JP2006041124A - パターン描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源としてのランプとマイクロミラーデバイスを用いたパターン描画装置で、マイクロミラーデバイスに対して紫外光を斜めから入射させる必要がなくかつ反射した紫外光の光路を邪魔しない装置を提供する。
【解決手段】パターン描画装置１００では、水銀ランプ１０１からの紫外光を偏光変換光学系１０３に入射させ、無偏光の光を直線偏光のＳ波に変換する。紫外光は、偏光ビームスプリッタ１０５に入射し１００％近く反射して上方に進み、１／４波長板１０６を通過し円偏光となってマイクロミラーデバイス１０７に入射する。 マイクロミラーデバイスで反射する紫外光の内、パターン露光に寄与する紫外光は真っ直ぐに下方に進み、再度、１／４波長板を通過することでＰ波となり、偏光ビームスプリッタを１００％近く透過し下方に進む。下方に進む紫外光の内、パターン露光に寄与するものは、ピンホール板１１０を通過して基板１１４に到達する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路製造時の露光工程で用いられるマスクを製造するために用いられるマスク描画装置として利用でき、さらに、マスクを用いずに回路パターンをウエハ上に直接描画するマスクレス露光装置にも適用できるパターン描画装置の構造に関する。なお、パターン描画する対象であるマスクやウエハを本発明では区別しないため、以下、単に基板と呼ぶ。

一般に、半導体集積回路の製造時の露光工程では、回路パターンが描かれたマスク（フォトマスク、あるいはレチクルと呼ばれることもあるが、ここではマスクと呼ぶ。）を用いてレジストが塗布されたウエハ上に回路パターンを描画させる（パターン露光と呼ばれる。）必要があり、そのための装置は露光装置あるいは露光機と呼ばれる。

一方、マスクを製造するには、マスクの基板となる石英ガラスなどの表面に、目的とする回路パターンに相当するパターン状に露光光を通過させるように遮光用のクロム膜などを付ける必要がある。このクロム膜はパターン露光によって形成され、そのパターン露光を行う装置はマスク描画装置と呼ばれる。マスク描画装置の手法には、電子ビームを用いた電子ビーム描画装置（以下、ＥＢ描画装置と示す。）が広く利用されている。

ただし、マスク描画装置には、ＥＢ描画装置の他に、紫外域のレーザ光（以下、紫外レーザ光と略す。）を用いてパターン描画（すなわち、レジストが塗布されたマスク基板にパターン露光）する手法に基づくレーザビーム描画装置も製品化されている。その装置の従来例としては、１辺１０〜２０ミクロンの正方形である微小なマイクロミラーを二次元配列状に多数並べたミラーデバイス（空間光変調器、あるいはＳＬＭと呼ばれる。）を用いて、これにパルス状の紫外レーザ光を照射し、各マイクロミラーごとに制御されたＳＬＭからの反射光をマスク基板に照射して露光するものがある。このレーザビーム描画装置は、ＥＢ描画装置よりも描画速度が速い特徴があることが知られている。なお、これに関しては、例えば、非特許文献１（Proceedings of SPIE, Vol.4186, 第１６〜２１頁）、あるいは、特許文献１（USP6,428,940）において示されている。

一方、前記ＳＬＭとは異なり、マイクロミラーがデジタル的にＯＮ／ＯＦＦ動作のみを行うデジタルミラーデバイス（以下、ＤＭＤと示す。）を用いたパターン描画装置が、マスクレス露光装置などとして用いられることがある。そのおもな構成を図３に示した従来のパターン描画装置２００を用いて説明する。露光光源としては、水銀ランプ２０１が用いられ、ここから発生する紫外光を集光ミラー２０２によって、平行ビームの紫外光ＵＶＬ２１にして、ミラー２０４に照射し、当該ミラー２０４で反射された紫外光ＵＶ２２がマイクロミラーデバイス２０７に照射されている。マイクロミラーデバイス２０７として、ここでは、前記ＤＭＤが用いられている。

パターン描画に利用する紫外光ＵＶ２３は、マイクロミラーデバイス２０７で直下に進むように反射され、レンズ２０８ａと２０８ｂとで構成された投影光学系２０９によってマイクロレンズアレイ２１１上に投影される。即ち、マイクロミラーデバイス２０７における各マイクロミラーが、マイクロレンズアレイ２１１における各マイクロレンズに１対１に対応するように、投影光学系２０９によって、マイクロミラーデバイス２０７の面がマイクロレンズアレイ２１１の面に投影されている。

