JP2003149740A

JP2003149740A - 光投影装置

Info

Publication number: JP2003149740A
Application number: JP2001351065A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yokoyama; 浩横山; Kazumi Haga; 一実芳賀
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; New Creation Co Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; New Creation Co Ltd
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2003-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】微細で且つワイドエリアの光投影が行える光
投影装置を提供する。【解決手段】反射面の傾きを独立制御可能な複数のミ
ラーを含んで構成される空間光変調器を設け、前記空間
光変調器に光源からの光を照射し、前記空間光変調器で
反射した光を対象物に対して投影する光投影装置におい
て、前記空間光変調器のそれぞれを互いに隙間を隔てて
複数設け、前記複数の空間光変調器と前記対象物との間
に、前記複数の空間光変調器で反射した光を入射して互
いに平行な光として出射する第１の光学手段と、前記平
行な光を屈折させて隣り合う前記空間光変調器の隙間の
光像を消去する第２の光学手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空間光変調器を用
いる光投影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リソグラフィ用の投影露光装置（光投影
装置の１つ）として、マスクアライナとステッパ（縮小
投影露光装置）とがある。前者は、ワイドエリアのレチ
クルマスクパターンを一括露光する装置である。また、
後者のステッパは、半導体プロセス専用のもので、デバ
イスサイズ毎にレチクルマスクパターンを縮小結像させ
て露光する装置となっている。

【０００３】しかしながら、前者のマスクアライナをデ
バイスの研究開発に用いようとすると、レチクルが非常
に高価となり、またレチクルの納期が非常に長くなる。
一方、後者のステッパについても、レチクルの作製につ
いて上記と同様の問題がある。

【０００４】そこで、最近では、反射面の傾きを独立制
御可能な複数のミラーを含んで構成されるＤＭＤ（デジ
タル・ミラーデバイス：空間光変調器の１つ）を設け、
制御コンピュータによる静電界作用によってマイクロミ
ラーをそれぞれ回転制御し、この回転制御により、所定
のパターンをＤＭＤに担持させ、この所定のパターンを
露光対象物に投影する投影露光装置が出現している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＤ
ＭＤを使用する投影露光装置にあっては、ワイドエリア
の光像形成には難点がある。すなわち、ＤＭＤ自体の大
きさには費用的な面での上限値がある一方で、マイクロ
ミラーの大きさには物理的な面での下限値の限界がある
ため、ＤＭＤでワイドエリアの光像形成をしようとする
場合には微細な光像の形成ができないという問題があ
る。

【０００６】本発明は、かかる問題点に鑑みなされたも
ので、微細で且つワイドエリアの光投影が行える光投影
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光投影装置は、
反射面の傾きを独立制御可能な複数のミラーを含んで構
成される空間光変調器を設け、前記空間光変調器に光源
からの光を照射し、前記空間光変調器で反射した光を対
象物に対して投影する光投影装置において、前記空間光
変調器のそれぞれを互いに隙間を隔てて複数設け、前記
複数の空間光変調器と前記対象物との間に、前記複数の
空間光変調器で反射した光を入射して互いに平行な光と
して出射する第１の光学手段と、前記平行な光を屈折さ
せて隣り合う前記空間光変調器の隙間の光像を消去する
第２の光学手段とを備えるものである。

【０００８】ここで「空間光変調器」はコンピュータに
よって制御可能に構成されていることが好ましい。ま
た、「第１の光学手段」としては、例えば結像テレセン
トリック光学系を使用することができる。さらに、「第
２の光学手段」としては、例えば光軸オフセット用光学
プレートを使用することができる。「光軸オフセット用
光学プレート」を用いる場合には、空間光変調器の隙間
に対応した厚さのものが使用され、且つ隣り合う空間光
変調器の隙間の光像が消去される角度で設置されること
が必要である。

【０００９】この光投影装置によれば、複数の空間光変
調器に担持されているパターンを隙間なく一度に対象物
に照射できるので（つまりワイドエリアの照射ができる
ので）、スループットの向上が図れる。この光投影装置
は、半導体基板上に回路パターンを形成する場合の投影
露光に使用して特に有効である。

