JP5990926B2 - Aperture and mask exposure apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、フォトリソグラフィ法に使用するフォトマスクパターンを露光する際の露光照明形状を規定するアパーチャーに関する。 The present invention relates to an aperture that defines an exposure illumination shape when exposing a photomask pattern used in a photolithography method.
近年、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体デバイスの微細化に伴い、フォトリソグラフィ技術の微細化に対する要求が高まっている。現在、半導体デバイス構造におけるパターン作製上の難所となる特徴部のサイズは、約２０ｎｍまで微細になっている。これらの特徴部を製造するのに用いられるフォトマスクは、相応に高い精度で製造することが求められている。 In recent years, in the semiconductor device manufacturing process, with the miniaturization of semiconductor devices, the demand for miniaturization of photolithography technology is increasing. At present, the size of the feature portion, which is a difficulty in pattern production in the semiconductor device structure, is as fine as about 20 nm. Photomasks used to manufacture these features are required to be manufactured with reasonably high accuracy.
フォトマスクを露光する場合の例として、フォトリソグラフィ法によるウェハへの露光工程をステッパ等の露光装置で実施する一般的な使い方の他に、フォトマスクのリソグラフィ条件下での分析及び最終検査を目的とする露光の例がある。
フォトマスクのリソグラフィ条件下での分析及び最終検査において、例えば、カールツァイス社のＡｅｒｉａｌ Ｉｍａｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ（登録商標：ＡＩＭＳ）と称する模擬的な手法による空間像分析システムを用いることが公知であり、かつ確立されている。このシステムにおいて、フォトマスクは、後にウェハ加工用のフォトリソグラフィに用いるものと同じ露光設定及び波長を用いて露光されるので、ウェハへの露光を模擬して分析するシステムとして有用である。
フォトマスク構造がウェハ上に大幅に縮小されて結像されるステッパとは対照的に、ＡＩＭＳ（登録商標）では、検出ユニット、例えば、ＣＣＤカメラ上に結像されてデジタル化及び格納される拡大空間像を生成するように用いられる。この場合、空間像は、フォトリソグラフィスキャナにおいてフォトレジスト層上に生成されることになる像に対応する。従って、高価な一連の試験体を露光する必要はなく、ＡＩＭＳ（登録商標）を利用して正しいリソグラフィ挙動を得てフォトマスクパターンを精査し、確認することができる。
As an example of exposing a photomask, in addition to the general usage in which an exposure device such as a stepper performs an exposure process on a wafer by photolithography, it is intended for analysis and final inspection of the photomask under lithography conditions. There is an example of exposure.
In the analysis and final inspection of photomasks under lithographic conditions, it is known to use, for example, a spatial image analysis system based on a simulated technique called Aero Image Measurement System (registered trademark: AIMS) of Carl Zeiss, and Has been established. In this system, the photomask is exposed using the same exposure setting and wavelength as those used later for photolithography for wafer processing, and thus is useful as a system for simulating and analyzing exposure on a wafer.
In contrast to a stepper, in which the photomask structure is imaged at a significantly reduced size on the wafer, AIMS® is an enlarged image that is imaged, digitized and stored on a detection unit, eg, a CCD camera. Used to generate an aerial image. In this case, the aerial image corresponds to the image that is to be generated on the photoresist layer in the photolithography scanner. Therefore, it is not necessary to expose an expensive series of specimens, and AIMS (registered trademark) can be used to obtain correct lithographic behavior to examine and confirm the photomask pattern.
フォトマスクを露光する際、ステッパやＡＩＭＳ（登録商標）などのマスク露光装置は、絞りに相当するアパーチャーを用いることにより、露光照明形状を規定している。従来の露光照明形状は、円形、輪体、四重極、二重極などが主流であり、これらを使い分けることにより、露光系の絞り条件を適正に設定し、フォトマスクパターンをウェハに解像することができる。従来の露光装置は、形状の異なるアパーチャーを複数保持していて、アパーチャーを切り替えることで、フォトマスクパターンの形状変更に対しても、対応できていた（特許文献１および特許文献２参照）。 When exposing a photomask, a mask exposure apparatus such as a stepper or AIMS (registered trademark) defines an exposure illumination shape by using an aperture corresponding to an aperture. Conventional exposure illumination shapes are mainly circular, ring, quadrupole, and dipole. By properly using these, the aperture condition of the exposure system is set appropriately, and the photomask pattern is resolved on the wafer. can do. The conventional exposure apparatus holds a plurality of apertures having different shapes, and can cope with a change in the shape of the photomask pattern by switching the apertures (see Patent Document 1 and Patent Document 2).
