JP2003220478A - 微細構造体の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄膜材料に三次元的なパターンを露光するこ
とを可能とする微細構造体の製造装置を提供する。 【解決手段】 この目的を達成するため微細構造体の製
造装置は、光ビーム(102)を発生するビーム発生手段(10
1)と、光ビームを被処理部材(109、109a)上に導く光学
系と、光ビームを被処理部材に集光させてビームスポッ
トを形成する集光制御手段(114)と、光ビームの強度を
変調する強度変調手段(104)と、ビームスポットを被処
理部材上で相対的に移動させるビーム走査手段(110、11
2)と、形成すべき三次元パターンの画素位置に対応して
ビームスポットの被処理部材上の走査位置を設定し、該
画素のプロファイルデータに基づいて光ビームの強度及
び集光位置を変化させるプロファイル制御手段(117、11
8、119)と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回折格子、ホログラム
マスク、マイクロレンズ、反射板、光通信デバイス、マ
イクロエレクトロニック・メカニカル・システム（ＭＥ
ＭＳ）等の微細パターン加工技術によって製造される微
細構造体の製造方法及びこの製造方法を使用する製造装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開２０００−２９２９３４号
公報に微細構造体の製造装置の一例が紹介されている。
この例では、レーザ描画装置における高速かつ均一な精
細度の微細パターン描画を可能にするために、 ターン
テーブルにフォトレジストが塗布された原盤を載置して
回転させながらレーザスポットを径方向に移動させる。
それにより、レーザビームで原盤を螺旋状に走査して高
速のパターン描画を行う。原盤の回転中心を中心とする
扇形の領域内に、任意のパターンを小領域の同サイズの
ドットに分割し、かかるドットをレーザスポットによる
描画単位としてパターンデータによって変調されたレー
ザ光によってパターン描画を行い、パターン形状の精度
を向上させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記微
細構造体の製造装置はレーザビームによって平面的なパ
ターンを描画するものであり、フォトレジストなどの被
露光材料（感光材料あるいは被加工材料）が曲面や傾斜
面等を有する立体的なパターンとなるような露光あるい
は描画を施すことは難しい。

【０００４】すなわち、上記微細構造体の製造装置は、
レーザビームのスポットをフォトレジストの表面に保持
し、一定のフォーカス位置でビーム強度をオンオフ変調
して露光・非露光の画素による２値パターン（マスク）
を作製するが、フォトレジスト表面に傾斜面や曲面を形
成することまでを具体的に提案するものではない。

【０００５】また、レーザビームスポットの焦点深度に
比べて相対的にフォトレジストの膜厚が厚い場合には、
フォトレジストの内部でレーザビームが広がり、フォト
レジストの深部ほど解像度が低下する傾向が生じ得る。

【０００６】よって、本発明は被露光材料に三次元的な
パターンを露光することを容易化する微細構造体の製造
装置を提供することを目的とする。

【０００７】また、本発明は比較的に厚膜の被露光材料
にパターンを精度良く露光することを可能とする微細構
造体の製造装置を提供することを目的とする。

【０００８】また、本発明は、被露光材料に三次元的な
パターンを露光することを容易化する微細構造体の製造
方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の微細構造体の製造装置は、光ビームを発生する
ビーム発生手段と、上記光ビームを被処理部材上に導く
光学系と、上記光ビームを上記被処理部材に集光させて
ビームスポットを形成する集光制御手段と、上記光ビー
ムの強度を変調する強度変調手段と、上記ビームスポッ
トに上記被処理部材を相対的に走査させるビーム走査手
段と、形成すべき三次元パターンの画素位置に対応して
上記ビームスポットの上記被処理部材上の走査位置を設
定し、該画素のプロファイルデータに基づいて上記光ビ
ームの集光位置を変化させるプロファイル制御手段と、
を備える。

【００１０】かかる構成とすることによって、形成すべ
き三次元パターンのプロファイル（断面形状）に沿って
ビームスポットを走査させることが可能となり、フォト
レジストなどの被処理部材に曲面や傾斜面を含むパター
ンの露光や描画を可能とする。

【００１１】好ましくは、上記プロファイル制御手段
は、上記光ビームの集光位置に加えて、更に、上記画素
のプロファイルデータに基づいて上記光ビームの強度も
変化させる。それにより、ビームスポットの被処理部材
内深さに応じて露光パターを調整することが可能とな
り、露光エネルギの過不足を回避可能となる。

