アライナ装置
【課題】第１に、マスクパターンのエッジ付近で生じる回折像の波形パターンのスイングを抑制し、露光対象基板上に形成されるパターンのエッジ形成位置のばらつきを低減することができ、第２に、マスクパターンのエッジ付近における回折像の波形パターンのスロープを急峻化することで、パターン線幅のばらつきを抑えることができるアライナ装置を提供する。
【解決手段】斜入射光学系４０を駆動させて、少なくとも入射角度±θの２つの照明光で露光対象基板２を露光し、照明光の入射角度±θに応じて露光対象基板２上で略平行にシフトする２つの回折像を重複させ、これら回折像の回折によるスイングを抑制する構成としてある。また、偏光変換光学系２０により、照明光の偏光方向を、マスクパターン１Ａのエッジ１ａと平行な方向に揃えて、露光対象基板２上に形成される回折像の回折によるスロープを急峻化する構成としてある。
【解決手段】斜入射光学系４０を駆動させて、少なくとも入射角度±θの２つの照明光で露光対象基板２を露光し、照明光の入射角度±θに応じて露光対象基板２上で略平行にシフトする２つの回折像を重複させ、これら回折像の回折によるスイングを抑制する構成としてある。また、偏光変換光学系２０により、照明光の偏光方向を、マスクパターン１Ａのエッジ１ａと平行な方向に揃えて、露光対象基板２上に形成される回折像の回折によるスロープを急峻化する構成としてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスクをウエハ等の露光対象基板に近接又は接触させて露光するアライナ装置に関し、特に、種々の露光条件に応じて、照明光を任意の入射角度に変動させることができ、露光対象基板上に形成される回折像のコントラストを向上させ、高解像を実現するアライナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィは、例えば、半導体素子、光学素子、プリント基板、ディスプレイパネル等の製造において、露光対象基板上に微細なパターンを形成する技術に多用されている。このフォトリソグラフィでは、露光対象基板上のレジストを露光するための露光装置が用いられる。
【０００３】
主に量産に用いられる光学式露光装置は、投影式露光装置と接触式露光装置（アライナ装置）とに大別される。投影式露光装置は、フォトマスクと露光対象基板との間に投影光学系を配置し、投影光学系によってフォトマスクの像を露光対象基板上に投影して露光する構成となっている。一方、接触式露光装置は、投影光学系を用いずに、フォトマスクを露光対象基板に近接又は接触させて露光する構成となっている。本発明のアライナ装置は、後者の接触式露光装置であり、フォトマスクと露光対象基板とを接触させるコンタクト露光装置のほかに、フォトマスクと露光対象基板の間に数μm〜数十μm程度の微小間隔をあけて近接させるプロキシミティ露光装置が含まれる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ズースマイクロテック社の実機「MA100e-Exposure System」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、アライナ装置は、フォトマスクと露光対象基板との間に投影光学系が介在しないので、マスクパターンを透過した照明光により露光対象基板上に形成される回折像は、フレネル回折で決定される定型的な光強度分布の波形パターンを示す。ここで、図１は、スリット状のマスクパターン１Ａに平行光（入射角度θ＝０°）を照射した場合の回折像の波形パターンを示すものである。同図に示すように、回折像の波形パターンは、フレネル回折に従って、フォトマスク１と露光対象基板２との間隔ｚ及びマスクパターンの幅ｗにより定型的に決定される。
【０００６】
ところが、平行光を用いて露光対象基板２を露光した場合には、マスクパターン１Ａのエッジ（マスクパターンの輪郭を画定する縁）１ａ付近において、回折像の波形パターンに回折によるスイングＳＷ、緩やかなスロープＳＬといったばらつきが生じ、マスクパターン１Ａを再現した矩形の光強度分布を得ることができないという問題があった。
【０００７】
すなわち、図１中の点線で囲った墨塗り四角い領域は、アライナ装置のプロセスウインドウを示すものである。このプロセスウインドウは、露光対象基板２上にパターンを形成する際に、レジストの感度や現像条件などのプロセス条件が最適な状態から変動したときの許容範囲を示すものである。このプロセスウインドウ内において、波形パターン１Ａに回折によるスイングＳＷが生じた場合は、露光対象基板２上に形成されるパターンのエッジ形成位置にばらつきが生じてしまう。また、波形パターン１ＡのスロープＳＬが穏やかな場合は、露光対象基板２上に形成されるパターンの線幅のばらつきが増大してしまう。
【０００８】
このような問題を解決するために、従来のアライナ装置には、照明光の経路にフライアイレンズを配設し、このフライアイレンズで多数の回折像を形成するとともに、照明光の角度分布に広がりをもたせる構成を採用したものがあった。このような構成により、露光対象基板上に形成された多数の回折像が、照明光の角度分布に応じて重なり合い、光強度分布のばらつきが平均化される。
【０００９】
しかし、従来のフライアイレンズを用いた構成では、照明光の角度分布を広げすぎると、露光対象基板上に形成される回折像のコントラストを却って損ねることになり、角度分布の最適値を特定することが困難であるという問題があった。特に、回折像の波形パターンのばらつきは、フォトマスクと露光対象基板との間隔ｚ及びマスクパターンの幅ｗによって異なるので、これら間隔ｚ及び幅ｗの条件が変更された場合には、単一のフライアイレンズで対応することができず、種々の間隔ｚ及び幅ｗに応じた専用のフライアイレンズを用意しなければならなかった。
【００１０】
また、ズースマイクロテック社の実機「MA100e-Exposure System」は、ＩＦＰ(Illumination Filter Plates)と呼ばれる複数枚の光学フィルタを切り換えて、照明光の入射角度を変更する構成を採用している。このＩＦＰは、特殊形状の開口を有する複数枚の光学フィルタからなり、これら光学フィルタを切り換えて、特殊形状の開口を通過する照明光の入射角度を一定の角度に変更させている。
【００１１】
しかし、ＩＦＰを構成する各光学フィルタは、その特殊形状の開口に応じた一定の角度にしか、照明光の入射角度を変更することができない。このため、上述したフライアイレンズと同様に、種々の間隔ｚ及び幅ｗに応じて照明光の入射角度を任意に変更することができないという問題があった。
【００１２】
さらに、上述したフライアイレンズ及びＩＦＰは、回折像を重ね合わせて波形パターンのスイングＳＷを軽減することはできるが、マスクパターンのエッジ付近における波形パターンのスロープＳＬを急峻化することはできない。このため、従来のアライナ装置は、露光対象基板２上に形成されるパターンの線幅のばらつきが大きく、エッジ付近の解像力が低いという問題があった。特に、フライアイレンズ及びＩＦＰは、いずれも照明光の角度分布に広がりをもたせているので、重なり合った波形パターンのスイングＳＷが軽減される反面、波形パターンのスロープＳＬがより穏やかになってしまう傾向があり、露光対象基板上に形成されるパターンの線幅ばらつきが大きくなるという問題もあった。
【００１３】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、第１に、マスクパターンのエッジ付近で生じる回折像の波形パターンのスイングを抑制し、露光対象基板上に形成されるパターンのエッジ形成位置のばらつきを低減することができ、第２に、マスクパターンのエッジ付近における回折像の波形パターンのスロープを急峻化し、エッジから発生する回折光のコントラストを向上させることができ、これらが相俟って、露光対象基板上に形成されるパターンのエッジの高解像を実現することが可能なアライナ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明のアライナ装置は、フォトマスクを露光対象基板に近接又は接触させ、照明光学系からの照明光を、前記フォトマスクのマスクパターンを介して前記露光対象基板上に入射させ、前記露光対象基板を露光するアライナ装置であって、前記照明光学系の全部又は一部を駆動させ、前記露光対象基板上に入射される照明光の入射角度を０°以外の任意の角度θに変動させることが可能な照明角度変動手段を備え、前記マスクパターンを透過した照明光により前記露光対象基板上に形成される回折像の光強度分布に応じて、照明光の入射角度θを決定し、少なくとも、入射角度±θの２つの照明光で前記露光対象基板を露光し、照明光の入射角度±θに応じて前記露光対象基板上で略平行にシフトする２つの回折像を重複させ、これら回折像の回折によるスイングを抑制する構成としてある。
【００１５】
本発明のアライナ装置は、露光対象基板上に形成される回折像の光強度分布が、フレネル回折で定型的に決定されることに着目したものである。上記構成によれば、フォトマスクと露光対象基板との間隔ｚ及びマスクパターンの幅ｗによって定まる回折像を、平行にシフトさせた状態で重複させることで、その光強度分布のばらつきを相殺させることができる。これにより、マスクパターンのエッジ付近で生じる回折像の波形パターンのスイングを抑制し、露光対象基板上に形成されるパターンのエッジ形成位置のばらつきを低減することが可能となる。
【００１６】
また、照明光学系の全部又は一部を駆動させて、照明光の入射角度を任意の角度θに変動させることができ、１台のアライナ装置で、様々な間隔ｚ及び幅ｗに対応することが可能となり、条件の異なる種々のパターン形成に広く汎用することができる。
【００１７】
ここで、本発明の「照明角度変動手段」は、例えば、光源、レンズ、反射鏡、プリズム等を含む照明光学系の全部又は一部を、ステッピングモータやサーボモータで機械的に駆動させ、露光対象基板上に入射される照明光の入射角度を任意の角度θに変動させるものであり、従来のアライナ装置に備わっていたフライアイレンズやＩＦＰのような固定された光学系の光学特性により、照明光の入射角度を一定の角度にしか変動させられないものとは異なる。また、「照明角度変動手段」は、照明光学系の全部又は一部を機械的に駆動させるものに限らず、例えば、単位面積あたりに多数のＬＤ又はＬＥＤなどの発光素子をアレイ化した構造の光源を用い、多数の発光素子のうちの任意のもの選択して発光させる制御処理により、露光対象基板上に入射される照明光の入射角度を任意の角度θに変動させてもよい。
【００１８】
また、本発明は、少なくとも、入射角度＋θの照明光によって形成される回折像と、入射角度−θの照明光によって形成される回折像とを露光対象基板上で重複させ、これら回折像を合成したときの光強度分布のばらつきを補正するものである。ここで、「少なくとも・・・２つの照明光」としたのは、ばらつきを補正するために３つ以上の回折像（例えば、入射角度＋θ、０°及び−θの照明光によって形成される回折像）を重複させてもよいからである。
【００１９】
なお、露光に用いる照明光の入射角度の広がりが小さいほど、重複させた回折像の波形パターンのスロープが穏やかになる傾向を抑えることができ、露光対象基板上に形成されるパターンの線幅ばらつきが低減される。
【００２０】
さらに、本発明における「露光」は、一括露光又は時分割露光のいずれを適用することも可能である。例えば、入射角度±θの照明光を同時に照射して露光対象基板を一括露光してもよいし、又は入射角度＋θの照明光で露光対象基板を露光した後、入射角度−θの照明光で露光対象基板を露光する時分割露光としてもよい。また、時分割露光を採用する場合は、各回の露光量の合計が、露光対象基板の適正露光量となるようにすればよい。
【００２１】
好ましくは、上述した本発明のアライナ装置が、データベース及び制御手段を備え、前記データベースは、前記フォトマスクと前記露光対象基板との間隔ｚ１、ｚ２、ｚ３…及び前記マスクパターンの幅ｗ１、ｗ２、ｗ３…によって定まる、複数の回折像の光強度分布の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…の回折によるスイングを抑制するための照明光の入射角度θ１、θ２、θ３…が記憶してあり、前記制御手段は、前記露光対象基板の露光を行うときの前記間隔ｚｎ及び前記幅ｗｎに基づいて照明光の入射角度θを選択するとともに、前記照明角度変動手段を制御して、照明光の入射角度を少なくとも±θに変動させる構成とする。
【００２２】
上記構成によれば、回折像の光強度分布のばらつきを補正するための適正な角度θを、コンピュータ制御による処理で容易に特定することが可能となる。例えば、フォトマスクと露光対象基板との間隔ｚｎ、マスクパターンの幅ｗｎで実際に露光を行う場合、ユーザは、本アライナ装置に間隔ｚｎ及び幅ｗｎの値を入力する。すると、制御手段が、データベースに記憶されたデータの中から、間隔ｚｎ及び幅ｗｎと同一又は近似する間隔ｚ及び幅ｗを特定し、これら間隔ｚ及び幅ｗによって定まる波形パターンｐのばらつきを補正するための照明光の入射角度θを選択する。その後、制御手段は、照明角度変動手段を制御して照明光学系の全部又は一部を駆動させ、照明光の入射角度を少なくとも±θに変動させて露光を行う。