しかしながら、ウェハ上の特徴部のサイズが、約２０ｎｍまで微細になると、ＡｒＦ露光（波長：１９３ｎｍ）で、マスクパターンをウェハに解像させるには、マスクパターンと露光照明形状の組み合わせを最適化する必要がある（非特許文献１参照）。また、フォトマスクパターンには補助パターンが多くなると共に、露光照明はアパーチャー形状が複雑化し、開口部に階調を持つようになる。フォトマスクパターンの形状が複雑化すると、露光照明形状も相応にする必要があることから、フォトマスクパターンに対するアパーチャーの汎用性が低下する。従って、フォトマスクパターンの形状に変更があるたびに、アパーチャーの形状も多種多様になる。それに対し、従来のアパーチャーの製造方法は、フォトマスクと同様であるため、フォトマスクパターン形状が変更されても、従来の固定したアパーチャー形状に変更を加えることは不可能である。従って、フォトマスクパターンの改変に伴い、切り換えのための新規のアパーチャーの種類が増大する一方、その都度、アパーチャー製作に手間を要することになる。 However, when the feature size on the wafer is reduced to about 20 nm, the combination of the mask pattern and the exposure illumination shape is optimized in order to resolve the mask pattern on the wafer by ArF exposure (wavelength: 193 nm). There is a need (see Non-Patent Document 1). Further, the auxiliary pattern is increased in the photomask pattern, and the aperture shape of the exposure illumination is complicated, so that the opening has a gradation. When the shape of the photomask pattern is complicated, the shape of the exposure illumination needs to be appropriate, and therefore the versatility of the aperture for the photomask pattern is reduced. Therefore, each time the shape of the photomask pattern is changed, the shape of the aperture also varies. On the other hand, since the conventional aperture manufacturing method is the same as that of the photomask, it is impossible to change the conventional fixed aperture shape even if the photomask pattern shape is changed. Therefore, with the modification of the photomask pattern, the types of new apertures for switching increase, but each time, it takes time to produce the apertures.
本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、パターン形状が微細化、複雑化するフォトマスクパターンに対応して、露光照明形状を規定するアパーチャー形状とアパーチャーの開口部透過率を自由に設定し、その設定内容を確実に再現することが可能なフォトマスク露光用のアパーチャーを提供することである。 The present invention is proposed in view of the above-mentioned problems, and the problem to be solved by the present invention is to define the exposure illumination shape corresponding to the photomask pattern whose pattern shape is miniaturized and complicated. It is an object to provide an aperture for photomask exposure that can freely set the aperture shape and the aperture transmittance of the aperture, and can reliably reproduce the set contents.
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、
フォトマスクパターンを露光する際のＡｒＦエキシマレーザー光源から照射される波長１９３ｎｍの露光光の光路に垂直に設けられ露光照明形状を規定するアパーチャーであって、
複数の光シャッター部を光路に垂直な同一平面Ａ上に配列した光シャッターアレイと、
平面Ａの入射面側に所定の距離を離して平面Ａと平行に設けた他の異なる平面Ｂ、および平面Ａの出射面側に所定の距離を離して平面Ａと平行に設けた他の異なる平面Ｃ、上のそれぞれに、各光シャッター部と一対一に対応する平面位置にマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイＢ、およびマイクロレンズアレイＣと、からなり、
前記光シャッターアレイが、光源から照射される露光光を規定すべき露光照明形状のデータに基づいて、所望の各光シャッター部の開閉動作を制御され、所望範囲に露光光を照射させるように動作し、
前記光シャッター部が、光源から入射する露光光が通過する孔と、孔を通過する露光光を遮断できる可動式のシャッターユニットとが相対して、配置され、
前記光シャッター部の開閉動作が、柔軟電極間の静電気力により遮光板を変位させることにより、任意の開口範囲で制御されることを特徴とするアパーチャーである。
As means for solving the above problems, the invention according to claim 1
An aperture that is provided perpendicular to the optical path of exposure light with a wavelength of 193 nm irradiated from an ArF excimer laser light source when exposing a photomask pattern, and defines an exposure illumination shape,
An optical shutter array in which a plurality of optical shutter portions are arranged on the same plane A perpendicular to the optical path;
Another different plane B provided parallel to the plane A with a predetermined distance apart on the incident surface side of the plane A, and another different plane provided with a predetermined distance parallel to the plane A on the exit surface side of the plane A On each of the planes C, a microlens array B in which microlenses are arranged at plane positions corresponding to the respective optical shutter portions on a one-to-one basis, and a microlens array C,
The optical shutter array operates to control the opening / closing operation of each desired optical shutter unit based on exposure illumination shape data that should define the exposure light emitted from the light source, and irradiate the desired range with the exposure light. And
The optical shutter unit is disposed such that a hole through which exposure light incident from a light source passes and a movable shutter unit capable of blocking exposure light passing through the hole are disposed,
The opening / closing operation of the optical shutter unit is controlled in an arbitrary opening range by displacing the light shielding plate by an electrostatic force between the flexible electrodes .