【００１２】好ましくは、上記集光制御手段は、上記光
ビームを集光して上記ビームスポットを形成する対物レ
ンズと、この対物レンズの光軸方向における位置を調整
して上記ビームスポットを上記被処理部材上に位置させ
るフォーカス制御手段とを含み、上記プロファイル制御
手段は、上記プロファイルデータに基づいて上記ビーム
スポットの光軸方向における位置を更に変化させる。そ
れにより、パターンのプロファイルに沿ってビームスポ
ットを被処理部材内で移動させ、被処理部材に三次元形
状を描画（露光）することが可能となる。

【００１３】好ましくは、上記集光制御手段は、上記光
ビームを集光して上記ビームスポットを形成する対物レ
ンズと、この対物レンズの光軸方向における上記被処理
部材からの距離を一定に調整するフォーカス制御手段
と、上記光ビームスポットの位置を上記光軸方向に移動
する可変屈折率レンズと、を含み、上記プロファイル制
御手段は、上記プロファイルデータに基づいて上記可変
屈折率レンズを制御して上記ビームスポットの光軸方向
における位置を上記被処理部材内に変化させる。

【００１４】それにより、フォーカス制御手段は対物レ
ンズの焦点位置を一定に維持するように動作し、これと
別途にビームスポットを描画すべきパターンのプロファ
イルに沿って上記被処理部材内を移動させることが可能
となる。この構成では、通常の動作範囲のフォーカスサ
ーボ機構をフォーカス制御手段として使用可能であるの
で、フォーカス制御系の負担が少ない。

【００１５】好ましくは、上記可変屈折率レンズは、音
響光学変調器を含む。それにより、ビーム光の強度を可
変に設定することが可能である。

【００１６】また、本発明の微細構造体の製造装置は、
メインビームを発生するビーム発生手段と、サブビーム
を発生するサブビーム発生手段と、ビームを被処理部材
上に集めてビームスポットを形成するための対物レンズ
と、上記メインビームを、上記対物レンズを経由して上
記被処理部材上に導く光学系と、上記サブビームを用い
て上記対物レンズと上記被処理部材との距離を調節する
集光制御手段と、上記メインビームの強度を変調する強
度変調手段と、上記光ビームスポットの位置を上記対物
レンズの光軸方向に移動するスポット位置変化手段と、
上記ビームスポットに上記被処理部材を相対的に走査さ
せるビーム走査手段と、を備える。

【００１７】かかる構成とすることによって、サブビー
ムで対物レンズのフォーカス調整を行い、更に、メイン
ビームのスポットの位置を変化して三次元パターンの描
画を行うので、フォーカスサーボ系を安定に動作させな
がら、パターンのプロファイルに沿った描画を行うこと
を可能とする。また、対物レンズの移動と切り離してビ
ームスポットの深さ位置を高速で変化することが可能と
なる。

【００１８】好ましくは、上記スポット位置変化手段
は、上記対物レンズに入射する上記メインビームの広が
り又は狭まり加減を調整する可変屈折率レンズを含む。
それにより、対物レンズの光軸方向における焦点位置を
含む一定の範囲にビームスポットの位置を変化させるこ
とが可能となる。

【００１９】好ましくは、上記可変屈折率レンズは、音
響光学変調器を含む。それにより、等価的に屈折率可変
なレンズを得ることが可能となる。

【００２０】好ましくは、更に、上記被処理部材に形成
すべき三次元パターンの画素位置に対応して上記ビーム
スポットの上記被処理部材上の走査位置を設定し、該画
素のプロファイルデータに基づいて上記ビームスポット
の位置を変化させるプロファイル制御手段と、を備え
る。それにより、形成すべきパターンのプロファイルデ
ータに従ってビームスポットの軌跡が三次元的に制御さ
れ、被処理部材を三次元露光することが可能となる。

【００２１】好ましくは、更に、上記被処理部材上に形
成すべき三次元パターンの画素位置に対応して上記ビー
ムスポットの上記被処理部材上の走査位置を設定し、該
画素のプロファイルデータに基づいて上記ビームスポッ
トの光軸方向における位置及び強度を変化させるプロフ
ァイル制御手段と、を備える。それにより、上記被処理
部材（例えば、フォトレジスト等の感光材料）内部にビ
ームスポットが深く入った場合の露光の過不足を回避可
能となる。

【００２２】好ましくは、上記ビーム走査手段は、上記
被処理部材を載置して回転するターンテーブルと、上記
ターンテーブルの径方向に上記ビームスポットを相対的
に移動するスライダと、を含む。それにより、ビームス
ポットで上記被処理部材を螺旋状に走査することが可能
となる。