【００２３】
ここで、フォトマスクと露光対象基板との間隔ｚは、目標とする解像力に応じたレベル（一般には間隔ｚが小さいほど高解像）又は露光対象基板の平坦度に伴いレジストがフォトマスクに接しないレベルに設定されることが多い。一方、マスクパターンの幅ｗは、フォトマスクに混在する種々の幅ｗ１、ｗ２、ｗ３…のマスクパターンのうち、最も高い解像性を得たいマスクパターンの幅に設定することが望ましい。
【００２４】
好ましくは、前記照明光学系が、光源光から所定の直線偏光成分を分離、変換して照明光を生成する偏光変換光学系を備え、前記偏光変換光学系が、照明光の偏光方向を、前記マスクパターンのエッジと平行な方向に揃えて、前記露光対象基板上に形成される回折像の回折によるスロープを急峻化する構成とするとよい。
【００２５】
一般に、ナイフエッジ（半平面）の方向と照射される光の偏光方向とによって、発生する回折光が変化する現象が知られている（例えば、鶴田匡夫著「続光の鉛筆―光技術者―のための応用光学」２１０〜２１９頁「１９章 回折の厳密解」を参照）。本発明は、この現象をアライナ装置に応用したものである。本発明者らが鋭意検討した結果、照明光を直線偏光とし、その偏光方向（電場ベクトルの方向）をマスクパターンのエッジと平行にすることで、エッジから発生する回折光のコントラストが向上することを見出した。すなわち、照明光をエッジと平行な直線偏光とした場合は、エッジに垂直な直線偏光やランダム偏光と比較して、エッジ付近における回折像の波形パターンのスロープが急峻化し、エッジから発生する回折光のコントラストを向上させることができる。
【００２６】
好ましくは、前記照明光学系が、前記フォトマスクに照明光を集光させる集光レンズを有するとともに、前記照明角度変動手段が、前記集光レンズの瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させ、前記集光レンズを通過した照明光の入射角度を０°以外の任意の角度θに変動させる構成にするとよい。
【００２７】
上記構成によれば、照明光学系の一部又は全部を駆動させて、照明光の入射角度を任意の角度θに変動させることができ、１台のアライナ装置で、様々な間隔ｚ及び幅ｗに対応することが可能となり、条件の異なる種々のパターン形成に広く対応することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のアライナ装置によれば、第１に、フォトマスクと露光対象基板との間隔ｚ及びマスクパターンの幅ｗによって定まる回折像を、平行にシフトさせた状態で重複させることで、マスクパターンのエッジ付近で生じる回折像の波形パターンのスイングを抑制し、露光対象基板上に形成されるパターンのエッジ形成位置のばらつきを低減することができる。また、第２に、照明光の偏光方向を、マスクパターンのエッジと平行な方向に揃えて、前記露光対象基板上に形成される回折像の回折によるスロープを急峻化することにより、エッジから発生する回折光のコントラストを向上させることができる。これら第１及び第２の効果が相俟って、露光対象基板上に形成されるパターンのエッジの高解像を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】露光対象基板上に形成される回折像の光強度分布を示す説明図である。
【図２】露光に用いるフォトマスクと露光対象基板との間隔ｚ、マスクパターンの幅ｗ、露光対象基板上に形成される回折像の波形パターンの関係を示す説明図である。
【図３】照明光の入射角度θと、その回折像との関係を示す説明図である。
【図４】本発明に係るアライナ装置の基本原理を示す説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るアライナ装置の光学配置を示す概略図である。
【図６】上記アライナ装置の光路（入射角度θ＝０°）を示す概略図である。
【図７】上記アライナ装置の偏光変換光学系を示す拡大図である。
【図８】同図（ａ）〜（ｃ）は、上記アライナ装置の斜入射操作光学系を示す拡大図である。
【図９】上記アライナ装置の光路（入射角度θ＞０°）を示す概略図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るアライナ装置の斜入射操作光学系を示す拡大図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るアライナ装置を示す概略図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係るアライナ装置を示す概略図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係るアライナ装置を示す概略図である。
【図１４】入射角度０°の照明光で、スリット状のマスクパターンを照明した場合のエッジ付近の光強度分布を示す波形パターンである。
【図１５】入射角度±θ（θ≠０°）の照明光で、スリット状のマスクパターンを照明した場合のエッジ付近の光強度分布を示す波形パターンである。
【図１６】エッジが延びる方向と、照明光の偏光特性との関係を、ＦＤＴＤ法を用いて電磁場解析したシミュレーション結果を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
＜本発明の前提となる自然法則＞
まず、本発明のアライナ装置の基本原理について、図１〜図４を参照しつつ説明する。図１において、一般的なアライナ装置では、フォトマスク１と露光対象基板２との間に投影光学系が介在しない。このため、マスクパターン１Ａを透過した照明光（図中の白抜き矢印を参照）によって、露光対象基板２上に形成される回折像の光強度分布は、フレネル回折に従って、フォトマスク１と露光対象基板２との間隔ｚ及びマスクパターン１Ａの幅ｗにより定型的に決定される。このようにフレネル回折の下では、間隔ｚ及び幅ｗが指定されると、露光対象基板２上に形成される回折像の光強度分布の波形パターンは、図２に示すように自動的に決定される。
【００３１】
そして、既に述べたように、平行光を用いて露光対象基板２を露光した場合には、マスクパターン１Ａのエッジ１ａ付近において、回折像の波形パターンに回折によるスイングＳＷ、緩やかなスロープＳＬといったばらつきが生じ、マスクパターン１Ａを再現した矩形の光強度分布を得ることができない。アライナ装置の高解像化のポイントは、エッジ１ａ付近に生じる回折像の波形パターンのスイングＳＷを抑制し、エッジにおける光学コントラストに対応するスロープＳＬを急峻化することにある。
【００３２】
一方、フレネル回折には、図３に示すように、照明光の入射角度θに応じて回折像が平行にシフトする性質がある。この性質を利用して、互いにシフトする複数の回折像を重複させ、光強度分布の強弱（例えば、図中の円で囲った部分を参照）を相殺すれば、これら回折像を総合したときの波形パターンのスイングＳＷを抑制することができる。
【００３３】
そこで、本発明のアライナ装置では、図４に示すように、フォトマスク１に照明光を集光させる集光レンズ３の瞳面上で、照明光の経路を平行に移動させ、集光レンズ３を通過した照明光の入射角度を任意の角度θに変動させる構成を採用する。このような構成により、照明光の入射角度を、回折像の波形パターンのスイングＳＷを抑制するために最適な任意の角度θに変動させることができるようになり、アライナ装置の解像性を向上させることが可能となる。
【００３４】
また、既に述べたように、エッジが延びる方向と照射される光の偏光方向とによって、発生する回折光が変化する現象が知られている。本発明は、この現象をアライナ装置に応用するものであり、本発明者らは、照明光を直線偏光とし、その偏光方向をマスクパターンのエッジと平行にすることで、エッジ付近における回折像の波形パターンのスロープＳＬが急峻化することを見出した（図１６を参照）。以下、回折像の波形パターンのスイング抑制及びスロープの急峻化を実現するための第１〜第５実施形態について、図５〜図１３を参照しつつ説明する。
【００３５】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るアライナ装置について、図５〜図９を参照しつつ説明する。
【００３６】
＜＜全体構成＞＞
第１実施形態に係るアライナ装置の光学配置を図５に示し、その光路を図６に示す。これら図面において、本実施形態のアライナ装置は、主たる光学系として、光源１０、偏光変換光学系２０、照度均一化光学系３０、斜入射光学系４０、σ絞り５０及び集光レンズ３を備えた構成となっている。また、本実施形態のアライナ装置は、斜入射光学系４０を駆動させるための照明角度変動手段１０１、制御手段１０２及びデータベース１０３を備えている。
【００３７】
＜＜光源＞＞
光源１０は、回転楕円面の反射面を有する楕円鏡１１に包囲されている。光源１０から出射された光束は、楕円鏡１１に反射され、所定の位置に集光される。本実施形態では、光源１０の種類は、特に限定されるものではなく、一般的なフォトリソグラフィに用いられるｇ線、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザーなどを適用することができ、マスクパターン１Ａの幅ｗの微細度に応じた波長のものを選択すればよい。
【００３８】
＜＜偏光変換光学系＞＞
偏光変換光学系２０は、コリメータレンズ２１、偏光ビームスプリッタ（偏光分離手段）２２、１／２波長板２４Ａ及び２４Ｂ、レンズ２５を備えた構成となっている。この偏光変換光学系２０は、図７に示すように、光源１０から出射された光束から所定の偏光成分を分離、変換して照明光を生成する。
【００３９】
図７において、光源１０から出射された光束は、コリメータレンズ２１によって平行光線に変換される。この平行光線は、あらゆる方向に振動する光が混合されたランダム偏光であり、偏光ビームスプリッタ２２に入射される。偏光ビームスプリッタ２２は、ランダム偏光に含まれるｐ偏光を透過させるとともに、ｓ偏光を反射させてミラー２３に入射させる。ミラー２３は、ｓ偏光を直角方向に反射させる。ここで、ｐ偏光は照明光の入射面に対して平行な方向に振動する光であり、ｓ偏光は照明光の入射面に対して垂直な方向に振動する光である。
【００４０】
偏光ビームスプリッタ２２及びミラー２３の光路の下流側には、光軸を中心に回転可能な１／２波長板２４Ａ、２４Ｂがそれぞれ配置してある。１／２波長板２４Ａ、２４Ｂは、偏光ビームスプリッタ２２を透過したｐ偏光、及びミラー２３に反射されたｓ偏光の偏光方向を、マスクパターン１Ａのエッジ１ａと平行な方向に揃えるためのものである。
【００４１】
例えば、図７中の上の拡大図に示すように、マスクパターン１Ａのエッジ１ａが、図中のｙ方向に延びる場合には、１／２波長板２４Ａのみを４５°回転させて、偏光ビームスプリッタ２２を透過したｐ偏光をｓ偏光に変換し、偏光ビームスプリッタ２２及びミラー２３からの直線偏光を、それぞれｙ方向に延びるエッジ１ａと平行なｓ偏光に揃える。
【００４２】
図示しないが、マスクパターン１Ａのエッジ１ａが、図中のｘ方向に延びる場合には、１／２波長板２４Ｂのみを４５°回転させて、ミラー２３に反射されたｓ偏光をｐ偏光に変換し、偏光ビームスプリッタ２２及びミラー２３からの直線偏光を、それぞれｘ方向に延びるエッジ１ａと平行なｐ偏光に揃える。
【００４３】
また、例えば、図７中の下の拡大図に示すように、マスクパターン１Ａのエッジ１ａが、図中のｘ、ｙ以外の方向に延びる場合は、１／２波長板２４Ａ、２４Ｂをそれぞれ所定の角度に回転させて、偏光ビームスプリッタ２２及びミラー２３からの直線偏光を、それぞれエッジ１ａと平行な任意の偏光方向に揃えることができる。
【００４４】
１／２波長板２４Ａ、２４Ｂを透過したエッジ１ａと平行な直線偏光は、共にレンズ２５に入射され、このレンズ２５の焦点で互いの光路が合流される。このような偏光変換光学系２０によれば、光源２１から出射されたトータルの光量を失わずに、エッジ１ａと平行な直線偏光を生成することが可能である。
【００４５】
＜＜照度均一化光学系＞＞
図５に戻り、照度均一化光学系３０は、照明光の照度を均一に近づけるためのものであり、例えば、フライアイレンズ又はロッドレンズなどの公知のインテグレータ光学系を適用することができる。例えば、照度均一化光学系３０として、フライアイレンズを使用し、各フライアイエレメントによって生成された複数の２次光源で照明を行うことにより照明ムラを無くす。また、例えば、照度均一化光学系３０として、四角柱状のロッドレンズを光路上に配置し、入射した照明光を四角柱内部で繰り返し反射させて照度を均一に近づける。フライアイレンズ又はロッドレンズのいずれを採用した場合も、照度均一化光学系３０の出射面は、σ絞り５０を配置した集光レンズ３の瞳面と光学的に共役となる位置に配置されており、集光レンズ３の瞳面及び物体面（すなわち、フォトマスク１の照明領域）において、照明光の照度が均一化される。
【００４６】
＜＜斜入射操作光学系、照明角度変動手段＞＞
