JP2004303810A - 投影露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光の利用効率を向上し、露光時間を短縮してスループットを向上することができる投影露光装置を提供する。
【解決手段】投影露光装置1は、任意の露光パターンを書き換え可能なレチクルとして、2枚の偏光板19a,19bに挟まれた液晶表示素子20と、これを照明する照明装置を有し、この照明装置は、光源からの自然偏光を互いに偏光面が直交する2つの直線偏光に分離し、2つの直線偏光のうち、一方の偏光面を回転させ他方の偏光面と一致させ、2つの直線偏光を合成する偏光変換素子15により、自然偏光の偏光方向を揃えた後、この光を液晶表示素子20の前段に設けられた偏光板19aに入射するので偏光板19aの光の透過率が向上する。
【選択図】 図1
【解決手段】投影露光装置1は、任意の露光パターンを書き換え可能なレチクルとして、2枚の偏光板19a,19bに挟まれた液晶表示素子20と、これを照明する照明装置を有し、この照明装置は、光源からの自然偏光を互いに偏光面が直交する2つの直線偏光に分離し、2つの直線偏光のうち、一方の偏光面を回転させ他方の偏光面と一致させ、2つの直線偏光を合成する偏光変換素子15により、自然偏光の偏光方向を揃えた後、この光を液晶表示素子20の前段に設けられた偏光板19aに入射するので偏光板19aの光の透過率が向上する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光パターンを例えば基板上のフォトレジスト等に投影露光する投影露光装置に関し、特に任意の露光パターンを電気信号により制御可能なレチクルとして液晶表示素子を備えた投影露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、IC(Integrated circuit)製造装置におけるASIC(Application specific IC)縮小投影露光装置では、レクチルと呼ばれるガラス製のマスクを有する光学式露光装置や電子ビーム描画装置等が利用されている。しかし、このような装置では、レクチルをICの品種毎に数枚以上ずつ用意する必要があり、少量生産においては極めて無駄であるという問題点があった。そこで、下記特許文献1には、レクチルを作製する必要がない縮小投影露光装置が開示されている。
【0003】
この特許文献1に記載の縮小投影露光装置は、2次元の任意の照明パターンを電気的に設定する手段を有する照明系として、多数のLEDを2次元に配列してなる2次元LEDアレイと、任意のマスクパターンを電気的に設定するマスクとして、微少な液晶シャッタを2次元に多数配列してなる透過式の液晶パネルとの少なくとも一方を用いることにより、これらのパターンを電気的に制御し、任意の2次元パターンを露光することができる。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−13303号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術においては、液晶による光制御は、光の偏光を利用するため、液晶パネルの入射側に偏光板を配置し、光源から発せられた自然偏光(非偏光光)をこの偏光板によって直線偏光とする必要があるが、この偏光板を透過すると、入射された光量のうち60%程度は吸収され失われ、液晶パネルに入射する際には40%程度に低下してしまう。このように光の利用効率が低いので、投影露光装置全体のUV(ultra violet)光透過率が低下し、積算露光量を増やすためには長い露光時間が必要となってしまい、よってスループットが低下してしまうという問題点があった。
【0006】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、光の利用効率を向上し、露光時間を短縮してスループットを向上することができる投影露光装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係る投影露光装置は、任意の露光パターンを書き換え可能なレチクルとして、2枚の偏光板に挟まれた液晶表示素子を使用する投影露光装置において、上記液晶表示素子の前段に配置された上記偏光板を介して該液晶表示素子を照明する照明手段を有し、上記照明手段は、光源からの自然偏光を互いに偏光面が直交する2つの直線偏光に分離し、上記2つの直線偏光のうち、一方の偏光面を回転させ他方の偏光面と一致させて上記2つの直線偏光を合成する偏光変換手段を有することを特徴とする。
【0008】
本発明においては、光源からの自然偏光を偏光変換手段により、偏光方向が一定方向に揃った光に変換した後、液晶表示素子の前段に配置される偏光板に照射することで、この偏光板における光吸収を自然偏光をそのまま照射するのに比して大幅に低減することができ、光源からの光の利用効率を高めることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、レクチルとして液晶表示素子を使用し、半導体基板上に回路パターンを露光する投影露光装置に適用したものである。
【0010】
