(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンが形成されたマスクを照明するための照明光学系を備え、前記マスクのパターン像を感光性の基板上に形成する露光装置において、
前記照明光学系は、前記マスクのパターン面において互いに直交する２つに方向に沿って実質的に異なる照明開口数を有し、
前記マスクのパターンの長手方向に沿った第１照明開口数は、前記マスクのパターンの短手方向に沿った第２照明開口数よりも実質的に大きく、
前記照明光学系は、
照明光を供給するための光源と、
複数のレンズエレメントからなり、前記光源からの光束に基づいて複数の光源像を形成するためのフライアイインテグレータと、
前記複数の光源像からの光束を制限するための開口絞りと、
前記開口絞りを介した前記複数の光源像からの光束を集光して前記マスクを重畳的に照明するためのコンデンサーレンズとを備え、
前記開口絞りの開口部の前記マスクのパターンの長手方向に対応する方向に沿った長さは、前記マスクのパターンの短手方向に対応する方向に沿った長さよりも実質的に大きく、
前記開口絞りの開口部の形状に応じて前記光源からの光束を整形するためのビーム整形光学系を備え、
前記複数のレンズエレメントの各々の断面形状は矩形であり、前記マスクのパターンの長手方向に対応する方向に沿って短辺を有し、前記マスクのパターンの短手方向に対応する方向に沿って長辺を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記フライアイインテグレータの全体形状は矩形であり、前記マスクのパターンの長手方向に対応する方向に沿って長辺を有し、前記マスクのパターンの短手方向に対応する方向に沿って短辺を有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記マスクと前記感光性の基板とは、互いに近接して位置決めされていることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記マスクと前記感光性の基板との間の光路中には、前記マスクのパターン面と前記感光性の基板の露光面とを共役にするための結像光学系が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は露光装置に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などの製造に用いられるプロキシミティ方式の露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプロキシミティ露光装置では、光源からの光束に基づいてフライアイインテグレータにより多数の光源像を形成する。多数の光源像からの光は、たとえば円形の開口部を有する開口絞りおよびコンデンサーレンズを介して、被投影原版であるマスクを重畳的に均一照明する。すなわち、従来のプロキシミティ露光装置では、マスクに対する照明の開口数が方向に依存することなく一定である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、マスク上の照度Ｅは、次の式（１）によって表される。
Ｅ＝π・Ｂ・ＮＡ2       （１）
ここで、
Ｂ  ：輝度
ＮＡ：照明の開口数
【０００４】
上記の式（１）において、輝度Ｂは、輝度不変の法則により不変である。一方、開口数ＮＡは、パターンの所要解像力により決定される。すなわち、大きな解像力が要求される場合には、開口数ＮＡを小さく設定する必要がある。その結果、従来のプロキシミティ露光装置では、所要のパターン精度を確保したまま感光基板上において所望の照度を得ることができなかった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、所要のパターン精度を確保したまま感光基板上において所望の照度を得ることのできる露光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、所定のパターンが形成されたマスクを照明するための照明光学系を備え、前記マスクのパターン像を感光性の基板上に形成する露光装置において、前記照明光学系は、前記マスクのパターン面において互いに直交する２つに方向に沿って実質的に異なる照明開口数を有し、前記マスクのパターンの長手方向に沿った第１照明開口数は、前記マスクのパターンの短手方向に沿った第２照明開口数よりも実質的に大きく、前記照明光学系は、照明光を供給するための光源と、複数のレンズエレメントからなり、前記光源からの光束に基づいて複数の光源像を形成するためのフライアイインテグレータと、前記複数の光源像からの光束を制限するための開口絞りと、前記開口絞りを介した前記複数の光源像からの光束を集光して前記マスクを重畳的に照明するためのコンデンサーレンズとを備え、前記開口絞りの開口部の前記マスクのパターンの長手方向に対応する方向に沿った長さは、前記マスクのパターンの短手方向に対応する方向に沿った長さよりも実質的に大きく、前記開口絞りの開口部の形状に応じて前記光源からの光束を整形するためのビーム整形光学系を備え、前記複数のレンズエレメントの各々の断面形状は矩形であり、前記マスクのパターンの長手方向に対応する方向に沿って短辺を有し、前記マスクのパターンの短手方向に対応する方向に沿って長辺を有することを特徴とする露光装置を提供する。