【００１０】本発明の他の光投影装置は、反射面の傾き
を独立制御可能な複数のミラーを含んで構成される空間
光変調器を設け、前記空間光変調器に光源からの光を照
射し、前記空間光変調器で反射した光を対象物に対して
投影する光投影装置において、前記光源及び前記空間光
変調器のそれぞれを互いに対応させて複数設け、各空間
光変調器を別々の角度から照射するように構成し、前記
複数の空間光変調器と前記対象物との間に、前記複数の
空間光変調器で反射した光を入射して互いに平行な光と
して出射する第３の光学手段を設け、隣り合う前記空間
光変調器の隙間の光像が消去されるように前記複数の空
間光変調器で反射した光を集めて前記第３の手段に入射
するように構成したものである。

【００１１】ここで「空間光変調器」はコンピュータに
よって制御可能に構成されていることが好ましい。ま
た、「第３の光学手段」としては、例えば結像テレセン
トリック光学系を使用することができる。

【００１２】この光投影装置によれば、複数の空間光変
調器に担持されているパターンを隙間なく一度に対象物
に照射できるので（つまりワイドエリアの照射ができる
ので）、スループットの向上が図れる。この光投影装置
は、半導体基板上に回路パターンを形成する場合の投影
露光に使用して特に有効である。

【００１３】

【発明の実施の形態】［第１実施形態］図１には第１実
施形態の光投影装置が示されている。この第１実施形態
の光投影装置１００は次の通り構成されている。

【００１４】同図において符号１は光源を示している。
この光源１としては特に制限はされないがメタルハライ
ドランプ、ハロゲンランプ又はキセノンランプ等が用い
られる。光源１の近くにはリフレクタ２が設置される。
このリフレクタ２は光源１からの光を反射して集束光に
して次段の４つのＤＭＤ３ａ〜３ｄ（同図円内参照、な
お「ＤＭＤ」を総称する場合には符号３を使用する。）
に向ける作用をなす。なお、ここでは、１つの光源１に
よって４つのＤＭＤ３ａ〜３ｄを照射しているが、複
数、例えば各ＤＭＤに対応して光源及びリフレクタの組
を設けてもよい。また、集束光とせずに平行光であって
もよい。

【００１５】４つのＤＭＤ（デジタル・ミラーデバイ
ス）３ａ〜３ｄは縦横２行２列に設置されている。この
ＤＭＤ３ａ〜３ｄにはリフレクタ２からの平行光が斜方
から入射する。各ＤＭＤは全体として方形状又は矩形状
を呈しており、マイクロミラーがマトリクス状に並べら
れた構造となっている。各マイクロミラーは、図示しな
い制御コンピュータによる静電界作用によってそれぞれ
回転制御され、この回転制御により、所定の（ミラー）
パターンを担持できるようになっている。パターンの担
持では、４つのＤＭＤ３ａ〜３ｄに同一パターンを担持
させてもよいし、互いに異なるパターンを担持させても
よい。前者の場合は、対象物に同一パターンを複数形成
する場合に有利である。例えば半導体基板上にチップ毎
に同一の回路パターンを形成する場合に有利である。一
方、後者の場合は、対象物の異なる場所に異なるパター
ンを形成する場合に有利である。例えば少量他品種の回
路パターンを半導体基板上に同時に形成する場合に有利
である。また、場合によっては異なるパターンを組み合
わせることにより１つのチップの回路パターンを形成す
ることもできる。なお、実施形態の光投影装置１００の
場合、縦横のＤＭＤの間には所定の隙間が設けられる。
この隙間はＤＭＤの枠の構造上或いはＤＭＤの設置上で
不可避的に生じる隙間であるが、場合によっては意図的
に隙間間隔を調整することもできる。