【００２３】好ましくは、上記ビームはレーザ光であ
る。それにより、微細パターンの露光（あるいは描画）
やレーザアブレーション等によるレーザ加工が可能とな
る。

【００２４】また、本発明の微細構造体の製造方法は、
被露光材をビームで走査して露光を行い、該被露光材に
露光パターンを形成する微細構造体の製造方法であっ
て、予め上記被露光材に描画すべきパターンの少なくと
もプロファイルを該パターンの各画素毎にプロファイル
データとして記憶し、上記パターンの一連の画素のプロ
ファイルデータを連続的に読み出すと共に、読み出した
各画素の上記パターンにおける位置に対応する上記被露
光材上の位置に上記ビームを追従させ、更に、各画素の
プロファイルデータによって各画素に対応する上記被露
光材上の各位置における上記ビームの強さ及び集光位置
をそれぞれ設定する、ようにしている。

【００２５】かかる構成とすることによって、被露光材
の表面に曲面や傾斜面が形成された三次元パターンを露
光することが可能となる。

【００２６】好ましくは、上記ビームの集光位置の設定
は、上記被露光材上の近傍に配置された対物レンズの位
置を制御して上記ビームを上記被露光材上に集光させる
フォーカスサーボを利用して行う。それにより、プロフ
ァイルデータを誤差信号として制御ループに重畳するこ
とによって集光位置を被露光材上から内部に変化（オフ
セット）させることが可能となる。

【００２７】好ましくは、上記ビームの集光位置の設定
は、上記ビームの経路に設けられた可変屈折率レンズ又
は可変焦点距離レンズによって行われる。それにより、
更に、ビームの集光位置を高速で変化させることも可能
となる。

【００２８】好ましくは、上記可変屈折率レンズ又は可
変焦点距離レンズは、音響光学変調器を含む。それによ
り、高速で集光位置を変化させることが可能となる。

【００２９】好ましくは、上記ビームの集光位置は、上
記被露光材の内部に設定される。それにより、被露光材
を三次元的に露光することが可能となる。

【００３０】好ましくは、上記被露光材の表面には感光
材料の膜が形成されている。それにより、三次元的なパ
ターニングマスクや光学素子が得られる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の微細構造体の製造
装置の実施の形態について図面を参照して説明する。

【００３２】まず、本発明の実施の形態では、被露光材
をビームで走査して露光を行い、被露光材に露光パター
ンを形成する。予め被露光材に描画すべきパターンのプ
ロファイルを該パターンの各画素毎にプロファイルデー
タとしてパターンジェネレータに記憶する。そして、パ
ターンの一連の画素のプロファイルデータを連続的に読
み出すと共に、読み出した各画素の原パターンにおける
位置に対応する被露光材上の位置にビームを追従させ
る。更に、各画素のプロファイルデータによって各画素
に対応する被露光材上の各位置におけるビームの強さ及
び集光位置をそれぞれ設定する。そして、被露光材に曲
面や傾斜面が形成された三次元パターンを露光する。

【００３３】図１は、本発明の第１の実施の形態を示し
ている。製造装置は、大別して、ビーム光を発生するレ
ーザ発生装置１０１、ビーム光を被露光材に導く光学系
（１０３、１０５、１０６等）、ビームスポットを形成
するフォーカスサーボ系１１４、露光すべきパターンの
情報を発生するパターンジェネレータ１１７、パターン
情報に従って被露光材上にビームスポットを走査させる
ビーム走査系（１１２、１１０、１１０ａ等）、パター
ン情報でビーム光を強度変調する変調系（１１８、１０
４）、パターンのプロファイル（露光すべきパターンの
断面形状）情報に沿ってビームスポットを被露光材の深
さ方向に移動させるプロファイル制御系（１１９、１１
１）、等を含んで構成される。

【００３４】図１において、クリプトンレーザ（波長λ
＝３５１ｎｍ）等を使用するレーザ発生装置１０１から
出射したレーザビーム（メインビーム）１０２は、反射
ミラー１０３、１０５、１０６を経て対物レンズ１０７
に導かれ、被露光部材である表面に感光材料１０９ａが
塗布された原盤１０９上に集光してスポット１１６を形
成する。対物レンズ１０７はアクチェータ１０８によっ
て少なくとも該レンズの光軸方向に可動に支持されてい
る。アクチェータ１０８は、例えば、ボイスコイルモー
タ（可動コイル）等によって構成され、サーボ制御回路
（差動増幅器）１１１によって駆動される。

【００３５】原盤１０９はターンテーブル１１０に載置
され、ターンテーブル１１０を回転駆動するモータ１１
０ａは後述するパターンジェネータ１１７の出力に同期
して回転する。また、対物レンズ１０７、ミラー１０
６、フォーカスサーボ系１１４等は、原盤１０９の半径
方向に移動する可動光学台（スライダ）１１２に載置さ
れ、スライダモータ１１２ａによってターンテーブル１
１０の径方向にトラックピッチΔｒで徐々に移動する。
それにより、ビームの走査系が構成され、原盤１０９上
の位置（ｒ_ｉ，θ_ｉ）に微細構造体のパターンの画素Ｐ
_ｉが描画可能となる。

