JP2002040671A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細パターンの光学濃度調整を容易に行うこ
とが可能な露光装置を提供する。 【解決手段】 露光装置１は、光源１１と、偏光子かつ
検光子として機能する偏光プリズム１５と、構造性複屈
折パターンＰＴを有するマスク基板２０と、集光レンズ
１９とを備える。光源１１から出射された光のうちｐ偏
光成分のみが偏光プリズム１５を透過してマスク基板２
０へと進行し、マスク基板２０において反射された後、
再び偏光プリズム１５へと進行し、偏光プリズム１５に
おいてｓ偏光成分のみが選択的に下方に向けて反射さ
れ、集光レンズ１９によりレジスト基板３０上に集光さ
れる。マスク基板２０には、光の波長よりも小さな周期
的配列を有する構造性複屈折パターンが設けられてお
り、これにより構造性複屈折現象が生じる。この構造性
複屈折パターンは、所定の角度を有しており、レジスト
基板３０上に集光される光量はこの角度に応じて異な
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マルチレベル構造
を有するレジストパターンを基板上に生成することが可
能なマスク露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ
（Computer Generated Hologram））や、マイクロレン
ズなどの光学素子の製造にあたっては、光学濃度調整し
たＨＥＢＳガラスなどのグレイマスクを作成しておき、
そのグレイマスクを用いて縮小もしくはプロキシミティ
ー露光によりレジスト形状を生成した後、エッチングに
よりガラス基板等に転写する手法が用いられる。これに
より、マルチレベル構造を有する光学素子、言い換えれ
ば、表面に凹凸を有する光学素子等が製造される。

【０００３】図１６は、従来技術に係るグレイマスク１
２０を用いた光学素子（回折格子）の製造工程の一部を
示す概念図である。図１６（ａ）は、電子線照射により
グレイマスク１２０を作成する工程を表し、図１６
（ｂ）は、作成されたグレイマスク１２０を用いて縮小
もしくはプロキシミティー露光によりレジスト基板１３
０上において所定の断面形状を有するレジスト膜１０１
を生成する工程を示す。

【０００４】上記の露光に用いられるグレイマスク１２
０は、たとえば、電子線描画装置を用いて製造される。
たとえば電子線描画装置において、電子線の露光量等を
調整した上で、ガラスなどの基板構成材料に対する電子
線を用いた露光を行うことにより、グレイマスクの各部
分が所定の光学濃度となるように加工することが行われ
る。より具体的には、銀塩を含むガラス材料等により構
成される基板構成材料をグレイマスクとして用い、その
グレイマスク内の銀塩成分を電子線の照射によって感光
させて黒化させるにあたり、光学濃度に応じた量の電子
線を照射することにより、その黒化の程度を局所的に変
更することが可能である。図１６（ａ）においては、各
部分に対する電子線の照射量の大きさを矢印の長さで表
現している。このように、電子線の露光量を局所的に変
更することにより、所定の光学濃度分布を有するグレイ
マスクが加工される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記グ
レイマスクの生成における光学濃度の調整は、電子線の
露光量調整により達成されるが、露光量と光学濃度との
関係は一般的に非線形であるため両者の対応関係を予め
求めておくことが必要であり、また、その対応関係は電
子線の加速電圧などによっても変化するものであること
など、その調整動作が容易でないという問題を有してい
る。

【０００６】また、描画時の電子線とグレイマスク基板
の構成材料との衝突によって電子線が散乱する現象が生
じるため、光学濃度表現可能な線幅の狭小化に対する大
きな制約となっているという問題も存在する。

【０００７】そこで、本発明は前記問題点に鑑み、微細
パターンの光学濃度調整を容易に行うことが可能な露光
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、対象物に対して露光を行
う露光装置であって、光源と、前記光源から出射される
光を偏光する偏光子と、前記偏光子により偏光された光
を反射または透過する基板であって、前記光の波長より
も小さな周期的配列を有する構造性複屈折パターンを有
することにより構造性複屈折現象を生じさせる基板と、
前記基板において反射または透過した光のうち所定方向
の偏光成分を抽出する検光子と、前記検光子によって抽
出された光を対象物に対して集光させる集光光学系と、
を備えることを特徴とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の露光装置において、前記構造性複屈折パターンは、前
記光の波長よりも小さな幅の複数の線が前記光の波長よ
りも小さな間隔で配置される周期的配列により構成され
ることを特徴とする。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の露光装置において、前記周期的配列
は、前記基板の各部分に応じて異なる角度を有すること
を特徴とする。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の露光装置において、前記構造性複屈折パターンは、前
記構造性複屈折現象により生じる位相差δがπとなるよ
うに形成されていることを特徴とする。

【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項３または
請求項４に記載の露光装置において、前記基板は、前記
偏光子により偏光された光を反射する反射型の基板であ
ることを特徴とする。

【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項３ないし
請求項５のいずれかに記載の露光装置において、前記偏
光子および前記検光子は、クロスニコル配置されている
ことを特徴とする。

