JPH1039251A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】正立光学系でありながら、光学系の収差が小さ
く、広い視野を投影することが可能な投影露光装置を提
供すること。 【解決手段】複数のレンズが光軸と垂直な方向に配列さ
れたレンズアレイ４３を介してマスク４１からの光を被
露光基板４５に投影して、被露光基板４５を露光させる
ようにした投影露光装置において、レンズアレイ４３を
透過した光を位相共役鏡４４ａ，４４ｂ，４４ｃ……４
４ｎに投影すると共に、位相共役鏡４４ａ，４４ｂ，４
４ｃ……４４ｎからの反射光を反射して被露光基板４５
に投影するビームスプリッタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…
…４２ｎを位相共役鏡４４ａ，４４ｂ，４４ｃ……４４
ｎとレンズアレイ４３との間に配設したことを投影露光
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被写体からの光を被
露光部に正立像として投影する投影露光装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】この種の投影露光装置としては、例え
ば、液晶素子等の製造工程で使用される露光装置、複写
機等がある。この様な投影露光装置の投影光学系には、
レンズアレイを用いたものもある。ここで、レンズアレ
イとは、多数（複数）のレンズを光軸と垂直な方向に１
次元，もしくは２次元に配列した光学系である。尚、こ
のレンズアレイのレンズは球面や非球面レンズに限ら
ず、表面が階段状のバイナリーレンズ，回折型レンズ，
屈折率分布型レンズ等が使用されることもある。

【０００３】この様なレンズアレイは、通常の光学系と
違い、レンズの配列数を増やしていくことで、視野を拡
大することが可能であるという特徴がある。但し、レン
ズアレイが投影露光装置や複写機等の投影露光装置に用
いられる場合には、レンズの配列方向に関し正立な光学
系であることが要求される。

【０００４】なぜならば、もしレンズが倒立光学系であ
ると、レンズの配列数だけ投影像の回転軸が存在するた
め、露光領域全体を連続的に投影することができないと
いう不都合が生じるからである。例えば、図５におい
て、図示を省略した被写体の物点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを倒立
光学系であるレンズアレイ１のレンズ１ａ，１ｂを介し
て投影した場合、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと連続する被写体の物
点はＢ´，Ａ´，Ｄ´，Ｃ´というように不連続な被写
体像の像点として投影結像されるので、倒立光学系であ
るレンズアレイ１のみでは投影露光装置としては適しな
い。

【０００５】従って、倒立光学系を用いて正立光学系を
構成するために、従来は倒立光学系を２段直列に並べた
光学配置が採用されている。図６は、この例を示したも
のである。

【０００６】この図６の例では、倒立光学系であるレン
ズ２，３を直列に配列して、光束が外側に広がるのを押
えるために、フィールドレンズ４をレンズ２，３間に配
置している。

【０００７】また、図７(a)，(b)の例では、被写体５
ａ，５ｂ，……５ｎ（物点）から出射した光束がビーム
スプリッタ８ａ，８ｂ……８ｎ及びレンズアレイ６のレ
ンズ６ａ，６ｂ……６ｎを透過した後にコーナキューブ
プリズム７ａ，７ｂ……７ｎで反射する。反射光は、レ
ンズアレイ６のレンズ６ａ，６ｂ……６ｎ及びビームス
プリッタ８ａ，８ｂ……８ｎを介して所定位置に投影像
を形成する。ここで、前記コーナキューブプリズム７
ａ，７ｂ……７ｎは光束を反転させる作用を有するた
め、前記所定位置で投影される像は被写体５ａ，５ｂ，
……５ｎの正立像５ａ´，５ｂ´……５ｎ´となってい
る。

