JPS60241035A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はフォトレジストを塗布したワークにマスクの
パターンを焼付ける露光装置に関するものである。一般
にこのような露光装置には密着型露光装置、近接型露光
装置及び投影型露光装置等がある。この発明は近接型露
光装置に関し大面積の露光面を要求され、プロキシミテ
ィギャソプを設けて５〜１０μｍ前後のパターン精度が
要求されるワークの製造に適した近接型露光装置を提供
するものである。

第１図は従来の近接型露光装置を示す概略構成図である
。フォトレジストが塗布されたワーク１の表面上方には
所定距離り離隔してマスク２が配置されており、マスク
２のパターンは露光光束３をワーク１上に投影し焼付け
られるようになっている。４は水銀灯の光源であり、そ
こから出た放射光線は一対の楕円凹面鏡５により反射集
光される。集光された露光光束３は最初のコールドミラ
ー６により露光に要求される紫外線のみが反射され、フ
ライアイレンズ７を通り、更に次のコールドミラー６を
通りコリメーターレンズ８により平行光線となる。この
ような平行光線の露光光束３はマスク２上に照射される
。ワーク１とマスク２との間に、はプロキシミティギャ
ソプＤが設けられ。

マスク２がワーク１のレジスト面に接触しないように装
置される。なおフライアイレンズ７は露光光束３を露光
面全域に渡って一様な明るさにするための機能を持って
いる。ここで光線４は一般にクセノン−水銀ランプが使
用されており、その放射光は３６５ｒ＋ｍ　、４００ｎ
ｍおよび４３５ｎｍ輝線スペクトルを含むものである。

これらの輝線は部分的に位相が揃っており、干渉性即ち
コヒーレントな光線となって各輝線とも全放射線中に１
〜５％のコヒーレント光の存在が認められる。第２図は
ワーク１とマスク２との位置関係を拡大して示しており
、マスク２にはパターンを構成するスリット、即ち切抜
部９が形成されている。この切抜部９の幅をｌとすると
露光光束３はマスク２の端面（エツジ）において回折し
レジスト面上にフレンネル回折模様を生じる。したがっ
て、例えば３６５ｎｍ輝線はエツジ直下からの幾何学的
距離Ｘが変るとそのＸに対して明暗の“しま″　（コン
１〜ラスト）を生じる。“しま゛を生じる条件式は露光
光束３の波長牽λ、プロキシミテイギャソプをり、前記
エツジ直下からの距離をＸとすると、 ｆ’；”ｊ”　−Ｄ　＝　ｍλ　のとき明　Ｘ＃　Ｉ■
７゜ｐ　−Ｄ−１２ｍ＋１）（７）トキ０９　、’Ｘ、
＃　、ｂｎ訂丁而面。

となる。このときｍは自然数１．２．３・・・・・・で
あり、Ｄ〉λ　（即ちキャンプＤは４００μｍ程度のと
きλは０．４μｍ程度である・）として近位を採用して
いる。

上記両式に現わされる位置に明暗の対照模様を生じる。

２次元の例えば第３図（イ）に示されるマスク２のパタ
ーンは、ワーク１の上では同図（ロ）に示すように周縁
部、特にコーナ一部に凸凹の歪みを生じる。露光光束３
は完全なコヒーレントな光線ではないとはいえ１〜５％
程度輝線でコヒーレント性を有するため、パターン製造
上マスク２のワーク１への再現性、解像性に悪影響を及
ぼしている。このようにしてマスク２の焼付は工程にお
いて大きな問題点となっていた。

一方露光光線の干渉性を排し、電子線やＸ線を光源とし
たり、無収差投影光学系を採用したりした露光装置も既
に開発されている。しかしながらこのような露光装置は
複雑なレンズ系や、装置を制御するため高度な電子回路
が必要となり結果的に高価な露光装置となってしまうと
いう問題点があった。

この発明は従来の問題点に着目してなされたもので露光
光束を遮断するシャッターに同期して、露光中に適当回
数回転を行うフライアイレンズを光学系の一部に採用す
ることにより上記問題点を解決することを目的としてい
る。また、多数のレンズ群と対応する別の多数のレンズ
群とを組合せてフライアイレンズを構成し、対応するレ
ンズ同志を離隔接近させることにより露光領域を任意に
縮小拡大し任意の大きさのパターンやワークに適応でき
る露光装置を提供することを目的としている。以下この
発明を図面及び原理図に基づいて説明する。第４図乃至
第８図において、箱体１１には光源としての水銀灯１２
が所定の電気配線を施されて設けられており、この水銀
灯１２はショートアークタイプ、例えば電極間の距離が
１−はどのもので出力は略ＩＫＷである。強力な紫外線
光源としては希薄水銀気体中の放電により生ずる光が最
も簡便なものである。水銀灯１２を囲むように楕円凹面
鏡１３が箱体１１に固設されており、楕円凹面鏡１３は
第４図中上方に向けて開口部１４を有している。　□ 開口部１４に対面する位置で箱体１１の上方には第１ミ
ラー１５が設けられており、この第１ミラー１５の中心
点と開口部１４の中心点とは略同−線上に位置するとと
もに、第１ミラー１５の反射面は、これら中心点を結ぶ
線即ち入射光線と所定角度傾斜している。楕円凹面鏡１
３と第１ミラー１５とは第１の光学系を構成している。

