(57)【要約】【課題】光の利用効率を向上し、露光時間を短縮してスループットを向上することができる投影露光装置を提供する。【解決手段】投影露光装置１は、任意の露光パターンを書き換え可能なレチクルとして、２枚の偏光板１９ａ，１９ｂに挟まれた液晶表示素子２０と、これを照明する照明装置を有し、この照明装置は、光源からの自然偏光を互いに偏光面が直交する２つの直線偏光に分離し、２つの直線偏光のうち、一方の偏光面を回転させ他方の偏光面と一致させ、２つの直線偏光を合成する偏光変換素子１５により、自然偏光の偏光方向を揃えた後、この光を液晶表示素子２０の前段に設けられた偏光板１９ａに入射するので偏光板１９ａの光の透過率が向上する。【選択図】  図１
2004303810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の露光パターンを書き換え可能なレチクルとして、２枚の偏光板に挟まれた液晶表示素子を使用する投影露光装置において、
上記液晶表示素子の前段に配置された上記偏光板を介して該液晶表示素子を照明する照明手段を有し、
上記照明手段は、光源からの自然偏光を互いに偏光面が直交する２つの直線偏光に分離し、上記２つの直線偏光のうち、一方の偏光面を回転させ他方の偏光面と一致させて上記２つの直線偏光を合成する偏光変換手段を有する
ことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
上記偏光変換手段は、断面が平行四辺形とされた第１の部材と、該第１の部材と略同一形状とされ該第１の部材に隣接された第２の部材と、該第１の部材又は第２の部材のいずれか一方の光の出射面上に形成された二分の一波長板と、該第１の部材又は第２の部材のいずれか一方の光の入射面上に形成された遮光板とを有し、
上記第１及び第２の部材の隣接面には、光源からの自然偏光を互いに偏光面が直交する２つの直線偏光に分離し、一方の直線偏光を透過し他方の直線偏光を反射する偏光分離膜が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
【請求項３】
上記照明手段は、凹面状に形成され開口端を有する反射鏡と、上記反射鏡の焦点上に設置された光源と、光源から発せられた自然偏光が入射する四分の一波長板と、四分の一波長板を経た互いに偏光面が直交する２つの直線偏光の一方の直線偏光を透過し他方の直線偏光を反射する反射型偏光素子とを有し、上記反射型偏光素子により反射された他方の直線偏光を上記四分の一波長板により円偏光とし、該円偏光とされ上記反射鏡により反射された光を再び該四分の一波長板を透過させたとき、上記反射型偏光素子を透過する偏光状態の光とする
ことを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光パターンを例えば基板上のフォトレジスト等に投影露光する投影露光装置に関し、特に任意の露光パターンを電気信号により制御可能なレチクルとして液晶表示素子を備えた投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）製造装置におけるＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ＩＣ）縮小投影露光装置では、レクチルと呼ばれるガラス製のマスクを有する光学式露光装置や電子ビーム描画装置等が利用されている。しかし、このような装置では、レクチルをＩＣの品種毎に数枚以上ずつ用意する必要があり、少量生産においては極めて無駄であるという問題点があった。そこで、下記特許文献１には、レクチルを作製する必要がない縮小投影露光装置が開示されている。
【０００３】
この特許文献１に記載の縮小投影露光装置は、２次元の任意の照明パターンを電気的に設定する手段を有する照明系として、多数のＬＥＤを２次元に配列してなる２次元ＬＥＤアレイと、任意のマスクパターンを電気的に設定するマスクとして、微少な液晶シャッタを２次元に多数配列してなる透過式の液晶パネルとの少なくとも一方を用いることにより、これらのパターンを電気的に制御し、任意の２次元パターンを露光することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１３３０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においては、液晶による光制御は、光の偏光を利用するため、液晶パネルの入射側に偏光板を配置し、光源から発せられた自然偏光（非偏光光）をこの偏光板によって直線偏光とする必要があるが、この偏光板を透過すると、入射された光量のうち６０％程度は吸収され失われ、液晶パネルに入射する際には４０％程度に低下してしまう。