JP2004062149A - 透過型2次元光変調素子及びそれを用いた露光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源12からの面状光を2次元光変調素子に入射し、その透過率を画素毎に変え光変調する微小電気機械式の透過型2次元光変調素子23において、少なくとも2次元光変調素子の入射側に画素毎に対応させたマイクロレンズアレイを設け、光源12からの入射光をマイクロレンズアレイによって画素領域よりも面積の小さい領域に集光させて2次元光変調素子に導き、集光させた透過光像を投影する。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、面状光を入射してその透過率を変えて露光する透過型2次元光変調素子及びそれを用いた露光装置に関し、さらに詳しくは、オンデマンドで直接描画するシステムに最適であり、特に、画像形成装置やプロジェクター表示など2次元光変調素子による投影露光を応用したシステムに用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、回路基板やディスプレイ素子などの電子回路パターン形成におけるフォトリソグラフィ工程時にフォトマスクを使用せず、オンデマンドでパターン画像を感光材に直接描画する露光装置が嘱望されている。以下、例を挙げて従来の技術を説明する。
【0003】
図19に示すように、W098/47042(特表2001−521672)では、照明光源482から出射された面状の光が透過型の2次元光変調素子484に照射される。2次元光変調素子484により、画像信号に応じて入射光の透過率を画素毎に制御し、その出射光を露光面486に投影露光する。前述の透過型の2次元光変調素子484としては、液晶素子、PLZT、電気機械式動作の光変調素子などが用いられる。なお、2次元光変調素子として反射型も可能であり、DMD素子として知られる電気機械式動作の偏向ミラーアレイ素子も利用可能である。この場合、図示しないが照明光源から出射された略平行な光を反射型の2次元光変調素子に入射し、2次元光変調素子により、画像信号に応じて入射光の反射角度を画素毎に制御し、その出射光を露光面に投影露光する。なお、従来技術例(特表2001−521672)の実施例では、投影露光系としてマイクロレンズアレイよりなる結像光学系が設けられている。
【0004】
この露光装置の応用として回路基板やディスプレイ素子などの電子回路形成におけるフォトリソグラフィ用のマスクレス直接描画露光を考えた場合、実際的には2次元光変調素子の画素数は露光に必要な画素数に比ベて少ないため、露光光学系、又は被露光対象物を走査して必要な画素を露光する。
【0005】
特表2001−521672に開示された従来技術の特徴は、図20、図21に示される。図20(a)は、通常の露光面における2次元光変調素子の配置方向を示すものであり、2次元光変調素子の列と走査方向を平行に配置したときの例である。この場合、走査方向に沿って露光走査を行うと、列方向の画素が重複し、走査方向に垂直な方向の解像度が、2次元光変調素子の行方向の画素ピッチで制限される。これに対し、図20(b)のように2次元光変調素子の列を走査方向に対し傾斜させて配置した場合、露光面での走査方向に垂直な方向の解像度が列方向の画素ピッチと傾斜角によって飛躍的増加する効果が得られる。但し、図20(b)に示すように、画素サイズが大きいと露光面における画素スポットの重なりにより、実質的な解像度は得られない。
【0006】
上記の効果を生かすために、従来技術例では、図21(a)に示すように2次元光変調素子の画素領域に対し画素領城の面積より小さな開口部を設けている。これにより、図21(b)のように2次元光変調素子の列を走査方向に対し傾斜させて配置した場合、露光面での走査方向に垂直な方向の解像度が実質的に増加する効果が得られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の従来技術例では、2次元光変調素子の画素領域に開口部を設ける記述があっても、何ら具体的な構成は示されていない。以下、仮にこの構成が一般的に考えられるような構成であるとして、問題点を説明する。
【0008】
例えば図22は、単純に2次元光変調素子の画素領域に遮光部を形成して開口部を設けた場合の説明図である。透過型の2次元光変調素子の例として液晶素子を示している。詳細は省略するが、第1の透明基板504と第2の透明基板514とがスペーサ506を介して貼りあわされている。この基板間に液晶508が封入されている。通常はマトリクス状に配置された画素電極(図示せず)により画素領域が決められる。ここで前述の開口部510を設けているため、第1の透明基板504に遮光膜512を形成すると、開口部510以外の領城では入射光が遮光され、光利用効率を低下させる問題が発生する(第2の透明基板514に遮光膜512を形成しても同じ問題が発生する)。
【0009】
そして、透過型の2次元光変調素子として、液晶素子が用いられた場合では、高速応答に不利が生じた。
また、2次元光変調素子として、PLZTなどの電気光学結晶が用いられた場合では、2次元化や、低電圧駆動が困難になるとともに、光源光にも制約が生じ、UV光から赤外光までの幅広い光源光から任意のものを選択することができなかった。
さらに、2次元光変調素子として、反射型のDMD素子が用いられた場合では、光学系が複雑となり、製造コストの増大する不利があった。
【0010】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その第1の目的は、光利用効率を向上させるとともに、投影露光における解像度を向上させることのできる透過型2次元光変調素子及びそれを用いた露光装置を得ることにある。
