JP2011107601A - Light projection exposure apparatus by stereoscopic projection, and light projection exposure method - Google Patents

Light projection exposure apparatus by stereoscopic projection, and light projection exposure method Download PDF

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To transfer a fine concavo-convex structure onto a three-dimensional surface such as a cylinder face, the structure having no seam in the circumference direction and continuing in the axial direction. <P>SOLUTION: A pattern on a mask is transferred onto a surface of a three-dimensional structure as an axially endless pattern without seam by irradiating a planar photomask face having a predetermined mask pattern with light, reflecting the transmitted light on a three-dimensional reflection mirror having a conical opening, irradiating a photosensitive material applied on the surface of the three-dimensional structure with the reflected light for exposure, and intermittently supplying the three-dimensional structure. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、感光性材料の表面への光照射により、微細パターンを転写する光リソグラフィー方法にかかわり、特に立体構造体の表面へパターンを転写するための光投影露光装置及び光投影露光方法に関するものである。   The present invention relates to a photolithography method for transferring a fine pattern by light irradiation on the surface of a photosensitive material, and more particularly to a light projection exposure apparatus and a light projection exposure method for transferring a pattern to the surface of a three-dimensional structure. It is.

Si基板をベースとした微細加工技術は、半導体素子や光学素子の製造を中心に平面上での回路パターンの加工方法として発展してきた。
しかし、微細加工技術の需要は様々な分野に広がりはじめており、基板材質がSiから多様化し、デバイスの形状も平面から立体へと変化してきている。例えば、TiNi薄膜を形成した直径3mmの銅円筒表面にメッシュパターンを光露光によって転写し、TiNi形状記憶合金アクチュエータを作製するプロセスが下記非特許文献1で開示されている。
The microfabrication technology based on the Si substrate has been developed as a method for processing a circuit pattern on a plane mainly in the manufacture of semiconductor elements and optical elements.
However, the demand for microfabrication technology has begun to spread in various fields, the substrate material has been diversified from Si, and the shape of the device has also changed from a plane to a solid. For example, Non-Patent Document 1 discloses a process for producing a TiNi shape memory alloy actuator by transferring a mesh pattern to a surface of a copper cylinder having a diameter of 3 mm on which a TiNi thin film is formed by light exposure.

また、波長が短いX線を用いて、X線感光性材料を塗布した直径0.5mmの真鍮円柱表面に、幅10μmの螺旋溝を転写し、高周波用のマイクロコイルを開発した事例が下記非特許文献2で開示されている。
さらに、200μm角の石英ファイバーを基材として、薄膜トランジスタ(TFT)や有機発光ダイオード(OLED)等の半導体素子を加工し、ファイバー形状のデバイスを開発した事例が下記非特許文献3で開示されている。
In addition, examples of the development of high-frequency microcoils by transferring a spiral groove with a width of 10 μm onto a brass cylinder surface having a diameter of 0.5 mm coated with an X-ray photosensitive material using X-rays having a short wavelength are described below. This is disclosed in Patent Document 2.
Further, the following Non-Patent Document 3 discloses an example in which a semiconductor device such as a thin film transistor (TFT) or an organic light emitting diode (OLED) is processed using a 200 μm square quartz fiber as a base material to develop a fiber-shaped device. .

円柱表面に微細加工を施す技術は、デバイス開発だけでなく、ロールツーロールインプリントの円筒型モールドの作製方法としても利用できる。ロールツーロールインプリントでは、成形基板をガラス転移温度以下に保持し、円筒型モールドを成形材料のガラス転移温度以上に加熱して、モールド上の凹凸パターンを回転させながら転写する。ロールツーロールインプリントでは長さに制限のない、シート状成形材料上への連続転写が可能となり、ナノインプリントにおける究極の大面積化手法として期待されている。
円筒モールドの作製方法には、下記非特許文献4と5で開示されているように、厚み100μmのNiフィルムを表面研磨した円筒表面に巻き付ける手法や、金属製円筒表面に直接、パターンを機械加工する手法がある。
The technique of performing microfabrication on a cylindrical surface can be used not only for device development but also as a method for producing a roll-to-roll imprint cylindrical mold. In roll-to-roll imprinting, a molded substrate is held at a glass transition temperature or lower, a cylindrical mold is heated to a temperature higher than the glass transition temperature of a molding material, and a concavo-convex pattern on the mold is transferred while rotating. In roll-to-roll imprinting, continuous transfer onto a sheet-like molding material with no length limitation is possible, and it is expected as the ultimate technique for increasing the area in nanoimprinting.
As disclosed in Non-Patent Documents 4 and 5 below, the cylindrical mold is produced by a method in which a Ni film having a thickness of 100 μm is wound around a cylindrical surface that has been surface polished, or a pattern is machined directly on a metal cylindrical surface. There is a technique to do.