図1は、本発明の第1の実施の形態における投影露光装置の構成を示す模式図である。図1に示すように、本実施の形態における投影露光装置1は、例えばUHPランプ(超高圧水銀ランプ)の如き放電ランプ等からなる自然偏光(非偏光光)の光源11aと、光源11aから出射された自然偏光の一部を反射して放射光を略平行な光束として出射する放物面鏡又は楕円面鏡である凹面鏡(リフレクタ)11aと、光源11aから発せられた光線L1の熱線(赤外線)を吸収又は反射する防熱フィルタ12と、防熱フィルタ12を経て熱線が除去された自然偏光が入射されるフライアイレンズ13a,13bからなるフライアイ光学系13と、フライアイ光学系13を経て所定のパターンに変形された自然偏光を例えばその光軸が直交する方向へ反射させる反射板14と、反射板14からの自然偏光が入射され偏光方向が揃えられ例えばS偏光とされた偏光とする偏光変換素子(偏光変換手段)15と、偏光変換素子15を経た光を平行な偏光とするコンデンサレンズ16と、コンデンサレンズ16を経た光が入射されるフィールドレンズ(視野レンズ)17と、フィールドレンズ17を経た光において後段の液晶表示素子に入射する光のエリア(露光範囲)を決定するエリア決め用マスク18と、マスク18を透過した光が入射される偏光板19aと、偏光板19aを経てS偏光とされた光を露光パターンに変調する液晶表示素子20と、液晶表示素子20により変調された光のうち、P偏光のみを透過する偏光板19bと、偏光板19bを経た露光パターンを縮小する縮小レンズ21とを有している。ここで、光源11aからコンデンサレンズ16までの各部により、液晶表示素子を照明する照明装置が構成される。
【0011】
液晶表示素子20は任意の露光パターンを電気的に書き換え可能なマスクとして機能し、インターフェースユニット24を介して、CPU25から送られる所定の電気信号により例えばマトリックス駆動され、入射される偏光光を所定のパターンに変調する。
【0012】
表示画像となる、液晶表示素子20により変調された光は、縮小レンズ21を経て、XYステージで構成されたウエハステージ23上にセットされた例えばシリコンウエハ又はプリント基板等の被露光体(基板)22の上面に縮小露光される。即ち、基板22上のレジストを部分的に露光することで露光パターンが形成される。
【0013】
ここで、液晶表示素子20の入射側、即ち液晶表示素子20の前段に設けられた偏光板19aにおいて、偏光状態がランダムである自然の状態の光(自然偏光)に対する透過率は40%程度である。また、液晶表示素子20の開口部の透過率は開口部のサイズに依存し、例えば、画素開口サイズが画素ピッチの1/2であれば、開口率は25%になり、偏光板19aの透過率も含めると、偏光板19a及び画像表示素子20の全体に対する自然偏光の透過率は10%に低下してしまう。このように透過率が低下してしまうと、被露光基板23上でのUV光の強度が低くなるため、積算露光量を増やすためには、露光時間を長くしなければならず、その結果、露光装置のスループットが著しく低下するという問題が生じてしまう。
【0014】
これに対し、本実施の形態における投影露光装置1においては、照明装置の光路中に、自然偏光の偏光面を揃えた光とする偏光変換素子15を設け、この偏光面を揃えた光を、液晶表示素子20の前段に設けられた偏光板19aに入射させるため、光の利用効率を高めることができ、被露光基板23上でのUV光の強度を向上させることができる。
【0015】
次に、本実施の形態における投影露光装置1の光の利用効率を向上させる偏光変換素子15について詳細に説明する。図2は、偏光変換素子15の原理を説明するための図であって、偏光変換素子15を模式的に示す側面図である。図2に示すように、偏光変換素子15は、断面が平行四辺形のガラス部材31を2つの互いの斜面を接触させ断面が平行四辺形になるように配置され、更にその両隣にはガラス部材31の斜面に自身の斜面を接触させた断面が、上記平行四辺形の半分の大きさの直角三角形状のガラス部材32が配置され、これら4つの部材が一体となって平行平板15aが形成されている。
【0016】
平行平板15aのガラス部材31がガラス部材32と接触する面上、又はガラス部材32がガラス部材31と接触する面上には、入射光を膜面に対して平行な偏光面を有するS偏光(振動方向が紙面に垂直な偏光)を反射し、膜面に対して垂直な偏光面を有するP偏光(振動方向が紙面に平行な偏光)を透過するような偏光分離作用を有する第1の反射膜34aが形成され、また、ガラス部材31同士が隣接する面にも、同様にS偏光を反射し、P偏光を透過するような偏光分離作用を有する第2の反射膜34bが形成されている。
【0017】
この平行平板15aは、一方の断面が三角形のガラス部材32と2つの断面が平行四辺形のガラス部材31とから光の入射側の面が形成され、中央に位置する一方のガラス部材31の入射面上には、遮光板33が配置されている。一方、平行平板15aの出射側の面は、2つの断面が平行四辺形のガラス部材31と他方の断面が三角形のガラス部材32とから形成され、遮光板33が配置される一方のガラス部材31の出射面上と、他方のガラス部材32の出射面上には、二分の一波長板(λ/2板)35が形成されている。
【0018】
そして、偏光変換素子15は、上記のように構成された平行平板15aと、この平行平板15aと同一形状の部材を用いて構成された平行平板15bとが、その断面が直角三角形のガラス部材32を隣接させて構成される。ここで、本実施の形態における平行平板15bは、平行平板15aとの隣接面に対して、断面が平行四辺形のガラス部材31の傾斜方向が対称となるように各部品が配置されている。なお、偏光変換素子15を構成する平行平板は1以上であればよく、また2以上の平行平板15a又は2以上の平行平板15bを隣接させて形成してもよいことはいうまでもない。