第１ミラー１５からの反射光線に対面する位置で箱体１
１の側壁１６にはフライアイレンズ１７が後述するよう
な構造になって回転自在に設けられており、フライアイ
レンズ１７の中心点と第１ミラー１５の中心点とは略同
−直線上に位置している。

フライアイレンズ１７と第１ミラー１５との間にはシャ
ッター１８が介在し、箱体１１に取付けられており、こ
のシャッター１８は減速機付のヒステリシスモーフ１９
により駆動されるようになっている。

フライアイレンズ１７の後面に対面する位置で箱体１１
には第２ミラー２０が設けられており、この第２ミラー
２０の中心点とフライアイレンズ１７の中心点とは略同
−線上に位置するとともに、第２ミラー２０の反射面は
、これら中心点を結ぶ綿、即ち入射光線と所定角度傾斜
している。このようにして、シャッター１８とフライア
イレンズ１７とは第１ミラー１５と第２ミラー２０との
間に介装されている。第２ミラー２０からの反射光綿に
対面する位置で箱体１１の上方には大型のコリメーター
ミラー２１が設られており、第２ミラー２０の中心点と
コリメーターミラー２１の中心点とは略同−直線上に位
置するとともに、コリメーターミラー２１からの反射光
は箱体１１の下面に略垂直に向うように取付けられてい
る。第２ミラー２０とコリメーターミラー２１とは第２
の光学系を構成している。このコリメーターミラー２１
は第２ミラー２０からの入射光を平行光線にして反射す
るもので４００１１以上の径のものが実用化されており
、透過型のコンデンサレンズに較べて製作が容易である
とともに安価に入手できる。

２２は表面にフォトレジストが塗布されたワークであり
、このワーク２２の上面には所定のパターンが描かれた
マスク２３が所定のプロキシミティギャップＤをもって
平行に配設されている。これらワーク２２とマスク２３
とは公知のチャック（図示せず）により保持されており
、これらの表面はコリメーターミラー２１から入射され
る光線に対して垂直となっている。

次に第５図はフライアイレンズ１７およびその周辺部を
拡大して示す図であり、２５は側壁１６に固設された基
板である。この基板２５の一端部には真円の貫通孔２６
が形成されており、この貫通孔２６には環状の一方のス
リーブ２７が回転自在に挿入されている。

このスリーブ２７の内周には円筒状のホルダ２Ｂの一端
部が同軸に回転自在に挿入されており、このホルダ２８
は内周部にフライアイレンズ１７を保持している。

３０はホルダ２８の他端部が回転自在に挿入された押え
用の上方スリーブであり、この上方スリーブ３０は押え
板３１等により基板２５に固定されている。

これらスリーブ２７と上方スリーブ３０との間でホルダ
２日の外周面３２には後述するベルトが係合するための
規則的な凸条部等が形成されており、ホルダ２８の上端
面には大口径の凸レンズ３３を内装した中空の円筒部３
４が同軸方向に固着されている。

したがってフライアイレンズ１７は、これらスリーブ２
７と、上方スリーブ３０を介して側壁１６に回転自在に
支持されている。

ホルダ２８の上端部の内方には上枠部材５０が嵌合固着
されており、この上枠部材５０の内方には多数の例えば
８〜５０個の小口径の凸レンズ２９　（ａ、ｂ、ｃ・・
・）が同一平面上に固設されている。これら第１１２１
群の凸レンズ２９（ａ。

ｂ、ｃ・・・）の光軸は全てホルダ２８の軸線と平行と
なっている。ホルダ２８の下端部の内方には下枠部材５
１が軸方向に摺動自在に嵌挿されており、下枠部材５１
の内方には同様に多数の例えば８〜５０個の小口径の凸
レンズ２９Ｊ　（ａ、ｂ、ｃ・・・）が同一平面上に固
設されている。これら第２レンズ群の凸レンズ２９Ｊ’
（ａ、ｂ、ｃ・・・）各は前記凸レンズ２９　（ａ、ｂ
、ｃ・・・チ嘆々対応しており、各レンズａ−ａ、’ｂ
−ｂ、ｃ−ｃ、・・・は夫々同一の光軸を有している。

