焦オフセットは、２つの焦点が同一の（パーフォーカルな）マイクロレンズを、異なるエッチング深さを有するウェーハ上の領域上に位置決めすることによっても作ることができる。例えば、図３２は合焦センサマイクロレンズ８７及び８８がウェーハ表面の下の小さい距離ΔＺだけ変位した共通焦平面を有し、ウェーハ表面１２の部分（例えば、スクライブライン内の領域）が2ΔZの深さにエッチングされているような構成を示している。（本質的に、マイクロレンズの焦点距離は色分散のために長い波長において大きくなるから、このアプローチは特別目的合焦センサレンズを必要としないという潜在的な利点を有している。同じレンズセットを、ＵＶ露光点を上面に集束させるために、及び0.633μｍ放射を上面の下に合焦させるために使用することができる。）何れかのアプローチ（図３１または図３２）を使用すると、一方のマイクロレンズの共焦応答はI[Z＋ΔZ] になり、他方の応答はI[Z−ΔZ]になる。２つの応答関数を組合わせると、以下に示す形状の自己正規化された集束フィードバック信号F[Z]が得られる。波長λ＝0.633μｍで動作し、ΔZ＝0.5μｍの0.5ＮＡシステムのためのこの関数を図３３に示す。±1.5μｍの範囲内では、関数は単調（モノトニック）であり、合焦位置と共にほぼ線形に変化する。図３１に示した概念を普遍化すれば、ある範囲の合焦の高さをカバーする３つまたはそれ以上のマイクロレンズセットを使用して、ある大きい距離の合焦位置にわたって精合焦能力を得ることができる。（または、図３２の概念を拡張すれば、３つまたはそれ以上の深さのエッチングを設けて、焦点が同一のマイクロレンズを用いて拡張された距離の合焦を得ることができる。）長距離集束要素は良好な精密さを有してはいないが、長い焦点距離の低ＮＡマイクロレンズを使用して更に大きい距離にわたって粗合焦を得ることはできる。（合焦距離及び精度エラーは共に、1/NA²に比例して変化する。）合焦位置を測定することに加えて、アレイ上の広く分離した位置に分布させた３つまたはそれ以上のＺ位置エンコーダからの出力を組合わせることによって、ウェーハとマイクロレンズアレイとの間の相対的な傾きを測定することができる。多数のＺセンサからの出力を組合わせることによって、アレイ全体にわたる完全Ｚ高さマッピングも行うことができる。このデータは、反りひずみを測定するために使用することができる。反り測定の一つのアプローチは、マイクロレンズアレイの先縁に沿う１行のＺセンサを使用してウェーハをアレイの下で走査させると、ウェーハの反りの分布がラスタ状にマップされる。しかしながら、この方法は、累積反りひずみを入手するためには分離して較正し、ウェーハの反りに追加しなければならないアレイ自体の固有の反りに関する情報は得られない。アレイの反りは、ある範囲の集束高さにわたる光学的平面（ＵＶ照明を用いた）上の露光マイクロレンズの合焦応答を測定することによって較正することができる。反りを測定するより簡単な、そしてより頑丈な方法は、先縁行と平行な、且つアレイ内に分散させた数行のＺセンサ要素を使用することであろう。分散したＺセンサを有するマイクロレンズレイアウトを図３４に示す。これは、Ｚセンサレンズ（ハッチした円で示す）か走査線に沿って分散されていることを除いて、図６の多重走査レイアウトに類似している。例えば、隣接する走査線８９及び９０は、アレイの先縁の２つまたはそれ以上のマイクロレンズ９２及び９３からなるＺセンサユニット９１によってカバーされる。これらの要素はエンコーダビューイング波長で動作するように設計されており、図３１におけるように、固定された合焦オフセットを有している。（理想的には、要素９２及び９３は同一の走査線をカバーするが、図３４においてはこれらは僅かにＹ方向に変位しているので、マイクロレンズを方形アレイに展開することができる。）このユニットには、ＵＶ露光レンズ９４及び９５、第２のＺセンサユニット９６、及び露光レンズ９７及び９８等が続く。（図３４においては、レンズの1/3がＺセンサ要素として示されているが、実際にはこの比は１％またはそれ以下に近くすることができる。）測定された反りによる合焦エラーは、アレイ内に反り分布の補償を導入することによって動的に補正することができる。補正用の反りは、マイクロレンズアレイの周辺に沿って応力分布を適用することによって（例えば、圧電変換器によって）生成される。極めて一般的な反り分布を、この方法によって導入することができる。