(57)【要約】      （修正有）【課題】波長３００ｎｍ以下の紫外光で動作できるパターン露光装置を提供する。【解決手段】マイクロレンズアレイ付きピンホール板３００は、多数のくぼみが付けられた石英基板３０２の下面に光学薄膜３０３が蒸着されており、さらに光学薄膜３０３の下面にピンホール板３０４として、クロム膜が蒸着されている。光学薄膜３０３にはサファイア（Ａｌ２Ｏ３）が用いられている。サファイアは、波長２４８ｎｍにおける屈折率は約１．８４であり、石英の約１．５１よりも高いことから、光学薄膜３０３が凸レンズ状のマイクロレンズアレイとして作用する。これにより、入射する紫外光Ｌ１４は、マイクロレンズアレイとなった光学薄膜３０３中で絞られながら進む。その集光部となる光学薄膜３０３の下面に、ピンホール板３０４として作用するクロム膜が付けられている。【選択図】図６
2005216950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外光発生部、二次元状に配列された複数の可動微小ミラーを含むミラー部、マイクロレンズアレイ、ピンホール板、前記ピンホール板のピンホールからの光を描画対象の基板に投影する縮小投影光学系、及び前記基板を前記ミラー部に対して相対的に移動させることができる手段を含むパターン露光装置において、前記マイクロレンズアレイとして前記紫外光を透過する無機材料からなる透明基板上に光学薄膜を形成したものを用いることを特徴とするパターン露光装置。
【請求項２】
前記材料として石英を用い、前記光学薄膜としてサファイアを用いることを特徴とする請求項１に記載のパターン露光装置。
【請求項３】
前記光学薄膜は前記透明基板に蒸着、スパッタまたはCVDによって成膜されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載のパターン露光装置。
【請求項４】
前記光学薄膜は前記マイクロレンズが形成された前記透明基板表面に設けられて平坦表面を提供するようにされていることを特徴とする請求項１、２、または３に記載のパターン露光装置。
【請求項５】
前記ピンホール板は前記光学薄膜の平坦表面に設置されていることを特徴とする請求項４に記載のパターン露光装置。
【請求項６】
紫外光を使用して露光を行うパターン露光装置に用いられるマイクロレンズアレイ素子において、一表面に多数のレンズ面を形成され、前記紫外光を透過する透明基板と、前記レンズ面上に、前記紫外光を透過すると共に、前記透明基板と異なる屈折率を有する無機材料によって形成された光学薄膜とを含むことを特徴とするマイクロレンズアレイ素子。
【請求項７】
請求項６において、前記光学薄膜上には、更に、ピンホール板が取り付けられていることを特徴とするマイクロレンズアレイ素子。
【請求項８】
請求項６又は７において、前記透明基板は石英であり、前記光学薄膜は前記石英よりも屈折率の高い無機材料によって形成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ素子。
【請求項９】
請求項８において、前記光学薄膜はサファイアによって形成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ素子。
【請求項１０】
請求項６又は７において、前記透明基板は石英であり、前記光学薄膜は前記石英よりも屈折率の低い無機材料によって形成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ素子。
【請求項１１】
請求項１０において、前記光学薄膜はフッ化マグネシウムによって形成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ素子。
【請求項１２】
請求項６〜１１のいずれかにおいて、前記紫外光は３００ｎｍ以下の波長を有していることを特徴とするマイクロレンズアレイ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン露光装置に関し、特に半導体集積回路製造時の露光工程において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パターン露光装置（マスクレス露光装置とも呼ばれる。）に関する。
【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露光させる（パターン描画とも呼ばれる。）必要があり、そのために利用される装置は露光装置あるいは露光機と呼ばれる。
【０００３】
また、マスクの製造工程で用いられるパターン露光を行うマスク描画装置と呼ばれる装置では、電子ビームを用いた電子ビーム描画装置が広く利用されているが、紫外域のレーザ光を用いてパターン露光する手法に基づくマスク描画装置も製品化されている。
【０００４】
