JP2003133201A - 光学的な記録装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 露光パターンの線幅が露光光の波長に近い場
合であっても所定の解像度が得られかつ露光に要する時
間が低減する、光学的な記録装置及び方法を提供するこ
と。 【解決手段】 光学的な記録技術は、光源からの光を、
振幅変調された光と位相変調された光とを含む変調光に
変換し、変調光を被露光物面に結像させることを特徴と
する。
合であっても所定の解像度が得られかつ露光に要する時
間が低減する、光学的な記録装置及び方法を提供するこ
と。 【解決手段】 光学的な記録技術は、光源からの光を、
振幅変調された光と位相変調された光とを含む変調光に
変換し、変調光を被露光物面に結像させることを特徴と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路や
液晶表示装置等の製造において、フォトリソグラフィ工
程で用いる光学的な記録装置及び記録方法に関し、特
に、露光光の波長と同程度の線幅を有する露光パターン
等を形成するために好適な光学的な記録装置及び記録方
法に関する。
液晶表示装置等の製造において、フォトリソグラフィ工
程で用いる光学的な記録装置及び記録方法に関し、特
に、露光光の波長と同程度の線幅を有する露光パターン
等を形成するために好適な光学的な記録装置及び記録方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】露光による光学的な記録装置として、レ
ンズプロジェクションやミラープロジェクション等の投
影光学系により露光パターンを被露光物面に結像させる
露光装置がある。しかし、露光パターンの線幅が露光光
の波長に近い場合には、光の回折限界のために該線幅が
解像されなかった。これを解消するために、シフターと
呼ばれる透明もしくは半透明な位相変調層がマスク基板
に形成された位相シフトマスクを露光マスクとして用い
て、該位相変調層で光の位相を変調することにより解像
度を向上させるようにした方法がある。
ンズプロジェクションやミラープロジェクション等の投
影光学系により露光パターンを被露光物面に結像させる
露光装置がある。しかし、露光パターンの線幅が露光光
の波長に近い場合には、光の回折限界のために該線幅が
解像されなかった。これを解消するために、シフターと
呼ばれる透明もしくは半透明な位相変調層がマスク基板
に形成された位相シフトマスクを露光マスクとして用い
て、該位相変調層で光の位相を変調することにより解像
度を向上させるようにした方法がある。
【０００３】また、他の露光装置としてレーザ描画装置
があり、記録すべき露光パターンに従ってレーザビーム
で被露光物面上を連続的又は間欠的に走査しながら被露
光物を露光する。さらに光を振幅変調する空間光変調器
を用いて、該空間光変調器で形成される露光パターンを
被露光物に結像させるレーザ描画装置があり、振幅変調
用の空間光変調器により露光パターンを複数の箇所に同
時に記録できるので、単ビームで走査する場合と比べ
て、描画の高速化が実現できる利点を有する。
があり、記録すべき露光パターンに従ってレーザビーム
で被露光物面上を連続的又は間欠的に走査しながら被露
光物を露光する。さらに光を振幅変調する空間光変調器
を用いて、該空間光変調器で形成される露光パターンを
被露光物に結像させるレーザ描画装置があり、振幅変調
用の空間光変調器により露光パターンを複数の箇所に同
時に記録できるので、単ビームで走査する場合と比べ
て、描画の高速化が実現できる利点を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、位相シ
フトマスクは、位相変調層を高精度の厚みでマスク基板
に形成する必要があり、また、位相変調層とパターニン
グされたクロム膜等の振幅変調層とを組み合わせる場合
には、位相変調層と振幅変調層とを高精度に重ね合わせ
る必要があるので、通常の露光マスクより製造が難し
く、製造費用の増加となった。また、位相シフトマスク
を各パターン毎に製造する必要があった。
フトマスクは、位相変調層を高精度の厚みでマスク基板
に形成する必要があり、また、位相変調層とパターニン
グされたクロム膜等の振幅変調層とを組み合わせる場合
には、位相変調層と振幅変調層とを高精度に重ね合わせ
る必要があるので、通常の露光マスクより製造が難し
く、製造費用の増加となった。また、位相シフトマスク
を各パターン毎に製造する必要があった。
【０００５】また、振幅変調用の空間光変調器を用いる
レーザ描画装置は、高速度での描画ができる反面、解像
度の点で位相シフトマスクを用いる装置より劣ってい
た。
レーザ描画装置は、高速度での描画ができる反面、解像
度の点で位相シフトマスクを用いる装置より劣ってい
た。
【０００６】本発明の目的は、露光パターンの線幅が露
光光の波長に近い場合であっても所定の解像度が得られ
かつ露光に要する時間が低減する、光学的な記録装置及
び方法を提供することにある。
光光の波長に近い場合であっても所定の解像度が得られ
かつ露光に要する時間が低減する、光学的な記録装置及
び方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決する解決手段、作用及び効果】本発明に係
る光学的な記録装置は、光源からの光を、振幅変調され
た光と位相変調された光とを含む変調光に変換する光変
換手段と、前記変調光を被露光物面に結像させる結像手
段とを含む。
