JPH05165221A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 同心円形状の微細グレーティングを均一に形
成する露光装置を提供することを目的とする。 【構成】 図１（ａ）において、１５はレーザー光源と
干渉レンズの間に設けられた円環マスクであり、円環状
の領域１６の光束を透過させることで、露光面上の干渉
領域を制限して、特定の領域(−ｘ２＜ｘ＜＋ｘ２)内で
同心円グレーティングが作成できるようにする。ここ
で、円環状の透過率変調フィルター１７を設けること
で、屈折光２２ａ、２２ｂの強度分布は曲線２３のよう
になす。 【効果】 図１（ｂ）に示すように露光面上の光強度分
布が実線２１のように−ｘ２＜ｘ＜＋ｘ２の領域でより
均一になる。これにより、中心近傍の露光条件に対する
裕度が高まるため、露光領域内でグレーティングが形成
される領域がより広くできるなる(ΔｘAの輪帯状グレー
ティング形成領域がΔｘBの領域になる。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は同心円形状のグレーティ
ングを作成する露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、グレーティングレンズやフレネル
レンズ、同心円グレーティングカプラや同心円集光グレ
ーティングカプラなどの平面構成の新しい光学素子の研
究開発が盛んであり、これらの素子を作成するための同
心円状のグレーティングパターンの露光装置の研究開発
も活発化している。

【０００３】この様な同心円状のグレーティングパター
ンを作成する手段として、我々は、特出願 平成３年４
７８７８号（平成３年３月１３日出願）において、新た
な露光法、露光装置の提案を行なった。以下図面を参照
しながら、この先行技術であるグレーティングパターン
露光装置について説明する。

【０００４】図３は、上記特願平３−４７８７８号に記
載の露光装置の実施例の断面構成を示すものである。図
３において、１はレーザー光源、２はシャッター、３は
可変アッテネータ、４は１／４波長板、５はビーム拡大
レンズ、６は空間フィルター、７はコリメーションレン
ズ、８ａはＮＤフィルター、８ｂはパターニングマス
ク、９は干渉レンズ、１０は試料基板、１１は試料基板
上に形成された感光膜である。

【０００５】ここで、ＮＤフィルター８ａは光軸を中心
とする円または円群を境に透過率の異なるフィルターで
あり、干渉レンズの屈折面形状によって集束性の光と発
散性の光との光束干渉となる場合であっても高いコント
ラストが得られるように、各々の光束の光強度を調整す
る。

【０００６】パターニングマスク８ｂは透明基板上に軸
対称な図形の遮光膜を形成したもので、それらの対称軸
（中心軸）は干渉レンズ９の中心軸９Ｌに一致してお
り、露光面の干渉領域を特定の範囲に設定する。

【０００７】干渉レンズ９は軸９Ｌに対し回転対称な形
状をなし、入射面９Ｐは平面、出射面９Ｓは円錐面に近
い回転面である。干渉レンズ９は中心軸９Ｌがレーザー
光の光軸に一致している。試料基板１０は、表面が中心
軸９Ｌと直交するとともに試料基板１０を軸９Ｌすなわ
ち矢印１３にそって動かすことができる。

【０００８】次に、上記のように構成された露光装置の
動作について説明する。図３においてレーザー光源１を
出射するレーザー光はシャッター２により光の通過を制
御され、可変アッテネータ３により光量を段階的に調整
される。また１／４波長板４を透過することで円偏光に
変換され、屈折光量および振動面方位の回転対称性を保
ちつつ、ビーム拡大レンズ５により集束光に変換されて
空間フィルター６の円形スリット内に集光し、これを通
過してコリメーションレンズ７によりビーム径の拡大さ
れた平面波に変換される。

【０００９】この平面波はＮＤフィルター８ａ、パター
ニングマスク８ｂを経てその一部が減衰、遮光され、干
渉レンズ９の入射面９Ｐに垂直入射し、出射面９Ｓを光
線１２ａ、１２ｂ、１２Ａ、１２Ｂのごとく屈折して感
光膜１１上に入射する。光線１２ａと１２Ａおよび１２
ｂと１２Ｂはそれぞれ中心軸９Ｌに対する同一円周上の
対角に位置し、感光膜１１上で光線１２ａはこれよりや
や内周側の光線１２Ｂと、光線１２Ａはこれよりやや内
周側の光線１２ｂと干渉し、全体として中心軸９Ｌを中
心とする同心円の干渉縞を形成する。この干渉縞により
パターン露光すれば、同心円のグレーティングパターン
が得られる。

