JP2007078856A - パターン露光方法および露光マスク - Google Patents

Abstract

【課題】平面部の露光の解像度が高く平面部および側面部を同時に露光する量産性に優れたパターン露光方法を提供すること。
【解決手段】被露光体の平面部および側面部にマスクパターンを投影するパターン露光において、透明な基板の一方の表面に遮光パターンを形成し他方の表面にマスクパターンを形成してなる露光マスクを用い、露光マスクを、マスクパターンを形成した側の表面が平面部に平行に対向するように配置し、遮光パターンを形成した側から光を照射して平面部および側面部に所定のパターンを投影する。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体の表面に微細なパターンを形成するためのパターン露光方法、パターン露光装置および露光マスクに関する。

微細パターンの形成にはフォトリソグラフィが用いられる。フォトリソグラフィは、パターニング対象物を感光性レジスト層で覆う所定の露光マスクを用いてパターニング用の感光性レジスト層に部分的に光を照射するパターン露光を含む。パターン露光によって感光性レジストを部分的に可溶化または非可溶化した後、可溶部分を取り除くことによって、露光マスクに対応したパターンのエッチングマスクが形成される。

パターン露光の対象物には半導体基板のような平面体だけでなく、平行でない複数の面をもつ立体もある。例えば、圧電ジャイロセンサ、磁気ヘッド、水晶振動子など、平面（上面）および側面に電極をもつ立体的な電子部品の製造においては、複数の面に対してパターン露光を行う必要がある。

立体に対するパターン露光に関しては、上面の斜め上方の位置に光源を配置するとともに、光源と立体との間の光路内に上面用および側面用のパターンをもつ１枚の露光マスクを上面と平行に配置し、上面および側面を同時に露光する手法がある。これによれば、１個の光源による１回の光照射で、上面および側面に所定のパターンを投影することができる。特許文献１および２には、２個の光源によって上面および左右の両側面を同時に露光する装置が記載されている。
特開２００２−１８９３００号公報 特開２００５−１７２７３号公報

１個の光源で上面および側面を同時に露光する従来の方法は、上面および側面のそれぞれに専用の光源を設ける方法や面ごとに別々に露光する方法と比べて量産性に優れるものの、上面および側面の双方がいわゆる斜め光によって露光されるので、垂直光による露光と比べてパターニングの解像度が低くなり易いという問題を有する。ここでいう斜め光とは、被露光面に対する入射角αが０＜α＜９０[度]の光であり、垂直光とは入射角αが０度の光である。

本発明の目的は、平面部の露光の解像度が高く平面部および側面部を同時に露光する量産性に優れたパターン露光方法を提供することである。

本発明の目的を達成するパターン露光方法およびパターン露光装置は、被露光体の平面部および側面部にマスクパターンを投影するために、透明な基板の一方の表面にマスクパターンを形成し、他方の表面にマスクパターンとは異なる遮光パターンを形成してなる露光マスクを用いる。マスクパターンは平面部用のパターンと側面部用のパターンとを含む。平面部用のパターンを遮光パターンの形成されていない部分の真裏の位置に設け、それ以外で且つ側面部へ向かう光が通る位置に側面部用のパターンを設ける。当該露光マスクをそのマスクパターンを形成した側の表面が平面部に平行に対向するように配置し、遮光パターンを形成した側から光を照射して平面部および側面部にマスクパターンを投影する。照射する光を、平面部に対して垂直な方向の垂直光と、垂直光に対して角度を有した斜め光とを含む光とし、垂直光によってマスクパターンのうちの平面部用パターンを平面部に投影し、斜め光によって側面部用パターンを側面部に投影する。遮光パターンを平面部に向かう斜め光を遮光するパターンとし、被露光体における平面部には垂直光のみを入射させ、且つ側面部には斜め光のみを入射させる。

遮光パターンが斜め光を遮光することにより、平面部について高解像度の露光を行うことができる。露光マスクにおける表裏両面のうちの被露光体に近い側の面にマスクパターンを設けることにより、遠い側の面に設ける場合よりも解像度を高めることができる。

露光装置の小型化および低価格化の上で、平行光を射出する１つの光源とプリズムやミラーなどの偏向手段とを用いて垂直光および斜め光を生成するのが有利である。ただし、垂直光および斜め光のそれぞれを別の光源によって生成してもよい。