アレイの内部には垂直力は存在せず、交座標Ｘ及びＹの関数としての誘起されたＺ変位δZ[X,Y]は、一般薄板平衡方程式によって表される。（参照文献１１の727頁の式１３．４１から。）この方程式の解は、δZの境界値及びその勾配によって決定され、従ってアレイ周辺における表面高さ及び勾配を制御することによって、原理的には上式を満足する反り分布を生成することができる。例えば、Ｘ及びＹにおける一般的な三次多項式の形状を有する反り分布を誘起させることができる。上述した技術は、以下のように、実際に実現することができる。ウェーハ表面に対して集束高さZ₁、Z₂、・・・を与えるマイクロレンズアレイの内部にＺセンサが分散されているものとする。アレイの周辺付近に分散されている応力アクチュエータは、電圧V₁、V₂、・・・によって制御される。印加電圧の変化δV₁、δV₂、・・・は小さい合焦高さ変位δZ₁、δZ₂、・・・を誘起させ、これらはほぼ線形の電圧依存性を有している。 C_ijは一定の較正係数であり、これは光学的平面上に合焦させて種々の電圧組合わせを印加した時に誘起した反り分布を測定することによって決定することができる。式４５は、以下のように行列表記法で表すことができる。マイクロレンズアレイの動作モードでは、集束高さZ₁、Z₂、・・・は動的に測定され、設計合焦高さ（設計に入っているウェーハトポグラフィを補償してある）から減算することによって計算された高さ補正δZ₁、δZ₂、・・・が求められる。次に、式４６を使用して、計算された補正を誘起する制御電圧調整を計算することができる。典型的にはアクチュエータより多くのＺセンサが存在しているので、一般的に式４６を正確に解くことはできないが、最小自乗最小化によって近似的に解くことはできる。ここに、CTはＣの行列転置である。フィードバック振動を制動するために若干の変更を行うと、式４７は精合焦、傾き、及び反り補償の閉ループ制御を行うアルゴリズムの基礎として役立たせることができる。図３５ａ、ｂは、マイクロレンズアレイの６軸微小位置決め制御プラス反り補償を行うシステムの上面図及び側断面図である。マイクロレンズは極めて薄い溶融シリカディスク上にエッチングされた表面レリーフパターンとして形成されており（図１５参照）、このディスクは支持用溶融シリカスーパーストレート３９上に結合されている。スーパーストレートはディスク形状であり、若干のたわみ性を有するように充分に薄く、その底面はその周辺に僅かな、浅い傾斜を有していてディスクがたわんだ時にウェーハ間隙ができるようになっている。このスーパーストレートは垂直に分極された圧電パッド（例えば、１０１及び１０２）によって堅固なフランジ付き管状要素１００に取付けられている。圧電パッドは、スーパーストレートの周辺のＺ高さ分布を制御する。パッドは要素対にされて円周方向に配列されており、各対の要素（例えば、要素１０１及び１０２）は、スーパーストレートの周辺における表面勾配を制御するために、それらが反対方向に動作できる（例えば、一方が収縮し、他方が伸長する）ように半径方向に変位している。管状要素１００の外面は３つの平面を有しており、それらの上に圧電ずらし板（例えば、１０３）が結合されている。各板の外面は板ばね（例えば、１０４）に結合され、板ばねは支持用外側管１０５に取付けられている。各圧電板は、３つの板がＸ、Ｙ、及びθ微小位置決め制御を行うように作動させることができるように、水平に、且つ取付けられている板ばねに平行に分極されている。外側管１０５は、普通の顕微鏡合焦メカニズム（初期の粗合焦調整のために使用されるが、走査露光動作中、通常はロックされている）内に収容することができる。図３６は、好ましい実施形態における、上述した種々のフィードバック及び制御メカニズムを要約したシステムレベル概要図である。（実際のマイクロリトグラフィ露光ツールは、必ずしも図３６に示す要素の全てを必要としない。）図中、光路は太い実線で示されており、電子データまたは信号経路は細い実線で表されており、そして機械的制御リンケージは破線で示されている。「コントローラ」１０６は、１つまたはそれ以上のコンピュータ、ディジタルマイクロコントローラ、アナログ回路、またはこれらの要素の組合わせからなることができる。コントローラは、ウェーハ走査、ＤＭＤイメージフレーム生成、及び（オプションで）照明ビームスキャナ１０７を同期させ、また走査位置決めエラーを動的に補正するフィードバックループを制御する。光検出器信号は、走査中に動的な合焦、傾き、及び反り測定を行い、上述したモアレ技術による予備露光位置合わせのために高分解能Ｘ−Ｙ及びθ位置データも供給する。