(57)【要約】【課題】フライアイレンズにより生じるレーザ光の干渉縞を平均化すると共に、レーザ光の照度ムラを低減して均一な露光を可能にする。【解決手段】レーザ光源１と、光軸９に直交する面内の光の強度分布を均一化すると共に、射出光を一旦集光した後、放射状に発散させてレーザ光の断面形状を拡大する第１のフライアイレンズ２と、断面形状が拡大されたレーザ光を平行光にする第１のコンデンサレンズ４と、レーザ光により照明されるフォトマスク１２上の照明領域内の光強度分布を均一化する第２のフライアイレンズ５と、第１のフライアイレンズ２と第１のコンデンサレンズ４との間に設けられ、レーザ光を拡散させる拡散板３と、第２のフライアイレンズ５のレーザ光の射出側に設けられ、その光軸９に対して傾いた面６ａを有し、該光軸９を中心に回転する透明な回転板６と、を備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を放射するレーザ光源と、
前記レーザ光源の光軸に略直交する面内に複数の単位レンズが配列され、前記光軸に直交する面内の光の強度分布を均一化すると共に、射出光を一旦集光した後、放射状に発散させてレーザ光の断面形状を拡大する第１のフライアイレンズと、
前記第１のフライアイレンズを射出し断面形状が拡大されたレーザ光を平行光にするコンデンサレンズと、
前記コンデンサレンズの光の進行方向下流側に設けられ、その光軸に略直交する面内に複数の単位レンズが配列されて、レーザ光により照明されるフォトマスク上の照明領域内の光強度分布を均一化する第２のフライアイレンズと、
前記第１のフライアイレンズと前記コンデンサレンズとの間に設けられ、レーザ光を拡散させる拡散板と、
前記第２のフライアイレンズのレーザ光の射出側に設けられ、その光軸に対して傾いた面を有し、該光軸を中心に回転する透明な回転板と、
を備えたことを特徴とするレーザ露光装置。
【請求項２】
前記第１のフライアイレンズは、各単位レンズにより集光されるレーザ光が空気をプラズマ化しない程度にレーザ光のエネルギーを十分に分散可能なピッチで配列されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ露光装置。
【請求項３】
前記拡散板は、表面に微細な凹凸パターンをランダムに形成したスリガラス状の板であることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ露光装置。
【請求項４】
前記第２のフライアイレンズは、平面内に複数の単位レンズを配列した一対のレンズアレイを対向して配置し、前記拡散板で拡散されて入射する拡散光の主光線を光軸に平行にして射出するように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ露光装置。
【請求項５】
前記回転板は、１回の露光が前記レーザ光の複数ショットによる多重露光である場合に、前記多重露光が開始されてから終了するまでに少なくとも１回転するようにされたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ露光装置。
【請求項６】
前記回転板の光の進行方向下流側に前記フォトマスクに照射するレーザ光を平行光にする別のコンデンサレンズをさらに備え、該別のコンデンサレンズの射出側の面に近接して該面に異物が付着するのを防止する透明な保護板を着脱可能に設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の光軸に略直交する面内に複数の集光レンズを並べて配置したフライアイレンズを備えて成るレーザ露光装置に関し、詳しくは、フライアイレンズにより生じるレーザ光の干渉縞を平均化すると共に、レーザ光の照度ムラを低減して均一な露光を可能にするレーザ露光装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ露光装置は、レーザ光を被露光体に均一に照射させるために、レーザ光の径を拡大するビームエキスパンダ、及び径が拡大されたレーザ光の強度分布を均一化するためのフライアイレンズ等のオプティカルインテグレータ等が用いられている。