【００３６】対物レンズ１０７は、フォーカスサーボ系
１１４によって原盤１０９からの距離が一定に制御さ
れ、レーザビーム（メインビーム）１０２を原盤上に集
光する。ここで、フォーカスサーボ系１１４は、感光材
料１０９ａが反応しない波長のサブビーム１１３ａを発
生する半導体レーザ１１３、感光材料１０９ａ（又は原
盤１０９）の表面で反射したサブビーム１１３ａを受光
する２分割ダイオード１１６、対物レンズ１０７を駆動
するフォーカスアクチェータ１０８、２分割ダイオード
１１６の２つの出力信号を受けて両信号の差分に相当す
る出力を発生し、これをフォーカスアクチェータ１０８
に駆動信号として供給するフォーカスサーボ制御回路１
１１を含んでいる。

【００３７】上記のフォーカスサーボ系１１４構成によ
り、半導体レーザ１１３から出射したサブビーム１１３
ａは、反射ミラー１０６で反射して対物レンズ１０７の
一方側の外周部を通り、原盤１０９で反射して、対物レ
ンズ１０７の他方側の外周部を通って再びミラー１０６
で反射して２分割フォトダイオード１１５に入射する。
このサーボループにおいて、サブビームが対物レンズの
焦点位置で反射して２分割フォトダイオード１１５の中
央位置に入射すると、２分割フォトダイオード１１５の
２つの受光面は同じ光量を受光する。フォーカスサーボ
制御回路１１１に供給される誤差信号は０となり、回路
１１１は出力をアクチェータ１０８への変化させない。
それにより、対物レンズの焦点位置は感光材料１０９ａ
（又は原盤１０９）の表面に維持される。次に、対物レ
ンズ１０７及び原盤１０９相互間の距離が変化するとサ
ブビーム１１３ａの反射点の位置が変わり、２分割ダイ
オード１１５に入射するサブビーム１１３ａの光軸の位
置が変化する。それにより、この２分割ダイオードの２
つの出力に相違が生じる。フォーカスサーボ制御回路１
１１は両信号の差分を増幅してアクチェータ１０８を該
差分が減少する方向に駆動することによって対物レンズ
１０７の焦点位置を感光材料１０９ａ（又は原盤１０
９）の表面に追従させる。このように、フォーカスサー
ボ系１１４は、露光中にビーム１０２のスポットサイズ
が変化しないように、対物レンズ１０７と原盤１０９と
の距離を一定に保つ制御を行っている。

【００３８】上述した光学系のミラー１０３及び１０５
の相互間には、強度変調器１０４が配置され、通過レー
ザビーム１０２の強度を変調する。強度変調器１０４
は、例えば、音響光学変調器（ＡＯＭ）や電気光学変調
器（ＥＯＭ）を使用することが可能である。強度変調器
１０４の制御入力（変調入力）には、パターンジェネレ
ータ１１７が出力したパターン信号Ｐ_ｉの増幅出力が駆
動回路１１８から供給される。

【００３９】パターンジェネレータ１１７は、描画すべ
き微細パターンの各画素の強度（あるいはレベル値）デ
ータＰ_ｉ（ｒ_ｉ，θ_ｉ）を予め記憶しており、動作開始
に対応してパターンを構成する一連の画素データをター
ンテーブル１１０の回転中心を原点とする回転座標系の
半径ｒ_ｉ，回転角度θ_ｉに対応するデータとして連続的
に出力する。半径ｒ_ｉの情報によってスライダ１１２の
位置が制御され、ビームスポット１１６の径方向の位置
が決定される。回転角度θ_ｉの情報によってターンテー
ブルの回転位置が制御され、ビームスポット１１６の周
方向における位置が決定される。また、各画素のデータ
には，微細パターンのプロファイル（深さ）データＤ_ｉ
（ｒ_ｉ，θ_ｉ）も記憶されている。すなわち、パターン
ジェネレータ１１７は、描画すべき薄膜の微細パターン
の三次元形状のデータを持っている。このプロファイル
データＤ_ｉはＡ／Ｄ変換されて駆動回路１１９によって
増幅され、フォーカスサーボ制御回路１１１にプロファ
イル信号として供給される。このプロファイルデータＤ
_ｉによってビームスポット１１６の対物レンズ１０７の
光軸方向における位置を指定することができる。

