JPH0815515A - ゾーンプレート製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 設計した同心円状のパターンを正確に露光
（描画）できるゾーンプレート製造装置を得る。 【構成】 回転テーブル上に載置した被加工物の表面に
集光スポットを照射する露光手段と、前記露光手段を移
動させる移動手段とを備えており、更に露光手段が、絞
り手段と絞り手段の開口形状を投影する露光光学系とを
含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フレネルゾーンプレー
トやバイナリーオプティクス等の回折光学素子のうち同
心円状の回折パターンを有するゾーンプレートを製造す
る装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、投影露光装置等に用いる光学素子
としていわゆる回折光学素子が注目されている。回折光
学素子は、回折作用を利用して光路の偏向を行なわせる
光学素子である。この回折光学素子によれば、短波長の
光束の光路を任意に偏向させることも可能であり、屈折
レンズとは異なる波長−偏向特性を示すことから、屈折
レンズとの組合せによる新たな収差補正部材等の応用に
注目されている。

【０００３】このような回折光学素子としては、ゾーン
プレートが挙げられる。このゾーンプレートとしては、
図４に示したような光透過性の基板上に同心円状の遮光
部材を設けた構造のフレネルゾーンプレートが一般的で
あるが、図５に示したような透過特性（屈折率、透過距
離等）が異なる同心円状の領域を段階的（断面形状が階
段状となるもの）に設け、素子に入射した光束の透過距
離を部分的に異ならしめることにより回折作用を生じさ
せるバイナリーオプティクス（ＢＯＥ）も新たなゾーン
プレートとして提案されている。

【０００４】ここで、このようなゾーンプレートの製造
工程を簡単に説明する。まず、フォトレジストを塗布し
た基板を回転ステージに載せた後、対物レンズを用いて
レーザ光を基板の所望の位置に微小スポットとして集光
照射した状態で、回転ステージを回転させる。基板は、
回転ステージの回転に応じて回転しているため、基板上
に集光された集光スポットは、回転中心を中心とする円
環を描くように基板を照射する。

【０００５】基板上のレーザ光が照射された部分のレジ
ストは円環状に露光されるため、その後にエッチングを
行うことにより円環状のレジストパターン領域を得るこ
とができる。この時、微小スポットの集光位置を半径方
向に移動させると、集光スポット幅よりも広い線幅を持
った円環状のパターン領域とすることができる。

【０００６】一つの円環状の露光処理領域の形成後に、
露光を中止して微小スポットの集光位置を露光処理領域
の直径方向に予め定めた量だけ移動し、ここで再度露光
を開始して回転ステージを回転させると、前述した円環
状の露光処理領域と中心が同一で異なる直径を持つ新た
な円環状の露光処理領域が形成される。

【０００７】この時、微小スポットの集光位置をレーザ
測長器等で正確にモニターすることによって、高精度の
同心円状のパターンが得られる。勿論、この別の円環状
の露光処理領域の幅も、そこでの微小スポットの集光位
置を動かす距離によって調節できる。

【０００８】このような作業を複数繰り返して同心円状
の露光処理領域を形成したのち、所定の現像を行い、必
要に応じてエッチングなどのプロセスを経ると、当該エ
ッチング処理等の有無に基づく段差を有する透過領域
（又は透過領域と不透過領域からなる）からなるパター
ンが設けられたゾーンプレートが得られる。

【０００９】その後更に、このようなフォトレジストを
塗布して、前記パターンの有する部分と無い部分とにそ
れぞれ円環状の露光処理領域を形成させ、エッチングを
行う工程を複数回繰り返すと、いわゆるＢＯＥのような
複数段の透過領域（断面形状が階段状となるもの）から
なる構造のゾーンプレートが得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の様に円環状のパ
ターンを有するゾーンプレートは、複数の異なる直径及
び線幅を持つ円環状のパターンの組み合わせからなるも
のであり、特にＢＯＥは段階状断面を備えたものである
ため、ゾーンプレートの設計条件に応じて種々のパター
ン幅に応じた円環状の露光処理領域を形成する必要があ
る。

【００１１】一般に、レーザ光の集光スポットにおける
光強度は、通常、ガウス分布を持ったものとなってお
り、この集光スポットを用いた場合の線幅は第６図
（ａ）に示すようになる。このような光強度を備えた集
光スポットにより露光を行う際に、円環状の露光処理領
域の線幅を広いものとする場合、図６（ｂ）に示す様
に、この集光スポットを所定の間隔でずらして重ね合わ
せることにより、線幅を調節することができる。