マイクロレンズアレイ２１１に入射する紫外光ＵＶ２４は多数の細い光線に分割され、マルチピンホール板２１２における各ピンホールにそれぞれが集光する。マルチピンホール板２１２の各ピンホールの出射面での光の像が、縮小投影光学系２１３によって、基板２１４上に、多数の離散スポットの集合体となって、パターン投影される。

図３に示されたパターン描画装置２００におけるマルチピンホール板２１２を上から見ると、図４に示されたように、各ピンホールの並びが、Ｘ、Ｙ方向から僅かに傾けられたように斜めに取り付けられている。その結果、描画中、基板２１４を図５のＹ方向にスキャンさせると、ＤＭＤの１回のＯＮ動作で露光されるマルチピンホール板２１２の投影領域２１５が上記スキャンによって順次部分的に重なりあって、１回の投影領域２１５を形成する多数の離散スポットの集合体における隣接するスポット間も露光が行われ、結果として基板２１４のスキャンによって次第に露光され、露光領域２１６が形成される。

以上のようなパターン描画装置に関しては、例えば、特許文献２（USP 6,473,237）等においても、示されている。

Proceedings of SPIE, Vol.4186, 第１６〜２１頁） USP6,428,940 USP6,473,237

従来のマイクロミラーデバイス、特に、ＤＭＤを用いたパターン描画装置では、マイクロミラーデバイスに対して紫外光を下方、斜めから入射させている。これは、マイクロミラーデバイスから反射して露光に寄与する紫外光の光路を邪魔しないように、ミラー等を配置しているためである。ところが、マイクロミラーデバイスにおける各マイクロミラーの偏向角度は１２度程度（例えば、ＴＩ社から販売されているＤＭＤは１２度となっている。）と小さいことから、マイクロミラーデバイスへの入射角度と反射角度の開き角も同じ１２度程度と小さくする必要が生じ、その結果、マイクロミラーデバイスを離れた位置、すなわち装置内で高い場所に配置しなければならず、装置全体が大きく（高く）なることが問題であった。即ち、従来、マイクロミラーデバイスにおける各マイクロミラーの偏向角度と当該偏向角度による装置の大型化の問題については何等指摘されていない。

本発明の目的は、ランプを光源としてマイクロミラーデバイスを用いたパターン描画装置をコンパクト化する技術を提供し、これによって、コンパクトなパターン描画装置を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明のパターン描画装置では、無偏光を偏光に変換する偏光変換光学系を用いて、紫外光発生部から発生した紫外光を、前記偏光変換光学系に入射させてからマイクロミラーデバイスに入射させたものである。なお、偏光変換光学系とは、無偏光あるいはランダム偏光の光を入射させると、損失無く、直線偏光の光が１００％近く得られる光デバイスのことを示す。

この構成によれば、無偏光の光を発生するランプを光源として用いても、損失無く、直線偏向の紫外光に変換できることから、その紫外光をマイクロミラーデバイスに入射する際に、偏光ビームスプリッタを用いることができ、かつマイクロミラーデバイスから出射する紫外光も同一の偏光ビームスプリッタを通過させることができる。したがって、レンズとピンホール板を用いることで、マイクロミラーデバイスから反射する光の内、パターン露光に利用しない光をカットすることができる。

本発明のパターン描画装置では、前述したように、マイクロミラーデバイスの配置位置を低くできるため、装置全体をコンパクト化できるようになった。特に本発明では偏向角には全く関係無いため、マイクロミラーデバイスにおける各マイクロミラーの偏向角が小さい場合に、従来では装置サイズが非常に高くなってしまうが、本発明では装置サイズが高くなって大型化することはない。

また、本発明では特に光源として、無偏光であるランプだけでなく、一般に直線偏光で発振しやすいレーザ装置にも適用できる。すなわち、レーザ装置に対して直線偏光で発振させることが不要となり、ランダム偏光で発振させればよく、その結果、取り出されるレーザ光の平均出力を増大できるようになり、露光パワーを向上できるようになった。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