斜入射操作光学系４０は、集光レンズ３の瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させ、集光レンズを通過した照明光の入射角度を０°以外の任意の角度θに変動させるためのものである。本実施形態の斜入射操作光学系４０は、互いに対向する一対の第１及び第２レンズ４１及び４２を備えている。図８（ａ）に示すように、第１レンズ４１は、上述した照度均一化光学系３０の出射面側に配置され、この照度均一化光学系３０から出射された照明光が入射される。第２レンズ４２は、σ絞り５０側に配置され、集光レンズ３の瞳面上で焦点を結ぶ。
【００４７】
このような斜入射操作光学系４０は、図示しないレール、モータ、位置センサ等を備えた照明角度変動手段１０１（図５を参照）に組み付けられており、照明角度変動手段１０１は、後述する制御手段１０２からの制御信号に基づいて、斜入射操作光学系４０を、図８（ａ）に示すｘ−ｙ方向（照明光の光軸に対して垂直方向）に駆動させる。
【００４８】
図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、斜入射操作光学系４０がｘ−ｙ方向に駆動されると、照度均一化光学系３０から第１レンズ４１に入射される照明光の位置が平行移動して、第１レンズ４１から第２レンズ４２に入射される照明光の位置も平行移動する。これにより、第２レンズ４２からσ絞り５０に向かって出射される照明光の経路が平行移動し、瞳面上で焦点を結ぶ照明光の像も平行移動する。
【００４９】
すると、図９に示すように、σ絞り５０を通過して集光レンズ３に入射される照明光の位置が平行移動し、集光レンズ３を通過した照明光の入射角度が０°以外の任意の角度θに変動される。この結果、露光対象基板２上に形成される回折像が、入射角度０°のときの位置から平行にシフトする（図中の点線を参照）。
【００５０】
＜＜制御手段、データベース＞＞
図５において、制御手段１０２は、ユーザが所望する、フォトマスク１と露光対象基板２との間隔ｚｎ及びマスクパターン１Ａの幅ｗｎに基づいて、照明光の入射角度θｎを決定する。また、制御手段１０２は、マスクパターン１Ａのエッジ１ａが延びる方向に基づいて、１／２波長板２４Ａ及び２４Ｂの回転角度を決定する。
【００５１】
一方、データベース１０３には、間隔ｚ１、ｚ２、ｚ３…、幅ｗ１、ｗ２、ｗ３…及びこれらの組み合わせによって定まる種々の回折像の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…（図２を参照）を対応させた第１のデータテーブルが記憶されている。また、データベース１０３には、波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…と、これら波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…のスイングＳＷを抑制するために最適な照明光の入射角度θ１、θ２、θ３…とを対応させた第２のデータテーブルが記憶されている。さらに、データベース１０３には、エッジ１ａが延びる各種方向と、照明光の偏光方向をエッジ１ａと平行にするための１／２波長板２４Ａ及び２４Ｂの回転角度とを対応させた第３のデータテーブルが記憶されている。以下、データベース１０３に記憶される各種データの作成方法の具体例について説明する。
【００５２】
＜＜＜回折像の波形パターンｐ＞＞＞
図２に示すような種々の回折像の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…は、照明光の入射角度θ＝０°、間隔ｚ１、ｚ２、ｚ３…と幅ｗ１、ｗ２、ｗ３…との組み合わせでシミュレーション又は実験を行って取得する。例えば、ＦＤＴＤ法（Finite-difference time-domain method）などの電磁場解析ソフトを用いたシミュレーションにより、種々の回折像の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…を取得することができる。また、例えば、露光対象基板２上に光強度計測センサを載置して、入射角度０°の照明光で実験を行い、種々の回折像の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…を取得してもよい。そして、間隔ｚ１、ｚ２、ｚ３…、幅ｗ１、ｗ２、ｗ３…及び波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…を対応づけた第１のデータテーブルを作成する。
【００５３】
＜＜＜照明光の入射角度θ＞＞＞
上記方法により取得した回折像の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…のそれぞれについて、図１に示すようなスイングＳＷが抑制される照明光の入射角度θ１、θ２、θ３…をシミュレーションにより決定する。例えば、一の波形パターンｐ１について、照明光の入射角度±θ１、±θ２、±θ３…でシミュレーションを行い、平行にシフトさせた波形パターンｐ１の光強度分布の強弱する部分（例えば、図３中の円で囲った部分を参照）が互いに重複して、スイングＳＷが抑制される最適な入射角度θｎを決定する。このようなシミュレーションを各種の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…のそれぞれについて行い、波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…と、最適な入射角度θ１、θ２、θ３…とを対応づけた第２のデータテーブルを作成する。
【００５４】
ここで、１つの波形パターンｐ１に対して、最適な照明光の入射角度θｎは１つとは限らず、複数の入射角度０°、θ１、θ２、θ３…の照明光によりスイングＳＷが抑制される場合もある。このような場合は、上述したデータテーブル上で、１つの波形パターンｐ１に対して２以上の入射角度０°、θ１、θ２、θ３…を対応付けておき、実際には、入射角度０°、±θ１、±θ２、±θ３…の照明光で複数回の露光を行うようにする。
【００５５】
＜＜＜エッジの延びる方向、１／２波長板の回転角度＞＞＞
マスクパターン１Ａのエッジ１ａが延びる各種方向を設定し、照明光の偏光方向が、エッジ１ａが延びる各種方向と平行になるような、１／２波長板２４Ａ及び２４Ｂの回転角度の組み合わせを決定する。そして、エッジ１ａが延びる各種方向と、１／２波長板２４Ａ及び２４Ｂの回転角度の組み合わせとを対応づけた第３のデータテーブルを作成する。
【００５６】
＜＜制御手段の処理＞＞
図５に示す本アライナ装置に、ユーザが実際に露光を行うときの間隔ｚｎ及び幅ｗｎを入力すると、制御手段１０２は、上述した第１のデータテーブルを参照して、間隔ｚｎ及び幅ｗｎの組み合わせによって定まる回折像の波形パターンｐｎを特定する。次いで、制御手段１０２は、上述した第２のデータテーブルを参照して、波形パターンｐｎのスイングＳＷが抑制される最適な照明光の入射角度θｎを選択する。
【００５７】
その後、制御手段１０２は、照明角度変動手段１０１に制御信号を出力し、斜入射光学系４０をｘ−ｙ方向に所定量だけ駆動させ、照明光の入射角度０°を±θｎに変動させて２回の時分割露光を実施する。例えば、入射角度＋θｎの照明光で１回目の露光を行った後、入射角度−θｎの照明光で２回目の露光を行う。露光対象基板２上に時分割で形成された２つの回折像の波形パターンｐｎは、入射角度±θｎに応じた量だけ平行にシフトして互いに重複し、そのスイングＳＷが抑制される。
【００５８】
ここで、上述した２回の時分割露光を行う場合には、各回の露光量ｅ１、ｅ２の合計が、露光対象基板２の適正露光量ｅとなるようにする。また、上述した第２のデータテーブルで、波形パターンｐｎのスイングＳＷを抑制するための照明光の入射角度が０°、θ１、θ２、θ３…と２つ以上対応づけられている場合には、入射角度０°、±θ１、±θ２、±θ３…の照明光で、少なくとも３回以上の時分割露光を繰り返し行う。３回以上の時分割露光を行う場合にも、上記と同様に、各回の露光量ｅ１、ｅ２、ｅ３…の合計が、露光対象基板２の適正露光量ｅとなるようにする。なお、本発明のアライナ装置は、時分割露光に限定されるものではなく、入射角度±θの照明光を同時に照射して露光対象基板２を一括露光する構成としてもよい（例えば、図１２に示す第４実施形態のアライナ装置を参照）。
【００５９】
一方、図５に示す本アライナ装置に、ユーザがマスクパターン１Ａのエッジ１ａの延びる方向を入力した場合には、制御手段１０２は、上述した第３のデータテーブルを参照して、照明光の偏光方向がエッジ１ａの延びる方向と平行になる、１／２波長板２４Ａ及び２４Ｂの回転角度の組み合わせを選択する。
【００６０】
そして、制御手段１０２は、上述した時分割露光などを実施する際に、１／２波長板２４Ａ、２４Ｂの一方又は両方を所定角度だけ回転させ、偏光ビームスプリッタ２２及びミラー２３からの直線偏光を、それぞれエッジ１ａと平行な偏光方向に揃える。このように、照明光をエッジ１ａと平行な直線偏光とした場合は、エッジ１ａに垂直な直線偏光やランダム偏光と比較して、エッジ１ａ付近における波形パターンｐｎのスロープが急峻化し、エッジ１ａから発生する回折光のコントラストが向上する。
【００６１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るアライナ装置について、図１０を参照しつつ説明する。図１０は、本発明の第２実施形態に係るアライナ装置の斜入射操作光学系を示す拡大図である。
【００６２】
本実施形態のアライナ装置は、図５に示す斜入射操作光学系４０を、図１０に示すライトガイド４３に置き換えた構成としてある。ライトガイド４３は、多数本のファイバ素線を隙間なく結束し、このファイバ素線の結束体をフレキシブル管内に収納した構成となっている。このようなライトガイド４３は、斜入射操作光学系のみならず照度均一化光学系の機能を兼ね備えている。
【００６３】
同図において、照度均一化光学系３０から出射された照明光は、レンズ３２に集光され、ライトガイド４３に入射される。ライトガイド４３は、入射した照明光を多数本のファイバ素線の内部で繰り返し反射して、照明光の照度をより均一に近づける。また、ライトガイド４３の出射面は、σ絞り５０を配置した集光レンズ３の瞳面に配置されており、集光レンズ３の瞳面及び物体面（すなわち、フォトマスク１の照明領域）において、照明光の照度が均一化される。
【００６４】
このようなライトガイド４３は、図示しない照明角度変動手段１０１に組み付けられており、照明角度変動手段１０１は、制御手段１０２からの制御信号に基づいて、ライトガイド４３の出射面を、図１０に示すｘ−ｙ方向（照明光の光軸に対して垂直方向）に駆動させる。これにより、ライトガイド４３から出射される照明光の経路が瞳面上で平行移動し、第１実施形態と同様に、集光レンズ３を通過した照明光の入射角度が０°以外の任意の角度θに変動される。この結果、露光対象基板２上に形成される回折像が、入射角度０°のときの位置から平行にシフトする（図４を参照）。
【００６５】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るアライナ装置について、図１１を参照しつつ説明する。図１１は、本発明の第３実施形態に係るアライナ装置を示す概略図である。なお、同図において、第１実施形態と同様の箇所については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００６６】
同図において、本実施形態のアライナ装置は、照明光の入射角度を変動させるための斜入射操作光学系として、可動ミラー４５を備えた構成としてある。照度均一化光学系３０によって照度が均一化された照明光は、レンズ４４を介して、可動ミラー４５に入射される。可動ミラー４５は、入射した照明光をレンズ４６に向かって反射する。このレンズ４６は、σ絞り５０の手前に配置され、集光レンズ３の瞳面上で焦点を結ぶ。
【００６７】
ここで、可動ミラー４５は、図示しない照明角度変動手段１０１に組み付けられており、そのピボット軸４５ａを中心に回動自在となっている。照明角度変動手段１０１は、制御手段１０２からの制御信号に基づいて、可動ミラー４５を所定の角度だけ回動させ、レンズ４６に入射される照明光の位置を平行移動させる。すると、レンズ４６からσ絞り５０に向かって出射される照明光の経路が平行移動し、瞳面上で焦点を結ぶ照明光の像も平行移動する。これにより、第１実施形態と同様に、集光レンズ３を通過した照明光の入射角度が０°以外の任意の角度θに変動される。この結果、露光対象基板２上に形成される回折像が、入射角度０°のときの位置から平行にシフトする。
【００６８】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るアライナ装置について、図１２を参照しつつ説明する。図１２は、本発明の第４実施形態に係るアライナ装置を示す概略図である。なお、同図において、第１実施形態と同様の箇所については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００６９】
＜＜可動円錐ミラー＞＞