更に、レーザ光のコヒーレンシー（可干渉性）によりフライアイレンズの透過光が干渉して発生する干渉縞を低減させるために、ビームエキスパンダとフライアイレンズとの間に光路差調整部材を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような従来のレーザ露光装置においては、光路差調整部材がビームエキスパンダとフライアイレンズとの間だけに設けられているため、フライアイレンズの透過光による干渉縞を完全には除去することができず、僅かに残った干渉縞により被露光体上に照度ムラが発生して微細なパターンの形成を困難にしていた。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、フライアイレンズにより生じるレーザ光の干渉縞を平均化すると共に、レーザ光の照度ムラを低減して均一な露光を可能にするレーザ露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明によるレーザ露光装置は、レーザ光を放射するレーザ光源と、前記レーザ光源の光軸に略直交する面内に複数の単位レンズが配列され、前記光軸に直交する面内の光の強度分布を均一化すると共に、射出光を一旦集光した後、放射状に発散させてレーザ光の断面形状を拡大する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズを射出し断面形状が拡大されたレーザ光を平行光にするコンデンサレンズと、前記コンデンサレンズの光の進行方向下流側に設けられ、その光軸に略直交する面内に複数の単位レンズが配列されて、レーザ光により照明されるフォトマスク上の照明領域内の光強度分布を均一化する第２のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズと前記コンデンサレンズとの間に設けられ、レーザ光を拡散させる拡散板と、前記第２のフライアイレンズのレーザ光の射出側に設けられ、その光軸に対して傾いた面を有し、該光軸を中心に回転する透明な回転板と、を備えたものである。
【０００７】
このような構成により、レーザ光源からレーザ光を放射し、このレーザ光源の光軸に略直交する面内に複数の単位レンズが配列され第１のフライアイレンズで上記光軸に直交する面内の光の強度分布を均一化すると共に、射出光を一旦集光した後、放射状に発散させてレーザ光の断面形状を拡大し、コンデンサレンズで第１のフライアイレンズを射出し断面形状が拡大されたレーザ光を平行光にし、このコンデンサレンズの光の進行方向下流側に設けられ、その光軸に略直交する面内に複数のレンズが配列された第２のフライアイレンズでレーザ光により照明されるフォトマスクの照明領域内の光強度分布を均一化する。この場合、第１のフライアイレンズとコンデンサレンズとの間に設けられた拡散板でレーザ光を拡散させて第２のフライアイレンズ上で発生するレーザ光の干渉縞を平均化し、第２のフライアイレンズのレーザ光の射出側に設けられ、その光軸に対して傾いた面を有する透明な回転板を光軸を中心に回転してレーザ光によるフォトマスク上の照明領域を微動させてレーザ光の干渉縞をさらに均一化する。
【０００８】
また、前記第１のフライアイレンズは、各単位レンズにより集光されるレーザ光が空気をプラズマ化しない程度にレーザ光のエネルギーを十分に分散可能なピッチで配列されている。これにより、第１のフライアイレンズの各単位レンズでレーザ光のエネルギーを十分に分散し、各単位レンズによりレーザ光が集光されても空気がプラズマ化するのを防止する。
【０００９】
さらに、前記拡散板は、表面に微細な凹凸パターンをランダムに形成したスリガラス状の板である。これにより、表面に微細な凹凸パターンをランダムに形成したスリガラス状の板でレーザ光の拡散角を所定値に制御する。
【００１０】
