露光装置及び露光用光学装置
【課題】コヒーレント光を光源とした場合、被露光体上に発生する露光ムラを抑制することのできる露光装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る露光装置は、入射する光を拡散させる拡散板と、拡散板をコヒーレント光で経時的に重ねて照明するとともに、拡散板の各点への入射角度を経時的に変化させて照明する照明系と、パターン形成領域を有する光変調器と、拡散板から出射されるコヒーレント光をパターン形成領域に集光する集光光学系と、光変調器で変調されたコヒーレント光を被露光体の表面に結像させる結像光学系と、を備えることを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る露光装置は、入射する光を拡散させる拡散板と、拡散板をコヒーレント光で経時的に重ねて照明するとともに、拡散板の各点への入射角度を経時的に変化させて照明する照明系と、パターン形成領域を有する光変調器と、拡散板から出射されるコヒーレント光をパターン形成領域に集光する集光光学系と、光変調器で変調されたコヒーレント光を被露光体の表面に結像させる結像光学系と、を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光などのコヒーレント光を感光媒体の表面に導光する露光装置及び露光用光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置、例えば半導体素子などの回路パターンの形成に用いられるフォトリソグラフィでは、レチクル（マスク）パターンを半導体ウエハ等の基板上に転写する手法を採用している。この手法では、基板上に感光性のフォトレジストを塗布しておき、このフォトレジストの上にレクチルを配置して、このレクチルの上方に高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等を配置してレクチルを照射する。これにより、フォトレジスト上には、レチクルパターンに応じた照射光像が形成される。
【０００３】
一般に、投影露光装置では、レチクル上に描画された転写対象のパターンを、投影光学系を介して被露光体としての基板上に投影して結像させる。しかしながら、高圧水銀ランプ等の高輝度放電ランプは、寿命が比較的短く、頻繁にランプ交換を行う必要がある。さらには、環境負荷の観点から水銀を使用する高圧水銀ランプの仕様は好ましいものとはいえない。また、複数波長を含む上に発散光源であるため、集光や整形、結像のために比較的大型かつ高機能な光学系を用意する必要があり、装置全体が大型化するという難点がある。
【０００４】
このような問題に対処するため、レーザーなどのコヒーレント光源を用いる方式も提案されている。例えば、産業上で広く利用されている半導体レーザーは、高圧水銀ランプなどの高輝度放電ランプに比べて極めて長寿命である。また、単一波長の直進性が高い光を生成可能な光源であるため、光学系を小型かつ単純にすることが可能である上に、装置全体を小型化でき、光利用効率の向上が図られるという利点も有する。
【０００５】
その一方で、レーザー光などのコヒーレント光源を用いる方式には、スペックルの発生が問題となってくる。スペックル（Ｓｐｅｃｋｌｅ）は、レーザー光などのコヒーレント光を散乱面に照射したときに現れる斑点状のノイズであり、映像を投射するプロジェクタなどで発生した場合には、スクリーン上に発生する輝度ムラ（明るさのムラ）として観察され、投射する映像を劣化させるとともに、観察者に対して生理的な悪影響を及ぼす要因となっている。コヒーレント光を用いた場合にスペックルが発生する理由は、スクリーンなどの散乱反射面で反射したコヒーレント光が、その極めて高い干渉性ゆえに、互いに干渉し合うことを原因としている。
【０００６】
このようなコヒーレント光を露光装置に使用した場合、コヒーレント光を原因として発生するスペックルが、基板上に部分的な照射ムラを発生させることとなり、フォトレジスト像の欠損を生じさせ、それにより形成する回路の欠損を生じさせるなどの問題が発生する。
【０００７】
このスペックルノイズを低減するため、レーザー光が通過する拡散板を振動させる、レーザースペクトルの波長スペクトルを拡大する、レーザー光の照射対象となるスクリーン自体を振動させるなど、各種試みが行われている。このようなスペックルノイズ低減の試みとして、特許文献１には、コヒーレント光が通過する拡散素子を回転運動させることで、スペックルノイズの低減を図る無スペックル・ディスプレイ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２０８０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されるスペックル低減方法では、拡散素子到達前に生じていたスペックルノイズ（干渉パターン）は平均化できるものの、拡散中心からスクリーンへの入射光線角度はスクリーン上のいずれの点においても不変であるため、スクリーン各点の光散乱特性も一定となり、結果としてスクリーン上で発生するスペックルノイズの除去効果は殆ど得られないという問題があった。
【００１０】
特許文献１に記載されるスペックル低減方法を、コヒーレント光を利用する露光装置に対しても適用することが可能であるが、このスクリーンと同様に、被露光体としての基板上に発生するスペックルを効果的に除去することはできない。
【００１１】
本発明は、コヒーレント光を光源とした場合に生ずるスペックルの抑制を図り、被露光体としての基板上をムラ無く照明する露光装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の課題を解決するため、本発明に係る露光装置は、
入射する光を拡散させる拡散板と、
前記拡散板をコヒーレント光で経時的に重ねて照明するとともに、前記拡散板の各点への入射角度を経時的に変化させて照明する照明系と、
パターン形成領域を有する光変調器と、
前記拡散板から出射されるコヒーレント光を前記パターン形成領域に集光する集光光学系と、
前記光変調器で変調されたコヒーレント光を被露光体の表面に結像させる結像光学系と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
さらに本発明に係る露光装置において、
前記照明系は、
コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源から出射されたコヒーレント光を走査する光走査部と、
前記光走査部で走査された走査光を拡散させ、各点から出射される拡散光が前記拡散板を経時的に重ねてコヒーレント光で照明するとともに、前記拡散板の各点への入射角度を経時的に変化させて照明する光拡散素子と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
さらに本発明に係る露光装置において、
前記光拡散素子は、ホログラムであることを特徴とする。
【００１５】
さらに本発明に係る露光装置において、
前記光拡散素子は、レンズアレイであることを特徴とする。
【００１６】
さらに本発明に係る露光装置において、
前記照明系は、
コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源から出射されたコヒーレント光を走査する光走査部と、
複数の要素レンズを有し、前記光走査部で走査された光を発散させるレンズアレイと、
前記レンズアレイの各点から出射される発散光の発散角度を抑えるとともに、発散角度の抑えられた発散光が被照明領域を経時的に重ねて照明するように設定された光路変換系
と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
さらに本発明に係る露光装置において、
前記光変調器は、透過型または反射型のフォトマスクであることを特徴とする。
【００１８】
さらに本発明に係る露光装置において、
前記光変調器は、入力される映像信号に基づいて像を形成する透過型または反射型の表示素子であることを特徴とする。
【００１９】
さらに本発明に係る露光装置は、
前記拡散板近傍に配設される第１の絞りと
前記結像光学系に配設される第２の絞りを有し、
前記第１の絞りと前記第２の絞りは共役とされていることを特徴とする。
【００２０】
また本発明に係る露光用光学装置は、
光源から出射されたコヒーレント光を走査する光走査部と、
複数の要素レンズを有し、前記光走査部で走査された光を発散させるレンズアレイと、
