(57)【要約】      （修正有）【課題】均一な強度分布のレーザ光を発生させるパターン描画装置、描画方法、光学治具を提供する。【解決手段】レーザ装置１ａから取り出されたレーザ光Ｌ１は、ミラー２ａ、２ｂで反射して集光レンズ３に入射する。レーザ装置１ｂから取り出されたレーザ光Ｌ２も同じ集光レンズ３に入射する。これら２本のレーザ光はほぼ同一地点に集光されて石英から成るガラスロッド４に入射する。ガラスロッド４では、光ファイバと同様に、レーザ光が内部で全反射を繰り返す。ガラスロッド４から出射したレーザ光Ｌ３は、極めて均一な空間的強度分布を有している。レーザ光Ｌ３は、投影光学系５に入射して、ミラーデバイス８を照射し、描画パターンに対応するマイクロミラーに入射したレーザ光Ｌ５が、レーザ光Ｌ６のように投影レンズ９に入射する。投影レンズ９はミラーデバイス８上のパターンを基板１０の描画領域１１内に投影する。【選択図】    図１
2005039075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元に配列された多数のマイクロミラーを含むミラーデバイスに、露光光源であるレーザ装置からのレーザ光を入射し、前記ミラーデバイスから出力される投影パターンを用いて基板上にパターンを描画するパターン描画装置において、前記レーザ装置から取り出されたレーザ光を断面形状が長方形であるガラス製ロッドに通してから、前記ミラーデバイスに入射させることを特徴とするパターン描画装置。
【請求項２】
前記レーザ装置を複数台備え、これら複数台のレーザ装置から取り出される複数本のレーザ光を同一の集光レンズに入射させてから、前記ガラス製ロッドに入射させることを特徴とする請求項１のパターン描画装置。
【請求項３】
前記ガラス製ロッドが石英から成ることを特徴とする請求項１または２のパターン描画装置。
【請求項４】
前記レーザ装置が波長変換型レーザであることを特徴とする請求項１、２、または、３のパターン描画装置。
【請求項５】
二次元に配列された多数のマイクロミラーを含むミラーデバイスに対して、露光光源からレーザ光を入射して露光を行う露光方法において、前記露光光源からのレーザ光を断面長方形形状のロッドに入射させた後、当該ロッドからの出力レーザ光を前記ミラーデバイスに出射することを特徴とするパターン描画方法。
【請求項６】
請求項５において、前記ロッドでは、前記入射したレーザ光を全反射させ、前記ロッドからの出力レーザ光は実質的に均一な空間的強度分布を有していることを特徴とするパターン描画方法。
【請求項７】
二次元に配列された多数のマイクロミラーを含むミラーデバイスに対して、露光光源からレーザ光を入射して露光を行う露光装置に使用される光学治具において、長方形形状の断面を有するロッドによって形成されていることを特徴とする光学治具。
【請求項８】
請求項７において、前記ロッドは石英ガラスによって形成されていることを特徴とする光学治具。
【請求項９】
請求項８において、前記ロッドでは入射光を全反射させることにより、実質的に均一な空間強度分布を有する出力光を生成することを特徴とする光学治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路製造時の露光工程で用いられるマスクを製造するために用いられるマスク描画装置に適用するパターン描画方法、及びパターン描画装置に関する。また、マスクを用いずに回路パターンをウエハ上に直接描画するマスクレス露光装置にも適用できるパターン描画方法、及びパターン描画装置である。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路の製造時の露光工程では、回路パターンが描かれたマスク（レチクルと呼ばれることもある。）を用いてレジストが塗布されたウエハ上に回路パターンを描画させる（パターン露光と呼ばれる。）必要があり、そのための装置は露光装置あるいは露光機と呼ばれる。
【０００３】
一方、マスクを製造するには、マスクの基板となる石英板などの表面に、目的とする回路パターンに相当するパターン状に露光光を通過させるように遮光用のクロム膜などを付ける必要がある。このクロム膜などはパターン露光によって形成され、そのパターン露光を行う装置はマスク描画装置と呼ばれる。マスク描画装置の手法には、電子ビームを用いた電子ビーム描画が一般的であり、そのための装置は電子ビーム描画装置（以下、ＥＢ描画装置と示す。）と呼ばれている。
【０００４】