そして、前記第２のフライアイレンズは、平面内に複数の単位レンズを配列した一対のレンズアレイを対向して配置し、前記拡散板で拡散されて入射する拡散光の主光線を光軸に平行にして射出するように構成されたものである。これにより、平面内に複数の単位レンズを配列した一対のレンズアレイを対向して配置した第２のフライアイレンズで拡散板により拡散されて入射する拡散光の主光線を光軸に平行にして射出する。
【００１１】
また、前記回転板は、１回の露光が前記レーザ光の複数ショットによる多重露光である場合に、前記多重露光が開始されてから終了するまでに少なくとも１回転するようにされたものである。これにより、１回の露光がレーザ光の複数ショットによる多重露光である場合に、回転板を多重露光が開始されてから終了するまでに少なくとも１回転させてフォトマスク上のレーザ光の照度ムラを低減する。
【００１２】
さらに、前記回転板の光の進行方向下流側に前記フォトマスクに照射するレーザ光を平行光にする別のコンデンサレンズをさらに備え、該別のコンデンサレンズの射出側の面に近接して該面に異物が付着するのを防止する透明な保護板を着脱可能に設けたものである。これにより、回転板の光の進行方向下流側に備えた別のコンデンサレンズでフォトマスクに照射するレーザ光を平行光にし、該別のコンデンサレンズの射出側の面に近接して着脱可能に設けた透明な保護板で別のコンデンサレンズの上記面に異物が付着するのを防止する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係るレーザ露光装置の発明によれば、フライアイレンズにより生じるレーザ光の干渉縞を平均化すると共に、レーザ光の照度ムラを低減してフォトマスクを均一に照明することができる。したがって、均一な露光を可能にして被露光体に微細なパターンの露光を容易に行なうことができる。また、第１のフライアイレンズは、レーザ光の強度分布の均一化機能とビーム径拡大機能の両方を有しているので、別にビームエキスパンダを備える必要が無く、部品点数を減らすことができる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明によれば、第１のフライアイレンズの各単位レンズでレーザ光のエネルギーを十分に分散し、各単位レンズによりレーザ光が集光されても空気がプラズマ化するのを防止して光利用効率を向上することができる。したがって、空気がプラズマ化するのを防止するために第１のフライアイレンズによるレーザ光の集光点近傍を真空雰囲気にする必要がないので、装置の構成を簡素化することができる。さらに、第１のフライアイレンズの各単位レンズの配列ピッチが一般に使用されているフライアイレンズの各単位レンズの配列ピッチに比べて略一桁小さい値となるため、レーザ光源から放射されるレーザ光のプロファイルが不均一なものであっても、上記第１のフライアイレンズにより均一化することができる。これにより、フォトマスク上の照度分布をより均一化することができる。
【００１５】
さらに、請求項３に係る発明によれば、拡散板で拡散されるレーザ光の拡散角を所定値に制御することができる。したがって、レーザ光の拡散角を所定値に抑えながら第１のフライアイレンズの各単位レンズの射出光による干渉縞を平均化することができる。
【００１６】
そして、請求項４に係る発明によれば、拡散板で拡散されたレーザ光を第２のフライアイレンズで絞ってフォトマスクに照射させることができ、レーザ光の利用効率を向上することができる。
【００１７】
また、請求項５に係る発明によれば、レーザ光の１ショット毎に干渉縞を移動してフォトマスク上の全照射領域を均一に照明することができる。
【００１８】
さらに、請求項６に係る発明によれば、例えば感光材のミストが別のコンデンサレンズの表面に付着してレンズを曇らせてしまうのを防止することができる。この場合、保護板を着脱可能に設けているので、保護板を容易に取り外して洗浄することができる。したがって、保護板を定期的に洗浄すれば、露光を常に一定の条件で実施することができ、露光を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるレーザ露光装置の実施形態を示す正面図である。