前記レンズアレイの各点から出射される発散光の発散角度を抑えるとともに、発散角度の抑えられた発散光が被照明領域を経時的に重ねて照明するように設定された光路変換系と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の露光装置によれば、光変調器を照明する拡散板をコヒーレント光で経時的に重ねて照明するとともに、拡散板の各点への入射角度を経時的に変化させて照明することで、被露光体上で発生するスペックルを効果的に抑制し照明ムラを抑えた露光を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る露光装置の構成を示す図
【図２】本発明の実施形態に係る照明系の構成を示す図
【図３】本発明の実施形態に係る照明系で使用するホログラム作成の様子を示す図
【図４】本発明の実施形態に係る光走査の様子を示す図
【図５】本発明の他の実施形態に係る光走査の様子を示す図
【図６】本発明の他の実施形態に係る照明系の構成を示す図
【図７】他の実施形態に係る照明系で使用するホログラム作成の様子を示す図
【図８】本発明の実施形態に係る他の照明系の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
では、本発明の実施形態に係る露光装置について図面を参照しつつ説明を行う。図１は、本発明の実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。なお、以下に説明する図面は、模式的に示した図であって、実際の形状、寸法、配置とは異なる場合もある。
【００２４】
本実施形態の露光装置１０は、照明系２０、拡散板３１、第１の絞り３２、集光光学系３３、光変調器３４、結像光学系３５を備えて構成されるものであって、光変調器３４に形成される像を被露光体３６上に露光させる。なお、図では、被露光体３６の面をＸ−Ｙ平面、それに直交する軸をＺ軸としている。
【００２５】
照明系２０は、被照明領域としての拡散板３１を照明する光学系であって、経時的に方向が変化して出射する照明光Ｌｂにて、拡散板３１の有効領域に対する入射角度を変化させつつ拡散板３１を照明する。その際、照明光Ｌｂが経時的に方向を変化させることで、
各時において出射される照明光Ｌｂが経時的に重ねられて拡散板３１の有効領域全体を照明することが必要とされるが、好ましくは、照明光Ｌｂが、照明光Ｌｂの出射方向によらず、常に拡散板３１の有効領域、すなわち、被露光体３６に対して像を形成するのに必要な拡散板３１内の領域の全体を照明することとする。このようにすることで、形成する像の輝度の均一化を図ることが可能となる。照明系２０の詳細な構成には、各種形態を採用することが可能であって、後で詳細に説明を行う。
【００２６】
拡散板３１は、入射する光を拡散させる光学素子であって、例えば、ガラスの片面をすりガラス状（不透明）に加工したものや、オパールガラス、ランダム位相拡散板が用いられる。この他、拡散板３１としてホログラムや、マイクロレンズアレイなどを利用することとしてもよい。本実施形態では、このような拡散板３１を設けることで、光変調器３４には、拡散板３１で拡散されたコヒーレント光が入射されることとなり、光変調器３４やその他の光学部品で発生するスペックルを目立たなくすることが可能となる。
【００２７】
集光光学系３３は、拡散板３１から出射されるコヒーレント光を光変調器３４のパターン形成領域に集光させる光学素子である。本実施形態では、このように拡散板３１から出射されるコヒーレント光をパターン形成領域に集光させることで、光利用効率の向上が図られている。また、集光光学系３３は、拡散板３１の近傍に配設された第１の絞り３２と、結像光学系３５に配設される第２の絞り３５ｂとを共役にしており、光変調器のすべての位置における結像特性を均一化している。なお、第１の絞り３２は、拡散板３１もしくはその有効領域の縁により形成してもよい。
【００２８】
光変調器３４は、例えば、透過型または反射型のレチクル（フォトマスク）である。この場合、レチクルパターンに応じた光像が被露光体３６の表面に形成され、半導体素子を作製するための露光装置として用いることができる。この光変調器３４は、フォトマスクに代えて、入力される映像信号に基づいて像を形成する液晶マイクロディスプレイなどの表示素子としてもよい。この場合においても表示素子には、透過型、反射型のどちらであってもよい。拡散板３１によって照明される光変調器３４が、画素毎にコヒーレント光を選択して透過あるいは反射させることで、微細なパターンからなる変調画像（光像）を被露光体３６上に形成できる。
【００２９】
被露光体３６は、例えばレジストパターンを形成するための半導体ウエハである。特に、被露光体３６の種類に制限はなく、感光剤を塗布したフィルムであってもよい。
【００３０】
結像光学系３５は、光変調器３４に形成された像を被露光体３６上に結像させ、露光させる光学素子であって、本実施形態では、凸レンズ３５ａ、３５ｂの組とその間に配置された第２の絞り３５ｂにて構成されている。なお、前述したように、第２の絞り３５ｂは、拡散板３１の近傍に配設される第１の絞り３２と共役とされている。
【００３１】
以上、本発明の実施形態に係る露光装置の構成について説明したが、本実施形態ではこのような構成を採用することで、光変調器３４に形成される像について、被露光体３６に露光させる像のスペックルを抑制することで精度向上が図られることとしている。
【００３２】
では、この露光装置１０において、スペックル抑制の原理などを説明する。図１に示されるように、照明系２０から出射される照明光Ｌｂ（ｔ１）は、拡散板３１領域の少なくとも一部の領域を照明する。時刻ｔ２のときの照明光Ｌｂ（ｔ２）も同様に、拡散板３１の少なくとも一部の領域を照明する。この図に示されるように照明系２０は、入射角度を時間的に変化させつつ拡散板３１の有効領域全体を照明することとなる。拡散板３１の有効領域は、照明系２０から出射される照明光Ｌｂの方向によらず、常に照明される領域に設定されることが輝度の均一化を図る上で好ましい。
【００３３】
拡散板３１からの出射光は、集光光学系３３を介して光変調器３４を照明する。このとき集光光学系３３は、光変調器３４のパターン形成領域全体を照明することとしている。また、拡散板３１に入射する照明光Ｌｂは、経時的に入射角度を変化させて入射するため、拡散板３１から出射される拡散光も経時的に角度を変化させつつ光変調器３４を照明することとなる。したがって光変調器３４のパターン形成領域で発生するスペックルは、被露光体３６に対する照明時間である露光時間の期間に重ねられ平均化されることとなり、結果として、被露光体３６上に発生する照射ムラを抑え、光変調器３４に形成されている像を被露光体３６上に精度よく露光させることが可能となる。
【００３４】
では、本実施形態において、入射角度を時間的に変化させつつ拡散板３１を照明する照明系２０について説明する。本実施形態では、拡散板３１を照明する照明光Ｌｂとして、光拡散素子から出射される拡散光を用いることとしている。
【００３５】
図２は、本発明の実施形態に係る照明系２０の構成を示す図である。本実施形態の照明系２０は、光源１１、光走査部１５、光拡散素子２１（ホログラム）を有して構成されている。なお、照明系２０において光源１１を除いた他の構成にて、本発明でいう露光用光学装置が構成される。
【００３６】
光源１１は、コヒーレント光としてのレーザー光を出射する半導体レーザー装置など各種レーザー装置が使用される。光源１１から出射されたコヒーレント光は、光走査部１５を照明する。
【００３７】
光走査部１５は、回動中心Ｒａを中心として反射面を回動させることのできるミラーデバイスであって、ポリゴンミラー、ガルバノスキャナ、ＭＥＭＳスキャナのような可動ミラーを機械的に回動させるミラーデバイスが用いられる。この他、音響光学効果スキャナのような屈折率を変調させるものなど各種形態を採用することができる。露光装置１０における１回の露光時間において、この光走査部１５は、少なくとも１周期以上、光拡散素子２１上を光走査することが好ましい。
【００３８】
光源１１から出射されたコヒーレント光は、光走査部１５の反射面に入射されることとなるが、このとき、コヒーレント光を、光走査部１５が回動運動する場合において位置変動が少ない反射面上の１点（以下、「基準点」とも言う）に入射させることが好ましい。このような基準点にコヒーレント光を入射させることで、光拡散素子２１にホログラムを使用する場合には、ホログラム作成時に使用した参照光の集光位置を、光走査部１５の基準点に設定することが可能となり、記録されているホログラム再生像を確実に得ることが可能となる。
【００３９】