【0019】
偏光変換素子15の入射面から入射した自然偏光Lspは、偏光分離する第1の反射膜34aに入射され、P偏光とS偏光の2つの成分(直線偏光)に分離され、一方の直線偏光であるP偏光Lpは透過し、他方の直線偏光であるS偏光Lsは反射される。第1の反射膜34aを透過したP偏光Lpは、反射面上に設けられたλ/2板32を透過することで、その偏光方位が90°回転され、S偏光Ls2とされ出射される。一方、第1の反射膜34aにより反射されたS偏光Lsは、S偏光のみを反射する第2の反射膜34bにより反射され、S偏光Ls2と同一進行方向を有するS偏光Ls1として出射面から出射される。このようにして、偏光変換素子15により、自然偏光がその偏光方向が同一の偏光に変換することができる。
【0020】
また、図2においては、遮光板33が形成される一方のガラス部材31の出射面上及び他方のガラス部材32の出射面上に、λ/2板35を形成するものとしたが、中央の一方のガラス部材32の出射面上にλ/2板35を形成すれば、自然偏光Lspは、P偏光として出射される。また、ガラス部材31同士が隣接する面には、一方の直線偏光は透過し、他方の直線偏光は反射する第2の反射膜34bが形成されているものとしたが、光を全反射する例えばアルミニウムを蒸着されたような全反射膜を形成してもよい。更に、ガラス部材31は、断面が平行四辺形のガラス部材としたが、図2の破線で示すように、断面がその半分の直角三角形の三角柱からなるガラス部材、即ちガラス部材32を2つ組み合わせたものとしてもよい。
【0021】
また、このような偏光変換素子は、自然偏光を偏光面を揃えた光とするものであれば上記の構成に限らない。例えば、断面が直角三角形の三角柱状を有する3つの第1プリズムA、B、Cをその斜面が隣接するよう配置し、更にその両側の斜面に断面が上記プリズムの半分の形状の第2プリズムD、Eを隣接させて、上述の偏光変換素子15のような平行平板を構成することもできる。この場合、第1プリズムB及びその両側の2つの第2のプリズムD、Eが入射面を形成し、残りの第1プリズムA、C2つが出射面を形成するものとし、入射面を形成する第1プリズムBの他の第1プリズムA、Cとの左右の隣接面上には、λ/4板を形成し、更に図2に示す偏光分離作用を有する反射膜を形成する。また、第1プリズムA、Cと夫々隣接する第2プリズムD、Eとの間には、光を全反射する反射膜を形成する。
【0022】
このように構成された平行平板においても、第1プリズムBから入射した光は、λ/4板を経て偏光分離作用を有する反射膜により、例えばP偏光は透過され、S偏光は反射される。反射されたS偏光は、λ/4板を透過することで円偏光に変換され、第1プリズムBの他方の斜面側に入射される。そこで、更にλ/4板を透過することでP偏光に変換され、従って偏光分離作用を有する反射膜を透過し、更に第1プリズムC(又は第1プリズムA)に入射し、その第1プリズムC(又は第1プリズムA)の他方の斜面に形成された反射膜により反射され、最初に透過されたP偏光と同一方向のP偏光となって出射面から出射されることにより、自然偏光を偏光面を揃えた光とすることができる。
【0023】
このように構成された第1の実施の形態においては、液晶表示素子をレチクルとして用いる投影露光装置において、UV光等を発光する光源からの自然偏光を偏光変換手段である偏光変換素子15により、偏光方位が一定方向に揃ったUV光に変換し、自然偏光の偏光方向を一旦揃えた状態で、液晶表示素子20の前段に配置される入射側偏光板19aに入射させるようにしたため、入射側偏光板19aに入射する光の透過率を70%とすることができ、自然偏光を入射させる場合に比して、透過率を向上することができる。即ち、偏光板19aにおける光吸収を低減し、UV光の利用効率を飛躍的に高めることができ、従って、被露光基板上でのUV強度が向上する。
【0024】
これにより、偏光変換素子15を持たない従来の露光装置の露光時間に比して、本投影露光装置1では、露光時間が57%に短縮されるため、投影露光装置のスループットを向上させることができる。
【0025】
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図3は、本実施の形態における投影露光装置を示す模式図である。本実施の形態は、偏光変換手段として、反射型偏光板を使用した偏光変換部を有する点が第1の実施の形態とは異なる。なお、図3に示す第2の実施の形態において、図1に示す第1の実施の形態と同一構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0026】
図3に示すように、投影露光装置101は、光源11aからの光又はリフレクタ11cにより反射された光が防熱フィルタ112を通過し、偏光変換部115により偏光方向が揃えられ、フライアイ光学系113により均一化された後、反射板14にて反射され、後段のコンデンサレンズ16、フィールドレンズ17を通過し、エリア決め用マスク18、入射偏光板19a、液晶表示素子20、及び偏光板19bを経て、更に縮小レンズ21を介してステージ23上に載置された基板22上面に所定の露光パターンを形成する。
【0027】
ここで、偏光変換部115は、四分の一波長(λ/4)板115aと、反射型偏光板115bとから構成され、この反射型偏光板115bは、入射光のうち、S偏光Ls1のみを透過し、P偏光を光源11a側に反射する。反射されたP偏光は、λ/4板115bを透過することで円偏光に変換され、更にリフレクタ11cに反射されて再びλ/4板115bを透過することでS偏光に変換される。S偏光Ls2とされた光は、反射型偏光板115bを透過し、こうして光源11aから発せられた光がS偏光Ls1、Ls2とされてフライアイ光学系113に入射する。