請求項１ないし請求項５の発明によれば、平面部の露光の解像度が高く平面部および側面部を同時に露光する量産性に優れたパターン露光を実現することができる。

請求項５によれば、高解像度の露光が可能で且つ所定の機械的強度をもつ露光マスクが得られる。

図１は本発明に係るパターン露光装置の構成を模式的に示す図である。

パターン露光装置１は、立体的な被露光体５の平面部５１および２つの側面部５２，５３に所定のパターンを投影するための装置であって、露光光源１０と露光マスク２０とを備える。

露光光源１０は、紫外光を射出するランプ１２、ランプ１２からの光を所定断面形状の平行光ビームに成形して垂直光Ｌ１として射出するレンズ系１３、および垂直光Ｌ１の一部を偏向して斜め光Ｌ２，Ｌ３を生成する光学系１４，１５からなる。ランプ１２とレンズ系１３とが光発生部１１を構成する。光学系１４，１５はプリズムまたはミラーである。

斜め光Ｌ２は垂直光Ｌ１の進行方向に対して一方側に傾いた方向に進行し、斜め光Ｌ３は垂直光Ｌ１の進行方向に対して他方側に傾いた方向に進行する。傾きの方向は逆であるが、垂直光Ｌ１の進行方向に対する傾き角の大きさは斜め光Ｌ２と斜め光Ｌ３とで等しい。

露光マスク２０は、透明な基板２１、基板２１の一方の表面（図では上面）Ｓ１に遮光パターンとして形成された複数の遮光帯２２、基板２１の他方の表面（図では下面）Ｓ２に形成されたマスクパターン２６，２７，２８からなる。遮光帯２２は被露光体５の平面部５１への斜め光Ｌ２，Ｌ３の入射を防ぐストライプ状の遮光体を構成する。マスクパターン２６は被露光体５における図中左側の側面部５２に対応したパターンであり、マスクパターン２７は平面部５１に対応したパターンであり、マスクパターン２８は図中右側の側面部５３に対応したパターンである。表面Ｓ２において、表面Ｓ１における遮光帯２２の形成されていない部分（透光スリット）に対する真裏の位置にマスクパターン２７が配置され、それ以外で且つ側面部５２，５３へ向かう光が通る位置にマスクパターン２６，２８が配置されている。なお、図においては各マスクパターン２６，２７，２８を“Ａ”“Ｂ”“Ｃ”の文字によって区別しているが、これら文字はパターンとそれが投影される面との関係を示すための便宜上の記号であって、実際のパターン（投影すべき図形）を表すものではない。

このような露光マスク２０は、マスクパターン２６，２７，２８を形成した側の表面Ｓ２が被露光体５の平面部５１に平行に対向するように露光光源１０と被露光体５との間に配置される。図では露光マスク２０と被露光体５とが離れているが、実際には露光の精度を高めるために露光マスク２０をできるだけ被露光体５に近づけるのが望ましい。

パターン露光装置１においては、露光マスク２０を透過する垂直光Ｌ１によってマスクパターン２７が被露光体５の平面部５１に投影され、それと同時に、露光マスク２０を透過する斜め光Ｌ２，Ｌ３によってマスクパターン２６，２８が側面部５２，５３に投影される。平面部５１は垂直光Ｌ１のみによって露光されるので、斜め光による従来例の露光と比べて解像度の高い投影が可能である。

以下、露光マスクの構成についてさらに詳しく説明する。

図２はマスク構造の第１例を示す。図２において図１に対応する構成要素には同一の符号を付してある。

例示の露光マスク２０の基板２１は石英ガラス板であり、屈折率ｎは約１．５で厚さｔは例えば２．２５ｍｍである。この程度の厚さであれば、実用上十分な機械的強度が得られる。基板２１の下面Ｓ２のマスクパターン２６，２７，２８は、例えばクロム（Ｃｒ）の蒸着膜をフォトリソグラフィによってパターニングしたものである。上面Ｓ１の遮光帯２２はマスクパターン２６，２７，２８と同様に形成してもよいし、顔料の印刷などによって形成してもよい。