ここで光拡散部１５による走査光Ｌａにて走査される光拡散素子２１について説明する。光拡散素子２１は、走査光Ｌａが入射されることで被照明領域、すなわち、拡散板３１の有効領域全体を照明する光学素子であって、本実施形態では透過型ホログラムが用いられている。光拡散素子２１としてホログラムを採用したことで、走査光Ｌａの入射位置に因らず、常に同一の再生像を得ることが可能となり、被照明領域となる拡散板３１の有効領域全体をムラ無く照明することができる。また、ホログラムに入射させる走査光Ｌａのビーム断面形状、あるいは、その入射角度などに自由度を持たせることができ、装置のレイアウトなどを自在なものとすることができる。
【００４０】
なお、光拡散素子２１には、このようなホログラムに限ることなく、各点から出射される拡散光が拡散板３１を照明できる光学素子であればよく、各点から出射される拡散光が拡散板３１全体を照明することが好ましい。例えば、微細なレンズがアレイ状に配列され
て構成されたレンズアレイ、あるいは、オパールガラス、すりガラス、樹脂拡散板など、いわゆる通常の拡散板を用いてもよい。なお、本発明における光拡散素子における「拡散」とは、入射光を所定の方向に角度的に拡げて出射することを指し、回折光学素子やレンズアレイ等によう拡散角が十分に制御された場合のみならず、オパールガラス等の散乱粒子により出射角を拡げる場合も含まれるものとする。
【００４１】
本実施形態で使用する光拡散素子２１としての透過型ホログラムは、記録された再生像として拡散板像２２ｉを再生する。光源１１から出射されたコヒーレント光は、回動する光走査部１５で反射され、走査光Ｌａとなり光拡散素子２１の入射面上を往復して走査する。図にはある時刻ｔ１、ｔ２についての走査光Ｌａ（ｔ１）、Ｌａ（ｔ２）の様子が示されている。本実施形態の光拡散素子２１は、所定の入射角を有する光（再生照明光）に対して、再生像を形成する透過型ホログラムが用いられている。光走査部１５にて走査される走査光Ｌａは、何れの走査位置においても、この透過型ホログラムに対する再生照明光となるように設定されている。なお、本実施形態で使用する透過型ホログラムの作成については後で説明する。
【００４２】
図２に示されるように、時刻ｔ１のときの走査光Ｌａ（ｔ１）は、光拡散素子２１にて再生光としての照明光Ｌｂ（ｔ１）を出射し拡散板像２２ｉを形成する。また、時刻ｔ２のときの走査光Ｌａ（ｔ２）は、光拡散素子２１にて照明光Ｌｂ（ｔ２）を出射し、同じ拡散板像２２ｉを形成する。このように走査光Ｌａが走査されることで、光拡散素子２１の何れの入射位置を照射するときにも拡散板像２２ｉが重なるように形成される。この拡散板像２２ｉが拡散板３１の有効領域全体を含むように位置させることで、何れの走査位置においても有効領域全体を均一に照明することが可能となる。
【００４３】
図３は、本発明の実施形態に係る照明系２０で使用される透過型ホログラムを記録（作成）する際の構成（干渉露光）を示す図である。拡散板２２の背面側からレーザー光を照射し、前方に拡散した物体光Ｏｂをホログラム記録材料２４の一方の面から入射させる。その際、拡散板２２の各点からの拡散光（物体光Ｏｂ）は、ホログラム記録材料２４の少なくとも使用領域全面を照明するよう拡散させる。
【００４４】
そして、ホログラム記録材料２４の同じ面から、集光光学系２３にて集光した参照光Ｒが照射される。集光光学系２３の焦点位置Ａは、使用時の光走査部１５による基準点と一致するように配置されている。物体光Ｏｂと参照光Ｒを同時に入射させ、ホログラム記録材料２４中で干渉させる。なお、物体光Ｏｂと参照光とは干渉性を有する必要がある。そのため、同一の光源から発振されたレーザー光を分割して一方を物体光Ｏｂ、他方を参照光Ｒとして使用することなどが考えられる。
【００４５】
ホログラム記録材料２４は所定の現像処理を経て面上の各点において、同じ位置に拡散板像を再生する透過型ホログラム２１が作成される。また、記録時に用いられる物体光Ｏｂの照射には、オパールガラスやすりガラスといった拡散板２２のみならず、レンズアレイなど、各点からの拡散光が使用領域全面を照明できる光学素子（光拡散素子２１と峻別できるよう「第２の光拡散素子」と呼ぶ）を用いることとしてもよい。なお、本実施形態では、物体光Ｏｂと参照光Ｒとを干渉させることで干渉縞の記録（干渉露光）を行うこととしたが、計算機にて計算された干渉縞を直接、ホログラム記録材料２１に記録する、いわゆる計算機合成ホログラムを採用するものであってもよい。
【００４６】
図２の光拡散素子２１で再生される拡散板像２２ｉは、図１において拡散板３１の有効領域全体を照明するように位置される。図４には、１次元的に走査を行う光走査部１５の実施形態が示されている。この形態では、光源部１１から出射されたコヒーレント光は、１軸方向に共振振動する光走査部１５の反射面上で反射し、光拡散素子２１上をライン上
に往復して走査する。光拡散素子２１としてホログラムを用いた場合には、何れの走査位置においても拡散板像２２ｉが形成される。このような実施形態では、走査領域がライン状で済むため、光拡散素子２１を小型化することができる。ライン状の走査で十分に被照明領域を得るためには、ホログラムを用いることが好ましい。
【００４７】
図５には、２次元的に走査を行う光走査部１５の実施形態が示されている。この形態では、光源部１１からのコヒーレント光は、２軸方向で共振振動する光走査部１５の反射面上で反射し、光拡散素子２１上を２次元的に走査する。この実施形態においても光拡散素子２１からの拡散光は、被照明領域全体を十分に照明するものとなっており、特にホログラムを用いた場合には、被照明領域に合わせた形状の拡散板像２２ｉを形成することが可能であり、光の利用効率が高められる。このような実施形態は、オパールガラスのような通常の拡散板を用いた場合に有効である。各点からの拡散光の照度分布が一定でない場合であっても照度の平均化を図り、被照明領域全体を均一に照明することが可能となる。
【００４８】
図２の実施形態では、透過型の光拡散素子２１を使用したが、光拡散素子２１としては反射型のものを用いることとしてもよい。図６、図７は、光拡散素子２１として反射型ホログラムを使用したときの実施形態であって、各図は、それぞれ図２、図３の透過型のものと対応した図となっている。
【００４９】
図６は、照明系２０の構成を示す図であって、光拡散素子２１として反射型ホログラムを使用した実施形態となっている。前述の実施形態と同様、光走査部１５からの走査光Ｌａは、光拡散素子２１の入射面を時間的に位置を変えつつ走査を行う。反射型ホログラムでこの入射面が、反射面としても機能し、反射された再生像は、前実施形態と同様、拡散板３１の有効領域全体を照明する。光拡散素子２１の何れの点を走査した場合にも、各点から出射される拡散光は、拡散板３１の有効領域を照明することで、有効領域に対する入射角度を時間的に異ならせることが可能となる。したがって、前実施形態と同様、スクリーン４１上で発生するスペックル、並びに、露光装置１０の各種光学素子で発生するスペックルを十分に目立たなくすることができる。
【００５０】
図７は、本実施形態で使用する反射型ホログラムを作成する際の構成（干渉露光）を示した図である。拡散板２２の背面側からレーザー光を照射し、前方に拡散した物体光Ｏｂをホログラム記録材料２４の一方の面から入射させる。その際、拡散板２２からの各点からの拡散光（物体光Ｏｂ）は、ホログラム記録材料２４の少なくとも使用領域全面を照明するよう拡散させる。
【００５１】
そして、ホログラム記録材料２４の他の面から、集光光学系２３にて集光した参照光Ｒが照射される。集光光学系２３の焦点位置Ａは、使用時の光走査部１５による基準点と一致するように配置されている。物体光Ｏｂと参照光Ｒを同時に入射させ、ホログラム記録材料２４中で干渉させる。
【００５２】
ホログラム記録材料２４は所定の現像処理を経て面上の各点において、同じ位置に拡散板像を再生する反射型ホログラム２１が作成される。なお、前実施形態と同様、物体光Ｏｂの照射には、オパールガラスやすりガラスといった拡散板２２だけでなく、レンズアレイなど、各点からの拡散光が使用領域全面を照明できる光学素子（第２の光拡散素子）であればよい。また、この反射型ホログラムについても計算機合成ホログラムを使用することとしてもよい。
【００５３】
以上説明した光学系２０は、出射する照明光Ｌｂとして、ホログラムなどの光拡散素子２１の各点から出射される拡散光を用いることとしていた。光学系２０には、このように光拡散素子２１から出射される拡散光を用いる以外に、下記のような実施形態を採用する
こともできる。
【００５４】
図８は、本発明の他の実施形態に係る照明系２０の構成を示す図である。本実施形態の照明系２０は、光源１１、光走査部１５、第１光路変換系２５、レンズアレイ２６、第２光路変換系２７を有して構成されている。なお、この実施形態においても、照明系２０において光源１１を除いた他の構成にて、本発明でいう露光用光学装置が構成される。その際、第１光路変換系２５については必須の構成ではない。