【0028】
フライアイ光学系113にて均一化された光は、例えば入射角45°で反射板14に入射し直角に反射されてコンデンサレンズ16に入射する。コンデンサレンズ16より後段の構成は、第1の実施の形態と同様である。
【0029】
次に、本実施の形態の偏光変換部115について更に詳細に説明する。図4は、図3における投影露光装置の要部を拡大して示す図である。
【0030】
上述したように、投影露光装置101においては、λ/4板115aを経て反射型偏光板115bに至った光について偏光分離を行い、この反射型偏光板115bにおいて反射された光を、再びλ/4板115aを経て光源11aに戻す。このようにして光源11aに戻された光は、リフレクタ11cにより反射され、再びλ/4板115aを透過して反射型偏光板115bに至る。このとき、この光は、偏光変換部115を透過する偏光状態に変換されている。このようにして、反射型偏光板5を透過した光は、一定の偏光状態に揃えられる。以下、このような偏光変換部115の動作について詳細に説明する。
【0031】
先ず、光源11aから防熱フィルタ112及びλ/4板115aを経た光のうち、反射型偏光板115bは、紙面に垂直なS偏光Ls1を透過し、P偏光Lpを光源11a側に反射させる。ここで、反射されたP偏光Lpはλ/4板115aを通過することにより右回りの円偏光L2に変換される。この右回り円偏光L2は、リフレクタ11cで反射されることで、左回りの円偏光L3となる。そして、左回りの円偏光L3は、λ/4板115aを通過することにより、S偏光Ls2に変換され、よって反射型偏光板115bを透過する。なお、偏光変換部により、自然偏光をP偏光に揃える場合は、反射型偏光板をP偏光を透過し、S偏光を反射するよう構成すればよい。
【0032】
このように構成された本実施の形態においても、上述の第1の実施の形態と同様の効果を奏する。即ち、λ/4板115aと反射型偏光板115bとを組み合わせた偏光変換手段としての偏光変換部115により、光源から出射されλ/4板115aを透過した光のうち、反射型偏光板115bにより反射された光は、λ/4板115aを透過し、リフレクタ11cにより反射されて再びλ/4板115aを透過したとき、反射型偏光板115bを透過する偏光状態の光となっているので、光源11から出射された光が反射型偏光板115bを透過することで偏光状態が揃った光となされ、これを入射側偏光板19aに入射させるため、入射側偏光板19aの透過率を第1の実施の形態と同様に向上させることができ、従って自然偏光を効率よく活用することができ、よって露光時間を短縮することができる。
【0033】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように投影露光装置は、任意の露光パターンを書き換え可能なレチクルとして、2枚の偏光板に挟まれた液晶表示素子を使用する投影露光装置において、上記液晶表示素子の前段に配置された上記偏光板を介して該液晶表示素子を照明する照明手段を有し、上記照明手段は、光源からの自然偏光を互いに偏光面が直交する2つの直線偏光に分離し、上記2つの直線偏光のうち、一方の偏光面を回転させ他方の偏光面と一致させて上記2つの直線偏光を合成する偏光変換手段を有するので、光源からの自然偏光を偏光変換手段により偏光方向が一定方向に揃った光に変換した後、液晶表示素子の前段に配置される偏光板に照射することで、この偏光板における光吸収を低減して、光源からの光の利用効率を高め、露光光量を増大させることにより、投影露光装置における露光時間を短縮し、投影露光装置のスループットを飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における投影露光装置の構成を示す模式図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態における投影露光装置の偏光変換素子の原理を説明するための図であって、偏光変換素子を模式的に示す側面図である。
【図3】本発明の実施の形態における投影露光装置を示す模式図である。
【図4】本発明の実施の形態における投影露光装置の要部を拡大して示す図である。
【符号の説明】
投影露光装置1,101、光源11a、凹面鏡(リフレクタ)11b、防熱フィルタ12、フライアイ光学系13,113、フライアイレンズ13a,13b,113a,113b、反射板14、偏光変換素子15、コンデンサレンズ16、フィールドレンズ17、マスク18、偏光板19a,19b、偏光板19b、液晶表示素子20、縮小レンズ21、基板22、ウエハステージ23、ガラス部材31、ガラス部材32、平行平板15a,15b、ガラス部材31,32、遮光板33、第1の反射膜34a、第2の反射膜34b、二分の一波長板(λ/2板)35、偏光変換部115、四分の一波長板115a、反射型偏光板115b