多分、モアレ信号は動的走査制御のために使用することもできるが、それは精Ｘ−Ｙ走査位置感知のためのステージエンコーダ１０８に頼る方がより実際的であろう。粗Ｘ−Ｙ走査の作動はステージ電動機１０９によって行われ、高分解能Ｘ−Ｙ走査位置決め、並びに合焦、傾き、及び反り補正はマイクロレンズアレイに結合されている圧電アクチュエータ１１０によって行われる。（圧電サーボメカニズムはそれ自体の位置エンコーダ１１１を有していよう。）精Ｘ−Ｙ走査制御も、オプションで、投影及び照明開口に結合されている機械的アクタチュエータ１１２及び１１３によって行われる。式１１及び１２の導出のための表記法以下の導出においては、引き数x,y，・・・を取る関数ｆを表すために、以下の表記法を使用する。（f［x,y，・・・］|x,y，・・・）（上記表現は「引き数x,y，・・・に適用した時に、f［x,y,・・・］"を与える関数」と読む。）また、関数ｆのフーリエ変換は以下のように表記される。換、または二次元変換等を表す。これは、フーリエ変換の「ユニタリ」形状であ有している。畳込み演算convは次のように定義される。 conv[f,g]＝(∫・・・∫f[x¹,y¹,・・・]g[x-x',y-y'，・・・]dx'dy’・・・|x，y，・・・) 但し、これは、ｆ及びｇの型に依存して、一次元畳込み、または二次元畳込み等を表すことができる。また、ディラックのデルタ関数δ、及び以下のように定義されるディラックのコーム(comb)関数を使用する。面露光理論の導出（式１１）式１１は、式９の以下の等価形状を使用することによって導出される。２の右辺の第１項は、に変換される。開口関数A'[x',y']は原点に心合わせされた半幅ＮＡ_m、の方形の外側では何処でも０である。即ち、もし｜x’｜＞NA_m、または｜y'｜＞NA_mならば、これから、式Ａ３は半幅２ＮＡ_m、の方形の外側では０であることが導かれる。もし｜x’｜＞2NA_m、または｜y’｜＞2NA_mならば、しかしながら、式Ａ２のcomb項はx'及びy’が1/sの整数倍である点に位置するデルタ関数の重畳からなるので、ｓ＜1/(2NA_m)という仮定の下では（式１０）、(x ',y')＝(０，０)における０次項を除くこれらのデルタ関数の全ては開口関数によってマスクされよう。この式の両辺の逆フーリエ変換を取ると、が得られ、これは式１１と等価である。線露光理論の導出（式１２）式１２は、式８の以下の等価形状を使用することによって導出できる。式Ａ８の両辺の逆フーリエ変換を取り、（１−次元）畳込み理論を適用すると、再び畳込み理論を適用すると、式Ａ９の右辺の第１項は、ｙ座標に順次に適用される２つの一次元フーリエ変換の合成に等価である。従って、ｙ変数に対するA[x，y]のフーリエ変換は、将にｘ’に対するA’[x'，y ’]の逆フーリエ変換に等価である。｜Y'｜＞NA_mの場合A'[x'，y’]＝０（式Ａ４）であるから、これは、｜Y'｜＞NA_m、の場合にでもある。従って、式Ａ１２から、式Ａ１０の畳込み演算の両引き数は、０を中心とする半幅ＮＡ_m、の間隔の外側では０であり、従って、｜Y’｜＞NA_m、の場合、ｓ＜1/(2NA_m)という仮定の下では、式Ａ１４から、式Ａ９のcomb項を構成している０次項を除く全てのデルタ関数は、開口関数によってマスクされることになる。従って、式Ａ９は、に等価である。式Ａ１５の両辺の逆フーリエ変換を取ると、が得られ、これは式１２と等価である。結論結論として、本発明が高分解能及びフィールドサイズを達成するイメージングシステム及び技術を提供することが理解されたであろう。本発明によるシステムは、既存のマイクロリトグラフィック及び他の光学技術を使用して容易に製造することができる。従って、本発明は普通の広フィールド、高ＮＡ顕微鏡、及びマイクロリトグラフィシステムを特徴付けている複雑さ、及び価格を減少させる。更に、本発明は、平坦なフィールド、ひずみの無いイメージングを、極めて大きい（普通のイメージング手段の実際的な限界よりも大きい）イメージフィールドにわたる正確なオーバレイ、合焦、及び反り補償と共に可能にするという潜在的性能の長所を提供する。一実施形態において、本発明は、ディジタルマイクロミラーデバイスをイメージ源として使用し、半導体製造におけるフォトマスクの必要性を潜在的に排除する。以上に本発明の特定の実施形態を完全に説明したが、種々の変更、代替構造、及び等価を使用することができる。従って、以上の説明は、請求の範囲に記載されている本発明の範囲を限定するもとの理解すべきではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ【要約の続き】けるフォトマスクの必要性を排除する。

