JP4083751B2 - 空間光変調器アレイを較正するシステムおよび空間光変調器アレイを較正する方法 - Google Patents

Description

本発明は、空間光変調器アレイを較正するシステムおよび空間光変調器アレイを較正する方法に関する。

リソグラフィは基板の表面上にフィーチャ（特徴的構造）を生成するために使用されるプロセスである。その種の基板はフラットパネルディスプレイ（例えば液晶ディスプレイ）、回路基板、種々の集積回路などの製造に使用される基板を含んでよい。その種の用途に頻繁に使用される基板は半導体ウェハまたはガラス基板である。本明細書は説明的な目的のために半導体ウェハに関して記述するが、当業者であれば本明細書を当業者には周知である他の種の基板にも適用できることが分かるであろう。

リソグラフィの間に、ウェハステージに配置されているウェハはリソグラフィ装置内に設けられている露光光学系によってウェハの表面上に投影されるイメージに曝される。露光光学系はフォトリソグラフィの事例において使用されるが、異なる種類の露光装置を特定の用途に依存して使用することができる。例えばｘ線、イオン、電子または光子によるリソグラフィは、当業者には周知であるように、それぞれ異なる露光装置を要求することができる。本明細書ではフォトリソグラフィの特別な例を単に説明を目的として論じている。

投影されるイメージはウェハの表面上にデポジットされる層、例えばフォトレジストの特性に変化を生じさせる。この変化は露光の間にウェハ上に投影されるフィーチャに相当する。露光に続いてこの層をパターニングされた層を生成するためにエッジングすることができる。パターンは露光の間にウェハ上に投影されるフィーチャのパターンに相当する。このパターニングされた層は引き続き、ウェハ内の基礎構造層、例えば導電層、半導体層または絶縁層の露光された部分を除去またはさらなる処理に使用される。このプロセスは別のステップと共に、ウェハの表面または種々の層において所望のフィーチャが形成されるまで繰り返される。

ステップ・アンド・スキャンテクノロジは狭いイメージングスロットを有する投影光学システムと関連して機能する。この際一度にウェハ全体を露光するのではなく、むしろ個々のフィールドがウェハにおいて一度に１つずつスキャンされる。このことはイメージングスロットがスキャンの間にフィールドを横切るように移動されるようウェハおよびレチクルまたはパターンを規定する光弁を同時に移動させながら行われる。ウェハステージはウェハ表面にわたって露光されるべきパターンを何度もコピーできるようにするために、フィールド露光の間に非同期でステップされなければならない。このようにしてウェハ上に投影されるイメージの品質が最大となる。

慣例のリソグラフィシステムおよび方法は半導体ウェハ上にイメージを形成する。システムは典型的には、半導体ウェハにおけるイメージ形成を実施する装置を包含するよう設計されているリソグラフィチャンバを有する。使用される光の波長に依存して異なる混合気および真空度を有するようこのチャンバを設計することができる。レチクルはチャンバ内部に配置されている。光ビームは（システムの外に設けられている）照明源から、半導体ウェハと相互作用する前に光学系、レチクルにおけるイメージアウトラインおよび第２の光学系を通過する。

基板上にデバイスを製造するために複数のレチクルが要求される。これらのレチクルはますます高価になっており、またフィーチャサイズおよび小さいフィーチャサイズについて要求される厳密な公差に起因して製造時間がますます長くなっている。またレチクルは破損するまでの特定の期間しか使用することができない。レチクルが所定の公差内に無い場合、またはレチクルが損傷した場合にも勿論さらなる費用がかかる。したがって、レチクルを使用するウェハの製造はますます高価になっており、また場合によっては法外に高額になる。

これらの欠点を回避するために、マスクレス（例えば直接書き込み、ディジタルなど）リソグラフィシステムが開発されている。マスクレスリソグラフィシステムではレチクルが空間光変調器（ＳＬＭ）（例えばディジタルマイクロデバイス（ＤＭＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、回折格子光制御弁（ＧＬＶ）など）に置換される。ＳＬＭはアクティブ領域のアレイ（例えば傾斜ミラーおよび／またはピストンミラーまたはグレー調色ＬＣＤアレイセル）を包含し、このアクティブ領域は所望のパターンを形成するよう制御されて光学的な特性を変化させる。

慣例のＳＬＭベースの書き込みシステム（例えばMicronicのSigma 7000シリーズのツール）はパターン生成器として１つのＳＬＭを使用する。線幅および線配置の仕様を達成するためにグレースケールが使用される。アナログＳＬＭに関しては、グレースケールはミラー傾斜角を制御することによって（例えばＭｉｃｒｏｎｉｃ ＳＬＭ）、または偏光角を制御することによって（例えばＬＣＤ）達成される。ディジタルＳＬＭ（例えばＴＩ ＤＭＤ）に関しては、グレースケールは各パスまたは各パルスについてピクセル（マイクロミラー）を所望のグレーレベルに依存して（バイナリＳＬＭに関して）オンまたはオフ（または別のＳＬＭに関してはある種の中間状態）に切り換えることができる多数のパスまたはパルスによって達成される。基板の全ての領域がプリントされるべきなので、アクティブ領域間の間隔、光パルスのタイミング、基板の移動、基板の種々のパスに対しては所望の全ての領域が露光されることが要求される。この結果スループット（個々の光学フィールドへ包含させるピクセルの数／基板にわたり要求される反復パスの数）は低くなり、またデバイスの製造時間は長くなる。さらにはＳＬＭを１つしか使用しないのでより多くの光パルスが要求される、もしくはグレースケールを増大させるためにより長い露光時間が要求される。これによりスループットは許容できないほどの低いレベルになる可能性がある。