また、請求項２に記載の発明は、
マイクロレンズアレイＢ，Ｃの厚みは３００μｍ、露光光が通過する前記光シャッター部の孔の直径は１０μｍ、光シャッターアレイおよびシャッターの遮光板の厚みは５μｍ、シャッターの遮光板の寸法は少なくとも前記光シャッター部の孔の直径以上であり、
前記孔の縁から隣接する孔の最短の縁までの距離は、（マイクロレンズの直径−光シャッター部の孔の直径）で、かつ、柔軟電極の幅と可動の範囲を超える寸法であることを特徴とする請求項１記載のアパーチャーである。
The invention according to claim 2
The microlens arrays B and C have a thickness of 300 μm, the diameter of the hole of the optical shutter part through which exposure light passes is 10 μm, the thickness of the optical shutter array and the light shielding plate of the shutter is 5 μm, and the size of the light shielding plate of the shutter is at least the light It is more than the diameter of the hole of the shutter part,
The distance from the edge of the hole to the shortest edge of the adjacent hole is (the diameter of the microlens−the diameter of the hole of the optical shutter portion), and the dimension exceeds the width and the movable range of the flexible electrode. The aperture according to claim 1, characterized in that it is an aperture.
また、請求項３に記載の発明は、
請求項１または２に記載のアパーチャーを設置したことを特徴とするマスク露光装置である。
The invention according to claim 3
A mask exposure apparatus comprising the aperture according to claim 1 .
本発明は、フォトマスクパターンを露光する際のアパーチャーが、複数の光シャッター部を光路に垂直な同一平面Ａ上に配列した光シャッターアレイと、平面Ａの入射面側に所定の距離を離して平面Ａと平行に設けた他の異なる平面Ｂ、および平面Ａの出射面側に所
定の距離を離して平面Ａと平行に設けた他の異なる平面Ｃ、上のそれぞれに、各光シャッター部と一対一に対応する平面位置にマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイＢ、およびマイクロレンズアレイＣと、からなり、前記光シャッターアレイが、構成要素の各光シャッター部の動作を独立に制御して開閉動作させるので、パターン形状が微細化、複雑化するフォトマスクパターンに対応して、露光照明形状を規定するアパーチャー形状とアパーチャーの開口部透過率を自由に設定し、その設定内容を確実に再現することが可能なフォトマスク露光用のアパーチャーを提供することができる。
In the present invention, the aperture when exposing the photomask pattern is separated from the optical shutter array in which a plurality of optical shutter portions are arranged on the same plane A perpendicular to the optical path by a predetermined distance from the incident surface side of the plane A. Each of the optical shutters on each of another different plane B provided parallel to the plane A and another different plane C provided parallel to the plane A with a predetermined distance away from the exit surface side of the plane A It consists of a microlens array B and a microlens array C in which microlenses are arranged in a plane position corresponding to one-to-one, and the optical shutter array controls the operation of each optical shutter part of the component independently to open and close Because it is operated, the aperture shape that defines the exposure illumination shape and the aperture transmittance of the aperture corresponding to the photomask pattern whose pattern shape becomes finer and more complicated Set freely, it is possible to provide an aperture for a photomask exposure that can reproduce the settings reliably.
以下、図面に従って、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明のアパーチャー１の構成を説明するための模式断面図である。
アパーチャー１の構成は、先ず、図の上から下に向かう光路に垂直な同一平面Ａ１２上に、一点鎖線の小枠で囲った一単位の光シャッター部２０を規則的に複数個配列し、一点鎖線の大枠で囲った光シャッターアレイ２として備えるものである。また、光シャッターアレイ２の表裏面から所定の距離だけ離れたところに、平面Ａと平行に、平面Ｂ１３および平面Ｃ１４を設定し、平面Ｂおよび平面Ｃのそれぞれにマイクロレンズアレイ３が配置されている。それぞれのマイクロレンズアレイ３を構成する各マイクロレンズ３０は、各光シャッター部２０と一対一に対応する。レーザー光源（図示なし）から発せられる露光光４の光束は、図の上から下に向かう破線で示すように、平面Ｂ上の入射側のマイクロレンズアレイＢ３１を構成する各マイクロレンズ３０により各光シャッター部２０の孔２２に集光される。光シャッター部２０の孔２２が閉じている場合は、露光光はそこで遮蔽されるが、開口状態の孔２２を抜けて光シャッターアレイ２を通過した光は、光シャッターアレイ基板２１の反対側に設けた平面Ｃ上の出射側のマイクロレンズアレイＣ３２を構成する各マイクロレンズ３０を通過し、フォトマスクを露光するための露光照明形状を規定することができる。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the aperture 1 of the present invention.
The structure of the aperture 1 is as follows. First, on the same plane A12 perpendicular to the optical path from the top to the bottom of the figure, a plurality of unitary optical shutter portions 20 surrounded by a small dotted line frame are regularly arranged. This is provided as an optical shutter array 2 surrounded by a chain line. A plane B13 and a plane C14 are set parallel to the plane A at a predetermined distance from the front and back surfaces of the optical shutter array 2, and the microlens array 3 is arranged on each of the plane B and the plane C. Yes. Each microlens 30 constituting each microlens array 3 corresponds to each optical shutter unit 20 on a one-to-one basis. The light beam of the exposure light 4 emitted from a laser light source (not shown) is converted into each light by each microlens 30 constituting the incident side microlens array B31 on the plane B, as indicated by a broken line from the top to the bottom in the figure. The light is collected in the hole 22 of the shutter unit 20. When the hole 22 of the optical shutter unit 20 is closed, the exposure light is blocked there, but the light that has passed through the aperture 22 in the open state and passed through the optical shutter array 2 is on the opposite side of the optical shutter array substrate 21. An exposure illumination shape for exposing the photomask through each microlens 30 constituting the microlens array C32 on the emission side on the provided plane C can be defined.