また、その第2の目的は、高速応答が可能となり、2次元化が容易であるとともに、低電圧駆動が可能となり、しかも、光学系がシンプルで低コスト化が可能となる透過型2次元光変調素子及びそれを用いた露光装置を得ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、光源からの面状光を2次元光変調素子に入射し、その透過率を画素毎に変え光変調する微小電気機械式の透過型2次元光変調素子において、少なくとも前記2次元光変調素子の入射側に画素毎に対応させたマイクロレンズアレイを設け、前記光源からの入射光を該マイクロレンズアレイによって画素領域よりも面積の小さい領域に集光させて前記2次元光変調素子に導き、集光させた透過光像を投影することを特徴とする。
【0012】
請求項1に記載の発明では、マイクロレンズアレイの集光効果により光利用効率が向上されるとともに、実質的な画素サイズを画素領域よりも小さくすることで、投影露光における解像度を向上させることができる。そして、微小電気機械式の2次元光変調素子が用いられることで、高速応答が可能となり、2次元化が容易になるとともに、低電圧駆動が可能となり、しかも、光学系がシンプルで低コスト化が可能となる。また、微小電気機械式の2次元光変調素子によれば、材料の選択によって、UV光から赤外光までの幅広い光源光に対応が可能となる。
【0013】
請求項2に係る発明は、前記マイクロレンズアレイは、前記2次元光変調素子を支持する基板に一体的に設けられていることを特徴とする。
【0014】
このように、マイクロレンズアレイを2次元光変調素子に同一基板上で一体的に設けることにより、マイクロレンズアレイと2次元光変調素子との位置合わせ調整が不要になるとともに、マイクロレンズアレイの光学的精度の許容度、及び、2次元光変調素子のパターン寸法精度の許容度が増え低コスト化が図れる。また、両者の相対的な位置精度が向上するため、入射光を効率良く光変調素子に集光させることができ、光利用効率を向上させることができる。さらに、両者の相対的な位置精度が向上し、光利用効率を低下させずに集光の面積をより縮小させることができ、露光面での解像度を上げることができる。
【0015】
請求項3に係る発明は、前記マイクロレンズアレイは、前記2次元光変調素子を支持する基板と異なる基板に設けられ、それぞれの基板が貼り合わされて一体的に設けられたことを特徴とする。
【0016】
このように、マイクロレンズアレイを2次元光変調素子に貼り合わせて一体的に設けることにより、マイクロレンズアレイと2次元光変調素子との位置合わせ調整が容易になるとともに、マイクロレンズアレイの光学的精度の許容度、及び、2次元光変調素子のパターン寸法精度の許容度が増え低コスト化が図れる。また、両者の相対的な位置精度が向上するため、入射光を効率良く光変調素子に集光させることができ、光利用効率を向上させることができる。さらに、両者の相対的な位置精度が向上し、光利用効率を低下させずに集光の面積をより縮小させることができ、露光面での解像度を上げることができる。これに加え、マイクロレンズアレイと2次元光変調素子とが異なる基板に形成され、それぞれを貼り合わせて一体化しているので、各基板が独立して作製可能となる。これにより、最後にマイクロレンズアレイを貼り合わせることができるので、プロセスが容易となり、歩留まりを向上させることができる。
【0017】
請求項4に係る発明は、集光された光の大部分が透過する開口部を前記2次元光変調素子の画素毎に設け、該開口部以外の領域の少なくとも一部に遮光部を設けたことを特徴とする。
【0018】
このように、開口部以外の領域の少なくとも一部に遮光部を設けることにより、マイクロレンズの精度に伴う不要光や、マイクロレンズによる回折、散乱光などの不要な光が露光面に到達することを防ぐことができる。
【0019】
前記遮光部は入射光を反射させることが好ましい。これにより、光吸収による発熱を防止することができ性能、信頼性が向上する。特に高出力光源の露光を行う時に有効である。
【0020】
請求項5に係る発明は、前記2次元光変調素子は、可動部を有し、該可動部の変位によって入射光が透過する開口面積を変化させて入射光の透過率を変え光変調することを特徴とする。
【0021】
このように、2次元光変調素子に微小電気機械式の2次元光変調素子を用いることにより、高速、高解像度で光変調することができ、また、素子を構成する材料の選択によってはUV光からIR光まで広い波長範囲の光を変調することができる。特にオンデマンド直接描画式の露光装置に応用する場合、紫外線を高速で露光する必要があるが、2次元光変調素子に微小電気機械式の2次元光変調素子を用いることにより、それが可能となる。
【0022】
例えば、前記微小電気機械式の2次元光変調素子は、少なくとも一箇所が支持された変位可能な可動部を有し、該可動部が静電気力により変位して入射光の透過率を変化させる。このように、可動部が静電気力により変位して入射光の透過率を変化させる光変調により、より高速、低電圧、低消費電力で光変調することができる。また、素子の作製も容易であることから低コスト化が図れる。
【0023】
また、前記微小電気機械式の2次元光変調素子は、少なくとも一箇所が基板に支持された変位可能な可動部を有し、該可動部が該基板に対して略平行に変位して入射光の透過率を変化させてもよい。このように、可動部が基板に対して略平行に変位して入射光の透過率を変化させる光変調により、その変位量を大きくすることが可能であり、よりダイナミックに光変調することができる。
【0024】
この場合、前記微小電気機械式の2次元光変調素子は機械式光シャッターにより入射光の透過率を変化させてもよい。このように、機械式光シャッターにより入射光の透過率を変化させると、遮光時の漏れ透過光をゼロまたは限りなく小さくできるため、光変調時のコントラストを非常に高くすることができる。
【0025】
以上説明した前記2次元光変調素子が画素毎に能動素子を有するアクティブマトリクス型の素子であると、メモリー性の無い光変調方式であっても2次元の光変調素子を容易に駆動することが可能となる。また、アナログによる階調制御が容易となる。
【0026】
前記2次元の光変調素子は画素毎に能動素子を有するアクティブマトリクス型の素子であり、該能動素子は前記遮光部の後方に配置されていてもよい。これにより、入射側から不要な光が能動素子に入射して能動素子が光電気的に誤動作するのを防止することができる。