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光パターンを例えば基板上のフォトレジスト等に投影露光する投影露光装置に関し、特に任意の露光パターンを電気信号により制御可能なレチクルとして液晶表示素子を備えた投影露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、IC(Integrated circuit)製造装置におけるASIC(Application specific IC)縮小投影露光装置では、レクチルと呼ばれるガラス製のマスクを有する光学式露光装置や電子ビーム描画装置等が利用されている。しかし、このような装置では、レクチルをICの品種毎に数枚以上ずつ用意する必要があり、少量生産においては極めて無駄であるという問題点があった。そこで、下記特許文献1には、レクチルを作製する必要がない縮小投影露光装置が開示されている。
【0003】
この特許文献1に記載の縮小投影露光装置は、2次元の任意の照明パターンを電気的に設定する手段を有する照明系として、多数のLEDを2次元に配列してなる2次元LEDアレイと、任意のマスクパターンを電気的に設定するマスクとして、微少な液晶シャッタを2次元に多数配列してなる透過式の液晶パネルとの少なくとも一方を用いることにより、これらのパターンを電気的に制御し、任意の2次元パターンを露光することができる。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−13303号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術においては、液晶による光制御は、光の偏光を利用するため、液晶パネルの入射側に偏光板を配置し、光源から発せられた自然偏光(非偏光光)をこの偏光板によって直線偏光とする必要があるが、この偏光板を透過すると、入射された光量のうち60%程度は吸収され失われ、液晶パネルに入射する際には40%程度に低下してしまう。このように光の利用効率が低いので、投影露光装置全体のUV(ultra violet)光透過率が低下し、積算露光量を増やすためには長い露光時間が必要となってしまい、よってスループットが低下してしまうという問題点があった。
【0006】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、光の利用効率を向上し、露光時間を短縮してスループットを向上することができる投影露光装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係る投影露光装置は、任意の露光パターンを書き換え可能なレチクルとして、2枚の偏光板に挟まれた液晶表示素子を使用する投影露光装置において、上記液晶表示素子の前段に配置された上記偏光板を介して該液晶表示素子を照明する照明手段を有し、上記照明手段は、光源からの自然偏光を互いに偏光面が直交する2つの直線偏光に分離し、上記2つの直線偏光のうち、一方の偏光面を回転させ他方の偏光面と一致させて上記2つの直線偏光を合成する偏光変換手段を有することを特徴とする。
【0008】
本発明においては、光源からの自然偏光を偏光変換手段により、偏光方向が一定方向に揃った光に変換した後、液晶表示素子の前段に配置される偏光板に照射することで、この偏光板における光吸収を自然偏光をそのまま照射するのに比して大幅に低減することができ、光源からの光の利用効率を高めることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、レクチルとして液晶表示素子を使用し、半導体基板上に回路パターンを露光する投影露光装置に適用したものである。
【0010】
図1は、本発明の第1の実施の形態における投影露光装置の構成を示す模式図である。図1に示すように、本実施の形態における投影露光装置1は、例えばUHPランプ(超高圧水銀ランプ)の如き放電ランプ等からなる自然偏光(非偏光光)の光源11aと、光源11aから出射された自然偏光の一部を反射して放射光を略平行な光束として出射する放物面鏡又は楕円面鏡である凹面鏡(リフレクタ)11aと、光源11aから発せられた光線L1の熱線(赤外線)を吸収又は反射する防熱フィルタ12と、防熱フィルタ12を経て熱線が除去された自然偏光が入射されるフライアイレンズ13a,13bからなるフライアイ光学系13と、フライアイ光学系13を経て所定のパターンに変形された自然偏光を例えばその光軸が直交する方向へ反射させる反射板14と、反射板14からの自然偏光が入射され偏光方向が揃えられ例えばS偏光とされた偏光とする偏光変換素子(偏光変換手段)15と、偏光変換素子15を経た光を平行な偏光とするコンデンサレンズ16と、コンデンサレンズ16を経た光が入射されるフィールドレンズ(視野レンズ)17と、フィールドレンズ17を経た光において後段の液晶表示素子に入射する光のエリア(露光範囲)を決定するエリア決め用マスク18と、マスク18を透過した光が入射される偏光板19aと、偏光板19aを経てS偏光とされた光を露光パターンに変調する液晶表示素子20と、液晶表示素子20により変調された光のうち、P偏光のみを透過する偏光板19bと、偏光板19bを経た露光パターンを縮小する縮小レンズ21とを有している。ここで、光源11aからコンデンサレンズ16までの各部により、液晶表示素子を照明する照明装置が構成される。
【0011】
液晶表示素子20は任意の露光パターンを電気的に書き換え可能なマスクとして機能し、インターフェースユニット24を介して、CPU25から送られる所定の電気信号により例えばマトリックス駆動され、入射される偏光光を所定のパターンに変調する。
【0012】
表示画像となる、液晶表示素子20により変調された光は、縮小レンズ21を経て、XYステージで構成されたウエハステージ23上にセットされた例えばシリコンウエハ又はプリント基板等の被露光体(基板)22の上面に縮小露光される。即ち、基板22上のレジストを部分的に露光することで露光パターンが形成される。