る光学的な記録装置は、光源からの光を、振幅変調され
た光と位相変調された光とを含む変調光に変換する光変
換手段と、前記変調光を被露光物面に結像させる結像手
段とを含む。
【０００８】本発明に係る光学的な記録方法は、光源か
らの光を、振幅変調された光と位相変調された光とを含
む変調光に変換するステップと、前記変調光を被露光物
面に結像させるステップとを含む。
らの光を、振幅変調された光と位相変調された光とを含
む変調光に変換するステップと、前記変調光を被露光物
面に結像させるステップとを含む。
【０００９】そのような記録装置及び方法においては、
振幅変調された光と位相変調された光とを含む変調光が
被露光物面に結像される。したがって、露光による露光
パターンの被露光物への記録において振幅変調と位相変
調とを同時に行うことができ、位相シフトマスクと同様
の高解像度と露光時間の短縮とが容易に実現される。位
相及び振幅の変調は、変調量の制御が容易なため、最適
な変調量に容易に設定することができる。また、従来の
ような露光パターンの変更のたびの露光マスク交換の必
要性が根本的にない。
振幅変調された光と位相変調された光とを含む変調光が
被露光物面に結像される。したがって、露光による露光
パターンの被露光物への記録において振幅変調と位相変
調とを同時に行うことができ、位相シフトマスクと同様
の高解像度と露光時間の短縮とが容易に実現される。位
相及び振幅の変調は、変調量の制御が容易なため、最適
な変調量に容易に設定することができる。また、従来の
ような露光パターンの変更のたびの露光マスク交換の必
要性が根本的にない。
【００１０】前記光変換手段は、好ましくは、前記光源
から導かれた光の少なくとも１部を振幅変調する第１の
空間光変調器と、前記第１の空間光変調器で変調された
光を結像させる第１の結像光学系と、前記第１の結像光
学系により結像された光の少なくとも１部を位相変調す
る第２の空間光変調器とを含み、前記結像手段は、前記
第２の空間光変調器で変調された光を前記被露光物面に
結像させる第２の結像光学系を含むことができる。
から導かれた光の少なくとも１部を振幅変調する第１の
空間光変調器と、前記第１の空間光変調器で変調された
光を結像させる第１の結像光学系と、前記第１の結像光
学系により結像された光の少なくとも１部を位相変調す
る第２の空間光変調器とを含み、前記結像手段は、前記
第２の空間光変調器で変調された光を前記被露光物面に
結像させる第２の結像光学系を含むことができる。
【００１１】前記光変換手段は、前記光源から導かれた
光の少なくとも１部を位相変調する第１の空間光変調器
と、前記第１の空間光変調器で変調された光を結像させ
る第１の結像光学系と、前記第１の結像光学系により結
像された光の少なくとも１部を振幅変調する第２の空間
光変調器とを含み、前記結像手段は、前記第２の空間光
変調器で変調された光を前記被露光物面に結像させる第
２の結像光学系を含んでいてもよい。
光の少なくとも１部を位相変調する第１の空間光変調器
と、前記第１の空間光変調器で変調された光を結像させ
る第１の結像光学系と、前記第１の結像光学系により結
像された光の少なくとも１部を振幅変調する第２の空間
光変調器とを含み、前記結像手段は、前記第２の空間光
変調器で変調された光を前記被露光物面に結像させる第
２の結像光学系を含んでいてもよい。
【００１２】前記光変換手段は、前記光源から導かれた
光を第１の光と第２の光とに分離する光分離手段と、前
記第１の光の少なくとも１部を振幅変調する第１の空間
光変調器と、前記第２の光の少なくとも１部を位相変調
する第２の空間光変調器と、前記第１の空間光変調器で
変調された光と前記第２の空間光変調器で変調された光
とを合成する光合成手段とを含み、前記結像手段は、前
記合成された光を前記被露光物面に結像させる結像光学
系を含んでいてもよい。
光を第１の光と第２の光とに分離する光分離手段と、前
記第１の光の少なくとも１部を振幅変調する第１の空間
光変調器と、前記第２の光の少なくとも１部を位相変調
する第２の空間光変調器と、前記第１の空間光変調器で
変調された光と前記第２の空間光変調器で変調された光
とを合成する光合成手段とを含み、前記結像手段は、前
記合成された光を前記被露光物面に結像させる結像光学
系を含んでいてもよい。
【００１３】前記振幅変調する空間光変調器は、好まし
くは、偏光板と液晶空間光変調素子とを含むことができ
る。また、前記位相変調する空間光変調器は、好ましく
は、液晶空間光変調素子を含むことができる。
くは、偏光板と液晶空間光変調素子とを含むことができ
る。また、前記位相変調する空間光変調器は、好ましく
は、液晶空間光変調素子を含むことができる。
【００１４】前記被露光物面に結像させる結像光学系
は、好ましくは、縮小光学系とすることができる。
は、好ましくは、縮小光学系とすることができる。
【００１５】前記変換するステップは、好ましくは、前
記光源からの光を該光の少なくとも１部を振幅変調する
第１の空間光変調器に入射させるステップと、前記第１
の空間光変調器で変調された光を第１の結像光学系によ
り結像させるステップと、前記第１の結像光学系により
結像された光を該光の少なくとも１部を位相変調する第
２の空間光変調器に入射させるステップとを含み、前記
結像させるステップは、前記第２の空間光変調器で変調
された光を前記被露光物面に結像させるステップを含む
ことができる。
記光源からの光を該光の少なくとも１部を振幅変調する
第１の空間光変調器に入射させるステップと、前記第１
の空間光変調器で変調された光を第１の結像光学系によ
