JPH1174172A - 露光光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストかつ光路長が短いにもかかわらず、
平行度の優れた露光光学系を提供すること。 【解決手段】 光源１０と、集光手段２０と、２次光源
作成手段３０と、コリメーター４０から成る露光光学系
において、光線Ａがコリメーター４０の接平面４１から
出射する角αと光線Ｂがコリメーター４０の接平面４１
から出射する角βがほぼ等しくなるようにコリメーター
４０を弾性変形させる。ただし、光線Ａはコリメーター
４０へ入射する光軸上の主光線、光線Ｂはコリメーター
４０へ入射する光軸外を通る主光線である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスクに描かれた
パターンを半導体基板やガラス基板等（以下基板とい
う）に露光する装置に関し、特にマスクと基板の間に微
少な間隔を隔てて露光するいわゆるプロキシミティ露光
装置の光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプロキシミティ露光装置の光学系
は図８のような構成になっている。すなわち、光源１０
から出た光を集光手段２０で２次光源作成手段３０に集
め、ここに２次光源を作る。２次光源から出た光はコリ
メーター４０によって平行光に変換され、露光面６０に
設置されたマスクと基板を照射する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ここで、コ
リメーター４０の性能が不十分で、光線の平行度に誤差
があると、マスク上の場所によって光線の照射角が異な
ることになる。たとえば、図２において、プロキシミテ
ィギャップ６５が１００ミクロンで、光線の平行度に
０．５度の誤差がある場合、マスク６１に描かれたパタ
ーン６２の転写位置ズレ６６は０．９ミクロンになり、
半導体や液晶の製造に支障をきたす。このため、従来は
コリメーター４０の性能を高めるべく以下の２つのアプ
ローチがとられてきた。

【０００４】第１は、コリメーターに放物面鏡を使うア
プローチである。図３のような軸外し放物面鏡を使用す
れば、１点から出た光を完全な平行光に変換できること
は広く知られている。しかし、軸外し放物面を製作する
には、図３のように軸を含む直径Ｄの放物面の生成が必
要であることに加え、曲率が鏡の場所によって変化する
ため研磨が容易でない。このため、コリメーターに軸外
し放物面鏡を使うときわめてコストが高くなるという弊
害がある。

【０００５】第２は、コリメーターに球面鏡を使い、そ
の焦点距離をできるだけ長くするアプローチである。１
点から出た光を球面鏡で平行光に変換しようとすると、
球面収差によって平行誤差が発生する。ここで、平行誤
差は球面鏡のＦナンバー（焦点距離を口径で割った値）
の２乗に逆比例するので、焦点距離を長くすれば平行誤
差を実用上支障のないレベルまで引き下げることができ
る。だいたい、Ｆナンバーを５以上にとれば実用上支障
ないレベルになる。しかし、焦点距離を長くすると光路
長が長くなるという弊害がある。特に近年は液晶基板の
大面積化が進み、露光サイズも対角で１ｍ程度のものが
必要になった。この場合には焦点距離が５ｍも必要にな
り、２次光源から露光面までの光路長は１０ｍにもな
る。装置がこんなに大きくなっては装置コストが上昇す
るだけでなく、高価なクリーンルームの占有面積も増し
てしまう。そこで、本発明は装置コストを上昇させるこ
となく、かつ装置サイズを増大させることなく、露光光
の平行度の改善された露光光学系を提供することを課題
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】光源１０と、集光手段２
０と、２次光源作成手段３０と、コリメーター４０から
成る露光光学系において、光線Ａがコリメーター４０の
接平面４１から出射する角αと光線Ｂがコリメーター４
０の接平面４１から出射する角βが等しくなるようにコ
リメーター４０を弾性変形させる。ただし、光線Ａはコ
リメーター４０へ入射する光軸上の主光線、光線Ｂはコ
リメーター４０へ入射する光軸外を通る主光線である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本実施形態は７４０ｍｍ×６２０
ｍｍの領域を均一強度の紫外光（主波長３６５ｎｍ）で
露光するため光学系で、図１にその構成を示す。１０は
光源であり、本実施形態においては超高圧水銀灯が用い
られているが、基板上に塗布される感光材料によっては
キセノン水銀ランプ等へも代替可能である。２０は集光
手段であり、本実施形態においては楕円鏡が用いられて
いる。集光手段にはこの他、球面鏡、コンデンサーレン
ズなどが含まれる。３０は２次光源作成手段である。本
実施形態においてはロッド３１とレンズ３３から成る。
集光手段２０によって集光された光はロッド３１に投入
され、その内部で全反射を繰り返し、出射端面３２で均
一な光強度分布になる。レンズ３３はロッドの出射端面
３２を露光面６０に拡大投影し、均一な照度分布での露
光を実現する。２次光源作成手段には、図４のようなフ
ライアイレンズも含まれる。これは光束を分割重畳させ
ることによって露光面６０で均一な照度分布を実現する
ものである。