【0027】
さらに、前記投影光学系は拡大投影光学系であってもよい。これにより、露光面積を大きくすることが可能となり、全体の露光時間を短縮することができる。
【0028】
また、マイクロレンズアレイは前記光源と前記2次元光変調素子との間に少なくとも2個設けられてもよい。これにより、各々を光学的に機能分離して使用することができ、実用的となる。例えば、複数個のマイクロレンズを用いることにより、同じ焦点距離を得るのに各々のレンズの曲率半径を大きくすることができ、マイクロレンズアレイを製造する上で低コスト化が図れる。
【0029】
請求項6に係る発明は、前記2次元光変調素子は、可動部を有し、該可動部の変位によって少なくとも光の干渉、屈折、回折又は偏光のいずれかを含む光学効果により、入射光の透過率を変え光変調することを特徴とする。
【0030】
微小電気機械式の2次元光変調素子は、少なくとも一箇所が基板に支持された変位可能な可動部を有し、該可動部が該基板に対して略垂直に変位して入射光の透過率を変化させてもよい。このように、可動部が基板に対して略垂直に変位して入射光の透過率を変化させる光変調により、より単純な構造で光変調が可能であり低コスト化が図れる。また、開口率を大きくすることが可能であり、変位量を小さくして、より高速に光変調させることが出来る。
【0031】
この場合、前記微小電気機械式の2次元光変調素子は光干渉効果により入射光の透過率を変化させてもよい。光干渉効果により入射光の透過率を変化させる光変調により、特に入射光がレーザー光のように略平行で波長幅の狭い光を変調する場合は、より単純な構造で光変調が可能であり低コスト化が図れる。遮光時は入射光を高い反射率で反射させることが可能であり、光吸収による発熱を防止することができ性能、信頼性が向上する。特に高出力光源の露光を行う時に有効である。また、透過時は高い透過率を得ることが可能であり、光利用効率を高めるとともにコントラストを高めることが可能である。
【0032】
また、前記光源からの面状光が略平行光であってもよい。これにより、光変調方式として、干渉効果、回折効果、屈折、反射など多くの光学原理を利用でき、その性能、特に光利用効率、コントラストを向上させることができる。
【0033】
この場合、光源からの面状光を第1のマイクロレンズアレイにより集光し、第2のマイクロレンズアレイにより略平行な光に変換して前記2次元光変調素子に入射させてもよい。これにより、入射角依存性を有する光変調素子、例えば液晶素子や微小電気機械式の2次元光変調素子における干渉や回折などを利用した光変調素子に対して入射角依存性による性能低下を防ぐことができる。
【0034】
請求項7に係る発明は、請求項1〜請求項6のいずれか1項記載の透過型2次元光変調素子を用いた露光装置であって、光源からの面状光を入射させて光変調する2次元光変調素子と、該光変調された透過光を投影露光する投影光学系とを備え、該投影光学系の投影光を被露光対象物に対して走査方向に相対移動させながら投影し、前記2次元光変調素子の列を前記走査方向に対して傾斜配置したことを特徴とする。
【0035】
請求項7に記載の発明では、走査により投影露光する際、被露光対象物を移動させずに透過光を移動させてもよいし、透過光を移動させずに被露光対象物を移動させてもよい。すなわち、投影光と被露光対象物とが相対的に走査方向に移動する限り、良好な投影を行うことができる。
【0036】
このように、2次元光変調素子の入射側に画素領域毎に対応させたマイクロレンズアレイを設け、該光源からの入射光を画素領域よりも面積が小さい領域に集光させて該光変調素子に導くことにより、2次元光変調素子の列を走査方向に対し傾斜させて配置した場合に露光面での走査方向に垂直な方向の解像度が列方向の画素ピッチと傾斜角によって実質的に増加する効果が得られるとともに、入射光の光利用効率を向上させる効果が得られる。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。
【0038】
[第1形態]
まず、第1形態について説明する。図1は第1形態の露光装置全体を示す図である。第1形態の露光装置2では、照明光源3から出射された面状の光がマイクロレンズアレイ(以下、「MLA」とも称す。)4に入射し、MLA4で集光された光が透過型2次元光変調素子5に照射される。MLAの各マイクロレンズは透過型2次元光変調素子5の画素に対応し、マイクロレンズの光軸と焦点面が光変調素子の画素の中心に合うように設計、調整される。
【0039】
照明光源3からの入射光は、前述のMLA4により、画素領域よりも面積が小さい領域に集光され、透過型2次元光変調素子5に導かれる。透過型2次元光変調素子5により、画像信号に応じて入射光の透過率を画素毎に制御し、その出射光を投影光学系6により被露光対象物7の露光面26に投影露光する。投影光は被露光対象物7に対して相対的に走査方向に移動しながら投影露光され、広い面積を高解像度で露光することができる。
【0040】
このとき、図2のように、透過型2次元光変調素子5の列を走査方向に対し傾斜させて配置すると、露光面26において走査方向に垂直な方向の解像度が列方向の画素ピッチと傾斜角によって実質的に増加する。特に、入射光はMLA4によって透過型2次元光変調素子5の画素領域面積より小さな面積に集光されて光変調されるので、図2に示す集光部面積は適宜に縮小され、投影される露光面26における解像度を実質的に向上させることができる。
【0041】
また、MLA4によって集光させたので光利用効率を向上させることができる。
【0042】
照明光源3は、レーザ、又は高圧水銀ランプ、キセノンランプ等のショートアークランプなどの光源と、好ましくは光源から出射された光を略平行な面状の光に変換する光学システムから構成され、透過型2次元光変調素子5に照射される。なお、さらに好ましくは前記面状の略平行な光は照射面内においてエネルギー的な分布を抑制して、より均一にさせる光学系を備えていても良い。
【0043】