【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の露光装置において、前記偏光子および前記検光子は、
偏光プリズムとして一体的に形成されていることを特徴
とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】＜Ａ．第１実施形態＞ ＜Ａ１．全体構成＞図１は、本発明の実施形態に係る露
光装置１を示す概略構成図である。この露光装置１は、
加工対象となるレジスト基板３０に対して露光を行う装
置である。後述するように、この露光装置１を用いて露
光を行うことにより、微細パターンの光学濃度を容易に
調整することが可能になる。すなわち、レジスト基板３
０におけるマルチレベル構造を容易に実現することがで
きる。

【００１６】この露光装置１は、光源１１と、コリメー
タレンズ１３と、偏光プリズム（または偏光ビームスプ
リッタ）１５と、レンズ１７と、集光レンズ１９と、マ
スク基板２０とを備えている。

【００１７】光源１１から出射された光は、コリメータ
レンズ１３によりコリメート（平行化）され、偏光プリ
ズム１５に入射する。

【００１８】そして、このコリメートされた光（コリメ
ート光）のうちｓ偏光成分は偏光プリズム１５の偏光面
１５ａにおいて上方に反射され、ｐ偏光成分のみが偏光
プリズム１５の偏光面１５ａを選択的に透過する。すな
わち、この偏光プリズム１５は、光源１１から出射され
る光を偏光（ここではｐ偏光成分のみを有する直線偏
光）する偏光子として機能する。なお、ここでは、ｐ偏
光成分のみの直線偏光に変換する場合を例示している
が、ｓ偏光成分のみの直線偏光に変換するように構成し
てもよい。また、２方向の直線偏光成分のうち、いずれ
か一方の成分のみの直線偏光であることが好ましい。

【００１９】この透過光は、さらにレンズ１７へと進
み、レンズ１７によりマスク基板２０が照明される。

【００２０】マスク基板２０は、後述するような構造性
複屈折現象を発生する構成を有しており、このマスク基
板２０において反射された光は、再びレンズ１７を介し
て偏光プリズム１５へ入射する。なお、後述するように
マスク基板２０は位相板として機能するため、マスク基
板２０における反射光（すなわち偏光プリズム１５への
再入射光）はその偏光状態が変化し、ｐ偏光成分のほか
にｓ偏光成分（Δｓ成分）をも含むものとなる。

【００２１】偏光プリズム１５の偏光面１５ａにおい
て、この偏光プリズム１５への再入射光のうち、ｐ偏光
成分が光源１１側へと透過する一方で、（ｐ偏光成分に
直交する）ｓ偏光成分に相当する偏光成分のみが偏光プ
リズム１５の偏光面１５ａにおいて下方に選択的に反射
されて、集光レンズ１９へ向けて進行する。すなわち、
この偏光プリズム１５は、マスク基板２０において反射
された光のうち所定方向の偏光成分（ここではｓ偏光成
分）を抽出する検光子として機能する。

【００２２】そして、集光レンズ１９は、この光を対象
物としてのレジスト基板３０の表面に集光させる。ここ
において、集光レンズ１９は、検光子としての偏光プリ
ズム１５によって抽出された光を対象物であるレジスト
基板３０に対して集光させる集光光学系として機能す
る。なお、マスク基板２０の表面とレジスト基板３０の
表面とは光学的に共役の関係を有するように配置されて
いる。

【００２３】＜Ａ２．マスク基板２０＞図２は、マスク
基板２０の平面図である。このマスク基板２０の中央部
には、構造性複屈折パターンＰＴを有する領域２４が設
けられている。また、図３は、図２の領域２４の拡大平
面図であり、構造性複屈折パターンＰＴが示されてい
る。さらに、図４は、マスク基板２０のＩ−Ｉ断面にお
ける拡大断面図である。

【００２４】図４に示されるように、マスク基板２０
は、ベース部材２１と反射層２２と誘電体層２３とがこ
の順序で積層された構造を有している。反射層２２の上
側に設けられる誘電体層２３は、透明な誘電体材料を用
いて形成されており、図３の平面図に示すように、微細
な幅Ｗを有する所定形状の複数の線（ライン）が、互い
に微細な間隔（スペース）Ｄを空けて周期的に配列され
ている。このように、誘電体層２３は、所定の形状を有
する線が周期的に繰り返して配置されるパターンＰＴと
して形成されている。言い換えれば、この構造性複屈折
パターンＰＴは、「ライン・アンド・スペース」の周期
的配列として形成されている。

【００２５】ここで、幅Ｗおよび間隔Ｄは、いずれも、
光源１１から出射される光の波長λよりも小さな値を有
している。すなわち、このパターンＰＴにおいては、光
の波長λよりも小さな幅Ｗの複数の線が、光の波長より
も小さな間隔Ｗで周期的に配置されている。そして、光
の波長よりも微細なこのようなパターンＰＴに対して光
が入射する場合には、構造性複屈折現象が生じ、その光
の２つの固有偏光成分の振動方向に応じて屈折率が異な
ることになる。すなわち、この構造性複屈折パターンＰ
Ｔは、２つの直線偏光成分のそれぞれに対して互いに異
なる屈折率を有しており、その２つの屈折率差Δｎに起
因して生じた光路差によって２つの成分間に時間的な位
相差を生じさせる「位相板」としての機能を発揮する。