【図２】上記レーザ露光装置に使用される第２のフライアイレンズの構成を示す要部拡大断面図である。
【図３】上記レーザ露光装置に使用される回転板の形状及びその機能を示す説明図である。
【図４】レーザ光のプロファイルを示す説明図であり、（ａ）はレーザ光源から放射されたレーザ光のプロファイルの一例を示し、（ｂ）は第１のフライアイレンズで均一化されたプロファイルの例を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるレーザ露光装置の実施形態を示す正面図である。このレーザ露光装置は、フォトマスクを介して被露光体にレーザ光を照射して露光するもので、レーザ光源１と、第１のフライアイレンズ２と、拡散板３と、第１のコンデンサレンズ４と、第２のフライアイレンズ５と、回転板６と、第２のコンデンサレンズ７と、保護板８とを備えて構成されている。
【００２１】
上記レーザ光源１は、紫外線パルスレーザ発振器であり、エキシマレーザ又はＹＡＧレーザ等を使用することができる。
【００２２】
上記レーザ光源１のレーザ光の放射方向前方には、第１のフライアイレンズ２が設けられている。この第１のフライアイレンズ２は、レーザ光源１の光軸９に直交する面内の光強度分布を均一化すると共に、レーザ光を一旦集光した後、放射状に発散させてレーザ光の断面形状を拡大するビームエキスパンダの機能を果たすもので、レーザ光の光軸９に略直交する面内に複数の微小な単位レンズ（集光レンズ）を例えば１００μｍ〜３００μｍピッチで例えば１００個×１００個のマトリクス状に配列したものである。
【００２３】
レーザ光の進行方向にて上記第１のフライアイレンズ２の下流側には、拡散板３が設けられている。この拡散板３は、レーザ光を拡散させて第１のフライアイレンズ２の各単位レンズを射出した各レーザ光が後述の第２のフライアイレンズ５上で干渉して発生する干渉縞を平均化するもので、表面に５μｍ程度の微細な凹凸パターンをランダムに形成したスリガラス状の板である。これにより、レーザ光の拡散角を例えば１°程度に制御できるようになっている。なお、拡散板３の配設位置は、第１のフライアイレンズ２の後焦点位置と後述の第１のコンデンサレンズ４との間で任意に選択することができる。
【００２４】
レーザ光の進行方向にて上記拡散板３の下流側には、第１のコンデンサレンズ４が設けられている。この第１のコンデンサレンズ４は、第１のフライアイレンズ２を射出し、拡散板３で放射状に拡散されたレーザ光を平行光にするためのものであり、光の入射側が平らな平凸レンズで、その前焦点位置を第１のフライアイレンズ２の後焦点位置に略合致させて配置されている。
【００２５】
レーザ光の進行方向にて上記第１のコンデンサレンズ４の下流側には、第２のフライアイレンズ５が設けられている。この第２のフライアイレンズ５は、第１のコンデンサレンズ４の光軸９に略直交する面内に複数の単位レンズ（集光レンズ）が例えば数ｍｍピッチでマトリクス状に配列されて、レーザ光により照明されるフォトマスク１２の照明領域内の光強度分布を均一化するものであり、平面内に複数の単位レンズを配列した一対のレンズアレイを対向して配置し、拡散板３で拡散されて入射する拡散光の主光線を光軸９に平行にして射出するように構成されている。
【００２６】
具体的には、第２のフライアイレンズ５は、図２に示すように、光進行方向の上流側に配置された第１のレンズアレイ１０と下流側に配置された第２のレンズアレイ１１とからなり、各レンズアレイ１０，１１の互いに対応する単位レンズ１０ａ，１１ａの光軸を合致させた構成となっている。この場合、第２のレンズアレイ１１の単位レンズ１１ａの前焦点位置は、第１のフライアイレンズ２の単位レンズ１０ａの略頂点位置に合致している。これにより、拡散板３で拡散されて第１のレンズアレイ１０に入射する拡散光（レーザ光１３）の主光線を第２のレンズアレイ１１で光軸９に平行にして射出させることができる。したがって、拡散板３で拡散されたレーザ光１３を第２のフライアイレンズ５で絞ってフォトマスク１２に照射させることができ、レーザ光１３の利用効率を向上することができる。