また、他に関連する先行技術として、特許文献1には、入射端面に傾斜角を付けた光ファイバーを光軸中心に回転させ、回転楕円形ミラーにより球状被照射体の全面にレーザー光を照射させることにより球面状に集積回路を加工製造することが、特許文献2には、コーンレンズと開口絞りにより、物体表面上の図面パターンを円筒外面に幾何学的に変換して結像させることが、さらに特許文献3には微細な突起パターンまたは微細なホールアレイパターンをロール状モールドの表面に継ぎ目なく形成し、インプリントの面積を拡大することが記載されている。   In addition, as another related art, Patent Document 1 discloses that an optical fiber having an incident end face with an inclination angle is rotated about the optical axis, and a laser beam is irradiated on the entire surface of a spherical irradiated object by a spheroid mirror. It is possible to process and manufacture an integrated circuit into a spherical shape by this, and in Patent Document 2, it is possible to form an image by geometrically converting a drawing pattern on the surface of an object onto a cylindrical outer surface by a cone lens and an aperture stop. Further, Patent Document 3 describes that a fine protrusion pattern or a fine hole array pattern is formed seamlessly on the surface of a roll-shaped mold to increase the imprint area.

特開平11−111609号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-11609 特開平10−186236号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-186236 特開2008−229869号公報JP 2008-229869 A

峯田貴.他,電気学会論文誌E,vol.123,p.158(2003)Takashi Hamada. Other, IEEJ Transactions E, vol. 123, p. 158 (2003) H.Mekaru et al.,Jpn.J.Appl.Phys.,vol.43,p.4036(2004)H. Mekaru et al. , Jpn. J. et al. Appl. Phys. , Vol. 43, p. 4036 (2004) Y.Sugawara et al.,Appl.Phys.Lett.,vol.91,p.203518‐1(2007)Y. Sugawara et al. , Appl. Phys. Lett. , Vol. 91, p. 203518-1 (2007) H.Tan et al.,J.Vac.Sci.Technol.B,vol.16,p.3926(1998)H. Tan et al. , J .; Vac. Sci. Technol. B, vol. 16, p. 3926 (1998) S.Ahn et al.,Proc.NNT2006,p.203(2006)S. Ahn et al. , Proc. NNT2006, p. 203 (2006)

しかし、いずれの先行技術においても、円筒モールドが周方向に一回転した際の継ぎ目は考慮していない。前述のTiNiアクチュエータや高周波用マイクロコイルでは、図1(a)で示したように平板マスクのパターンを光やX線によって円柱表面上に投影し、パターンの継ぎ目が重なるように高度なアライメント機能を露光装置に付与している。
このため、任意形状のパターンに幅広く適応できるプロセスではない。
However, any prior art does not consider the seam when the cylindrical mold rotates once in the circumferential direction. The TiNi actuator and the high-frequency microcoil described above have an advanced alignment function so that the pattern of the flat mask is projected onto the cylindrical surface by light or X-ray as shown in FIG. It is given to the exposure apparatus.
For this reason, it is not a process that can be widely applied to patterns of arbitrary shapes.

紫外線を投影させて立体表面にパターンを転写する手法として、光ファイバーと回転楕円ミラーを用いて、球状体表面に一括照射する方法が上記特許文献1で開示されている。ビームコンバーターから光ファイバーに斜向入射された光が、回転楕円ミラーの片方の焦点から射出され、回転楕円ミラー面で反射された後、回転楕円ミラーの他方の焦点に配置した球状被照射体のほぼ全表面に照射される。   As a method of transferring a pattern onto a three-dimensional surface by projecting ultraviolet rays, a method of collectively irradiating the spherical surface using an optical fiber and a spheroid mirror is disclosed in Patent Document 1. The light obliquely incident on the optical fiber from the beam converter is emitted from one focal point of the spheroid mirror, reflected by the surface of the spheroid mirror, and then the spherical irradiated object disposed at the other focal point of the spheroid mirror. The entire surface is irradiated.

