(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の透過パターンの発生が可能な液晶レティクルを用いたマスクレス露光装置において、前記液晶レティクルとして、出射側にのみ偏光板を有する透過型液晶を用いるとともに、露光光源として、偏光光源を用いたことを特徴とするマスクレス露光装置。
【請求項２】
上記偏光光源が、少なくとも光源と、前記光源からの光の内の偏光成分の一方を透過する偏光素子とにより構成されることを特徴とする請求項１記載のマスクレス露光装置。
【請求項３】
上記偏光素子が、無機材料からなることを特徴とする請求項２記載のマスクレス露光装置。
【請求項４】
上記偏光素子が、回転調整手段を有していることを特徴とする請求項２または３に記載のマスクレス露光装置。
【請求項５】
上記液晶レティクルを透過した光を縮小する投影レンズを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマスクレス露光装置。
【請求項６】
上記液晶レティクルを透過した光を被処理基板に直接投影することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマスクレス露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマスクレス露光装置に関するものであり、特に、液晶を光透過パターン発生手段として用いることによりフォトマスクを不要にしたマスクレス露光装置における透過露光量を増大させるための構成に特徴のあるマスクレス露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体集積回路装置或いはプリント配線基板上に配線パターン等の各種のパターンを形成する際にフォトリソグラフィー技術が用いられており、シリコンウェハ等の被処理基板上にレジスト膜を設け、このレジスト膜を所定パターンで露光し、現像することによってレジストパターンを形成し、次いで、このレジストパターンをマスクとしてエッチングを施すことによって所定の配線パターン等を形成していた。
【０００３】
この様な露光工程において、通常はレジスト膜を所定パターンに露光するためにはガラス基板上にクロムなどの遮光物質によってパターンを形成したフォトマスクを用いていたので、ここで、図４を参照して従来の露光工程を説明する。
【０００４】
図４参照
図４は、従来の露光方法の概念的構成図であり、水銀ランプ等の光源５１からの露光光をコンデンサレンズ５２を介して所定パターンを形成したフォトマスク５３に照射し、フォトマスク５３を透過した光を縮小投影レンズ５４を介してウェハ５４に照射し、ウェハ５５上に塗布してあるレジスト膜（図示を省略）を所定パターンに露光する。
【０００５】
この様な従来の露光工程においてはフォトマスクと称する露光するための原画が必要となり、フォトマスク製造に関わる時間とコストが必要となる。
特に、半導体集積回路装置或いはプリント配線基板においては多層配線化が進んでおり、半導体集積回路装置或いはプリント配線基板の製造に要するフォトマスクの数は増加しており、フォトマスクの製造がスループット向上を阻害する大きな要因となっている。
【０００６】
そこで、近年、フォトマスクを使用せずに、透過型液晶パネルをパターン発生装置として用い、透過型液晶パネル上に任意パターンを形成し、そのパターンを被処理基板上に露光することが提案されているので、ここで、図５を参照してその一例（必要ならば、特開平６−２３２０２４号公報参照）を説明する。
【０００７】
図５参照
図５は、従来の液晶レティクルを用いた露光方法の概念的構成図であり、高圧水銀ランプ等の光源６１からの露光光をミラー６２、コンデンサレンズ６３を介して液晶レティクル６４に照射し、制御装置６５からの制御信号によって液晶レティクル６４上に形成されたパターンを透過した光を縮小投影レンズ６６によって縮小してステージ６７上に載置された半導体基板６８上に設けられたレジスト膜（図示を省略）に照射する。
【０００８】
図６参照
図６は、上述の液晶レティクルに使用する透過型液晶パネルの概念的構成図であり、液晶７１を上下二枚の偏光板７２，７３で挟んだものであり、通常電界を印加しない状態では光が透過しないが、電界を印加すると液晶７１内の液晶分子７４が回転することによって偏向方向が回転して光が透過するようになる。
【０００９】
即ち、上下二枚の偏光板７２，７３を互いの偏光軸が直交するようにクロスニコルに配置した場合、液晶７１のラビング方向を入射側の偏光板７２の偏光軸に一致させると、入射光７５の内の偏光板７２の偏光方向と一致した成分が透過し、液晶７１に電界を印加しない状態ではこの成分は液晶の偏光方向と一致しているのでそのまま液晶７１を透過するが、偏光板７３の偏光軸とは直交するので透過することができない。