したがって本発明の課題は、基板をただ一度通過する間に各パターンに関して基板上の所望の全ての領域を露光できる、空間光変調器アレイを較正するシステムおよび方法を提供することである。

この課題はシステムに関しては、システムが空間光変調器アレイと、空間光変調器アレイを像平面に結像する投影光学系と、像平面において干渉パターンを生成するシアリング干渉計と、空間光変調器アレイを変調する制御装置とを包含することによって解決される。方法に関しては、（ａ）空間光変調器アレイを変調するステップと、（ｂ）空間光変調器アレイを像平面に結像するステップと、（ｃ）像平面において干渉を生じるよう光をずらすステップと、（ｄ）干渉縞を測定するステップと、（ｅ）空間光変調器アレイを較正するためにステップ（ａ）から（ｄ）を繰り返すステップとを包含することによって解決される。

本発明は、関連する１つまたは複数の問題および欠点を実質的に除去するシアリング干渉を使用して空間光変調アレイを較正するシステムおよび方法に向けられている。

本発明は、照明系を用いて空間光変調器を較正するシステムと、この照明系からの光を反射および伝送する空間光変調器アレイとを含む。投影光学系は空間光変調器を像平面に結像する。シアリング干渉計は像平面において干渉パターンを生成する。制御装置は空間光変調器アレイの素子の傾斜、ピストン運動および／または変形を制御する。シアリング干渉計はずれ（shear）を生じさせるための装置、例えば回折格子、プリズム、折り畳みミラーなどを含む。シアリング干渉計は例えば、伸張（stretching）シアリング干渉計、ラテラルシアリング干渉計、ラジアルシアリング干渉計または回転シアリング干渉計でよい。シアリング干渉計は素子の整数分の光のずれに対応するピッチを備えた回折格子を包含することができるが、これは必ずしも必要ではない。投影光学系は像平面における空間光変調器アレイの各素子を解像する。１つの実施形態においては、制御装置は空間光変調器アレイの素子を一列おきに変調する。

本発明のさらなる特徴及び利点は以下の説明より、また部分的にはこの説明から明白になる。もしくは本発明の実践によって得ることができる。本発明の利点は実施形態によって認識および達成され、また殊に明細書および添付の請求項また図面に記載されている。

以下の全般的な説明ならびに以下の詳細な説明は例示的かつ説明的なものであり、請求項に記載されている本発明をさらに説明するために使用されると解するべきである。

本出願に組み込まれ、またその一部をなす付属の図面は本発明の実施形態を表し、明細書と共に本発明の原理の説明に使用される。

特定のコンフィギュレーションおよび構成を論じるが、これは単に説明を目的としてなされたものであると解するべきである。当業者であれば本発明の思想および範囲から逸脱することなく他のコンフィギュレーションおよび構成も使用できることが分かる。当業者にとっては本発明を他の種々の用途に使用できることは明らかである。

図１は本発明の実施形態によるマスクレスリソグラフィシステム１００を示す。システム１００は照明系１０２を有し、この照明系１０２は光をビームスプリッタ１０６およびＳＬＭ光学系１０８を介して反射性空間光変調器（ＳＬＭ）１０４（例えばディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、反射性液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）など）に伝送する。ＳＬＭ１０４は慣例のリソグラフィシステムにおけるレチクルに代わって光をパターニングするために使用される。ＳＬＭ１０４から反射されたパターニングされた光はビームスプリッタ１０６および投影光学系（ＰＯ）１１０を通過して、対象１１２（例えば基板、半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板など）に書き込まれる。

当業者には周知であるように、照明光学系を照明系１０２内に収容できることは明らかである。また同様に当業者には周知であるように、ＳＬＭ光学系１０８および投影光学系１１０はＳＬＭ１０４および／または対象１１２の所望の領域上に光を配向するために必要とされる光学素子のあらゆる組み合わせを包含できることも明らかである。

択一的な実施形態において、照明系１０２およびＳＬＭ１０４のうちの一方または両方は制御装置１１４および１１６と接続することができるか、または一体的な制御装置１１４および１１６を有することができる。制御装置１１４はシステム１００からのフィードバックに基づき照明源１０２を調節するため、または較正を実施するために使用される。制御装置１１６も調節および／または較正に使用することができる。択一的に、制御装置１１６は対象１１２の露光に使用されるパターンを生成するために、ＳＬＭ１０４におけるアクティブデバイス（例えばピクセル、ミラー、ロケーションなど）３０２（後述する図３を参照されたい）を制御するために使用することができる。制御装置１１６は集積されたメモリを有するか、１つまたは複数のパターンを生成するために使用される所定の情報および／またはアルゴリズムを有する記憶素子と接続することができる。

図２は本発明の別の実施形態によるマスクレスリソグラフィシステム２００を示す。システム２００は照明源２０２を有し、この照明源２０２は光をパターニングするためにこの光をＳＬＭ２０４（透過性ＬＣＤなど）を介して伝送する。パターニングされた光は投影光学系２１０を介して伝送されて、対象２１２の表面上にパターンを書き込む。この実施形態においては、ＳＬＭ２０４は液晶ディスプレイなどのような透過性ＳＬＭである。上述した実施形態と同様に、照明源２０２およびＳＬＭ２０４のうちの一方または両方はそれぞれ制御装置２１４および２１６と接続することができるか、一体的な制御装置２１４および２１６を有することができる。当業者には周知のように、制御装置２１４および２１６は上述した制御装置１１４および１１６と同様の機能を実行する。