【００４０】前述したように、フォーカスサーボ制御回
路１１１は、２分割ダイオード１１５の２つの出力から
得られる差信号によって対物レンズの移動を決定してい
る。上述したプロファイル信号は、この差信号にオフセ
ット信号として重畳される。オフセット信号のレベルに
対応する分だけ、対物レンズの位置が変位する。それに
より、ビームスポットの位置を感光材料１０９ａ表面
（あるいは底面）からその内部に位置させることが可能
となる。

【００４１】パターンジェネレータ１１７は、上述した
ように、原盤１０９を適切に回転制御し、スライダ１１
２の位置を制御してレーザビーム１０２の径方向の位置
を制御する。また、レーザビームスポット１１６の光軸
方向の位置をプロファイルデータＤ_ｉに従って制御す
る。それにより、三次元パターンのプロファイルに沿っ
て薄膜を露光することが可能となる。

【００４２】また、より好ましくは、レーザビーム１０
２の露光パワーを変調器１０４でプロファイルデータＤ
_ｉに対応したデータＰ_ｉで変調する。それにより、レジ
ストの浅い位置では弱いパワーＰ_ｍｉｎで露光範囲が広
がらないようにし、レジストの深い位置ではより強いパ
ワーＰ_ｍａｘで露光不足にならないように調整する。そ
れにより、シャープな形状の形成を可能とする。

【００４３】図７は、図１に示した第１の実施の形態の
動作を更に説明する説明図である。フォーカスサーボの
誤差電圧に形成すべきパターンのプロファイルＤ_ｉに対
応したオフセット電圧ｄ_ｉを印加することによって、ビ
ームスポット１１６を感光材料１０９ａの表面から内部
に設定し、形成すべきパターンの外形（あるいは輪郭）
Ｓに沿ってビームスポット１１６を移動する。この例で
は、露光に使用するメインビーム１０２及びフォーカス
サーボに使用するサブビーム１１３ａは一緒に移動す
る。

【００４４】図６は、参考例を示している。ビームスポ
ット１１６の深さ位置を変えることなく、ブレーズ形状
を形成しようとする場合、形成すべきパターンのデータ
プロファイルＤ_ｉに従ってビームのパワーを「強」から
「弱」（あるいは「弱」から「強」）に連続的に変化し
て露光後パターンＳ’に傾斜面を形成することが考えら
れる。しかしながら、このようにした場合には、図６に
示されるように、ビームパワーを「強」とした場合に露
光に反応する範囲が広がるので、深い位置の端部が丸く
なる傾向が顕著になってくる。

【００４５】これに対し、図７（あるいは後述の図８）
に示すように、ビームスポット１１６を感光材料１０９
ａ内部に設定してこれをパターンのプロファイルに沿っ
て移動することにより、形状の崩れの少ないパターン露
光が可能となる。更に、深さに応じて露光パワーを制御
することによって露光の不足及び過剰を回避することが
可能となる。

【００４６】図２は、本発明の微細構造体の製造装置の
第２の実施例を示している。同図において、図１と対応
する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略
する。

【００４７】この第２の例では、レーザビーム１０２の
光路の途中にビームスポット１１６の高さ位置（対物レ
ンズ１０７の光軸方向における位置）を対物レンズ１０
７の焦点とは別個に変化させる可変屈折率レンズ１２１
が設けられている。可変屈折率レンズ１２１は、例え
ば、音響光学素子によって構成することが可能である。
この可変屈折率レンズ１２１の屈折率をプロファイルデ
ータＤ_ｉによって制御し、ビームスポット１１６をパタ
ーンのプロファイルに沿って移動させる。また、より好
ましくは、プロファイルデータＤ_ｉに対応した画素デー
タＰ_ｉによってビーム１０２のパワーを制御し、露光の
過不足を解消する。

【００４８】この構成では、第１の実施例のように、フ
ォーカスサーボ系１１４が広い範囲で動作するように設
計しなければならないという難しさが解消する。また、
フォーカスサーボ系１１４による制約を受けないので、
より高速で可変レンズ１２１を作動させ、数ＭＨｚ以上
の変調信号でパターンを形成することを可能にする。