【００１２】ところが、一つの集光スポットにより得ら
れる線幅よりもわずかに広い線幅の露光処理領域を得た
い場合では、図６（ｃ）に示すように二つの集光スポッ
トを近接して重ね合わせるために、エッジ部分の光強度
が増加してしまう。このため、形成された露光処理領域
（感光領域）の線幅ｄ’が、所望の広さ（線幅）ｄより
大きくなってしまうという問題が生じる。

【００１３】その結果、最終的に得られるゾーンプレー
トの露光処理パターンは初めに設計したものとずれてし
まう。そのため、得られたゾーンプレートは、回折効率
が低下したものとなる。更に、このゾーンプレートを用
いると散乱光迷光が増加すると共に、波面収差の発生を
招くという更なる問題が生じる。

【００１４】また、集光径を変化させるためには、投影
光学系の倍率を変えることや集光位置を焦点位置からず
らすこと等も考えられるが、光学系の構成が複雑化する
と共に、変倍に伴う諸収差の発生や焦点深度が変化する
ので、結果として集光精度が低下して、鮮明なエッジが
形成できない問題となる。

【００１５】本発明は、かかる問題に鑑みてなされたも
ので、設計した同心円状のパターンを正確に露光（描
画）できるゾーンプレート製造装置を得ることを目的と
する。特に、従来の装置において集光スポットを用いて
露光する最小線幅（集光スポット径）よりもわずかに広
い線幅の露光処理領域を得る場合に対して、正確に露光
できるゾーンプレート製造装置を得ることを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本願請求項１の発明で
は、被加工物が載置される回転テーブルと、前記被加工
物の表面に予め定めた光束を照射する露光手段と、前記
露光手段による照射位置を少なくとも前記回転テーブル
の回転中心軸と直交する方向に移動させる移動手段とを
備え、回転中の被加工物に露光処理することにより前記
被加工物上に円環状の露光処理領域を形成し、被加工物
上に同心円状のパターンを形成するゾーンプレート製造
装置にであって、前記露光手段が、光源からの光束の有
効径を制限する絞り手段と、この絞り手段の開口形状が
前記照射位置に投影されるように構成された露光光学系
とを含むことを特徴とするゾーンプレート製造装置を提
供する。

【００１７】また、本願請求項２の発明では、請求項１
に記載のゾーンプレート製造装置において、前記絞り手
段が、開口形状が可変に構成された可変開口絞りからな
ることを特徴とするものとしている。

【００１８】更に、本願請求項３の発明では、請求項１
又は２に記載のゾーンプレート製造装置において、前記
絞り手段が、開口形状が可変に構成された可変スリット
からなるものとしている。

【００１９】また、本願請求項４の発明では、請求項２
又は３に記載のゾーンプレート製造装置において、予め
定めた露光処理領域の大きさに応じて、前記絞り手段の
開口形状を調整する開口調整手段を更に備えているもの
である。

【００２０】

【作用】請求項１の発明は、露光手段が、光源からの光
束の有効径を制限する絞り手段と、この絞り手段の開口
形状が前記照射位置に投影されるように構成された露光
光学系とを含むものとしている。

【００２１】即ち、請求項１では、従来のような光源か
らの光束をスポット状に集光させて被加工物の表面に照
射するのではなく、光源からの光束を絞り手段の開口形
状に応じた有効径を持つ光束に変換するとともに、被加
工物の表面にこの開口形状が投影されて照射するものと
なる。

【００２２】この絞り手段は、光源光束の有効径を制限
するものであるから、ガウス分布を持つ光束の周辺部に
おける強度が弱い部分（ガウス分布の裾の部分）の光束
をカットして、照射領域内の周辺部分でも所定の強度が
保持されたまま露光できると共に、ここを外れると極端
に照射強度が減少する。

【００２３】このため、露光領域のエッジ部分（照射領
域の端部とその外側部との境界）での照射状態（照射光
量）の差が大きくなるので、エッジ部分が明確に形成で
きるものとなる。特に、集光スポット径よりやや大きな
線幅の円環状の露光処理領域を形成するために、回転テ
ーブルを少なくとも一回転させた後、ここからややずら
して再度露光を行なっても、一方の照射領域の端部と他
方の照射領域の端部とが互いに影響しないので、所望の
微細な線幅を備えた円環状露光処理領域を正確に得るこ
とが可能である。