【０００８】コリメーター４０には厚み８ｍｍのガラス
材にアルミニウムを蒸着した球面鏡が用いられる。これ
は２次光源から２．４６ｍの位置に配置され、その焦点
距離は２．５ｍ、口径は１０００ｍｍ×８２０ｍｍであ
る。軸外し角は２８度に設置されている。本発明では後
述するように光線の平行度の補正をコリメーター４０の
弾性変形で行うので、コリメーターには高価な軸外し放
物面鏡を使う必要もなければ、その焦点距離をむやみに
長くする必要もない。しかし、もちろんコリメーターは
球面鏡に限られるものではなく、非球面鏡に弾性変形を
加えてもよい。 ミラー５０は平面鏡である。

【０００９】図５はコリメーター４０が完全な球面の場
合に、露光面６０における光線の平行度を表したもので
ある。矢印の起点は露光面６０上の位置を表し、矢印の
方向は光線の倒れ方向を表している。そして、矢印の長
さは光軸との平行度を示している。コリメーター４０の
球面収差と斜入射の影響で平行度は最悪０．５３度に達
しており、露光位置誤差が無視できない。

【００１０】次に図６はコリメーター４０を図７のよう
な形状に弾性変形させた場合の光線の平行度を表したも
のである。図７はコリメーター４０の変形量を示してお
り、元の球面から±１ミリほど変形されていることがわ
かる。図６にあるように、平行度は最悪値でも０．２度
未満と実用上支障のないレベルにまで改善されている。

【００１１】コリメーター４０をホルダーに入れていく
つかの場所に圧力をかければ図７のような弾性変形は比
較的容易に得られる。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば、露光光束の平行度を改
善するのにコリメーターを軸外し放物面に研磨する必要
がない。このため、露光光学系のコストを下げることが
できる。さらに、本発明によれば、露光光束の平行度を
改善するのにコリメーターの焦点距離を長くする必要も
ない。従って、露光光学系の全光路長を短くすることが
でき、ひいては露光装置の設置床面積を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる露光光学系の全体構成図であ
る。

【図２】露光光の平行度の誤差がパターンの転写ずれの
原因になることを説明する図である。

【図３】軸外し放物面鏡を説明する図である。

【図４】フライアイレンズを表す図である。

【図５】補正をしない場合の露光光の光軸との平行度を
表す図である。

【図６】コリメーター４０を弾性変形させた場合に、露
光光の光軸との平行度を表す図である。

【図７】コリメーター４０の変形量を表す等高線図であ
る。

【図８】従来の露光光学系を説明する図である。

【符号の説明】

１０ 光源 ２０ 集光手段 ３０ ２次光源作成手段 ４０ 球面鏡 ４１ 球面鏡の接平面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源１０と、集光手段２０と、２次光源作
   成手段３０と、コリメーター４０から成る露光光学系に
   おいて、光線Ａがコリメーター４０の接平面４１から出
   射する角αと光線Ｂがコリメーター４０の接平面４１か
   ら出射する角βがほぼ等しくなるようにコリメーター４
   ０を弾性変形させたことを特徴とする露光光学系。ただ
   し、光線Ａはコリメーター４０へ入射する光軸上の主光
   線、光線Ｂはコリメーター４０へ入射する光軸外を通る
   主光線である。