【００１６】同図において符号４は等倍結像テレセント
リック光学系を示している。この等倍結像テレセントリ
ック光学系４は前記ＤＭＤ３ａ〜３ｄの法線方向に平行
な光軸を持つ。この等倍結像テレセントリック光学系４
はＤＭＤ３ａ〜３ｄで反射された光（反射光）を平行に
して次段の２組の光軸オフセット用光学プレート５，６
に向けて出力する作用をなす。なお、この等倍結像テレ
セントリック光学系４は複数のレンズを含んで構成され
ているが、ここでは便宜上１枚のレンズとして示してあ
る。

【００１７】各組の光軸オフセット用光学プレート５，
６は各２枚の光軸オフセット用光学プレート５ａ，５ｂ
及び６ａ，６ｂから構成されている。

【００１８】一方の組の光軸オフセット用光学プレート
５は等倍結像テレセントリック光学系４からの光が最初
に入射するもので、同図上で上下に配設された２枚の光
軸オフセット用光学プレート５ａ，５ｂが等倍結像テレ
セントリック光学系４側に向けて凸となるように屈曲状
態で並べられたものである。この一方の組の光軸オフセ
ット用光学プレート５への光の入射方向は等倍結像テレ
セントリック光学系４の光軸と平行であり、また、この
一方の組の光軸オフセット用光学プレート５の屈曲部分
はちょうど（同図上で）上下のＤＭＤの隙間部分に対応
した位置となっているので、この２枚の光軸オフセット
用光学プレート５ａ，５ｂでの光の屈折作用によって、
（同図上で）上下のＤＭＤの隙間に対応する光像が消去
される。なお、この一方の組の光軸オフセット用光学プ
レート５から出た光は、等倍結像テレセントリック光学
系４から出た光と比べ、同図上で上下の幅が狭くはなる
が平行光となって、他方の組の光軸オフセット用光学プ
レート６に入射する。

【００１９】他方の組の光軸オフセット用光学プレート
６は前記一方の組の光軸オフセット用光学プレート５を
通過した光が入射するもので、同図上で紙面前後に配設
された２枚の光軸オフセット用光学プレート６ａ，６ｂ
が等倍結像テレセントリック光学系４に向けて凸となる
ように屈曲状態で並べられたものである（図１の「上か
ら見た図参照）。この他方の組の光軸オフセット用光学
プレート６への光の入射方向は等倍結像テレセントリッ
ク光学系４の光軸と平行であり、また、この他方の組の
光軸オフセット用光学プレート６の屈曲部分はちょうど
（同図上で）紙面前後のＤＭＤの隙間部分に対応した位
置となっているので、この２枚の光軸オフセット用光学
プレート６ａ，６ｂでの光の屈折作用によって、（同図
上で）紙面前後のＤＭＤの隙間に対応する光像が消去さ
れる。なお、この他方の組の光軸オフセット用光学プレ
ート６から出た光は、光軸オフセット用光学プレート５
から出た光と比べ、同図上で紙面前後の幅が狭くはなる
が平行光となって、次段の全反射ミラー７に入射する。

【００２０】全反射ミラー７は同図上で光路を下方に屈
曲させる作用をなす。この全反射ミラー７は必ずしも必
要ではないが、装置のコンパクト化や装置の操作性を向
上させるのに適している。この全反射ミラー７で反射さ
れた光は等倍結像テレセントリックリレー光学系８に入
射する。

【００２１】等倍結像テレセントリックリレー光学系８
は複数のレンズを含んで構成されているが、ここでは便
宜上１枚のレンズとして示してある。この等倍結像テレ
セントリックリレー光学系８からの光は次段の無限遠補
正対物レンズ光学系９に入射される。なお、この等倍結
像テレセントリックリレー光学系８は必ずしも必要ない
が、全反射ミラー７から対象物（例えば露光対象物）ま
での距離が大きい場合や大きく変化する場合に適してい
る。

【００２２】無限遠補正対物レンズ光学系９は顕微鏡等
に使用されているものであり、各種収差等を補正を行う
作用をなす。この無限遠補正対物レンズ光学系９は、対
物レンズと、結像のための補助レンズを含んで構成さ
れ、この無限遠補正対物レンズ９を出た光は対象物（例
えば露光対象物）１０に照射（投影）される。