【００２４】即ち、従来は集光スポット径より大きな線
幅を得るためには、集光スポットを一部重ねながら移動
させ、言い換えると二つの円環状の露光処理領域を重ね
ることで、希望する線幅の露光処理領域を形成してい
た。この場合には、特に最小スポット径よりやや大きな
線幅の露光処理領域を形成する場合に、希望の線幅が形
成できない問題があった。

【００２５】これは、図６（ｂ）に示したような集光ス
ポット径よりも大幅に線幅の広いものではあまり問題に
ならないが、図６（ｃ）に示したような一つの集光スポ
ットにより得られる線幅よりもわずかに広いものに対し
てはその影響が問題であったが、本発明ではこのエッジ
部分における互いの露光領域の影響が小さいので、希望
する線幅が正確に形成できるものとなる。

【００２６】次に、請求項２に記載した発明では、絞り
手段の開口形状が可変に構成されていることから、被加
工物上に投影される開口形状の大きさが変化するので、
集光スポット径もこれに応じて変化することとなる。

【００２７】本発明では、好ましくは光源からの光束の
有効径を一旦広げた後、絞り手段の開口形状に応じた有
効径を持つ光束に変換すると良い。これは、光源光束の
有効径を拡張するためであり、開口形状を変化させるこ
とによる集光スポット径の拡大や縮小スポットの形成に
有効だからである。

【００２８】即ち、本発明では、上述のような最小の集
光スポットにより得られる線幅よりもわずかに広いもの
に対しても、絞り手段の開口形状を変化させることで、
集光径を変化させて適正な幅の集光スポットに調整する
ことができるので、正確な円環状の露光処理領域を形成
することができる。

【００２９】この様子を図３に示す。図３は、光源から
の光束の径を一旦広げてから絞り手段を通して集光スポ
ットの径（露光処理領域の幅）を調整した場合の光強度
と線幅を示す説明図である。図３（ａ）は、線幅を細く
した場合、図３（ｂ）は線幅を広くした場合である。

【００３０】このように、一旦光源からの光束の径を広
げると、集光スポットとして利用した時よりも単位面積
あたりの光量が少なくなるが、スリットを通して得た光
束でみると、開口部の大きさによらず照射位置における
単位面積当りの光量はほぼ等しいものとなる。このた
め、同一の回転スピードで異なる線幅の露光照射領域が
形成できることとなる。

【００３１】なお、従来同様に露光量が足りない場合
は、被加工物における照射時間を長くするために、回転
テーブルの回転速度を遅くするか、回転テーブルを複数
回回転させる等の手段により、必要な露光量を確保すれ
ば良い。

【００３２】また、集光スポット径よりの線幅が大幅に
広い場合には、適当な集光スポット径を選択して、従来
同様に一部を重ねながら照射位置を移動させて露光照射
し、複数の露光領域を重ねることで大きな線幅の露光照
射領域を形成すれば良い。

【００３３】特に、ＢＯＥ等のゾーンプレートパターン
は、複数の異なる直径及び線幅を持つ円環状の露光処理
領域の組み合わせよりなるため、絞り手段の開口形状が
固定されていると、露光する円環状パターンによって絞
り手段を交換しなければならないか、微小な線幅の違い
でも複数回の露光照射を行なわなければならない。

【００３４】このような作業は、スループットの低下を
招くため、絞り手段の開口形状が希望する線幅に合わせ
て変えられる可変開口絞りを用いることで、直径及び線
幅の異なる円環状露光処理領域を連続的に且つ迅速に多
数形成させることを可能としている。

【００３５】この可変開口絞り手段は、円環状の露光処
理領域の少なくとも線幅を調節するもの、言い換えると
被加工物上への開口形状の投影形状のうち、少なくとも
半径方向の径が調整できるものであれば良く、その形状
は円形状であってもスリット状であってもよく特に限定
しない。

【００３６】請求項３の発明では、前記絞り手段の開口
形状を可変に構成された可変スリットとすることを提案
している。一般に、露光処理領域を形成させるには、あ
る程度の光量が必要であり、露光を行う際に光量損失を
少なくすることがスループットを向上させることにもつ
ながる。例えば、可変開口絞りとして、開口形状が円形
状のものを用いた場合、この円形状の開口は、線幅方向
だけでなく回転方向に対しても光を絞るために、露光光
の絶対的な光量が必要以上に少なくなってしまう場合が
ある。