しかし、この手法は、球状表面に合致した露光法であるため、円筒表面には不向きである。さらに、マスクを介していないためにパターンの転写ができない。もし、光源をパルス化することでパターニングを行う場合には、パターン形状に合わせて立体被照射体の表面を走査せねばならず、結局は一括パターン転写にはなり得ない。   However, this method is not suitable for a cylindrical surface because it is an exposure method that matches a spherical surface. Furthermore, the pattern cannot be transferred because it does not go through a mask. If patterning is performed by pulsing the light source, the surface of the three-dimensional irradiation object must be scanned in accordance with the pattern shape, and eventually pattern transfer cannot be performed.

マスクを介して、円筒表面にパターンを転写する方法として、コーンレンズと開口絞りを併用した露光方法が上記特許文献2で開示されている。しかし、スリット構造を有する開口絞りを回転させながら円筒表面の一部分を順次露光するため、一括にパターンを転写できない。さらに、マスクによってパターン化された光は、コーンレンズに入射する前に、開口絞りの回転中心軸を通過せざるを得ず、露光できる円筒基材の長さに物理的な制約がある。   As a method for transferring a pattern onto a cylindrical surface through a mask, an exposure method using a cone lens and an aperture stop in combination is disclosed in Patent Document 2. However, since a part of the cylindrical surface is sequentially exposed while rotating the aperture stop having the slit structure, the pattern cannot be transferred at once. Further, the light patterned by the mask must pass through the rotation center axis of the aperture stop before entering the cone lens, and there is a physical restriction on the length of the cylindrical substrate that can be exposed.

一括パターン転写に成り得ない問題は機械加工による微細加工でも指摘できる。精密機械加工の手法として、高精密切削バイトと5軸駆動のナノプロセッサーを用いて、直径0.5mmの円柱表面にパターン幅10μmの螺旋溝が形成されている。しかし、切削バイトの磨耗性により、切削材料はNi‐P合金や、Cu、Al等の比較的軟らかい金属に限定されている。   Problems that cannot be realized by batch pattern transfer can also be pointed out by micromachining by machining. As a precision machining technique, a spiral groove having a pattern width of 10 μm is formed on a cylindrical surface having a diameter of 0.5 mm by using a high precision cutting tool and a 5-axis driven nanoprocessor. However, the cutting material is limited to relatively soft metals such as Ni—P alloy, Cu, and Al due to the wear of the cutting tool.

また、図1(b)に示したようなArレーザーの直接描画によるグラビア印刷用円筒モールドの加工例があるが、螺旋溝のような加工対象の回転と送りを同期させて高精度に加工することは難しく、さらに最小加工寸法が20μmと比較的大きく、ナノインプリント用の円筒型モールドには利用できない。いずれにしても、精密機械加工やレーザー描画の手法では、立体被加工表面をパターンに応じて、バイトやレーザーが走査する必要があり、比較的加工時間が長い欠点がある。   In addition, there is a processing example of a cylindrical mold for gravure printing by direct drawing of an Ar laser as shown in FIG. 1B, but processing is performed with high accuracy by synchronizing rotation and feed of a processing target such as a spiral groove. This is difficult, and the minimum processing dimension is comparatively large at 20 μm, and cannot be used for a cylindrical mold for nanoimprinting. In any case, the precision machining method and the laser drawing method have a disadvantage that the cutting surface needs to be scanned with a cutting tool or a laser according to the pattern, and the processing time is relatively long.

円筒モールドをシームレスで加工する研究では、ナノプロセッサーやArレーザーを用いた一筆書きのような直接描画法の他に、上記特許文献3で開示されているようにAl製円筒表面にポーラスアルミナを形成し、鋳型プロセスによって円筒型Ni電鋳モールドを作製した事例がある。しかし、条件の最適化によってある程度の規則性は得られるものの、ポーラスアルミナは自然現象を利用しているためにピラー構造しか形成できず、パターンの位置や形状は任意ではない。したがって、応用分野が反射防止膜等に限られており、産業上の汎用性は低い。   In research on seamless machining of cylindrical molds, porous alumina is formed on the surface of an Al cylinder as disclosed in Patent Document 3 in addition to the direct drawing method such as one-stroke drawing using a nanoprocessor or Ar laser. However, there is a case where a cylindrical Ni electroforming mold is produced by a mold process. However, although a certain degree of regularity can be obtained by optimizing the conditions, porous alumina can only form a pillar structure because it uses a natural phenomenon, and the position and shape of the pattern are not arbitrary. Therefore, the application field is limited to an antireflection film and the like, and industrial versatility is low.