上枠部材５０の両端部には光軸と平行に貫通孔が夫々形
成されており、これら貫通孔には調整軸５２．５３が摺
動可能に挿入されている。２本の調整軸５２．５３の下
端部はねじ部５４．５５が形成されており、これらねじ
部５４．５５は同一ピンチであると共に下枠部材５１の
両端部に形成されたねし孔にねし込まれている。調整軸
５４．５５の上端には外歯が形成された歯車５６．５７
が同軸に夫々設けられており、歯車５６．５７の外歯の
一部は円筒部３４に形成された切欠口５８．５９から夫
々突出している。

６０は内周に歯が形成された内歯車であり、この内歯車
６０の内方には円筒部３５が遊挿されると共に内歯車６
０の内歯と前記歯車５６．５７とは歯合している。内歯
車６０は円筒部３４の外周に形成されたツバ部と保持用
のバネリングとにより抜は留めされている。

したがって、内歯車６０を回転させると歯車５６．５７
、調整軸５２．５３が回転し、ねじ部５４．５５のねし
作用により下枠部材５１は凸レンズ２９Ｊ　（ａ、ｂ、
ｃ・・・）と共に上枠部材５０の凸レンズ２９　（ａ、
ｂ、ｃ・・・）離隔接近するようになっている。

なお第５図中で歯車５６．５７は説明のため拡大して描
いたが凸レンズ３３を通る露光光束の妨げにならない程
度の大きさに形成することができる。

次に、基板２５の他端部には支持板３５がボルト等によ
り取付けられており、この支持板３５には制御可能なイ
ンダクションモータ３６が装着されている。このインダ
クションモータ３６は減速機３７に連結されており、減
速機３７の出力軸３８は基板２５と支持板３５の間に突
出している。

この出力軸３８には外周面に凸条部が形成されたブーＩ
Ｊ　−３９が同軸に固定されており、このプーリー３９
とホルダ２８の外周面３２との間には内方に凹条部を有
する駆動ベルト４０が巻回されている。

したがってインダクションモータ３６の回転により、フ
ライアンレンズ１７及び凸レンズ３３は基板２５に対し
てスリーブ２７．上方スリーブ３０を介して回転するよ
うになっている。

また、シャッター１８を駆動するモータ１９と、このイ
ンダクションモータ３６とは第４図に示す制御回路４２
により所定の関係で回転制御されるようになっている。

次にこの発明の作用について説明する。

水銀灯１２を出た露光光線は楕円凹面鏡１３により反射
集光されて第１ミラー１５に光束が絞ら１ れて入射される。第１ミラー１５により反射された露光
光束りはシャッター１８を通り、凸レンズ３３に入る。

また露光光束りは凸レンズ３３によりフライアイレンズ
１７の全レンズ２９の一端面にのみこまれるようにやや
収束される。

フライアイレンズ１７を出た露光光束りは第２ミラー２
０に入射し、所定の反射角をもってコリメーターミラー
２１に向って反射される。

第６図、第７図に示すように、フライアイレンズ１７の
直前の仮想平面γ上の照度分布は第６図の同心円状にな
っている。これはアーク像が楕円囲繞１３により拡大さ
れて、その像が投影されるからである。点Ｏを中ｒｃ、
−ｂこしてＰ円内照度を１００とすると、Ｑ円内は８０
．Ｒ円内は６ｏおよびＳ円内は５０等のようになってい
る。次に露光光束りがフライアイレンズ１７の個々の凸
レンズ２９に入射すると次のような作用を受ける。今一
対のレンズ２９，２９Ｊ　（ａ−ａ）について考察する
と、レンズ２９，２９Ｊ　（ａ−ａ）後面の仮想平面β
上には同心円Ｐ、　Ｑ、　Ｒ，Ｓの４分の１の部２ 分、即ちａ領域がβ平面全域に渡って投影される。

今凸レンズ２９　Ｊ　（ａｌが凸レンズ２９（δ）から
矢印方向に離隔するとβ平面上に投影されるａ領域は仮
想線で示す縮小したａｌとなる、逆に接近すると拡大す
る。同様にして第７図に示すように第ルンズ群及び第２
レンズ群即ち、凸レンズ２９と２９Ｊの（ｂ　−ｂ）は
ｂＭ域、（ｃ　−ｃ）はＣ領域、（ｄ−ｄ）は４ｗ４域
をβ平面上に投影する。

したがって全ての凸レンズ２９，２９Ｊ　（ａ−ａ。

ｂ−ｂ、ｃ−ｃ、・・・）の集合体の作る投影は重ね合
わされると共に、各対のレンズ（ａ−ａ、ｂ−ｂ、ｃ−
ｃ、・・・）が互に同時に離隔接近することにより仮想
線で示す縮小領域ａｌ　（ｂｌ、ｃｌ・・・）。