【００３７】これに対して、可変開口絞りとして、開口
形状がスリット状のものを用いた場合、円環状の露光処
理領域の線幅は、このスリットの線幅方向に対する幅に
応じて決定される。このため、回転方向（円周方向）に
投影される開口形状の大きさ（幅）の広いスリットを用
いることで回転方向に対する光量制限を少なく抑え、露
光光が不必要に絞られないように構成している。そのた
め、光量損失量を少なく抑えることができる。

【００３８】また、請求項４の発明では、開口調整手段
を更に備えたゾーンプレート製造装置を提案しており、
この開口調整手段は、予め定めた露光処理領域の大きさ
に応じて、前記絞り手段の開口形状を調整するものであ
るため、希望するゾーンプレートのそれぞれのパターン
の線幅に応じて適正な集光径で露光照射を行なう。

【００３９】例えば、開口絞りの大きさの変化範囲内の
集光スポット径に応じた線幅の場合には、必要とする線
幅に応じた集光スポット径と成る様に開口絞りの大きさ
が調整される。

【００４０】また、開口絞りの開口の大きさを全開にし
ても線幅より小さい場合には、従来の幅広の円環状パタ
ーン等と同様に、適正な集光スポット径を選択して複数
回の一部重ね合わせ露光を行なう。この場合には、希望
する線幅に合わせて集光径を変化させることで、重ね合
わせ露光の回数（一つの円環状露光領域を形成するため
の必要な回転数等）を少なくすることができる。

【００４１】これらは、希望する設計条件を入力する手
段や、この入力された設計条件に基づいて適正な集光ス
ポット径（開口絞りの大きさ）を自動的に選択する選択
手段等を備えることで、この開口調整手段と、回転テー
ブル及び移動手段と連動させることによって、設計条件
に応じた高精度な同心円パターン（円環状の露光領域）
を自動的に形成させることが可能である。

【００４２】

【実施例】図１に、本発明の一実施例に係るゾーンプレ
ート製造装置の概略構成を示す。本実施例では、露光光
束として波長３６５ｎｍのＡｒレーザ光源１からのレー
ザ光束を用いている。被加工部材となるレジスト膜が塗
布された基板８は、回転ステージ９上に載置されてお
り、回転ステージ９の回転に応じて基板８が回転するよ
うになっている。レーザ光源１からの光束は、この基板
上に集光する様に構成されており、この集光照射と回転
により円環状に基板を露光して、円環状の露光処理領域
ゐ形成することになる。

【００４３】図１において、レーザ光源１から発せられ
た光束は、変調器２により所望の強度に調節されて射出
される。変調器２より射出された光束は、ビームエキス
パンダー３に入射し、ここで一旦光束径を広げられて可
変開口５を照明する。この可変開口５は、そのスリット
幅が２０μｍから２ｍｍまで可変に構成されており、入
射した光束の有効径を制限すると共に、基板上に集光す
る集光径も調節している。

【００４４】ここを通過した光束は、対物レンズ６に入
射して基板８上に集光される。本実施例で用いている対
物レンズ６は、入射した光束を１／１００倍に縮小して
基板上に縮小投影するので、可変開口５により２０μｍ
から２ｍｍの間の径を持つ光束に調整された光束は、対
物レンズ６により１／１００倍、即ち、０．２μｍから
２０μｍの間の径を持つ光束に縮小され、レジストを塗
布した基板８に投影される。基板８は、回転ステージ９
の回転に応じて回転するため、基板８上に照射された光
束は、半径方向の集光径と同じ幅を持つ円環形状に基板
８を照射していることと同様になる。

【００４５】なお、ＬＥＤ１０とポジションセンサー１
１からなる焦点（基板上下位置）検出器が、基板８の位
置を検出しており、対物レンズ６（又は回転テーブル
９）を自動的に上下させ、常に基板８の位置と対物レン
ズの焦点位置とが合うように調整している。また、位置
検出光学系７が既に形成されているパターンの位置を検
出し、新たに集光照射して露光処理する（パターンを形
成する）位置の相対位置ずれのチェック及びレーザ光照
射位置の検出を行っている。

【００４６】更に、可変開口５、対物レンズ６、位置検
出光学系７、ＬＥＤ１０とポジションセンサー１１とか
らなる焦点（基板上下位置）検出器は、１個のヘッド４
に組み込まれており、このヘッド４を回転テーブルの回
転中心軸と直交する方向に移動させる移動制御部１２が
設けられている。このヘッド４の移動距離はレーザ干渉
測長器（図示せず）によって正確に読み取ると共に、そ
の値をフィードバックしてヘッド４の位置を制御してい
る。