【００２６】なお、ここでは、「ライン・アンド・スペ
ース」の周期的配列を有する構成を構造性複屈折パター
ンＰＴとして例示しているが、これに限定されない。構
造性複屈折パターンＰＴは、光の波長よりも小さな周期
的配列を有することにより構造性複屈折現象を生じさせ
る構成であればよく、ライン状だけでなく菱形形状など
の所定の形状を有する単位形状が周期的に配列されたパ
ターンなどであってもよい。

【００２７】＜Ａ３．動作原理等＞ ＜概要＞図５および図６は、この露光装置１における動
作原理を説明するための図である。上述したように、露
光装置１の偏光プリズム１５は、偏光子と検光子として
の両機能を有しており、図５および図６においては、こ
れらを別個のものとして示している。これらの偏光子Ｐ
Ｌおよび検光子ＡＬは、それぞれ、所定の方向の振動成
分のみを通過させる偏光板（偏光光学素子）であり、こ
こでは、両者は互いに９０度傾いた振動成分のみを透過
させる。すなわち、偏光子ＰＬおよび検光子ＡＬは、ク
ロスニコルの光学的関係を有するように配置（クロスニ
コル配置）されている。

【００２８】図５においては、光源から出射された光
は、矢印ＡＲ１の方向に進み、ｐ偏光成分の直線偏光成
分のみが偏光子ＰＬを選択的に透過する。そして、この
光がそのまま検光子ＡＬに進行した場合には、偏光子Ｐ
Ｌと検光子ＡＬとはクロスニコル配置されているため、
検光子ＡＬを透過する光量は理論的にはゼロとなる。こ
の図５は、マスク基板２０が存在しない場合に相当す
る。

【００２９】一方、図６は、マスク基板２０の存在を考
慮する場合について説明する図である。この場合、上述
したように、マスク基板２０は構造性複屈折現象を生じ
させる機能を有しており、互いに直交する振動成分の光
に対する各屈折率が異なることにより、両振動成分の光
の相互間において位相差δが生じ、マスク基板２０の反
射光の偏光状態が変化する。

【００３０】また、このマスク基板２０は、複屈折現象
を生じさせる結晶材料を用いて構成されるのではなく、
構造性複屈折パターンＰＴを用いて構成されることによ
り、複屈折現象を生じさせている。この構造性複屈折パ
ターンＰＴは、具体的には、上述したように、光の波長
よりも小さな周期的配列（「ライン・アンド・スペー
ス」など）を有しており、これにより構造性複屈折現象
を生じさせる。

【００３１】そして、この構造性複屈折パターンＰＴを
用いる場合には、構造性複屈折パターンＰＴの進相軸Ｌ
１と光の偏光方向（ｐ偏光成分の方向）とがなす角度θ
１（＝θ）によってもマスク基板２０における反射光の
偏光状態が変化する。このときには、構造性複屈折パタ
ーンＰＴにおいて反射された光の偏光状態の変化に基づ
いて、検光子ＡＬを通過する成分が発生することにな
る。この検光子ＡＬを通過する光の強度Ｉは、次の数１
により表すことができる。

【００３２】

【数１】

【００３３】ここで、Ｉ０は、マスク基板２０に対して
照射される光の強度である。また、位相差（リターデー
ション）δは、次の数２により表すことができる。

【００３４】

【数２】

【００３５】ただし、λは光の波長であり、ｈは光路長
であり、Δｎは、構造性複屈折パターンＰＴのラインの
接線方向における屈折率とその法線方向における屈折率
との差である。ここでは、構造性複屈折現象を生じさせ
るマスク基板２０は反射型であり、往路と復路とが存在
するため、ｈは誘電体層２３の溝の深さｄ（図４参照）
を用いてｈ＝２×ｄと表せる。

【００３６】この露光装置１においては、数１で示され
るように、角度θ、位相差δを適宜に決定することによ
り、光の強度Ｉを決定することが可能である。以下で
は、これらの角度θ等に関する考察をさらに行う。

【００３７】＜角度θについて＞図７は、マスク基板２
０における角度θ２の値に応じた、検光子ＡＬ通過後の
光の強度Ｉを説明する図である。ここで、図７（ｃ）に
示すように、角度θ２は、光の進行方向に直交する面内
において、ｘ軸（すなわちｐ偏光成分の振動方向（ｙ方
向）に直交する軸）と構造性複屈折パターンＰＴにおけ
るラインの接線方向との間の角度である。なお、ここで
は、構造性複屈折パターンＰＴにおけるラインの接線方
向とｘ軸とのなす角度をθ２として示しているが、この
角度θ２は、上記の角度θ１と等価であり、両者のいず
れをも角度θ（＝θ１＝θ２）として示すことができ
る。

【００３８】図７（ａ）は、θ＝０（ｒａｄ）（一定
値）の場合の光の強度Ｉを示し、図７（ｂ）は、θ＝π
／４（ｒａｄ）（一定値）の場合の光の強度Ｉを示し、
図７（ｃ）は、θの値がｘ方向に変化する場合の光の強
度Ｉを示す図である。また、図７（ａ），（ｂ），
（ｃ）のそれぞれにおいて、左側の図は、マスク基板２
０における構造性複屈折パターンＰＴを示し、右側は検
光子ＡＬ通過後の光の強度Ｉを示す図である。なお、こ
こでは、上記の位相差δは所定の一定値（たとえばδ＝
π）を有するものとする。