【００２７】
なお、第１及び第２のレンズアレイ１０，１１が同一のものである場合には、第１のレンズアレイ１０の後焦点位置が第２のレンズアレイ１１の単位レンズ１１ａの頂点位置に合致するため、第１のレンズアレイ１０で集光されたレーザ光１３により第２のレンズアレイ１１が損傷を受けるおそれがある。したがって、第１のレンズアレイ１０の単位レンズ１０ａとしては、レーザ光１３が第２のレンズアレイ１１上に集光しないように、第２のレンズアレイ１１の単位レンズ１１ａよりも焦点距離の長いもの又は短いものを選択するとよい。
【００２８】
レーザ光１３の進行方向にて上記第２のフライアイレンズ５の下流側には、回転板６が設けられている。この回転板６は、フォトマスク１２上のレーザ光１３の照明領域１４（図３（ｂ）参照）を微動させ、第２のフライアイレンズ５の複数の単位レンズ１１ａを射出したレーザ光１３の干渉により発生する干渉縞を平均化させて目立たなくさせるためのもので、光軸９に対して傾いた面６ａを有し、該光軸９を中心に回転する透明な石英板からなるものである。
【００２９】
具体的には、図３（ａ）に示すように、光の射出側の面６ａが光軸９に直交する面に対して１°程度傾いて形成されたいわゆるウェッジ基板である。これにより、回転板６に入射したレーザ光１３は、射出側の傾斜した面６ａで屈折されて射出し、フォトマスク１２上のレーザ光１３の照明領域（同図（ｂ）に示す斜線を付した領域）１４の中心が照射領域１５（同図（ｂ）に示す破線で囲まれた領域）の中心Ｏから側方にシフトする。したがって、この状態で回転板６を光軸９を中心に回転させると、レーザ光１３の照明領域１４が照射領域１５の中心Ｏを軸として同図（ｂ）に示す破線で囲まれた領域内を円運動するように移動し、照射領域１５の全領域がレーザ光１３によって照明される。なお、同図（ｂ）に矢印を付して示す破線は、回転板６が１回転中に照明領域１４の中心が描く軌跡である。
【００３０】
このとき、回転板６は、１回の露光がレーザ光１３の複数ショットによる多重露光である場合に、多重露光が開始されてから終了するまでに少なくとも１回転するように回転が制御される。これにより、フォトマスク１２上の照射領域１５がレーザ光１３により過不足なく照明される。
【００３１】
レーザ光１３の進行方向にて上記回転板６の下流側には、第２のコンデンサレンズ７が設けられている。この第２のコンデンサレンズ７は、第２のフライアイレンズ５を射出したレーザ光１３を平行光にして、フォトマスク１２に垂直に入射させるためのものであり、二枚の平凸レンズ７ａ，７ｂを組み合わせて構成され、その前焦点位置を第２のフライアイレンズ５の後焦点位置に略合致させて配置されている。
【００３２】
上記第２のコンデンサレンズ７の射出側の面に近接して保護板８が着脱可能に設けられている。この保護板８は、例えば感光材のミスト等の異物が第２のコンデンサレンズ７の表面に付着してレンズを曇らせてしまうのを防止するためのものであり、透明な石英基板である。なお、図１において、符号１６，１７，１８は、光路を折り曲げる平面反射ミラーである。
【００３３】
次に、このように構成されたレーザ露光装置の動作について説明する。
レーザ光源１から放射されたレーザ光１３は、二つの平面反射ミラー１６，１７で反射されて、第１のフライアイレンズ２に入射する。そして、第１のフライアイレンズ２の微小な複数の単位レンズを射出した複数のレーザ光１３は、夫々各単位レンズの後焦点に集光した後、放射状に発散する。
【００３４】
この場合、第１のフライアイレンズ２の各単位レンズは、１００μｍ〜３００μｍの微小ピッチでマトリクス状に配列されているため、レーザ光源１から放射されるレーザ光１３のプロファイルが例えば図４（ａ）に示すように不均一なものであっても、第１のフライアイレンズ２を射出する際に混合されて同図（ｂ）に示すように略均一化される。さらに、レーザ光１３のエネルギーは、多数の微小な単位レンズによって分散されるため、レーザ光１３が単位レンズによって集光されても空気がプラズマ化されることがない。したがって、プラズマ化した空気がレーザ光１３を乱反射して、フォトマスク１２に照射するレーザ光１３の輝度を低下させるおそれがない。