円筒面のような立体表面上の任意な位置に任意な形状の微細凹凸構造を一括転写によって高速に加工し、さらに立体構造体を周方向に一回転した際に継ぎ目が無いシームレスな仕上がりを施すことは、既存の技術では不可能である。   A micro uneven structure of an arbitrary shape is processed at an arbitrary position on a three-dimensional surface such as a cylindrical surface at a high speed by batch transfer, and when the three-dimensional structure is rotated once in the circumferential direction, a seamless seamless finish is given. This is not possible with existing technology.

例えば、現在研究が進められている、体内への円滑な刺入を可能にする能動カテーテル(先端にマイクロアクチュエータを搭載し,先端を能動的に動けるようにし,その動作を体外から自在にコントロールできるようにしたカテーテル)として、管状のカテーテル外周面に、制御装置、アクチュエータ、信号回路などをシームレスに、しかも軸方向に連続するパターンで形成することができれば、その性能を飛躍的に高めることができる。   For example, an active catheter that is currently being researched to enable smooth insertion into the body (a microactuator is mounted on the tip so that the tip can be moved actively, and its movement can be controlled freely from outside the body. If the control device, the actuator, the signal circuit, etc. can be formed seamlessly and in the axially continuous pattern on the outer peripheral surface of the tubular catheter, the performance can be dramatically improved. .

そこで、本発明は、上記従来技術の欠点に鑑み、短いプロセス時間で円筒面のような立体表面上に、シームレスでしかも軸方向に連続した微細凹凸構造を形成するために、光立体投影露光法によって立体構造体を周方向に一回転した際に、シームレスでしかも軸方向に連続したパターン転写が際限なく行われるようにすることを目的とする。   Therefore, in view of the above-mentioned disadvantages of the prior art, the present invention provides a photostereoscopic projection exposure method in order to form a fine uneven structure that is seamless and continuous in the axial direction on a three-dimensional surface such as a cylindrical surface in a short process time. Therefore, when the three-dimensional structure is rotated once in the circumferential direction, the pattern transfer that is seamless and continuous in the axial direction is performed indefinitely.

この目的を達成するため、本発明の光投影露光装置によれば、マスク面上に、所定のパターンを有する平板型フォトマスク面上に光を照射し、その透過光をすり鉢形状の開口穴を有する立体反射型ミラーによって反射させて、立体構造体の表面に塗布した光感光性材料に照射するとともに、該立体構造体を間欠的に供給することにより、該立体構造体の表面上に、前記マスク面上のパターンを、継ぎ目が無く、しかも軸方向に連続したパターンとして転写するようにした。   In order to achieve this object, according to the light projection exposure apparatus of the present invention, light is irradiated onto a flat photomask surface having a predetermined pattern on the mask surface, and the transmitted light is formed into a mortar-shaped opening hole. The light is reflected by the three-dimensional reflection type mirror, and is applied to the photosensitive material applied to the surface of the three-dimensional structure, and the three-dimensional structure is intermittently supplied to the surface of the three-dimensional structure. The pattern on the mask surface is transferred as a seamless pattern that is continuous in the axial direction.

この平板型フォトマスクは、互いに交わることのない複数の閉曲線及び該閉曲線の隣り合うふたつを連結する連結部を組み合わせたパターンを有するものであり、また、光を透過する部分と遮蔽する部分とから構成されており、光感光性材料を塗布した立体構造体に対して位置合わせができるようにすることが望ましい。   This flat type photomask has a pattern in which a plurality of closed curves that do not intersect with each other and a connecting portion that connects two adjacent closed curves are combined, and includes a portion that transmits light and a portion that blocks light. It is desirable to be able to align with a three-dimensional structure coated with a photosensitive material.

さらに上記の光投影露光装置において、平板型フォトマスク面上に照射される光は、光発生装置より放射された後、平板型フォトマスクの前後に配置されたレンズによって平行化もしくは集束化もしくは拡散化されるようにしてもよい。   Further, in the above light projection exposure apparatus, the light irradiated on the flat photomask surface is radiated from the light generator, and then collimated, focused or diffused by the lenses arranged before and after the flat photomask. It may be made to be.

また、立体反射型ミラーは、金属もしくはガラス材にすり鉢形状の開口穴を加工し、その内周壁断面は直線もしくは曲面形状を有しており、ガラス基材の場合には内周壁に光を反射する材質を被覆することにより形成するとよい。   In addition, the three-dimensional reflection type mirror has a mortar-shaped opening hole in a metal or glass material, and its inner peripheral wall section has a straight or curved surface. In the case of a glass substrate, it reflects light on the inner peripheral wall. It may be formed by coating the material to be used.