このように光の利用効率が低いので、投影露光装置全体のＵＶ（ｕｌｔｒａ  ｖｉｏｌｅｔ）光透過率が低下し、積算露光量を増やすためには長い露光時間が必要となってしまい、よってスループットが低下してしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、光の利用効率を向上し、露光時間を短縮してスループットを向上することができる投影露光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係る投影露光装置は、任意の露光パターンを書き換え可能なレチクルとして、２枚の偏光板に挟まれた液晶表示素子を使用する投影露光装置において、上記液晶表示素子の前段に配置された上記偏光板を介して該液晶表示素子を照明する照明手段を有し、上記照明手段は、光源からの自然偏光を互いに偏光面が直交する２つの直線偏光に分離し、上記２つの直線偏光のうち、一方の偏光面を回転させ他方の偏光面と一致させて上記２つの直線偏光を合成する偏光変換手段を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、光源からの自然偏光を偏光変換手段により、偏光方向が一定方向に揃った光に変換した後、液晶表示素子の前段に配置される偏光板に照射することで、この偏光板における光吸収を自然偏光をそのまま照射するのに比して大幅に低減することができ、光源からの光の利用効率を高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、レクチルとして液晶表示素子を使用し、半導体基板上に回路パターンを露光する投影露光装置に適用したものである。
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施の形態における投影露光装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態における投影露光装置１は、例えばＵＨＰランプ（超高圧水銀ランプ）の如き放電ランプ等からなる自然偏光（非偏光光）の光源１１ａと、光源１１ａから出射された自然偏光の一部を反射して放射光を略平行な光束として出射する放物面鏡又は楕円面鏡である凹面鏡（リフレクタ）１１ａと、光源１１ａから発せられた光線Ｌ１の熱線（赤外線）を吸収又は反射する防熱フィルタ１２と、防熱フィルタ１２を経て熱線が除去された自然偏光が入射されるフライアイレンズ１３ａ，１３ｂからなるフライアイ光学系１３と、フライアイ光学系１３を経て所定のパターンに変形された自然偏光を例えばその光軸が直交する方向へ反射させる反射板１４と、反射板１４からの自然偏光が入射され偏光方向が揃えられ例えばＳ偏光とされた偏光とする偏光変換素子（偏光変換手段）１５と、偏光変換素子１５を経た光を平行な偏光とするコンデンサレンズ１６と、コンデンサレンズ１６を経た光が入射されるフィールドレンズ（視野レンズ）１７と、フィールドレンズ１７を経た光において後段の液晶表示素子に入射する光のエリア（露光範囲）を決定するエリア決め用マスク１８と、マスク１８を透過した光が入射される偏光板１９ａと、偏光板１９ａを経てＳ偏光とされた光を露光パターンに変調する液晶表示素子２０と、液晶表示素子２０により変調された光のうち、Ｐ偏光のみを透過する偏光板１９ｂと、偏光板１９ｂを経た露光パターンを縮小する縮小レンズ２１とを有している。ここで、光源１１ａからコンデンサレンズ１６までの各部により、液晶表示素子を照明する照明装置が構成される。
【００１１】
液晶表示素子２０は任意の露光パターンを電気的に書き換え可能なマスクとして機能し、インターフェースユニット２４を介して、ＣＰＵ２５から送られる所定の電気信号により例えばマトリックス駆動され、入射される偏光光を所定のパターンに変調する。
【００１２】
表示画像となる、液晶表示素子２０により変調された光は、縮小レンズ２１を経て、ＸＹステージで構成されたウエハステージ２３上にセットされた例えばシリコンウエハ又はプリント基板等の被露光体（基板）２２の上面に縮小露光される。即ち、基板２２上のレジストを部分的に露光することで露光パターンが形成される。
【００１３】
ここで、液晶表示素子２０の入射側、即ち液晶表示素子２０の前段に設けられた偏光板１９ａにおいて、偏光状態がランダムである自然の状態の光（自然偏光）に対する透過率は４０％程度である。また、液晶表示素子２０の開口部の透過率は開口部のサイズに依存し、例えば、画素開口サイズが画素ピッチの１／２であれば、開口率は２５％になり、偏光板１９ａの透過率も含めると、偏光板１９ａ及び画像表示素子２０の全体に対する自然偏光の透過率は１０％に低下してしまう。このように透過率が低下してしまうと、被露光基板２３上でのＵＶ光の強度が低くなるため、積算露光量を増やすためには、露光時間を長くしなければならず、その結果、露光装置のスループットが著しく低下するという問題が生じてしまう。