【０００７】
本発明の好ましい態様によれば、前記フライアイインテグレータの全体形状は矩形であり、前記マスクのパターンの長手方向に対応する方向に沿って長辺を有し、前記マスクのパターンの短手方向に対応する方向に沿って短辺を有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
一般的に、マスクパターンが方向性を有する場合、感光基板上に形成されるパターンの短手方向に沿ったエッジの断面形状が十分鋭く形成されれば、パターンの長手方向に沿ったエッジの断面形状はそれほど鋭く形成される必要はない。換言すれば、所要のパターン精度を確保するには、パターンの短手方向に沿った照明開口数を十分小さくする必要があるが、パターンの長手方向に沿った照明開口数をある程度大きく設定してもよいことになる。
【０００９】
上述の知見に基づき、本発明の露光装置では、照明光学系の照明開口数がマスクパターン面において互いに直交する２つに方向に沿って実質的に異なるように構成している。すなわち、マスクパターンの長手方向に沿った第１照明開口数ＮＡ１が、マスクパターンの短手方向に沿った第２照明開口数ＮＡ２よりも実質的に大きくなるように構成している。この場合、開口を楕円形状とすると、マスク上の照度Ｅは、次の式（２）によって表される。
Ｅ＝π・Ｂ・ＮＡ１・ＮＡ２  （２）
【００１０】
上述したように、マスクパターンの短手方向に沿った第２照明開口数ＮＡ２は、所要のパターン精度を確保するために十分小さく設定する必要がある。しかしながら、マスクパターンの長手方向に沿った第１照明開口数ＮＡ１を大きく設定しても、パターン精度を実質的に損なうことがない。こうして、本発明では、第２照明開口数ＮＡ２を十分小さく設定し且つ第１照明開口数ＮＡ１を十分大きく設定することにより、所要のパターン精度を確保したまま感光基板上において所望の照度を得ることが可能になる。
【００１１】
本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
図示の露光装置は、たとえば高圧水銀ランプからなる光源１を備えている。光源１は、回転楕円面からなる反射面を有する楕円鏡２の第１焦点位置に位置決めされている。したがって、光源１から射出された照明光束は、楕円鏡２の第２焦点位置に光源像を形成する。
【００１２】
この光源像からの光束は、コリメートレンズ３によりほぼ平行な光束に変換された後、入射光束から露光波長の光を選択するフィルター（不図示）に入射する。フィルターを介して選択された露光波長の光は、フライアイインテグレータ４に入射する。フライアイインテグレータ４に入射した光束は、フライアイインテグレータ４を構成する複数のレンズエレメントにより波面分割され、フライアイインテグレータ４の後側焦点位置（すなわち射出面近傍）に複数の光源像からなる二次光源を形成する。
【００１３】
二次光源からの光束は、開口絞り５により制限された後、コンデンサーレンズ６に入射する。コンデンサーレンズ６を介した光束は、方向性を有する所定のパターンが形成された被投影原版であるマスク７を重畳的に照明する。
マスク７を透過した光束は、レジストが塗布されたプレート８に達する。こうして、感光性基板であるプレート８上には、マスク７のパターンが転写される。
【００１４】
なお、プレート８上における照度を十分高くするには、マスク７に対する照明開口数ＮＡを大きくしなければならない。しかしながら、図２に示すように、マスク７とプレート８とがある程度間隔を隔てているので、開口数ＮＡを大きくするとプレート８上に形成されるパターン像のぼけが大きくなり、プレート８上に形成されるパターンエッジの断面形状を十分鋭く形成することができなくなってしまう。
【００１５】
マスクパターンが方向性を有する場合、プレート８上に形成されるパターンの短手方向に沿ったエッジの断面形状が十分鋭く形成されれば、パターンの長手方向に沿ったエッジの断面形状はそれほど鋭く形成される必要はない。そこで、第１実施例では、図３に示すように、開口絞り５の開口部５ａを楕円形状に形成している。ここで、マスクパターンの長手方向に対応する方向（図中水平方向）に沿った開口部５ａの長さは、マスクパターンの短手方向に対応する方向（図中鉛直方向）に沿った開口部５ａの長さよりもはるかに大きい。こうして、マスクパターンの長手方向に沿った第１照明開口数ＮＡ１がマスクパターンの短手方向に沿った第２照明開口数ＮＡ２よりもはるかに大きくなるように構成している。なお、フライアイインテグレータ４の全体形状は、開口絞り５の楕円形状の開口部５ａがほぼ外接する矩形状に形成されている。また、開口絞り５を矩形状としてもよい。