マスクパターン２６，２７，２８および遮光帯２２の位置および寸法は、露光マスク２０に対する斜め光Ｌ２の入射角を−４５度とし、斜め光Ｌ３の入射角を４５度として、被露光体５に対して所望のパターン露光が行われるように設計されている。入射角の大きさを４５度とすれば、マスク面と直交する側面を露光する場合に、露光マスク２０上のパターンとそれを投影した側面上のパターンとで大きさが等しくなるので、パターンの設計が容易になる。ただし、４５度に限らない。例えば側面の垂直方向寸法が大きい場合には、側面の下端まで光が達するように入射角を小さくしてもよい。その場合にはマスク上のパターンよりも側面上のパターンが大きくなることを考慮してパターン設計を行えばよい。

図２における被露光体５は複数であり、一方向に並んでいる。各被露光体５は断面が略正方形の立体、厳密にはその立体の表層部である感光性レジスト層である。感光性レジスト層は支持体６１の周面に被着したパターニング対象の膜（例えば電極材料膜）を覆っている。

被露光体５の具体例としては、図３に示すような音叉型圧電ジャイロ６の製造途中の仕掛かり品（ワーク）が挙げられる。図３では電極のパターニングを終えた段階の音叉型圧電ジャイロ６が描かれている。例示の音叉型圧電ジャイロ６は４つの角柱状のアーム部６１とそれらを連結するにベース部とからなる櫛状である。図３のアーム部６１が図２の支持体６１に対応する。製造途中では複数個の音叉型圧電ジャイロ６が繋がっており、電極のパターニングを終えた後に分割される。その電極のパターニング工程において本発明のパターン露光方法を適用すれば、アーム部６１の側面に電極を形成することができ、且つアーム部６１およびベース部の上面に高精細パターンの電極を形成することができる。なお、音叉型圧電ジャイロ６の下面の露光は、上面および側面の露光の前または後に別途行ってもよいし、パターン露光装置２０に下面用の光源およびマスクを設けておいて、上面および側面の露光と同時に行ってもよい。

本発明のパターン露光方法によれば、周期的に並んだ複数の被露光体５に対して一括に露光することができるので、音叉型圧電ジャイロ６のような部品の量産を効率的に行うことができる。露光光源１０の仕様で決まる照射可能領域よりも照射すべき領域が大きい場合には、露光マスク２０と被露光体５とを相対的に移動させるステッパ式の露光を行えばよい。

図４はマスク構造の第２例を示す。

図４の露光マスク２０ｂでは、厚さｔ１が例えば０．７ｍｍの石英ガラスからなる基板２１Ａに遮光帯２２およびマスクパターン２６，２７，２８が形成されている。基板２１Ａが薄いので、機械的強度を高めるために基板２１Ａの遮光帯２２が形成された側の面Ｓ１に密着するように透明の補強基板２１Ｂが設けられている。補強基板２１Ｂの厚さｔ２は２ｍｍであり、露光マスク２０ｂの厚さは上記の例の露光マスク２０と同じ値とされている。基板２１Ａの屈折率ｎは約１．５であり、補強基板２１Ｂの屈折率ｎも約１．５である。両者の屈折率を等しくするのが望ましいが、多少異なっていてもよい。基板２１Ａと補強基板２１Ｂとを同質のガラスで遮光帯２２を埋め込むように一体形成するのが望ましいが、同質のガラス板を貼り合せてもよい。また、ガラス内部の屈折率を局部的に変化させる加工手法を用いて遮光帯２２に相当する部分を形成してもよい。

基板２１Ａを薄くして遮光帯２２とマスクパターン２６，２７，２８とを近づけることにより、基板２１Ａ内部での回析などの影響が小さくなり、解像度が高まる。

次に、平面部および側面部を同時に露光し且つ平面部の露光の解像度を高めることのできる他の露光形態について説明する。

図５はマスク構造の第３例を示す。図５（Ａ）は斜視図、図５（Ｂ）は断面図である。

図５の露光マスク３０は、透明な基板３１Ａ、基板３１Ａの一方の表面（図では上面）に形成されたマスクパターン３７、基板３１Ａのマスクパターン３７が形成されていない領域に形成された光偏向層３８、および基板３１Ａのマスクパターン３７が形成された側に密着した透明な補強基板３１Ｂからなる。