同図において、本実施形態のアライナ装置は、照明光の入射角度を変動させるための斜入射操作光学系として、可動円錐ミラー４９を備えた構成としてある。この可動円錐ミラー４９は、第１円錐ミラー４９Ａの外周に、図中の上下方向に可動自在な第２円錐ミラー４９Ｂを配置した構成となっている。
【００７０】
第１円錐ミラー４９Ａは、その全体が円錐形となっており、その外面が凸状の円錐形反射面となっている。一方、第２円錐ミラー４９Ｂは、その全体が中心に開口を有する略環状となっており、その内面が凹状の円錐形反射面となっている。これら第１及び第２円錐ミラー４９Ａ、４９Ｂは、共に照明光の光軸を中心に配置してあり、レンズ４８の出射面側に固定した第１円錐ミラー４９Ａに対して、第２円錐ミラー４９Ｂが光軸に沿って上下方向に可動する。第２円錐ミラー４９Ｂは、図示しない照明角度変動手段１０１に組み付けられており、制御手段１０２によって動作制御される。第２円錐ミラー４９Ｂの動作範囲内において、第１円錐ミラー４９Ａの反射面は、常に、第２円錐ミラー４９Ｂの反射面に対向する。
【００７１】
＜＜動作＞＞
図１２に示すように、照度均一化光学系３０により照度が均一化された照明光は、レンズ４５を介して、ミラー４７に入射される。ミラー４７は、入射した照明光をレンズ４８に向かって反射する。このレンズ４８を介して、照明光が第１円錐ミラー４９Ａに入射される。第１円錐ミラー４９Ａは、入射した照明光を略円形に反射し、第２円錐ミラー４９Ｂに入射させる。第２円錐ミラー４９Ｂは、入射した照明光を略円環状に反射し、集光レンズ３に入射させる。集光レンズ３を透過した略環状の照明光は、３６０°の方向から入射角度θでマスクパターン１Ｂに向かって照射される。これにより、露光対象基板２上に複数の回折像が同時に形成され、これら回折像は、入射角度θに応じた量だけ平行にシフトした状態で互いに重複する。
【００７２】
ここで、照明角度変動手段１０１が、制御手段１０２からの制御信号に基づいて、第２円錐ミラー４９Ｂを上下方向に可動させると、第２円錐ミラー４９Ｂに反射された略円環状の照明光の内径が拡縮し、集光レンズ３に入射される照明光の位置が平行移動する（図中の参考図を参照）。この結果、集光レンズ３を透過した略円環状の照明光の入射角度が、３６０°の方向にわたり任意の角度θに変動される。
【００７３】
上述した本実施形態のアライナ装置によれば、３６０°の方向から入射角度θの照明光をマスクパターン１Ｂに向かって照射することができるので、上述した第１〜第３実施形態と異なり、露光対象基板２を一括露光することが可能である。これにより、本アライナ装置のスループットの向上を図ることができる。
【００７４】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係るアライナ装置について、図１３を参照しつつ説明する。図１３は、本発明の第５実施形態に係るアライナ装置を示す概略図である。なお、同図において、第１実施形態と同様の箇所については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００７５】
同図において、本実施形態のアライナ装置は、光源１０、偏光変換光学系２０、照度均一化光学系３０を含む光源ユニット４を、図中のｘ−ｙ方向に駆動可能とした構成となっている。光源ユニット４は、図示しない照明角度変動手段１０１に組み付けられており、照明角度変動手段１０１は、制御手段１０２からの制御信号に基づいて、光源ユニット４を所定のｘ−ｙ座標位置に移動させる。すると、光源ユニット４からσ絞り５０に向かって出射される照明光の経路が平行移動し、瞳面上で焦点を結ぶ照明光の像も平行移動する。これにより、第１実施形態と同様に、集光レンズ３を通過した照明光の入射角度が０°以外の任意の角度θに変動される。この結果、露光対象基板２上に形成される回折像が、入射角度０°のときの位置から平行にシフトする。
【００７６】
＜作用効果＞
以上のように、本発明の第１〜第５実施形態に係るアライナ装置によれば、第１に、マスクパターン１Ａのエッジ１ａ付近で生じる回折像の波形パターンｐのスイングＳＷを抑制し、露光対象基板２上に形成されるパターンのエッジ形成位置のばらつきを低減することができる。また、第２に、マスクパターン１Ａのエッジ１ａ付近における回折像の波形パターンｐのスロープＳＬを急峻化し、エッジ１ａから発生する回折光のコントラストを向上させることができる。これら第１及び第２の作用効果が相俟って、露光対象基板２上に形成されるパターンのエッジの高解像を実現することが可能となる。
【００７７】
第３に、本発明の第１〜第５実施形態に係るアライナ装置によれば、照明光学系の一部又は全部を駆動させて、照明光の入射角度を任意の角度θに変動させることができ、１台のアライナ装置で、様々な間隔ｚ及び幅ｗに対応することが可能となり、条件の異なる種々のパターン形成に広く対応することができる。
【００７８】
＜＜波形パターンのスイング抑制＞＞
マスクパターンのエッジ付近における照明光のフレネル回折を、スカラー理論に基づいてシミュレーションした結果を、図１４及び１５に示す。このうち、図１４は、入射角度０°の照明光で、スリット状のマスクパターンを照明した場合のエッジ付近の光強度分布を示す波形パターンである。一方、図１５は、入射角度±θ（θ≠０°）の照明光で、スリット状のマスクパターンを照明した場合のエッジ付近の光強度分布を示す波形パターンである。いずれの場合も照明光は、ランダム偏光のｉ線に設定した。
【００７９】
まず、図１４に示すように、入射角度０°の単一照明光では、マスクパターンのエッジ付近において、回折による光強度の大小のばらつきが生じ、波形パターンがスイングしてしまう。このような波形パターンのスイングがプロセスウインドウ内で生じた場合は、露光対象基板上に形成されるパターンのエッジ形成位置にばらつきが生じてしまう。
【００８０】
一方、図１５に示すように、点線で示す入射角度＋θの照明光の波形パターン、及び一点鎖線で示す入射角度−θの照明光の波形パターンは、いずれも図１４に示す波形パターンと同様にスイングしている。しかし、適切な入射角度θを選択しているので、入射角度±θの照明光の波形パターンは、互いの光強度の大きい部分と小さい部分とが重複し合い、エッジ付近における光強度分布のばらつきが相殺される。これにより、入射角度±θの照明光の合成は、図中の実線で示す波形パターンのように、エッジ付近におけるスイングが抑制され、パターンエッジのコントラストが向上する。
【００８１】
なお、露光に用いる照明光の入射角度の広がりが小さいほど、重複させた回折像の波形パターンのスロープが穏やかになる傾向を抑えることができ、露光対象基板２上に形成されるパターンの線幅ばらつきが低減される。
【００８２】
＜＜波形パターンのスロープ急峻化＞＞
図１６は、エッジが延びる方向と、照明光の偏光特性との関係を、ベクトル理論に基づいて電磁場解析したシミュレーション結果を示すものである。本シミュレーションにおいて、エッジはｙ方向に延びるものとし、照明光は、エッジと平行な直線偏光Ｅｙ（図中の実線の波形を参照）、エッジに垂直な直線偏光Ｅｘ（図中の点線の波形を参照）とした。また、電磁場解析の計算は、任意の構造体を扱うＦＤＴＤ法を用いた数値解析により行った。その他の条件として照明光Ｅｙ、Ｅｘの入射角度は０°とし、マスクパターンと露光対象基板との間隔ｚは１５μｍに設定した。
【００８３】
図１６に示すように、エッジと平行な直線偏光の照明光Ｅｙは、エッジと垂直な直線偏光の照明光Ｅｘと比較して、回折像の波形パターンのスロープが急峻化している（図中の円で囲った部分を参照）。この結果、エッジから発生する回折光のコントラストを向上させることができ、上述した波形パターンのスイング抑制と相俟って、エッジの解像性を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００８４】
１ フォトマスク
１Ａ マスクパターン
１ａ エッジ
１Ｂ 遮光領域
２ 露光対象基板
３ 集光レンズ
４ 光源ユニット
１０ 光源
２０ 偏光変換光学系
２１ コリメータレンズ
２２ 偏光ビームスプリッタ（偏光分離手段）
２３ ミラー
２４Ａ、２４Ｂ １／２波長板
２５ レンズ
３０ 照度均一化光学系
３２ レンズ
４０ 斜入射光学系
４１ 第１レンズ
４２ 第２レンズ
４３ ライトガイド
４４、４６、４８ レンズ
４５ 可動ミラー
４５ａ ピボット軸
４７ ミラー
４９ 可動円錐ミラー
４９Ａ 第１円錐ミラー
４９Ｂ 第２円錐ミラー
５０ 絞り
１０１ 照明角度変動手段
１０２ 制御手段
１０３ データベース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスクをウエハ等の露光対象基板に近接又は接触させて露光するアライナ装置に関し、特に、種々の露光条件に応じて、照明光を任意の入射角度に変動させることができ、露光対象基板上に形成される回折像のコントラストを向上させ、高解像を実現するアライナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィは、例えば、半導体素子、光学素子、プリント基板、ディスプレイパネル等の製造において、露光対象基板上に微細なパターンを形成する技術に多用されている。このフォトリソグラフィでは、露光対象基板上のレジストを露光するための露光装置が用いられる。
【０００３】
主に量産に用いられる光学式露光装置は、投影式露光装置と接触式露光装置（アライナ装置）とに大別される。投影式露光装置は、フォトマスクと露光対象基板との間に投影光学系を配置し、投影光学系によってフォトマスクの像を露光対象基板上に投影して露光する構成となっている。一方、接触式露光装置は、投影光学系を用いずに、フォトマスクを露光対象基板に近接又は接触させて露光する構成となっている。本発明のアライナ装置は、後者の接触式露光装置であり、フォトマスクと露光対象基板とを接触させるコンタクト露光装置のほかに、フォトマスクと露光対象基板の間に数μm〜数十μm程度の微小間隔をあけて近接させるプロキシミティ露光装置が含まれる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ズースマイクロテック社の実機「MA100e-Exposure System」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、アライナ装置は、フォトマスクと露光対象基板との間に投影光学系が介在しないので、マスクパターンを透過した照明光により露光対象基板上に形成される回折像は、フレネル回折で決定される定型的な光強度分布の波形パターンを示す。ここで、図１は、スリット状のマスクパターン１Ａに平行光（入射角度θ＝０°）を照射した場合の回折像の波形パターンを示すものである。同図に示すように、回折像の波形パターンは、フレネル回折に従って、フォトマスク１と露光対象基板２との間隔ｚ及びマスクパターンの幅ｗにより定型的に決定される。
【０００６】
ところが、平行光を用いて露光対象基板２を露光した場合には、マスクパターン１Ａのエッジ（マスクパターンの輪郭を画定する縁）１ａ付近において、回折像の波形パターンに回折によるスイングＳＷ、緩やかなスロープＳＬといったばらつきが生じ、マスクパターン１Ａを再現した矩形の光強度分布を得ることができないという問題があった。
【０００７】
すなわち、図１中の点線で囲った墨塗り四角い領域は、アライナ装置のプロセスウインドウを示すものである。このプロセスウインドウは、露光対象基板２上にパターンを形成する際に、レジストの感度や現像条件などのプロセス条件が最適な状態から変動したときの許容範囲を示すものである。このプロセスウインドウ内において、波形パターン１Ａに回折によるスイングＳＷが生じた場合は、露光対象基板２上に形成されるパターンのエッジ形成位置にばらつきが生じてしまう。また、波形パターン１ＡのスロープＳＬが穏やかな場合は、露光対象基板２上に形成されるパターンの線幅のばらつきが増大してしまう。
【０００８】
このような問題を解決するために、従来のアライナ装置には、照明光の経路にフライアイレンズを配設し、このフライアイレンズで多数の回折像を形成するとともに、照明光の角度分布に広がりをもたせる構成を採用したものがあった。このような構成により、露光対象基板上に形成された多数の回折像が、照明光の角度分布に応じて重なり合い、光強度分布のばらつきが平均化される。
【０００９】
しかし、従来のフライアイレンズを用いた構成では、照明光の角度分布を広げすぎると、露光対象基板上に形成される回折像のコントラストを却って損ねることになり、角度分布の最適値を特定することが困難であるという問題があった。特に、回折像の波形パターンのばらつきは、フォトマスクと露光対象基板との間隔ｚ及びマスクパターンの幅ｗによって異なるので、これら間隔ｚ及び幅ｗの条件が変更された場合には、単一のフライアイレンズで対応することができず、種々の間隔ｚ及び幅ｗに応じた専用のフライアイレンズを用意しなければならなかった。
【００１０】
また、ズースマイクロテック社の実機「MA100e-Exposure System」は、ＩＦＰ(Illumination Filter Plates)と呼ばれる複数枚の光学フィルタを切り換えて、照明光の入射角度を変更する構成を採用している。このＩＦＰは、特殊形状の開口を有する複数枚の光学フィルタからなり、これら光学フィルタを切り換えて、特殊形状の開口を通過する照明光の入射角度を一定の角度に変更させている。