【００１４】
これに対し、本実施の形態における投影露光装置１においては、照明装置の光路中に、自然偏光の偏光面を揃えた光とする偏光変換素子１５を設け、この偏光面を揃えた光を、液晶表示素子２０の前段に設けられた偏光板１９ａに入射させるため、光の利用効率を高めることができ、被露光基板２３上でのＵＶ光の強度を向上させることができる。
【００１５】
次に、本実施の形態における投影露光装置１の光の利用効率を向上させる偏光変換素子１５について詳細に説明する。図２は、偏光変換素子１５の原理を説明するための図であって、偏光変換素子１５を模式的に示す側面図である。図２に示すように、偏光変換素子１５は、断面が平行四辺形のガラス部材３１を２つの互いの斜面を接触させ断面が平行四辺形になるように配置され、更にその両隣にはガラス部材３１の斜面に自身の斜面を接触させた断面が、上記平行四辺形の半分の大きさの直角三角形状のガラス部材３２が配置され、これら４つの部材が一体となって平行平板１５ａが形成されている。
【００１６】
平行平板１５ａのガラス部材３１がガラス部材３２と接触する面上、又はガラス部材３２がガラス部材３１と接触する面上には、入射光を膜面に対して平行な偏光面を有するＳ偏光（振動方向が紙面に垂直な偏光）を反射し、膜面に対して垂直な偏光面を有するＰ偏光（振動方向が紙面に平行な偏光）を透過するような偏光分離作用を有する第１の反射膜３４ａが形成され、また、ガラス部材３１同士が隣接する面にも、同様にＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過するような偏光分離作用を有する第２の反射膜３４ｂが形成されている。
【００１７】
この平行平板１５ａは、一方の断面が三角形のガラス部材３２と２つの断面が平行四辺形のガラス部材３１とから光の入射側の面が形成され、中央に位置する一方のガラス部材３１の入射面上には、遮光板３３が配置されている。一方、平行平板１５ａの出射側の面は、２つの断面が平行四辺形のガラス部材３１と他方の断面が三角形のガラス部材３２とから形成され、遮光板３３が配置される一方のガラス部材３１の出射面上と、他方のガラス部材３２の出射面上には、二分の一波長板（λ／２板）３５が形成されている。
【００１８】
そして、偏光変換素子１５は、上記のように構成された平行平板１５ａと、この平行平板１５ａと同一形状の部材を用いて構成された平行平板１５ｂとが、その断面が直角三角形のガラス部材３２を隣接させて構成される。ここで、本実施の形態における平行平板１５ｂは、平行平板１５ａとの隣接面に対して、断面が平行四辺形のガラス部材３１の傾斜方向が対称となるように各部品が配置されている。なお、偏光変換素子１５を構成する平行平板は１以上であればよく、また２以上の平行平板１５ａ又は２以上の平行平板１５ｂを隣接させて形成してもよいことはいうまでもない。
【００１９】
偏光変換素子１５の入射面から入射した自然偏光Ｌｓｐは、偏光分離する第１の反射膜３４ａに入射され、Ｐ偏光とＳ偏光の２つの成分（直線偏光）に分離され、一方の直線偏光であるＰ偏光Ｌｐは透過し、他方の直線偏光であるＳ偏光Ｌｓは反射される。第１の反射膜３４ａを透過したＰ偏光Ｌｐは、反射面上に設けられたλ／２板３２を透過することで、その偏光方位が９０°回転され、Ｓ偏光Ｌｓ２とされ出射される。一方、第１の反射膜３４ａにより反射されたＳ偏光Ｌｓは、Ｓ偏光のみを反射する第２の反射膜３４ｂにより反射され、Ｓ偏光Ｌｓ２と同一進行方向を有するＳ偏光Ｌｓ１として出射面から出射される。このようにして、偏光変換素子１５により、自然偏光がその偏光方向が同一の偏光に変換することができる。
【００２０】
また、図２においては、遮光板３３が形成される一方のガラス部材３１の出射面上及び他方のガラス部材３２の出射面上に、λ／２板３５を形成するものとしたが、中央の一方のガラス部材３２の出射面上にλ／２板３５を形成すれば、自然偏光Ｌｓｐは、Ｐ偏光として出射される。また、ガラス部材３１同士が隣接する面には、一方の直線偏光は透過し、他方の直線偏光は反射する第２の反射膜３４ｂが形成されているものとしたが、光を全反射する例えばアルミニウムを蒸着されたような全反射膜を形成してもよい。更に、ガラス部材３１は、断面が平行四辺形のガラス部材としたが、図２の破線で示すように、断面がその半分の直角三角形の三角柱からなるガラス部材、即ちガラス部材３２を２つ組み合わせたものとしてもよい。
【００２１】