システム１００または２００において使用できるＳＬＭの例として、Micronic Laser System AB（Sweden）およびFraunhofer Institute for Circuits and System（Germany） 製のものが挙げられる。回折格子光制御弁（ＧＬＶ）ＳＬＭは、本発明を適用できるＳＬＭの別の例である。

単に便宜上以下ではシステム１００についてのみ参照する。しかしながら以下説明する全てのコンセプトはシステム２００にも適用できるということは当業者には明らかである。

図３は、ＳＬＭ１０４のアクティブ領域３００の詳細を示す。アクティブ領域３００はアクティブデバイス３０２（図面においては点で表されている）のアレイを包含する。アクティブデバイス３０２はＤＭＤにおけるミラーまたはＬＣＤにおけるロケーションでよい。当業者には周知であるように、アクティブデバイス３０２をピクセルと称することもできる。アクティブデバイス３０２の物理的な特性を調節することによって、これらのアクティブデバイス３０２を（バイナリＳＬＭについては）オンまたはオンと見なすことができ、または他のＳＬＭについてはオンとオフの中間状態と見なすことができる。所望のパターンに基づくディジタルまたはアナログの入力信号が種々のアクティブデバイス３０２を制御するために使用される。幾つかの実施形態においては、目下対象１１２に書き込まれているパターンを検出することができ、このパターンが許容公差外にあるか否かを判断することができる。許容公差外にある場合には、ＳＬＭ１０４によって生成されているパターンを微調整（例えば較正、調節など）するためのアナログまたはディジタルの制御信号をリアルタイムで生成するために制御装置１１６を使用することができる。

図４はＳＬＭ１０４の別の詳細を示したものである。ＳＬＭ１０４はアクティブ領域３００を包囲する非活性のパッケージ４００を包含することができる。また択一的な実施形態においては、後述するようにＳＬＭのアレイを監視および制御するために、メイン制御装置４０２を各ＳＬＭ制御装置と接続することができる。同様に後述するように、別の実施形態においては隣接するＳＬＭを相互にずらすことができるか、互い違いに配置することができる。

図５はＳＬＭ１０４のアレイを収容する支持デバイス５０２を包含するアセンブリ５００を示す。以下詳細に説明するように種々の実施形態においては、ＳＬＭ１０４のアレイはパルス毎の所望の露光数またはユーザの他の判定基準に基づき、可変数の行、列、行毎のＳＬＭ、列毎のＳＬＭなどを有することができる。ＳＬＭ１０４を支持デバイス５０２と接続することができる。当業者には周知のように、支持デバイス５０２は熱制御領域５０４（例えば水または空気の流路）、制御ロジックおよび関連する回路（例えば図４に示されている、ＡＳＩＣ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、データを流すためのファイバ光学系などである素子１１６および素子４０２を参照されたい）のための領域およびＳＬＭを収容するウィンドウ５０６を有することができる。支持デバイス５０２、ＳＬＭ１０４および全ての周辺冷却または制御装置をアセンブリと称する。アセンブリ５００は所望のステッチ（例えば対象１１２におけるフィーチャの隣接する素子の接続）および先行ＳＬＭおよび追従ＳＬＭ１０４についてのオーバラップを形成するための所望のステップサイズを考慮することができる。例えば支持デバイス５０２の寸法は２５０ｍｍ×２５０ｍｍ（１０インチ×１０インチ）または３００ｍｍ×３００ｍｍ（１２インチ×１２インチ）でよい。支持デバイス５０２は温度安定材料から製造されているので熱管理に使用することができる。

支持デバイス５０２をＳＬＭ１０４の空間制御を保証するための機械的なバックボーンとして、また回路および熱制御領域５０４を組み込みために使用することができる。あらゆる電子装置を支持デバイス５０２の表面または裏面のいずれか一方または両面に実装することができる。例えば、アナログベースのＳＬＭまたは電子装置を使用する場合には、ワイヤを制御装置または結合システム５０４からアクティブ領域３００へと接続することができる。支持デバイス５０２上に実装されているのでこれらのワイヤは比較的短くて良く、このことは回路が支持デバイス５０２から離れている場合に比べるとアナログ信号の減衰を低減する。また、回路とアクティブ領域３００との間の接続部が短いので、通信速度を上昇させることができ、したがってパターン再調節速度もリアルタイムで上昇する。

ある実施形態では、ＳＬＭ１０４または回路内の電子装置が損傷した場合には、アセンブリ５００を容易に交換することができる。アセンブリ５００の交換はアセンブリ５００におけるただ１つのチップの交換に比べ高価であるように思われるが、アセンブリ５００の交換は実際はより簡単でより短時間で済むので、これにより製造コストを節約することができる。またエンドユーザが刷新されたアセンブリ５００の使用を欲する場合に交換部分を低減できるようにするために、アセンブリ５００を刷新することもできる。アセンブリ５００が一度交換されると、製造を再開する前に全体のアライメントを検証するだけでよい。ある例では、フィールド交換の間にアセンブリ５００の機械的なアライメントを反復できるようにするために動的実装技術（kinematic mounting technique）を使用することができる。このことはアセンブリ５００の光学的なあらゆる調節についての要求を取り除くことができる。