【００４９】図３は、上述した可変屈折率レンズ１２１
の例を示している。同図に示すように、可変屈折率レン
ズ１２１は、超音波媒質１２１ａ、圧電薄膜変換器１２
１ｂ及び１２１ｃ、超音波駆動電圧発生器１２１ｄ及び
１２１ｅ等によって構成することが可能である。超音波
媒質１２１ａは、板状の、例えば、カルコゲナイト系カ
ラス（Ａｓ_１２Ｇｅ_３３Ｓｅ_５５、Ａｓ_２Ｓ_３）、Ｔｅ
ガラス、ＰｂＭｏＯ_４、ＴｅＯ_４、ＬｉＮｂＯ_３等によ
って構成される。圧電薄膜変換器１２１ｂ及び１２１ｃ
は板状の超音波媒質１２１ａの左側面及び上面にそれぞ
れ貼り付けられる。圧電薄膜変換器１２１ｂ及び１２１
ｃは、例えば、ＬｉＮｂＯ_３、ＺｎＯ等によって構成さ
れる。圧電薄膜変換器１２１ｂ及び１２１ｃに超音波駆
動電圧発生器１２１ｄ及び１２１ｅによって夫々周波数
ｆの電圧信号を印加すると、超音波媒質１２１ａの左右
方向及び上下方向にそれぞれ超音波の進行波及び反射波
による定在波が発生する。定在波の波長λは、ｖ／ｆで
表される。ここで、ｖは音速である。実施例では、媒質
のサイズ及び電圧周波数ｆを適宜に選定することによっ
て、レーザ光の波長よりも十分に長い１／２波長の定在
波が形成されるようにしている。これにより、超音波媒
質１２１ａを通過するビーム光１０２に対して、超音波
媒質１２１ａを凹レンズ又は凸レンズとして機能させる
ことが可能となる。実施例では、後述のように、凹レン
ズとして機能させた。アンプ１２０の出力によって超音
波駆動電圧発生器１２１ｄ及び１２１ｅの出力電圧を制
御し、超音波媒質１２１ａに生じる屈折の程度を制御す
る。アンプ１２０の出力は、前述したパターンジェネレ
ータ１１７のプロファイル（深さ）データＤ_ｉによって
設定される。

【００５０】図４（ａ）は、可変屈折率レンズ１２１の
圧電材に印加される電圧信号の振幅が「小」又は「０」
であるときのひずみの分布（オフ状態）を示している。
この状態では、上下方向及び左右方向において屈折率は
均一に分布しており、媒体１２１ａの受光面の中心に入
射したビーム光は媒体１２１ａを直進して突き抜ける。

【００５１】図４（ｂ）は、可変屈折率レンズ１２１の
圧電材に印加される電圧信号の振幅が所定値を越えた場
合のひずみの分布（オン状態）を示している。この状態
では、上下方向及び左右方向において屈折率は凹レンズ
状に分布している。媒体１２１ａの受光面の中心に入射
したビーム光は該中心を通る光軸から外方に広がるよう
に出射する。

【００５２】すなわち、図５（ａ）に示すように、可変
屈折率レンズ１２１がオフ状態では、ビーム光１０２は
可変屈折率レンズ１２１を直進して対物レンズ１０７に
入射する。この状態では、ビーム光１０２は対物レンズ
１０７の焦点位置ｆ_Ｏに集光する。図５（ｂ）に示すよ
うに、可変屈折率レンズ１２１がオン状態では、ビーム
光１０２は可変屈折率レンズ１２１で外方に屈折して対
物レンズ１０７に入射する。この状態では、ビーム光１
０２は対物レンズ１０７の焦点位置ｆ_Ｏよりも被露光材
料側の焦点位置ｆ_Ｏ’に集光する。従って、パターンの
深さ情報Ｄ_ｉによってビームスポットの位置を対物レン
ズの光軸方向に移動することが可能となる。

【００５３】なお、フォーカスサーボ系１１４によって
原盤１０９の表面（感光材料１０９ａ底部）に対物レン
ズ１０７の焦点位置を位置させるようにすることも可能
である。この場合には、可変屈折率レンズ１２１を凸レ
ンズとして機能させる条件のものを使用し、可変屈折率
レンズ１２１を適宜に動作させることによってビームス
ポット１１６が感光材料１０９ａ内をパターンのプロフ
ァイルに沿って移動するようにしても良い。

【００５４】図８は、第２の実施の形態における動作を
説明する説明図である。フォーカスサーボ系１１４はサ
ブビーム１１３ａによって対物レンズ１０７の焦点位置
が原盤１０９表面の感光材料面１０９ａを追従するよう
に制御を行う。更に、可変屈折率レンズ１２１が感光材
料内部にビームスポット１１６をパターンのプロファイ
ルに沿って入り込ませる。この際に、ビームスポット１
１６が感光材料１０９ａの内部に入るほど必要とする露
光エネルギを補うために、ビームスポット１１６の深さ
位置の増加に対応して変調器１０４でパワーを増加する
ように調整する。すなわち、ビームスポット１１６の深
い位置ではパワーＰ_ｍａｘ、中間位置ではパワーＰ_ｍ、
表面位置ではパワーＰ_ｍｉｎ、とする。それにより、感
光材料１０９ａに輪郭形状が明瞭な露光後パターンＳ、
例えば、ブレーズ形状の露光パターンが描画されること
になる。