本発明の第１の実施形態を図１を用いて説明する。図１は本発明のパターン描画装置１００の構成図である。パターン描画装置１００では、光源として水銀ランプ１０１が用いられ、ここから放射された波長３６５ｎｍの紫外光を、集光ミラー１０２によって平行ビームにして取り出し、この紫外光ＵＶ１１を偏光変換光学系１０３に入射させている。

偏光変換光学系１０３では、入射する無偏光の光を直線偏光の光に変換する機能を有する。これによって、偏光変換光学系１０３から出射した紫外光ＵＶ１２は直線偏光になる。なお、紫外光ＵＶ１２は、ここでは、紙面に垂直な方向に電界が振動する偏向方向の光になっており、これをＳ波と呼ぶ。Ｓ波である紫外光ＵＶ１２は、偏光ビームスプリッタ１０５に入射すると、１００％近く反射するため、上方（図１の＋Ｚ方向）に進み、１／４波長板１０６を通過する。その結果、紫外光ＵＶ１３は円偏光となって、マイクロミラーデバイス１０７に入射する。

マイクロミラーデバイス１０７で反射する紫外光の内、パターン露光に寄与させたいものは、真っ直ぐに下方（−Ｚ方向）に進む。ただし、マイクロミラーデバイス１０７で反射した紫外光ＵＶ１３は、円偏光であるが、入射時とは反対方向の円偏光であるため、再度、１／４波長板１０６を通過することで、今度は、Ｐ波（電界の振動方向がＸ方向）となることから、偏光ビームスプリッタ１０５を１００％近く透過することになり、紫外光ＵＶ１４となって下方に進む。

すなわち、偏光ビームスプリッタ１０５には、マイクロミラーデバイス１０７に向かう紫外光ＵＶ１２と、マイクロミラーデバイス１０７から進んできた紫外光ＵＶ１３の両方が入射することになり、これらの紫外光が直線偏光になっていることから、それぞれをほぼ１００％反射、及び１００％透過に制御できる。

偏光ビームスプリッタ１０５を透過した紫外光ＵＶ１４はレンズ１０８ａと１０８ｂとで構成された投影光学系１０９を通過して、マイクロレンズアレイ１１１に入射する。すなわち、投影光学系１０９によって、マイクロミラーデバイス１０７の面を、マイクロレンズアレイ１１１の面に投影しており、その際に、紫外光ＵＶ１４は、ピンホール板１１０を通過する。

なお、これ以降の構成は、前述した従来のパターン描画装置２００と同等である。すなわち、マイクロレンズアレイ１１１で集光される位置にマルチピンホール板が配置しており、ここを通過する紫外光ＵＶ１５は多数の細い光線となって、縮小投影光学系１１３を通過する。縮小投影光学系１１３によって、マルチピンホール板１１２における多数のスポット光を基板１３上に縮小投影することで、基板１４にパターン描画される。

一方、マイクロミラーデバイス１０７において、パターン露光に寄与しない紫外光は、下方（−Ｚ方向）から約１２度傾いて進むが、ほとんどは１／４波長板１０６を通過するため、大部分が偏光ビームスプリッタ１０５を透過して、レンズ１０８ａに入射する。ところが、約１２度傾いているため、ピンホール板１１０の穴を通過できない。したがって、ここでカットされることから、基板１４まで進むことはない。

以上のように、本発明のパターン描画装置１００では、偏光ビームスプリッタ１０５によって紫外光の進行方向を前記のように制御することから、図３に示された従来のパターン描画装置２００に比べて、マイクロミラーデバイス２０７の配置位置を低くできるようになった。

ここで、偏光変換光学系１０３の構造を図２に示す。図２は偏光変換光学系１０３の断面構造を示してあり、多数の細長い偏光ビームスプリッタ１０３ａと、それらに対して、１本置きに付けられた細長い１／２波長板１０３ｂが並べられている。入射波が無偏光、すなわちＰ波とＳ波の両方が混ざっている場合、偏光ビームスプリッタ１０３ａによって分離され、直進するＰ波は１／２波長板１０３ｂによってＳ波に変換されるが、偏光ビームスプリッタ１０３ａによって分離して反射するＳ波は、１／２波長板１０３ｂが無い部分から、Ｓ波のままで出射する。したがって、出射光は全てＳ波になっている。ここで、本発明に使用されるマイクロミラーデバイスに入射される光は直線偏光である必要は無いため、本発明のようなパターン描画装置に、図２に示されたような偏光変換光学系１０３が用いられることは無かった。したがって、図２に示された偏光変換光学系１０３を備えたパターン描画装置及び当該パターン描画装置用偏光変換光学系１０３は、従来見られなかった新規なものである。