【００２３】対象物１０は図示しないステージ上に設置
され、このステージによって無限遠補正対物レンズ９の
光軸に平行な方向とその光軸に直交する面内で移動でき
るようにされている。

【００２４】このように構成された光投影装置によれ
ば、縦横２行２列に並べられたＤＭＤ３ａ〜３ｄに担持
されたパターンを反映した光は光源１によって照射さ
れ、等倍結像テレセントリック光学系４を経て光軸オフ
セット用光学プレート５，６に入射される。そして、こ
の光軸オフセット用光学プレート５，６によって縦横の
ＤＭＤの間の隙間の光像が消去される。これによって、
縦横２行２列に並べられたＤＭＤ３ａ〜３ｄに担持され
たパターンが実質的に繋がることになる。そして、繋が
ったパターンを反映した光は全反射ミラー７、等倍結像
テレセントリックリレー光学系８，無限遠補正対物レン
ズ光学系９を経て対象物１０に投影される。

【００２５】なおちなみに、同図において、第１像位置
における光像はＤＭＤのパターンと同様にパターン同士
が離れた状態にあり、第２像位置における光像はパター
ン同士が接した状態（図１の円内参照）にある。

【００２６】［第２実施形態］図２には第２実施形態の
光投影装置が示されている。この第２実施形態の光投影
装置２００は次の通り構成されている。

【００２７】この第２実施形態の光投影装置２００は、
全反射ミラー７、等倍結像テレセントリックリレー光学
系８及び無限遠補正対物レンズ光学系９の構成は、前記
第１実施形態の光学形成装置１００と同じである。した
がって、それらの詳細な説明は省略し、以下、相違する
点を中心に説明する。

【００２８】第２実施形態の光投影装置２００ではＤＭ
Ｄ３ａ〜３ｄに対応して光源２１が４つ設けられてい
る。光源２１としては、特に限定はされないが、第１実
施形態の光投影装置１００と同様にメタルハライドラン
プ、ハロゲンランプ又はキセノンランプが使用されてい
る。

【００２９】また、各光源２１に対応してリフレクタ２
２が設けられている。このリフレクタ２２は光源２１か
らの光を反射して平行光にして次段の４つのＤＭＤ３ａ
〜３ｄに向ける作用をなす。

【００３０】４つのＤＭＤ（デジタル・ミラーデバイ
ス）３ａ〜３ｄは縦横２行２列で設置されているが、第
１実施形態の光投影装置１００の場合よりも、縦横のＤ
ＭＤの間の隙間が大きくなっている（同図円内参照）。
このＤＭＤ３ａ〜３ｄにはリフレクタ２２からの平行光
が斜方から入射する。この場合、リフレクタ２２からの
平行光は対応するＤＭＤで反射されて次段の等倍結像テ
レセントリック光学系４の絞り位置に向かうように設定
され、４つのＤＭＤ３ａ〜３ｄからの光が等倍結像テレ
セントリック光学系４の直前で集まり、縦横のＤＭＤ３
のパターンが実質的に繋がった状態の光が等倍結像テレ
セントリック光学系４に入射されるようになっている。
そして、等倍結像テレセントリック光学系４から出射し
た際にはＤＭＤ間の隙間の光像が消去されるようになっ
ている。

【００３１】各ＤＭＤは全体として方形状又は矩形状を
呈しており、マイクロミラーがマトリクス状に並べられ
た構造となっている点、各マイクロミラーは、図示しな
い制御コンピュータによる静電界作用によってそれぞれ
回転制御され、この回転制御により、所定のパターンを
担持できるようになっている点、４つのＤＭＤ３ａ〜３
ｄに同一パターンを担持させてもよいし、互いに異なる
パターンを担持させてもよい点は、第１実施形態の光投
影装置１００の場合と同じである。

【００３２】なお、第２実施形態の光投影装置２００で
は、等倍結像テレセントリック光学系４と全反射ミラー
７との間に光軸オフセット用光学プレート５，６は設け
られていない。