【００５５】なお、上述した実施例では、対物レンズ側
をスライダに載置して移動したが、ターンテーブル側を
スライダに載置して移動することとしても良い。また、
両方を移動することとしても良い。

【００５６】また、本発明は感光材料の露光のみなら
ず、被処理基板表面にレーザビームを照射しレーザアブ
レーションによって薄膜の三次元パターン形成などを行
う処理にも適用可能である。

【００５７】また、図７及び図８には、「鋸歯」状のブ
レーズ形状を示したが、描画されるパターンはこのパタ
ーンに限られず、曲面や「Ｖ」溝状の形状等各種の形状
を描画可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、露
光ビームスポットによる二次元パターンの描画のみなら
ず、露光ビームスポットを予め記憶されたパターンのプ
ロファイルに沿って光軸方向にも移動することを可能と
したので、被露光材料を三次元的に露光することがで
き、ブレーズ形状のような傾斜面や曲面を形成すること
が可能となって具合がよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の微細構造体の製造装置の第１
の実施の形態を説明する説明図である。

【図２】図２は、本発明の微細構造体の製造装置の第２
の実施の形態を説明する説明図である。

【図３】図３は、可変屈折率レンズの例を説明する説明
図である。

【図４】図４は、可変屈折率レンズの動作を説明する説
明図である。

【図５】図５は、可変屈折率レンズによるビームスポッ
トの位置制御の例を説明する説明図である。

【図６】図６は、対物レンズを一定の焦点距離とし、パ
ワーを変化して露光を行う場合の例を説明する説明図で
ある。

【図７】図７は、形成すべきパターンのプロファイルに
対応して対物レンズの焦点位置を変化させる例を説明す
る説明図である。

【図８】図８は、対物レンズの焦点位置を被露光材の表
面に追従させる共に、ビームスポットを形成すべきパタ
ーンのプロファイルに沿って変化させる例を説明する説
明図である。

【符号の説明】

１０１ レーザ発生装置 １０２ レーザビーム １０３，１０５，１０６ 反射ミラー １０４ 音響光学変調器 １０７ 対物レンズ １０９ 被露光原盤 １０９ａ 感光材料 １１０ ターンテーブル １１０ａ スピンドルモータ １１１ フォーカスサーボ制御回路 １１２ スライダ １１２ａ スライダモータ １１４ フォーカスサーボ系 １１７ パターンジェネレータ １２１ 可変レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 5/18 Ｇ０２Ｂ 5/18 7/28 7/11 Ｍ 7/32 Ｂ Ｆターム(参考） 2H049 AA03 AA07 AA33 AA37 AA63 2H051 AA10 AA13 BA24 CB11 CB14 CB19 CC03 CC13 FA03 4E068 AC00 CA02 CA09 CA11 CB08 CD01 CD08 CD14 CE04