更に、図１に示したように、本発明では、偏光変換光学系１０３及び偏光ビームスプリッタ１０５をランプ１０１とマイクロミラーデバイス１０７との間に設けても、マイクロミラーデバイス１０７を構成するマイクロミラーの偏向角度及びマイクロミラーの制御動作を変更する必要は無いため、従来使用されているマイクロミラーデバイス及びその制御回路をそのまま利用できると言う利点もある。

本発明のパターン描画装置１００の構成図である。 図１に示されたパターン描画装置１００に使用される偏光変換光学系１０３の断面図である。 従来のパターン描画装置２００の構成図である。 マルチピンホール板２１２の構成図である。 パターン描画装置２００による描画を説明するための図である。

符号の説明

１００、２００ パターン描画装置
１０１、２０１ 水銀ランプ
１０２、２０２ 集光ミラー
１０３ 偏光変換光学系
１０３ａ、１０５ 偏光ビームスプリッタ
１０３ｂ １／２波長板
１０６ １／４波長板
１０７、２０７ マイクロミラーデバイス
１０８ａ、１０８ｂ、２０８ａ、２０８ｂ レンズ
１０９、２０９ 投影光学系
１１０ ピンホール板
１１１、２１１ マイクロレンズアレイ
１１２、２１２ マルチピンホール板
１１３、２１３ 縮小投影光学系
１１４、２１４ 基板
２０４ ミラー
２１５ ピンホール板２１２の投影領域
２１６ 露光された領域
ＵＶ１１、ＵＶ１２、ＵＶ１３、ＵＶ１４、ＵＶ１５、ＵＶ２１、ＵＶ２２、ＵＶ２３、ＵＶ２４、ＵＶ２５ 紫外光

Claims (10)

1. 紫外光発生部、二次元配列状の微小ミラー（マイクロミラー）、縮小投影光学系、及び無偏光を偏光に変換する偏光変換光学系を含み、前記紫外光発生部から発生した紫外光を、前記偏光変換光学系に入射させてから前記二次元配列状の微小ミラーに入射させることを特徴とするパターン描画装置。
2. 前記二次元配列状の微小ミラーで反射した紫外光を、レンズに通して、該レンズの焦点近傍にピンホール板を配置することを特徴とする請求項１に記載のパターン描画装置。
3. 前記紫外光発生部がランプであることを特徴とする請求項１に記載のパターン描画装置。
4. 前記二次元配列状の微小ミラーで反射した紫外光をマイクロレンズアレイに通過させて、多数のスポット光を発生させ、該スポット光によって、パターン描画することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパターン描画装置。
5. 無偏光の光を発生するランプと、入射する光を個別に反射する微小ミラーからなるマイクロミラーデバイスとを含むパターン描画装置において、前記ランプで発生された無偏光の光を直線偏光に変換する偏光変換光学系を備え、当該偏光変換光学系で変換された直線偏光を前記マイクロミラーデバイスに入射させることを特徴とするパターン描画装置。
6. 前記偏光変換光学系は、無偏光の光をＳ波の直線偏光に変換する光学系であることを特徴とする請求項５記載のパターン描画装置。
7. 前記偏光変換光学系と前記マイクロミラーデバイスとの間には、前記偏光変換光学系からの直線偏光を反射し、前記マイクロミラーデバイスで反射された光を透過する光学系が設けられていることを特徴とする請求項５又は６記載のパターン描画装置。
8. 前記光学系は、前記偏光変換光学系からの直線偏光を反射し、前記マイクロミラーデバイスで反射された直線偏光を透過する偏光ビームスプリッタを含んでいることを特徴とする請求項７記載のパターン描画装置。
9. 前記光学系は前記偏光ビームスプリッタと前記マイクロミラーデバイスとの間に設けられた１／４波長板を備えていることを特徴とする請求項８記載のパターン描画装置。
10. 前記偏光変換光学系は複数の偏光ビームスプリッタと、所定位置に設けられた前記偏光ビームスプリッタに取り付けられた１／２波長板とを備えていることを特徴とする請求項６記載のパターン描画装置。
    
    

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