Claims

【特許請求の範囲】 1. イメージングシステムにおいて、対物面と、上記対物面と共役するイメージ面と、投影開口と呼ぶ制限用開口ストップとを有する光学投影システムを含み、マイクロレンズ開口アレイを限定する開口をそれぞれが有するマイクロレンズの平面アレイを含み、上記開口アレイは上記投影システムの対物面に位置決めされており、上記マイクロレンズはそれぞれ上記投影開口と共役する焦点を有していて焦点アレイを限定しており、上記マイクロレンズアレイと、上記焦点アレイに近接するイメージングサンプルとの間の相対運動を確立する走査メカニズムを含み、上記サンプルに対して上記焦点が横切る経路は極めて接近して離間しているラスタ線のセットからなり、感光検出器要素のアレイからなる検出器を含み、上記検出器は上記投影システムのイメージ面に位置決めされており、上記投影システムは各マイクロレンズ開口を対応する検出器要素上にイメージし、上記検出器要素は対応するマイクロレンズ焦点に近接する上記サンプル上の、または上記サンプル内のマイクロスポットから発する光に応答するようになっており、上記サンプルと上記マイクロレンズアレイとの間の相対運動を確立するように上記走査メカニズムが動作するにつれて上記検出器の応答を記録するデータ収集システムを含み、それによって上記サンプルの高分解能ラスタイメージが合成されるようになっていることを特徴とするイメージングシステム。 2. 照明システムを更に含み、上記マイクロレンズアレイ及び上記投影システムは更に、上記照明システムからの光を上記マイクロスポット上に合焦させてサンプル照明を行うように構成されている請求項１に記載のイメージングシステム。 3. 上記照明システムからの光を上記投影システムの光路に併合するように配置されているビームスプリッタを更に含み、このように併合された光及び上記サンプルから反射したイメージ光は、上記ビームスプリッタと上記サンプルとの間で同一の光路を通るようになっている請求項２に記載のイメージングシステム。 4. 上記全てのマイクロレンズは同一の焦点距離を有しており、上記焦点は全て上記走査方向に平行な共通焦平面内にあり、それによって上記システムは、上記サンプル上の、または上記サンプル内の選択された合焦深さにおいて高分解能イメージングを達成するようになっている請求項１に記載のイメージングシステム。 5. 照明色度を上記走査運動と同時に変更するメカニズムを更に含み、上記各ラスタ線は複数のマイクロレンズによって走査され、上記連続走査から多色または複数波長のイメージが合成されるようになっている請求項２に記載のイメージングシステム。 6. 上記各ラスタ線は、異なる焦点距離を有する複数のマイクロレンズによって走査され、上記サンプル上の、または上記サンプル内の異なる合焦深さにおいて走査されたイメージを組合わせることによって三次元イメージ情報が合成されるようになっている請求項１に記載のイメージングシステム。 7. 上記各ラスタ線は複数のマイクロレンズによって走査され、上記全てのマイクロレンズは同一の焦点距離を有しており、上記焦点は全て上記走査方向に傾いた共通焦平面内にあり、上記サンプル上の、または上記サンプル内の異なる合焦深さにおいて走査されたイメージを組合わせることによって三次元イメージ情報が合成されるようになっている請求項１に記載のイメージングシステム。 8. 印刷システムにおいて、対物面と、上記対物面と共役するイメージ面と、投影開口と呼ぶ制限用開口ストップとを有する光学投影システムを含み、マイクロレンズ開口アレイを限定する開口をそれぞれが有するマイクロレンズの平面アレイを含み、上記開口アレイは上記投影システムのイメージ面に位置決めされており、上記マイクロレンズはそれぞれ上記投影開口と共役する焦点を有していて焦点アレイを限定しており、上記マイクロレンズアレイと、上記焦点アレイに近接する印刷表面との間の相対運動を確立する走査メカニズムを含み、上記印刷表面に対して上記焦点が横切る経路は極めて接近して離間したラスタ線のセットからなり、光変調イメージ源要素のアレイからなるイメージ源を含み、上記イメージ源は上記投影システムの対物面に位置決めされており、上記投影システムは各イメージ源要素を対応するマイクロレンズ開口上にイメージして上記対応するマイクロレンズ焦点に近接する土記印刷表面上のマイクロスポット上の光レベルを制御するようになっており、上記印刷表面が走査されるにつれて上記イメージ源を制御するイメージ変調メカニズムを含み、それによって、上記印刷表面内に感光材料が位置決めされた時に、上記感光材料上に合成された高分解能ラスタイメージが記録されるようになっていることを特徴とする印刷システム。 