【０００８】更に、図８の例では、レンズアレイ９のレ
ンズ９ａ，９ｂ……９ｎとレンズアレイ１０のレンズ１
０ａ，１０ｂ……１０ｎとの間にイメージローテータ１
１ａ，１１ｂ……１１ｎ（像反射素子である像回転素
子）をそれぞれ配設することにより、被写体５からの光
による被写体像を正立像５ａ´，５ｂ´……５ｎ´とし
て結像させるようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示す光学系では、倒立光学系であるレンズ２とレンズ３
を２段に直列に配列したものであるために、レンズの収
差が増幅されてしまい、投影される像のコントラストが
低下するという欠点があった。特に、レンズ２，３の光
軸からずれたパターンを投影するときは収差が著しく増
加することから、投影光学系の有効な露光面積が狭くな
ってしまい、広い視野を投影することが難しいという問
題もあった。

【００１０】また、図７，図８に示す光学系では、コー
ナキューブプリズム７ａ，７ｂ……７ｎやイメージロー
テータ１１ａ，１１ｂ……７ｎ等の像反射素子が光束を
多数回反射するために、像反射素子の製造誤差等による
収差が大きくなってしまい、投影される像のコントラス
トが低下してしまうという問題があった。

【００１１】そこで、この発明は、正立光学系でありな
がら、光学系の収差が小さく、広い視野を投影すること
が可能な投影露光装置を提供することを目的とするもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１の発明は、レンズアレイを介して被写体か
らの光を被露光部に投影して、前記被露光部を露光させ
るようにした投影露光装置において、前記レンズアレイ
光学系の光路中に位相共役鏡を配設すると共に、前記位
相共役鏡からの反射光を前記被露光部に導くビームスプ
リッタを前記レンズアレイ光学系に設けた投影露光装置
としたことを特徴とする。

【００１３】請求項２の発明は、前記位相共役鏡からの
反射光を反射して前記被露光部に投影するビームスプリ
ッタを前記被写体と前記レンズアレイとの間に配設した
ことを特徴とする。

【００１４】請求項３の発明は、前記位相共役鏡からの
反射光を反射して前記被露光部に投影するビームスプリ
ッタを位相共役鏡と前記レンズアレイとの間に配設し、
前記ビームスプリッタと前記被露光部との間に第２のレ
ンズアレイを配設したことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態を図
１〜図４に基づいて説明する。

【００１６】＜第１実施例＞図１はこの発明に係る投影
露光装置の投影露光光学系の第１実施例を示し、図２は
通常の鏡を用いた光学系の波面伝搬作用の原理を示し、
図３は図１に示した位相共役鏡を用いた光学系の波面伝
搬作用の原理を示したものである。

【００１７】この図２，３に示した光学系の波面伝搬作
用の原理を先ず説明する。この図２には通常の鏡２０と
位相物体２１による光学系を示し、図３には位相物体２
１と位相共役鏡２とによる光学系を示している。

【００１８】なお、位相物体２１は、光が透過する部分
の肉厚に応じて光の波面を歪める作用を有する。また、
位相共役鏡２２は例えば非線形光学結晶から形成されて
いる。

【００１９】この様な状況において、図２に示した通常
の鏡２０を用いた光学系の反射作用の原理を説明する。
図２において、平面波３１は位相物体２１を通過するこ
とにより、歪んだ波面３２となる。この歪んだ波面３２
は、通常の鏡２０により反射され（光の伝搬方向が折り
返され）て、元の波面と凹凸が逆になった波面３３とな
る。そして、この波面３４が再び位相物体２１を透過す
ると、歪みが２倍に増幅された波面３４となる。

【００２０】次に、図３に示した様に位相共役鏡２２を
用いた光学系の反射作用の原理を説明する。図３におい
ても、平面波３１は位相物体２１を通過することにより
歪んだ波面３２となる。この歪んだ波面３２は、位相共
役鏡２２により反射されて、波面３２と共役な波面３
５、つまり入射光に対して光の伝搬方向は逆であるが波
面の凹凸が元の波面３２と同じ凹凸の波面３５となる。
そして、この波面３５が再び位相物体２１を透過する
と、今度は波面３５が位相物体２１を通過する際に、歪
みが位相物体２１により補正されて、通過後の波面３６
は元の波面３１と同じ波面となる。