その装置の例としては、１辺１６ミクロンの正方形形状の微小なミラー（マイクロミラー）を二次元配列状に多数並べたミラーデバイス（空間光変調器、あるいはＳＬＭと呼ばれる。）を用いて、これにパルス状の紫外レーザ光を照射し、各マイクロミラーごとに制御されたミラーデバイスからの反射光をマスク基板に照射して露光するものであり、ミラーデバイスのミラー面を基板上に単純に縮小投影する構成になっている。なお、上記したマイクロミラーデバイスを用いた技術は、例えば、Proceedings of SPIE, Vol.4186，第１６〜２１頁（非特許文献１）、あるいは、USP6,428,940（特許文献１）において示されている。
【０００５】
これに対して、前記マスク描画装置とは異なり、ミラーデバイスのパターンを単純に縮小しない方式のパターン露光装置が、プリント基板などへのパターン露光用として用いられることがある。その構成例を図１に示した従来のパターン露光装置１００を用いて説明する。露光光である紫外光Ｌ１１はミラー１０２で反射し、紫外光Ｌ１２がデジタルミラーデバイス（以下、ＤＭＤと示す。）１０１に照射され、パターン露光に利用する紫外光Ｌ１３がＤＭＤ１０１で反射して下方に進み、レンズ１０３ａと１０３ｂとで構成された投影光学系１０４によってマイクロレンズアレイ１０５上に投影される。マイクロレンズアレイ１０５によって、紫外光Ｌ１４は多数の細い光線に分割され、ピンホール板１０６における各ピンホールにそれぞれが集光する。ピンホール板１０６の各ピンホールの出射面での光の像が、縮小投影光学系１０８によって、基板１０９上に、多数の離散スポットの集合体となってパターン投影される。
【０００６】
ただし、ピンホール板１０６は、実際に穴を有する板でなくてもよく、照射されたレーザ光を多数の光線に分割できるように、ガラス板などの下面に、多数の穴を有するＣｒ等の遮光膜が付けられたものであればよく、ここでは、このような構成をも含めて、単にピンホール板と呼ぶ。
【０００７】
パターン露光装置１００におけるピンホール板１０６を上から見ると、図２に示されたように、各ピンホールの並びが、Ｘ、Ｙ方向から僅かに傾けられたように斜めに取り付けられている。その結果、図３に示したように、描画中は基板１０９をスキャンさせるため、ＤＭＤ１０１の１回のＯＮ動作（すなわち、入射された紫外光を基板の方向へ進ませるように反射させる。）で露光されるピンホール板１０６の投影領域１１０を形成する多数の離散スポットの集合体における隣接するスポット間にも、基板１０９のスキャンによって次第に露光されていくようになる。ただし、基板１０９の全面をパターン露光する場合は、投影領域１１０を何回もスキャンする必要がある。
【０００８】
ところで、図１に示されたマイクロレンズアレイ１０５の焦点距離は、数十ミクロンから１００ミクロン前後であるため、実際には図１に示したようにレンズ形状の部品だけでは薄すぎて保持できないことから、マイクロレンズアレイ１０５とピンホール板１０６とを一体化したマイクロレンズアレイ付きピンホール板１２０を用いることがあった。その構成としては、図４に示したように、ガラス基板１２１にエッチングによってくぼみを設け、そのくぼみを満たすように樹脂１２２を塗布してマイクロレンズアレイを形成していた。即ち、例えば、ガラス基板１２１が石英の場合、波長４００ｎｍにおける屈折率は約１．４７であるが、多くの樹脂では、波長４００ｎｍにおける屈折率は１．５〜１．６と石英より高い。そのため、多数のくぼみを形成させたガラス基板１２１に密着させることで、樹脂を凸レンズとして作用させることができる。
【０００９】
以上のようなパターン露光装置に関しては、例えば、USP 6,473,237（特許文献２）等において示されている。
【００１０】
【非特許文献１】Proceedings of SPIE, Vol.4186，第１６〜２１頁
【特許文献１】USP6,428,940
【特許文献２】USP 6,473,237
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、光源である紫外光の波長を３００ｎｍ以下にすることも考慮されている。このように、光源からの紫外光の波長が３００ｎｍ以下になると、通常の樹脂では、ほとんど紫外光を通さなくなることが判明した。このため、樹脂を使用することなく、紫外光で高い透過率を有する石英だけでマイクロレンズアレイを形成する必要がある。すなわち、図５に示したマイクロレンズアレイ付きピンホール板１３０のように、その表面（図では下面）自体がマイクロレンズアレイとなるような石英基板１３１を用いる必要がある。
【００１２】
このように、石英基板１３１だけでマイクロレンズアレイを構成した場合、ピンホール板１０６をマイクロレンズの焦点位置で、石英基板１３１から離して、正確な位置に固定する必要がある。しかしながら、焦点位置とピンホール穴の位置とを平面内と焦点方向の両方に関して、正確に合わせて、ピンホール板１０６と石英基板１３１とを配置させ、また、常にずれないように固定することが困難である。