【００３９】図７（ａ）の左側に示すようなθ＝０（ｒ
ａｄ）となる構造性複屈折パターンＰＴ（ＰＴ１）を有
する場合には、数１にも示されるように、光の強度Ｉが
ゼロとなる。したがって、図７（ａ）の右側に示すよう
に検光子ＡＬを通過した後の光が、全く存在しない状態
（図においては黒色で示す）となる。

【００４０】また、図７（ｂ）の左側に示すようなθ＝
π／４（ｒａｄ）となる構造性複屈折パターンＰＴ（Ｐ
Ｔ２）を有する場合には、数１にも示されるように、同
一の位相差δに対して光の強度Ｉが最も大きくなる。し
たがって、図７（ａ）の右側に示すように、検光子ＡＬ
を通過した後の光は、大きな強度（最大強度）を有する
状態（図においては白色で示す）となる。

【００４１】さらに、数１にも示されるように、角度θ
が０（ｒａｄ）からπ／４（ｒａｄ）へと増えるにした
がって光の強度Ｉも増加する。したがって、空間的に角
度θを変化させることによって、光の強度Ｉを空間的に
変化させることが可能である。言い換えれば、構造性複
屈折パターンＰＴにおける複数の線が、マスク基板２０
の各部分に応じて異なる角度θを有することにより、検
光子ＡＬを通過する光の強度Ｉを空間的に変化させるこ
とが可能である。

【００４２】したがって、図７（ｃ）の左側に示すよう
に、ｘ方向において局所的に角度θが変化するような構
造性複屈折パターンＰＴ（ＰＴ３）を描くことにより、
図７（ｃ）の右側に示すようなｘ方向において光の強度
Ｉを局所的に変化させることが可能である。図８は、こ
の図７（ｃ）における光の強度Ｉの空間的変化を示すグ
ラフであり、横軸は空間的位置（ｘ方向の位置）を表
し、縦軸は光の強度Ｉを表している。

【００４３】逆に言えば、図８に示される所望の強度Ｉ
の変化分布Ｉ（ｘ，ｙ）を得たい場合において、構造性
複屈折パターンＰＴをあらかじめ決定することが可能で
ある。そして、所望の強度分布に対応する構造性複屈折
パターンＰＴを有するマスク基板２０を用いることによ
り、レジスト基板３０上における所望の光強度分布を実
現すること、言い換えれば、レジスト基板３０に対する
所望の露光を実現することが可能である。

【００４４】次の数３は、光の強度Ｉについての所望の
分布（図８）を表現する関数である。ここでは、強度Ｉ
がｘ方向にのみ変化し、ｙ方向には変化しない場合を想
定している。

【００４５】

【数３】

【００４６】また、構造性複屈折パターンＰＴのｘ−ｙ
曲線の接線方向の傾きｄｙ／ｄｘと角度θとの関係は、
次の数４により表されるので、この数４と数１とを用い
ることによってさらに次の数５が導かれる。

【００４７】

【数４】

【００４８】

【数５】

【００４９】したがって、数３を数５に代入して得られ
る微分方程式を解くことにより、光の強度Ｉが所望の分
布関数Ｉ（ｘ，ｙ）となるような、構造性複屈折パター
ンＰＴのｘ−ｙ曲線を得ることができる。図７（ｃ）
は、このようにして得られるｘ−ｙ曲線に沿って複数の
ラインが互いに平行に描かれる構造性複屈折パターンＰ
Ｔを示している。

【００５０】この実施形態に係る露光装置１のマスク基
板２０においては、図７（ｃ）の左側に示される構造性
複屈折パターンＰＴ３がさらに繰り返しｘ方向に配列さ
れている。これにより、レジスト基板３０において、図
９の平面図に示すような光学濃度分布を実現することが
できる。したがって、このようにして露光されたレジス
ト基板３０をさらにエッチングすることなどにより、所
望のマルチレベル構造を有する光学素子等を生成するこ
となどが可能になる。

【００５１】ここにおいて、この実施形態の露光装置１
によれば、マスク基板２０の構造性複屈折パターンＰＴ
を用いて構造性複屈折現象を生じさせることにより、所
定の強度Ｉの光をレジスト基板３０に対して付与するこ
とができる。この場合の光の強度Ｉは、たとえば数１な
どにしたがって一意に決定することができるので、その
調整動作が容易である。

【００５２】特に、複屈折現象を生じさせる結晶材料を
用いる場合には全面にわたって同様の偏光状態の変化を
生じさせることになるため、局所的に偏光状態の変化を
生じさせることが困難であるが、構造性複屈折パターン
ＰＴを用いる場合には、構造性複屈折パターンＰＴにお
ける角度θを局所的に容易に変更することが可能であ
る。そして、各部分に応じて異なる角度を有する周期的
配列としての構造性複屈折パターンＰＴを用いることに
より、レジスト基板３０上における所望の光強度分布を
実現する露光を行うことが可能である。