【００２１】尚、位相共役鏡２２では、光束が斜めに入
射する場合でも、反射光束が入射光束と同じ光路を逆向
きに進むという特性があるので、倒立像を正立像に変換
することが可能である。

【００２２】従って、倒立光学系を透過させた像を正立
像とするために図３に示した様な位相共役鏡２２を用い
ることで、光束を多数回反射するコーナキューブプリズ
ムやイメージローテータ等の像反射素子の様な製造誤差
等による収差が生じることなく、光学系の収差を小さく
して、広い視野を投影することが可能である。

【００２３】図１(a)，(b)に示した投影露光装置の投影
露光光学系では、図３に示した位相共役鏡２２の反射原
理を用いている。

【００２４】この図１において、４０は図示しない照明
光源からの平行照明光束（照明光）、４１はマスク、４
２ａ，４２ｂ，４２ｃ………４２ｎはビームスプリッタ
（光分割素子）、４３はレンズアレイ、４４ａ，４４
ｂ，４４ｃ………４４ｎは位相共役鏡、４５は被露光基
板（被露光部）である。

【００２５】このマスク４１は図示を省略したマスクパ
ターン（被写体）を有する。また、ビームスプリッタ４
２ａ，４２ｂ，４２ｃ………４２ｎは、マスク４１とレ
ンズアレイ４３との間に配設させられていると共に、各
光軸Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３………Ｏnに対して同一傾斜（４
５゜）を有する。

【００２６】更に、レンズアレイ４３は多数（複数）の
レンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ………４３ｎをその光軸
と直交する方向に配列したものである。また、多数（複
数）の位相共役鏡４４ａ，４４ｂ，４４ｃ………４４ｎ
（光反射素子）がレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ………
４３ｎの後方に配列されている。尚、位相共役鏡４４
ａ，４４ｂ，４４ｃ………４４ｎは、例えば非線形光学
結晶から形成されている。尚、図中、ｚは投影光学系の
光軸Ｏ１（Ｏ２，Ｏ３……Ｏｎ）の延びる方向（図では
水平方向）の座標軸、ｙはこの光軸に対して鉛直方向に
直交する座標軸、ｘはｚ，ｙ座標軸と直交する座標軸で
ある。

【００２７】次に、この構成の投影露光装置の投影露光
光学系の作用を説明する。

【００２８】この投影露光光学系において、平行照明光
束４０がマスク４１を照明すると、このマスク４１のマ
スクパターン（被写体）を透過した光束は、各ビームス
プリッタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ………４２ｎに対応す
る部分を透過する。この各ビームスプリッタ４２ａ，４
２ｂ，４２ｃ………４２ｎを透過した光束は、レンズア
レイ４３のレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ………４３ｎ
を透過し、位相共役鏡４４ａ，４４ｂ，４４ｃ………４
４ｎで反射する。反射光は、入射光の光路と同一光路を
戻り、レンズアレイ４３のレンズ４３ａ，４３ｂ，４３
ｃ………４３ｎを透過し各ビームスプリッタ４２ａ，４
２ｂ，４２ｃ………４２ｎで反射された後、被露光基板
４５に正立像として結像される。

【００２９】本実施例では、位相共役鏡を反射鏡に用い
たので、被露光基板４５にマスク１のマスクパターンの
正立像が高いコントラストで投影されることになる。

【００３０】尚、以上説明した実施例では、ビームスプ
リッタ４２，レンズアレイ４３，光反射手段４４を分離
して示したが、このビームスプリッタ４２，レンズアレ
イ４３，光反射手段４４等を一体構造とすることもでき
る。