【００１６】
この場合、式（２）に示すように、マスク上の照度Ｅは、Ｅ＝π・Ｂ・ＮＡ１・ＮＡ２で表される。上述したように、マスクパターンの短手方向に沿った第２照明開口数ＮＡ２は、所要のパターン精度を確保するために十分小さく設定する必要がある。しかしながら、マスクパターンの長手方向に沿った第１照明開口数ＮＡ１を大きく設定しても、パターン精度を実質的に損なうことがない。こうして、第１実施例では、第２照明開口数ＮＡ２を十分小さく設定し且つ第１照明開口数ＮＡ１を十分大きく設定することにより、所要のパターン精度を確保したままプレート８上において所望の照度を得ることができる。
【００１７】
なお、マスク７上の照度を表す式（２）において、光学系の透過率やフライアイインテグレータ４の射出面での光源像の充填率などを考慮すると、厳密な照度を得ることが可能である。
また、第１実施例では、開口絞り５の開口部５ａが楕円状に形成されているが、フライアイインテグレータ４の全体形状とほぼ一致する矩形状に構成することもできる。
【００１８】
図４は、本発明の第２実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
第２実施例は第１実施例の構成と類似の構成を有するが、第２実施例ではコリメートレンズ３とフライアイインテグレータ４との間にビーム整形光学系３０が付設されている点だけが第１実施例と相違する。したがって、図４において、第１実施例の構成要素と同じ機能を有する要素には図１と同じ参照符号を付している。以下、第１実施例との相違点に着目して、第２実施例を説明する。
【００１９】
図４に示した露光装置では、コリメートレンズ３とフライアイインテグレータ４との間にビーム整形光学系３０が設けられている。ビーム整形光学系３０は、一対のシリンドリカルレンズ３２および３３から構成されている。シリンドリカルレンズ３２は、図４の紙面内において負の屈折力を有し、光軸ＡＸを含んで紙面に垂直な面内において屈折力は零である。また、シリンドリカルレンズ３３は、紙面内において正の屈折力を有し、光軸ＡＸを含んで紙面に垂直な面内において屈折力は零である。こうして、ビーム整形光学系３０を介した光束の断面は、図４の紙面鉛直方向に所定の倍率で拡大されて楕円形状となり、開口絞り５の開口部５ａの楕円形状とほぼ一致する。こうして、第２実施例では、フライアイインテグレータ４の射出面における光量損失を低減することができる。
【００２０】
このとき、ビーム整形光学系３０の作用により、フライアイインテグレータ４の各レンズエレメントの射出面に形成される光源像は、光束の拡大方向に沿ってすなわち図４の紙面鉛直方向に沿って小さくなる。したがって、図３に示すようにほぼ正方形断面を有するレンズエレメントからなるフライアイインテグレータでは、フライアイインテグレータの射出面における光源像の充填率が低下する。その結果、第１照明開口数ＮＡ１を大きく設定しても、プレート８上において所望の照度を確保することができなくなってしまう。
【００２１】
そこで、第２実施例では、図５に示すように、フライアイインテグレータ４の射出面に形成される各光源像の形状に応じて、フライアイインテグレータ４の各レンズエレメントの断面を矩形状に形成している。すなわち、各レンズエレメントの矩形断面は、マスクパターンの長手方向に対応する方向（すなわち図中水平方向）に沿って短辺を有し、マスクパターンの短手方向に対応する方向（すなわち図中鉛直方向）に沿って長辺を有する。このように、第２実施例では、ビーム整形光学系３０の作用によりフライアイインテグレータ４の射出面における光量損失を低減するとともに、光源像の充填率を低下させることなくプレート８上において所望の照度を確保することができる。
【００２２】
図６は、第２実施例における図５のフライアイインテグレータの変形例を示す図である。
図５のフライアイインテグレータ４では、図中鉛直方向のレンズエレメントの数が図中水平方向のレンズエレメントの数よりもはるかに少ない。このため、マスク７およびプレート８上において、図中鉛直方向に対応する方向に沿って照度むらが発生し易い。そこで、図６のフライアイインテグレータ４では、マスク７およびプレート８上における照度むらを抑えるために、図中水平方向に沿って隣接する各レンズエレメントを図中鉛直方向にずらしている。このように、図６の変形例では、全体として市松模様状に各レンズエレメントを配置することにより、マスク７およびプレート８上における照度むらの低減を図ることができる。