り結像させるステップと、前記第１の結像光学系により
結像された光を該光の少なくとも１部を位相変調する第
２の空間光変調器に入射させるステップとを含み、前記
結像させるステップは、前記第２の空間光変調器で変調
された光を前記被露光物面に結像させるステップを含む
ことができる。
【００１６】前記変換するステップは、前記光源からの
光を該光の少なくとも１部を位相変調する第１の空間光
変調器に入射させるステップと、前記第１の空間光変調
器で変調された光を第１の結像光学系により結像させる
ステップと、前記第１の結像光学系により結像された光
を該光の少なくとも１部を振幅変調する第２の空間光変
調器に入射させるステップとを含み、前記結像させるス
テップは、前記第２の空間光変調器で変調された光を前
記被露光物面に結像させるステップを含んでいてもよ
い。
光を該光の少なくとも１部を位相変調する第１の空間光
変調器に入射させるステップと、前記第１の空間光変調
器で変調された光を第１の結像光学系により結像させる
ステップと、前記第１の結像光学系により結像された光
を該光の少なくとも１部を振幅変調する第２の空間光変
調器に入射させるステップとを含み、前記結像させるス
テップは、前記第２の空間光変調器で変調された光を前
記被露光物面に結像させるステップを含んでいてもよ
い。
【００１７】前記変換するステップは、前記光源からの
光を光分離手段により第１の光と第２の光とに分離する
ステップと、前記第１の光を該光の少なくとも１部を振
幅変調する第１の空間光変調器に入射させるステップ
と、前記第２の光を該光の少なくとも１部を位相変調す
る第２の空間光変調器に入射させるステップと、前記第
１の空間光変調器で変調された光と前記第２の空間光変
調器で変調された光とを光合成手段により合成するステ
ップとを含み、前記結像させるステップは、前記合成さ
れた光を前記被露光物面に結像させるステップを含んで
いてもよい。
光を光分離手段により第１の光と第２の光とに分離する
ステップと、前記第１の光を該光の少なくとも１部を振
幅変調する第１の空間光変調器に入射させるステップ
と、前記第２の光を該光の少なくとも１部を位相変調す
る第２の空間光変調器に入射させるステップと、前記第
１の空間光変調器で変調された光と前記第２の空間光変
調器で変調された光とを光合成手段により合成するステ
ップとを含み、前記結像させるステップは、前記合成さ
れた光を前記被露光物面に結像させるステップを含んで
いてもよい。
【００１８】本発明に係る記録方法においては、前記光
変換により形成される露光パターンと前記被露光物面が
露光される箇所とを変えながら連続的又は間欠的に走査
しながら前記被露光物面に前記変調光を結像させること
により最終の露光パターンを形成することができる。
変換により形成される露光パターンと前記被露光物面が
露光される箇所とを変えながら連続的又は間欠的に走査
しながら前記被露光物面に前記変調光を結像させること
により最終の露光パターンを形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】まず、振幅変調用の空間光変調器
と位相変調用の空間光変調器とを光学的に直列に結合す
る積算型の光学的な記憶装置及び方法について説明す
る。
と位相変調用の空間光変調器とを光学的に直列に結合す
る積算型の光学的な記憶装置及び方法について説明す
る。
【００２０】図１を参照するに、光学的な記録装置１０
は、図示しない光源から導かれた光１２の少なくとも１
部を振幅変調する空間光変調器（以下「ＳＬＭ」とい
う。）１４と、空間光変調器１４を透過した光１６を結
像させる結像レンズ１８と、結像レンズ１８により結像
された光２０の少なくとも１部を位相変調する空間光変
調器２２と、空間光変調器２２を透過した光２４を被露
光物２６の面２８に結像させる結像レンズ３０とを含
む。
は、図示しない光源から導かれた光１２の少なくとも１
部を振幅変調する空間光変調器（以下「ＳＬＭ」とい
う。）１４と、空間光変調器１４を透過した光１６を結
像させる結像レンズ１８と、結像レンズ１８により結像
された光２０の少なくとも１部を位相変調する空間光変
調器２２と、空間光変調器２２を透過した光２４を被露
光物２６の面２８に結像させる結像レンズ３０とを含
む。
【００２１】露光用の光源として、通常の投影露光装置
と同様に、超高圧水銀灯のｉ線やｇ線又は各種のレーザ
光を用いることができる。
と同様に、超高圧水銀灯のｉ線やｇ線又は各種のレーザ
光を用いることができる。
【００２２】各ＳＬＭ１４、２２は、１画素に対応する
基本素子を複数配列した液晶素子を含み、半導体集積回
路や液晶表示パネルの製造技術を用いて製造されてい
る。
基本素子を複数配列した液晶素子を含み、半導体集積回
路や液晶表示パネルの製造技術を用いて製造されてい
る。
【００２３】ＳＬＭ１４とＳＬＭ２２とは、記録装置１
０において、図示しない支持装置によって、光学的に直
列に、かつ光学的に互いに共役な位置になるように支持
されている。ＳＬＭ１４とＳＬＭ２２の対応する画素同
士の間の光路長すなわち位相差は、各画素の近傍におい
て大きく変化しないようにする必要がある。この条件
は、結像レンズ１８の収差を無視することができる場
合、ＳＬＭ１４とＳＬＭ２２との光軸方向の位置ずれを
各画素の近傍において露光光の波長と比べて十分に小さ
く抑えれば、達成できる。
０において、図示しない支持装置によって、光学的に直
列に、かつ光学的に互いに共役な位置になるように支持
されている。ＳＬＭ１４とＳＬＭ２２の対応する画素同