マスクパターン３７は、被露光体５の平面部に投影するパターンであり、上述の例と同様に例えばクロムの蒸着膜からなる。

光偏向層３８は、微小プリズムまたはグレーティング構造からなって垂直光Ｌ１を回折によって斜め光Ｌ２、Ｌ３に変換する。光偏向層３８の平面形状が被露光体５の平面部に投影するパターンとなる。基板３１Ａと補強基板３１Ｂとが重なり合った構造の露光マスク３０の内部に光偏向層３８を設けることにより、被露光体５などとの接触による破損が防止でき且つ洗浄の容易な耐久性およびメンテナンス性に優れた露光マスク３０が得られる。

露光マスク３０は、マスクパターン３７を形成した側の表面が被露光体５の平面部に平行に対向するように配置される。そして、露光マスク３０の補強基板３１Ｂと対向する位置に配置された図示しない露光光源から被露光体５に向けて所定波長の光が照射される。

本例の露光形態では、垂直光Ｌ１のみを射出する露光光源が用いられ、露光マスク３０によって斜め光Ｌ２，Ｌ３が生成される。垂直光Ｌ１によってマスクパターン３７が被露光体５の平面部に投影され、斜め光Ｌ２、Ｌ３によって側面部が部分的または全体的に露光される。側面部における露光範囲は上述のとおり光偏向層３８の平面形状で決まる。

以上の実施形態によれば、１個の露光光源１０で平面部および側面部の露光を同時に行うことができるので、パターン露光装置１の小型化および低価格化を図ることができる。

上述の実施形態において、パターン露光装置１の全体構成、露光マスク２０，２０ｂ，３０の全体または各部の構造や材質、被露光体５の３次元形状などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。例えば、パターン露光装置１において光学系１４，１５を省略し、代わりに２個の光発生部１１を追加して計３個の光発生部１１で垂直光Ｌ１、斜め光Ｌ２，Ｌ３を生成する構成としてもよい。

上述した実施形態には次の付記で記述される発明が含まれる。
（付記１）（１）
被露光体の平面部および側面部にマスクパターンを投影するパターン露光方法であって、
透明な基板の一方の表面に遮光パターンを形成し他方の表面にマスクパターンを形成してなる露光マスクを用い、
前記露光マスクを、前記マスクパターンを形成した側の表面が前記平面部に平行に対向するように配置し、
前記遮光パターンを形成した側から光を照射して前記平面部および側面部に所定のパターンを投影する、
ことを特徴とするパターン露光方法。
（付記２）（２）
前記光には、前記平面部に対して垂直な方向の垂直光と、前記垂直光に対して角度を有した斜め光とが含まれ、
前記垂直光によって、前記平面部用のマスクパターンを前記平面部に投影し、
前記斜め光によって、前記側面部用のマスクパターンを前記側面部に投影する、
付記１記載のパターン露光方法。
（付記３）（３）
被露光体の平面部および側面部にマスクパターンを投影するパターン露光装置であって、
前記平面部に対して垂直な方向の垂直光および前記垂直光に対して角度を有した斜め光を発生する露光光源と、
透明な基板の一方の表面に遮光パターンを形成し他方の表面にマスクパターンを形成してなる露光マスクと、を有し、
前記垂直光によって前記平面部用のマスクパターンを前記平面部に投影し、前記斜め光によって前記側面部用のマスクパターンを前記側面部に投影するように構成されている、
ことを特徴とするパターン露光装置。
（付記４）
前記露光マスクの前記遮光帯が形成された面に密着した状態で透明の補強基板が設けられている、
付記３記載のパターン露光装置。
（付記５）
前記斜め光の前記垂直光に対する角度は実質的に４５度である、
付記３または４記載のパターン露光装置。
（付記６）
前記露光光源は、
前記垂直光を発生する光発生部と、
前記垂直光を前記斜め光に変換する光学系と、を有する、
付記３ないし５のいずれかに記載のパターン露光装置。
（付記７）（４）
被露光体の平面部に対して垂直な方向の垂直光および前記垂直光に対して角度を有した斜め光によって前記被露光体の前記平面部および側面部にマスクパターンを投影するための露光マスクであって、
透明な基板の一方の表面に遮光パターンが形成され且つ他方の表面に平面部用のマスクパターンおよび側面部用のマスクパターンが形成されており、
前記遮光パターンの形成されていない部分の真裏の位置に前記平面部用のマスクパターンが形成され、
前記斜め光による前記側面部への露光が行われる位置に前記側面部用のマスクパターンが形成され、
前記斜め光による前記平面部への露光を遮光する位置に前記遮光パターンが形成されてなる、
ことを特徴とする露光マスク。
（付記８）（５）
前記基板における前記遮光帯が形成された面に密着した状態で透明の補強基板が設けられている、
付記７記載の露光マスク。
（付記９）
被露光体の平面部に対して垂直な方向の垂直光および前記垂直光に対して角度を有した斜め光によって前記被露光体の前記平面部および側面部にマスクパターンを投影するための露光マスクであって、
透明な基板の一方の表面に平面部用のマスクパターンが形成されており、
前記遮光帯の形成されていない部分に、微小プリズムまたはグレーティング構造からなって垂直光を斜め光に変換する偏向手段が設けられてなる、
ことを特徴とする露光マスク。