【００５３】また、マスク基板２０における構造性複屈
折パターンＰＴは、誘電体材料を用いて構成されるの
で、ガラス材料を用いて形成される場合に比べて、加工
が容易である。この構造性複屈折パターンＰＴは、電子
線を用いることなく（たとえば縮小投影露光によるフォ
トリソグラフィー技術を用いて）形成することが可能で
ある。したがって、従来技術のような電子線の加速電圧
の調整動作等が不要であり、所望の構造性複屈折パター
ンＰＴを形成することが容易である。さらに、電子線を
用いずに構造性複屈折パターンＰＴを形成することによ
り、散乱等の現象が生じないので、より精密な加工が可
能になる。

【００５４】また、電子線を用いて構造性複屈折パター
ンＰＴを形成する場合であっても、構造性複屈折パター
ンＰＴの形成にあたっては、所定深さｄの溝の有無等に
よって表現されるパターンを形成するように描画すれば
よいので、グレイマスク形成の際に求められていた複数
の階調を有する中間階調表現（すなわち複数の階調の各
光学濃度を示す露光量の調整）を行う必要が無いため、
マスク基板描画時の電子線の調整が比較的容易である。
さらに、グレイマスクを加工する場合に比べて、電子線
照射における散乱現象が露光装置における露光精度に与
える影響を抑制することができるので、精密な露光が容
易になる。

【００５５】この第１実施形態においては、構造性複屈
折パターンＰＴを反射型のマスク基板２０に設けてい
る。したがって、マスク基板２０の誘電体層２３の内部
を進行していく光は、その反射前後における往路と復路
との両方において２つの偏光成分間における光路差を生
じさせること、すなわち、誘電体層２３の高さ（厚さ）
ｄの２倍の長さに起因する光路差を容易に発生させるこ
とができる。したがって、次述する透過型の基板を用い
る場合に比べて、同一の厚さｄの誘電体層２３によっ
て、さらに大きな位相差δを生じさせることができる。

【００５６】＜光学濃度＞また、図１０は、位相差δ＝
πのときの光学濃度（Optical Density）ＯＤと角度θ
との関係を表すグラフであり、横軸は角度θ、縦軸は光
学濃度ＯＤを表している。図１０に示すように、角度θ
に応じて異なる光学濃度ＯＤが得られる。言い換えれ
ば、角度θを変更することにより、異なる光学濃度ＯＤ
を得ることが可能である。

【００５７】ここで、光学濃度ＯＤは、偏光プリズム１
５（図１参照）に入射する前の光の強度（すなわち入射
側の光強度）Ｉｉｎ（図１）と、偏光プリズム１５から
出射される光の強度（すなわち出射側の光強度）Ｉｏｕ
ｔ（図１）とを用いて、ＯＤ＝−ｌｏｇ（（出射側の光
強度）／（入射側の光強度））＝−ｌｏｇ（Ｉｏｕｔ／
Ｉｉｎ）として表される。

【００５８】また、ここでは入射側の光強度Ｉｉｎを基
準にしているため、入射側の光がランダム偏光である場
合には、偏光プリズム１５を通過した光の強度は、理想
的には（ランダム性が高い場合には）光の強度が半分に
なる。したがって、数１を考慮すると、光学濃度ＯＤ
は、次の数６により表現される。

【００５９】

【数６】

【００６０】また、同様にして、入射光が直線偏光であ
る場合を想定すると、入射光の全光量が偏光プリズム１
５をそのまま通過するため、次の数７により表現され
る。

【００６１】

【数７】

【００６２】図１０においては、角度θと光学濃度ＯＤ
との間の数６に基づく関係がラインＧ１１として表され
ており、角度θと光学濃度ＯＤとの間の数７に基づく関
係がラインＧ２１として表されている。

【００６３】また、図１１は、図１０と同様のグラフで
あり、位相差δ＝π／２のときの光学濃度（Optical De
nsity）ＯＤと角度θとの関係を表すグラフである。図
１１においては、角度θと光学濃度ＯＤとの間の数６に
基づく関係がラインＧ１２として表されており、角度θ
と光学濃度ＯＤとの間の数７に基づく関係がラインＧ２
２として表されている。なお、図１０および図１１は、
偏光子ＰＬと検光子ＡＬとがクロスニコル配置されてい
ることを前提としている。

【００６４】図１０のグラフ（たとえばラインＧ１１）
と図１１のグラフ（たとえばラインＧ１２）とを比較す
ると判るように、位相差δが比較的大きい場合（δ＝
π）の方（図１０）が、位相差δが比較的小さい場合
（δ＝π／２）（図１１）よりも、光学濃度に関して、
より大きなダイナミックレンジ（ここでは、角度θの変
化時における光学濃度の値の範囲を意味する）を得るこ
とが可能である。これは、数６および数７にも表れてお
り、δ＝πのときに最も大きなダイナミックレンジを得
られることが判る。この場合、光学濃度のコントラスト
を大きくすることが可能である。したがって、位相差δ
は、πに近い値であることが好ましく、最も好ましくは
πである。

【００６５】なお、上述したように、位相差δは数２の
ように表されるので、使用する光源１１の光の波長λ
と、屈折率差Δｎと、誘電体層２３の深さｄとの組合せ
を適宜に選択することにより、位相差δをπとすること
が可能である。このうち、屈折率差Δｎは、マスク基板
２０の誘電体層２３の材料、構造性複屈折パターンＰＴ
の繰り返し周期などを適宜に変更することにより、所望
の値となるように決定することが可能である。また、そ
のため、誘電体層２３の誘電体材料としては、高屈折率
の材料を用いることが好ましい。