【００５５】
光源１１、光走査部１５などの構成の詳細は、前述の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。なお、光源１１から出射されるコヒーレント光に対して、その断面方向の強度分布の均一化を図るビーム成型手段を設けておくことが好ましい。設計例として、光走査部１５の近傍の面で均一化されるようにビーム成型手段を設けるとともに、その面と一次元光変調素子面を共役に設定することにより、被照明領域を均一な強度で照明することが可能となる。
【００５６】
本実施形態の光走査部１５は、Ｙ軸方向に回動中心Ｒａを有し、コヒーレント光をＸ−Ｚ面内で走査する１次元的走査を行うこととしている。この場合においてもレンズアレイ２６の入射面を走査し、結果として被照明領域を十分に照明できることが必要とされる。
【００５７】
光源１１から入射するコヒーレント光は、この光走査部１５にて時間的に方向が変化する走査光Ｌａとなり、第１光路変換系２５を経て、レンズアレイ２６に入射する。図では、最外端付近の走査光Ｌａ（ｔ１）とＬａ（ｔ２）の様子が示されているが、実際には、走査光Ｌａは、このＬａ（ｔ１）とＬａ（ｔ２）の間を連続的に移動することとなる。
【００５８】
第１光路変換系２５は、走査部１５からの走査光Ｌａがレンズアレイ２６の入射面に対して略垂直に入射するように変換する光学素子であって、集光機能を有する凸レンズなどを用いて構成される。このように変換された走査光Ｌａ’を、レンズアレイ２６を構成する各要素レンズに対して垂直に入射させることで、各要素レンズに対して同じ条件で走査光Ｌａ’を入射させることとなる。そのためレンズアレイ２６の各要素レンズの設計を等しくするなど、設計上の負担を削減することが可能となる。なお、この第１光路変換系２５は、必ずしも設ける必要はなく、レンズアレイ２６を構成する要素レンズやそれ以降の光学系を入射光の状態に応じて変更することなどにて対応することが可能である。
【００５９】
レンズアレイ２６は、複数の要素レンズが、光走査部１５による光の走査位置（Ｘ−Ｙ面上）に配列された光学素子であって、各要素レンズに入射する走査光Ｌａ’を発散光Ｌｂ’に変換する。レンズアレイ２６を構成する要素レンズの大きさ、形状は、必要に応じて適宜に設定することが可能であって、例えば、要素レンズの形状としてシリンドリカルレンズを用いたシリンドリカルレンズアレイを用いることや、極小さい大きさの要素レンズで構成されたマイクロレンズアレイを用いることとしてもよい。
【００６０】
さらに本実施形態では、各要素レンズが光軸方向（Ｚ軸方向）に複数段（２段）配列された構成を取っている。光源１１から出射されるコヒーレント光は、必ずしも平行光として出射されるとは限らず、平行な状態から幾分かずれた散乱成分を含む場合がある。本実施形態では、要素レンズを光軸方向に複数段配置することで、この散乱成分の抑制が図られる。光軸方向に配列される要素レンズは、同等の径を有するとともにその中心軸が光の進行方向に揃えられて配列される。なお、レンズアレイ２６は、各要素レンズが光軸方向に１段で構成された形態のものを使用してもよい。
【００６１】
第２光路変換系２７（本発明における「光路変換系」）は、レンズアレイ２６から出射される照明光Ｌｂにて、被照明領域としての拡散板３１を照明する光学素子である。光走
査部１５によって光走査されたレンズアレイ２６の各点から出射される照明光Ｌｂは、この第２光路変換系２７を経て、経時的に重なるように被照明領域を照明光Ｌｂで照明する。この第２光路変換系２７は、レンズアレイ２６から出射される発散光Ｌｂ’が、被照明領域としての拡散板３１の有効領域を照明する集光機能を有することが好ましい。レンズアレイ２６にて発散された発散光Ｌｂ’の発散角度を抑え、拡散板３１の有効領域に集光させることで、光の利用効率の向上が図られる。さらに、第２光路変換系２７は、発散光Ｌｂ’が平行光あるいは略平行光となるように変換することが好ましい。平行光あるいは略並行光として拡散板３１の有効領域を照明することで、有効領域の各位置について略同条件にて照明することが可能となり、例えば、有効領域全体を均一に照明することが可能となる。
【００６２】
なお、第２光路変換系２７としては、発散角度を抑える機能を有すればよく、レンズや凹面鏡、ミラーやプリズムの組み合わせなどが用いられる。同等の機能を有するホログラム素子や回折素子などで実現してもよい。また、これらの組み合わせにより実現してもよい。
【００６３】
また、第２光路変換系２７から出射される照明光Ｌｂは、各時点において、拡散板３１の有効領域の少なくとも一部を照明し、光走査部１５の走査によって有効領域全体を照明することで足りるものであるが、照明光Ｌｂが各時点において有効領域全体を照明することが好ましい。このような構成によれば、拡散板３１の有効領域における輝度分布の均一化を図ることが可能となる。
【００６４】
本実施形態のような照明系２０を用いた場合においても、拡散板３１の有効領域を経時的に重ねてコヒーレント光で照明するとともに、有効領域の各点への入射角度を経時的に変化させて照明することが可能となる。その結果、拡散板３１から出射される拡散光は、光変調器３４上で平均化されてスペックルの発生が抑えられ、結果として被露光体３６に結像される像の照射ムラを解消し、光変調器３４に形成される像を精度よく被露光体３６に露光させることが可能となる。
【００６５】
なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１０…露光装置
１１…光源
１５…光走査部
２０…照明系
２１…光拡散素子
２２…拡散板
２５…第１光路変換系
２６…レンズアレイ
２７…第２光路変換系
３１…拡散板
３２…第１の絞り
３３…集光光学系
３４…光変調器
３５…結像光学系
３５ａ、３５ｃ…凸レンズ
３５ｂ…第２の絞り
３６…被露光体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光などのコヒーレント光を感光媒体の表面に導光する露光装置及び露光用光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置、例えば半導体素子などの回路パターンの形成に用いられるフォトリソグラフィでは、レチクル（マスク）パターンを半導体ウエハ等の基板上に転写する手法を採用している。この手法では、基板上に感光性のフォトレジストを塗布しておき、このフォトレジストの上にレクチルを配置して、このレクチルの上方に高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等を配置してレクチルを照射する。これにより、フォトレジスト上には、レチクルパターンに応じた照射光像が形成される。
【０００３】
一般に、投影露光装置では、レチクル上に描画された転写対象のパターンを、投影光学系を介して被露光体としての基板上に投影して結像させる。しかしながら、高圧水銀ランプ等の高輝度放電ランプは、寿命が比較的短く、頻繁にランプ交換を行う必要がある。さらには、環境負荷の観点から水銀を使用する高圧水銀ランプの仕様は好ましいものとはいえない。また、複数波長を含む上に発散光源であるため、集光や整形、結像のために比較的大型かつ高機能な光学系を用意する必要があり、装置全体が大型化するという難点がある。
【０００４】
このような問題に対処するため、レーザーなどのコヒーレント光源を用いる方式も提案されている。例えば、産業上で広く利用されている半導体レーザーは、高圧水銀ランプなどの高輝度放電ランプに比べて極めて長寿命である。また、単一波長の直進性が高い光を生成可能な光源であるため、光学系を小型かつ単純にすることが可能である上に、装置全体を小型化でき、光利用効率の向上が図られるという利点も有する。
【０００５】
その一方で、レーザー光などのコヒーレント光源を用いる方式には、スペックルの発生が問題となってくる。スペックル（Ｓｐｅｃｋｌｅ）は、レーザー光などのコヒーレント光を散乱面に照射したときに現れる斑点状のノイズであり、映像を投射するプロジェクタなどで発生した場合には、スクリーン上に発生する輝度ムラ（明るさのムラ）として観察され、投射する映像を劣化させるとともに、観察者に対して生理的な悪影響を及ぼす要因となっている。コヒーレント光を用いた場合にスペックルが発生する理由は、スクリーンなどの散乱反射面で反射したコヒーレント光が、その極めて高い干渉性ゆえに、互いに干渉し合うことを原因としている。
【０００６】
このようなコヒーレント光を露光装置に使用した場合、コヒーレント光を原因として発生するスペックルが、基板上に部分的な照射ムラを発生させることとなり、フォトレジスト像の欠損を生じさせ、それにより形成する回路の欠損を生じさせるなどの問題が発生する。