士の間の光路長すなわち位相差は、各画素の近傍におい
て大きく変化しないようにする必要がある。この条件
は、結像レンズ１８の収差を無視することができる場
合、ＳＬＭ１４とＳＬＭ２２との光軸方向の位置ずれを
各画素の近傍において露光光の波長と比べて十分に小さ
く抑えれば、達成できる。
【００２４】ＳＬＭ１４での複素振幅透過率をＴ
１（ｘ，ｙ）、ＳＬＭ２２での複素振幅透過率をＴ
２（ｘ，ｙ）とすると、被露光物２６の面２８での複素
振幅Ｅ（ｘ，ｙ）は、以下の式（１）になる。
１（ｘ，ｙ）、ＳＬＭ２２での複素振幅透過率をＴ
２（ｘ，ｙ）とすると、被露光物２６の面２８での複素
振幅Ｅ（ｘ，ｙ）は、以下の式（１）になる。
【００２５】
【数１】
Ｅ（ｘ，ｙ）
＝Ｔ１（ｘ，ｙ）Ｔ２（ｘ，ｙ）
＝Ａ１（ｘ，ｙ）Ａ２（ｘ，ｙ）ｅｘｐ（ｉＰ１（ｘ，ｙ）＋ｉＰ２（ｘ，ｙ）
）
≡Ａ（ｘ，ｙ）ｅｘｐ（ｉＰ（ｘ，ｙ））・・・（１）
【００２６】ここで、Ｔ１（ｘ，ｙ）、Ｔ２（ｘ，ｙ）
は、以下の式（２）、（３）で定義される。
は、以下の式（２）、（３）で定義される。
【００２７】
【数２】
Ｔ１（ｘ，ｙ）≡Ａ１（ｘ，ｙ）ｅｘｐ（ｉＰ１（ｘ，ｙ））・・・（２）
【００２８】
【数３】
Ｔ２（ｘ，ｙ）≡Ａ２（ｘ，ｙ）ｅｘｐ（ｉＰ２（ｘ，ｙ））・・・（３）
【００２９】上式（１）、（２）及び（３）に基づい
て、上記の振幅Ａ（ｘ，ｙ）及び位相Ｐ（ｘ，ｙ）が被
露光物２６の面２８での最終的な振幅Ａ（ｘ，ｙ）及び
位相Ｐ（ｘ，ｙ）となるように、液晶素子への印加電圧
で振幅変調（光の透過率）及び位相変調（位相０〜位相
２π）を制御する。
て、上記の振幅Ａ（ｘ，ｙ）及び位相Ｐ（ｘ，ｙ）が被
露光物２６の面２８での最終的な振幅Ａ（ｘ，ｙ）及び
位相Ｐ（ｘ，ｙ）となるように、液晶素子への印加電圧
で振幅変調（光の透過率）及び位相変調（位相０〜位相
２π）を制御する。
【００３０】振幅変調用ＳＬＭ１４が位相変調作用を有
していたり、位相変調用ＳＬＭ２２が振幅変調作用を有
していたりする場合においても、前記の式（１）により
最終的な振幅Ａ（ｘ，ｙ）及び位相Ｐ（ｘ，ｙ）が理想
値に近くなるように、Ｔ１（ｘ，ｙ、）、Ｔ２（ｘ，
ｙ）の値を選択すればよい。
していたり、位相変調用ＳＬＭ２２が振幅変調作用を有
していたりする場合においても、前記の式（１）により
最終的な振幅Ａ（ｘ，ｙ）及び位相Ｐ（ｘ，ｙ）が理想
値に近くなるように、Ｔ１（ｘ，ｙ、）、Ｔ２（ｘ，
ｙ）の値を選択すればよい。
【００３１】結像レンズ３０は、等倍光学系レンズ及び
縮小光学系レンズのいずれをも採用することができる。
ただし、一般に、ＳＬＭの画素サイズは数μｍ以上と大
きく、いわゆるサブミクロンオーダの解像度を得るに
は、好ましくは、縮小光学系を用いる。図１において、
説明を簡単にするために、結像レンズ１８、３０をそれ
ぞれ１つのレンズとして示したが、さらに良好な結像性
能を得るためには、複数のレンズを用いてそれらを組み
合わせることが望ましい。
縮小光学系レンズのいずれをも採用することができる。
ただし、一般に、ＳＬＭの画素サイズは数μｍ以上と大
きく、いわゆるサブミクロンオーダの解像度を得るに
は、好ましくは、縮小光学系を用いる。図１において、
説明を簡単にするために、結像レンズ１８、３０をそれ
ぞれ１つのレンズとして示したが、さらに良好な結像性
能を得るためには、複数のレンズを用いてそれらを組み
合わせることが望ましい。
【００３２】図１において、振幅変調用のＳＬＭを光源
側に、位相変調用のＳＬＭを被露光物側に配置した場合
で説明したが、位相変調用のＳＬＭを光源側に、振幅変
調用のＳＬＭを被露光物側に配置した場合であっても上
記と同様である。また、液晶素子を含まない空間光変調
器を用いることもできる。
側に、位相変調用のＳＬＭを被露光物側に配置した場合
で説明したが、位相変調用のＳＬＭを光源側に、振幅変
調用のＳＬＭを被露光物側に配置した場合であっても上
記と同様である。また、液晶素子を含まない空間光変調
器を用いることもできる。
【００３３】次に、振幅変調用の空間光変調器と位相変
調用の空間光変調器とを光学的に並列に結合する加算型
の光学的な記憶装置及び方法について説明する。
調用の空間光変調器とを光学的に並列に結合する加算型
の光学的な記憶装置及び方法について説明する。
【００３４】図２を参照するに、光学的な記録装置３２
は、光源３４から照明レンズ３８を経た光４０を光４２
と光４４とに分離する光分離器４６と、光４２の少なく
とも１部を振幅変調するＳＬＭ４８と、光４４の少なく
とも１部を位相変調するＳＬＭ５０と、ＳＬＭ４８を透
過した光５２とＳＬＭ５０を透過した光５４とを合成す
る光合成器５６と、合成された光５８を被露光物２６の
面２８に結像させる結像レンズ６０とを含む。
は、光源３４から照明レンズ３８を経た光４０を光４２
と光４４とに分離する光分離器４６と、光４２の少なく
とも１部を振幅変調するＳＬＭ４８と、光４４の少なく
とも１部を位相変調するＳＬＭ５０と、ＳＬＭ４８を透
過した光５２とＳＬＭ５０を透過した光５４とを合成す
る光合成器５６と、合成された光５８を被露光物２６の
面２８に結像させる結像レンズ６０とを含む。
【００３５】また、光分離器４６からの光４２を反射し
てＳＬＭ４８へ導くミラー６２と、光分離器４６からの
光４４を反射してＳＬＭ５０へ導くミラー６４とが設け
られている。
てＳＬＭ４８へ導くミラー６２と、光分離器４６からの
光４４を反射してＳＬＭ５０へ導くミラー６４とが設け
られている。
【００３６】露光用の光源として、通常のステッパーと