【００６６】＜偏光子ＰＬおよび検光子ＡＬの配置等＞
また、上記においては、偏光子ＰＬおよび検光子ＡＬが
クロスニコル配置される場合について説明したが、これ
に限定されず、たとえば、平行ニコルの光学的関係を有
するように配置（平行ニコル配置）されてもよい。

【００６７】この場合には、検光子ＡＬを通過する光の
強度Ｉは、数１ではなく、次の数８により表される。

【００６８】

【数８】

【００６９】図１２は、平行ニコル配置、かつ、位相差
δ＝πのときの光学濃度（OpticalDensity）ＯＤと角度
θとの関係を表すグラフである。

【００７０】なお、上記と同様に、入射側の光がランダ
ム偏光である場合には、偏光プリズム１５を通過した光
の強度は、理想的には（ランダム性が高い場合には）光
の強度が半分になる。したがって、数１を考慮すると、
光学濃度ＯＤは、次の数９により表現される。また、同
様にして、入射光が直線偏光である場合を想定すると、
数１０により表現される。

【００７１】

【数９】

【００７２】

【数１０】

【００７３】図１２においては、角度θと光学濃度ＯＤ
との間の数９に基づく関係がラインＧ３１として表され
ており、角度θと光学濃度ＯＤとの間の数１０に基づく
関係がラインＧ４１として表されている。

【００７４】また、図１３は、図１２と同様のグラフで
あり、位相差δ＝π／２のときの光学濃度（Optical De
nsity）ＯＤと角度θとの関係を表すグラフである。

【００７５】図１３においては、角度θと光学濃度ＯＤ
との間の数９に基づく関係がラインＧ３２として表され
ており、角度θと光学濃度ＯＤとの間の数１０に基づく
関係がラインＧ４２として表されている。

【００７６】図１２のグラフ（たとえばラインＧ４１）
と図１３のグラフ（たとえばラインＧ４２）とを比較す
ると判るように、位相差δが比較的大きい場合（δ＝
π）の方（図１２）が、位相差δが比較的小さい場合
（δ＝π／２）（図１３）よりも、光学濃度に関して、
より大きなダイナミックレンジを得ることが可能であ
る。これは、数９および数１０にも表れており、δ＝π
のときに最も大きなダイナミックレンジを得ることが可
能である。

【００７７】より具体的には、図１３のラインＧ４２に
示すようにδ＝π／２（ｒａｄ）の場合には、最大光学
濃度ＯＤｍａｘ＝０．３（θ＝π／４（ｒａｄ）のと
き）であるのに対して、最小光学濃度ＯＤｍｉｎ＝０
（θ＝０（ｒａｄ）のとき）であり、光学濃度ＯＤのダ
イナミックレンジは比較的小さなものとなっている。一
方、図１２のラインＧ４１に示すようにδ＝πの場合に
は、最大光学濃度ＯＤｍａｘ＝∞（θ＝π／４（ｒａ
ｄ）のとき）であるのに対して、最小光学濃度ＯＤｍｉ
ｎ＝０（θ＝０（ｒａｄ）のとき）であり、大きな光学
濃度ＯＤのダイナミックレンジが得られる。したがっ
て、位相差δはπに近い方が好ましい。

【００７８】ところで、δ＝π（ｒａｄ）における、図
１０（クロスニコル配置）と図１２（平行ニコル配置）
とを比較すると、光学濃度ＯＤのダイナミックレンジ
は、同一となっている。一方、δ＝π／２（ｒａｄ）に
おける、図１１（クロスニコル配置，δ＝π／２）と図
１３（平行ニコル配置，δ＝π／２）とを比較すると、
同じ位相差δ（＝π／２）であるにも拘わらず、光学濃
度ＯＤのダイナミックレンジは、大きく相違している。
すなわち、平行ニコル配置の場合（図１１）の光学濃度
ＯＤのダイナミックレンジは、平行ニコル配置の場合
（図１３）の光学濃度ＯＤのダイナミックレンジに比べ
てかなり小さくなっている。このような傾向は、位相差
δが小さくなるにつれてさらに大きくなる。

【００７９】このように、位相差δが小さい場合であっ
ても、クロスニコル配置は平行ニコル配置に比べて、比
較的大きなダイナミックレンジを得ることが可能であ
る。この場合、光学濃度のコントラストを増大させるこ
とができる。したがって、偏光子ＰＬと検光子ＡＬとが
クロスニコル配置を有するように構成することが好まし
い。

【００８０】また、数１と数８とを比較すると判るよう
に、クロスニコル配置の場合と平行ニコル配置とでは、
角度θおよび位相差δの同一の組合せ（θ，δ）に対し
て明暗が逆転することになる。すなわち、同一の構造性
複屈折パターンＰＴを用いることにより、ネガポジ反転
を行うことができる。具体的には、クロスニコル配置に
おいてポジ型マスクとして用いたマスク基板２０を、平
行ニコル配置においてネガ型マスクとして用いること、
あるいはその逆が可能になる。