ただし、マスク描画装置には、ＥＢ描画装置の他に、紫外域のレーザ光（以下、紫外レーザ光と略す。）を用いてパターン描画（すなわちレジストが塗布されたマスク基板に対してパターン露光）する手法に基づく装置（レーザビーム描画装置と呼ばれることがある。）も製品化されている。その装置の従来例としては、微小なミラーを二次元配列状に多数並べたデバイス（デジタルマイクロミラーデバイスなどと呼ばれるが、ここでは、以下、ミラーデバイスと略す。）を用いて、これにパルス状の紫外レーザ光を照射し、反射光をパターン的に制御して、マスク基板上にパターン描画するものである。このレーザビーム描画装置では、回路パターンの中の一部のパターンを一括して露光できることから、処理速度が速い特徴があることが知られている。なお、これに関しては、例えば、Proceedings of SPIE, Vol.4186, PP.16-21、あるいは、USP6,428,940において示されている。
【０００５】
これによると、ミラーデバイスを用いた従来のレーザビーム描画装置では、およそ１００万個（正確には５１２×２０４８＝１０４８５７６個）のマイクロミラーを用いたミラーデバイスが用いられ、各マイクロミラーは一辺が約１６ミクロンの大きさである。これを縮小投影光学系によって、マスク基板上に１／１６０の大きさに縮小投影させている。その結果、１つのマイクロミラーに対応するパターンは一辺０．１ミクロン、すなわち１００ｎｍの正方形になる。
【０００６】
前記従来のレーザビーム描画装置における紫外光源であるレーザ装置には、通常の露光装置（一般にエキシマステッパと呼ばれる。）に用いられるのと同様に、２０００Ｈｚ程度の繰り返しパルス動作を行うエキシマレーザが用いられる。ただし、同様なミラーデバイスを用いた他の装置では、波長４０５ｎｍの紫外光を発生する半導体レーザを紫外の光源として用いたものもある。
【非特許文献１】Proceedings of SPIE, Vol.4186, PP.16-21
【特許文献１】USP6,428,940
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ミラーデバイスに入射させる紫外域のレーザ光は、空間的に均一な強度である必要がある。その理由としては、ミラーデバイスに照射されるレーザ光の空間的な強度分布にむらがあると、レジストが塗布されたマスク基板やウエハ上に投影されるパターンの転写像の強度分布にむらが生じることになり、現像後に形成されるレジストパターンに異常が生じるからである。そのため、レーザ光をミラーデバイスに照射させる前に、レーザ光の空間的強度分布を均一化させるためのビーム強度分布均一化光学系に通す必要がある。
【０００８】
従来のビーム強度分布均一化光学系としては、ハエの目レンズなどのように、レーザ光を空間的にいくつかに分割してから再合成する光学系が用いられていた。ところが、このような原理に基づく均一化光学系ではレーザ光に対して損失が大きく、ミラーデバイスに入射できるレーザ光のパワーの割合が３０％前後まで低下することもあった。
【０００９】
本発明の目的は、ミラーデバイスに照射するための均一な強度分布のレーザ光を効率良く発生させたパターン描画装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、均一な強度分布を有するレーザ光を用いたパターン描画方法を提供することである。
【００１１】
本発明の更に他の目的は均一な強度分布を得るための光学治具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、露光光源であるレーザ装置から取り出されたレーザ光を、断面形状が長方形であるガラス製ロッド（即ち、光学治具）に通してから、ミラーデバイスに入射させたものである。このように、断面形状が長方形である光学治具を使用した場合、当該光学治具であるガラス製ロッド内でレーザ光が何度も全反射を繰り返すため、損失を受けずに空間的強度分布を均一化できる。しかもガラス製ロッドの断面形状が長方形であることから、ガラス製ロッドからレーザ光が出射する端面の像を投影光学系によって、ミラーデバイスにおけるマイクロミラーの配列領域に対して、過不足無く投影できるため、レーザ光を効率良く前記配列領域に照射できる。以上により、本発明によって、ミラーデバイスに照射させる均一な強度分布のレーザ光を損失無く発生できるようになった。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によるとレーザ光を効率良くミラーデバイスに入射できるため、光源であるレーザ装置に要求されるレーザ出力が少なくて済むようになった。また複数台のレーザ装置を用いる場合は、それらのレーザ光の時間的変動を平均化することができ、時間的にも安定したレーザ光をミラーデバイスに入射できる。したがって本発明によるパターン描画装置としては、パターン異常が抑制され、設計通りのレジストパターンが形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施例としてのパターン描画装置１００の構成図であり、紙面の制約上、（ａ）と（ｂ）の２つに分割して描いてある。