この立体反射型ミラーは、その内周壁の断面形状によって、平板型フォトマスクを透過した光を、平行光、集束光及び発散光のいずれかとして反射し、マスク面上のパターンを等倍もしくは縮小もしくは拡大して、立体構造体の表面に塗布した光感光性材料を感光させるようにすることが望ましい。   This three-dimensional reflection type mirror reflects the light transmitted through the flat plate photomask as either parallel light, focused light, or divergent light depending on the cross-sectional shape of its inner peripheral wall, and the pattern on the mask surface is scaled or reduced. Alternatively, it is desirable to enlarge the photosensitive material applied to the surface of the three-dimensional structure so as to be exposed.

さらに、本発明の光投影露光方法によれば、マスク面上に、所定のパターンを有する平板型フォトマスクを位置決めする工程と、すり鉢形状の開口穴を有する立体反射型ミラーの内部に、表面に光感光性材料を塗布した立体構造体を配置する位置決めする工程と、この平板型フォトマスクの面上に光を照射する工程と、その透過光を立体反射型ミラーによって反射させ、前記立体構造体の表面に塗布した光感光性材料を露光させる工程と、前記位置決めした立体構造体を間欠的に供給する工程からなり、前記マスク面上のパターンを、継ぎ目が無く、しかも軸方向に連続したパターンとして転写することができる。   Furthermore, according to the light projection exposure method of the present invention, the step of positioning a flat plate photomask having a predetermined pattern on the mask surface, and the inside of the three-dimensional reflection type mirror having a mortar-shaped opening hole, The step of positioning the three-dimensional structure coated with the photosensitive material, the step of irradiating light on the surface of the flat photomask, and the three-dimensional structure reflecting the transmitted light by a three-dimensional reflection mirror A step of exposing a photosensitive material applied to the surface of the substrate and a step of intermittently supplying the positioned three-dimensional structure, and the pattern on the mask surface is a seamless pattern that is continuous in the axial direction. Can be transferred as.

以上のとおり、本発明によれば、例えば、円筒面のような立体表面に対して、すり鉢形状の開口穴を有する立体反射型ミラーを用いた光立体露光によって、円周方向に継ぎ目がなく、しかも軸方向に際限なく連続する微細凹凸構造の転写を実現することができる。   As described above, according to the present invention, for example, a three-dimensional surface such as a cylindrical surface is seamless in the circumferential direction by optical three-dimensional exposure using a three-dimensional reflection type mirror having a mortar-shaped opening hole, In addition, it is possible to realize transfer of a fine concavo-convex structure that is continuous indefinitely in the axial direction.

従来の立体構造体表面への微細パターンの転写方法を示す図である。It is a figure which shows the transfer method of the fine pattern to the conventional three-dimensional structure surface. 立体投影露光法による立体構造体表面への微細パターンの転写原理を示す図である。It is a figure which shows the transfer principle of the fine pattern to the surface of a three-dimensional structure by a three-dimensional projection exposure method. 間欠送りされた立体構造体表面に立体投影露光法によって連続的な微細パターンの転写方法を示す図である。It is a figure which shows the transfer method of the continuous fine pattern by the three-dimensional projection exposure method to the three-dimensional structure surface intermittently sent. 本発明に係る立体投影露光装置の断面図である。It is sectional drawing of the stereographic projection exposure apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る立体投影露光装置の傾斜角度45°の円錘開口穴形状反射型ミラーの立体図と断面図である。It is the three-dimensional figure and sectional drawing of the conical opening hole shape reflection type mirror of the inclination angle of 45 degrees of the three-dimensional projection exposure apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る立体投影露光装置の傾斜角度45°の四角錘開口穴形状反射型ミラーの立体図と断面図である。FIG. 4 is a three-dimensional view and a cross-sectional view of a quadrangular pyramid aperture-hole-shaped reflective mirror having an inclination angle of 45 ° in the three-dimensional projection exposure apparatus according to the present invention. 本発明に係る立体投影露光装置に配置するマスクパターンサンプルの上面図と等倍投影露光時の断面概略図である。It is the top view of the mask pattern sample arrange | positioned at the stereographic projection exposure apparatus which concerns on this invention, and the cross-sectional schematic diagram at the time of 1x projection exposure. 本発明に係る立体投影露光装置の傾斜角度45°の円錘開口穴形状反射型ミラーを使用した場合の光線経路概略図である。It is a ray path schematic diagram at the time of using the conical opening hole shape reflection type mirror of the inclination angle of 45 degrees of the stereoscopic projection exposure apparatus which concerns on this invention. 発明に係る立体投影露光装置に配置するマスクパターンサンプルの上面図と平凸レンズを併用した縮小投影露光時の断面概略図である。It is the cross-sectional schematic at the time of the reduction | restoration projection exposure which used the top view of the mask pattern sample arrange | positioned at the stereographic projection exposure apparatus which concerns on invention, and the planoconvex lens together. 本発明に係る立体投影露光装置に配置するマスクパターンサンプルの上面図と平凹レンズを併用した拡大投影露光時の断面概略図である。It is the cross-sectional schematic at the time of the expansion projection exposure which used the top view of the mask pattern sample arrange | positioned at the three-dimensional projection exposure apparatus which concerns on this invention, and a plano-concave lens together. 本発明に係る立体投影露光装置に配置するマスクパターンサンプルの上面図と拡大投影露光時の断面概略図である。It is the top view of the mask pattern sample arrange | positioned at the stereographic projection exposure apparatus which concerns on this invention, and the cross-sectional schematic diagram at the time of expansion projection exposure. 本発明に係る立体投影露光装置に配置するマスクパターンサンプルの上面図と縮小投影露光時の断面概略図である。FIG. 4 is a top view of a mask pattern sample arranged in the stereoscopic projection exposure apparatus according to the present invention and a schematic cross-sectional view at the time of reduced projection exposure. 本発明に係る立体投影露光法の断面配置図である。It is a cross-sectional arrangement view of the stereoscopic projection exposure method according to the present invention. 本発明に係る立体投影露光装置に配置した平板型フォトマスクのパターンを示す図である。It is a figure which shows the pattern of the flat type photomask arrange | positioned at the stereographic projection exposure apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る立体投影露光装置でMicroposit S1830レジストを塗布した真鍮円筒表面に転写した微細凹凸構造の光学顕微鏡写真である。It is an optical microscope photograph of the fine concavo-convex structure transferred to the brass cylindrical surface coated with Microposit S1830 resist by the stereoscopic projection exposure apparatus according to the present invention.