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビームを発生するビーム発生手段と、 前記光ビームを被処理部材上に導く光学系と、 前記光ビームを前記被処理部材に集光させてビームスポ
   ットを形成する集光制御手段と、 前記光ビームの強度を変調する強度変調手段と、 前記ビームスポットに前記被処理部材を相対的に走査さ
   せるビーム走査手段と、 形成すべき三次元パターンの画素位置に対応して前記ビ
   ームスポットの前記被処理部材上の走査位置を設定し、
   該画素のプロファイルデータに基づいて前記光ビームの
   集光位置を変化させるプロファイル制御手段と、 を備える微細構造体の製造装置。
2. 【請求項２】前記プロファイル制御手段は、前記光ビー
   ムの集光位置に加えて、更に、前記画素のプロファイル
   データに基づいて前記光ビームの強度も変化させる、請
   求項１記載の微細構造体の製造装置。
3. 【請求項３】前記集光制御手段は、前記光ビームを集光
   して前記ビームスポットを形成する対物レンズと、この
   対物レンズの光軸方向における位置を調整して前記ビー
   ムスポットを前記被処理部材上に位置させるフォーカス
   制御手段とを含み、 前記プロファイル制御手段は、前記プロファイルデータ
   に基づいて前記ビームスポットの光軸方向における位置
   を更に変化させる、請求項１又は２記載の微細構造体の
   製造装置。
4. 【請求項４】前記集光制御手段は、前記光ビームを集光
   して前記ビームスポットを形成する対物レンズと、この
   対物レンズの光軸方向における前記被処理部材からの距
   離を一定に調整するフォーカス制御手段と、前記光ビー
   ムスポットの位置を前記光軸方向に移動する可変屈折率
   レンズと、を含み、 前記プロファイル制御手段は、前記プロファイルデータ
   に基づいて前記可変屈折率レンズを制御して前記ビーム
   スポットの光軸方向における位置を前記被処理部材内に
   変化させる、 請求項１又は２記載の微細構造体の製造装置。
5. 【請求項５】前記可変屈折率レンズは、音響光学変調器
   を含む、請求項４記載の微細構造体の製造装置。
6. 【請求項６】メインビームを発生するビーム発生手段
   と、 サブビームを発生するサブビーム発生手段と、 ビームを被処理部材上に集めてビームスポットを形成す
   るための対物レンズと、 前記メインビームを、前記対物レンズを経由して前記被
   処理部材上に導く光学系と、 前記サブビームを用いて前記対物レンズと前記被処理部
   材との距離を調節する集光制御手段と、 前記メインビームの強度を変調する強度変調手段と、 前記光ビームスポットの位置を前記対物レンズの光軸方
   向に移動するスポット位置変化手段と、 前記ビームスポットを前記被処理部材上で相対的に移動
   させるビーム走査手段と、 を備える微細構造体の製造装置。
7. 【請求項７】前記スポット位置変化手段は、前記対物レ
   ンズに入射する前記メインビームの広がり又は狭まり加
   減を調整する可変屈折率レンズを含む、請求項６記載の
   微細構造体の製造装置。
8. 【請求項８】前記可変屈折率レンズは、音響光学変調器
   を含む、請求項６記載の微細構造体の製造装置。
9. 【請求項９】更に、前記被処理部材に形成すべき三次元
   パターンの画素位置に対応して前記ビームスポットの前
   記被処理部材上の走査位置を設定し、該画素のプロファ
   イルデータに基づいて前記ビームスポットの光軸方向に
   おける位置を変化させるプロファイル制御手段と、を備
   える、 請求項６乃至８のいずれかに記載の記載の微細構造体の
   製造装置。
10. 【請求項１０】更に、前記被処理部材上に形成すべき三
    次元パターンの画素位置に対応して前記ビームスポット
    の前記被処理部材上の走査位置を設定し、該画素のプロ
    ファイルデータに基づいて前記ビームスポットの光軸方
    向における位置及び強度を変化させるプロファイル制御
    手段と、を備える、 請求項６乃至８のいずれかに記載の微細構造体の製造装
    置。
11. 【請求項１１】前記ビーム走査手段は、 前記被処理部材を載置して回転するターンテーブルと、 前記ターンテーブルの径方向に前記ビームスポットを相
    対的に移動するスライダと、 を含む、請求項１乃至１０のいずれかに記載の微細構造
    体の製造装置。
12. 【請求項１２】前記ビームはレーザ光である、請求項１
    乃至１１のいずれかに記載の微細構造体の製造装置。
13. 【請求項１３】被露光材をビームで走査して露光を行
    い、該被露光材に露光パターンを形成する微細構造体の
    製造方法であって、 予め前記被露光材に描画すべきパターンの少なくともプ
    ロファイルを該パターンの各画素毎にプロファイルデー
    タとして記憶し、 前記パターンの一連の画素のプロファイルデータを連続
    的に読み出すと共に、読み出した各画素の前記パターン
    における位置に対応する前記被露光材上の位置に前記ビ
    ームを追従させ、 更に、各画素のプロファイルデータによって各画素に対
    応する前記被露光材上の各位置における前記ビームの強
    さ及び集光位置をそれぞれ設定する、ようにした微細構
    造体の製造方法。
14. 【請求項１４】前記ビームの集光位置の設定は、前記被
    露光材上の近傍に配置された対物レンズの位置を制御し
    て前記ビームを前記被露光材上に集光させるフォーカス
    サーボを使用して行う、請求項１３記載の微細構造体の
    製造方法。
15. 【請求項１５】前記ビームの集光位置の設定は、前記ビ
    ームの経路に設けられた可変屈折率レンズ又は可変焦点
    距離レンズによって行われる、請求項１３に記載の微細
    構造体の製造方法。
16. 【請求項１６】前記可変屈折率レンズ又は可変焦点距離
    レンズは、音響光学変調器を含む、請求項１５記載の微
    細構造体の製造方法。
17. 【請求項１７】前記ビームの集光位置は、前記被露光材
    の内部に設定される、請求項１３乃至１６のいずれかに
    記載の微細構造体の製造方法。
18. 【請求項１８】前記被露光材の表面には感光材料が塗布
    されている、請求項１３乃至１７のいずれかに記載の微
    細構造体の製造方法。