【００３３】このように構成された光投影装置２００に
よれば、縦横２行２列に並べられたＤＭＤ３ａ〜３ｄに
担持されたパターンは光源２１によって照射され、等倍
結像テレセントリック光学系４に入射される。この場
合、縦横２行２列に並べられたＤＭＤ３ａ〜３ｄに担持
されたパターンが繋がった状態の光が等倍結像テレセン
トリック光学系４に入射される。換言すれば、縦横のＤ
ＭＤの間の隙間の光像が消去された光が等倍結像テレセ
ントリック光学系４に入射される。これによって、そし
て、等倍結像テレセントリック光学系４から出射された
光は全反射ミラー７、等倍結像テレセントリックリレー
光学系８，無限遠補正対物レンズ光学系９を経て対象物
１０に投影される。

【００３４】なおちなみに、同図において、第１像位置
及び第２像位置における光像はパターン同士が接した状
態（図２円内参照）にある。

【００３５】［第３実施形態］図３には第３実施形態の
光投影装置が示されている。この第３実施形態の光投影
装置３００は次の通り構成されている。

【００３６】この光投影装置３００が前記第２実施形態
の光投影装置２００と異なる点は、各ＤＭＤ３とそのＤ
ＭＤ３に対応する等倍結像テレセントリック光学系４と
の間に２つの両側テレセントリックレンズ３１，３２を
隔離して設けた点である。その他の点は、第２実施形態
の光投影装置２００と同じであるので、第２実施形態の
場合と同じ符号を付し、その説明は省略する。

【００３７】この光投影装置３００は、特に限定はされ
ないが、ＤＭＤ３と等倍結像テレセントリック光学系４
との間の距離を大きくしなければならない場合に使用さ
れる。

【００３８】続いて、この光投影装置３００におけるＤ
ＭＤ相互の位置決め方法について、ＤＭＤ３ａとＤＭＤ
３ｂを例に図４を用いて説明すれば、ＤＭＤ３ａの右端
の１ラインとＤＭＤ３ｂの左端の１ラインが重なるよう
に位置合わせをする。具体的には、中間像の所に、反射
率の小さなハーフミラー５０を設け、それぞれのＤＭＤ
の重なるべきラインのみを明状態にする。この場合、Ｄ
ＭＤのタイリング（重ね合わせ）が正しく行われている
と、ＤＭＤ３ａの右端ラインからの光は、ハーフミラー
５０で反射して３ｂの左端ラインに転写され、一方、Ｄ
ＭＤ３ｂの左端ラインからの光は、ハーフミラー５０で
反射して３ａの右端ラインに転写される。そして、ＤＭ
Ｄからの逆反射は、このときに最高となる。このこと
は、最高となる位置を見つけることにより、ＤＭＤ相互
の位置決めがなされることを意味する。

【００３９】［第４実施形態］図５には第４実施形態の
光投影装置が示されている。この第４実施形態の光投影
装置４００は次の通り構成されている。

【００４０】この光投影装置４００が前記第２実施形態
の光投影装置２００と異なる点は、４つのＤＭＤ３で反
射した光をそれぞれ別の等倍結像テレセントリック光学
系４４に入射させ、その等倍結像テレセントリック光学
系４４から出射した光を全反射ミラー４５で反射させた
後、まとめた状態で１の等倍結像テレセントリックリレ
ー光学系４６に入射させるようにした点である。なお、
全反射ミラー７、等倍結像テレセントリックリレー光学
系８及び無限遠補正対物レンズ光学系９の構成は、前記
第１実施形態の光学形成装置１００と同じである。した
がって、第２実施形態の場合と同じ符号を付し、その説
明は省略する。

【００４１】この光投影装置４００にあっては等倍結像
テレセントリックリレー光学系４６を出射した光は、縦
横のＤＭＤ３の隙間の光像が消去されたものとなるが、
各ＤＭＤ３の光像が傾斜することになる。しかし、縮小
率が大きい場合にはその傾斜の影響が少ないので十分に
実用的なものとなる。