本発明は、上記の構成からなるアパーチャー１において、各光シャッター部２０が独立に制御され、開閉動作することができる。このような機能を有する各光シャッター部２０を構成要素にもつ集合体としての光シャッターアレイ２を備えるとともに、光シャッターアレイ２に対応させて配置した２組のマイクロレンズアレイ３により、透過する光の光量と露光照明形状を適正に規定するアパーチャー１を提供することができる。アパーチャー１は、フォトマスクパターンを露光する際の光源から照射される露光光の光路に垂直に設けられることにより、露光照明形状を正しく規定することができる。 According to the present invention, in the aperture 1 having the above-described configuration, each optical shutter unit 20 can be independently controlled to open and close. The optical shutter array 2 as an assembly having each optical shutter unit 20 having such a function as a component is provided, and light transmitted by two sets of microlens arrays 3 arranged corresponding to the optical shutter array 2 It is possible to provide an aperture 1 that appropriately defines the amount of light and the exposure illumination shape. The aperture 1 is provided perpendicular to the optical path of the exposure light emitted from the light source when exposing the photomask pattern, so that the exposure illumination shape can be correctly defined.
図２は、本発明のアパーチャーの光シャッターアレイ２の部分の構成を平面配置から説明するための模式平面図である。
光シャッターアレイ２の面内には、光源から入射する露光光が通過する孔２２が二次元配
列、例えば、格子状に配列されており、一つの孔に対応して、図の縦横の一点鎖線で仕切った一単位ずつの光シャッター部２０が配列されている。光シャッター部２０には、それぞれの孔２２に相対するように配置される、孔を通過する露光光を遮断できる可動式のシャッターユニット２３が、破線で示す枠で囲った状態で搭載されている。シャッターユニット２３は、柔軟電極２４とそれに連なる遮光板２５とを備え、シャッターユニット２３のそれぞれが独立して対応する遮光板２５の開閉動作ができるように、柔軟電極２４への駆動のための配線（図示せず）を通じて制御される。上記制御は、使用するフォトマスクパターンに応じて決まる、光源から照射される露光光をどのように規定すべきかを与える露光照明形状のデータに基づいて、所望の各光シャッター部の開閉動作を行うことが望ましく、光シャッターアレイ全体として、所望範囲に露光光を照射させることができる。
FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the configuration of the optical shutter array 2 portion of the aperture according to the present invention from the plane arrangement.
In the plane of the optical shutter array 2, holes 22 through which exposure light incident from the light source passes are arranged in a two-dimensional array, for example, a lattice shape, and the vertical and horizontal alternate long and short dash lines in the drawing correspond to one hole. An optical shutter unit 20 divided by 1 is arranged for each unit. The optical shutter unit 20 is mounted with a movable shutter unit 23 disposed so as to be opposed to each hole 22 and capable of blocking exposure light passing through the hole, surrounded by a frame indicated by a broken line. . The shutter unit 23 includes a flexible electrode 24 and a light shielding plate 25 connected to the flexible electrode 24, and wiring for driving the flexible electrode 24 so that each shutter unit 23 can open and close the corresponding light shielding plate 25 independently. (Not shown). The above control performs a desired opening / closing operation of each optical shutter unit based on exposure illumination shape data that determines how the exposure light emitted from the light source should be defined, which is determined according to the photomask pattern to be used. Desirably, the entire optical shutter array can be irradiated with exposure light in a desired range.
遮光板２５が孔２２を覆っている状態では、マイクロレンズアレイＢ３１の各マイクロレンズ３０で集光された光は遮断される。一方、図２に示すように、遮光板２５が孔２２を覆っていない状態の光シャッター部２０の領域では、集光された光が光シャッターアレイ２を通過する。さらに、遮光板２５が孔２２を一部覆っている状態を作ることにより、孔２２を通過する光に対する光シャッター部２０の開口率を調節することができる。このように、それぞれの孔２２に対する遮光板２５の位置を調節することにより、光シャッター部の開閉動作を、任意の開口範囲で制御することができ、アパーチャーからの露光照明形状および開口部の光強度を設定することができる。 In a state where the light shielding plate 25 covers the hole 22, the light collected by each microlens 30 of the microlens array B31 is blocked. On the other hand, as shown in FIG. 2, the condensed light passes through the optical shutter array 2 in the region of the optical shutter unit 20 in a state where the light shielding plate 25 does not cover the hole 22. Furthermore, by creating a state in which the light shielding plate 25 partially covers the hole 22, the aperture ratio of the optical shutter unit 20 with respect to light passing through the hole 22 can be adjusted. In this way, by adjusting the position of the light shielding plate 25 with respect to each hole 22, the opening / closing operation of the optical shutter unit can be controlled in an arbitrary opening range, and the exposure illumination shape from the aperture and the light of the opening The intensity can be set.