9. 上記感光材料は、平面基体上のフォトレジストである請求項８に記載の印刷システム。 10．上記基体は、半導体ウェーハである請求項９に記載の印刷システム。 11．上記投影開口のサイズ及び形状は、上記各イメージ源要素によってその対応するマイクロレンズ開口上に発生される回折制限された振幅分布が、隣接するマイクロレンズ開口上にノードを有するように決定されており、それによって上記隣接するマイクロレンズ内への光漏洩が最小になるようにした請求項８に記載の印刷システム。 12．上記投影開口は、上記隣接するマイクロレンズ開口内への光漏洩を最小にするようにアポダイズする請求項８に記載の印刷システム。 13．上記イメージ源を照明する照明システムを更に含み、上記照明は上記イメージ源要素によって変調され、上記投影システム及びマイクロレンズアレイによって上記印刷表面上へ伝送されるようになっている請求項８に記載の印刷システム。 14．上記請求項８に記載の上記走査メカニズムは第１の走査メカニズムを限定し、上記照明システムは第２の走査メカニズムを更に含み、上記照明システムは、任意の特定の時点に上記イメージ源上の、または上記マイクロレンズアレイ上の狭い帯域、または平行帯域のセットだけを照明するようになっており、上記第２の走査メカニズムは、１つの照明帯域によって横切られる極めて短い時間間隔中だけ各マイクロスポットが照明されるように、上記第１の走査メカニズムと同期して上記イメージフィールドを横切る上記１つのまたは複数の照明帯域を繰り返して走査し、それによって上記印刷表面と上記マイクロレンズアレイとの間の相対運動に起因する上記印刷表面上の露光パターンのスミアリングを最小にするようになっている請求項13に記載の印刷システム。 15．上記イメージ源は光透過性の光学媒体を含み、上記照明システムは透過モードで上記イメージ源を照明し、上記イメージ源要素は上記光学媒体上に異なる光透過率特性を有するそれぞれのゾーンを含んでいる請求項13に記載の印刷システム。 16．上記イメージ源は光反射性の光学媒体を含み、上記照明システムは反射モードで上記イメージ源を照明し、上記イメージ源要素は上記光学媒体上に異なる光反射率特性を有するそれぞれのゾーンを含んでいる請求項13に記載の印刷システム。 17．上記イメージ源はディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を含み、上記投影システムは上記対物側上がテレセントリックである請求項16に記載の印刷システム。 18．上記照明システムからの光を上記投影システムの光路内へ併合するように配置されているビームスプリッタを更に含み、このように併合された光及び上記イメージ源から反射したイメージ光は、上記ビームスプリッタと上記イメージ源との間で同一の光路を通るようになっている請求項16に記載の印刷システム。 19．上記照明システムは、上記投影開口に隣接する離軸照明源を含んでいる請求項16に記載の印刷システム。 20．上記照明源は、光ファイバ照明具からなる請求項19に記載の印刷システム。 21．上記請求項８に記載のマイクロレンズアレイは、第１のマイクロレンズアレイを限定し、上記イメージ源はディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、及び上記ＤＭＤに近接して配置されている第２のマイクロレンズアレイを更に含み、上記各イメージ源要素は、上記第２のマイクロレンズアレイの対応する第１及び第２のマイクロレンズ及び上記ＤＭＤの対応するマイクロミラーからなり、上記投影システムは上記対物側がテレセントリックであり、上記第２のマイクロレンズアレイは、上記投影システムの対物面内に配置されており、上記各イメージ源要素の対応する第１のマイクロレンズは、上記照明源を上記対応するマイクロミラーに近接する対応する第１の照明イメージ点に合焦させるようになっており、上記各イメージ源要素の対応するマイクロミラーは、傾き制御及び固定光学倍率を有しており、上記マイクロミラーがその「オン」状態にある時には、上記対応する第１の照明イメージ源点が、上記