また、このような偏光変換素子は、自然偏光を偏光面を揃えた光とするものであれば上記の構成に限らない。例えば、断面が直角三角形の三角柱状を有する３つの第１プリズムＡ、Ｂ、Ｃをその斜面が隣接するよう配置し、更にその両側の斜面に断面が上記プリズムの半分の形状の第２プリズムＤ、Ｅを隣接させて、上述の偏光変換素子１５のような平行平板を構成することもできる。この場合、第１プリズムＢ及びその両側の２つの第２のプリズムＤ、Ｅが入射面を形成し、残りの第１プリズムＡ、Ｃ２つが出射面を形成するものとし、入射面を形成する第１プリズムＢの他の第１プリズムＡ、Ｃとの左右の隣接面上には、λ／４板を形成し、更に図２に示す偏光分離作用を有する反射膜を形成する。また、第１プリズムＡ、Ｃと夫々隣接する第２プリズムＤ、Ｅとの間には、光を全反射する反射膜を形成する。
【００２２】
このように構成された平行平板においても、第１プリズムＢから入射した光は、λ／４板を経て偏光分離作用を有する反射膜により、例えばＰ偏光は透過され、Ｓ偏光は反射される。反射されたＳ偏光は、λ／４板を透過することで円偏光に変換され、第１プリズムＢの他方の斜面側に入射される。そこで、更にλ／４板を透過することでＰ偏光に変換され、従って偏光分離作用を有する反射膜を透過し、更に第１プリズムＣ（又は第１プリズムＡ）に入射し、その第１プリズムＣ（又は第１プリズムＡ）の他方の斜面に形成された反射膜により反射され、最初に透過されたＰ偏光と同一方向のＰ偏光となって出射面から出射されることにより、自然偏光を偏光面を揃えた光とすることができる。
【００２３】
このように構成された第１の実施の形態においては、液晶表示素子をレチクルとして用いる投影露光装置において、ＵＶ光等を発光する光源からの自然偏光を偏光変換手段である偏光変換素子１５により、偏光方位が一定方向に揃ったＵＶ光に変換し、自然偏光の偏光方向を一旦揃えた状態で、液晶表示素子２０の前段に配置される入射側偏光板１９ａに入射させるようにしたため、入射側偏光板１９ａに入射する光の透過率を７０％とすることができ、自然偏光を入射させる場合に比して、透過率を向上することができる。即ち、偏光板１９ａにおける光吸収を低減し、ＵＶ光の利用効率を飛躍的に高めることができ、従って、被露光基板上でのＵＶ強度が向上する。
【００２４】
これにより、偏光変換素子１５を持たない従来の露光装置の露光時間に比して、本投影露光装置１では、露光時間が５７％に短縮されるため、投影露光装置のスループットを向上させることができる。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図３は、本実施の形態における投影露光装置を示す模式図である。本実施の形態は、偏光変換手段として、反射型偏光板を使用した偏光変換部を有する点が第１の実施の形態とは異なる。なお、図３に示す第２の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２６】
図３に示すように、投影露光装置１０１は、光源１１ａからの光又はリフレクタ１１ｃにより反射された光が防熱フィルタ１１２を通過し、偏光変換部１１５により偏光方向が揃えられ、フライアイ光学系１１３により均一化された後、反射板１４にて反射され、後段のコンデンサレンズ１６、フィールドレンズ１７を通過し、エリア決め用マスク１８、入射偏光板１９ａ、液晶表示素子２０、及び偏光板１９ｂを経て、更に縮小レンズ２１を介してステージ２３上に載置された基板２２上面に所定の露光パターンを形成する。
【００２７】
ここで、偏光変換部１１５は、四分の一波長（λ／４）板１１５ａと、反射型偏光板１１５ｂとから構成され、この反射型偏光板１１５ｂは、入射光のうち、Ｓ偏光Ｌｓ１のみを透過し、Ｐ偏光を光源１１ａ側に反射する。反射されたＰ偏光は、λ／４板１１５ｂを透過することで円偏光に変換され、更にリフレクタ１１ｃに反射されて再びλ／４板１１５ｂを透過することでＳ偏光に変換される。Ｓ偏光Ｌｓ２とされた光は、反射型偏光板１１５ｂを透過し、こうして光源１１ａから発せられた光がＳ偏光Ｌｓ１、Ｌｓ２とされてフライアイ光学系１１３に入射する。
【００２８】
フライアイ光学系１１３にて均一化された光は、例えば入射角４５°で反射板１４に入射し直角に反射されてコンデンサレンズ１６に入射する。コンデンサレンズ１６より後段の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００２９】
次に、本実施の形態の偏光変換部１１５について更に詳細に説明する。図４は、図３における投影露光装置の要部を拡大して示す図である。
【００３０】