【００８１】特に、上述したように、位相差δ＝π（ｒ
ａｄ）の場合には、クロスニコル配置（図１０）と平行
ニコル配置（図１２）とのいずれの場合においても光学
濃度ＯＤのダイナミックレンジは同一であるので、ネガ
ポジ反転をした場合においても、同様のダイナミックレ
ンジを得ることが可能である。

【００８２】＜Ｂ．第２実施形態＞上記第１実施形態に
おいては、構造性複屈折を生じさせる構造性複屈折パタ
ーンＰＴを「反射型」のマスク基板２０に設けていた
が、本発明はこれに限定されず、「透過型」の基板に構
造性複屈折パターンＰＴを設けてもよい。

【００８３】この第２実施形態においては、マスク基板
として「透過型」のものを用いる場合について説明す
る。

【００８４】図１４は、本発明の第２実施形態に係る露
光装置１Ｂを示す概略構成図である。この露光装置１Ｂ
は、光源１１と、コリメータレンズ１３と、光学部材４
０と、集光レンズ１９とを備えている。また、光学部材
４０は、図１５の断面図にも示されるように、偏光子４
１（ＰＬ）とマスク基板２０Ｂと検光子４２（ＡＬ）と
を有しており、マスク基板２０Ｂは、誘電体層２３と透
明基板部２５とを有している。マスク基板２０Ｂには、
上記の第１実施形態と同様の構造性複屈折パターンＰＴ
が形成されており、これにより、同様の複屈折現象を生
じさせる。また、光学部材４０は、これらの偏光子４１
とマスク基板２０Ｂと検光子４２とを一体的に結合した
状態で構成されている。これらの部材を一体的に構成す
ることにより、コンパクトな構成とすることができる。

【００８５】光源１１から出射された光は、コリメータ
レンズ１３によりコリメート（平行化）され、光学部材
４０に入射する。このコリメートされた光のうちｐ偏光
成分のみが光学部材４０の偏光子４１を透過してマスク
基板２０Ｂへと進む。その後、この透過光は、マスク基
板２０Ｂの誘電体層２３および透明基板部２５を通過し
た後、検光子４２へと進む。ここで、偏光子４１および
検光子４２は、クロスニコルの光学的関係を有するよう
に配置され、マスク基板２０Ｂの構造性複屈折現象によ
り、上記の数１で示される強度Ｉの光がこの検光子４２
を透過する。この検光子４２で抽出された透過光は、さ
らに集光レンズ１９により、対象物であるレジスト基板
３０の表面に集光する。なお、ここでは、偏光子４１お
よび検光子４２をクロスニコルの光学的関係を有するよ
うに配置しているが、平行ニコルの光学的関係を有する
ように配置してもよい。

【００８６】このような構成を有する露光装置１Ｂにお
いても、マスク基板２０Ｂにおける構造性複屈折パター
ンＰＴを上記第１実施形態と同様にして形成することに
より、所望の中間階調を有する光学濃度表現が可能にな
り、また、局所的に異なる構造性複屈折パターンＰＴを
マスク基板２０Ｂにおいて形成することにより、所望の
局所的変化を有する光学濃度パターンをレジスト基板３
０の表面に投影することが可能である。

【００８７】＜Ｃ．その他＞また、上記実施形態におい
ては、偏光子ＰＬと検光子ＡＬとがクロスニコル配置ま
たは平行ニコル配置されている場合について説明した
が、その他の関係を有する場合についても本発明を適用
することができる。すなわち、偏光子ＰＬおよび検光子
ＡＬが、０（ｒａｄ）およびπ／２（ｒａｄ）以外の任
意の角度χを有するように配置されてもよい。

【００８８】さらに、上記実施形態においては、マスク
基板２０の構造性複屈折パターンＰＴにおいて、反射層
２２の上に形成される誘電体層２３における誘電体材料
の有無によりライン・アンド・スペースの構造性複屈折
パターンＰＴを構成する場合について説明したが、これ
に限定されない。たとえば、所定の厚さｄｔ（図示せ
ず）を有する誘電体層２３に対して、その厚さｄｔより
も小さな深さｄの溝を形成することにより、構造性複屈
折パターンＰＴを形成してもよい。あるいは、誘電体層
２３の誘電体材料が存在しない部分（すなわちスペース
部分）に、その誘電体材料とは異なる屈折率を有する材
料を埋め込むことにより、光路差を生じさせてもよい。
この場合においても、構造性複屈折現象を生じさせて、
上記と同様の効果を得ることが可能である。

【００８９】

【発明の効果】以上のように、請求項１ないし請求項７
に記載の露光装置によれば、構造性複屈折パターンを有
する基板を用いて構造性複屈折現象を生じさせることに
より、所定の強度の光を対象物に対して照射することが
できる。また、この構造性複屈折パターンは、電子線を
用いることなく作成することが可能である。電子線を用
いずに構造性複屈折パターンを形成する場合には、従来
技術のような電子線の加速電圧や光学濃度に応じた電子
線露光量の調整動作等が不要であるため、所望の構造性
複屈折パターンを形成することが容易であり、かつ、電
子線照射における散乱現象が生じないので、より精密な
加工が可能になる。さらに、電子線を用いて構造性複屈
折パターンを形成する場合であっても、グレイマスク形
成の際に求められていた中間階調表現を行う必要が無い
ため、その電子線の調整がより容易になる。さらに、グ
レイマスクを電子線照射により加工する場合に比べて、
その散乱現象が露光装置における加工精度に与える影響
を抑制することができる。