同様に、超高圧水銀灯のｉ線やｇ線又はＡｒＦレーザ
（波長＝２４８ｍｍ）やＫｒＦレーザ（波長＝１９３ｍ
ｍ）等のレーザ光を用いることができる。
同様に、超高圧水銀灯のｉ線やｇ線又はＡｒＦレーザ
（波長＝２４８ｍｍ）やＫｒＦレーザ（波長＝１９３ｍ
ｍ）等のレーザ光を用いることができる。
【００３７】各ＳＬＭ４８、５０は、１画素に対応する
基本素子を複数配列した液晶素子を含み、半導体集積回
路や液晶表示パネルの製造技術を用いて製造されてい
る。
基本素子を複数配列した液晶素子を含み、半導体集積回
路や液晶表示パネルの製造技術を用いて製造されてい
る。
【００３８】ＳＬＭ４８とＳＬＭ５０とは、記録装置３
２において、図示しない支持装置によって、光学的に並
列に、かつ結像光学系すなわち結像レンズ６０から見て
重なり合う位置になるように支持されている。ＳＬＭ１
４とＳＬＭ２２との光軸方向の位置ずれは、それに対応
して位相差すなわちＰ１（ｘ，ｙ）とＰ２（ｘ，ｙ）と
の差として生じるので、積算型の光学系と比べてより高
精度に位置合わせが行われている。
２において、図示しない支持装置によって、光学的に並
列に、かつ結像光学系すなわち結像レンズ６０から見て
重なり合う位置になるように支持されている。ＳＬＭ１
４とＳＬＭ２２との光軸方向の位置ずれは、それに対応
して位相差すなわちＰ１（ｘ，ｙ）とＰ２（ｘ，ｙ）と
の差として生じるので、積算型の光学系と比べてより高
精度に位置合わせが行われている。
【００３９】光分離器４６及び光合成器５６は、ハーフ
ミラー型の光学要素が用いられている。光の合成におい
ては、ＳＬＭ４８を透過した光とＳＬＭ５０を透過した
光とを光合成器５６により干渉させている。偏光方向は
同一である必要があるので、偏光ビームスプリッタを用
いない。
ミラー型の光学要素が用いられている。光の合成におい
ては、ＳＬＭ４８を透過した光とＳＬＭ５０を透過した
光とを光合成器５６により干渉させている。偏光方向は
同一である必要があるので、偏光ビームスプリッタを用
いない。
【００４０】ＳＬＭ４８での複素振幅透過率をＴ
１（ｘ，ｙ）、ＳＬＭ５０での複素振幅透過率をＴ
２（ｘ，ｙ）とすると、被露光物２６の面２８での複素
振幅Ｅ（ｘ，ｙ）は、以下の式（４）になる。
１（ｘ，ｙ）、ＳＬＭ５０での複素振幅透過率をＴ
２（ｘ，ｙ）とすると、被露光物２６の面２８での複素
振幅Ｅ（ｘ，ｙ）は、以下の式（４）になる。
【００４１】
【数４】
Ｅ（ｘ，ｙ）
＝Ｔ１（ｘ，ｙ）＋Ｔ２（ｘ，ｙ）
＝Ａ１（ｘ，ｙ）ｅｘｐ（ｉＰ１（ｘ，ｙ））＋Ａ２（ｘ，ｙ）ｅｘｐ（ｉＰ２
（ｘ，ｙ））
≡Ａ（ｘ，ｙ）ｅｘｐ（ｉＰ（ｘ，ｙ））・・・（４）
【００４２】ここで、Ｔ１（ｘ，ｙ）、Ｔ２（ｘ，ｙ）
は、以下の式（５）、（６）で定義される。
は、以下の式（５）、（６）で定義される。
【００４３】
【数５】
Ｔ１（ｘ，ｙ）≡Ａ１（ｘ，ｙ）ｅｘｐ（ｉＰ１（ｘ，ｙ））・・・（５）
【００４４】
【数６】
Ｔ２（ｘ，ｙ）≡Ａ２（ｘ，ｙ）ｅｘｐ（ｉＰ２（ｘ，ｙ））・・・（６）
【００４５】上式（４）、（５）及び（６）に基づい
て、上記の振幅Ａ（ｘ，ｙ）及び位相Ｐ（ｘ，ｙ）が被
露光物２６の面２８での最終的な振幅Ａ（ｘ，ｙ）及び
位相Ｐ（ｘ，ｙ）となるように、液晶素子への印加電圧
で振幅変調（光の透過率）及び位相変調（位相０〜位相
２π）を制御する。
て、上記の振幅Ａ（ｘ，ｙ）及び位相Ｐ（ｘ，ｙ）が被
露光物２６の面２８での最終的な振幅Ａ（ｘ，ｙ）及び
位相Ｐ（ｘ，ｙ）となるように、液晶素子への印加電圧
で振幅変調（光の透過率）及び位相変調（位相０〜位相
２π）を制御する。
【００４６】振幅変調用ＳＬＭ４８が位相変調作用を有
していたり、位相変調用ＳＬＭ５０が振幅変調作用を有
していたりする場合においても、前記の式（４）により
最終的な振幅Ａ（ｘ，ｙ）及び位相Ｐ（ｘ，ｙ）が理想
値に近くなるように、Ｔ１（ｘ，ｙ、）、Ｔ２（ｘ，
ｙ）の値を選択すればよい。
していたり、位相変調用ＳＬＭ５０が振幅変調作用を有
していたりする場合においても、前記の式（４）により
最終的な振幅Ａ（ｘ，ｙ）及び位相Ｐ（ｘ，ｙ）が理想
値に近くなるように、Ｔ１（ｘ，ｙ、）、Ｔ２（ｘ，
ｙ）の値を選択すればよい。
【００４７】振幅変調及び位相変調の量は任意の値をと
りうるが、典型的な方法としては、振幅変調では、光の
透過（以下「ＯＦＦ」という。）、非透過（以下「Ｏ
Ｎ」という。）及び半透過のいずれかに制御される。ま
た、位相変調では、位相が同相である（以下「位相０」
又は「ＯＦＦ」という。）及び位相がπだけずれる（以
下「位相π」又は「ＯＮ」という。）のいずれかに制御
される。
りうるが、典型的な方法としては、振幅変調では、光の
透過（以下「ＯＦＦ」という。）、非透過（以下「Ｏ
Ｎ」という。）及び半透過のいずれかに制御される。ま
た、位相変調では、位相が同相である（以下「位相０」
又は「ＯＦＦ」という。）及び位相がπだけずれる（以
下「位相π」又は「ＯＮ」という。）のいずれかに制御
される。
【００４８】したがって、変調が行われる基本単位とな
る各液晶素子の画素に対して、少なくとも「非透過」、
「半透過かつ位相π」、「透過かつ位相０」及び「透過
かつ位相π」の４種類の場合が選択可能である。これら
を組み合わせて任意の位相シフトマスクに準じる波面を
形成することができる。ここで、「非透過」、「透過か
つ位相０」及び「透過かつ位相π」はレベンソン型の位
相シフトマスクに相当し、「半透過かつ位相π」及び
「透過かつ位相０」はハーフトーン型の位相シフトマス
クに相当する。
る各液晶素子の画素に対して、少なくとも「非透過」、