複雑な露光照明形状を再現するために、孔２２およびシャッターユニット２３の配列数は、多くした方が詳細な形状を再現し易いが、通常は、一辺２００個までで十分とみられる。ＡＩＭＳ（登録商標）等の空間像分析システムやステッパ等のマイクロリソグラフィ装置における一般的なマスク露光装置のアパーチャーは、直径がおよそ２〜５ｍｍ程度の真円であるので、本発明のアパーチャーにおける光シャッターアレイ２およびマイクロレンズアレイ３は一辺２〜５ｍｍ程度の正方形にすれば、マスク露光装置への設置が可能であり、使い勝手がよい。本発明により提案するアパーチャーを、フォトマスクのリソグラフィ条件下での分析および最終検査やステッパによるウェハプロセスの露光に用いる通常のマスク露光装置と同様に、露光装置の光源とフォトマスクとの間に配置し、アパーチャーの中心を含む平面が露光光の光軸に対して垂直となるように組み込むことにより、パターン形状が微細化、複雑化するフォトマスクパターンに対応するマスク露光装置を提供できる。 In order to reproduce a complicated exposure illumination shape, the number of the holes 22 and the shutter units 23 can be increased so that a detailed shape can be reproduced more easily. Since the aperture of a general mask exposure apparatus in a spatial image analysis system such as AIMS (registered trademark) or a microlithography apparatus such as a stepper is a perfect circle having a diameter of about 2 to 5 mm, the optical shutter in the aperture of the present invention If the array 2 and the microlens array 3 are squares of about 2 to 5 mm on a side, they can be installed in a mask exposure apparatus and are easy to use. The aperture proposed by the present invention is disposed between the light source of the exposure apparatus and the photomask in the same manner as a normal mask exposure apparatus used for analysis of the photomask under lithography conditions and final inspection or exposure of the wafer process by a stepper. In addition, by incorporating the plane including the center of the aperture so as to be perpendicular to the optical axis of the exposure light, it is possible to provide a mask exposure apparatus corresponding to a photomask pattern whose pattern shape is miniaturized and complicated.
図３は、２組のマイクロレンズアレイ３、すなわちマイクロレンズアレイＢ３１、マイクロレンズアレイＣ３２と、光シャッターアレイ２の孔２２と、シャッターユニット２３と、柔軟電極２４の一部を拡大した断面図である。マイクロレンズアレイ３を構成するマイクロレンズ３０の材料は、紫外線領域の波長、特にＡｒＦエキシマレーザー（波長：１９３ｎｍ）に対して透過する材料が好ましく、ＳｉＯ２、ＣａＦ２などが列挙される。シャッターユニット２３内の遮光板２５の材料は、紫外線領域の波長に対し遮光性および耐光性があり、かつ、エッチング加工性に優れた材料が好ましく、Ｓｉなどが挙げられる。柔軟電極２４の材料は、導電性・柔軟性・機械的強度を兼ね備えた材料が好ましく、カーボンナノチューブが挙げられる。光シャッターアレイ２およびマイクロレンズアレイ３の製作方法は、公知のＭＥＭＳ（微小電気機械システム）プロセス技術を用いれば、実現可能である。現在のＭＥＭＳプロセス技術上、最小寸法に限界がある。それぞれの最小寸法の限界値について、マイクロレンズアレイ３１、３２の厚みｄ２は３００μｍ、孔２２の直径２×ｒ１は１０μｍ、光シャッターアレイ基板２１およびシャッターの遮光板２５の厚みｄ１は５μｍである。シャッターの遮光板２５の寸法は、少なくとも孔２２の直径２×ｒ１以上とする。また、孔の縁から隣接する孔の最短の縁までの距離は、２×（ｒ２−ｒ１）で、かつ、少なくとも３本の柔軟電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃの幅と可動の範囲を超える寸法が望ましい。また、マイクロレンズアレイは、収差を抑えるために非球面加工をしたものが望ましい。 FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of two sets of microlens arrays 3, that is, microlens array B31, microlens array C32, hole 22 of optical shutter array 2, shutter unit 23, and flexible electrode 24. is there. The material of the microlens 30 constituting the microlens array 3 is preferably a material that transmits a wavelength in the ultraviolet region, particularly an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm), and examples thereof include SiO 2 and CaF 2 . The material of the light shielding plate 25 in the shutter unit 23 is preferably a material that has light shielding properties and light resistance with respect to wavelengths in the ultraviolet region and is excellent in etching processability, and includes Si and the like. The material of the flexible electrode 24 is preferably a material having conductivity, flexibility, and mechanical strength, and examples thereof include carbon nanotubes. The manufacturing method of the optical shutter array 2 and the micro lens array 3 can be realized by using a known MEMS (micro electro mechanical system) process technology. Current MEMS process technology has limitations on minimum dimensions. Regarding the minimum value of each of the minimum dimensions, the thickness d2 of the microlens arrays 31 and 32 is 300 μm, the diameter 2 × r1 of the hole 22 is 10 μm, and the thickness d1 of the optical shutter array substrate 21 and the light shielding plate 25 of the shutter is 5 μm. The size of the light shielding plate 25 of the shutter is at least the diameter 2 × r1 of the hole 22. The distance from the edge of the hole to the shortest edge of the adjacent hole is 2 × (r2−r1), and the width of the at least three flexible electrodes 24a, 24b, and 24c is larger than the movable range. desirable. The microlens array is preferably an aspherical surface processed to suppress aberrations.