現在のＳＬＭシステムは典型的に１６μｍ×１６μｍのピクセル３０２（図６を参照されたい）を使用するが、次世代のＳＬＭシステムでは８μｍ×８μｍのピクセル３０２に移行する。典型的なＳＬＭ１０４は多数のピクセル３０２を包含し、各ピクセル３０２の特性はこれらの各ピクセル３０２にそれぞれに印加される電圧によって別個に制御される。ＳＬＭ１０４は反射性でも透過性（例えばミラー式の反射性ＳＬＭおよびＬＣＤ式の透過性ＳＬＭ）でも良いことを言及しておく。反射性ＳＬＭ１０４が今日の産業界においてより一般的に使用されている。図６はその種の反射性または傾斜性のＳＬＭ１０４が示されており、この図においては（参照番号３０２ａ〜３０２ｄが付されている）１２のピクセルが示されている。（本発明はピストン式のＳＬＭに限定されるものではなく、傾斜ＳＬＭにもその他の変形ミラーを備えたＳＬＭにも適用できる。）容量性結合（図示せず）はトランジスタ（図示せず）を使用することにより制御される。典型的なピクセル３０２は、コンデンサにおける平行板がどのように制御されるかということに類似して制御される。換言すれば、容量性結合は静電力を使用してピクセル３０２のミラーの傾斜を制御するために使用される。図６においては、これらのミラーのうちの１つ（ピクセル３０２ｄのミラー）が傾斜されたミラーとして示されており、この傾斜はそのミラーの下方にあるコンデンサが充電されると行われる。

ＳＬＭ１０４の使用にともない存在する特定の問題は、個々の素子またはピクセル３０２の較正の問題である。ピストン式のＳＬＭまたは傾斜ミラー式のＳＬＭの場合には、各ピクセルの各ミラーと印加される電圧との正確な関係が変化する可能性がある。それに加えミラーは完全に「固体状」の物体ではなく、電圧が印加されるとある程度変形する（さらには傾斜する）。さらには、隣接するピクセル３０２間には隙間が存在し、これらの隙間はピクセル３０２の「間」からの付加的な反射のために光学的な性能を低下させる。

ピクセル３０２に印加される電圧変化の主たる作用は傾斜にあり、ピクセル３０２のミラーの変形は二次的な作用であるが、イメージの品質に影響を及ぼすには実質的に十分な作用である。したがって最も一般的な形で表される問題は、ミラーの配向および形状と印加される電圧との関係をＳＬＭ１０４における各ミラーについて決定することである。

各ミラーのピクセル３０２に印加される電圧（Ｖ_ｊ）に依存して、このミラーの反射表面の形状が変化する。

ＰＯ１１０入射瞳における１つのミラーからの回折フィールドは次式により表される。

較正のためにツールにおいて一般的に使用されるＰＯ１１０を補助較正光学系に置換することができる（または補助較正光学系によって拡張することができる）。ＭＬツールにおける補助光学系は典型的にピクセル３０２を解像できなければならない。何故ならば、ツールの常用投影光学系は一般にピクセル３０２を解像することができず、またシアリング干渉計はその他の場合に利用可能なスペースよりも多くのスペースを必要とする可能性があるからである。

ＰＯ１１０入射瞳内の回折フィールドの変更のみが非常に重要である。したがって、ミラーの反射性表面形状の高周波変化は主たる作用（ミラー傾斜）ほど重要ではない。実質的な点では、ミラーは「アナログ」装置として動作するのではなく、例えば可能とされる６４の配向のうちの１つに各ミラーが配向されているディジタル装置に類似するものである。１０００×１０００のミラーを有するＳＬＭ１０４の場合には、ＳＬＭ１０４と６４，０００，０００の電圧との関係を知る必要が生じる。この問題を別の表現で表すとすれば、ある特定の電圧についての各ミラーの角度配向はＳＬＭ１０４における全てのミラーについて等しいことが要求される。しかしながらこのことは、ミラー毎の機械的な特性における変化のためにピクセル３０２が異なれば、同一の電圧に対して異なる応答を示すので、異なるピクセル３０２には異なる電圧を印加することを要求する可能性がある。

したがって、ＳＬＭ１０４における各ピクセル３０２について同一の傾斜応答を生じさせるために、ＳＬＭ１０４における各ミラーが印加される電圧に応じて呈する形状の知識を各ミラーの較正に使用することができる。

また、較正プロセスは損傷しているおよび／または適切に機能していないいずれかのピクセル３０２を識別することができる。さらには、電圧がいずれのピクセル３０２にも印加されていない場合でも、ＳＬＭ１０４の表面は完全に平坦なミラーではなく、表面全体にわたって種々の高さを有し、このような種々の高さはまたイメージ品質を潜在的に低下させる。このことは主にピクセルにおける不完全性および製造プロセスにおける欠陥に起因する。これは較正プロセスによって取り組まれるべき別の問題である。

したがって目下の実質的な全ての目的に関して、較正プロセスは以下の問題を解決するには十分である。

各ピクセル３０２、すなわちピクセルj（ここでｊ＝1,...,Ｎ）について、同じレベルの電圧Ｖ_ｊ１ ^（ｎ）およびＶ_ｊ２ ^（ｎ）（ここでｎ＝１,...,Ｎ）が印加されている異なる２つのピクセルｊ１とｊ２には、（ほぼ）同じイメージフィールドを生成するように電圧レベルＶ_ｊ ^（ｎ）のセットを決定する。