【００１３】
本発明の目的は、波長３００ｎｍ以下の紫外光で利用できるマイクロレンズアレイ付きピンホール板の安定した構成を提案し、これによって、波長３００ｎｍ以下の紫外光で動作できるパターン露光装置を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、波長３００ｎｍ以下の紫外光で利用できる構成のマイクロレンズ付きピンポール板（マイクロレンズアレイ素子）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明では、マイクロレンズアレイとして、石英基板上に光学薄膜を蒸着（または、スパッタ、CVD）して形成したものである。これによると、光学薄膜には波長３００ｎｍ以下の紫外域で高い透過率を有する石英以外の材料があり、それらは石英の屈折率と異なることから、図５に示した石英基板１３１とピンホール板１０６との間の空間を埋めるように、蒸着できる。すなわち、ピンホール板１０６を石英基板１３１から離すことなく、即ち、空中に配置せずに石英基板１３１と一体化できる。
【００１６】
特に、光学薄膜としてサファイア（Ａｌ２Ｏ３）を用いると、例えば、波長２４８ｎｍにおける屈折率は約１．８４であり、石英の約１．５１よりも高いことから、図４に示された樹脂１２２を用いた従来構成と同様な構造にできる。すなわち、サファイア側が凸レンズとなるように、石英基板側をエッチングによってくぼみを付けて構成できることから、容易に製造できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のパターン露光装置では、紫外光源に波長３００ｎｍ以下のものを用いることができるようになったため、紫外光源に波長２４８ｎｍで動作するＫｒＦエキシマレーザを用い、また、装置を構成する縮小投影光学系にＫｒＦ露光機用の縮小投影光学系を利用することができる。あるいは、紫外光源に波長１９３ｎｍで動作するＡｒＦエキシマレーザを用い、また、装置を構成する縮小投影光学系にＡｒＦ露光機用の縮小投影光学系を利用することもできるようになった。したがって、これらの露光機における多くのパーツを利用できるため、新規開発部品が少なく、装置の開発費を節約できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１９】
本発明の第一実施例に係るマイクロレンズアレイ付きピンホール板を図６に示す。ここで、当該ピンホール板部分以外の構成は、図１に示したパターン投影装置１０１を使用することができる。このため、ここでは、図１に示されたパターン露光装置１００をも参照して説明する。まず、本発明は、図示されていない光源であるＫｒＦエキシマレーザからの波長２４８ｎｍの紫外光Ｌ１１を露光光として使用する。紫外光Ｌ１１ミラー１０２で反射させ、ＤＭＤ１０１に入射させる。ＤＭＤ１０１で反射した（露光に利用する）紫外光は、レンズ１０３ａ、１０３ｂとで構成される投影光学系１０４を通り、マイクロレンズアレイ１０５に投影される。ただし、本実施例では、図６に示したように、マイクロレンズアレイとピンホール板の機能が一体化されたマイクロレンズアレイ付きピンホール板（即ち、マイクロレンズアレイ素子）３００が用いられている。
【００２０】
マイクロレンズアレイ付きピンホール板（マイクロレンズアレイ素子）３００は、多数のくぼみが付けられた石英基板３０２の表面（下面）に、無機材料からなる光学薄膜３０３が蒸着されており、さらに光学薄膜３０３の下面にピンホール板３０４として、クロム膜が蒸着されている。石英基板３０２に形成されたくぼみはマイクロレンズのレンズ面を構成している。
【００２１】
本実施例では、光学薄膜３０３としては、石英よりも高い屈折率を有するサファイア（Ａｌ２Ｏ３）が用いられている。具体的に言えば、サファイアは、波長２４８ｎｍにおける屈折率は約１．８４であり、石英の約１．５１よりも高いことから、光学薄膜３０３が凸レンズ状のマイクロレンズアレイとして作用する。これにより、入射する紫外光Ｌ１４は、マイクロレンズアレイとなった光学薄膜３０３中で絞られながら進む。そこで、その集光部近傍までが光学薄膜３０３となるように、光学薄膜３０３の厚みが調整されており、その集光部となる光学薄膜３０３の下面に、ピンホール板３０４として作用するクロム膜が付けられている。
【００２２】
サファイアは波長２５０ｎｍ程度まで高い透過率を有する光学材であり、波長２４８ｎｍでは僅かに吸収があるが、サファイアから成る光学薄膜３０３の厚みは、マイクロレンズの焦点距離である１００ミクロン程度以下と小さいことから、吸収はほとんど無視できる。なお、図示されているように、ピンホール板３０４の面にパーティクルが付着するのを防ぐために、透明な薄膜であるペリクル３０５が配置されることが好ましい。