【0013】
ここで、液晶表示素子20の入射側、即ち液晶表示素子20の前段に設けられた偏光板19aにおいて、偏光状態がランダムである自然の状態の光(自然偏光)に対する透過率は40%程度である。また、液晶表示素子20の開口部の透過率は開口部のサイズに依存し、例えば、画素開口サイズが画素ピッチの1/2であれば、開口率は25%になり、偏光板19aの透過率も含めると、偏光板19a及び画像表示素子20の全体に対する自然偏光の透過率は10%に低下してしまう。このように透過率が低下してしまうと、被露光基板23上でのUV光の強度が低くなるため、積算露光量を増やすためには、露光時間を長くしなければならず、その結果、露光装置のスループットが著しく低下するという問題が生じてしまう。
【0014】
これに対し、本実施の形態における投影露光装置1においては、照明装置の光路中に、自然偏光の偏光面を揃えた光とする偏光変換素子15を設け、この偏光面を揃えた光を、液晶表示素子20の前段に設けられた偏光板19aに入射させるため、光の利用効率を高めることができ、被露光基板23上でのUV光の強度を向上させることができる。
【0015】
次に、本実施の形態における投影露光装置1の光の利用効率を向上させる偏光変換素子15について詳細に説明する。図2は、偏光変換素子15の原理を説明するための図であって、偏光変換素子15を模式的に示す側面図である。図2に示すように、偏光変換素子15は、断面が平行四辺形のガラス部材31を2つの互いの斜面を接触させ断面が平行四辺形になるように配置され、更にその両隣にはガラス部材31の斜面に自身の斜面を接触させた断面が、上記平行四辺形の半分の大きさの直角三角形状のガラス部材32が配置され、これら4つの部材が一体となって平行平板15aが形成されている。
【0016】
平行平板15aのガラス部材31がガラス部材32と接触する面上、又はガラス部材32がガラス部材31と接触する面上には、入射光を膜面に対して平行な偏光面を有するS偏光(振動方向が紙面に垂直な偏光)を反射し、膜面に対して垂直な偏光面を有するP偏光(振動方向が紙面に平行な偏光)を透過するような偏光分離作用を有する第1の反射膜34aが形成され、また、ガラス部材31同士が隣接する面にも、同様にS偏光を反射し、P偏光を透過するような偏光分離作用を有する第2の反射膜34bが形成されている。
【0017】
この平行平板15aは、一方の断面が三角形のガラス部材32と2つの断面が平行四辺形のガラス部材31とから光の入射側の面が形成され、中央に位置する一方のガラス部材31の入射面上には、遮光板33が配置されている。一方、平行平板15aの出射側の面は、2つの断面が平行四辺形のガラス部材31と他方の断面が三角形のガラス部材32とから形成され、遮光板33が配置される一方のガラス部材31の出射面上と、他方のガラス部材32の出射面上には、二分の一波長板(λ/2板)35が形成されている。
【0018】
そして、偏光変換素子15は、上記のように構成された平行平板15aと、この平行平板15aと同一形状の部材を用いて構成された平行平板15bとが、その断面が直角三角形のガラス部材32を隣接させて構成される。ここで、本実施の形態における平行平板15bは、平行平板15aとの隣接面に対して、断面が平行四辺形のガラス部材31の傾斜方向が対称となるように各部品が配置されている。なお、偏光変換素子15を構成する平行平板は1以上であればよく、また2以上の平行平板15a又は2以上の平行平板15bを隣接させて形成してもよいことはいうまでもない。
【0019】
偏光変換素子15の入射面から入射した自然偏光Lspは、偏光分離する第1の反射膜34aに入射され、P偏光とS偏光の2つの成分(直線偏光)に分離され、一方の直線偏光であるP偏光Lpは透過し、他方の直線偏光であるS偏光Lsは反射される。第1の反射膜34aを透過したP偏光Lpは、反射面上に設けられたλ/2板32を透過することで、その偏光方位が90°回転され、S偏光Ls2とされ出射される。一方、第1の反射膜34aにより反射されたS偏光Lsは、S偏光のみを反射する第2の反射膜34bにより反射され、S偏光Ls2と同一進行方向を有するS偏光Ls1として出射面から出射される。このようにして、偏光変換素子15により、自然偏光がその偏光方向が同一の偏光に変換することができる。
【0020】
また、図2においては、遮光板33が形成される一方のガラス部材31の出射面上及び他方のガラス部材32の出射面上に、λ/2板35を形成するものとしたが、中央の一方のガラス部材32の出射面上にλ/2板35を形成すれば、自然偏光Lspは、P偏光として出射される。また、ガラス部材31同士が隣接する面には、一方の直線偏光は透過し、他方の直線偏光は反射する第2の反射膜34bが形成されているものとしたが、光を全反射する例えばアルミニウムを蒸着されたような全反射膜を形成してもよい。更に、ガラス部材31は、断面が平行四辺形のガラス部材としたが、図2の破線で示すように、断面がその半分の直角三角形の三角柱からなるガラス部材、即ちガラス部材32を2つ組み合わせたものとしてもよい。
【0021】