【０００７】
このスペックルノイズを低減するため、レーザー光が通過する拡散板を振動させる、レーザースペクトルの波長スペクトルを拡大する、レーザー光の照射対象となるスクリーン自体を振動させるなど、各種試みが行われている。このようなスペックルノイズ低減の試みとして、特許文献１には、コヒーレント光が通過する拡散素子を回転運動させることで、スペックルノイズの低減を図る無スペックル・ディスプレイ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２０８０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されるスペックル低減方法では、拡散素子到達前に生じていたスペックルノイズ（干渉パターン）は平均化できるものの、拡散中心からスクリーンへの入射光線角度はスクリーン上のいずれの点においても不変であるため、スクリーン各点の光散乱特性も一定となり、結果としてスクリーン上で発生するスペックルノイズの除去効果は殆ど得られないという問題があった。
【００１０】
特許文献１に記載されるスペックル低減方法を、コヒーレント光を利用する露光装置に対しても適用することが可能であるが、このスクリーンと同様に、被露光体としての基板上に発生するスペックルを効果的に除去することはできない。
【００１１】
本発明は、コヒーレント光を光源とした場合に生ずるスペックルの抑制を図り、被露光体としての基板上をムラ無く照明する露光装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の課題を解決するため、本発明に係る露光装置は、
入射する光を拡散させる拡散板と、
前記拡散板をコヒーレント光で経時的に重ねて照明するとともに、前記拡散板の各点への入射角度を経時的に変化させて照明する照明系と、
パターン形成領域を有する光変調器と、
前記拡散板から出射されるコヒーレント光を前記パターン形成領域に集光する集光光学系と、
前記光変調器で変調されたコヒーレント光を被露光体の表面に結像させる結像光学系と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
さらに本発明に係る露光装置において、
前記照明系は、
コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源から出射されたコヒーレント光を走査する光走査部と、
前記光走査部で走査された走査光を拡散させ、各点から出射される拡散光が前記拡散板を経時的に重ねてコヒーレント光で照明するとともに、前記拡散板の各点への入射角度を経時的に変化させて照明する光拡散素子と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
さらに本発明に係る露光装置において、
前記光拡散素子は、ホログラムであることを特徴とする。
【００１５】
さらに本発明に係る露光装置において、
前記光拡散素子は、レンズアレイであることを特徴とする。
【００１６】
さらに本発明に係る露光装置において、
前記照明系は、
コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源から出射されたコヒーレント光を走査する光走査部と、
複数の要素レンズを有し、前記光走査部で走査された光を発散させるレンズアレイと、
前記レンズアレイの各点から出射される発散光の発散角度を抑えるとともに、発散角度の抑えられた発散光が被照明領域を経時的に重ねて照明するように設定された光路変換系
と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
さらに本発明に係る露光装置において、
前記光変調器は、透過型または反射型のフォトマスクであることを特徴とする。
【００１８】
さらに本発明に係る露光装置において、
前記光変調器は、入力される映像信号に基づいて像を形成する透過型または反射型の表示素子であることを特徴とする。
【００１９】
さらに本発明に係る露光装置は、
前記拡散板近傍に配設される第１の絞りと
前記結像光学系に配設される第２の絞りを有し、
前記第１の絞りと前記第２の絞りは共役とされていることを特徴とする。
【００２０】
また本発明に係る露光用光学装置は、
光源から出射されたコヒーレント光を走査する光走査部と、
複数の要素レンズを有し、前記光走査部で走査された光を発散させるレンズアレイと、
前記レンズアレイの各点から出射される発散光の発散角度を抑えるとともに、発散角度の抑えられた発散光が被照明領域を経時的に重ねて照明するように設定された光路変換系と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の露光装置によれば、光変調器を照明する拡散板をコヒーレント光で経時的に重ねて照明するとともに、拡散板の各点への入射角度を経時的に変化させて照明することで、被露光体上で発生するスペックルを効果的に抑制し照明ムラを抑えた露光を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る露光装置の構成を示す図
【図２】本発明の実施形態に係る照明系の構成を示す図
【図３】本発明の実施形態に係る照明系で使用するホログラム作成の様子を示す図
【図４】本発明の実施形態に係る光走査の様子を示す図
【図５】本発明の他の実施形態に係る光走査の様子を示す図
【図６】本発明の他の実施形態に係る照明系の構成を示す図
【図７】他の実施形態に係る照明系で使用するホログラム作成の様子を示す図
【図８】本発明の実施形態に係る他の照明系の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
では、本発明の実施形態に係る露光装置について図面を参照しつつ説明を行う。図１は、本発明の実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。なお、以下に説明する図面は、模式的に示した図であって、実際の形状、寸法、配置とは異なる場合もある。
【００２４】
本実施形態の露光装置１０は、照明系２０、拡散板３１、第１の絞り３２、集光光学系３３、光変調器３４、結像光学系３５を備えて構成されるものであって、光変調器３４に形成される像を被露光体３６上に露光させる。なお、図では、被露光体３６の面をＸ−Ｙ平面、それに直交する軸をＺ軸としている。
【００２５】
照明系２０は、被照明領域としての拡散板３１を照明する光学系であって、経時的に方向が変化して出射する照明光Ｌｂにて、拡散板３１の有効領域に対する入射角度を変化させつつ拡散板３１を照明する。その際、照明光Ｌｂが経時的に方向を変化させることで、
各時において出射される照明光Ｌｂが経時的に重ねられて拡散板３１の有効領域全体を照明することが必要とされるが、好ましくは、照明光Ｌｂが、照明光Ｌｂの出射方向によらず、常に拡散板３１の有効領域、すなわち、被露光体３６に対して像を形成するのに必要な拡散板３１内の領域の全体を照明することとする。このようにすることで、形成する像の輝度の均一化を図ることが可能となる。照明系２０の詳細な構成には、各種形態を採用することが可能であって、後で詳細に説明を行う。
【００２６】
拡散板３１は、入射する光を拡散させる光学素子であって、例えば、ガラスの片面をすりガラス状（不透明）に加工したものや、オパールガラス、ランダム位相拡散板が用いられる。この他、拡散板３１としてホログラムや、マイクロレンズアレイなどを利用することとしてもよい。本実施形態では、このような拡散板３１を設けることで、光変調器３４には、拡散板３１で拡散されたコヒーレント光が入射されることとなり、光変調器３４やその他の光学部品で発生するスペックルを目立たなくすることが可能となる。
【００２７】
集光光学系３３は、拡散板３１から出射されるコヒーレント光を光変調器３４のパターン形成領域に集光させる光学素子である。本実施形態では、このように拡散板３１から出射されるコヒーレント光をパターン形成領域に集光させることで、光利用効率の向上が図られている。また、集光光学系３３は、拡散板３１の近傍に配設された第１の絞り３２と、結像光学系３５に配設される第２の絞り３５ｂとを共役にしており、光変調器のすべての位置における結像特性を均一化している。なお、第１の絞り３２は、拡散板３１もしくはその有効領域の縁により形成してもよい。
【００２８】