マイクロレンズのレンズ面形状は、球面、半球面など、特に形状は限定されず、凸曲面であっても凹曲面であってもよい。さらに、屈折率分布を有する平坦形状なマイクロレンズアレイであってもよく、フレネルレンズやバイナリーオプティクスなどによる回折型レンズがアレイされたものであってもよい。
【0044】
MLAの材質としては、例えば、透明なガラスや樹脂である。量産性の観点では樹脂が優れており、寿命、信頼性の観点からはガラスが優れている。光学的な観点上、ガラスとしては石英ガラス、溶融シリカ、無アルカリガラス等が好ましく、樹脂としてはアクリル系、エポキシ系、ポリエステル系、ポリカーボネイト系、スチレン系、塩化ビニル系等が好ましい。なお、樹脂としては、光硬化型、熱可塑型などがあり、マイクロレンズの製法に応じて適宜選択することが好ましい。
【0045】
MLAの製法としては、金型によるキャスト成形法、プレス成形法、射出成形法、印刷法、フォトリソグラフィ法などが実用的である。特に、微細で高精度に形成でき、しかも生産性が良い製法としては、樹脂系の材質でマイクロレンズアレイを形成する場合には光(紫外線など)硬化性樹脂による金型成形法や、ポジ型又はネガ型のレジスト材によるフォトリソグラフィ法が好ましく、ガラス系のマイクロレンズアレイを形成する場合にはRIE(反応性イオンエッチング)によるレジスト転写法、等方性エッチング法、又は、イオン交換法が好ましい。
【0046】
金型成形法でマイクロレンズアレイを形成する場合、例えば、熱可塑樹脂をマイクロレンズ形状の金型で加熱プレスする。より微細な成形を行うには、光硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を金型に充填して押圧し、その後、光又は熱によって樹脂を硬化させ、金型から樹脂を剥離させることが好適であり、これにより、微細な成形が可能になる。特に、微細で高い精度が要求される場合には、熱による膨張、収縮が少ない光硬化性樹脂を用いることが好ましい。
【0047】
樹脂からなるマイクロレンズアレイをフォトリソグラフィ法で形成する場合、例えば、透明なフォトレジストに代表される光溶解樹脂又は光硬化性樹脂にパターンニングされた遮光マスクを適宜介して紫外線(又は司視光線)で露光し、それぞれ露光部又は未露光部の溶解現像を行うことにより形成される。これにより、樹脂材料と露光量分布とにより所望の形状のマイクロレンズを得ることが可能である。また、樹脂材料によっては、現像後に高湿ベーク処理を行い、熱軟化時の表面張力により所望の形状のマイクロレンズアレイを得ることが可能である(リフロー法)。
【0048】
ガラスからなるマイクロレンズアレイをフォトリソグラフィ法で形成する場合、例えば、光変調素子を構成し上記光源からの入射光が透過可能な透明基板をエッチング加工することにより形成する。エッチング加工する際、マイクロレンズアレイに相当する形状に塗布膜を塗布しておくと、所望の形状に加工し易い。
【0049】
[第2形態]
次に、第2形態について説明する。第2形態では、第1形態と同様の構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。図3に示すように、第2形態で説明する露光装置10は、MLAと光変調素子とが一体化した透過型2次元光変調素子23を備えた装置である。
【0050】
これにより、MLAと2次元光交調素子の位置合わせ調整が不要になるとともに、MLAの光学的精度の許容度、及び、2次元光変調素子のパターン寸法精度の許容度が増え低コスト化が図れる。また、両者の相対的な位置精度が向上するため、入射光を効率良く光変調素子に集光させることができ、光利用効率を向上させることができる。さらに、両者の相対的な位置精度が向上するため、光利用効率を低下させずに集光の面積をより縮小させることができ、露光面26での解像度を上げることができる。
【0051】
[透過型2次元光変調素子の構成]
図4〜図6に示すように、透過型2次元光変調素子23は、2次元光変調素子24の光入射側に、マイクロレンズ22が2次元的に配列されてなるMLA20が一体的に形成されたものである。2次元光変調素子24には、上述したように、電気機械式素子25が2次元的に配列されている。
【0052】
光入射側から見たマイクロレンズ22の形状は、円形状(直径は5μm〜100μmの範囲内であることが多い)であっても四角形状であってもよく(図7、図8参照)、さらにはこれら以外の多角形状にすることも可能である。また、2次元光変調素子24の各画素の形成位置を変更することにより、MLAのアレイ状態をストライプ状にすること、モザイク状にすること、ハニカム状にすることなども可能である(図9〜図11参照)。
【0053】
透過型2次元光変調素子23は、このMLA20が一体的に形成された透明ガラス基板32と、MLA20の上側(光出射側)に形成されたベース絶縁膜34と、を有する。ベ一ス絶縁膜34の光出射側には一般的なMOSFET38が形成されており、2次元光変調素子24はいわゆるアクティブマトリックスである。
【0054】
MOSFET38は、透明な第1絶縁膜(例えばSiO2膜やSiNx膜)46によって覆われている。
【0055】
第1絶縁膜46の光出射側には導電性の金属膜48が形成されており、2次元光変調素子24を駆動する電極となる。この金属膜48とMOSFET38のドレイン40とが接続プラグ42によって電気接続されている。金属膜48の光出射側は透明な第2絶縁膜54によって覆われている。
【0056】
金属膜48の中央部には、画素ピッチ(10μm〜30μmの範囲内であることが多い)よりも小さい寸法で開口部58が形成されており、MLA20で集光された光はこの開口部58を通過するようになっており、開口部58はアパーチャとしての機能も兼ねている。
【0057】
第2絶縁膜54の光出射側には、所定の間隔dで隙間状の空間Sが形成されるように第3絶縁膜64が設けられている。第2絶縁膜54と第3絶縁膜64との間隔dは、光入射側から照射するレーザ光の波長の1/4に設定されることが多い。
【0058】