【００１０】
一方、液晶７１に電界を印加した場合、液晶分子は９０°回転するので、入射光７５の内の偏光板７２の偏光方向と一致した成分は液晶７１を通過するときに偏光方向が回転し、偏光板７３の偏光方向に一致するので透過することになる。
【００１１】
図７（ａ）参照
図７（ａ）は、上述の液晶レティクルに電圧を印加しない場合、即ち、不透過モードにおける顕微鏡写真を模写したものであり、光が透過しない。
【００１２】
図７（ｂ）参照
図７（ｂ）は、上述の液晶レティクルの全ての画素に電圧を印加した場合、即ち、透過モードにおける顕微鏡写真を模写したものであり、格子状の制御用配線７６に囲まれた開口部７７から光が透過して露光が行われる。
なお、格子状の制御用配線７６の部分の光の透過率は、不透過モードの状態とほぼ等しい。
【００１３】
図７（ｃ）参照
図７（ｃ）は、上述の液晶レティクルの画素に選択的に電圧を印加してパターンを発生させた場合の顕微鏡写真を模写したものであり、このパターンを被処理基板に転写することによって、露光が行われる。
即ち、回路パターンを液晶上に発生することにより、半導体集積回路装置、或いはプリント基板の回路を形成することが可能となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この様な液晶レティクルを用いた露光方法においては、露光光が液晶及び二枚の偏光板において吸収され、液晶レティクルを透過した光が大幅に減衰し、露光時間が長くなるという問題があるので、この事情を図８を参照して説明する。
【００１５】
図８参照
図８は、液晶レティクルの光透過特性の説明図であり、一番上の曲線から３００ｎｍから８００ｎｍの波長領域の光に対して、偏光板を一枚装着することにより、透過率が約３０％に減少することが判る。
また、真中の曲線からは、一枚の偏光板と液晶と両方を透過することにより、光の透過率は約２０％の減少することが判り、さらに、一番下の曲線からは、液晶を二枚の偏光板で挟んだ場合、即ち、図６に示した通常構成においては、透過光量は入射光のほぼ１０％になることが判る。
このことから一枚目の偏光板による光の減衰量は約１／３、液晶による減衰量は２／３、三枚目の偏光板による減衰量は約１／２になる。
【００１６】
この様に、従来の液晶レティクルを用いた露光方法においては、実際に露光に寄与する露光量が光源からの光の約１０％となるため、露光時間を長くする必要があり、スループットの低下の原因となる。
【００１７】
この様な問題を解決するためには、光源からの光量を液晶レティクルでの減衰を見込んで増大すれば良いが、そうすると、液晶レティクルでの吸収量、特に、入射側の偏光板における吸収量が増大し、偏光板が破壊されるという問題が生ずる。
【００１８】
即ち、液晶レティクルに用いる偏光板は有機物の薄膜で構成されているため、長時間の光の照射により有機物を構成する物質が破壊され、寿命がほぼ半年であるが、上述の目的で光量を増大させるとさらに寿命が短くなり、頻繁に偏光板或いは液晶レティクルを交換する必要があり、稼働性が低下するとともに、高コスト化の原因になる。
【００１９】
なお、光源としてレーザ光を用いるとともに透過型液晶パネルを用いたパターン形成方法も提案（必要ならば、特開昭５６−３８８８８号公報参照）されているので、ここで、図９を参照して説明する。
図９参照
図９は、従来のレーザ光を用いるとともに透過型液晶パネルを用いたパターン形成方法の概念的構成図であり、レーザ発振器８１からのレーザ光８２を凹レンズ８３及びコリメートレンズ８４を介して制御部８５によって所定パターンを発生させた液晶レティクル８６に入射させ、透過した光を投影レンズ８７を介してガラス基板上に金属膜を形成した被処理基板８８に照射して、レーザ光８２のエネルギーによって金属膜を除去して所定のパターンを直接転写する。
【００２０】
しかし、この公知例は、本発明者等が露光光源として偏光光源を用いるという本発明を創出した後の公知例調査によって発見したものであり、レーザ光を用いている以上偏光光ではあるものの露光装置ではなく、積極的に偏光光源を露光に用いるという技術思想が開示されているものではない。
即ち、この公知例における適用分野はレーザ加工であるため、光源はレーザであることが必須であり、且つ、液晶レティクルに設ける偏光板はレーザ光の入射側に設けているので、この公知例から積極的に偏光光源を露光に用いるという着想は得られないものである。
【００２１】
したがって、本発明は、液晶レティクルにおける光吸収を低減して、露光時間を短縮することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理的構成図であり、ここで、図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）本発明は、任意の透過パターンの発生が可能な液晶レティクル５を用いたマスクレス露光装置において、液晶レティクル５として、出射側にのみ偏光板７を有する透過型液晶６を用いるとともに、露光光源１として、偏光光源を用いたことを特徴とする。