【００１１】
しかし、ＩＦＰを構成する各光学フィルタは、その特殊形状の開口に応じた一定の角度にしか、照明光の入射角度を変更することができない。このため、上述したフライアイレンズと同様に、種々の間隔ｚ及び幅ｗに応じて照明光の入射角度を任意に変更することができないという問題があった。
【００１２】
さらに、上述したフライアイレンズ及びＩＦＰは、回折像を重ね合わせて波形パターンのスイングＳＷを軽減することはできるが、マスクパターンのエッジ付近における波形パターンのスロープＳＬを急峻化することはできない。このため、従来のアライナ装置は、露光対象基板２上に形成されるパターンの線幅のばらつきが大きく、エッジ付近の解像力が低いという問題があった。特に、フライアイレンズ及びＩＦＰは、いずれも照明光の角度分布に広がりをもたせているので、重なり合った波形パターンのスイングＳＷが軽減される反面、波形パターンのスロープＳＬがより穏やかになってしまう傾向があり、露光対象基板上に形成されるパターンの線幅ばらつきが大きくなるという問題もあった。
【００１３】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、第１に、マスクパターンのエッジ付近で生じる回折像の波形パターンのスイングを抑制し、露光対象基板上に形成されるパターンのエッジ形成位置のばらつきを低減することができ、第２に、マスクパターンのエッジ付近における回折像の波形パターンのスロープを急峻化し、エッジから発生する回折光のコントラストを向上させることができ、これらが相俟って、露光対象基板上に形成されるパターンのエッジの高解像を実現することが可能なアライナ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明のアライナ装置は、フォトマスクを露光対象基板に近接又は接触させ、照明光学系からの照明光を、前記フォトマスクのマスクパターンを介して前記露光対象基板上に入射させ、前記露光対象基板を露光するアライナ装置であって、前記照明光学系の全部又は一部を駆動させ、前記露光対象基板上に入射される照明光の入射角度を０°以外の任意の角度θに変動させることが可能な照明角度変動手段を備え、前記マスクパターンを透過した照明光により前記露光対象基板上に形成される回折像の光強度分布に応じて、照明光の入射角度θを決定し、少なくとも、入射角度±θの２つの照明光で前記露光対象基板を露光し、照明光の入射角度±θに応じて前記露光対象基板上で略平行にシフトする２つの回折像を重複させ、これら回折像の回折によるスイングを抑制する構成としてある。
【００１５】
本発明のアライナ装置は、露光対象基板上に形成される回折像の光強度分布が、フレネル回折で定型的に決定されることに着目したものである。上記構成によれば、フォトマスクと露光対象基板との間隔ｚ及びマスクパターンの幅ｗによって定まる回折像を、平行にシフトさせた状態で重複させることで、その光強度分布のばらつきを相殺させることができる。これにより、マスクパターンのエッジ付近で生じる回折像の波形パターンのスイングを抑制し、露光対象基板上に形成されるパターンのエッジ形成位置のばらつきを低減することが可能となる。
【００１６】
また、照明光学系の全部又は一部を駆動させて、照明光の入射角度を任意の角度θに変動させることができ、１台のアライナ装置で、様々な間隔ｚ及び幅ｗに対応することが可能となり、条件の異なる種々のパターン形成に広く汎用することができる。
【００１７】
ここで、本発明の「照明角度変動手段」は、例えば、光源、レンズ、反射鏡、プリズム等を含む照明光学系の全部又は一部を、ステッピングモータやサーボモータで機械的に駆動させ、露光対象基板上に入射される照明光の入射角度を任意の角度θに変動させるものであり、従来のアライナ装置に備わっていたフライアイレンズやＩＦＰのような固定された光学系の光学特性により、照明光の入射角度を一定の角度にしか変動させられないものとは異なる。また、「照明角度変動手段」は、照明光学系の全部又は一部を機械的に駆動させるものに限らず、例えば、単位面積あたりに多数のＬＤ又はＬＥＤなどの発光素子をアレイ化した構造の光源を用い、多数の発光素子のうちの任意のもの選択して発光させる制御処理により、露光対象基板上に入射される照明光の入射角度を任意の角度θに変動させてもよい。
【００１８】
また、本発明は、少なくとも、入射角度＋θの照明光によって形成される回折像と、入射角度−θの照明光によって形成される回折像とを露光対象基板上で重複させ、これら回折像を合成したときの光強度分布のばらつきを補正するものである。ここで、「少なくとも・・・２つの照明光」としたのは、ばらつきを補正するために３つ以上の回折像（例えば、入射角度＋θ、０°及び−θの照明光によって形成される回折像）を重複させてもよいからである。
【００１９】
なお、露光に用いる照明光の入射角度の広がりが小さいほど、重複させた回折像の波形パターンのスロープが穏やかになる傾向を抑えることができ、露光対象基板上に形成されるパターンの線幅ばらつきが低減される。
【００２０】
さらに、本発明における「露光」は、一括露光又は時分割露光のいずれを適用することも可能である。例えば、入射角度±θの照明光を同時に照射して露光対象基板を一括露光してもよいし、又は入射角度＋θの照明光で露光対象基板を露光した後、入射角度−θの照明光で露光対象基板を露光する時分割露光としてもよい。また、時分割露光を採用する場合は、各回の露光量の合計が、露光対象基板の適正露光量となるようにすればよい。
【００２１】
好ましくは、上述した本発明のアライナ装置が、データベース及び制御手段を備え、前記データベースは、前記フォトマスクと前記露光対象基板との間隔ｚ１、ｚ２、ｚ３…及び前記マスクパターンの幅ｗ１、ｗ２、ｗ３…によって定まる、複数の回折像の光強度分布の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…の回折によるスイングを抑制するための照明光の入射角度θ１、θ２、θ３…が記憶してあり、前記制御手段は、前記露光対象基板の露光を行うときの前記間隔ｚｎ及び前記幅ｗｎに基づいて照明光の入射角度θを選択するとともに、前記照明角度変動手段を制御して、照明光の入射角度を少なくとも±θに変動させる構成とする。
【００２２】
上記構成によれば、回折像の光強度分布のばらつきを補正するための適正な角度θを、コンピュータ制御による処理で容易に特定することが可能となる。例えば、フォトマスクと露光対象基板との間隔ｚｎ、マスクパターンの幅ｗｎで実際に露光を行う場合、ユーザは、本アライナ装置に間隔ｚｎ及び幅ｗｎの値を入力する。すると、制御手段が、データベースに記憶されたデータの中から、間隔ｚｎ及び幅ｗｎと同一又は近似する間隔ｚ及び幅ｗを特定し、これら間隔ｚ及び幅ｗによって定まる波形パターンｐのばらつきを補正するための照明光の入射角度θを選択する。その後、制御手段は、照明角度変動手段を制御して照明光学系の全部又は一部を駆動させ、照明光の入射角度を少なくとも±θに変動させて露光を行う。
【００２３】
ここで、フォトマスクと露光対象基板との間隔ｚは、目標とする解像力に応じたレベル（一般には間隔ｚが小さいほど高解像）又は露光対象基板の平坦度に伴いレジストがフォトマスクに接しないレベルに設定されることが多い。一方、マスクパターンの幅ｗは、フォトマスクに混在する種々の幅ｗ１、ｗ２、ｗ３…のマスクパターンのうち、最も高い解像性を得たいマスクパターンの幅に設定することが望ましい。
【００２４】
好ましくは、前記照明光学系が、光源光から所定の直線偏光成分を分離、変換して照明光を生成する偏光変換光学系を備え、前記偏光変換光学系が、照明光の偏光方向を、前記マスクパターンのエッジと平行な方向に揃えて、前記露光対象基板上に形成される回折像の回折によるスロープを急峻化する構成とするとよい。
【００２５】
一般に、ナイフエッジ（半平面）の方向と照射される光の偏光方向とによって、発生する回折光が変化する現象が知られている（例えば、鶴田匡夫著「続光の鉛筆―光技術者―のための応用光学」２１０〜２１９頁「１９章 回折の厳密解」を参照）。本発明は、この現象をアライナ装置に応用したものである。本発明者らが鋭意検討した結果、照明光を直線偏光とし、その偏光方向（電場ベクトルの方向）をマスクパターンのエッジと平行にすることで、エッジから発生する回折光のコントラストが向上することを見出した。すなわち、照明光をエッジと平行な直線偏光とした場合は、エッジに垂直な直線偏光やランダム偏光と比較して、エッジ付近における回折像の波形パターンのスロープが急峻化し、エッジから発生する回折光のコントラストを向上させることができる。
【００２６】
好ましくは、前記照明光学系が、前記フォトマスクに照明光を集光させる集光レンズを有するとともに、前記照明角度変動手段が、前記集光レンズの瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させ、前記集光レンズを通過した照明光の入射角度を０°以外の任意の角度θに変動させる構成にするとよい。
【００２７】
上記構成によれば、照明光学系の一部又は全部を駆動させて、照明光の入射角度を任意の角度θに変動させることができ、１台のアライナ装置で、様々な間隔ｚ及び幅ｗに対応することが可能となり、条件の異なる種々のパターン形成に広く対応することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のアライナ装置によれば、第１に、フォトマスクと露光対象基板との間隔ｚ及びマスクパターンの幅ｗによって定まる回折像を、平行にシフトさせた状態で重複させることで、マスクパターンのエッジ付近で生じる回折像の波形パターンのスイングを抑制し、露光対象基板上に形成されるパターンのエッジ形成位置のばらつきを低減することができる。また、第２に、照明光の偏光方向を、マスクパターンのエッジと平行な方向に揃えて、前記露光対象基板上に形成される回折像の回折によるスロープを急峻化することにより、エッジから発生する回折光のコントラストを向上させることができる。これら第１及び第２の効果が相俟って、露光対象基板上に形成されるパターンのエッジの高解像を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】露光対象基板上に形成される回折像の光強度分布を示す説明図である。
【図２】露光に用いるフォトマスクと露光対象基板との間隔ｚ、マスクパターンの幅ｗ、露光対象基板上に形成される回折像の波形パターンの関係を示す説明図である。
【図３】照明光の入射角度θと、その回折像との関係を示す説明図である。
【図４】本発明に係るアライナ装置の基本原理を示す説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るアライナ装置の光学配置を示す概略図である。
【図６】上記アライナ装置の光路（入射角度θ＝０°）を示す概略図である。
【図７】上記アライナ装置の偏光変換光学系を示す拡大図である。
【図８】同図（ａ）〜（ｃ）は、上記アライナ装置の斜入射操作光学系を示す拡大図である。
【図９】上記アライナ装置の光路（入射角度θ＞０°）を示す概略図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るアライナ装置の斜入射操作光学系を示す拡大図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るアライナ装置を示す概略図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係るアライナ装置を示す概略図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係るアライナ装置を示す概略図である。
【図１４】入射角度０°の照明光で、スリット状のマスクパターンを照明した場合のエッジ付近の光強度分布を示す波形パターンである。
【図１５】入射角度±θ（θ≠０°）の照明光で、スリット状のマスクパターンを照明した場合のエッジ付近の光強度分布を示す波形パターンである。
【図１６】エッジが延びる方向と、照明光の偏光特性との関係を、ＦＤＴＤ法を用いて電磁場解析したシミュレーション結果を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
＜本発明の前提となる自然法則＞
まず、本発明のアライナ装置の基本原理について、図１〜図４を参照しつつ説明する。図１において、一般的なアライナ装置では、フォトマスク１と露光対象基板２との間に投影光学系が介在しない。このため、マスクパターン１Ａを透過した照明光（図中の白抜き矢印を参照）によって、露光対象基板２上に形成される回折像の光強度分布は、フレネル回折に従って、フォトマスク１と露光対象基板２との間隔ｚ及びマスクパターン１Ａの幅ｗにより定型的に決定される。このようにフレネル回折の下では、間隔ｚ及び幅ｗが指定されると、露光対象基板２上に形成される回折像の光強度分布の波形パターンは、図２に示すように自動的に決定される。