光変調器３４は、例えば、透過型または反射型のレチクル（フォトマスク）である。この場合、レチクルパターンに応じた光像が被露光体３６の表面に形成され、半導体素子を作製するための露光装置として用いることができる。この光変調器３４は、フォトマスクに代えて、入力される映像信号に基づいて像を形成する液晶マイクロディスプレイなどの表示素子としてもよい。この場合においても表示素子には、透過型、反射型のどちらであってもよい。拡散板３１によって照明される光変調器３４が、画素毎にコヒーレント光を選択して透過あるいは反射させることで、微細なパターンからなる変調画像（光像）を被露光体３６上に形成できる。
【００２９】
被露光体３６は、例えばレジストパターンを形成するための半導体ウエハである。特に、被露光体３６の種類に制限はなく、感光剤を塗布したフィルムであってもよい。
【００３０】
結像光学系３５は、光変調器３４に形成された像を被露光体３６上に結像させ、露光させる光学素子であって、本実施形態では、凸レンズ３５ａ、３５ｂの組とその間に配置された第２の絞り３５ｂにて構成されている。なお、前述したように、第２の絞り３５ｂは、拡散板３１の近傍に配設される第１の絞り３２と共役とされている。
【００３１】
以上、本発明の実施形態に係る露光装置の構成について説明したが、本実施形態ではこのような構成を採用することで、光変調器３４に形成される像について、被露光体３６に露光させる像のスペックルを抑制することで精度向上が図られることとしている。
【００３２】
では、この露光装置１０において、スペックル抑制の原理などを説明する。図１に示されるように、照明系２０から出射される照明光Ｌｂ（ｔ１）は、拡散板３１領域の少なくとも一部の領域を照明する。時刻ｔ２のときの照明光Ｌｂ（ｔ２）も同様に、拡散板３１の少なくとも一部の領域を照明する。この図に示されるように照明系２０は、入射角度を時間的に変化させつつ拡散板３１の有効領域全体を照明することとなる。拡散板３１の有効領域は、照明系２０から出射される照明光Ｌｂの方向によらず、常に照明される領域に設定されることが輝度の均一化を図る上で好ましい。
【００３３】
拡散板３１からの出射光は、集光光学系３３を介して光変調器３４を照明する。このとき集光光学系３３は、光変調器３４のパターン形成領域全体を照明することとしている。また、拡散板３１に入射する照明光Ｌｂは、経時的に入射角度を変化させて入射するため、拡散板３１から出射される拡散光も経時的に角度を変化させつつ光変調器３４を照明することとなる。したがって光変調器３４のパターン形成領域で発生するスペックルは、被露光体３６に対する照明時間である露光時間の期間に重ねられ平均化されることとなり、結果として、被露光体３６上に発生する照射ムラを抑え、光変調器３４に形成されている像を被露光体３６上に精度よく露光させることが可能となる。
【００３４】
では、本実施形態において、入射角度を時間的に変化させつつ拡散板３１を照明する照明系２０について説明する。本実施形態では、拡散板３１を照明する照明光Ｌｂとして、光拡散素子から出射される拡散光を用いることとしている。
【００３５】
図２は、本発明の実施形態に係る照明系２０の構成を示す図である。本実施形態の照明系２０は、光源１１、光走査部１５、光拡散素子２１（ホログラム）を有して構成されている。なお、照明系２０において光源１１を除いた他の構成にて、本発明でいう露光用光学装置が構成される。
【００３６】
光源１１は、コヒーレント光としてのレーザー光を出射する半導体レーザー装置など各種レーザー装置が使用される。光源１１から出射されたコヒーレント光は、光走査部１５を照明する。
【００３７】
光走査部１５は、回動中心Ｒａを中心として反射面を回動させることのできるミラーデバイスであって、ポリゴンミラー、ガルバノスキャナ、ＭＥＭＳスキャナのような可動ミラーを機械的に回動させるミラーデバイスが用いられる。この他、音響光学効果スキャナのような屈折率を変調させるものなど各種形態を採用することができる。露光装置１０における１回の露光時間において、この光走査部１５は、少なくとも１周期以上、光拡散素子２１上を光走査することが好ましい。
【００３８】
光源１１から出射されたコヒーレント光は、光走査部１５の反射面に入射されることとなるが、このとき、コヒーレント光を、光走査部１５が回動運動する場合において位置変動が少ない反射面上の１点（以下、「基準点」とも言う）に入射させることが好ましい。このような基準点にコヒーレント光を入射させることで、光拡散素子２１にホログラムを使用する場合には、ホログラム作成時に使用した参照光の集光位置を、光走査部１５の基準点に設定することが可能となり、記録されているホログラム再生像を確実に得ることが可能となる。
【００３９】
ここで光拡散部１５による走査光Ｌａにて走査される光拡散素子２１について説明する。光拡散素子２１は、走査光Ｌａが入射されることで被照明領域、すなわち、拡散板３１の有効領域全体を照明する光学素子であって、本実施形態では透過型ホログラムが用いられている。光拡散素子２１としてホログラムを採用したことで、走査光Ｌａの入射位置に因らず、常に同一の再生像を得ることが可能となり、被照明領域となる拡散板３１の有効領域全体をムラ無く照明することができる。また、ホログラムに入射させる走査光Ｌａのビーム断面形状、あるいは、その入射角度などに自由度を持たせることができ、装置のレイアウトなどを自在なものとすることができる。
【００４０】
なお、光拡散素子２１には、このようなホログラムに限ることなく、各点から出射される拡散光が拡散板３１を照明できる光学素子であればよく、各点から出射される拡散光が拡散板３１全体を照明することが好ましい。例えば、微細なレンズがアレイ状に配列され
て構成されたレンズアレイ、あるいは、オパールガラス、すりガラス、樹脂拡散板など、いわゆる通常の拡散板を用いてもよい。なお、本発明における光拡散素子における「拡散」とは、入射光を所定の方向に角度的に拡げて出射することを指し、回折光学素子やレンズアレイ等によう拡散角が十分に制御された場合のみならず、オパールガラス等の散乱粒子により出射角を拡げる場合も含まれるものとする。
【００４１】
本実施形態で使用する光拡散素子２１としての透過型ホログラムは、記録された再生像として拡散板像２２ｉを再生する。光源１１から出射されたコヒーレント光は、回動する光走査部１５で反射され、走査光Ｌａとなり光拡散素子２１の入射面上を往復して走査する。図にはある時刻ｔ１、ｔ２についての走査光Ｌａ（ｔ１）、Ｌａ（ｔ２）の様子が示されている。本実施形態の光拡散素子２１は、所定の入射角を有する光（再生照明光）に対して、再生像を形成する透過型ホログラムが用いられている。光走査部１５にて走査される走査光Ｌａは、何れの走査位置においても、この透過型ホログラムに対する再生照明光となるように設定されている。なお、本実施形態で使用する透過型ホログラムの作成については後で説明する。
【００４２】
図２に示されるように、時刻ｔ１のときの走査光Ｌａ（ｔ１）は、光拡散素子２１にて再生光としての照明光Ｌｂ（ｔ１）を出射し拡散板像２２ｉを形成する。また、時刻ｔ２のときの走査光Ｌａ（ｔ２）は、光拡散素子２１にて照明光Ｌｂ（ｔ２）を出射し、同じ拡散板像２２ｉを形成する。このように走査光Ｌａが走査されることで、光拡散素子２１の何れの入射位置を照射するときにも拡散板像２２ｉが重なるように形成される。この拡散板像２２ｉが拡散板３１の有効領域全体を含むように位置させることで、何れの走査位置においても有効領域全体を均一に照明することが可能となる。
【００４３】
図３は、本発明の実施形態に係る照明系２０で使用される透過型ホログラムを記録（作成）する際の構成（干渉露光）を示す図である。拡散板２２の背面側からレーザー光を照射し、前方に拡散した物体光Ｏｂをホログラム記録材料２４の一方の面から入射させる。その際、拡散板２２の各点からの拡散光（物体光Ｏｂ）は、ホログラム記録材料２４の少なくとも使用領域全面を照明するよう拡散させる。
【００４４】
そして、ホログラム記録材料２４の同じ面から、集光光学系２３にて集光した参照光Ｒが照射される。集光光学系２３の焦点位置Ａは、使用時の光走査部１５による基準点と一致するように配置されている。物体光Ｏｂと参照光Ｒを同時に入射させ、ホログラム記録材料２４中で干渉させる。なお、物体光Ｏｂと参照光とは干渉性を有する必要がある。そのため、同一の光源から発振されたレーザー光を分割して一方を物体光Ｏｂ、他方を参照光Ｒとして使用することなどが考えられる。
【００４５】
ホログラム記録材料２４は所定の現像処理を経て面上の各点において、同じ位置に拡散板像を再生する透過型ホログラム２１が作成される。また、記録時に用いられる物体光Ｏｂの照射には、オパールガラスやすりガラスといった拡散板２２のみならず、レンズアレイなど、各点からの拡散光が使用領域全面を照明できる光学素子（光拡散素子２１と峻別できるよう「第２の光拡散素子」と呼ぶ）を用いることとしてもよい。なお、本実施形態では、物体光Ｏｂと参照光Ｒとを干渉させることで干渉縞の記録（干渉露光）を行うこととしたが、計算機にて計算された干渉縞を直接、ホログラム記録材料２１に記録する、いわゆる計算機合成ホログラムを採用するものであってもよい。