対応する第２のマイクロレンズの開口の中心にある対応する第２の照明イメージ点へ上記マイクロミラーによって再イメージされ、上記対応する第１のマイクロレンズの開口が、上記マイクロミラーに近接する対応する開口イメージへ上記マイクロミラーによってイメージされるようになっており、上記各イメージ源要素の対応する第２の照明イメージ点は、上記第１のマイクロレンズアレイの上記対応するマイクロレンズ開口上へ上記投影システムによって再イメージされ、上記各イメージ源要素の対応する第２のマイクロレンズは、上記対応する開口イメージを上記投影開口上へイメージし、上記各イメージ源要素の対応するマイクロミラーはその「オフ」状態にある時には傾いて、上記対応する第１のマイクロレンズによって捕捉された上記照明光を上記投影開口から逸らせるようになっており、上記ＤＭＤマイクロミラー要素及び上記第２のマイクロレンズアレイ要素内の上記光学倍率、及び上記ＤＭＤと上記第２のマイクロレンズアレイとの間の分離距離は、上記マイクロミラーの開口サイズ要求及び表面形状許容度、上記マイクロミラーの傾き範囲及び傾き許容度、エネルギ効率、及びイメージクロストークに関係するトレードオフを釣合わせるように選択されている請求項19 に記載の印刷システム。 22．上記請求項項８に記載の上記マイクロレンズアレイ、上記マイクロレンズ開口アレイ、及び上記焦点アレイは、それぞれ、第１のマイクロレンズアレイ、第１のマイクロレンズ開口アレイ、及び第１の焦点アレイを限定し、上記イメージ源は、第２のマイクロレンズ開口アレイを限定するそれぞれの開口を有するマイクロレンズの第２の平面アレイを更に含み、上記第２のマイクロレンズ開口アレイは、上記投影システムの対物面に位置決めされており、上記第２のマイクロレンズアレイの上記マイクロレンズ要素は、上記投影開口と共役し且つ第２の焦点アレイを限定するそれぞれの焦点を有し、上記各イメージ源要素は、上記第２のマイクロレンズアレイのそれぞれのマイクロレンズ及び、上記それぞれのマイクロレンズの焦点に位置決めさている光変調要素を含んでいる請求項８に記載の印刷システム。 23．照明システム及び上記第２の焦点アレイに位置決めされている反射性表面を更に含み、上記照明システムは、上記イメージ源を反射モードで照明し、上記光変調要素は、上記第２の焦点アレイの上記焦点位置にある上記反射性表面上の可変反射率のスポットからなり、上記第２のマイクロレンズアレイ及び投影システムは、上記照明システムからの光を上記反射性スポット上へ合焦させるようにも構成されている請求項22に記載の印刷システム。 24．上記反射性表面は、反射モードで動作するフォトマスクからなり、上記光変調要素の反射率は、上記印刷表面を走査して異なる光反射率特性を有する上記フォトマスクを上記第２の焦点アレイの上記焦点に位置させるように、上記第２の焦点アレイを横切って上記フォトマスクを並進させることによって変化させられる請求項23に記載の印刷システム。 25．上記投影システムは、二重テレセントリックである請求項８に記載の印刷システム。 26．上記投影システムは、上記投影開口を上記投影システムの対物側の無限遠にイメージし、それによって上記システムを上記対物側でテレセントリックにする第１の平行化レンズ要素と、上記投影開口を上記投影システムのイメージ側の無限遠にイメージし、それによって上記システムを上記イメージ側でテレセントリックにする第１の平行化レンズ要素とを含む請求項25に記載の印刷システム。 27．上記投影システムは、第１及び第２の離軸部分を有する平行化鏡と、上記投影開口内の反射器と、を含み、上記平行化鏡の上記第１の離軸部分は、上記投影開口を上記投影システムの上記対物側上の無限遠にイメージし、それによって上記システムを上記対物側でテレセントリックにし、上記第１の離軸部分は、上記対物面からの光を上記投影開口に向けて反射させ、上記投影開口内の上記反射器は、上記第１の離軸部分からの光を上記平行化鏡上の第２の離軸部分上へ戻すように反射させ、上記第２の離軸部分は、上記投影開口からの光を上記イメージ面上に反射させ、上記第２の離軸部分は、上記投影開口を上記イメージ側の無限遠にイメージし、それによって上記システムを上記イメージ側でテレセントリックにする請求項25に記載の印刷システム。 28．