上述したように、投影露光装置１０１においては、λ／４板１１５ａを経て反射型偏光板１１５ｂに至った光について偏光分離を行い、この反射型偏光板１１５ｂにおいて反射された光を、再びλ／４板１１５ａを経て光源１１ａに戻す。このようにして光源１１ａに戻された光は、リフレクタ１１ｃにより反射され、再びλ／４板１１５ａを透過して反射型偏光板１１５ｂに至る。このとき、この光は、偏光変換部１１５を透過する偏光状態に変換されている。このようにして、反射型偏光板５を透過した光は、一定の偏光状態に揃えられる。以下、このような偏光変換部１１５の動作について詳細に説明する。
【００３１】
先ず、光源１１ａから防熱フィルタ１１２及びλ／４板１１５ａを経た光のうち、反射型偏光板１１５ｂは、紙面に垂直なＳ偏光Ｌｓ１を透過し、Ｐ偏光Ｌｐを光源１１ａ側に反射させる。ここで、反射されたＰ偏光Ｌｐはλ／４板１１５ａを通過することにより右回りの円偏光Ｌ２に変換される。この右回り円偏光Ｌ２は、リフレクタ１１ｃで反射されることで、左回りの円偏光Ｌ３となる。そして、左回りの円偏光Ｌ３は、λ／４板１１５ａを通過することにより、Ｓ偏光Ｌｓ２に変換され、よって反射型偏光板１１５ｂを透過する。なお、偏光変換部により、自然偏光をＰ偏光に揃える場合は、反射型偏光板をＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するよう構成すればよい。
【００３２】
このように構成された本実施の形態においても、上述の第１の実施の形態と同様の効果を奏する。即ち、λ／４板１１５ａと反射型偏光板１１５ｂとを組み合わせた偏光変換手段としての偏光変換部１１５により、光源から出射されλ／４板１１５ａを透過した光のうち、反射型偏光板１１５ｂにより反射された光は、λ／４板１１５ａを透過し、リフレクタ１１ｃにより反射されて再びλ／４板１１５ａを透過したとき、反射型偏光板１１５ｂを透過する偏光状態の光となっているので、光源１１から出射された光が反射型偏光板１１５ｂを透過することで偏光状態が揃った光となされ、これを入射側偏光板１９ａに入射させるため、入射側偏光板１９ａの透過率を第１の実施の形態と同様に向上させることができ、従って自然偏光を効率よく活用することができ、よって露光時間を短縮することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように投影露光装置は、任意の露光パターンを書き換え可能なレチクルとして、２枚の偏光板に挟まれた液晶表示素子を使用する投影露光装置において、上記液晶表示素子の前段に配置された上記偏光板を介して該液晶表示素子を照明する照明手段を有し、上記照明手段は、光源からの自然偏光を互いに偏光面が直交する２つの直線偏光に分離し、上記２つの直線偏光のうち、一方の偏光面を回転させ他方の偏光面と一致させて上記２つの直線偏光を合成する偏光変換手段を有するので、光源からの自然偏光を偏光変換手段により偏光方向が一定方向に揃った光に変換した後、液晶表示素子の前段に配置される偏光板に照射することで、この偏光板における光吸収を低減して、光源からの光の利用効率を高め、露光光量を増大させることにより、投影露光装置における露光時間を短縮し、投影露光装置のスループットを飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における投影露光装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における投影露光装置の偏光変換素子の原理を説明するための図であって、偏光変換素子を模式的に示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態における投影露光装置を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態における投影露光装置の要部を拡大して示す図である。
【符号の説明】
投影露光装置１，１０１、光源１１ａ、凹面鏡（リフレクタ）１１ｂ、防熱フィルタ１２、フライアイ光学系１３，１１３、フライアイレンズ１３ａ，１３ｂ，１１３ａ，１１３ｂ、反射板１４、偏光変換素子１５、コンデンサレンズ１６、フィールドレンズ１７、マスク１８、偏光板１９ａ，１９ｂ、偏光板１９ｂ、液晶表示素子２０、縮小レンズ２１、基板２２、ウエハステージ２３、ガラス部材３１、ガラス部材３２、平行平板１５ａ，１５ｂ、ガラス部材３１，３２、遮光板３３、第１の反射膜３４ａ、第２の反射膜３４ｂ、二分の一波長板（λ／２板）３５、偏光変換部１１５、四分の一波長板１１５ａ、反射型偏光板１１５ｂ
【図１】
2004303810.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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