【００１０】なお、露光装置の干渉レンズ回転面の母線
形状を適当に設定することで、特定のグレーティングピ
ッチ変調を有する同心円グレーティングパターンを得る
こともできる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成の露光装置において、次のような問題点があっ
た。以下、図４を用いてこれを説明する。図４（ａ）
は、従来の露光装置における干渉レンズおよび露光面の
断面の一部を示し、図４（ｂ）は露光面における光強度
分布を示す。

【００１２】図４（ａ）において干渉レンズ９の屈折面
９Ｓで屈折した光１２ａは、対角母線を屈折した光１２
ｂと互いに干渉し、露光面１１Ａの表面では図中の−ｘ
1〜＋ｘ１を直径とする円形領域で同心円の干渉縞を形
成する。ここで、干渉レンズ９は光を光軸近傍に集光す
る作用をも有するために、露光面における光強度分布は
図４（ｂ）の曲線１０１に示すように光軸上で最大とな
る。

【００１３】このため、−ｘ1〜＋ｘ１を直径とする円
形領域の中心と外周部とでは、露光状態が著しく異な
り、レジストのγ特性で完全に補償することができず、
中心部では過露光部が生じてしまう。特に、光軸近傍の
微小な円形領域内に同心円グレーティングを形成する場
合には、中心近傍の過露光部１０２の面積が、グレーテ
ィングを形成したい領域（−ｘ1〜＋ｘ１を直径とする
円形領域）に対して占める割合が多くなり、グレーティ
ングの形成領域は、輪帯領域１０３に限定されるという
問題があった。

【００１４】本発明は、上記問題点に鑑み、光軸近傍に
おけるグレーティング形成領域がより広い露光装置を提
供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の露光装置は、レーザー光源と、光源から出
射するレーザー光の光軸を軸とする回転面で屈折させる
屈折体と、レーザー光の光軸にほぼ直交する基板上に形
成された感光膜、およびレーザー光源と屈折体の間また
は屈折体と感光膜基板との間に、感光膜表面近傍にて光
軸と交差する光束部分の強度を低減する透過率変調フィ
ルターまたは円環状の遮光フィルターを有する構成の露
光装置である。また、円環状の透過率変調フィルターが
光軸中心に対する動径方向に異なる透過率を有してもよ
い。

【００１６】

【作用】本発明は上記の構成によって、露光面における
光軸近傍の光強度の集中を緩和でき、露光面上の光強度
分布をより均一にできるために、光軸近傍のグレーティ
ング形成範囲を広げることができる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例における露光装置につい
て、図面を参照しながら説明する。なお、装置の全体的
な構成は従来例とほぼ同じであるので説明を省略する。

【００１８】図１（ａ）は、本発明の実施例の露光装置
における円環状の透過率変調フィルターをふくむ円環マ
スクの平面図である。図１（ａ）において、円環マスク
１５は輪帯状の開口部１６を有しており、感光板上にお
ける露光領域を規定している。輪帯状の開口部１６内に
は輪帯状の透過率調整フィルター１７が設けられてお
り、開口部１６の他の部分に比べて透過率が低減されて
いる。

【００１９】図１（ｂ）はこの円環マスクと干渉レンズ
および感光膜基板の一部の断面を示す図であり、円環マ
スク１５は干渉レンズ１９の光入射側に配置されてい
る。ここで、透過率調整フィルター１７が無い場合の露
光面１８に置ける光の強度分布は図１（ｃ）の破線２０
で示すような中心に強度の集中したものとなるが、円環
マスク１５を通過する輪帯状の断面を有する光束３０の
うち、露光面の表面近傍で光軸と交差する部分（図中、
−ｘ１＜ｘ＜ｘ１）に相当する光束３１の強度を透過率
調整フィルター１７により低減させているため、露光面
における光の強度分布は、図１（ｃ）の実線２１に示さ
れるように、光軸上における光の集中が緩和された、よ
り均一な強度分布となる。