「半透過かつ位相π」、「透過かつ位相０」及び「透過
かつ位相π」の４種類の場合が選択可能である。これら
を組み合わせて任意の位相シフトマスクに準じる波面を
形成することができる。ここで、「非透過」、「透過か
つ位相０」及び「透過かつ位相π」はレベンソン型の位
相シフトマスクに相当し、「半透過かつ位相π」及び
「透過かつ位相０」はハーフトーン型の位相シフトマス
クに相当する。
【００４９】図２においては、簡単にするために、２つ
のＳＬＭ４８、５０を透過した光を結合し、被露光物面
に光を結像させるレンズ６０を１つとして示したが、収
差をなくすために複数のレンズを用いてもよい。また、
両テレセントリックかつアフォーカル光学系にすれば、
焦点がはずれても、露光パターンの寸法精度は保たれ、
かつ均一な露光強度が得られる利点を有する。
のＳＬＭ４８、５０を透過した光を結合し、被露光物面
に光を結像させるレンズ６０を１つとして示したが、収
差をなくすために複数のレンズを用いてもよい。また、
両テレセントリックかつアフォーカル光学系にすれば、
焦点がはずれても、露光パターンの寸法精度は保たれ、
かつ均一な露光強度が得られる利点を有する。
【００５０】また、照明光学系として、ケーラー照明光
学系やフライアイ（魚眼）レンズ等を用いるならば、均
一な照度が得られ、全面で照明主光線をＳＬＭの光入射
面に対して垂直にすることができるので望ましい。特
に、ＳＬＭとして液晶素子を用いた場合、液晶素子は入
射角度により特性が大きく変わるので垂直照明が特に望
ましい。空間光変調器として透過型の液晶素子を用いる
場合で説明したが、それ以外の素子、例えば反射型の液
晶素子やマイクロミラーデバイス等を用いることができ
る。また、液晶素子を含まない空間光変調器を用いるこ
ともできる。
学系やフライアイ（魚眼）レンズ等を用いるならば、均
一な照度が得られ、全面で照明主光線をＳＬＭの光入射
面に対して垂直にすることができるので望ましい。特
に、ＳＬＭとして液晶素子を用いた場合、液晶素子は入
射角度により特性が大きく変わるので垂直照明が特に望
ましい。空間光変調器として透過型の液晶素子を用いる
場合で説明したが、それ以外の素子、例えば反射型の液
晶素子やマイクロミラーデバイス等を用いることができ
る。また、液晶素子を含まない空間光変調器を用いるこ
ともできる。
【００５１】図３は積算型の光学系をより具体的に示す
ものである。記録装置６６は、光源６８と、光源６８か
らの光７０を反射するミラー７２と、照明レンズ７４、
７６を含む照明光学系７８と、偏光板８０、８２及び液
晶素子８４を含む空間光変調器８６と、等倍レンズ８
８、９０及び絞り板９２を含む等倍光学系９４と、液晶
素子９６を含む空間光変調器９８と、等倍レンズ１０
０、絞り板１０２及び縮小レンズ１０４を含む縮小光学
系１０６とを含む。
ものである。記録装置６６は、光源６８と、光源６８か
らの光７０を反射するミラー７２と、照明レンズ７４、
７６を含む照明光学系７８と、偏光板８０、８２及び液
晶素子８４を含む空間光変調器８６と、等倍レンズ８
８、９０及び絞り板９２を含む等倍光学系９４と、液晶
素子９６を含む空間光変調器９８と、等倍レンズ１０
０、絞り板１０２及び縮小レンズ１０４を含む縮小光学
系１０６とを含む。
【００５２】光源として、Ａｒレーザ（３６４ｎｍ）を
用いた。このレーザをビームエキスパンダーで直径約５
０ｎｍの平行光に拡大した。
用いた。このレーザをビームエキスパンダーで直径約５
０ｎｍの平行光に拡大した。
【００５３】空間光変調器８６は、入射した光を振幅変
調する空間光変調器であり、透過性のＴＮ配向型の液晶
素子８４の両面に２つの偏光板８０、８２を互いに偏光
軸を直交させて配置している。この空間光変調器は、ノ
ーマリホワイト型と呼ばれ、液晶素子８４への印加電圧
信号がＯＮのときに非透過性を示す空間光変調器であ
る。
調する空間光変調器であり、透過性のＴＮ配向型の液晶
素子８４の両面に２つの偏光板８０、８２を互いに偏光
軸を直交させて配置している。この空間光変調器は、ノ
ーマリホワイト型と呼ばれ、液晶素子８４への印加電圧
信号がＯＮのときに非透過性を示す空間光変調器であ
る。
【００５４】液晶素子８４は、大きさが対角１．２イン
チ、画素数１０２４×７６８、画素サイズ２５μｍ角の
ものを用いた。この液晶素子は、印加電圧信号がＯＮ／
ＯＦＦのときに係る位相差が０になるように、液晶の厚
さを３．１μｍとして製造した。
チ、画素数１０２４×７６８、画素サイズ２５μｍ角の
ものを用いた。この液晶素子は、印加電圧信号がＯＮ／
ＯＦＦのときに係る位相差が０になるように、液晶の厚
さを３．１μｍとして製造した。
【００５５】ただし、位相差を完全に０におさえること
は難しく、いくらかの位相差は発生してしまう。後述す
るように、この位相差は、位相変調用の空間光変調器に
よって補正する。
は難しく、いくらかの位相差は発生してしまう。後述す
るように、この位相差は、位相変調用の空間光変調器に
よって補正する。
【００５６】空間光変調器９８は、入射した光を位相変
調する空間光変調器であり、液晶素子９６としてホモジ
ニアス配向型の液晶素子を用いた。異方屈折率を有する
液晶が電界により方向を変えることにより特定の偏光方
向の光に対して屈折率が変化し、したがって、一定厚の
液晶を透過した後の位相が変化するのが位相変調の原理
である。
調する空間光変調器であり、液晶素子９６としてホモジ
ニアス配向型の液晶素子を用いた。異方屈折率を有する
液晶が電界により方向を変えることにより特定の偏光方