まず、図2と図3を参照しながら、立体投影露光法の原理について説明する。紫外線光源から出力された平行紫外線は平板形状のフォトマスクを透過する。図2のフォトマスクでは、同心円パターンを例示している。   First, the principle of the stereoscopic projection exposure method will be described with reference to FIGS. The parallel ultraviolet light output from the ultraviolet light source passes through the plate-shaped photomask. In the photomask of FIG. 2, a concentric pattern is illustrated.

紫外線はマスクパターンの黒い部分で遮蔽される。白い部分を透過した紫外線は立体的な反射面を有するミラーによって反射される。
ミラー面はすり鉢状の形状しており、ミラーの中心には円筒基材が垂直に配置されている。この円筒基材の表面には紫外線感光性樹脂が塗布されており、ミラー面で反射された紫外線によって感光され、ポジ型紫外線感光性樹脂の場合には、図2で例示したように、灰色部分が所定の幅を有する円環状に感光される。
Ultraviolet rays are shielded by the black part of the mask pattern. Ultraviolet light that has passed through the white part is reflected by a mirror having a three-dimensional reflecting surface.
The mirror surface has a mortar shape, and a cylindrical substrate is vertically arranged at the center of the mirror. The surface of the cylindrical substrate is coated with an ultraviolet photosensitive resin, and is exposed to ultraviolet rays reflected by the mirror surface. In the case of a positive type ultraviolet photosensitive resin, as illustrated in FIG. Are exposed in an annular shape having a predetermined width.

灰色で着色した円環状の感光部分は、円周方向に継ぎ目なく連続し、しかも、隣り合う二つの感光部分は、各円筒基材の軸方向でそれぞれ連結されている。さらに、図3に示したように、フォトマスクと立体的ミラーの中央に貫通穴を加工し、紫外線感光樹脂を塗布した円筒基材を間欠送りすることにより、フォトマスク上の全マスクパターンにより転写されるパターンを1ユニットとして、これを際限なく繰り返すことができ、送り方向に対する円筒基材の物理的制約は無くなり、原理的にはシームレスなパターンをバッチ処理にて無制限に転写できる。
このような転写は、特定のパターンを円筒基材の軸方向に連続して繰り返し形成する場合、特に有効である。
The annular colored photosensitive portions colored in gray are continuously continuous in the circumferential direction, and two adjacent photosensitive portions are connected in the axial direction of each cylindrical substrate. Further, as shown in FIG. 3, a through-hole is processed in the center of the photomask and the three-dimensional mirror, and the cylindrical substrate coated with the ultraviolet photosensitive resin is intermittently fed to transfer the entire mask pattern on the photomask. This pattern can be repeated indefinitely as a unit, and the physical restriction of the cylindrical substrate with respect to the feed direction is eliminated, and in principle, a seamless pattern can be transferred unlimitedly by batch processing.
Such transfer is particularly effective when a specific pattern is repeatedly formed continuously in the axial direction of the cylindrical substrate.