【００２３】
図７は、本発明の第３実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
第３実施例は第１実施例の構成と類似の構成を有するが、第３実施例では光源１としてハロゲンランプを用いるとともに楕円鏡２に代えて球面鏡２２を配置している点だけが第１実施例と相違する。したがって、図７において、第１実施例の構成要素と同じ機能を有する要素には図１と同じ参照符号を付している。以下、第１実施例との相違点に着目して、第３実施例を説明する。
【００２４】
第１実施例および第２実施例のように、光源として高圧水銀ランプを用いる場合には楕円鏡によって光源からの光を集光することが効果的である。しかしながら、ハロゲンランプのような光源を用いる場合には、光源からの光を直接コリメートレンズに入射させることが適当である。図７の露光装置では、光軸ＡＸ上にある球面鏡２２の中心から図中上方に所定距離だけずれた位置に光源１を配置している。
【００２５】
したがって、光源１から図中右側に射出された光は、コリメートレンズ３に直接入射する。また、光源１から図中左側に射出された光は、球面鏡２２で反射された後、球面鏡２２の中心から図中下方に所定距離だけずれた位置に光源像１２を形成する。こうして、光源像１２は、光学系の光軸ＡＸに関して光源１と対称な位置に形成される。その結果、球面鏡２２の中心位置には光源１と光源像１２とにより１つの等価光源が形成され、光軸ＡＸ上の等価光源からの光をコリメートレンズ３に入射させることができる。
【００２６】
図８は、本発明の第４実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
第４実施例は第２実施例の構成と類似の構成を有するが、第４実施例ではマスク７とプレート８との間の光路中に結像レンズ９が付設されている点だけが第２実施例と相違する。したがって、図８において、第２実施例の構成要素と同じ機能を有する要素には図４と同じ参照符号を付している。以下、第２実施例との相違点に着目して、第４実施例を説明する。
【００２７】
第１実施例から第３実施例では、マスク７とプレート８とが互いに近接して配置され、いわゆるプロキシミティ方式の露光が行われるように構成されている。一方、第４実施例ではマスク７とプレート８との間の光路中に結像レンズ９を設け、この結像レンズ９によりマスク７のパターン面とプレート８の露光面とを光学的に共役にしている。このように、第４実施例では、プレート８のワーキングディスタンスを確保することができるので、プレート８の設定作業が容易になるという利点がある。
【００２８】
【効果】
以上説明したように、本発明の露光装置によれば、マスクパターンの長手方向に沿った第１照明開口数ＮＡ１がマスクパターンの短手方向に沿った第２照明開口数ＮＡ２よりも実質的に大きくなるように構成しているので、所要のパターン精度を確保したまま感光基板上において所望の照度を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１において開口数ＮＡを大きくするとプレート８上に形成されるパターン像がぼける様子を示す図である。
【図３】第１実施例における開口絞り５の開口部５ａの形状およびフライアイインテグレータ４の全体形状を示す図である。
【図４】本発明の第２実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】第２実施例におけるフライアイインテグレータ４の構成を示す図である。
【図６】第２実施例における図５のフライアイインテグレータの変形例を示す図である。
【図７】本発明の第３実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図８】本発明の第４実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１        光源
２        楕円鏡
３        コリメートレンズ
４        フライアイインテグレータ
５        開口絞り
６        コンデンサーレンズ
７        マスク
８        プレート
９        結像レンズ
３０      ビーム整形光学系
【図１】
0003879142.tif 000002
【図２】
0003879142.tif 000003
【図３】
0003879142.tif 000004
【図４】
0003879142.tif 000005
【図５】
0003879142.tif 000006
【図６】
0003879142.tif 000007
【図７】
0003879142.tif 000008
【図８】
0003879142.tif 000009