向の光に対して屈折率が変化し、したがって、一定厚の
液晶を透過した後の位相が変化するのが位相変調の原理
である。
【００５７】液晶素子９６は、液晶の屈折率異方性Δｎ
を０．０８、厚さを３．１μｍとして製造した。印加電
圧信号のＯＮ／ＯＦＦ間で完全にダイレクタが９０度変
化すると仮定したときの位相変調は、以下の式（７）に
なり、この条件で任意の位相量を設定することができ
る。
を０．０８、厚さを３．１μｍとして製造した。印加電
圧信号のＯＮ／ＯＦＦ間で完全にダイレクタが９０度変
化すると仮定したときの位相変調は、以下の式（７）に
なり、この条件で任意の位相量を設定することができ
る。
【００５８】
【数７】
（最大位相変調）
＝２π×（屈折率異方性Δｎ）×（液晶の厚さ）／（波長／屈折率）
＝２π×０．０８×３．１μｍ／（０．３６４μｍ／１．５）
＝２π・・・（７）
【００５９】位相変調用の空間光変調器９８は、偏光板
を用いず、液晶の配向をホモジニアス配向とした。ま
た、液晶の厚さを３．１μｍとして製造した。印加電圧
信号がＯＮのときに完全に垂直配向させた場合の位相差
は２πとなる。予め、印加電圧と位相変調量との関係を
求めて、印加電圧のＯＮ／ＯＦＦの制御を行った。
を用いず、液晶の配向をホモジニアス配向とした。ま
た、液晶の厚さを３．１μｍとして製造した。印加電圧
信号がＯＮのときに完全に垂直配向させた場合の位相差
は２πとなる。予め、印加電圧と位相変調量との関係を
求めて、印加電圧のＯＮ／ＯＦＦの制御を行った。
【００６０】結像光学系として、縮小率が１００分の
１、開口数（ＮＡ）が０．１８のアフォーカルかつテレ
セントリックの光学系を用いた。被露光物面での画素サ
イズは０．２５μｍ角となった。
１、開口数（ＮＡ）が０．１８のアフォーカルかつテレ
セントリックの光学系を用いた。被露光物面での画素サ
イズは０．２５μｍ角となった。
【００６１】露光により記録すべき露光パターンとして
渋谷レベンソン型の１．０μｍのラインアンドスペース
（以下「ＬアンドＳ」という。）テストパターンを用い
て被露光物を露光した。比較用の露光パターンとして振
幅変調のみの１．０μｍのＬアンドＳテストパターンを
用いて被露光物を露光した。各パターンを図４に示す。
単位四角形がＳＬＭの１つの画素を表す。寸法は結像面
での値である。
渋谷レベンソン型の１．０μｍのラインアンドスペース
（以下「ＬアンドＳ」という。）テストパターンを用い
て被露光物を露光した。比較用の露光パターンとして振
幅変調のみの１．０μｍのＬアンドＳテストパターンを
用いて被露光物を露光した。各パターンを図４に示す。
単位四角形がＳＬＭの１つの画素を表す。寸法は結像面
での値である。
【００６２】振幅変調で「ＯＦＦ」は光の透過、「Ｏ
Ｎ」は非透過を示す。位相変調で「ＯＦＦ」は位相が同
相（位相０）である、「ＯＮ」は位相がπだけずれてい
る（位相π）ことを示す。振幅が非透過である部分の位
相変調はＯＮ及びＯＦＦのいずれでもよい。位相πの
「ＯＮ」は位相変調がπになるような電圧を印加したこ
とを示す。位相０と位相πのＯＮ及びＯＦＦの位置はこ
の逆であってもよい。
Ｎ」は非透過を示す。位相変調で「ＯＦＦ」は位相が同
相（位相０）である、「ＯＮ」は位相がπだけずれてい
る（位相π）ことを示す。振幅が非透過である部分の位
相変調はＯＮ及びＯＦＦのいずれでもよい。位相πの
「ＯＮ」は位相変調がπになるような電圧を印加したこ
とを示す。位相０と位相πのＯＮ及びＯＦＦの位置はこ
の逆であってもよい。
【００６３】被露光物の基板としてシリコンウェハを用
い、該シリコンウェハに東京応化工業製のフォトレジス
トＴＨＭＲ−ｉＰ５７００を１．０μｍ厚に塗布した。
い、該シリコンウェハに東京応化工業製のフォトレジス
トＴＨＭＲ−ｉＰ５７００を１．０μｍ厚に塗布した。
【００６４】このフォトレジスト面を露光量４０ｍＪ／
ｃｍ２で露光した。
ｃｍ２で露光した。
【００６５】露光されたフォトレジストを現像処理し
て、フォトレジストに形成されたパターンを観察した。
比較用のテストパターン（振幅変調のみのＬアンドＳテ
ストパターン）においては、解像したものの線幅にばら
つきがあったが、渋谷レベンソン型のＬアンドＳテスト
パターンにおいては、均一な線幅が得られ、良好な解像
が認められた。
て、フォトレジストに形成されたパターンを観察した。
比較用のテストパターン（振幅変調のみのＬアンドＳテ
ストパターン）においては、解像したものの線幅にばら
つきがあったが、渋谷レベンソン型のＬアンドＳテスト
パターンにおいては、均一な線幅が得られ、良好な解像
が認められた。
【００６６】本発明は、上記実施例に限定されず、その
趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。位
相シフトマスクとして、実施例では「渋谷レベンソン
型」について述べたが、一般の位相シフトマスクに用い
られるいかなる型をも用いることができる。例えば「補
助シフター型」、「エッジ強調型」、「シフターエッジ
利用型」、「多段シフター型」、「ハーフトーン型」を
用いることができる。
趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。位
相シフトマスクとして、実施例では「渋谷レベンソン
型」について述べたが、一般の位相シフトマスクに用い
られるいかなる型をも用いることができる。例えば「補
助シフター型」、「エッジ強調型」、「シフターエッジ
利用型」、「多段シフター型」、「ハーフトーン型」を
用いることができる。
【図１】本発明に係る光学的な記録装置の実施例を示す