このように、紫外線で感光された樹脂が現像されることにより、円筒基材表面に継ぎ目の無いシームレスで、しかも軸方向に連結された連続するパターンを際限なく転写することができる。   In this way, by developing the resin exposed to ultraviolet rays, a seamless seamless pattern connected to the surface of the cylindrical base material can be transferred without limitation.

次に、図4を参照しながら、紫外線露光装置の実施形態例について説明する。
図4は本実施形態例に係る光立体投影露光装置の主要部断面図である。
光露光装置は、平板型フォトマスク7を固定するフォトマスク固定機構6を備えた上部ステージ5と、光照射対象物である円筒状の立体構造基材9を保持する下部ステージ11から構成されており、下部ステージ11は台座14により支持されている。
Next, an embodiment of the ultraviolet exposure apparatus will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of the optical stereoscopic projection exposure apparatus according to this embodiment.
The light exposure apparatus is composed of an upper stage 5 having a photomask fixing mechanism 6 for fixing a flat photomask 7 and a lower stage 11 for holding a cylindrical three-dimensional structure base material 9 which is a light irradiation object. The lower stage 11 is supported by a pedestal 14.

上部ステージ5の最上部には紫外線を発生させるランプ1が備え付けられており、ランプ1によって発生した紫外線は、平凸レンズ8等やミラー等からなる紫外線平行化手段3によって偏向され、紫外線の強度によっては、フィルター等からなる紫外線強度調節手段2によって紫外線の強度分布を調整する。   A lamp 1 for generating ultraviolet rays is provided at the uppermost part of the upper stage 5, and the ultraviolet rays generated by the lamp 1 are deflected by ultraviolet collimating means 3 including a plano-convex lens 8 and a mirror, and the like. Adjusts the intensity distribution of the ultraviolet rays by the ultraviolet intensity adjusting means 2 comprising a filter or the like.

調整された紫外線は平板型フォトマスク7上に照射され、マスク面に塗布された紫外線吸収体である紫外線感光性材料の有無によってマスクパターンが投影される。
なお、マスクとしては、紫外線の透過強度が調整できるグレイスケールマスクを用いてもよい。
The adjusted ultraviolet rays are irradiated onto the flat photomask 7, and a mask pattern is projected depending on the presence or absence of an ultraviolet photosensitive material which is an ultraviolet absorber applied to the mask surface.
Note that a gray scale mask capable of adjusting the transmission intensity of ultraviolet rays may be used as the mask.

平板型フォトマスク7は真空チャック等のマスク固定機構によってマスク固定ステージ5上に保持されており、マイクロメーター等によりなるフォトマスク位置調整機構4により、フォトマスク固定ステージ5の位置を調整することにより、下部ステージ11との位置合わせが可能である。   The flat photomask 7 is held on the mask fixing stage 5 by a mask fixing mechanism such as a vacuum chuck, and the position of the photomask fixing stage 5 is adjusted by the photomask position adjusting mechanism 4 made of a micrometer or the like. Alignment with the lower stage 11 is possible.

マスクを透過した紫外線は、集光が必要な場合、1枚、もしくは複数枚のレンズやミラー等の光学系を介して集光し、下部ステージ11の内面に形成されたすり鉢開口穴形状の反射ミラー面に入射し、反射される。
下部ステージ11の中心部には、立体構造体9が固定機構12を介して保持されており、この立体構造体9の表面に紫外線感光性材料10が塗布されている。
The ultraviolet rays that have passed through the mask are condensed through an optical system such as one lens or a plurality of lenses or mirrors, and are reflected in the shape of a mortar opening hole formed on the inner surface of the lower stage 11. It enters the mirror surface and is reflected.
A three-dimensional structure 9 is held through a fixing mechanism 12 at the center of the lower stage 11, and an ultraviolet photosensitive material 10 is applied to the surface of the three-dimensional structure 9.