【００３１】
そして、既に述べたように、平行光を用いて露光対象基板２を露光した場合には、マスクパターン１Ａのエッジ１ａ付近において、回折像の波形パターンに回折によるスイングＳＷ、緩やかなスロープＳＬといったばらつきが生じ、マスクパターン１Ａを再現した矩形の光強度分布を得ることができない。アライナ装置の高解像化のポイントは、エッジ１ａ付近に生じる回折像の波形パターンのスイングＳＷを抑制し、エッジにおける光学コントラストに対応するスロープＳＬを急峻化することにある。
【００３２】
一方、フレネル回折には、図３に示すように、照明光の入射角度θに応じて回折像が平行にシフトする性質がある。この性質を利用して、互いにシフトする複数の回折像を重複させ、光強度分布の強弱（例えば、図中の円で囲った部分を参照）を相殺すれば、これら回折像を総合したときの波形パターンのスイングＳＷを抑制することができる。
【００３３】
そこで、本発明のアライナ装置では、図４に示すように、フォトマスク１に照明光を集光させる集光レンズ３の瞳面上で、照明光の経路を平行に移動させ、集光レンズ３を通過した照明光の入射角度を任意の角度θに変動させる構成を採用する。このような構成により、照明光の入射角度を、回折像の波形パターンのスイングＳＷを抑制するために最適な任意の角度θに変動させることができるようになり、アライナ装置の解像性を向上させることが可能となる。
【００３４】
また、既に述べたように、エッジが延びる方向と照射される光の偏光方向とによって、発生する回折光が変化する現象が知られている。本発明は、この現象をアライナ装置に応用するものであり、本発明者らは、照明光を直線偏光とし、その偏光方向をマスクパターンのエッジと平行にすることで、エッジ付近における回折像の波形パターンのスロープＳＬが急峻化することを見出した（図１６を参照）。以下、回折像の波形パターンのスイング抑制及びスロープの急峻化を実現するための第１〜第５実施形態について、図５〜図１３を参照しつつ説明する。
【００３５】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るアライナ装置について、図５〜図９を参照しつつ説明する。
【００３６】
＜＜全体構成＞＞
第１実施形態に係るアライナ装置の光学配置を図５に示し、その光路を図６に示す。これら図面において、本実施形態のアライナ装置は、主たる光学系として、光源１０、偏光変換光学系２０、照度均一化光学系３０、斜入射光学系４０、σ絞り５０及び集光レンズ３を備えた構成となっている。また、本実施形態のアライナ装置は、斜入射光学系４０を駆動させるための照明角度変動手段１０１、制御手段１０２及びデータベース１０３を備えている。
【００３７】
＜＜光源＞＞
光源１０は、回転楕円面の反射面を有する楕円鏡１１に包囲されている。光源１０から出射された光束は、楕円鏡１１に反射され、所定の位置に集光される。本実施形態では、光源１０の種類は、特に限定されるものではなく、一般的なフォトリソグラフィに用いられるｇ線、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザーなどを適用することができ、マスクパターン１Ａの幅ｗの微細度に応じた波長のものを選択すればよい。
【００３８】
＜＜偏光変換光学系＞＞
偏光変換光学系２０は、コリメータレンズ２１、偏光ビームスプリッタ（偏光分離手段）２２、１／２波長板２４Ａ及び２４Ｂ、レンズ２５を備えた構成となっている。この偏光変換光学系２０は、図７に示すように、光源１０から出射された光束から所定の偏光成分を分離、変換して照明光を生成する。
【００３９】
図７において、光源１０から出射された光束は、コリメータレンズ２１によって平行光線に変換される。この平行光線は、あらゆる方向に振動する光が混合されたランダム偏光であり、偏光ビームスプリッタ２２に入射される。偏光ビームスプリッタ２２は、ランダム偏光に含まれるｐ偏光を透過させるとともに、ｓ偏光を反射させてミラー２３に入射させる。ミラー２３は、ｓ偏光を直角方向に反射させる。ここで、ｐ偏光は照明光の入射面に対して平行な方向に振動する光であり、ｓ偏光は照明光の入射面に対して垂直な方向に振動する光である。
【００４０】
偏光ビームスプリッタ２２及びミラー２３の光路の下流側には、光軸を中心に回転可能な１／２波長板２４Ａ、２４Ｂがそれぞれ配置してある。１／２波長板２４Ａ、２４Ｂは、偏光ビームスプリッタ２２を透過したｐ偏光、及びミラー２３に反射されたｓ偏光の偏光方向を、マスクパターン１Ａのエッジ１ａと平行な方向に揃えるためのものである。
【００４１】
例えば、図７中の上の拡大図に示すように、マスクパターン１Ａのエッジ１ａが、図中のｙ方向に延びる場合には、１／２波長板２４Ａのみを４５°回転させて、偏光ビームスプリッタ２２を透過したｐ偏光をｓ偏光に変換し、偏光ビームスプリッタ２２及びミラー２３からの直線偏光を、それぞれｙ方向に延びるエッジ１ａと平行なｓ偏光に揃える。
【００４２】
図示しないが、マスクパターン１Ａのエッジ１ａが、図中のｘ方向に延びる場合には、１／２波長板２４Ｂのみを４５°回転させて、ミラー２３に反射されたｓ偏光をｐ偏光に変換し、偏光ビームスプリッタ２２及びミラー２３からの直線偏光を、それぞれｘ方向に延びるエッジ１ａと平行なｐ偏光に揃える。
【００４３】
また、例えば、図７中の下の拡大図に示すように、マスクパターン１Ａのエッジ１ａが、図中のｘ、ｙ以外の方向に延びる場合は、１／２波長板２４Ａ、２４Ｂをそれぞれ所定の角度に回転させて、偏光ビームスプリッタ２２及びミラー２３からの直線偏光を、それぞれエッジ１ａと平行な任意の偏光方向に揃えることができる。
【００４４】
１／２波長板２４Ａ、２４Ｂを透過したエッジ１ａと平行な直線偏光は、共にレンズ２５に入射され、このレンズ２５の焦点で互いの光路が合流される。このような偏光変換光学系２０によれば、光源２１から出射されたトータルの光量を失わずに、エッジ１ａと平行な直線偏光を生成することが可能である。
【００４５】
＜＜照度均一化光学系＞＞
図５に戻り、照度均一化光学系３０は、照明光の照度を均一に近づけるためのものであり、例えば、フライアイレンズ又はロッドレンズなどの公知のインテグレータ光学系を適用することができる。例えば、照度均一化光学系３０として、フライアイレンズを使用し、各フライアイエレメントによって生成された複数の２次光源で照明を行うことにより照明ムラを無くす。また、例えば、照度均一化光学系３０として、四角柱状のロッドレンズを光路上に配置し、入射した照明光を四角柱内部で繰り返し反射させて照度を均一に近づける。フライアイレンズ又はロッドレンズのいずれを採用した場合も、照度均一化光学系３０の出射面は、σ絞り５０を配置した集光レンズ３の瞳面と光学的に共役となる位置に配置されており、集光レンズ３の瞳面及び物体面（すなわち、フォトマスク１の照明領域）において、照明光の照度が均一化される。
【００４６】
＜＜斜入射操作光学系、照明角度変動手段＞＞
斜入射操作光学系４０は、集光レンズ３の瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させ、集光レンズを通過した照明光の入射角度を０°以外の任意の角度θに変動させるためのものである。本実施形態の斜入射操作光学系４０は、互いに対向する一対の第１及び第２レンズ４１及び４２を備えている。図８（ａ）に示すように、第１レンズ４１は、上述した照度均一化光学系３０の出射面側に配置され、この照度均一化光学系３０から出射された照明光が入射される。第２レンズ４２は、σ絞り５０側に配置され、集光レンズ３の瞳面上で焦点を結ぶ。
【００４７】
このような斜入射操作光学系４０は、図示しないレール、モータ、位置センサ等を備えた照明角度変動手段１０１（図５を参照）に組み付けられており、照明角度変動手段１０１は、後述する制御手段１０２からの制御信号に基づいて、斜入射操作光学系４０を、図８（ａ）に示すｘ−ｙ方向（照明光の光軸に対して垂直方向）に駆動させる。
【００４８】
図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、斜入射操作光学系４０がｘ−ｙ方向に駆動されると、照度均一化光学系３０から第１レンズ４１に入射される照明光の位置が平行移動して、第１レンズ４１から第２レンズ４２に入射される照明光の位置も平行移動する。これにより、第２レンズ４２からσ絞り５０に向かって出射される照明光の経路が平行移動し、瞳面上で焦点を結ぶ照明光の像も平行移動する。
【００４９】
すると、図９に示すように、σ絞り５０を通過して集光レンズ３に入射される照明光の位置が平行移動し、集光レンズ３を通過した照明光の入射角度が０°以外の任意の角度θに変動される。この結果、露光対象基板２上に形成される回折像が、入射角度０°のときの位置から平行にシフトする（図中の点線を参照）。
【００５０】
＜＜制御手段、データベース＞＞
図５において、制御手段１０２は、ユーザが所望する、フォトマスク１と露光対象基板２との間隔ｚｎ及びマスクパターン１Ａの幅ｗｎに基づいて、照明光の入射角度θｎを決定する。また、制御手段１０２は、マスクパターン１Ａのエッジ１ａが延びる方向に基づいて、１／２波長板２４Ａ及び２４Ｂの回転角度を決定する。
【００５１】
一方、データベース１０３には、間隔ｚ１、ｚ２、ｚ３…、幅ｗ１、ｗ２、ｗ３…及びこれらの組み合わせによって定まる種々の回折像の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…（図２を参照）を対応させた第１のデータテーブルが記憶されている。また、データベース１０３には、波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…と、これら波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…のスイングＳＷを抑制するために最適な照明光の入射角度θ１、θ２、θ３…とを対応させた第２のデータテーブルが記憶されている。さらに、データベース１０３には、エッジ１ａが延びる各種方向と、照明光の偏光方向をエッジ１ａと平行にするための１／２波長板２４Ａ及び２４Ｂの回転角度とを対応させた第３のデータテーブルが記憶されている。以下、データベース１０３に記憶される各種データの作成方法の具体例について説明する。
【００５２】
＜＜＜回折像の波形パターンｐ＞＞＞
図２に示すような種々の回折像の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…は、照明光の入射角度θ＝０°、間隔ｚ１、ｚ２、ｚ３…と幅ｗ１、ｗ２、ｗ３…との組み合わせでシミュレーション又は実験を行って取得する。例えば、ＦＤＴＤ法（Finite-difference time-domain method）などの電磁場解析ソフトを用いたシミュレーションにより、種々の回折像の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…を取得することができる。また、例えば、露光対象基板２上に光強度計測センサを載置して、入射角度０°の照明光で実験を行い、種々の回折像の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…を取得してもよい。そして、間隔ｚ１、ｚ２、ｚ３…、幅ｗ１、ｗ２、ｗ３…及び波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…を対応づけた第１のデータテーブルを作成する。
【００５３】
＜＜＜照明光の入射角度θ＞＞＞
上記方法により取得した回折像の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…のそれぞれについて、図１に示すようなスイングＳＷが抑制される照明光の入射角度θ１、θ２、θ３…をシミュレーションにより決定する。例えば、一の波形パターンｐ１について、照明光の入射角度±θ１、±θ２、±θ３…でシミュレーションを行い、平行にシフトさせた波形パターンｐ１の光強度分布の強弱する部分（例えば、図３中の円で囲った部分を参照）が互いに重複して、スイングＳＷが抑制される最適な入射角度θｎを決定する。このようなシミュレーションを各種の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…のそれぞれについて行い、波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…と、最適な入射角度θ１、θ２、θ３…とを対応づけた第２のデータテーブルを作成する。
【００５４】
ここで、１つの波形パターンｐ１に対して、最適な照明光の入射角度θｎは１つとは限らず、複数の入射角度０°、θ１、θ２、θ３…の照明光によりスイングＳＷが抑制される場合もある。このような場合は、上述したデータテーブル上で、１つの波形パターンｐ１に対して２以上の入射角度０°、θ１、θ２、θ３…を対応付けておき、実際には、入射角度０°、±θ１、±θ２、±θ３…の照明光で複数回の露光を行うようにする。
【００５５】
＜＜＜エッジの延びる方向、１／２波長板の回転角度＞＞＞