【００２３】
以上のように、本実施例では、マイクロレンズアレイ付きピンホール板（マイクロレンズアレイ素子）３００を用いたことから、パターン露光装置１００において、波長３００ｎｍ以下の紫外光を光源に用いることができるようになった。なお、これにより、図１に示された縮小投影光学系１０８には、ＫｒＦ露光機用の縮小投影光学系を利用すればよい。
【００２４】
次に、本発明の第二実施例を、図７を用いて説明する。図７は本発明のマイクロレンズアレイ付きピンホール板４００の構成図である。図示されたマイクロレンズアレイ付きピンホール板４００は、紫外光Ｌ１４の出射側に、レンズ面として凸状表面を形成している点で、図６に示したマイクロレンズアレイ付きピンホール板３００と相違している。図７に示されたマイクロレンズアレイ付きピンホール板４００では、石英基板４０２の表面（下面）が多数の凸状に処理されており、当該凸状の表面に無機材料のフッ化マグネシウムから成る光学薄膜４０３が蒸着されている。
【００２５】
ここで、フッ化マグネシウムは、波長２４８ｎｍに対して約１．４の屈折率を有しているため、石英よりも低い。したがって、図７のように、石英基板４０２側を凸レンズ状に形成することで、入射した紫外光Ｌ１４が絞られながら進む。そこで、その集光部近傍までが光学薄膜４０３となり、その下面にピンホール板４０４としてのクロム膜が蒸着されている。
【００２６】
以上のように、本発明では、パターン露光装置１００におけるマイクロレンズアレイ１０５とピンホール板１０６との一体化の構造としては、石英などの基板に蒸着させる光学薄膜の屈折率が基板の屈折率よりも高い場合は、図６に示した第一実施例、低い場合は、図７に示した第二実施例を適用すればよい。ただし、特に基板が石英の場合に、光学薄膜としてサファイアを用いると、屈折率の差が０．３以上と比較的に大きくできるため、光学薄膜においてレンズ作用（すなわち屈折角）を大きくできる特長がある。その結果、光学薄膜を薄くできる。また、逆に言えば、屈折率差が小さい場合、レンズ作用が小さいため、光学薄膜を厚くする必要が生じるが、その結果、蒸着時間が長く掛かるなどの問題が生じる。
【００２７】
なお、本発明における光学薄膜を、凹凸が付けられた石英基板上に蒸着すると、その光学薄膜の表面に、多少の凸凹が残る場合がある。その場合は、凹凸が残った光学薄膜をＣＭＰ（化学的機械的研磨）などによって、研磨してフラットにすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、マスクレス露光装置に適用できるだけでなく、一般のマスク露光装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に使用できるパターン露光装置１００の構成を示す図である。
【図２】図１のパターン露光装置に使用可能なピンホール板１０６の一般的な構成を示す平面図である。
【図３】図１に示されたパターン露光装置１００を用いた描画を説明する図である。
【図４】従来のマイクロレンズアレイ付きピンホール板１２０の一例を示す断面図である。
【図５】従来のマイクロレンズアレイ付きピンホール板１３０の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施例に係るマイクロレンズアレイ付きピンホール板３００の断面を示す図である。
【図７】本発明の他の実施例に係るマイクロレンズアレイ付きピンホール板４００の断面を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００    パターン露光装置
１０２    ミラー
１０３ａ、１０３ｂ    レンズ
１０４    投影光学系
１０５    マイクロレンズアレイ
１０８    縮小投影光学系
１０６、３０４、４０４    ピンホール板
１０９    基板
１１０    ピンホール板１０６の投影領域
１１１    露光された領域
１２０、１３０    従来のマイクロレンズアレイ付きピンホール板の断面図
１２１    ガラス基板
１２２    樹脂
１３１、３０２、４０２    石英基板
３００、４００    本発明のマイクロレンズアレイ付きピンホール板の断面図
３０３、４０３    光学薄膜
３０５、４０５    ペリクル
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４    紫外光
【図１】
2005216950.tif 000003
【図２】
2005216950.tif 000004
【図３】
2005216950.tif 000005
【図４】
2005216950.tif 000006
【図５】
2005216950.tif 000007
【図６】
2005216950.tif 000008
【図７】
2005216950.tif 000009