さらに、第3絶縁膜64の光出射側には透明電極膜(例えばITO膜)66が形成されており、金属膜48と透明電極膜66との間に印加する電圧を調整することにより、透明電極膜66と金属膜48との間に生じる引き合う力が調整される。これにより、間隔dを調整できるようになっており、2次元光変調素子24は、いわゆるエタロン構造を有する。
【0059】
第2絶縁膜54及び第3絶縁膜64はハーフミラー層として機能しており、材質は高屈折率材料と低屈折率材料の多層膜からなるハーフミラーが一般的で、薄膜の絶縁膜、半導体、金属などから構成され、具体的には、TiO2/SIO2の誘電体多層膜が代表的であるが、2次元光変調素子24の開口部58を通過させる光の波長に応じて適宜材料を選択することが好ましい。
【0060】
可視光及び赤外光を通過させる場合、屈折率が高い材料(屈折率が概ね1.8以上である材料)としては、例えば、TiO2、CeO2、Ta2O5、ZrO2、Sb2O3、HfO2、La2O3、NdO3、Y2O3、ZnO、NbO5などが好ましい。屈折率が比較的高い材料(屈折率が概ね1.6〜1.8の範囲内である材料)としては、例えば、MgO、A12O3、CeF3、LaF3、NdF3、などが好ましい。届折率が低い材料(屈折率が概ね1.5以下である材料)としては、例えば、SiO2、AlF3、MgF2、Na3AlF6、NaF、LiF、CaF2、BaF2、などが好ましい。
【0061】
紫外光(360nm〜400nmの波長の光)を通過させる場合、屈折率が高い材料(屈折率が概ね1.8以上である材料)としては、例えば、ZrO2、HfO2、La2O3、NdO3、Y2O3、TiO2、Ta2O5、などが好ましい。屈折率が比較的高い材料(屈折率が概ね1.6〜1.8の範囲内である材料)としては、例えば、MgO、Al2O3、LaF3、NdF3、などが好ましい。屈折率が低い材料(屈折率が概ね1.5以下である材料)としては、例えば、SiO2、AlF3、MgF2、Na3AlF6、NaF、LiF、CaF2、などが好ましい。
【0062】
また、第3絶縁膜64には、第2絶縁膜54と当接している支え部65が形成されており、金属膜48と透明電極膜66とに印加される電圧によって間隔dを変動させた際、透明電極膜66によって押圧された第3絶縁膜64が破損しないように、支え部65の形状、寸法などが予め設定されている。
【0063】
[透過型2次元光変調素子の製造方法]
ガラス基板32上にベース絶縁膜34、結晶シリコン層が設けられたSOI(Si on Insulator)を用い、最初に一般的なMOSFET形成工程を行い、透明ガラス基枚32の光出射側にMOSFET38を形成する。そして、第1絶縁膜46を形成し、さらに接続プラグ42及び金属膜48を形成し、さらに開口部58を形成する(図14参照)。
【0064】
そして、第2絶縁膜54を形成し、さらに、間隔dに相当する膜厚のレジスト膜(図示せず)を塗布し、第3絶縁膜64、及び、透明電極膜66を順次形成する。
【0065】
次に、ガラス基板32の光入射側(MOSFETの反対面)にMLAを形成する。図12に示すように、透明ガラス基板32の光入射側に、MLA20の形状に合わせたレジスト層68を形成する。
【0066】
そして、図13に示すように、光入射側から反応性イオンエッチングを行う。この結果、レジスト層の厚みに応じて透明ガラス基板32がエッチングされ、MLA20が形成される。
【0067】
最後に、レジスト膜を有機溶剤によるエッチング又は酸素プラズマエッチングにより除去することによって、隙間状の空間Sが形成される(図5、図6参照)。
【0068】
このように、MLA20が透明ガラス基抜32に一体的に形成されており、MLA20と開口部58との距離が大幅に縮まっている。従って、MLA20の寸法精度をさほど上げなくても、MLA20と透過したレーザ光を開口部58から容易に出射させてMLA20の機能を充分に発揮させることができるので、MLA20の製造が著しく容易になる。しかも、MOSFET38のように、光を遮断する部位が2次元光変調素子24の内部に形成されていても、2次元光変調素子24の光入射側から照肘されたレーザ光を全て光出射側に透過させることができる。
【0069】
なお、MLAをMLA基板として予め製造し、これをSLM素子に貼り合わせてもよくMLAを一体的に製造する方法はこの限りではない。
【0070】
以下、露光装置10の作用について説明する。
【0071】
照明光源12から所定波長のレーザ光を発すると、透過型2次元光変調素子23に到達したレーザ光は、MLA20の各マイクロレンズ22でそれぞれ集光され、開口部58を通過する。
【0072】
第1絶縁膜46、第2絶縁膜54を通過して第2絶縁膜54から出射したレーザ光は、第3絶縁膜64に到達する。その際、金属膜48と透明電極膜66とに印加する電圧を調整して間隔dを変動させることにより、レーザ光の透過、遮蔽(非透過)を高速で切り換えることができる。従って、2次元光変調素子24を通過したレーザ光で走査面を走査させる際、走査光の透過、遮蔽を高速で切り換えることができ、高精度な露光画像を高速で得ることができる。
【0073】
以上説明したように、第2形態では、電気機械式素子25が2次元的に配列された2次元光変調素子24と、2次元光変調素子24に一体的に形成されたMLA20と、で構成される透過型2次元光変調素子23を露光装置10が有している。
【0074】
これにより、露光装置10を組立てる際、MLA20の位置合わせを行わなくても済むので、露光装置10の製造が著しく容易になる。また、露光装置10の使用時にMLA20の位置ずれが生じることがないので、露光装置10の使用時に生じる不具合の頻度を大きく低減させることができる。さらに、MLA20を設けるスペースが著しく低減するので、露光装置の小型化に寄与する。
【0075】
なお、本形態では露光装置10がレーザ光を発する例を説明したが、レーザ光を発しない照明光学系(例えば放電ランプ)を用いた構成の露光装置であっても、本形態と同様の作用、効果を奏することは明らかである。
【0076】