より一般的な問題はピクセルのイメージフィールドとこのピクセルに印加される電圧（電圧の変化は所定の範囲内にある）との関係を各ピクセル３０２について発見することであり、この問題の解決策はＳＬＭ１０４の結像特性を十分に表すものである。

各ミラーの形状は像平面においてそのミラーによって生成されるイメージを分析することによって測定される。較正の問題の別の見方は以下の通りである。各電圧は所定のミラー位置に対応する（例えば）６４の電圧が存在する場合、各電圧について全てのミラーが同一の位置（または配向）を有するように、各ミラーについて６４の電圧を決定する必要がある。この目標を達成するために、すなわち（同一の電圧において）ミラーを同一の方向に配向するために、ミラーの特性、例えば電圧に対するミラーの応答および特定の電圧における各ミラーそれぞれの変形を知る必要がある。

理論的には、較正されている１つのピクセル３０２を除いた全てのピクセル３０２をターンオフすることが可能であり、また像平面におけるその１つのピクセル３０２のイメージを種々の電圧において測定することによってそのピクセル３０２を非常に精確に較正することが可能である。しかしながら、ピクセル３０２が数百万存在する場合、この処理をピクセル毎に行うことは時間がかかる可能性があり、またはそれどころか実行不可能である。幾分中間的な手法は、較正されているピクセル３０２が像平面において相互に干渉しないようにこれらのピクセルが相互に十分に離される時点に種々のピクセル３０２を較正する。しかしながらこのプロセスも依然としてかなりの時間がかかる可能性がある。

較正の第２の問題は殊に反射性傾斜マイクロミラー式のＳＬＭに関連する問題であり、またピクセル３０２がどのように結像されるかに関する。ピクセル３０２が投影光学系１１０によって解像されないようにこれらのピクセル３０２が結像されることが重要である。光を変調するためにピクセル３０２は解像されるべきではない。傾斜ピクセル３０２ｄからの全ての光が投影光学系１１０によって捕獲される場合には、ピクセル３０２ｄは変調しない。ピクセル３０２が正方形である場合には、ピクセルの回折パターンは０次のローブが大きく、サイドローブが小さいｓｉｎｃ関数である。ピクセル３０２が傾斜すると、ピクセル３０２からの回折パターンは角空間を側方にずらす。投影光学系１１０の入射瞳が十分に大きい場合には、回折パターンからの多数のサイドローブが捕獲される（ピクセル３０２ｄが比較的小さい角度で傾斜している場合のみ）。したがってこの場合には、投影光学系１１０によって捕獲される光の量は変化せず、ピクセル３０２は変調しない。実質的な目的に関して、ピクセル３０２は解像されないように結像されるべきである。

他方では、投影光学系１１０が０次のローブの一部、例えば０次のローブにおけるエネルギの総量の１／２または１／３のしか捕獲しない場合には、傾斜しているピクセル３０２ｄは投影光学系１１０を通過する光を変調する。したがって、変調作用を有するためにはピクセル３０２ｄが解像されないことが変調メカニズムにとって重要である。しかしながら、ピクセル３０２ｄは解像されないので、（正方形のピクセルまたはミラーについて）「鮮明な正方形」が見られる代わりに、光の「小塊」が結像され、また時には「鮮明な正方形」の標準的な寸法を上回る。したがって、隣接するピクセルからのイメージとオーバラップする。つまり隣接するピクセル３０２は強く相互に作用する。これにより、像平面における各点において光が種々のピクセル３０２から反射されるので、変調についての問題が生じる。

これら２つの事項（「鮮明な正方形」にピクセル３０２を解像することは変調が効果的に行われないことを意味し、また効果的な変調はピクセル３０２を解像できないことを意味する）を考慮すると較正の問題は難しくなる。換言すれば所望の解像が得られるか、もしくはピクセルの形状についての感度が得られるかであって、これらの両方が得られることはない。

図６〜８に示されている例に関して、λ＝１９３．３７５ｎｍ、Ｌ（ピクセル寸法）＝１６μｍ、ＮＡ（較正ＰＯ）＝１０*λ／Ｌ＝０．１２（すなわち較正ＰＯ１１０は１０次の回折まで捕獲し、このことはピクセル３０２は良好に解像されることを意味する）であり、ピクセルはα＝０からα＝α_０＝λ／（２Ｌ）（較正するための傾斜の範囲）の間で傾斜する。図７は１つのピクセルに関して１０の異なる傾斜値についての投影光学系１１０の瞳におけるフィールドを示す（本発明は多数のピクセルを同時に測定することもできるが明瞭にするためにこの図面および以下の関連する図面によってはただ１つのピクセルの変調のみを示している）。開口数０．１２（十分に大きい開口数）でもって、ピクセル３０２は図示されている全ての傾斜角についてＰＯ瞳フィールドにおいて明確なものである。しかしながら図８に示されているように、ＰＯ像平面においては、角度範囲全体に関して強度の変調は事実上存在しない。換言すれば、多くの次数の回折が開口数の大きい投影光学系１１０によって捕獲されるならば、ピクセル３０２がＰＯ像平面において良好に解像されても変調は達成されない。