また、このような偏光変換素子は、自然偏光を偏光面を揃えた光とするものであれば上記の構成に限らない。例えば、断面が直角三角形の三角柱状を有する3つの第1プリズムA、B、Cをその斜面が隣接するよう配置し、更にその両側の斜面に断面が上記プリズムの半分の形状の第2プリズムD、Eを隣接させて、上述の偏光変換素子15のような平行平板を構成することもできる。この場合、第1プリズムB及びその両側の2つの第2のプリズムD、Eが入射面を形成し、残りの第1プリズムA、C2つが出射面を形成するものとし、入射面を形成する第1プリズムBの他の第1プリズムA、Cとの左右の隣接面上には、λ/4板を形成し、更に図2に示す偏光分離作用を有する反射膜を形成する。また、第1プリズムA、Cと夫々隣接する第2プリズムD、Eとの間には、光を全反射する反射膜を形成する。
【0022】
このように構成された平行平板においても、第1プリズムBから入射した光は、λ/4板を経て偏光分離作用を有する反射膜により、例えばP偏光は透過され、S偏光は反射される。反射されたS偏光は、λ/4板を透過することで円偏光に変換され、第1プリズムBの他方の斜面側に入射される。そこで、更にλ/4板を透過することでP偏光に変換され、従って偏光分離作用を有する反射膜を透過し、更に第1プリズムC(又は第1プリズムA)に入射し、その第1プリズムC(又は第1プリズムA)の他方の斜面に形成された反射膜により反射され、最初に透過されたP偏光と同一方向のP偏光となって出射面から出射されることにより、自然偏光を偏光面を揃えた光とすることができる。
【0023】
このように構成された第1の実施の形態においては、液晶表示素子をレチクルとして用いる投影露光装置において、UV光等を発光する光源からの自然偏光を偏光変換手段である偏光変換素子15により、偏光方位が一定方向に揃ったUV光に変換し、自然偏光の偏光方向を一旦揃えた状態で、液晶表示素子20の前段に配置される入射側偏光板19aに入射させるようにしたため、入射側偏光板19aに入射する光の透過率を70%とすることができ、自然偏光を入射させる場合に比して、透過率を向上することができる。即ち、偏光板19aにおける光吸収を低減し、UV光の利用効率を飛躍的に高めることができ、従って、被露光基板上でのUV強度が向上する。
【0024】
これにより、偏光変換素子15を持たない従来の露光装置の露光時間に比して、本投影露光装置1では、露光時間が57%に短縮されるため、投影露光装置のスループットを向上させることができる。
【0025】
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図3は、本実施の形態における投影露光装置を示す模式図である。本実施の形態は、偏光変換手段として、反射型偏光板を使用した偏光変換部を有する点が第1の実施の形態とは異なる。なお、図3に示す第2の実施の形態において、図1に示す第1の実施の形態と同一構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0026】
図3に示すように、投影露光装置101は、光源11aからの光又はリフレクタ11cにより反射された光が防熱フィルタ112を通過し、偏光変換部115により偏光方向が揃えられ、フライアイ光学系113により均一化された後、反射板14にて反射され、後段のコンデンサレンズ16、フィールドレンズ17を通過し、エリア決め用マスク18、入射偏光板19a、液晶表示素子20、及び偏光板19bを経て、更に縮小レンズ21を介してステージ23上に載置された基板22上面に所定の露光パターンを形成する。
【0027】
ここで、偏光変換部115は、四分の一波長(λ/4)板115aと、反射型偏光板115bとから構成され、この反射型偏光板115bは、入射光のうち、S偏光Ls1のみを透過し、P偏光を光源11a側に反射する。反射されたP偏光は、λ/4板115bを透過することで円偏光に変換され、更にリフレクタ11cに反射されて再びλ/4板115bを透過することでS偏光に変換される。S偏光Ls2とされた光は、反射型偏光板115bを透過し、こうして光源11aから発せられた光がS偏光Ls1、Ls2とされてフライアイ光学系113に入射する。
【0028】
フライアイ光学系113にて均一化された光は、例えば入射角45°で反射板14に入射し直角に反射されてコンデンサレンズ16に入射する。コンデンサレンズ16より後段の構成は、第1の実施の形態と同様である。
【0029】
次に、本実施の形態の偏光変換部115について更に詳細に説明する。図4は、図3における投影露光装置の要部を拡大して示す図である。
【0030】
上述したように、投影露光装置101においては、λ/4板115aを経て反射型偏光板115bに至った光について偏光分離を行い、この反射型偏光板115bにおいて反射された光を、再びλ/4板115aを経て光源11aに戻す。このようにして光源11aに戻された光は、リフレクタ11cにより反射され、再びλ/4板115aを透過して反射型偏光板115bに至る。このとき、この光は、偏光変換部115を透過する偏光状態に変換されている。このようにして、反射型偏光板5を透過した光は、一定の偏光状態に揃えられる。以下、このような偏光変換部115の動作について詳細に説明する。
【0031】
先ず、光源11aから防熱フィルタ112及びλ/4板115aを経た光のうち、反射型偏光板115bは、紙面に垂直なS偏光Ls1を透過し、P偏光Lpを光源11a側に反射させる。ここで、反射されたP偏光Lpはλ/4板115aを通過することにより右回りの円偏光L2に変換される。この右回り円偏光L2は、リフレクタ11cで反射されることで、左回りの円偏光L3となる。そして、左回りの円偏光L3は、λ/4板115aを通過することにより、S偏光Ls2に変換され、よって反射型偏光板115bを透過する。なお、偏光変換部により、自然偏光をP偏光に揃える場合は、反射型偏光板をP偏光を透過し、S偏光を反射するよう構成すればよい。