以上はアクティブマトリックス型の2次元光変調素子を説明したが、前述の静電気で駆動される微小電気機械式の2次元光変調素子の電圧−変位特性におけるヒステリシス特性を利用したメモリー性を付与することにより能動素子を用いないいわゆるパッシブマトリックスであっても、同様に、間隔dを調整して、レーザ光の透過、遮断を高速で切り換えることができる。
[第3形態]
次に、第3形態について説明する。図15は第3形態の露光装置全体を示す構成図、図16は第3形態の露光装置に組込まれた透過型2次元光変調素子の断面図、図17は図16に示した透過型2次元光変調素子の部分拡大側面断面図、図18は図17の部分拡大平面図である。第3形態では、第2形態と同様の構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。
【0077】
図15に示すように、第3形態で説明する露光装置200には透過型2次元光変調素子201が組込まれており、この透過型2次元光変調素子201は、微小電気機械式の光変調素子205が2次元的に配列された2次元光変調素子203と、2次元光変調素子203に一体的に形成されたMLA20と、で構成される。
【0078】
図16に示すように、第3形態で説明する露光装置は、画素を形成する複数の光変調素子205が2次元配列されることで2次元光変調素子203が構成され、かつマイクロレンズアレイ20が、この光変調素子205を挟んで素子固定基板である透明ガラス基板32の反対側に配設されている。そして、マイクロレンズアレイ20が2次元光変調素子203の素子固定基板である透明ガラス基板32と別体の透明基板215に形成され、それぞれの基板32、215を貼り合わせて一体的に設けられている。
【0079】
図17に示すように、2次元光変調素子203の画素毎には、集光された光の大部分が透過する開口部58と、この開口部58以外の領域の少なくとも一部に設けられた駆動電極である金属膜48とが設けられている。
【0080】
この露光装置200においても、光源12からの面状光を2次元光変調素子203に入射させて、2次元光変調素子203で変調させた透過光を投影露光する投影光学系6を備えている。そして、この投影光学系6の投影光は被露光対象物に対して相対的に走査方向に移動しながら投影され、2次元光変調素子203の列をこの走査方向に対して傾斜配置させている。
【0081】
また、2次元光変調素子203の入射側には、上記したように、画素毎に対応させたマイクロレンズアレイ20が設けられ、光源12からの入射光を画素領域よりも面積が小さい領域に集光させて、電気機械式素子である光変調素子205に導くようにしている。
【0082】
透過型2次元光変調素子201は、2次元光変調素子203の光入射側に、マイクロレンズ22が2次元的に配列されてなるMLA20が一体的に形成されたものである。但し、本実施の形態では、マイクロレンズアレイ20が、光変調素子205を挟んで透明ガラス基板32の反対側に配設されているので、第2形態で説明した2次元光変調素子24の場合と異なり、入射光がマイクロレンズ22側から入り、光変調素子205を通過した後、素子固定基板である透明ガラス基板32側へと透過することとなる。
【0083】
透過型2次元光変調素子201は、透明ガラス基板32と、ベース絶縁膜34とを有する。ベ一ス絶縁膜34の光入射側には一般的なMOSFET38が形成されており、2次元光変調素子203はいわゆるアクティブマトリックスとしての構造を有している。
【0084】
MOSFET38は、透明な第1絶縁膜46によって覆われている。第1絶縁膜46の光入射側には導電性の金属膜48が形成されており、2次元光変調素子203を駆動する電極となる。この金属膜48とMOSFET38のドレイン40とが接統プラグ42によって電気接続されている。金属膜48の光入射側は透明な第2絶縁膜54によって覆われている。
【0085】
金属膜48の中央部には、画素ピッチ(10μm〜30μmの範囲内であることが多い)よりも小さい寸法で開口部58が形成されており、MLA20で集光された光はこの開口部58を通過するようになっており、開口部58はアパーチャとしての機能も兼ねている。
【0086】
図18に示すように、2次元光変調素子203は、第1絶縁膜46を介して列配線VLと行配線HLが格子状にパターン形成され、画素回路領域KRにMOSFET38が形成されている。行配線HLはMOSFET38のゲートに接続され、列配線VLはMOSFET38のソース44に接続されてアクティブ駆動型の2次元マトリクスを構成している。これら、列配線VL、行配線HLに囲まれた個々の正方形領域は、開口部58を中央に位置させた画素領域GRとなる。
なお、画素回路は上記の例に限らず、例えばCMOSによるSRAM回路などでもよい。また、画素領域GR内の画素回路領域KR、開口部58の配置、大きさ、形状は上記に限られるものではない。
【0087】
図17に示すように、第2絶縁膜54の光入射側には、所定の間隔dで隙間状の空間Sが形成されるように第3絶縁膜64が設けられている。第2絶縁膜54と第3絶縁膜64との間隔dは、光入射側から照射するレーザ光の波長の1/4に設定されることが多い。
【0088】
さらに、第3絶縁膜64の光入射側には不透明な金属膜67が開口部58以外の領域に形成されており、金属膜48と金属膜67との間に印加する電圧を調整することにより、金属膜67と金属膜48との間に生じる引き合う力が調整される。これにより、間隔dを調整できるようになっており、2次元光変調素子203は、いわゆるエタロン構造を有する。
【0089】
第2絶縁膜54には一方のハーフミラー207が設けられ、第3絶縁膜64には他方のハーフミラー209が設けられ、このハーフミラー207、209の間には上記の所定の間隔dで隙間状の空間Sが形成される。ハーフミラー207、209は、第2絶縁膜54及び第3絶縁膜64をハーフミラー層として機能させるものであってもよい。このハーフミラー207、209も、上記した第2絶縁膜54及び第3絶縁膜64と同様に高屈折率材料と低屈折率材料の多層膜からなる。第3絶縁膜64、金属膜67、ハーフミラー209は、可動薄膜211を構成している。
【0090】