図９は非常に小さい開口数を使用する「逆の事例」を示し、ここでは開口数は０．００２６５である。ここでフィールドは１０の異なる傾斜角について瞳面においては解像されるが（図９を参照されたい）、像平面において僅かにしか解像されない（図１０を参照されたい）。殊に図１０に示されているように、異なる傾斜角度について良好な変調が存在するが、ピクセル３０２のイメージは非常に「広がっており」、このことは隣接するピクセル３０２が同時に結像される場合には相互に干渉することを意味し、また各ピクセル３０２にわたる反射の歪みおよび形状の測定が困難になることを意味している。

この問題は平面干渉を利用することにより解決される。ＳＬＭ１０４を完全なミラーと想定し、平面波がＳＬＭ１０４に向けられている場合には、反射波もまた平面である。１つまたは複数のミラーが傾斜またはピストン運動すると反射波は相応に形成される。換言すれば、ミラーの調節は反射された平面波面において収差を有するということに相当する。したがって概念上は、ＳＬＭ１０４の変調は波面への収差の導入と見なすことができる。ＳＬＭ１０４の変調作用の測定は、干渉を用いる波面収差の測定と見なすことができる。この場合、慣例の波面収差測定とは異なり、空間周波数はミラーの寸法すなわちピクセル３０２の寸法に相当する。

波面収差の測定に使用できる単純な干渉計はマイケルソン干渉計であり、この干渉計では波面が（例えばビームスプリッタを使用して）分割され、波面の半分が収差を惹起する媒体を通過して、波面の収差が生じていない残りの半分と結合される。したがって位相歪みは像平面における強度変化から明らかになる。参照波面と（ＳＬＭ１０４からの）反射波面との間の干渉を使用するマイケルソン干渉計は、原理的にＳＬＭ１０４を較正するために使用することができる。マイケルソン干渉計の手法を使用することにより、電圧が印加されていない時に参照波面とＳＬＭ１０４において反射された波面との結合によってＳＬＭ１０４の完全な平坦性（平面性）からの偏差を求めることができる。ＳＬＭ１０４の完全な平坦性からの偏差を求めた後には、傾斜ミラーによって得られた波面と参照波面との結合によって残りの測定を実施することができる。

マイケルソン干渉計の使用は問題がないわけではない。この干渉計は付加的な光学素子例えばビームスプリッタなどを必要とする。また到来する波面における一時的な干渉の問題に取り組むことを要求する。シーリング干渉の利点は、付加的な光学素子を必要とする参照波面と反射波面の干渉の代わりに、シーリング干渉の手法においては波面がこの波面自体のずらされたコピーと干渉するということである。

シーリング干渉計は波面を横方向にずらす格子を使用することができる。他の構成例えば波面の回転、波面の放射状の変位、波面の伸張、波面の「フリップ」なども考えられる。ずらされた波面が元の波面と干渉することによって像平面において干渉縞を生じさせることができ、この干渉縞によって波面における収差を求めることができ、またミラー傾斜と印加される電圧との関係を求めることができる。最も簡単な構成は投影光学系１１０の瞳に配置されているシーリング格子の使用である。シーリング格子は２つの波面を生成し、これら２つの波面は相互に横方向にずらされる。したがってピクセル３０２が像平面において解像される場合でも、各ミラーの傾斜と印加される電圧との関係を求めることができる。

図１１および図１２は、参照波面およびずれ波面を生成するラテラルシアリング干渉計１１１０における瞳の使用を示す。図１１および図１２に示されているように、波面１１０１は空間における一点において収束し、他方一次光源から放出される。点光源のイメージは入射瞳に存在する。部分透過性フィルムを入射瞳に配置してもよい。ピンホール１１０３が入射瞳において位置決めされている。ピンホール１１０３は回折された球面参照波１１０５を含む波面１１１１を有する透過された波１１０４を生成する。したがってラテラルシアリング干渉計１１１０は１つまたは複数の仮想源を作りだし、この仮想源の波面１１１１が干渉縞を生じさせるために干渉する。

イメージシアリングメカニズム１２０１（例えば図１３に示された格子を参照されたい）はシアリング干渉計１１１０内に位置決めされており、多数の波面１１０４、１１０５を生成し、これらの波面１１０４、１１０５は像平面においてＣＣＤセンサによって検出され（図示せず）、このＣＣＤセンサはＳＬＭアレイの各素子に対応する複数の検出セルを包含する。イメージシアリングメカニズム１２０１は回折格子、プリズム、折り畳みミラーまたはずれを生じさせるために使用される他の装置でよい。ＳＬＭ較正に関して、ＰＯ１１０の対象面において生じている収差の測定が必要であることを言及しておく。したがって、シアリング格子はＰＯ１１０の瞳内に配置されるべきであって、インターフェログラムは像平面において観察される。

上述したようにＳＬＭ１０４を変調することによって、このＳＬＭ１０４のピクセル３０２の変調状態に依存する所定の波面収差が導入されることになる。ＳＬＭ１０４を較正するために、各ピクセル３０２に印加される所定の駆動電圧から生じるこれらのピクセル３０２の目下の変調状態を求める必要がある。像平面において測定されるシアリングインターフェログラムを、多数の周知の方法を用いることにより解釈することができ、測定されたシアリングインターフェログラムから波面収差が導出される。この解釈の結果により各ピクセル３０２の目下の変調状態が得られる。

ラテラルシアリング干渉において使用される位相ステップ技術は、（瞳におけるシアリング格子がずれを生じさせるために使用される場合には）精度を改善するためまた干渉をより高次の回折から分離するために使用することができる。位相ステップは格子の一周期内の小さいステップで瞳アポダイゼーション格子をずらすか、対象（ＳＬＭアレイ１０４）をずらすか、照明を傾斜させることによって実現することができる。