マスクパターン１Ａのエッジ１ａが延びる各種方向を設定し、照明光の偏光方向が、エッジ１ａが延びる各種方向と平行になるような、１／２波長板２４Ａ及び２４Ｂの回転角度の組み合わせを決定する。そして、エッジ１ａが延びる各種方向と、１／２波長板２４Ａ及び２４Ｂの回転角度の組み合わせとを対応づけた第３のデータテーブルを作成する。
【００５６】
＜＜制御手段の処理＞＞
図５に示す本アライナ装置に、ユーザが実際に露光を行うときの間隔ｚｎ及び幅ｗｎを入力すると、制御手段１０２は、上述した第１のデータテーブルを参照して、間隔ｚｎ及び幅ｗｎの組み合わせによって定まる回折像の波形パターンｐｎを特定する。次いで、制御手段１０２は、上述した第２のデータテーブルを参照して、波形パターンｐｎのスイングＳＷが抑制される最適な照明光の入射角度θｎを選択する。
【００５７】
その後、制御手段１０２は、照明角度変動手段１０１に制御信号を出力し、斜入射光学系４０をｘ−ｙ方向に所定量だけ駆動させ、照明光の入射角度０°を±θｎに変動させて２回の時分割露光を実施する。例えば、入射角度＋θｎの照明光で１回目の露光を行った後、入射角度−θｎの照明光で２回目の露光を行う。露光対象基板２上に時分割で形成された２つの回折像の波形パターンｐｎは、入射角度±θｎに応じた量だけ平行にシフトして互いに重複し、そのスイングＳＷが抑制される。
【００５８】
ここで、上述した２回の時分割露光を行う場合には、各回の露光量ｅ１、ｅ２の合計が、露光対象基板２の適正露光量ｅとなるようにする。また、上述した第２のデータテーブルで、波形パターンｐｎのスイングＳＷを抑制するための照明光の入射角度が０°、θ１、θ２、θ３…と２つ以上対応づけられている場合には、入射角度０°、±θ１、±θ２、±θ３…の照明光で、少なくとも３回以上の時分割露光を繰り返し行う。３回以上の時分割露光を行う場合にも、上記と同様に、各回の露光量ｅ１、ｅ２、ｅ３…の合計が、露光対象基板２の適正露光量ｅとなるようにする。なお、本発明のアライナ装置は、時分割露光に限定されるものではなく、入射角度±θの照明光を同時に照射して露光対象基板２を一括露光する構成としてもよい（例えば、図１２に示す第４実施形態のアライナ装置を参照）。
【００５９】
一方、図５に示す本アライナ装置に、ユーザがマスクパターン１Ａのエッジ１ａの延びる方向を入力した場合には、制御手段１０２は、上述した第３のデータテーブルを参照して、照明光の偏光方向がエッジ１ａの延びる方向と平行になる、１／２波長板２４Ａ及び２４Ｂの回転角度の組み合わせを選択する。
【００６０】
そして、制御手段１０２は、上述した時分割露光などを実施する際に、１／２波長板２４Ａ、２４Ｂの一方又は両方を所定角度だけ回転させ、偏光ビームスプリッタ２２及びミラー２３からの直線偏光を、それぞれエッジ１ａと平行な偏光方向に揃える。このように、照明光をエッジ１ａと平行な直線偏光とした場合は、エッジ１ａに垂直な直線偏光やランダム偏光と比較して、エッジ１ａ付近における波形パターンｐｎのスロープが急峻化し、エッジ１ａから発生する回折光のコントラストが向上する。
【００６１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るアライナ装置について、図１０を参照しつつ説明する。図１０は、本発明の第２実施形態に係るアライナ装置の斜入射操作光学系を示す拡大図である。
【００６２】
本実施形態のアライナ装置は、図５に示す斜入射操作光学系４０を、図１０に示すライトガイド４３に置き換えた構成としてある。ライトガイド４３は、多数本のファイバ素線を隙間なく結束し、このファイバ素線の結束体をフレキシブル管内に収納した構成となっている。このようなライトガイド４３は、斜入射操作光学系のみならず照度均一化光学系の機能を兼ね備えている。
【００６３】
同図において、照度均一化光学系３０から出射された照明光は、レンズ３２に集光され、ライトガイド４３に入射される。ライトガイド４３は、入射した照明光を多数本のファイバ素線の内部で繰り返し反射して、照明光の照度をより均一に近づける。また、ライトガイド４３の出射面は、σ絞り５０を配置した集光レンズ３の瞳面に配置されており、集光レンズ３の瞳面及び物体面（すなわち、フォトマスク１の照明領域）において、照明光の照度が均一化される。
【００６４】
このようなライトガイド４３は、図示しない照明角度変動手段１０１に組み付けられており、照明角度変動手段１０１は、制御手段１０２からの制御信号に基づいて、ライトガイド４３の出射面を、図１０に示すｘ−ｙ方向（照明光の光軸に対して垂直方向）に駆動させる。これにより、ライトガイド４３から出射される照明光の経路が瞳面上で平行移動し、第１実施形態と同様に、集光レンズ３を通過した照明光の入射角度が０°以外の任意の角度θに変動される。この結果、露光対象基板２上に形成される回折像が、入射角度０°のときの位置から平行にシフトする（図４を参照）。
【００６５】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るアライナ装置について、図１１を参照しつつ説明する。図１１は、本発明の第３実施形態に係るアライナ装置を示す概略図である。なお、同図において、第１実施形態と同様の箇所については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００６６】
同図において、本実施形態のアライナ装置は、照明光の入射角度を変動させるための斜入射操作光学系として、可動ミラー４５を備えた構成としてある。照度均一化光学系３０によって照度が均一化された照明光は、レンズ４４を介して、可動ミラー４５に入射される。可動ミラー４５は、入射した照明光をレンズ４６に向かって反射する。このレンズ４６は、σ絞り５０の手前に配置され、集光レンズ３の瞳面上で焦点を結ぶ。
【００６７】
ここで、可動ミラー４５は、図示しない照明角度変動手段１０１に組み付けられており、そのピボット軸４５ａを中心に回動自在となっている。照明角度変動手段１０１は、制御手段１０２からの制御信号に基づいて、可動ミラー４５を所定の角度だけ回動させ、レンズ４６に入射される照明光の位置を平行移動させる。すると、レンズ４６からσ絞り５０に向かって出射される照明光の経路が平行移動し、瞳面上で焦点を結ぶ照明光の像も平行移動する。これにより、第１実施形態と同様に、集光レンズ３を通過した照明光の入射角度が０°以外の任意の角度θに変動される。この結果、露光対象基板２上に形成される回折像が、入射角度０°のときの位置から平行にシフトする。
【００６８】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るアライナ装置について、図１２を参照しつつ説明する。図１２は、本発明の第４実施形態に係るアライナ装置を示す概略図である。なお、同図において、第１実施形態と同様の箇所については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００６９】
＜＜可動円錐ミラー＞＞
同図において、本実施形態のアライナ装置は、照明光の入射角度を変動させるための斜入射操作光学系として、可動円錐ミラー４９を備えた構成としてある。この可動円錐ミラー４９は、第１円錐ミラー４９Ａの外周に、図中の上下方向に可動自在な第２円錐ミラー４９Ｂを配置した構成となっている。
【００７０】
第１円錐ミラー４９Ａは、その全体が円錐形となっており、その外面が凸状の円錐形反射面となっている。一方、第２円錐ミラー４９Ｂは、その全体が中心に開口を有する略環状となっており、その内面が凹状の円錐形反射面となっている。これら第１及び第２円錐ミラー４９Ａ、４９Ｂは、共に照明光の光軸を中心に配置してあり、レンズ４８の出射面側に固定した第１円錐ミラー４９Ａに対して、第２円錐ミラー４９Ｂが光軸に沿って上下方向に可動する。第２円錐ミラー４９Ｂは、図示しない照明角度変動手段１０１に組み付けられており、制御手段１０２によって動作制御される。第２円錐ミラー４９Ｂの動作範囲内において、第１円錐ミラー４９Ａの反射面は、常に、第２円錐ミラー４９Ｂの反射面に対向する。
【００７１】
＜＜動作＞＞
図１２に示すように、照度均一化光学系３０により照度が均一化された照明光は、レンズ４５を介して、ミラー４７に入射される。ミラー４７は、入射した照明光をレンズ４８に向かって反射する。このレンズ４８を介して、照明光が第１円錐ミラー４９Ａに入射される。第１円錐ミラー４９Ａは、入射した照明光を略円形に反射し、第２円錐ミラー４９Ｂに入射させる。第２円錐ミラー４９Ｂは、入射した照明光を略円環状に反射し、集光レンズ３に入射させる。集光レンズ３を透過した略環状の照明光は、３６０°の方向から入射角度θでマスクパターン１Ｂに向かって照射される。これにより、露光対象基板２上に複数の回折像が同時に形成され、これら回折像は、入射角度θに応じた量だけ平行にシフトした状態で互いに重複する。
【００７２】
ここで、照明角度変動手段１０１が、制御手段１０２からの制御信号に基づいて、第２円錐ミラー４９Ｂを上下方向に可動させると、第２円錐ミラー４９Ｂに反射された略円環状の照明光の内径が拡縮し、集光レンズ３に入射される照明光の位置が平行移動する（図中の参考図を参照）。この結果、集光レンズ３を透過した略円環状の照明光の入射角度が、３６０°の方向にわたり任意の角度θに変動される。
【００７３】
上述した本実施形態のアライナ装置によれば、３６０°の方向から入射角度θの照明光をマスクパターン１Ｂに向かって照射することができるので、上述した第１〜第３実施形態と異なり、露光対象基板２を一括露光することが可能である。これにより、本アライナ装置のスループットの向上を図ることができる。
【００７４】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係るアライナ装置について、図１３を参照しつつ説明する。図１３は、本発明の第５実施形態に係るアライナ装置を示す概略図である。なお、同図において、第１実施形態と同様の箇所については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００７５】
同図において、本実施形態のアライナ装置は、光源１０、偏光変換光学系２０、照度均一化光学系３０を含む光源ユニット４を、図中のｘ−ｙ方向に駆動可能とした構成となっている。光源ユニット４は、図示しない照明角度変動手段１０１に組み付けられており、照明角度変動手段１０１は、制御手段１０２からの制御信号に基づいて、光源ユニット４を所定のｘ−ｙ座標位置に移動させる。すると、光源ユニット４からσ絞り５０に向かって出射される照明光の経路が平行移動し、瞳面上で焦点を結ぶ照明光の像も平行移動する。これにより、第１実施形態と同様に、集光レンズ３を通過した照明光の入射角度が０°以外の任意の角度θに変動される。この結果、露光対象基板２上に形成される回折像が、入射角度０°のときの位置から平行にシフトする。
【００７６】
＜作用効果＞
以上のように、本発明の第１〜第５実施形態に係るアライナ装置によれば、第１に、マスクパターン１Ａのエッジ１ａ付近で生じる回折像の波形パターンｐのスイングＳＷを抑制し、露光対象基板２上に形成されるパターンのエッジ形成位置のばらつきを低減することができる。また、第２に、マスクパターン１Ａのエッジ１ａ付近における回折像の波形パターンｐのスロープＳＬを急峻化し、エッジ１ａから発生する回折光のコントラストを向上させることができる。これら第１及び第２の作用効果が相俟って、露光対象基板２上に形成されるパターンのエッジの高解像を実現することが可能となる。
【００７７】
第３に、本発明の第１〜第５実施形態に係るアライナ装置によれば、照明光学系の一部又は全部を駆動させて、照明光の入射角度を任意の角度θに変動させることができ、１台のアライナ装置で、様々な間隔ｚ及び幅ｗに対応することが可能となり、条件の異なる種々のパターン形成に広く対応することができる。
【００７８】
＜＜波形パターンのスイング抑制＞＞
マスクパターンのエッジ付近における照明光のフレネル回折を、スカラー理論に基づいてシミュレーションした結果を、図１４及び１５に示す。このうち、図１４は、入射角度０°の照明光で、スリット状のマスクパターンを照明した場合のエッジ付近の光強度分布を示す波形パターンである。一方、図１５は、入射角度±θ（θ≠０°）の照明光で、スリット状のマスクパターンを照明した場合のエッジ付近の光強度分布を示す波形パターンである。いずれの場合も照明光は、ランダム偏光のｉ線に設定した。
【００７９】
まず、図１４に示すように、入射角度０°の単一照明光では、マスクパターンのエッジ付近において、回折による光強度の大小のばらつきが生じ、波形パターンがスイングしてしまう。このような波形パターンのスイングがプロセスウインドウ内で生じた場合は、露光対象基板上に形成されるパターンのエッジ形成位置にばらつきが生じてしまう。
【００８０】
一方、図１５に示すように、点線で示す入射角度＋θの照明光の波形パターン、及び一点鎖線で示す入射角度−θの照明光の波形パターンは、いずれも図１４に示す波形パターンと同様にスイングしている。しかし、適切な入射角度θを選択しているので、入射角度±θの照明光の波形パターンは、互いの光強度の大きい部分と小さい部分とが重複し合い、エッジ付近における光強度分布のばらつきが相殺される。これにより、入射角度±θの照明光の合成は、図中の実線で示す波形パターンのように、エッジ付近におけるスイングが抑制され、パターンエッジのコントラストが向上する。