【００３５】
第１のフライアイレンズ２を射出し放射状に発散したレーザ光１３は、表面に５μｍ程度の微細な凹凸パターンをランダムに形成したスリガラス状の板からなる拡散板３に入射する。この拡散板３では、入射したレーザ光１３が拡散角を１°程度に制御されて拡散される。これにより、第１のフライアイレンズ２の各単位レンズを射出し、第２のフライアイレンズ５の入射側の面上で干渉するレーザ光１３の干渉縞が平均化される。また、レーザ光１３の拡散角が１°程度に制御されているため、レーザ光１３の過度の発散が抑えられ、レーザ光源１から放射される略全てのレーザ光１３をフォトマスク１２の照明に有効に利用することができる。
【００３６】
拡散板３を射出した放射状のレーザ光１３は、第１のコンデンサレンズ４により平行光にされた後、第２のフライアイレンズ５に入射する。この第２のフライアイレンズ５において、拡散板３で拡散されて第１のレンズアレイ１０の単位レンズ１０ａに入射する拡散光（レーザ光１３）は、図２に示すように、その主光線が第２のレンズアレイ１１の対応する単位レンズ１１ａによって光軸９に平行となるようにされる。これにより、拡散板３で拡散された拡散光が第２のフライアイレンズ５によって絞られ、フォトマスク１２の照明に有効に利用される。
【００３７】
第２のフライアイレンズ５を射出したレーザ光１３は、回転板６に入射し、図３（ａ）に示すように光軸９に対して傾斜して設けられた射出側の面６ａで屈折された後、第２のコンデンサレンズ７によって平行光にされてフォトマスク１２に略垂直に入射する。これにより、フォトマスク１２上のレーザ光１３の照明領域１４は、同図（ｂ）に示すように、その中心がフォトマスク１２の照射領域１５の中心Ｏから側方にシフトする。このとき、回転板６は、光軸９を中心にして回転しているため、レーザ光１３の照明領域１４が照射領域１５の中心Ｏを軸として円運動するように移動する。これにより、照射領域１５の全領域がレーザ光１３により照明される。
【００３８】
なお、回転板６は、１回の露光がレーザ光１３の複数ショットによる多重露光である場合に、多重露光が開始されてから終了するまでに少なくとも１回転するように回転が制御されるため、フォトマスク１２上の照射領域１５がレーザ光１３により過不足なく照明される。
【００３９】
このようにして、第２のフライアイレンズ５の複数の単位レンズ１１ａを射出した各レーザ光１３の干渉によりフォトマスク１２上で発生する干渉縞を平均化して、目立たなくすることができる。したがって、フォトマスク１２上の照射領域１５の全域をレーザ光１３で均一に照明することができ、被露光体上にフォトマスク１２の微細なパターンを精度よく露光することができる。
【００４０】
なお、上記実施形態においては、第２のフライアイレンズ５を射出したレーザ光１３を第２のコンデンサレンズ７により平行光にする場合について説明したが、本発明はこれに限られず、第２のコンデンサレンズ７に替えて平面反射ミラー１８の位置にコリメーションミラーを配置してもよい。この場合、コリメーションミラーの前焦点位置を第２のフライアイレンズ５の後焦点位置に略合致させるとよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…レーザ光源
２…第１のフライアイレンズ
３…拡散板
４…第１のコンデンサレンズ（コンデンサレンズ）
５…第２のフライアイレンズ
６…回転板
６ａ…回転板の光軸に対して傾いた面
７…第２のコンデンサレンズ（別のコンデンサレンズ）
８…保護板
９…光軸
１０…第１のレンズアレイ
１０ａ…第１のレンズアレイの単位レンズ
１１…第２のレンズアレイ
１１ａ…第２のレンズアレイの単位レンズ
１２…フォトマスク
１３…レーザ光
【図１】
2011091177.tif 000003
【図２】
2011091177.tif 000004
【図３】
2011091177.tif 000005
【図４】
2011091177.tif 000006