図。
図。
【図２】本発明に係る光学的な記録装置の他の実施例を
示す図。
示す図。
【図３】本発明に係る光学的な記録装置の実施例を示す
図。
図。
【図４】テストパターン及び比較用のテストパターンを
示す図。
示す図。
１０、３２、６６ 光学的な記録装置
１４、２２、４８、５０、８６、９８ 空間光変調器
１８、３０、６０ 結像レンズ
２６ 被露光物
２８ 被露光物の面
３８、７４、７６ 照明レンズ
４６ 光分離手段
５６ 光合成手段
６２、６４、７２ ミラー
７８ 照明光学系
８０、８２ 偏光板
８４、９６ 液晶素子
９２、１０２ 絞り板
９４ 等倍光学系
８８、９０、１００ 等倍レンズ
１０４ 縮小レンズ
１０６ 縮小光学系
Claims (12)
- 【請求項１】 光源からの光を、振幅変調された光と位
相変調された光とを含む変調光に変換する光変換手段
と、前記変調光を被露光物面に結像させる結像手段とを
含む、光学的な記録装置。 - 【請求項２】 前記光変換手段は、前記光源から導かれ
た光の少なくとも１部を振幅変調する第１の空間光変調
器と、前記第１の空間光変調器で変調された光を結像さ
せる第１の結像光学系と、前記第１の結像光学系により
結像された光の少なくとも１部を位相変調する第２の空
間光変調器とを含み、前記結像手段は、前記第２の空間
光変調器で変調された光を前記被露光物面に結像させる
第２の結像光学系を含む、請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記光変換手段は、前記光源から導かれ
た光の少なくとも１部を位相変調する第１の空間光変調
器と、前記第１の空間光変調器で変調された光を結像さ
せる第１の結像光学系と、前記第１の結像光学系により
結像された光の少なくとも１部を振幅変調する第２の空
間光変調器とを含み、前記結像手段は、前記第２の空間
光変調器で変調された光を前記被露光物面に結像させる
第２の結像光学系を含む、請求項１に記載の装置。 - 【請求項４】 前記光変換手段は、前記光源から導かれ
た光を第１の光と第２の光とに分離する光分離手段と、
前記第１の光の少なくとも１部を振幅変調する第１の空
間光変調器と、前記第２の光の少なくとも１部を位相変
調する第２の空間光変調器と、前記第１の空間光変調器
で変調された光と前記第２の空間光変調器で変調された
光とを合成する光合成手段とを含み、前記結像手段は、
前記合成された光を前記被露光物面に結像させる結像光
学系を含む、請求項１に記載の装置。 - 【請求項５】 前記振幅変調する空間光変調器は、偏光
板と液晶空間光変調素子とを含む、請求項１から４のい
ずれか１項に記載の装置。 - 【請求項６】 前記位相変調する空間光変調器は、液晶
空間光変調素子を含む、請求項１から４のいずれか１項
に記載の装置。 - 【請求項７】 前記被露光物面に結像させる結像光学系
は、縮小光学系である、請求項１から６のいずれか１項
に記載に装置。 - 【請求項８】 光源からの光を、振幅変調された光と位
相変調された光とを含む変調光に変換するステップと、
前記変調光を被露光物面に結像させるステップとを含
む、光学的な記録方法。 - 【請求項９】 前記変換するステップは、前記光源から
の光を該光の少なくとも１部を振幅変調する第１の空間
光変調器に入射させるステップと、前記第１の空間光変
調器で変調された光を第１の結像光学系により結像させ
るステップと、前記第１の結像光学系により結像された
光を該光の少なくとも１部を位相変調する第２の空間光
変調器に入射させるステップとを含み、前記結像させる
ステップは、前記第２の空間光変調器で変調された光を
前記被露光物面に結像させるステップを含む、請求項８
に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記変換するステップは、前記光源か
らの光を該光の少なくとも１部を位相変調する第１の空
間光変調器に入射させるステップと、前記第１の空間光
変調器で変調された光を第１の結像光学系により結像さ
せるステップと、前記第１の結像光学系により結像され
た光を該光の少なくとも１部を振幅変調する第２の空間
光変調器に入射させるステップとを含み、前記結像させ
るステップは、前記第２の空間光変調器で変調された光
を前記被露光物面に結像させるステップを含む、請求項
８に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記変換するステップは、前記光源か
らの光を光分離手段により第１の光と第２の光とに分離
するステップと、前記第１の光を該光の少なくとも１部
を振幅変調する第１の空間光変調器に入射させるステッ
プと、前記第２の光を該光の少なくとも１部を位相変調
する第２の空間光変調器に入射させるステップと、前記
第１の空間光変調器で変調された光と前記第２の空間光
変調器で変調された光とを光合成手段により合成するス
テップとを含み、前記結像させるステップは、前記合成
された光を前記被露光物面に結像させるステップを含
む、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記光変換により形成される露光パタ
ーンと前記被露光物面が露光される箇所とを変えながら
連続的又は間欠的に走査しながら前記被露光物面に前記
変調光を結像させることにより最終の露光パターンを形
成する、請求項８から１１のいずれか１項に記載の方
法。
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