【００４７】ここで、基板８上に形成する円環状の露光
処理領域の線幅は、基板８を照射する位置（又は照射し
ながらの移動距離）によって決定されているので、レー
ザ光照射位置によって可変開口５の大きさを自動的に変
えるとよい。即ち、可変開口の調整により集光照射スポ
ットの（半径方向の）径は０．２μｍ〜２０μｍまで可
変できるので、露光処理領域の線幅がこの範囲に入る場
合には、開口５の大きさを希望する線幅に合わせて調整
して露光処理すれば良い。

【００４８】また、可変開口５を全開にしても露光処理
領域の線幅が足りない場合等（例えば、線幅が２０μｍ
以上の場合）は、ヘッド４をレーザ干渉測長器（図示せ
ず）でモニターして制御しながら、必要な分だけ直径方
向に照射位置を移動して一部を重ねて露光することで、
希望する線幅の露光処理領域を形成できる。

【００４９】ここで図２に本実施例で用いる可変開口の
概略図を示す。この可変開口は、Ｘ方向に移動可能な遮
光板２５ａ、２５ｃとＹ方向に移動可能な遮光板２５
ｂ、２５ｄとからなる可変スリットとしている。それぞ
れの移動量を調節することで開口αの大きさを決定して
いる。

【００５０】また、基板上の照射位置の精度を確保する
ために、基板上にパターンのエッジを形成させる部分の
遮光板（例えば、２５ａ又は２５ｃ）の一方を固定した
り、開口の直交する二辺を構成するの二つの遮光板（例
えば、２５ａと２５ｂ）を固定する或は、開口の中心を
常に一定として四つの遮光板２５ａ、２５ｃ、２５ｂ、
２５ｄを相対的に動かすように構成するとよい。

【００５１】本実施例では、このような可変開口絞り手
段を備えているので、図３に示した様に、微小な線幅に
も、またそれよりやや太い線幅であっても、さらには集
光径より大幅に大きな線幅であっても、いずれの場合に
も正確な線幅の露光処理領域が形成できる。さらに、こ
れに基づいてエッチング等のいわゆるリソグラフィ工程
を行なうことで正確な線幅のパターンが形成できること
はいうまでも無い。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のゾーンプ
レート製造装置によれば、線幅の大小によらず設計した
同心円状のパターンを正確に露光できる。これにより、
精度の高い、回折効率の一様なＢＯＥ等のゾーンプレー
トを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るゾーンプレート製造装
置の概略構成を示す説明図である。

【図２】本実施例に用いる開口スリットの概略構成を示
す説明図である。

【図３】本発明による照射光束の光強度と露光処理領域
の線幅の関係を示す説明図である。

【図４】フレネルゾーンプレートの概略構成を示す説明
図である。

【図５】バイナリーオプティクスの概略構成を示す説明
図である。

【図６】ガウス分布を有するビームによる露光処理の状
態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ 変調器 ３ ビームエキスパンダー ４ ヘッド ５ 可変開口 ６ 対物レンズ ７ 位置検出光学系 ８ 基板 ９ 回転ステージ １０ ＬＥＤ １１ ポジションセンサー １２ 移動制御部 ２５ａ、２５ｃ、２５ｂ、２５ｄ 遮光板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物が載置される回転テーブルと、
   前記被加工物の表面に予め定めた光束を照射する露光手
   段と、前記露光手段による照射位置を少なくとも前記回
   転テーブルの回転中心軸と直交する方向に移動させる移
   動手段とを備え、回転中の被加工物に露光処理すること
   により前記被加工物上に円環状の露光処理領域を形成
   し、被加工物上に同心円状のパターンを形成するゾーン
   プレート製造装置において、 前記露光手段は、光源からの光束の有効径を制限する絞
   り手段と、この絞り手段の開口形状が前記照射位置に投
   影されるように構成された露光光学系とを含むことを特
   徴とするゾーンプレート製造装置。
2. 【請求項２】 前記絞り手段が、開口形状が可変に構成
   された可変開口絞りからなることを特徴とする請求項１
   に記載のゾーンプレート製造装置。
3. 【請求項３】 前記絞り手段が、開口形状が可変に構成
   された可変スリットからなることを特徴とする請求項１
   又は２に記載のゾーンプレート製造装置。
4. 【請求項４】 予め定められた露光処理領域の大きさに
   応じて、前記絞り手段の開口形状を調整する開口調整手
   段を更に備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載
   のゾーンプレート製造装置。