【００２３】
この様に、露光光源１として偏光光源を用いることによって、入射側の偏光板を除去した透過型液晶６によって液晶レティクル５を構成することができ、それによって、露光のための光量を従来の３倍にすることができるため、露光速度を向上することができる。
【００２４】
また、液晶レティクル５に入射する光の光量を増大させる必要がないので、液晶レティクル５の寿命を延ばすことができ、さらに、一番光損傷しやすい入射側の偏光板を除去しているので、偏光板７を交換する必要もなくなるので、稼働率が高まるとともに、液晶レティクル５及び偏光板７に要する費用を節約することができる。
【００２５】
（２）また、本発明は、上記（１）において、偏光光源が、少なくとも光源２と、前記光源２からの光の内の偏光成分の一方を透過する偏光素子３とにより構成されることを特徴とする。
【００２６】
この様に、偏光光源を、少なくとも光源２及び偏光素子３によって構成することによって、露光に適した任意の波長の紫外線の偏光光４を安価に実現することができ、レジストの光学的特性に応じて偏光光４の波長を選択することができる。
また、偏光光源としてレーザ発振器を用いることも考えられるが、レーザ発振器は構造的に横置きに載置することが必要であり、装置構成に大きな制限を受けることになる。
【００２７】
（３）また、本発明は、上記（２）において、偏光素子３が、無機材料からなることを特徴とする。
【００２８】
この様に、偏光素子３を、積層石英等の無機材料で構成することによって偏光素子３の寿命は半永久的になり、偏光素子３の交換の必要がないので稼働性が向上し、且つ、露光工程に要する費用を低減することが可能になる。
【００２９】
（４）また、本発明は、上記（２）または（３）において、偏光素子３が、回転調整手段８を有していることを特徴とする。
【００３０】
この様に、偏光素子３に回転調整手段８を設けることによって、偏光光源の偏光軸と液晶レティクル５の偏光軸とを一致させる際に、偏光素子３を回転させるだけで良く、偏光軸合わせ工程が大幅に簡素化される。
なお、偏光光源としてレーザ発振器を用いた場合には、レーザ光の偏光軸に対して液晶の偏光軸を一致させる操作が困難になる。
【００３１】
（５）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、液晶レティクル５を透過した光を縮小する投影レンズを備えたことを特徴とする。
【００３２】
この様に、液晶レティクル５を透過した光を縮小する投影レンズを設けることによって縮小投影露光が可能になり、例えば、５：１に縮小すれば、現在の技術水準で約１μｍの線幅を実現することができる。
【００３３】
（６）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、液晶レティクル５を透過した光を被処理基板９に直接投影することを特徴とする。
【００３４】
この様に、液晶レティクル５を透過した光を被処理基板９に直接投影することにより近接露光（プロキシミティ露光）が可能になり、露光工程のスループットを向上することができる。
なお、現在の技術水準で約１０μｍの線幅の実現が可能であるため、プリント配線基板への適用が可能であり、また、液晶の画素を微細化することによって、数μｍオーダーの線幅の実現が可能になり、液晶パネルのデータバスライン及びゲートバスラインの形成への適用が可能になる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
ここで、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態のマスクレス露光装置を説明する。
図２参照
図２は、本発明の第１の実施の形態のマスクレス露光装置の概略的構成図であり、縮小投影露光装置を示している。
図に示すように、このマスクレス露光装置は、偏光露光光源装置１０と露光光学系２０から構成される。
【００３６】
この場合の偏光露光光源装置１０は、水銀ランプ１１、水銀ランプ１１からの紫外光を反射収束させる楕円ミラー１２、楕円ミラー１２で反射された紫外光を反射してフライアイレンズ１６に集光する平面ミラー１３、フライアイレンズ１６の前段に設けられ紫外光の一方の偏光成分のみ透過する偏光素子１４、偏光素子１４の偏光軸を回転させる回転調整機構１５、偏光素子１４を通過した一方の偏光成分の偏光光を集束するフライアイレンズ１６によって構成される。
【００３７】
この場合の偏光素子１４は色々な種類が考えられるが、寿命と透過率を勘案すると、石英を積層したものが理想的である（必要ならば、特開平１１−１９４３４４号公報参照）。