本発明は、圧電ジャイロセンサ、磁気ヘッド、水晶振動子などの種々の立体的な電子部品の製造に利用可能である。

本発明に係るパターン露光装置の構成を模式的に示す図である。 マスク構造の第１例を示す図である。 本発明の実施に好適な物品の一例を示す図である。 マスク構造の第２例を示す図である。 マスク構造の第３例を示す図である。

符号の説明

５ 被露光体
５１ 平面部
５２，５３ 側面部
２６，２７，２８ マスクパターン
２１，２１Ａ，３１Ａ 基板
Ｓ１ 一方の表面
２２ 遮光帯（遮光パターン）
２０，２０ｂ、３０ 露光マスク
Ｌ１ 垂直光
Ｌ２，Ｌ３ 斜め光
１ パターン露光装置
１０ 露光光源
２１Ｂ，３１Ｂ 補強基板

Claims (5)

1. 被露光体の平面部および側面部にマスクパターンを投影するパターン露光方法であって、
   透明な基板の一方の表面に遮光パターンを形成し他方の表面にマスクパターンを形成してなる露光マスクを用い、
   前記露光マスクを、前記マスクパターンを形成した側の表面が前記平面部に平行に対向するように配置し、
   前記遮光パターンを形成した側から光を照射して前記平面部および側面部に所定のパターンを投影する、
   ことを特徴とするパターン露光方法。
2. 前記光には、前記平面部に対して垂直な方向の垂直光と、前記垂直光に対して角度を有した斜め光とが含まれ、
   前記垂直光によって、前記平面部用のマスクパターンを前記平面部に投影し、
   前記斜め光によって、前記側面部用のマスクパターンを前記側面部に投影する、
   請求項１記載のパターン露光方法。
3. 被露光体の平面部および側面部にマスクパターンを投影するパターン露光装置であって、
   前記平面部に対して垂直な方向の垂直光および前記垂直光に対して角度を有した斜め光を発生する露光光源と、
   透明な基板の一方の表面に遮光パターンを形成し他方の表面にマスクパターンを形成してなる露光マスクと、を有し、
   前記垂直光によって前記平面部用のマスクパターンを前記平面部に投影し、前記斜め光によって前記側面部用のマスクパターンを前記側面部に投影するように構成されている、
   ことを特徴とするパターン露光装置。
4. 被露光体の平面部に対して垂直な方向の垂直光および前記垂直光に対して角度を有した斜め光によって前記被露光体の前記平面部および側面部にマスクパターンを投影するための露光マスクであって、
   透明な基板の一方の表面に遮光パターンが形成され且つ他方の表面に平面部用のマスクパターンおよび側面部用のマスクパターンが形成されており、
   前記遮光パターンの形成されていない部分の真裏の位置に前記平面部用のマスクパターンが形成され、
   前記斜め光による前記側面部への露光が行われる位置に前記側面部用のマスクパターンが形成され、
   前記斜め光による前記平面部への露光を遮光する位置に前記遮光パターンが形成されてなる、
   ことを特徴とする露光マスク。
5. 前記基板における前記遮光パターンが形成された面に密着した状態で透明の補強基板が設けられている、
   請求項４記載の露光マスク。