光検出器及び位置フィードバック制御メカニズムを更に含み、上記マイクロレンズアレイ及び投影システムは、上記イメージ源からの光を上記印刷表面上に合焦させるだけではなく、上記印刷表面から反射した光エネルギからなる反射ビームを収集してそれを光検出器上に投影し、それによって上記マイクロレンズアレイと上記印刷表面との間の位置的関係に関する情報を与える検出器信号を発生するようになっており、上記位置的情報は、上記位置的関係を正確に制御するために上記フィードバック制御メカニズムによって使用されるようになっている請求項８に記載の印刷システム。 29．上記投影システムの光路からの反射光を分離するために配置されているビームスプリッタを更に含み、上記印刷表面に投影された光及び上記反射光は、上記ビームスプリッタと上記印刷表面との間で同一の光路を通るようになっている請求項28に記載の印刷システム。 30．上記印刷表面は、２つの波長、または波長の狭いスペクトル範囲によって照明され、第１の波長は上記感光材料を露光し、第２の波長は上記検出器によって感知されて上記位置的情報を与えるようになっている請求項29に記載の印刷システム。 31．上記投影システムは、二重テレセントリックである請求項30に記載の印刷システム。 32．上記投影システムは、第１及び第２の離軸部分を有する平行化鏡と、上記投影開口内の反射器と、を含み、上記平行化鏡の上記第１の離軸部分は、上記投影開口を上記投影システムの上記対物側上の無限遠にイメージし、それによって上記システムを上記対物側でテレセントリックにし、上記第１の離軸部分は、上記対物面からの上記第１の波長の光を上記投影開口に向けて反射させ、上記投影開口内の上記反射器は、上記第１の離軸部分からの光を上記平行化鏡上のその第２の離軸部分上へ戻すように反射させ、上記第２の離軸部分は、上記投影開口からの光を上記イメージ面上に反射させ、上記第２の離軸部分は、上記投影開口を上記イメージ側の無限遠にイメージし、それによって上記システムを上記イメージ側でテレセントリックにする請求項30に記載の印刷システム。 33．上記平行化鏡は第３の離軸部分を更に含み、上記開口反射器は、透明ウェッジ基体上に沈積され上記第１の波長においては高い反射率を呈するが、上記第２の波長においては透明である第１の光学被膜からなり、上記ビームスプリッタは、上記ウェッジ上の上記第１の被膜とは反対側の表面上に沈積されている第２の光学被膜からなり、上記第２の被膜は、上記第２の波長において部分的に反射性であり、上記第２の波長における照明エネルギは、光源から上記両被膜を通して上記平行化鏡の上記第２の離軸部分に向けて投影されるので、両波長は上記ウェッジと上記印刷表面との間で同一の光路を通るようになり、上記第２の波長において上記印刷表面から戻って反射したビームは、上記第２の被膜によって上記第３の離軸鏡部分へ向かって部分的に反射され、上記第３の離軸鏡部分へ向かって部分的に反射されるビームは上記２つの被膜の間の上記ウェッジの角度のために上記第１の離軸部分からは空間的に分離し、次いで、上記第３の離軸鏡部分は、上記ビームを上記検出器上に反射させるようになっている請求項32に記載の印刷システム。 34．上記印刷表面は位置合わせマスクを更に含み、上記位置合わせマスクは、上記位置フィードバック制御メカニズムによって検出され、上記マイクロレンズアレイと、上記マイクロレンズアレイと平行な上記印刷表面との横方向位置関係によって限定される位置関係の成分を決定するために使用され、上記位置情報は、上記横方向位置関係を正確に制御し、且つ上記走査メカニズムを上記イメージ源と同期させるために使用されるようになっている請求項28に記載の印刷システム。 35．上記位置合わせマスク及び上記焦点アレイは周期パターンからなり、上記位置合わせマスクからの反射エネルギが上記検出器信号においてモアレパターンを形成して上記マイクロレンズアレイと上記印刷表面との間の上記横方向位置関係の正確且つ精密な測度を与えるように、上記位置合わせマスクの周期性は上記焦点アレイの周期性とは異なっている請求項34に記載の印刷システム。 36．上記投影開口は、上記検出器信号が上記印刷表面に対する上記マイクロレンズアレイの合焦の高さの正確且つ精密な測度を与える合焦信号からなるように、上記マイクロレンズからの焦点が合っていない光を大きく減衰させ、上記合焦信号は、上記合焦の高さを正確に制御するために上記位置フィードバック制御メカニズムによって使用されるるようになっている請求項28に記載の印刷システム。 37．