【００４２】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である
ことはいうまでもない。

【００４３】例えば、前記実施形態の光投影装置１０
０，２００では無限補正対物レンズ光学系９を経て対象
物１０に投影するようにしているが、無限補正対物レン
ズ光学系９の代わりに、有限補正対物レンズ系を設置し
てもよい。

【００４４】なお、本発明では、光源からの光をＤＭＤ
に照射し、この反射光を対象物に照射する場合について
説明したが、制御コンピュータによってパターン制御可
能な液晶板に光源からの光を照射し、その反射光又は透
過光を、光を屈折する光学部品例えば光軸オフセット用
光学プレートに入射した後に対象物に照射するようにし
てもよい。

【００４５】

【発明の効果】本発明の代表的なものの効果について説
明すれば、反射面の傾きを独立制御可能な複数のミラー
を含んで構成される空間光変調器を設け、前記空間光変
調器に光源からの光を照射し、前記空間光変調器で反射
した光を対象物に対して投影する光投影装置において、
前記空間光変調器のそれぞれを互いに隙間を隔てて複数
設け、前記複数の空間光変調器と前記対象物との間に、
前記複数の空間光変調器で反射した光を入射して互いに
平行な光として出射する第１の光学手段と、前記平行な
光を屈折させて隣り合う前記空間光変調器の隙間の光像
を消去する第２の光学手段とを備えるので、微細且つワ
イドエリアの光像形成のスループットが向上することに
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の光投影装置の要部の構成図であ
る。

【図２】第２実施形態の光投影装置の要部の構成図であ
る。

【図３】第３実施形態の光投影装置の要部の構成図であ
る。

【図４】ＤＭＤの位置決め方法を説明するための図であ
る。

【図５】第４実施形態の光投影装置の要部の構成図であ
る。

【符号の説明】

１，２１光源２，２２リフレクタ３ＤＭＤ４，４４等倍結像テレセントリック光学系５，６光軸オフセット用光学プレート７全反射ミラー８等倍結像テレセントリックリレー
光学系９無限遠補正対物レンズ光学系１０対象物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者芳賀一実東京都狛江市中和泉５丁目33番地37号株式会社ニュークリエイション内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射面の傾きを独立制御可能な複数のミ
ラーを含んで構成される空間光変調器を設け、前記空間
光変調器に光源からの光を照射し、前記空間光変調器で
反射した光を対象物に対して投影する光投影装置におい
て、前記空間光変調器のそれぞれを互いに隙間を隔てて
複数設け、前記複数の空間光変調器と前記対象物との間
に、前記複数の空間光変調器で反射した光を入射して互
いに平行な光として出射する第１の光学手段と、前記平
行な光を屈折させて隣り合う前記空間光変調器の隙間の
光像を消去する第２の光学手段とを備えることを特徴と
する光投影装置。
【請求項２】第１の光学手段は等倍結像テレセントリ
ック光学系であることを特徴とする請求項１記載の光投
影装置。
【請求項３】第２の光学手段は光軸オフセット用光学
プレートであることを特徴とする請求項１又は２記載の
光投影装置。
【請求項４】反射面の傾きを独立制御可能な複数のミ
ラーを含んで構成される空間光変調器を設け、前記空間
光変調器に光源からの光を照射し、前記空間光変調器で
反射した光を対象物に対して投影する光投影装置におい
て、前記光源及び前記空間光変調器のそれぞれを互いに
対応させて複数設け、各空間光変調器を別々の角度から
照射するように構成し、前記複数の空間光変調器と前記
対象物との間に、前記複数の空間光変調器で反射した光
を入射して互いに平行な光として出射する第３の光学手
段を設け、隣り合う前記空間光変調器の隙間の光像が消
去されるように前記複数の空間光変調器で反射した光を
集めて前記第３の手段に入射するように構成したことを
特徴とする光投影装置。
【請求項５】第３の光学手段は等倍結像テレセントリ
ック光学系であることを特徴とする請求項４記載の光投
影装置。