【００３１】＜第２実施例＞図４は、この発明の第２実
施例を示したものである。本実施例は、第１実施例にお
けるビームスプリッタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ………４
２ｎをレンズアレイ４３と位相共役鏡４４ａ，４４ｂ，
４４ｃ………４４ｎとの間に配設すると共に、４２ａ，
４２ｂ，４２ｃ………４２ｎと被露光基板４５との間に
レンズアレイ４６を配設したものである。このレンズア
レイ４６は、多数（複数）のレンズ４６ａ，４６ｂ，４
６ｃ………４６ｎを光軸と直交する方向に配列したもの
である。

【００３２】本実施例では、平行照明光束４０がマスク
４１を照明すると、このマスク４１のマスクパターン
（被写体）を透過した光束は、レンズアレイ４３の各レ
ンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ………４３ｎを透過し、各
ビームスプリッタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ………４２ｎ
を透過した後に位相共役鏡４４ａ，４４ｂ，４４ｃ……
…４４ｎで反射する。反射光は、入射光の光路と同一光
路を戻り、各ビームスプリッタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ
………４２ｎでそれぞれ反射された後、レンズアレイ４
６のレンズ４６ａ，４６ｂ，４６ｃ………４６ｎを透過
して正立像を形成する。この正立像は被露光基板４５に
結像されてマスクパターンの像を形成する。

【００３３】尚、本実施例では、ビームスプリッタ４２
ａ，４２ｂ，４２ｃ………４２ｎ，レンズアレイ４３，
光反射手段４４，レンズアレイ４６を分離して示した
が、このビームスプリッタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ……
…４２ｎ，レンズアレイ４３，光反射手段４４，レンズ
アレイ４６等を一体構造とすることもできる。また、マ
スク１及び被露光基板４５を固定しているが、必ずしも
これに限定されるものではない。例えば、マスク１及び
被露光基板４５を移動させながら露光を行う走査方式と
することもできる。

【００３４】

【効果】以上説明したように、この発明は、レンズアレ
イを介して被写体からの光を被露光部に投影して、前記
被露光部を露光させるようにした投影露光装置におい
て、前記レンズアレイ光学系の光路中に位相共役鏡を配
設すると共に、前記位相共役鏡からの反射光を前記被露
光部に導くビームスプリッタを前記レンズアレイ光学系
に設けた構成としたので、正立光学系でありながら、光
学系の収差が小さく、広い視野を投影することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a)はこの発明にかかる投影露光装置の投影露
光光学系の第１実施例を示す説明図、(b)は(a)の投影露
光光学系の平面図である。

【図２】通常の鏡の反射作用を説明するための説明図で
ある。

【図３】この発明に用いられる位相共役鏡の反射作用を
説明するための説明図である。

【図４】この発明にかかる投影露光装置の投影露光光学
系の第２実施例を示す説明図である。

【図５】倒立光学系の一例を示す説明図である。

【図６】正立光学系従来の一例を示す説明図である。

【図７】(a)は従来の投影露光光学系の一例を示す説明
図、(b)は(a)の平面図である。

【図８】従来の投影露光光学系の他の例を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

４１…マスク（被写体） ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ……４２ｎ…ビームスプリッタ ４３…レンズアレイ ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ……４４ｎ…位相共役鏡 ４５…被露光基板（被露光部）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レンズアレイを介して被写体からの光を
   被露光部に投影して、前記被露光部を露光させるように
   した投影露光装置において、 前記レンズアレイ光学系の光路中に位相共役鏡を配設す
   ると共に、前記位相共役鏡からの反射光を前記被露光部
   に導くビームスプリッタを前記レンズアレイ光学系に設
   けたことを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記位相共役鏡からの反射光を反射して
   前記被露光部に投影するビームスプリッタを前記被写体
   と前記レンズアレイとの間に配設したことを特徴とする
   請求項１に記載の投影露光装置。
3. 【請求項３】 前記位相共役鏡からの反射光を反射して
   前記被露光部に投影するビームスプリッタを位相共役鏡
   と前記レンズアレイとの間に配設し、前記ビームスプリ
   ッタと前記被露光部との間に第２のレンズアレイを配設
   したことを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。