【００４６】
図２の光拡散素子２１で再生される拡散板像２２ｉは、図１において拡散板３１の有効領域全体を照明するように位置される。図４には、１次元的に走査を行う光走査部１５の実施形態が示されている。この形態では、光源部１１から出射されたコヒーレント光は、１軸方向に共振振動する光走査部１５の反射面上で反射し、光拡散素子２１上をライン上
に往復して走査する。光拡散素子２１としてホログラムを用いた場合には、何れの走査位置においても拡散板像２２ｉが形成される。このような実施形態では、走査領域がライン状で済むため、光拡散素子２１を小型化することができる。ライン状の走査で十分に被照明領域を得るためには、ホログラムを用いることが好ましい。
【００４７】
図５には、２次元的に走査を行う光走査部１５の実施形態が示されている。この形態では、光源部１１からのコヒーレント光は、２軸方向で共振振動する光走査部１５の反射面上で反射し、光拡散素子２１上を２次元的に走査する。この実施形態においても光拡散素子２１からの拡散光は、被照明領域全体を十分に照明するものとなっており、特にホログラムを用いた場合には、被照明領域に合わせた形状の拡散板像２２ｉを形成することが可能であり、光の利用効率が高められる。このような実施形態は、オパールガラスのような通常の拡散板を用いた場合に有効である。各点からの拡散光の照度分布が一定でない場合であっても照度の平均化を図り、被照明領域全体を均一に照明することが可能となる。
【００４８】
図２の実施形態では、透過型の光拡散素子２１を使用したが、光拡散素子２１としては反射型のものを用いることとしてもよい。図６、図７は、光拡散素子２１として反射型ホログラムを使用したときの実施形態であって、各図は、それぞれ図２、図３の透過型のものと対応した図となっている。
【００４９】
図６は、照明系２０の構成を示す図であって、光拡散素子２１として反射型ホログラムを使用した実施形態となっている。前述の実施形態と同様、光走査部１５からの走査光Ｌａは、光拡散素子２１の入射面を時間的に位置を変えつつ走査を行う。反射型ホログラムでこの入射面が、反射面としても機能し、反射された再生像は、前実施形態と同様、拡散板３１の有効領域全体を照明する。光拡散素子２１の何れの点を走査した場合にも、各点から出射される拡散光は、拡散板３１の有効領域を照明することで、有効領域に対する入射角度を時間的に異ならせることが可能となる。したがって、前実施形態と同様、スクリーン４１上で発生するスペックル、並びに、露光装置１０の各種光学素子で発生するスペックルを十分に目立たなくすることができる。
【００５０】
図７は、本実施形態で使用する反射型ホログラムを作成する際の構成（干渉露光）を示した図である。拡散板２２の背面側からレーザー光を照射し、前方に拡散した物体光Ｏｂをホログラム記録材料２４の一方の面から入射させる。その際、拡散板２２からの各点からの拡散光（物体光Ｏｂ）は、ホログラム記録材料２４の少なくとも使用領域全面を照明するよう拡散させる。
【００５１】
そして、ホログラム記録材料２４の他の面から、集光光学系２３にて集光した参照光Ｒが照射される。集光光学系２３の焦点位置Ａは、使用時の光走査部１５による基準点と一致するように配置されている。物体光Ｏｂと参照光Ｒを同時に入射させ、ホログラム記録材料２４中で干渉させる。
【００５２】
ホログラム記録材料２４は所定の現像処理を経て面上の各点において、同じ位置に拡散板像を再生する反射型ホログラム２１が作成される。なお、前実施形態と同様、物体光Ｏｂの照射には、オパールガラスやすりガラスといった拡散板２２だけでなく、レンズアレイなど、各点からの拡散光が使用領域全面を照明できる光学素子（第２の光拡散素子）であればよい。また、この反射型ホログラムについても計算機合成ホログラムを使用することとしてもよい。
【００５３】
以上説明した光学系２０は、出射する照明光Ｌｂとして、ホログラムなどの光拡散素子２１の各点から出射される拡散光を用いることとしていた。光学系２０には、このように光拡散素子２１から出射される拡散光を用いる以外に、下記のような実施形態を採用する
こともできる。
【００５４】
図８は、本発明の他の実施形態に係る照明系２０の構成を示す図である。本実施形態の照明系２０は、光源１１、光走査部１５、第１光路変換系２５、レンズアレイ２６、第２光路変換系２７を有して構成されている。なお、この実施形態においても、照明系２０において光源１１を除いた他の構成にて、本発明でいう露光用光学装置が構成される。その際、第１光路変換系２５については必須の構成ではない。
【００５５】
光源１１、光走査部１５などの構成の詳細は、前述の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。なお、光源１１から出射されるコヒーレント光に対して、その断面方向の強度分布の均一化を図るビーム成型手段を設けておくことが好ましい。設計例として、光走査部１５の近傍の面で均一化されるようにビーム成型手段を設けるとともに、その面と一次元光変調素子面を共役に設定することにより、被照明領域を均一な強度で照明することが可能となる。
【００５６】
本実施形態の光走査部１５は、Ｙ軸方向に回動中心Ｒａを有し、コヒーレント光をＸ−Ｚ面内で走査する１次元的走査を行うこととしている。この場合においてもレンズアレイ２６の入射面を走査し、結果として被照明領域を十分に照明できることが必要とされる。
【００５７】
光源１１から入射するコヒーレント光は、この光走査部１５にて時間的に方向が変化する走査光Ｌａとなり、第１光路変換系２５を経て、レンズアレイ２６に入射する。図では、最外端付近の走査光Ｌａ（ｔ１）とＬａ（ｔ２）の様子が示されているが、実際には、走査光Ｌａは、このＬａ（ｔ１）とＬａ（ｔ２）の間を連続的に移動することとなる。
【００５８】
第１光路変換系２５は、走査部１５からの走査光Ｌａがレンズアレイ２６の入射面に対して略垂直に入射するように変換する光学素子であって、集光機能を有する凸レンズなどを用いて構成される。このように変換された走査光Ｌａ’を、レンズアレイ２６を構成する各要素レンズに対して垂直に入射させることで、各要素レンズに対して同じ条件で走査光Ｌａ’を入射させることとなる。そのためレンズアレイ２６の各要素レンズの設計を等しくするなど、設計上の負担を削減することが可能となる。なお、この第１光路変換系２５は、必ずしも設ける必要はなく、レンズアレイ２６を構成する要素レンズやそれ以降の光学系を入射光の状態に応じて変更することなどにて対応することが可能である。
【００５９】
レンズアレイ２６は、複数の要素レンズが、光走査部１５による光の走査位置（Ｘ−Ｙ面上）に配列された光学素子であって、各要素レンズに入射する走査光Ｌａ’を発散光Ｌｂ’に変換する。レンズアレイ２６を構成する要素レンズの大きさ、形状は、必要に応じて適宜に設定することが可能であって、例えば、要素レンズの形状としてシリンドリカルレンズを用いたシリンドリカルレンズアレイを用いることや、極小さい大きさの要素レンズで構成されたマイクロレンズアレイを用いることとしてもよい。
【００６０】
さらに本実施形態では、各要素レンズが光軸方向（Ｚ軸方向）に複数段（２段）配列された構成を取っている。光源１１から出射されるコヒーレント光は、必ずしも平行光として出射されるとは限らず、平行な状態から幾分かずれた散乱成分を含む場合がある。本実施形態では、要素レンズを光軸方向に複数段配置することで、この散乱成分の抑制が図られる。光軸方向に配列される要素レンズは、同等の径を有するとともにその中心軸が光の進行方向に揃えられて配列される。なお、レンズアレイ２６は、各要素レンズが光軸方向に１段で構成された形態のものを使用してもよい。
【００６１】
第２光路変換系２７（本発明における「光路変換系」）は、レンズアレイ２６から出射される照明光Ｌｂにて、被照明領域としての拡散板３１を照明する光学素子である。光走
査部１５によって光走査されたレンズアレイ２６の各点から出射される照明光Ｌｂは、この第２光路変換系２７を経て、経時的に重なるように被照明領域を照明光Ｌｂで照明する。この第２光路変換系２７は、レンズアレイ２６から出射される発散光Ｌｂ’が、被照明領域としての拡散板３１の有効領域を照明する集光機能を有することが好ましい。レンズアレイ２６にて発散された発散光Ｌｂ’の発散角度を抑え、拡散板３１の有効領域に集光させることで、光の利用効率の向上が図られる。さらに、第２光路変換系２７は、発散光Ｌｂ’が平行光あるいは略平行光となるように変換することが好ましい。平行光あるいは略並行光として拡散板３１の有効領域を照明することで、有効領域の各位置について略同条件にて照明することが可能となり、例えば、有効領域全体を均一に照明することが可能となる。