【００９０】特に、請求項３に記載の露光装置によれ
ば、周期的配列は、基板の各部分に応じて異なる角度を
有しているので、この角度に応じて検光子によって抽出
された光の強度を局所的に変化させることが可能であ
る。したがって、所望の強度分布に対応する構造性複屈
折パターンを有する基板を用いることにより、対象物上
における所望の光強度分布を実現する露光を行うことが
可能である。

【００９１】また、請求項４に記載の露光装置によれ
ば、構造性複屈折パターンは、構造性複屈折現象により
生じる位相差δがπとなるように形成されているので、
光学濃度のコントラストを大きくすることができる。

【００９２】さらに、請求項５に記載の露光装置によれ
ば、基板は、偏光子により偏光された光を反射する反射
型の基板であるので、基板に設けられた構造性複屈折パ
ターンの内部を進行していく光は、その反射前後におけ
る往路と復路との両方において２つの偏光成分間におけ
る光路差を生じさせること、すなわち、透過型の基板と
比較して２倍の長さの光路差を容易に発生させることが
できる。したがって、透過型の基板を用いる場合に比べ
て、さらに大きな位相差δを生じさせることができるの
で、光学濃度のコントラストを大きくすることができ
る。

【００９３】また、請求項６に記載の露光装置によれ
ば、偏光子および検光子は、クロスニコル配置されてい
るので、平行ニコル配置されている場合に比べて、より
大きなダイナミックレンジを得ることが可能であり、光
学濃度のコントラストを大きくすることができる。この
効果は、特に位相差δが小さいときに顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の露光装置１を示す概略
構成図である。

【図２】マスク基板２０の平面図である。

【図３】構造性複屈折パターンＰＴを示す拡大平面図で
ある。

【図４】マスク基板２０のＩ−Ｉ断面における拡大断面
図である。

【図５】露光装置１における動作原理を説明する図であ
る。

【図６】露光装置１における動作原理を説明する図であ
る。

【図７】角度θ２の値に応じた、検光子ＡＬ通過後の光
の強度Ｉを説明する図である。

【図８】光の強度Ｉの空間的変化を示すグラフである。

【図９】レジスト基板３０における光学濃度分布を示す
概念図である。

【図１０】光学濃度ＯＤと角度θとの関係（クロスニコ
ル，δ＝π）を表すグラフである。

【図１１】光学濃度ＯＤと角度θとの関係（クロスニコ
ル，δ＝π／２）を表すグラフである。

【図１２】光学濃度ＯＤと角度θとの関係（平行ニコ
ル，δ＝π）を表すグラフである。

【図１３】光学濃度ＯＤと角度θとの関係（平行ニコ
ル，δ＝π／２）を表すグラフである。

【図１４】本発明の第２実施形態に係る露光装置１Ｂを
示す概略構成図である。

【図１５】光学部材４０の断面図である。

【図１６】従来技術を説明する図である。

【符号の説明】

１，１Ｂ 露光装置 １１ 光源 １５ 偏光プリズム １７ レンズ １９ 集光レンズ ２０，２０Ｂ マスク基板 ３０ レジスト基板 ４０ 光学部材 Ｌ１ 進相軸 ＯＤ 光学濃度 ＰＴ，ＰＴ１〜ＰＴ３ 構造性複屈折パターン δ 位相差 θ，θ１，θ２ 角度

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物に対して露光を行う露光装置であ
   って、 光源と、 前記光源から出射される光を偏光する偏光子と、 前記偏光子により偏光された光を反射または透過する基
   板であって、前記光の波長よりも小さな周期的配列を有
   する構造性複屈折パターンを有することにより構造性複
   屈折現象を生じさせる基板と、 前記基板において反射または透過した光のうち所定方向
   の偏光成分を抽出する検光子と、 前記検光子によって抽出された光を対象物に対して集光
   させる集光光学系と、を備えることを特徴とする露光装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の露光装置において、 前記構造性複屈折パターンは、前記光の波長よりも小さ
   な幅の複数の線が前記光の波長よりも小さな間隔で配置
   される周期的配列により構成されることを特徴とする露
   光装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の露光装
   置において、 前記周期的配列は、前記基板の各部分に応じて異なる角
   度を有することを特徴とする露光装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の露光装置において、 前記構造性複屈折パターンは、前記構造性複屈折現象に
   より生じる位相差δがπとなるように形成されているこ
   とを特徴とする露光装置。
5. 【請求項５】 請求項３または請求項４に記載の露光装
   置において、 前記基板は、前記偏光子により偏光された光を反射する
   反射型の基板であることを特徴とする露光装置。
6. 【請求項６】 請求項３ないし請求項５のいずれかに記
   載の露光装置において、 前記偏光子および前記検光子は、クロスニコル配置され
   ていることを特徴とする露光装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の露光装置において、 前記偏光子および前記検光子は、偏光プリズムとして一
   体的に形成されていることを特徴とする露光装置。