較正されたＳＬＭ１０４の部分干渉性照明は、干渉性照明によって観測されるＰＯ１１０内のフレアまたはスペックルの作用を低減しなければならない可能性がある。ＰＯ１１０の瞳におけるシアリング格子がずれを生じさせるために使用される場合には、部分的にコヒーレントな照明源はインターフェログラムのコントラストを低減させる。このことは、瞳内のシアリング格子の周期に適合する周期を有する格子によって変調されている分散光源からの部分干渉性照明によって逆らうことができる（ラテラルシアリング干渉におけるロンキー格子の整合ペアの使用に類似する）。

本発明の１つの実施形態は、ＳＬＭ１０４の全てのピクセル３０２が同時に使用される構成、またはピクセル３０２の偶数列のみが傾斜され奇数列は傾斜されない（または偶数行および奇数行についても同様である）構成を使用することができる。像平面においては、変調されたピクセル３０２が変調されていないピクセルとオーバラップする。したがって像平面におけるイメージは変調されたピクセル３０２と隣接する変調されていないピクセルとの間の干渉の結果である。これはマイケルソン干渉計の構成に幾分類似するものであり、この構成では収差を有する波面が（この場合傾斜されていないミラーから到来する）平面波面と干渉する。これにより、変調されたピクセル３０２ｄの形状を特定の傾斜角およびミラー形状に対応する各電圧について求めることができる。換言すれば、ずれは整数のピクセル３０２分作用する。

別の実施形態はピクセル３０２の一部（例えば１／４または１／３）のずれを使用し、その結果各ピクセル３０２は主にそのピクセル自体と干渉する（ずれの量は図１３の格子１２０１のピッチに依存する）。

上述した手法の利点は膨大な数のピクセル３０２（場合によってはＳＬＭ１０４の全てのピクセル３０２）の同時の測定を可能にする点にある。また上述の手法はピクセル３０２を像平面において十分に解像できないという問題も解決する。各「正方形」内の強度の変化は各ピクセル３０２の形状に対応する。

ピクセル３０２は解像されるので、ピクセル３０２の多数の非干渉グループを繰り返すまたは使用する必要はない。また、較正プロシージャが固有のパターンを基礎とする必要なく各ピクセル３０２は独立して較正される。しかしながらＳＬＭはツールにおいて結像されるやり方とは異なるやり方で結像される必要がある。このことは（較正プロシージャの間のみ）ＳＬＭとツールＰＯ１１０との間に特別な較正ＰＯセクションを導入することによって達成することができる。

ピクセル３０２が較正の間に解像されるので、ピクセルのイメージは高次の回折の形状および等級に依存する。測定され解像されたイメージと（ツールＰＯによっては捕獲されない）高次の回折との関係の原因を明らかにするために特別な考察が必要である。

ビームをピクセル３０２の幅の１／４横方向にずらす格子１２０１をシアリング干渉計１１１０に付加する効果が図１４および図１５に示されている。図１４は瞳面におけるフィールドを１０の異なる傾斜値について示している。上述したように回折のピッチが１／４ずらされているために、幾つかのイメージは「部分的」である。図１５に示されているように、像平面においてはピクセル３０２が良好に解像されており（正方形または矩形の形状が明瞭に見て取れる）、またこれと同時に、開口数が比較的小さいにもかかわらず異なる傾斜角について良好な変調が存在する。換言すれば、シアリング干渉計を使用することにより２つの目的を達成することができる。すなわち、角空間における良好な変調を合わせ持つ像平面における良好な解像を達成することができる。

図１６は像平面における１つのピクセル３０２の強度断面をミラーの異なる１０の傾斜角について示している。グラフは図面の左側の凡例とは上下逆に表されている。つまり換言すれば、０．０の傾斜が一番下に示されており、相対的な１．０の傾斜が一番上に示されている。図１７は像平面における相対的なパワーを種々の傾斜角について示す。グラフＡは像平面におけるピクセル３０２の寸法によって規定される所定の領域内で受光される総パワーを示し、グラフＢはその領域外のパワーを表す。グラフＣはグラフＡとＢの合計である。理想的な事例では、グラフＢはほぼ完全に平坦であり、ここで達成される等級においては比較的低い。

上記においては主に傾斜マイクロミラーベースのＳＬＭの較正に関して述べたが、本発明は他のＳＬＭ、例えばピストンマイクロミラーまたはこれとは異なるように変形するマイクロミラーを使用するＳＬＭ、または他の変調原理に基づく透過性（反射性）ピクセルを使用するＳＬＭに適用することもできる。

本発明の種々の実施形態を上記において述べたが、これらの実施形態は単に例示的に表されたものに過ぎず、これに制限されるものではないと解するべきである。当業者であれば本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明において形状および細部を種々に変更できることが分かる。したがって本発明の広さおよび範囲は上記のいずれの例示的な実施形態に制限されるべきではなく、付属の請求項および同等のものによってのみ規定されるべきである。