図４は、本発明のシャッターユニットの第一の状態を説明するための模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。破線円で示す孔２２や周辺を含めた図で説明すると、シャッターユニット２３は、遮光板２５と３つの要素２４ａ、２４ｂ、２４ｃに分けられる柔軟電極２４によって構成されている。３つの柔軟電極間の静電気力のはたらきにより遮光板２５を変位させることができる。また、電極にかける電圧により遮光板の変位量を変えることができる。本例では、シャッターユニットの第１〜第３柔軟電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃのそれぞれに電圧を印加しない場合を示す。図４（ａ）の一点鎖線Ｉ−Ｉ’上の断面図が図４（ｂ）である。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１〜第３柔軟電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃに電圧を印加しない場合には、第１〜第３柔軟電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃの各々の中央付近で互いに離隔されている。このとき、孔２２と遮光板２５がオーバーラップされ、シャッターユニット２３は閉じた状態となり、露光光４が遮光される（０％透過）状態となる。 4A and 4B are schematic views for explaining a first state of the shutter unit of the present invention, where FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a cross-sectional view. The shutter unit 23 includes a light shielding plate 25 and a flexible electrode 24 that is divided into three elements 24a, 24b, and 24c. The light shielding plate 25 can be displaced by the action of electrostatic force between the three flexible electrodes. Further, the amount of displacement of the light shielding plate can be changed by the voltage applied to the electrodes. In this example, a case where no voltage is applied to each of the first to third flexible electrodes 24a, 24b, and 24c of the shutter unit is shown. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line I-I ′ in FIG. As shown in FIGS. 4A and 4B, when no voltage is applied to the first to third flexible electrodes 24a, 24b, and 24c, each of the first to third flexible electrodes 24a, 24b, and 24c is used. They are separated from each other near the center. At this time, the hole 22 and the light shielding plate 25 are overlapped, the shutter unit 23 is closed, and the exposure light 4 is shielded (0% transmission).
図５は、本発明のシャッターユニットの第二の状態を説明するための模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。柔軟電極２４とそれにより可動する遮光板２５の状態が図４とは変わっている。本例では、第１柔軟電極２４ａと第２柔軟電極２４ｂとに所定の第１電圧を印加し、第３柔軟電極２４ｃには電圧を印加しない場合を示す。図５（ａ）の一点鎖線Ｉ−Ｉ’上の断面図が図５（ｂ）である。第１電圧によって第１柔軟電極２４ａおよび第２柔軟電極２４ｂと第３柔軟電極２４ｃとの間に静電気による引力が形成される。ここで、第１電圧は、第３柔軟電極２４ｃを静電気による引力によって第２柔軟電極２４ｂにつなげることができる程度の電圧レベルを有するが、第３柔軟電極２４ｃと第１柔軟電極２４ａとの間の静電気による引力によって柔軟電極２４の３要素全部をつなげることができる程度の電圧レベルには至らない。 5A and 5B are schematic views for explaining a second state of the shutter unit of the present invention, where FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a cross-sectional view. The state of the flexible electrode 24 and the light shielding plate 25 movable thereby is different from that in FIG. In this example, a case where a predetermined first voltage is applied to the first flexible electrode 24a and the second flexible electrode 24b and no voltage is applied to the third flexible electrode 24c is shown. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line I-I ′ in FIG. The first voltage forms an attractive force due to static electricity between the first flexible electrode 24a, the second flexible electrode 24b, and the third flexible electrode 24c. Here, the first voltage has a voltage level that allows the third flexible electrode 24c to be connected to the second flexible electrode 24b by an attractive force due to static electricity, but between the third flexible electrode 24c and the first flexible electrode 24a. The voltage level is not high enough to connect all three elements of the flexible electrode 24 by the attractive force due to the static electricity.