また、偏光素子１４は回転調整機構１５により光の直進方向を取り巻く方向に対して任意に回転調整することが可能である。
【００３８】
一方、露光光学系２０は、偏光露光光源装置１０からの偏光光を反射する平面ミラー２１、反射された偏光光を平行光に変換するコンデンサレンズ２２、液晶レティクル２３、液晶レティクル２３を透過した光を縮小してレジスト膜を塗布したウェハ２９に投影する縮小投影レンズ２８、例えば、５：１の縮小投影レンズ２８から構成される。
【００３９】
この場合の液晶レティクル２３は、透過型液晶２４の出射面側にのみ偏光板２５を設けたもので、この液晶レティクル２３には、制御回路２７を介してコンピュータ２６からの回路パターン信号が印加され、透過型液晶２４の各ピクセル（画素）に対応した、オン・オフ信号を発生して、実際露光される回路パターンを透過パターンとして形成する。
【００４０】
偏光露光用光源１０からの偏光光の偏光軸は、回転調整機構１５によって偏光素子１４を回転させることによって、液晶レティクル２３を構成する偏光板２５の偏光軸と直交させているので、透過型液晶２４の電圧が印加されたピクセルに入射した偏光光は液晶分子の回転に伴って偏光軸が回転し偏光板２５の偏光軸と一致して透過する。
一方、透過型液晶２４の電圧が印加されてないピクセルに入射した偏光光は偏光軸が回転しないので偏光板２５の偏光軸と直交して透過することができない。
【００４１】
本発明の第１の実施の形態においては、露光光源として偏光素子１４を備えた偏光光源を用いている、液晶レティクルとして入射面側の偏光板を除去した透過型液晶レティクルの使用が可能になり、この偏光素子１４の透過率は約９０％以上と、従来の液晶表示装置に用いている有機物からなる偏光板に比べて透過率が高いので、液晶を２枚の偏光板で挟んだ従来の構成に対して、約３倍の光量の増加が期待でき、それによって、露光時間の短縮が可能になるのでスループットが向上する。
【００４２】
また、本発明の第１の実施の形態においては、有機物からなる偏光板に変えて積層石英からなる偏光素子を用いているので、寿命が半永久的となり偏光素子（偏光板）の交換が不要になり、また、入射側の偏光板が存在しないぶん液晶レティクルとしての寿命も延びるため、稼働性が高まり、且つ、交換のための費用も節約することができる。
また、この石英からなる偏光素子１４は、広い波長領域に対し、消光比が変化しないという特長もある。
【００４３】
また、本発明の第１の実施の形態においては、偏光素子１４に回転調整機構１５を設けているので偏光軸合わせが非常に容易になり、装置構成或いは装置配置の自由度を高くすることができる。
【００４４】
この、本発明の第１の実施の形態の縮小投影露光においては、液晶のピクセルの開口部を数μｍとすることは可能であり、これによって、５：１の縮小投影露光装置を用いれば、約１μｍの線幅の比較的粗い集積回路パターンの形成が可能になる。
【００４５】
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施の形態のマスクレス露光装置を説明する。
図３参照
図３は、本発明の第１の実施の形態のマスクレス露光装置の概略的構成図であり、プロキシミティ露光装置を示している。
図に示すように、このマスクレス露光装置は、偏光露光光源装置１０と露光光学系３０から構成される。
【００４６】
この場合の偏光露光光源装置１０は、上記の第１の実施の形態の偏光露光光源装置１０と全く同様に、水銀ランプ１１、水銀ランプ１１からの紫外光を反射収束させる楕円ミラー１２、楕円ミラー１２で反射された紫外光を反射してフライアイレンズ１６に集光する平面ミラー１３、フライアイレンズ１６の前段に設けられ紫外光の一方の偏光成分のみ透過する積層石英からなる偏光素子１４、偏光素子１４の偏光軸を回転させる回転調整機構１５、偏光素子１４を通過して一方の偏光成分の偏光光を集束するフライアイレンズ１６によって構成される。
【００４７】
一方、露光光学系３０は、偏光露光光源装置１０からの偏光光を反射して平行光に変換する凹面ミラー３１と液晶レティクル３２から構成され、液晶レティクル３２を透過した光は１：１でレジスト膜を塗布したウェハ３７に直接投影される。
【００４８】
この場合の液晶レティクル３２も上記の第１の実施の形態の液晶レティクル２３と同様であり、透過型液晶３３の出射面側にのみ偏光板３４を設けたもので、この液晶レティクル３２には、制御回路３６を介してコンピュータ３５からの回路パターン信号が印加され、透過型液晶３３の各ピクセルに対応した、オン・オフ信号を発生して、実際露光される回路パターンを透過パターンとして形成する。
【００４９】