上記合焦の高さは上記印刷表面上の１つまたはそれ以上の位置において検出され、上記各位置における上記合焦の高さは、上記印刷表面上の平坦な領域上の近接する点上に合焦されてはいるが異なる焦点距離を有する２つまたはそれ以上のマイクロレンズからの反射エネルギ信号を比較することによって検出され、上記マイクロレンズからの差分検出器信号が上記合焦の高さの敏感な測度を与えるようになっている請求項36に記載の印刷システム。 38．上記合焦の高さは上記印刷表面上の１つまたはそれ以上の位置において検出され、上記各位置における上記合焦の高さは、同一の焦点距離を有しているが上記印刷表面上の上記印刷表面上の１つまたは複数のステップを跨ぐ近接する点上に合焦されている２つまたはそれ以上のマイクロレンズからの反射エネルギ信号を比較することによって検出され、上記マイクロレンズからの差分検出器信号が上記合焦の高さの敏感な測度を与えるようになっている請求項36に記載の印刷システム。 39．上記合焦ステップは上記印刷表面内の凹み付きの壁であり、上記印刷表面は上記合焦壁の外側の上面と、上記合焦壁の底にある底面とを含み、上記感光材料は上記上面に沈積されており、上記印刷表面は、２つの波長、または波長の狭いスペクトル範囲によって照明され、第１の波長は上記感光材料を露光し、第２の波長は上記検出器によって感知されて上記合焦信号を発生するようになっており、上記合焦信号は印刷及び合焦感知の２つの目的に使用されるマイクロレンズ要素から入手されるが、上記第２の波長におけるそれらの焦点距離は色分散のために上記第１の波長におけるよりも長く、それによってマイクロレンズアレイは上記第１の波長を上記上面上に合焦させるように、同時に上記第２の波長を上記上面と底面との間の焦平面上に合焦させるように位置決めし、良好な合焦信号分解能を達成することができるようになっている請求項38に記載の印刷システム。 40．上記マイクロレンズアレイ及び上記マイクロレンズアレイに平行な上記印刷表面の横方向位置関係の小さいエラーを補正するために、上記投影開口面に平行な上記投影開口の横方向位置を連続的に調整する２軸位置変換器を更に含んでいる請求項８に記載の印刷システム。 41．上記マイクロアレイの明澄な開口の外側の周辺付近に配置されている微小位置変換器を更に含み、上記変換器は制御された力分布を上記アレイに加えて合焦及び傾きエラーを修正し、上記印刷表面と上記マイクロレンズアレイとの間の反りまたは形状不整合を補償するようになっている請求項８に記載の印刷システム。 42．上記マイクロレンズアレイに平行な上記マイクロレンズアレイの横方向並進及び回転位置を制御する微小位置変換器を更に含んでいる請求項41に記載の印刷システム。 43．複製マイクロレンズアレイを製造する方法において、先ず、マスタリング要素として使用される低ＮＡマイクロレンズのアレイを形成するステップと、上記マスタリング要素を、上記マスタリングマイクロレンズの焦平面に位置決めされている感光表面上に配置するステップと、イメージ側がテレセントリックである投影システムによって、均一に照明されたイメージフィールドを上記マスタリング要素上に投影するステップと、を含み、上記投影システムの開口ストップは、各マスタリングマイクロレンズによって上記感光表面上にイメージされてその上に関連する潜露光像を形成する透明マスクを含んでおり、上記表面が露光される時に、上記マスタリング要素及び上記感光表面の相対位置を固定したままそれらを一緒にして上記イメージフィールドを横切って走査させるステップと、上記感光表面内の上記潜露光像をマイクロレンズアレイ内に現像するステップと、を更に含み、それによって複製マイクロレンズアレイを形成してその開口レイアウトを上記マスタリング要素の開口レイアウトに整合させ、上記複製マイクロレンズが上記開口マスクの透過率プロファイルによって決定される同一光学合焦特性を有するようにしたことを特徴とする方法。 44．上記マスタリング要素は、上記マスタリングマイクロレンズ位置が、正確に平行化され且つ露光領域全体に均一な交差レーザビーム間の１つまたは複数の干渉パターンによって限定されるようなフォトリトグラフィックプロセスによって形成され、それによって上記マイクロレンズの極めて高い位置配置精度及び高い均一性が達成されるようになっている請求項43に記載の方法。 45．上記マスタリングマイクロレンズアレイは、レーザ支援化学エッチングのプロセスによって、溶融シリカ内の表面レリーフプロファイルとして形成されている請求項43に記載の方法。 46．上記複製マイクロレーザアレイは、レーザ支援化学エッチングのプロセスによって、溶融シリカ内の表面レリーフプロファイルとして形成されている請求項43に記載の方法。