すなわち、第１柔軟電極２４ａと第２柔軟電極２４ｂとに第１電圧が印加されると、遮光板２５に接続された第３柔軟電極２４ｃが静電気による引力によって第２柔軟電極２４ｂにつながり、第３柔軟電極２４ｃの動きに応じて遮光板２５が左へ動く。しかし、第２柔軟電極２４ｂは第１柔軟電極２４ａおよび第３柔軟電極２４ｃより柔軟性が低く、第１電圧は第２柔軟電極２４ｂを動かすことができる程には大きくないので、第２柔軟電極２４ｂは、第３柔軟電極２４ｃが第２柔軟電極２４ｂおよび第１柔軟電極２４ａの両方につなげることを阻むバリアの役割を果たす。したがって、第２柔軟電極２４ｂは第１柔軟電極２４ａとは離隔されたまま、第３柔軟電極２４ｃのみが第２柔軟電極２４ｂにつなげられる。 That is, when the first voltage is applied to the first flexible electrode 24a and the second flexible electrode 24b, the third flexible electrode 24c connected to the light shielding plate 25 is connected to the second flexible electrode 24b by the attractive force due to static electricity, 3 The light shielding plate 25 moves to the left according to the movement of the flexible electrode 24c. However, the second flexible electrode 24b is less flexible than the first flexible electrode 24a and the third flexible electrode 24c, and the first voltage is not large enough to move the second flexible electrode 24b. 24b serves as a barrier that prevents the third flexible electrode 24c from being connected to both the second flexible electrode 24b and the first flexible electrode 24a. Accordingly, only the third flexible electrode 24c is connected to the second flexible electrode 24b while the second flexible electrode 24b is separated from the first flexible electrode 24a.
これによって、図４の第一の状態に較べて、孔２２は遮光板２５が移動した距離だけ開口領域を新たに作ることができる。シャッターユニット２３が完全に開かれた場合の透過率を１００％とすると、図５（ａ）、（ｂ）では孔２２の面積の約５０％が開かれた状態に該当するので、透過率は５０％となる。 Thereby, as compared with the first state of FIG. 4, the hole 22 can newly create an opening region by a distance moved by the light shielding plate 25. Assuming that the transmittance when the shutter unit 23 is fully opened is 100%, in FIGS. 5A and 5B, about 50% of the area of the hole 22 corresponds to the opened state. 50%.
図６は、本発明のシャッターユニットの第三の状態を説明するための模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。柔軟電極２４とそれにより可動する遮光板２５の状態が図４および図５とは変わっている。本例では、第１柔軟電極２４ａと第２柔軟電極２４ｂとに所定の第２電圧を印加し、第３柔軟電極２４ｃには電圧を印加しない場合を示す。図６（ａ）の一点鎖線Ｉ−Ｉ’上の断面図が図６（ｂ）である。
第２電圧は第１電圧より高いレベルの電圧であり、第１柔軟電極２４ａと第３柔軟電極２４ｃとの間の静電気による引力によって第１〜第３柔軟電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃの全部をつなげることができる程度の電圧レベルに該当する。すなわち、第２電圧が第１柔軟電極２４ａと第２柔軟電極２４ｂに印加された場合、第３柔軟電極２４ｃと第１柔軟電極２４ａと第２柔軟電極２４ｂとの間の静電気力は第１電圧が印加された場合より大きい。
この場合の静電気力は第２柔軟電極２４ｂの低い柔軟性によるバリアを克服することができる程度に大きい。その結果、第１柔軟電極２４ａ、第２柔軟電極２４ｂおよび第３柔軟電極２４ｃは全てつながり、第３柔軟電極２４ｃに接続された遮光板２５は第３柔軟電極２４ｃが移動した距離だけ移動する。
6A and 6B are schematic views for explaining a third state of the shutter unit of the present invention, in which FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is a cross-sectional view. The state of the flexible electrode 24 and the light shielding plate 25 movable thereby is different from that in FIGS. 4 and 5. In this example, a case where a predetermined second voltage is applied to the first flexible electrode 24a and the second flexible electrode 24b and no voltage is applied to the third flexible electrode 24c is shown. FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line II ′ of FIG.
The second voltage is higher than the first voltage, and connects all of the first to third flexible electrodes 24a, 24b, 24c by attractive force between the first flexible electrode 24a and the third flexible electrode 24c. It corresponds to a voltage level that can be. That is, when the second voltage is applied to the first flexible electrode 24a and the second flexible electrode 24b, the electrostatic force between the third flexible electrode 24c, the first flexible electrode 24a, and the second flexible electrode 24b is the first voltage. Greater than when applied.
The electrostatic force in this case is large enough to overcome the barrier due to the low flexibility of the second flexible electrode 24b. As a result, the first flexible electrode 24a, the second flexible electrode 24b, and the third flexible electrode 24c are all connected, and the light shielding plate 25 connected to the third flexible electrode 24c moves by the distance moved by the third flexible electrode 24c.
このように、遮光板２５の移動によって孔２２は完全にオーバーラップがなくなる。この場合、遮光板２５が１００％開かれた状態に該当するので、透過率は１００％になる。 Thus, the hole 22 is completely unoverlapped by the movement of the light shielding plate 25. In this case, since the light shielding plate 25 corresponds to a state where the light shielding plate 25 is opened 100%, the transmittance is 100%.
上述のように、本発明の一実施形態に係るシャッターユニット２３は、孔２２と遮光板２５のオーバーラップの程度によってブラックとホワイト以外の灰色階調も表示することができる。 As described above, the shutter unit 23 according to the embodiment of the present invention can display gray gradation other than black and white depending on the degree of overlap between the hole 22 and the light shielding plate 25.