【００２０】従って、露光面１８上の干渉領域（−ｘ２
＜ｘ＜＋ｘ２）内で同心円グレーティングが作成できる
領域が、中心近傍の露光条件に対する裕度が高まるた
め、中心に向かってより広くなる(ΔｘAの輪帯状グレー
ティング形成領域がΔｘBの領域になる。）。なお、こ
の円環状透過率変調フィルターは円環状遮光体であって
もよい。すなわち、円環状遮光体のエッジでは回折によ
る光の回り込みが生ずるために、円環の幅が十分小さけ
れば、中心部にも干渉縞を発生させる光が存在する。

【００２１】また、図２（ａ）は本発明の別の実施例に
おける透過率変調フィルター１７Ａを含む円環マスク１
５Ａの平面図であり、図２（ｂ）のごとく、円環開口内
で露光面上で光軸と交差する光束に対する透過率を最小
とし、中心Ｏに対する動径方向に外周及び内周にむかっ
て透過率を連続的またはステップ状に増加させること
で、グレーティング形成領域の外周部にむかって光強度
が強くなることになり、露光面における光の強度分布を
より均一にすることもできる（図２（ｃ）の露光面上の
光強度分布曲線２１が２３になる。）。

【００２２】なお、本実施例では円環状の透過率調整フ
ィルターまたは円環状の遮光体を干渉レンズの光入射側
に隣接した円環マスク上に設けているが、別の透明基板
に独立して設けてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明は、レーザー光源と
屈折体の間または屈折体と感光平板との間に、感光膜表
面近傍にて光軸と交差する光束部分の強度を低減する円
環状の透過率変調フィルターまたは円環遮光体を設ける
ことで、露光面における光軸近傍の光の集中を緩和でき
るために、光軸近傍のグレーティング形成範囲をより広
げることができ、微小領域でグレーティングレンズやフ
レネルレンズ、同心円グレーティングカプラや同心円集
光グレーティングカプラなどの平面構成の光学素子を作
成するための同心円状のグレーティングパターンの露光
装置としてきわめて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施例の露光装置における円
環状透過率変調フィルターまたは円環遮光体をふくむ円
環マスクの平面図 （ｂ）は円環マスクと干渉レンズと感光平板の断面図 （ｃ）は露光面における光軸近傍の光強度分布図

【図２】（ａ）は本発明の別の実施例における円環状の
透過率調整フィルターを含む円環マスクの平面図 （ｂ）はその円環マスクを透過する光に対するフィルタ
ーの透過率 （ｃ）は露光面上の光強度分布図

【図３】本願出願人が提案した先行技術における露光装
置の概略図

【図４】（ａ）は同先行技術の露光装置における干渉レ
ンズの回転面母線および露光面の一部断面図 （ｂ）は光軸近傍における光の強度分布図

【符号の説明】

１７、１７Ａ 透過率変調フィルター

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザー光源と、前記光源から出射するレ
   ーザー光の光軸を軸とする回転面で屈折させる屈折体
   と、前記レーザー光の光軸にほぼ直交する基板上に形成
   された感光膜とからなり、前記屈折体の各対角母線で屈
   折した光束が交差、干渉して光軸法平面上にて形成され
   る同心円状の周期的明暗縞により前記感光膜をパターン
   露光する露光装置であり、前記レーザー光源と屈折体の
   間、または前記屈折体と前記基板との間に、感光膜表面
   のごく近傍で光軸と交差する光束の光強度を低減させる
   円環状の透過率調整フィルターもしくは前記光束を遮光
   する円環状の遮光フィルターを有することを特徴とする
   露光装置。
2. 【請求項２】透過率調整フィルターが、感光膜表面のご
   く近傍で光軸と交差する光束に対する透過率を最小とし
   て光軸を中心とする動径方向に連続的またはステップ状
   に異なる透過率を有することを特徴とする請求項１記載
   の露光装置。