また、第3絶縁膜64と第2絶縁膜54との間には図示しない支え部(図6に示した支え部65と略同様なもの)が形成されており、この支え部は金属膜48と金属膜67とに印加される電圧によって間隔dを変動させた際、又電圧の印加を解除した際に、可動薄膜211が第2絶縁膜54に対して接近離反自在となるように支持している。
【0091】
なお、本形態のマイクロレンズアレイ20では、隣接するマイクロレンズ22同士の間に、図16に示す遮光膜216が設けられている。遮光膜216は、マイクロレンズ22間を通る光の散乱、回折などによる不要光を遮光する。この他、画素回路領域KRの後方(入射側)のみ遮光部216を設け、画素回路への光の入射による電気的な誤動作を防止する構成も可能である。その他、開口部58を透過する有効な光以外の不要光を遮光するために好適な箇所に遮光膜216を設けることが可能である。また、遮光膜216は吸収体、反射体などの材料が可能であるが、反射体であることがより好ましい。遮光部216で入射光を反射させることにより、光吸収による発熱を防止することができ性能、信頼性が向上する。特に高出力光源の露光を行う時に有効となる。
【0092】
[透過型2次元光変調素子の製造方法]
この2次元光変調素子203の製造方法は、第2形態の2次元光変調素子24の場合と同様とすることができる。すなわち、ガラス基板32上にベース絶縁膜34、結晶シリコン層が設けられたSOIを用い、透明ガラス基枚32の光入射側にMOSFET38を形成する。そして、第1絶縁膜46を形成し、さらに接続プラグ42及び金属膜48を形成し、さらに開口部58を形成する。
【0093】
そして、第2絶縁膜54を形成し、さらに、間隔dに相当する膜厚のレジスト膜を塗布し、第3絶縁膜64、及び、金属膜67を順次形成する。空間Sは、上記した光変調素子24の場合と同様に、レジスト膜を有機溶剤によるエッチング又は酸素プラズマエッチングにより除去することによって形成される。
【0094】
一方、MLA20は、上記の2次元光変調素子24の場合と異なり、第2絶縁膜54上に、少なくとも可動薄膜211の変位スペースが確保される空間213(図16参照)を設けてマイクロレンズアレイ形成用のガラス基板215を配設する。ガラス基板215は、光出射側にMLA20の形状に合わせたレジスト層を形成し、光入射側から反応性イオンエッチングを行う。この結果、レジスト層の厚みに応じて透明ガラス基板215がエッチングされ、MLA20が形成される。
【0095】
このガラス基板215は、周壁217によって第2絶縁膜54側に支持固定する。したがって、ガラス基板215と第2絶縁膜54との間の空間213は、密閉空間となる。
【0096】
以下、透過型2次元光変調素子201を備えた露光装置200の作用について説明する。
照明光源12から所定波長のレーザ光を発すると、透過型2次元光変調素子201に到達したレーザ光は、MLA20の各マイクロレンズ22でそれぞれ集光され、開口部58を通過する。
【0097】
第3絶縁膜64を通過してハーフミラー209から出射したレーザ光は、ハーフミラー207に到達する。その際、金属膜48と金属膜67とに印加する電圧を調整して間隔dを変動させることにより、レーザ光の透過、遮蔽(非透過)を高速で切り換えることができる。
【0098】
光変調素子205は、可動薄膜211の変位により、ハーフミラー207、209間の距離を異ならせ、平行ミラー間で繰り返し反射させた合成波の強度を変化させることによって、光を透過又は反射させている。即ち、ファブリペロー干渉を利用した光変調を行っている。平行ミラー間で反射と透過が繰り返されるファブリペロー干渉においては、間隔dの略整数倍の波長のみが光変調素子205を透過する。
【0099】
従って、2次元光変調素子203を通過したレーザ光で走査面を走査させる際、走査光の透過、遮蔽を高速で切り換えることができ、高精度な露光画像を高速で得ることができる。
【0100】
以上説明したように、第3形態では、光変調素子205が2次元的に配列された2次元光変調素子203と、2次元光変調素子203に一体的に形成されたMLA20とで構成される透過型2次元光変調素子201を露光装置200が有している。
【0101】
これにより、露光装置200の使用時にMLA20の位置ずれが生じることがないので、露光装置200の使用時に生じる不具合の頻度を大きく低減させることができる。また、MLA20を設けるスペースが著しく低減するので、露光装置200の小型化に寄与する。
【0102】
そして、MLA20と2次元光交調素子203の相対的な位置精度が向上するため、入射光を効率良く光変調素子205に集光させることができ、光利用効率を向上させることができる。さらに、両者の相対的な位置精度が向上するため、光利用効率を低下させずに集光の面積をより縮小させることができ、露光面での解像度を上げることができる。
【0103】
これに加えて、2次元光変調素子203では、MLA20が周壁217によって第2絶縁膜54側に支持固定されるので、ガラス基板215と第2絶縁膜54との間の空間213が密閉空間となり、MLA20を、透過型2次元光変調素子201を密閉封止するための封止材料として兼用することができ、他部材を用いる場合に比べて、コンパクトに密閉封止構造を実現させることができる。
【0104】
また、ガラス基板215と第2絶縁膜54との間の空間213が密閉空間となるので、この空間213に不活性ガスを封入することが可能となる。これにより、透過型2次元光変調素子201に対する防塵性能はもとより、酸化等による劣化も防止して、光変調素子205の動作信頼性、耐久性も向上させることができるようになる。
【0105】