各光シャッター部２０には、データライン（図示なし）がシャッターユニット２３に電気的に接続される。データラインを介して、ソフトウェア上のアパーチャー形状データに基づいた画像信号を柔軟電極２４に供給することにより、シャッターユニット２３が駆動する。この結果、全体のシャッターユニット２３が光の透過率を独立に変化させることによって、露光照明形状が形成される。 A data line (not shown) is electrically connected to the shutter unit 23 in each optical shutter unit 20. The shutter unit 23 is driven by supplying an image signal based on the aperture shape data on the software to the flexible electrode 24 via the data line. As a result, the entire shutter unit 23 changes the light transmittance independently, thereby forming an exposure illumination shape.
１・・・アパーチャー
２・・・光シャッターアレイ
３・・・マイクロレンズアレイ
４・・・露光光（光束）
１２・・・平面Ａ
１３・・・平面Ｂ
１４・・・平面Ｃ
２０・・・光シャッター部（一単位）
２１・・・光シャッターアレイ基板
２２・・・孔
２３・・・シャッターユニット
２４・・・柔軟電極
２４ａ・・・第１柔軟電極
２４ｂ・・・第２柔軟電極
２４ｃ・・・第３柔軟電極
２５・・・遮光板
３０・・・マイクロレンズ
３１・・・マイクロレンズアレイＢ
３２・・・マイクロレンズアレイＣ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Aperture 2 ... Optical shutter array 3 ... Micro lens array 4 ... Exposure light (light beam)
12 ... Plane A
13 ... plane B
14 ... plane C
20 ... Optical shutter (one unit)
21 ... Optical shutter array substrate 22 ... Hole 23 ... Shutter unit 24 ... Flexible electrode 24a ... First flexible electrode 24b ... Second flexible electrode 24c ... Third flexible electrode 25 ... Shading plate 30 ... Micro lens 31 ... Micro lens array B
32 ... Microlens array C
Claims (3)
複数の光シャッター部を光路に垂直な同一平面Ａ上に配列した光シャッターアレイと、
平面Ａの入射面側に所定の距離を離して平面Ａと平行に設けた他の異なる平面Ｂ、および平面Ａの出射面側に所定の距離を離して平面Ａと平行に設けた他の異なる平面Ｃ、上のそれぞれに、各光シャッター部と一対一に対応する平面位置にマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイＢ、およびマイクロレンズアレイＣと、からなり、
前記光シャッターアレイが、光源から照射される露光光を規定すべき露光照明形状のデータに基づいて、所望の各光シャッター部の開閉動作を制御され、所望範囲に露光光を照射させるように動作し、
前記光シャッター部が、光源から入射する露光光が通過する孔と、孔を通過する露光光を遮断できる可動式のシャッターユニットとが相対して、配置され、
前記光シャッター部の開閉動作が、柔軟電極間の静電気力により遮光板を変位させることにより、任意の開口範囲で制御されることを特徴とするアパーチャー。 An aperture that is provided perpendicular to the optical path of exposure light with a wavelength of 193 nm irradiated from an ArF excimer laser light source when exposing a photomask pattern, and defines an exposure illumination shape,
An optical shutter array in which a plurality of optical shutter portions are arranged on the same plane A perpendicular to the optical path;
Another different plane B provided parallel to the plane A with a predetermined distance apart on the incident surface side of the plane A, and another different plane provided with a predetermined distance parallel to the plane A on the exit surface side of the plane A On each of the planes C, a microlens array B in which microlenses are arranged at plane positions corresponding to the respective optical shutter portions on a one-to-one basis, and a microlens array C,
The optical shutter array operates to control the opening / closing operation of each desired optical shutter unit based on exposure illumination shape data that should define the exposure light emitted from the light source, and irradiate the desired range with the exposure light. And
The optical shutter unit is disposed such that a hole through which exposure light incident from a light source passes and a movable shutter unit capable of blocking exposure light passing through the hole are disposed,
The opening / closing operation of the optical shutter unit is controlled in an arbitrary opening range by displacing the light shielding plate by an electrostatic force between the flexible electrodes .
前記孔の縁から隣接する孔の最短の縁までの距離は、（マイクロレンズの直径−光シャッター部の孔の直径）で、かつ、柔軟電極の幅と可動の範囲を超える寸法であることを特徴とする請求項１記載のアパーチャー。 The microlens arrays B and C have a thickness of 300 μm, the diameter of the hole of the optical shutter part through which exposure light passes is 10 μm, the thickness of the optical shutter array and the light shielding plate of the shutter is 5 μm, and the size of the light shielding plate of the shutter is at least the light It is more than the diameter of the hole of the shutter part,
The distance from the edge of the hole to the shortest edge of the adjacent hole is (the diameter of the microlens−the diameter of the hole of the optical shutter portion), and the dimension exceeds the width and the movable range of the flexible electrode. The aperture according to claim 1, wherein:
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