実線で示す拡大領域ａ　（ｂ、ｃ、・・・）と変更可能
となる。

このようにして照度分布の偏より全域に拡大され重ねら
れるため、レンズ２９の数を増やすことにより平面上の
照度が全体的に均一となる。

しりかって、第２ミラー２０に入射する露光光束３は均
一な照度分布となっており、この露光光束３はコリメー
ターミラー２１に向かって反射される。コリメーターミ
ラー２１ではこの露光光束３を平行光線（コリメート）
としてマスク２３上に照射する。

また凸レンズ２９Ｊ　（ａ、ｂ、ｃ・・・）の移動によ
り最終的な平行光線は、第４図に示すようにマスク２３
上で仮想線で示す縮小領域から点線で示す拡大領域まで
変化させることが可能となる。したがって任意のサイズ
のマスク、ワークに無駄なく対応させることができる。

更に、制御回路４２によりインダクションモータ３６が
駆動され、減速された出力軸３８はプーリー３９．駆動
ベルト４０を介してフライアイレンズ１７を回転させる
。

そしてシャッター１８の露光時間はヒステリシスモーフ
１９の回転数により制御されるが、この露光時間に対し
てフライアイレンズ１７の回転数を制御回路により任意
に設定することができる。

例えば露光時間１秒に対して毎秒４回転等のように設定
できる。

このようにして水銀灯１２を出た露光光束りはその中に
輝線ス、ベクトル、即ちコヒーレントな成分を数％有し
ているが、フライアイレンズ１７の各レンズ２９を通過
するときに、まずその一部が位相を乱され、更にフライ
アイレンズ１７を回転させることにより、残りのコヒー
レントな輝線スペクトルも殆んど非コヒーレントな光線
に転換されてしまう。

そして非コヒーレントな露光光束りがマスク２３に照射
され、マスク２３上のパターンはワーク２２上に干渉し
まを生ずることなく焼付けられる。

発明者の実験によれば、第８図に示すように、マスク２
３上のパターン幅５〜３０μｍで、プロキシミティギャ
ップ１０〜４００μｍに設定し、矩形パターン（イ）を
ワーク２２上に焼付けたとき、フライアイレンズ１７を
回転させない場合は、同図（ｒｌ）のような焼付パター
ンが得られ、一方、フライアイレンズ１７を所定スピー
ドで回転させると、同図（ハ）に示すような周辺部の境
界が明確な焼付はパターンが得られた。

この発明の露光装置により製造されるパターン５ は大きなワークサイズでかつプロキシミティギャソプを
設定して焼付けなければならない格子１０μｍ前後のパ
ターン精度の要求されるワーク、特に液晶用、サーマル
プリンター用、又はハイブリッドＩＣ用パターンの製造
に適している。

以上説明してきたように、この発明によれば、フライア
イレンズを回転させることにより、非干渉性の強力な面
光源が得られることになり、高解像力をもちかつ大面積
の露光が可能な安価で取扱の簡単な露光装置を提供でき
るという効果が得られる。

また任意のサイズのマスク、パターン、ワークに無駄な
く対応できるとともに必要に応じてパターンの縮小拡大
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の近接型露光装置を示す概略構成図、第２
図は干渉の原理を説明する図、第３図は従来の露光装置
で得られたマスクの焼付図であり、第４図はこの発明の
露光装置を示す正面図、第５図はこの発明の要部拡大断
面図、第６図は照度分６ 布を示す図、第７図は照度分布の一様化を説明する図、
第８図はこの発明の露光装置で得られたマスクの焼付図
である。 １２・・・水銀灯（光源）１５・・・第１ミラー１７・
・・フライアイレンズ　１８甲シヤツター２０・・・第
２ミラー　２１・・・コリメーターミラー２２・・・ウ
ェハ（ワーク）２３・・・マスクＬ・・・露光光束　２
９．２９Ｊ・・・凸レンズ特許出願人　株式会社オーク
製作所 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 露光光線を発生する光線と、この露光光線を集光する第
   １の光学系と、この第１の光学系によって集光された光
   束を入射させ露光面へ投影する第２の光学系及びこの第
   ２の光学系から投影される光束を反射コリメートした露
   光光束によりマスク上のパターンをワークに焼付ける露
   光装置において、前記第１の光学系と前記第２の光学系
   との間にシャッターと、光軸が互に平行となって平面上
   に配設された複数の第１１７１群とこれら第１１７１群
   と各レンズが夫々同一光軸を有し該第１１７１群と離隔
   接近可能な、平面上に配設これた複数の第２レンズ群と
   からなるフライアイレンズとを備え、前記シャッターに
   連動して前記フライアイレンズが露光中適当回数だけ回
   転するようにした露光装置。