【0032】
このように構成された本実施の形態においても、上述の第1の実施の形態と同様の効果を奏する。即ち、λ/4板115aと反射型偏光板115bとを組み合わせた偏光変換手段としての偏光変換部115により、光源から出射されλ/4板115aを透過した光のうち、反射型偏光板115bにより反射された光は、λ/4板115aを透過し、リフレクタ11cにより反射されて再びλ/4板115aを透過したとき、反射型偏光板115bを透過する偏光状態の光となっているので、光源11から出射された光が反射型偏光板115bを透過することで偏光状態が揃った光となされ、これを入射側偏光板19aに入射させるため、入射側偏光板19aの透過率を第1の実施の形態と同様に向上させることができ、従って自然偏光を効率よく活用することができ、よって露光時間を短縮することができる。
【0033】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように投影露光装置は、任意の露光パターンを書き換え可能なレチクルとして、2枚の偏光板に挟まれた液晶表示素子を使用する投影露光装置において、上記液晶表示素子の前段に配置された上記偏光板を介して該液晶表示素子を照明する照明手段を有し、上記照明手段は、光源からの自然偏光を互いに偏光面が直交する2つの直線偏光に分離し、上記2つの直線偏光のうち、一方の偏光面を回転させ他方の偏光面と一致させて上記2つの直線偏光を合成する偏光変換手段を有するので、光源からの自然偏光を偏光変換手段により偏光方向が一定方向に揃った光に変換した後、液晶表示素子の前段に配置される偏光板に照射することで、この偏光板における光吸収を低減して、光源からの光の利用効率を高め、露光光量を増大させることにより、投影露光装置における露光時間を短縮し、投影露光装置のスループットを飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における投影露光装置の構成を示す模式図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態における投影露光装置の偏光変換素子の原理を説明するための図であって、偏光変換素子を模式的に示す側面図である。
【図3】本発明の実施の形態における投影露光装置を示す模式図である。
【図4】本発明の実施の形態における投影露光装置の要部を拡大して示す図である。
【符号の説明】
投影露光装置1,101、光源11a、凹面鏡(リフレクタ)11b、防熱フィルタ12、フライアイ光学系13,113、フライアイレンズ13a,13b,113a,113b、反射板14、偏光変換素子15、コンデンサレンズ16、フィールドレンズ17、マスク18、偏光板19a,19b、偏光板19b、液晶表示素子20、縮小レンズ21、基板22、ウエハステージ23、ガラス部材31、ガラス部材32、平行平板15a,15b、ガラス部材31,32、遮光板33、第1の反射膜34a、第2の反射膜34b、二分の一波長板(λ/2板)35、偏光変換部115、四分の一波長板115a、反射型偏光板115b
Claims (3)
- 任意の露光パターンを書き換え可能なレチクルとして、2枚の偏光板に挟まれた液晶表示素子を使用する投影露光装置において、
上記液晶表示素子の前段に配置された上記偏光板を介して該液晶表示素子を照明する照明手段を有し、
上記照明手段は、光源からの自然偏光を互いに偏光面が直交する2つの直線偏光に分離し、上記2つの直線偏光のうち、一方の偏光面を回転させ他方の偏光面と一致させて上記2つの直線偏光を合成する偏光変換手段を有する
ことを特徴とする投影露光装置。 - 上記偏光変換手段は、断面が平行四辺形とされた第1の部材と、該第1の部材と略同一形状とされ該第1の部材に隣接された第2の部材と、該第1の部材又は第2の部材のいずれか一方の光の出射面上に形成された二分の一波長板と、該第1の部材又は第2の部材のいずれか一方の光の入射面上に形成された遮光板とを有し、
上記第1及び第2の部材の隣接面には、光源からの自然偏光を互いに偏光面が直交する2つの直線偏光に分離し、一方の直線偏光を透過し他方の直線偏光を反射する偏光分離膜が形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の投影露光装置。 - 上記照明手段は、凹面状に形成され開口端を有する反射鏡と、上記反射鏡の焦点上に設置された光源と、光源から発せられた自然偏光が入射する四分の一波長板と、四分の一波長板を経た互いに偏光面が直交する2つの直線偏光の一方の直線偏光を透過し他方の直線偏光を反射する反射型偏光素子とを有し、上記反射型偏光素子により反射された他方の直線偏光を上記四分の一波長板により円偏光とし、該円偏光とされ上記反射鏡により反射された光を再び該四分の一波長板を透過させたとき、上記反射型偏光素子を透過する偏光状態の光とする
ことを特徴とする請求項1記載の投影露光装置。
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- 2003-03-28 JP JP2003092345A patent/JP2004303810A/ja not_active Withdrawn
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