以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は一例であり、趣旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【0106】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、マイクロレンズアレイの集光効果により光利用効率が向上されるとともに、実質的な画素サイズを画素領域よりも小さくすることで、投影露光における解像度を向上させることができる。そして、微小電気機械式の2次元光変調素子が用いられることで、高速応答が可能となり、2次元化が容易になるとともに、低電圧駆動が可能となり、しかも、光学系がシンプルで低コスト化が可能となる。また、微小電気機械式の2次元光変調素子を用いるので、材料の選択によって、UV光から赤外光までの幅広い光源光に対応が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1形態の露光装置全体を示す構成図である。
【図2】図2(a)及び(b)は、それぞれ、各画素の列方向が走査方向と平行であるように透過型2次元光変調素子を配置した場合(仮りに配置した状態を示す)での走査光の軌跡、及び、各画素の列方向が走査方向に対して傾くように配置した場合(第2形態での配置状態を示す)での走査光の軌跡を示す正面図である。
【図3】第2形態の露光装置全体の構成図である。
【図4】第2形態の露光装置に組込まれた透過型2次元光変調素子の部分拡大平面図である。
【図5】図4の矢視5−5から見た部分拡大側面断面図である。
【図6】図4の矢視6−6から見た部分拡大側面断面図である。
【図7】マイクロレンズアレイを光入射側から見た部分拡大図であって、マイクロレンズアレイの配列の一例を示す模式図である。
【図8】マイクロレンズアレイを光入射側から見た部分拡大図であって、マイクロレンズアレイの配列の一例を示す模式図である。
【図9】マイクロレンズアレイを光入射側から見た部分拡大図であって、マイクロレンズアレイの配列の一例を示す模式図である。
【図10】マイクロレンズアレイを光入射側から見た部分拡大図であって、マイクロレンズアレイの配列の一例を示す模式図である。
【図11】マイクロレンズアレイを光入射側から見た部分拡大図であって、マイクロレンズアレイの配列の一例を示す模式図である。
【図12】第2形態の露光装置に組込む透過型2次元光変調素子の製造工程を示す部分拡大側面断面図である。
【図13】第2形態の露光装置に組込む透過型2次元光変調素子の製造工程を示す部分拡大側面断面図である。
【図14】第2形態の露光装置に組込む透過型2次元光変調素子の製造工程を示す部分拡大側面断面図である。
【図15】第3形態の露光装置全体を示す構成図である。
【図16】第3形態の露光装置に組込まれた透過型2次元光変調素子の断面図である。
【図17】図16に示した透過型2次元光変調素子の部分拡大側面断面図である。
【図18】図17の部分拡大平面図である。
【図19】従来の露光装置全体の構成図である。
【図20】図20(a)及び(b)は、それぞれ、従来例で、各画素の列方向が走査方向と平行であるように光変調素子を配置した場合での走査光の軌跡、及び、各画素の列方向が走査方向に対して傾くように配置した場合での走査光の軌跡を示す正面図である(解像度が低い例)。
【図21】図21(a)及び(b)は、それぞれ、従来例で、各画素の列方向が走査方向と平行であるように光変調素子を配置した場合での走査光の軌跡、及び、各画素の列方向が走査方向に対して傾くように配置した場合での走査光の軌跡を示す正面図である(解像度が高い例)。
【図22】従来の露光装置の光変調素子の構成を示す部分側面断面図である。
【符号の説明】
2、10、100、200 露光装置
3、12 照明光源(光源)
4、20 マイクロレンズアレイ
5、23、201 透過型2次元光変調素子
6 投影光学系
7 被露光対象物
24、203 2次元光変調素子
32 素子固定基板(基板)
48 金属膜(遮光部)
58 開口部
211 可動薄膜(可動部)
215 ガラス基板(異なる基板)
GR 画素領域
Claims (7)
- 光源からの面状光を2次元光変調素子に入射し、その透過率を画素毎に変え光変調する微小電気機械式の透過型2次元光変調素子において、
少なくとも前記2次元光変調素子の入射側に画素毎に対応させたマイクロレンズアレイを設け、
前記光源からの入射光を該マイクロレンズアレイによって画素領域よりも面積の小さい領域に集光させて前記2次元光変調素子に導き、集光させた透過光像を投影することを特徴とする透過型2次元光変調素子。 - 前記マイクロレンズアレイは、前記2次元光変調素子を支持する基板に一体的に設けられていることを特徴とする請求項1記載の透過型2次元光変調素子。
- 前記マイクロレンズアレイは、前記2次元光変調素子を支持する基板と異なる基板に設けられ、それぞれの基板が貼り合わされて一体的に設けられたことを特徴とする請求項1記載の透過型2次元光変調素子。
- 集光された光の大部分が透過する開口部を前記2次元光変調素子の画素毎に設け、該開口部以外の領域の少なくとも一部に遮光部を設けたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の透過型2次元光変調素子。
- 前記2次元光変調素子は、可動部を有し、該可動部の変位によって入射光が透過する開口面積を変化させて入射光の透過率を変え光変調することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか項記載の透過型2次元光変調素子。
- 前記2次元光変調素子は、可動部を有し、該可動部の変位によって少なくとも光の干渉、屈折、回折又は偏光のいずれかを含む光学効果により、入射光の透過率を変え光変調することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか項記載の透過型2次元光変調素子。
- 請求項1〜請求項6のいずれか1項記載の透過型2次元光変調素子を用いた露光装置であって、
光源からの面状光を入射させて光変調する2次元光変調素子と、該光変調された透過光を投影露光する投影光学系とを備え、
該投影光学系の投影光を被露光対象物に対して走査方向に相対移動させながら投影し、
前記2次元光変調素子の列を前記走査方向に対して傾斜配置したことを特徴とする露光装置。
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