【００１６】
図１（ａ）に示したパターン描画装置１００では、２台のレーザ装置１ａ、１ｂが露光光源として用いられている。本実施例では、レーザ装置１ａ、１ｂには、波長２６６ｎｍのＹＡＧレーザの第４高調波を連続波として発生させる装置が用いられている。レーザ装置１ａから取り出されたレーザ光Ｌ１は、ミラー２ａ、２ｂで反射して集光レンズ３に入射する。レーザ装置１ｂから取り出されたレーザ光Ｌ２も同じ集光レンズ３に入射する。これによって、２本のレーザ光はほぼ同一地点に集光されて石英から成るガラスロッド（即ち、光学治具）４に入射する。レーザ光Ｌ１とＬ２は、特に、波長変換によって発生したレーザ光であるため、シングルモードのビームになっている。すなわち、レーザ光の波長変換ではシングルモードの場合が変換効率が高いため、変換前の基本波のレーザ光は通常シングルモードで発生させられており、その結果、変換後のレーザ光もシングルモードになっている。このシングルモードのレーザ光の強度分布は、図２（ａ）に示したが、ガウシャン分布と呼ばれるように、ビームの中心部（すなわち光軸上）の光強度分布が高くなっている。
【００１７】
当該光学治具であるガラスロッド４内では、光ファイバと同様に、レーザ光が内部で全反射を繰り返す。その結果、図２（ｂ）に示す強度分布を示すように、ガラスロッド４から出射したレーザ光Ｌ３は、極めて均一な空間的強度分布を示している。
【００１８】
図１（ｂ）を参照すると、均一な強度分布を有するレーザ光Ｌ３は、ガラスロッド４から投影光学系５に入射する。図１（ｂ）では、投影光学系５はレンズ６ａ、６ｂとで簡略的に描かれているが、さらに補正レンズ等が含まれてもよい。投影光学系５から出射したレーザ光Ｌ４はミラーデバイス８に入射する。
【００１９】
ミラーデバイス８では、描画パターンに対応するマイクロミラーに入射したレーザ光Ｌ５は、レーザ光Ｌ６のように斜め上方に反射して、ミラー７に入射する。また描画パターンに対応しないマイクロミラーに入射したレーザ光Ｌ５は、さらに大きな角度で上方に反射するため、ミラー７には入射しない。
【００２０】
ミラー７に入射するレーザ光Ｌ６は、ミラー７で反射して下方に進み、投影レンズ９に入射する。投影レンズ９はミラーデバイス８上のパターンを基板１０の描画領域１１内の投影領域１２に投影する。これによって、ミラーデバイス８で形成されたパターンが縮小されて投影領域１２に投影される。
【００２１】
一方、基板１０はＸＹステージ１３上に載せられており、投影領域１２が描画領域１１の全面をカバーするようになる。これによって、描画領域１１の全面をパターン状に露光させることができる。なお、基板１０としてはマスク基板でもよいし、ウエハでもよい。
【００２２】
本実施例のように、パターン描画装置１００において露光光源として用いられているレーザ装置１ａ、１ｂは特に波長変換型のレーザ装置であるため、レーザ光Ｌ１、Ｌ２の強度分布が中心部が強いガウシャン分布をしている。そのため、従来のハエの目レンズなどのビーム強度分布均一化光学系を用いても、ビーム断面を数十個に分割して合成するだけのものであるため、局所的な不均一性が残っている。これに対して、本発明のように、全反射を何度も繰り返すガラスロッド４を用いることで、極めて均一な強度分布が得られる。しかも、断面が円形の光ファイバとは異なり、ガラスロッド４から出射するレーザ光Ｌ３の断面形状が矩形になるため、ミラーデバイス８に過不足無く照射させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、半導体集積回路製造等で用いられるマスクを製造する際に使用されるマスク描画装置、及び、マスクを用いずに回路パターンをウエハ上に直接描画するマスクレス露光装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の実施例に係るパターン描画影装置１００の一部を示す構成図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）はガラスロッド入射前後におけるレーザ光の強度分布を説明する図である。
【符号の説明】
【００２５】
１ａ、１ｂ    レーザ装置
２ａ、２ｂ、７    ミラー
３    集光レンズ
４    ガラスロッド
５    投影光学系
６ａ、６ｂ    レンズ
８    ミラーデバイス
９    投影レンズ
１０    基板
１１    描画領域
１２    投影領域
１３    ＸＹステージ
１００    パターン描画装置
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６    レーザ光
【図１】
2005039075.tif 000003
【図２】
2005039075.tif 000004