この本発明の第２の実施の形態においては、１：１に露光するプロミキシティ露光であるので、約１０μｍの線幅のパターン形成が可能であり、プリント基板製作への応用が可能であり、さらに、ピクセルを微細化した場合には数μｍの線幅のパターンが可能になり、液晶表示装置のデータバスライン及びゲートバスラインのパターニング工程に適用することが可能になる。
【００５０】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態においては、偏光素子に回転調整手段を設けているが必ずしも必須ではない。
【００５１】
また、上記の各実施の形態においては、寿命を考慮して、偏光素子を積層石英で構成しているが、必ずしも石英である必要はなく、光源の波長に対して透明な無機材料であれば良い。
【００５２】
さらには、偏光素子は有機物で構成しても良く、この場合には定期的な交換が必要になるが、光源側に設ける偏光素子は単独に設けるものであり、且つ、液晶表示装置に貼り付けた偏光板に比べて小型であるので、交換作業が容易になり、且つ、安価である。
【００５３】
また、上記の第１の実施の形態においては、液晶レティクルの前段に設ける露光光学系として、平面ミラー及びコンデンサレンズの組合せを用いているが、上記の第２の実施の形態と同様に凹面ミラーを用いても良いものである。
【００５４】
一方、上記の第２の実施の形態においては、液晶レティクルの前段に設ける露光光学系として、凹面ミラーを用いているが、上記の第１の実施の形態と同様に平面ミラー及びコンデンサレンズの組合せを用いても良いものである。
【００５５】
また、上記の各実施の形態においては、液晶レティクルを構成する液晶については特に言及していないが、各種方式の液晶を用いることができるものであり、また、駆動方法としても、単純マトリクス型或いはアクティブマトリクス型のいずれを用いても良いものである。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、露光用光源として偏光光源を用いているので、透過型液晶レティクルの光入射側の偏光板を省略することができ、それによって、露光光の減衰を低減することができるので、露光時間を短縮することができるとともに、装置の稼働性を高めることができ、ひいては、スループットの向上、製造コストの低減に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のマスクレス露光方法の概念的構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のマスクレス露光方法の概念的構成図である。
【図４】従来の露光方法の概念的構成図である。
【図５】従来の液晶レティクルを用いた露光方法の概念的構成図である。
【図６】従来の液晶レティクルに使用する透過型液晶パネルの概念的構成図である。
【図７】従来の液晶レティクルにおける光透過状態の説明図である。
【図８】液晶レティクルの光透過特性の説明図である。
【図９】従来のレーザ光を用いるとともに透過型液晶パネルを用いたパターン形成方法の概念的構成図である。
【符号の説明】
１  露光光源
２  光源
３  偏光素子
４  偏光光
５  液晶レティクル
６  透過型液晶
７  偏光板
８  回転調整手段
９  被処理基板
１０  偏光露光光源装置
１１  水銀ランプ
１２  楕円ミラー
１３  平面ミラー
１４  偏光素子
１５  回転調整機構
１６  フライアイレンズ
２０  露光光学系
２１  平面ミラー
２２  コンデンサレンズ
２３  液晶レティクル
２４  透過型液晶
２５  偏光板
２６  コンピュータ
２７  制御回路
２８  縮小投影レンズ
２９  ウェハ
３０  露光光学系
３１  凹面ミラー
３２  液晶レティクル
３３  透過型液晶
３４  偏光板
３５  コンピュータ
３６  制御回路
３７  ウェハ
５１  光源
５２  コンデンサレンズ
５３  フォトマスク
５４  縮小投影レンズ
５５  ウェハ
６１  光源
６２  ミラー
６３  コンデンサレンズ
６４  液晶レティクル
６５  制御装置
６６  縮小投影レンズ
６７  ステージ
６８  半導体基板
７１  液晶
７２  偏光板
７３  偏光板
７４  液晶分子
７５  入射光
７６  制御用配線
７７  開口部
８１  レーザ発振器
８２  レーザ光
８３  凹レンズ
８４  コリメートレンズ
８５  制御部
８６  液晶レティクル
８７  投影レンズ
８８  被処理基板
【図１】
0003613342.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003613342.tif 000008
【図８】
0003613342.tif 000009
【図９】
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