【００６２】
なお、第２光路変換系２７としては、発散角度を抑える機能を有すればよく、レンズや凹面鏡、ミラーやプリズムの組み合わせなどが用いられる。同等の機能を有するホログラム素子や回折素子などで実現してもよい。また、これらの組み合わせにより実現してもよい。
【００６３】
また、第２光路変換系２７から出射される照明光Ｌｂは、各時点において、拡散板３１の有効領域の少なくとも一部を照明し、光走査部１５の走査によって有効領域全体を照明することで足りるものであるが、照明光Ｌｂが各時点において有効領域全体を照明することが好ましい。このような構成によれば、拡散板３１の有効領域における輝度分布の均一化を図ることが可能となる。
【００６４】
本実施形態のような照明系２０を用いた場合においても、拡散板３１の有効領域を経時的に重ねてコヒーレント光で照明するとともに、有効領域の各点への入射角度を経時的に変化させて照明することが可能となる。その結果、拡散板３１から出射される拡散光は、光変調器３４上で平均化されてスペックルの発生が抑えられ、結果として被露光体３６に結像される像の照射ムラを解消し、光変調器３４に形成される像を精度よく被露光体３６に露光させることが可能となる。
【００６５】
なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１０…露光装置
１１…光源
１５…光走査部
２０…照明系
２１…光拡散素子
２２…拡散板
２５…第１光路変換系
２６…レンズアレイ
２７…第２光路変換系
３１…拡散板
３２…第１の絞り
３３…集光光学系
３４…光変調器
３５…結像光学系
３５ａ、３５ｃ…凸レンズ
３５ｂ…第２の絞り
３６…被露光体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光を拡散させる拡散板と、
前記拡散板をコヒーレント光で経時的に重ねて照明するとともに、前記拡散板の各点への入射角度を経時的に変化させて照明する照明系と、
パターン形成領域を有する光変調器と、
前記拡散板から出射されるコヒーレント光を前記パターン形成領域に集光する集光光学系と、
前記光変調器で変調されたコヒーレント光を被露光体の表面に結像させる結像光学系と、を備えることを特徴とする
露光装置。
【請求項２】
前記照明系は、
コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源から出射されたコヒーレント光を走査する光走査部と、
前記光走査部で走査された走査光を拡散させ、各点から出射される拡散光が前記拡散板を経時的に重ねてコヒーレント光で照明するとともに、前記拡散板の各点への入射角度を経時的に変化させて照明する光拡散素子と、を備えることを特徴とする
請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記光拡散素子は、ホログラムであることを特徴とする
請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記光拡散素子は、レンズアレイであることを特徴とする
請求項２に記載の露光装置。
【請求項５】
前記照明系は、
コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源から出射されたコヒーレント光を走査する光走査部と、
複数の要素レンズを有し、前記光走査部で走査された光を発散させるレンズアレイと、
前記レンズアレイの各点から出射される発散光の発散角度を抑えるとともに、発散角度の抑えられた発散光が被照明領域を経時的に重ねて照明するように設定された光路変換系と、を備えることを特徴とする
請求項１に記載の露光装置。
【請求項６】
前記光変調器は、透過型または反射型のフォトマスクであることを特徴とする
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記光変調器は、入力される映像信号に基づいて像を形成する透過型または反射型の表示素子であることを特徴とする
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の露光装置。
【請求項８】
前記拡散板近傍に配設される第１の絞りと
前記結像光学系に配設される第２の絞りを有し、
前記第１の絞りと前記第２の絞りは共役とされていることを特徴とする
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の露光装置。
【請求項９】
コヒーレント光を走査する光走査部と、
複数の要素レンズを有し、前記光走査部で走査された光を発散させるレンズアレイと、
前記レンズアレイの各点から出射される発散光の発散角度を抑えるとともに、発散角度
の抑えられた発散光が被照明領域を経時的に重ねて照明するように設定された光路変換系と、を備えることを特徴とする
露光用光学装置。
【請求項１】
入射する光を拡散させる拡散板と、
前記拡散板をコヒーレント光で経時的に重ねて照明するとともに、前記拡散板の各点への入射角度を経時的に変化させて照明する照明系と、
パターン形成領域を有する光変調器と、
前記拡散板から出射されるコヒーレント光を前記パターン形成領域に集光する集光光学系と、
前記光変調器で変調されたコヒーレント光を被露光体の表面に結像させる結像光学系と、を備えることを特徴とする
露光装置。
【請求項２】
前記照明系は、
コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源から出射されたコヒーレント光を走査する光走査部と、
前記光走査部で走査された走査光を拡散させ、各点から出射される拡散光が前記拡散板を経時的に重ねてコヒーレント光で照明するとともに、前記拡散板の各点への入射角度を経時的に変化させて照明する光拡散素子と、を備えることを特徴とする
請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記光拡散素子は、ホログラムであることを特徴とする
請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記光拡散素子は、レンズアレイであることを特徴とする
請求項２に記載の露光装置。
【請求項５】
前記照明系は、
コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源から出射されたコヒーレント光を走査する光走査部と、
複数の要素レンズを有し、前記光走査部で走査された光を発散させるレンズアレイと、
前記レンズアレイの各点から出射される発散光の発散角度を抑えるとともに、発散角度の抑えられた発散光が被照明領域を経時的に重ねて照明するように設定された光路変換系と、を備えることを特徴とする
請求項１に記載の露光装置。
【請求項６】
前記光変調器は、透過型または反射型のフォトマスクであることを特徴とする
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記光変調器は、入力される映像信号に基づいて像を形成する透過型または反射型の表示素子であることを特徴とする
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の露光装置。
【請求項８】
前記拡散板近傍に配設される第１の絞りと
前記結像光学系に配設される第２の絞りを有し、
前記第１の絞りと前記第２の絞りは共役とされていることを特徴とする
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の露光装置。
【請求項９】
コヒーレント光を走査する光走査部と、
複数の要素レンズを有し、前記光走査部で走査された光を発散させるレンズアレイと、
前記レンズアレイの各点から出射される発散光の発散角度を抑えるとともに、発散角度
の抑えられた発散光が被照明領域を経時的に重ねて照明するように設定された光路変換系と、を備えることを特徴とする
露光用光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２３８６５７（Ｐ２０１２−２３８６５７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０５４５３（Ｐ２０１１−１０５４５３）
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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