【００８１】
なお、露光に用いる照明光の入射角度の広がりが小さいほど、重複させた回折像の波形パターンのスロープが穏やかになる傾向を抑えることができ、露光対象基板２上に形成されるパターンの線幅ばらつきが低減される。
【００８２】
＜＜波形パターンのスロープ急峻化＞＞
図１６は、エッジが延びる方向と、照明光の偏光特性との関係を、ベクトル理論に基づいて電磁場解析したシミュレーション結果を示すものである。本シミュレーションにおいて、エッジはｙ方向に延びるものとし、照明光は、エッジと平行な直線偏光Ｅｙ（図中の実線の波形を参照）、エッジに垂直な直線偏光Ｅｘ（図中の点線の波形を参照）とした。また、電磁場解析の計算は、任意の構造体を扱うＦＤＴＤ法を用いた数値解析により行った。その他の条件として照明光Ｅｙ、Ｅｘの入射角度は０°とし、マスクパターンと露光対象基板との間隔ｚは１５μｍに設定した。
【００８３】
図１６に示すように、エッジと平行な直線偏光の照明光Ｅｙは、エッジと垂直な直線偏光の照明光Ｅｘと比較して、回折像の波形パターンのスロープが急峻化している（図中の円で囲った部分を参照）。この結果、エッジから発生する回折光のコントラストを向上させることができ、上述した波形パターンのスイング抑制と相俟って、エッジの解像性を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００８４】
１ フォトマスク
１Ａ マスクパターン
１ａ エッジ
１Ｂ 遮光領域
２ 露光対象基板
３ 集光レンズ
４ 光源ユニット
１０ 光源
２０ 偏光変換光学系
２１ コリメータレンズ
２２ 偏光ビームスプリッタ（偏光分離手段）
２３ ミラー
２４Ａ、２４Ｂ １／２波長板
２５ レンズ
３０ 照度均一化光学系
３２ レンズ
４０ 斜入射光学系
４１ 第１レンズ
４２ 第２レンズ
４３ ライトガイド
４４、４６、４８ レンズ
４５ 可動ミラー
４５ａ ピボット軸
４７ ミラー
４９ 可動円錐ミラー
４９Ａ 第１円錐ミラー
４９Ｂ 第２円錐ミラー
５０ 絞り
１０１ 照明角度変動手段
１０２ 制御手段
１０３ データベース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトマスクを露光対象基板に近接又は接触させ、照明光学系からの照明光を、前記フォトマスクのマスクパターンを介して前記露光対象基板上に入射させ、前記露光対象基板を露光するアライナ装置であって、
前記照明光学系の全部又は一部を駆動させ、前記露光対象基板上に入射される照明光の入射角度を０°以外の任意の角度θに変動させることが可能な照明角度変動手段を備え、
前記マスクパターンを透過した照明光により前記露光対象基板上に形成される回折像の光強度分布に応じて、照明光の入射角度θを決定し、
少なくとも、入射角度±θの２つの照明光で前記露光対象基板を露光し、照明光の入射角度±θに応じて前記露光対象基板上で略平行にシフトする２つの回折像を重複させ、これら回折像の回折によるスイングを抑制することを特徴とするアライナ装置。
【請求項２】
データベース及び制御手段を備え、
前記データベースには、前記フォトマスクと前記露光対象基板との間隔ｚ１、ｚ２、ｚ３…及び前記マスクパターンの幅ｗ１、ｗ２、ｗ３…によって定まる、複数の回折像の光強度分布の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…の回折によるスイングを抑制するための照明光の入射角度θ１、θ２、θ３…が記憶してあり、
前記制御手段は、前記露光対象基板の露光を行うときの前記間隔ｚｎ及び前記幅ｗｎに基づいて照明光の入射角度θを選択するとともに、前記照明角度変動手段を制御して、照明光の入射角度を少なくとも±θに変動させる請求項１記載のアライナ装置。
【請求項３】
前記照明光学系が、光源光から所定の偏光成分を分離、変換して照明光を生成する偏光変換光学系を備え、前記偏光変換光学系が、照明光の偏光方向を、前記マスクパターンのエッジと平行な方向に揃えて、前記露光対象基板上に形成される回折像の回折によるスロープを急峻化する請求項１又は２記載のアライナ装置。
【請求項４】
前記照明光学系が、前記フォトマスクに照明光を集光させる集光レンズを有するとともに、前記照明角度変動手段が、前記集光レンズの瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させ、前記集光レンズを通過した照明光の入射角度を０°以外の任意の角度θに変動させる請求項１〜３のいずれか１項に記載のアライナ装置。
【請求項５】
前記照明光学系が、照明光の入射角度を変動させる斜入射操作光学系として、光源側に配置された第１のレンズと、前記集光レンズ側に配置された第２のレンズとを備え、
前記第１及び第２のレンズは、互いの光軸を一致させた状態で、照明光の光路上に所定の間隔をあけて対向配置されるとともに、前記第２のレンズは、前記集光レンズの瞳面上で焦点を結び、
前記照明角度変動手段が、前記第１及び第２のレンズを照明光の光軸に対して垂直方向に移動させることで、前記集光レンズの瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させることとした、請求項４記載のアライナ装置。
【請求項６】
前記照明光学系が、照明光の入射角度を変動させる斜入射操作光学系として、入射面を光源側、出射面を前記集光レンズ側に配置した可撓性を有するライトガイドを備え、
前記照明角度変動手段が、前記ライトガイドの出射面を照明光の光軸に対して垂直方向に移動させることで、前記集光レンズの瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させることとした、請求項４記載のアライナ装置。
【請求項７】
前記照明光学系が、照明光の入射角度を変動させる斜入射操作光学系として、照明光の光路上に配置された可動ミラーを備え、
前記照明角度変動手段が、前記可動ミラーの傾き角を変動させることで、前記集光レンズの瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させることとした、請求項４記載のアライナ装置。
【請求項８】
前記照明光学系が、照明光の入射角度を変動させる斜入射操作光学系として、照明光の光路上に配置された可動円錐ミラーを備え、
前記可動円錐ミラーは、照明光を反射する凸状の円錐形反射面を有する第１円錐ミラーと、前記第１円錐ミラーの前記凸状の円錐形反射面を包囲し、前記第１円錐ミラーが反射した照明光を前記集光レンズに向けて反射する凹状の円錐形反射面を有する第２円錐ミラーとを含み、
照明角度変動手段が、前記第１円錐ミラーに対する前記第２円錐ミラーの位置を、照明光の光軸に沿って相対的に変動させることで、前記集光レンズの瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させることとした、請求項４記載のアライナ装置。
【請求項９】
前記照明角度変動手段が、前記集光レンズを除く前記照明光学系を平行に移動させることで、前記集光レンズの瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させることとした、請求項４記載のアライナ装置。
【請求項１】
フォトマスクを露光対象基板に近接又は接触させ、照明光学系からの照明光を、前記フォトマスクのマスクパターンを介して前記露光対象基板上に入射させ、前記露光対象基板を露光するアライナ装置であって、
前記照明光学系の全部又は一部を駆動させ、前記露光対象基板上に入射される照明光の入射角度を０°以外の任意の角度θに変動させることが可能な照明角度変動手段を備え、
前記マスクパターンを透過した照明光により前記露光対象基板上に形成される回折像の光強度分布に応じて、照明光の入射角度θを決定し、
少なくとも、入射角度±θの２つの照明光で前記露光対象基板を露光し、照明光の入射角度±θに応じて前記露光対象基板上で略平行にシフトする２つの回折像を重複させ、これら回折像の回折によるスイングを抑制することを特徴とするアライナ装置。
【請求項２】
データベース及び制御手段を備え、
前記データベースには、前記フォトマスクと前記露光対象基板との間隔ｚ１、ｚ２、ｚ３…及び前記マスクパターンの幅ｗ１、ｗ２、ｗ３…によって定まる、複数の回折像の光強度分布の波形パターンｐ１、ｐ２、ｐ３…の回折によるスイングを抑制するための照明光の入射角度θ１、θ２、θ３…が記憶してあり、
前記制御手段は、前記露光対象基板の露光を行うときの前記間隔ｚｎ及び前記幅ｗｎに基づいて照明光の入射角度θを選択するとともに、前記照明角度変動手段を制御して、照明光の入射角度を少なくとも±θに変動させる請求項１記載のアライナ装置。
【請求項３】
前記照明光学系が、光源光から所定の偏光成分を分離、変換して照明光を生成する偏光変換光学系を備え、前記偏光変換光学系が、照明光の偏光方向を、前記マスクパターンのエッジと平行な方向に揃えて、前記露光対象基板上に形成される回折像の回折によるスロープを急峻化する請求項１又は２記載のアライナ装置。
【請求項４】
前記照明光学系が、前記フォトマスクに照明光を集光させる集光レンズを有するとともに、前記照明角度変動手段が、前記集光レンズの瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させ、前記集光レンズを通過した照明光の入射角度を０°以外の任意の角度θに変動させる請求項１〜３のいずれか１項に記載のアライナ装置。
【請求項５】
前記照明光学系が、照明光の入射角度を変動させる斜入射操作光学系として、光源側に配置された第１のレンズと、前記集光レンズ側に配置された第２のレンズとを備え、
前記第１及び第２のレンズは、互いの光軸を一致させた状態で、照明光の光路上に所定の間隔をあけて対向配置されるとともに、前記第２のレンズは、前記集光レンズの瞳面上で焦点を結び、
前記照明角度変動手段が、前記第１及び第２のレンズを照明光の光軸に対して垂直方向に移動させることで、前記集光レンズの瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させることとした、請求項４記載のアライナ装置。
【請求項６】
前記照明光学系が、照明光の入射角度を変動させる斜入射操作光学系として、入射面を光源側、出射面を前記集光レンズ側に配置した可撓性を有するライトガイドを備え、
前記照明角度変動手段が、前記ライトガイドの出射面を照明光の光軸に対して垂直方向に移動させることで、前記集光レンズの瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させることとした、請求項４記載のアライナ装置。
【請求項７】
前記照明光学系が、照明光の入射角度を変動させる斜入射操作光学系として、照明光の光路上に配置された可動ミラーを備え、
前記照明角度変動手段が、前記可動ミラーの傾き角を変動させることで、前記集光レンズの瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させることとした、請求項４記載のアライナ装置。
【請求項８】
前記照明光学系が、照明光の入射角度を変動させる斜入射操作光学系として、照明光の光路上に配置された可動円錐ミラーを備え、
前記可動円錐ミラーは、照明光を反射する凸状の円錐形反射面を有する第１円錐ミラーと、前記第１円錐ミラーの前記凸状の円錐形反射面を包囲し、前記第１円錐ミラーが反射した照明光を前記集光レンズに向けて反射する凹状の円錐形反射面を有する第２円錐ミラーとを含み、
照明角度変動手段が、前記第１円錐ミラーに対する前記第２円錐ミラーの位置を、照明光の光軸に沿って相対的に変動させることで、前記集光レンズの瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させることとした、請求項４記載のアライナ装置。
【請求項９】
前記照明角度変動手段が、前記集光レンズを除く前記照明光学系を平行に移動させることで、前記集光レンズの瞳面を通過する照明光の経路を平行に移動させることとした、請求項４記載のアライナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２５３１４３（Ｐ２０１２−２５３１４３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３５６３（Ｐ２０１１−１２３５６３）
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（５０１４６６９３８）株式会社目白プレシジョン (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（５０１４６６９３８）株式会社目白プレシジョン (31)
【Ｆターム（参考）】
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