反射性空間光変調器を備えたマスクレスリソグラフィシステムを示す。 透過性空間光変調器を備えたマスクレスリソグラフィシステムを示す。 本発明の実施形態による空間光変調器の別の図である。 図３の空間光変調器のさらなる詳細を示す。 本発明の一実施形態による空間光変調器の２次元アレイを示す。 本発明の一実施形態の反射性空間光変調器の一部を示す。 開口数の大きい投影光学系について、投影光学系の瞳におけるフィールドを１０の異なる傾斜値に関して示したものである。 図７に対応する投影光学系像平面におけるフィールドを示す。 開口数が小さい投影光学系について、投影光学系の瞳におけるフィールドを１０の異なる傾斜値に関して示したものである。 図９に対応する投影光学系像平面におけるフィールドを示す。 本発明において使用できるシアリング干渉計の構成の例を示す。 本発明において使用できるシアリング干渉計の構成の例を示す。 図１１および図１２のシアリング干渉計において使用できる格子を示す。 本発明のシステムにおける投影光学系の瞳におけるフィールドを１０の異なる傾斜値に関して示したものである。 図１４に対応する投影光学系像平面におけるフィールドを示す。 図１５に対応する像平面における１つのピクセルのイメージ断面図を示す。 図１５に対応する種々の傾斜角度に関する像平面における相対的なパワーを示す。

符号の説明

１００，２００ マスクレスリソグラフィシステム、 １０２，２０２ 照明源、 １０４，２０４ ＳＬＭ、 １０６ ビームスプリッタ、 １０８ ＳＬＭ光学系、 １１０，２１０ 投影光学系、 １１２，２１２ 対象、 １１４，１１６，２１４，２１６、４０２ 制御装置、 ３００ アクティブ領域、 ３０２ アクティブデバイス、 ４００ 非活性のパッケージ、 ５００ アセンブリ、 ５０２ 指示デバイス、 ５０４ 熱制御領域、 ５０６ ウィンドウ、 １１０１，１１１１ 波面、 １１０３ ピンホール、 １１０５ 参照波、 １１１０ シアリング干渉計、 １２０１ シアリングメカニズム、

Claims (22)

1. 空間光変調器アレイを較正するシステムにおいて、
   空間光変調器アレイと、
   前記空間光変調器アレイを像平面に結像する投影光学系と、
   前記像平面において干渉パターンを生成するシアリング干渉計と、
   前記空間光変調器アレイを変調する制御装置とを包含することを特徴とする、空間光変調器アレイを較正するシステム。
2. 前記シアリング干渉計はずれを生じさせる回折格子、プリズムおよび折り畳みミラーのいずれかを包含する、請求項１記載のシステム。
3. 前記シアリング干渉計はラテラルシアリング干渉計である、請求項１記載のシステム。
4. 前記シアリング干渉計は伸張シアリング干渉計である、請求項１記載のシステム。
5. 前記シアリング干渉計は回転シアリング干渉計である、請求項１記載のシステム。
6. 前記投影光学系は前記空間光変調器アレイの各素子を前記像平面において解像する、請求項１記載のシステム。
7. 前記制御装置は前記空間光変調器アレイの素子を１列おきに変調する、請求項１記載のシステム。
8. 前記シアリング干渉計は、前記空間光変調器アレイの素子の整数分の光のずれに対応するピッチを備えた回折格子を包含する、請求項１記載のシステム。
9. 前記シアリング干渉計は、前記空間光変調器アレイの素子の分数分の光のずれに対応するピッチを備えた回折格子を包含する、請求項１記載のシステム。
10. 前記制御装置は前記素子の傾斜、ピストン運動および変形を制御する、請求項１記載のシステム。
11. 前記像平面においてインターフェログラムを検出するためにＣＣＤセンサが設けられている、請求項１記載のシステム。
12. 前記ＣＣＤセンサは前記空間光変調器アレイの各素子に対応する複数の検出セルを包含する、請求項１１記載のシステム。
13. 前記空間光変調器アレイは反射性空間光変調器アレイである、請求項１記載のシステム。
14. 前記空間光変調器アレイはピストン式空間光変調器アレイである、請求項１記載のシステム。
15. 前記空間光変調器アレイは傾斜マイクロミラー式空間光変調器アレイである、請求項１記載のシステム。
16. 前記空間光変調器アレイは透過性空間光変調器アレイである、請求項１記載のシステム。
17. 空間光変調器アレイを較正する方法において、
    （ａ）空間光変調器アレイを変調するステップと、
    （ｂ）前記空間光変調器アレイを像平面に結像するステップと、
    （ｃ）前記像平面において干渉を生じるよう光をずらすステップと、
    （ｄ）干渉縞を測定するステップと、
    （ｅ）前記空間光変調器アレイを較正するために前記ステップ（ａ）から（ｄ）を繰り返すステップとを包含することを特徴とする、空間光変調器アレイを較正する方法。
18. 前記ステップ（ｃ）は回折格子、プリズム、折り畳みミラーのいずれかを使用して光をずらすステップを含む、請求項１７記載の方法。
19. 前記ステップ（ｃ）は伸張シアリング干渉計を使用して光をずらすステップを含む、請求項１７記載の方法。
20. 前記ステップ（ｃ）は回転シアリング干渉計を使用して光をずらすステップを含む、請求項１７記載の方法。
21. 前記ステップ（ｃ）は前記空間光変調器アレイの素子の整数分の光のずれに対応するピッチを備えた回折格子を使用して光をずらすステップを含む、請求項１７記載の方法。
22. 前記ステップ（ｃ）は前記空間光変調器アレイの素子の分数分の光のずれに対応するピッチを備えた回折格子を使用して光をずらすステップを含む、請求項１７記載の方法。