ミラー面で反射された光は立体構造体9の表面に塗布された紫外線感光性材料10上に照射され、平板型フォトマスク7のパターンが立体構造基材9の表面上に立体的に投影されることになる。
なお、上部ステージ5と下部ステージ11の距離は、上部ステージ5を上下移動させるギャップ調整機構13によって変更でき、最適なステージ間距離に調整できる。
The light reflected by the mirror surface is irradiated onto the ultraviolet photosensitive material 10 applied to the surface of the three-dimensional structure 9, and the pattern of the flat photomask 7 is projected three-dimensionally on the surface of the three-dimensional structure base 9. Will be.
The distance between the upper stage 5 and the lower stage 11 can be changed by a gap adjusting mechanism 13 that moves the upper stage 5 up and down, and can be adjusted to an optimum inter-stage distance.

また、図4に例示したランプ1、紫外線強度調節手段2、紫外線平行化手段3、フォトマスク位置調整機構4、マスク固定ステージ5、フォトマスク固定機構6、平板型フォトマスク7及び平凸レンズ8には、立体構造体9を間欠的に供給できるよう、それぞれに貫通穴が設けられている。また、下部ステージ11、固定機構12及び台座14には、露光が終了した立体構造体9を間欠的に排出できるよう、それぞれに貫通穴が設けられている。   Further, the lamp 1, the ultraviolet intensity adjusting means 2, the ultraviolet collimating means 3, the photomask position adjusting mechanism 4, the mask fixing stage 5, the photomask fixing mechanism 6, the flat photomask 7 and the plano-convex lens 8 illustrated in FIG. Are provided with through holes so that the three-dimensional structures 9 can be supplied intermittently. The lower stage 11, the fixing mechanism 12, and the pedestal 14 are each provided with a through hole so that the three-dimensional structure 9 after the exposure can be intermittently discharged.

次に、図5と図6を参照しながら、具体的な紫外線立体投影露光について説明する。
図2と図3の例では、下部ステージ11の内面には、傾斜角度45°のミラー面を有する、すり鉢開口穴形状型反射ミラーが形成されており、その立体図と断面図は図5に示されている。
Next, a specific ultraviolet three-dimensional projection exposure will be described with reference to FIGS.
In the example of FIGS. 2 and 3, a mortar opening hole-shaped reflection mirror having a mirror surface with an inclination angle of 45 ° is formed on the inner surface of the lower stage 11, and a three-dimensional view and a sectional view thereof are shown in FIG. It is shown.

開口穴の形状は露光対象物の形状に合わせて定めればよいが、例えば、図4に例示したように、立体構造体9が円筒の場合には、下部ステージ11の内面に、円錐穴形状のミラー面を有する反射型ミラーを形成し、また、紫外線照射対象となる立体構造基材9が四角柱の場合には、図6に示したような四角錘穴形状の立体反射ミラー面を形成すればよい。   The shape of the opening hole may be determined according to the shape of the exposure object. For example, as illustrated in FIG. 4, when the three-dimensional structure 9 is a cylinder, a conical hole shape is formed on the inner surface of the lower stage 11. When the three-dimensional base material 9 to be irradiated with ultraviolet rays is a quadrangular prism, a three-dimensional reflecting mirror surface having a quadrangular pyramid shape as shown in FIG. 6 is formed. do it.

図7に示す例では、平板型フォトマスク15を透過した平行光19が傾斜角度45°のミラー面を有するすり鉢開口穴形状型反射ミラー18に反射され、立体構造基材16の表面に塗布した紫外線感光性材料17上に照射される概念図を示したものである。
平板型フォトマスク15には、互いに交わることのないように、複数の同心円のパターンが形成されており、各円は、半径方向の連結部により隣り合うものが連結され、すり鉢開口穴形状型反射ミラー18によって、円柱状の紫外線感光性材料17表面に、円周方向に継ぎ目がないシームレスの円周部分のパターンとして転写される。
In the example shown in FIG. 7, the parallel light 19 transmitted through the flat photomask 15 is reflected by the mortar opening hole-shaped reflection mirror 18 having a mirror surface with an inclination angle of 45 ° and applied to the surface of the three-dimensional structure base material 16. The conceptual diagram irradiated on the ultraviolet-sensitive material 17 is shown.
The flat photomask 15 is formed with a plurality of concentric circle patterns so as not to cross each other, and each circle is connected by a connecting portion in the radial direction so that a mortar opening hole shape reflection By the mirror 18, it is transferred onto the surface of the cylindrical ultraviolet photosensitive material 17 as a pattern of a seamless circumferential portion having no seam in the circumferential direction.

また、マスク上で同心円パターンの隣り合う円を連結する、中心点を通る半径方向の直線、もしくはその延長線は、円柱状の紫外線感光性材料17表面では軸方向(鉛直方向)で、軸方向に隣り合う円周部分を連結する直線部分として転写される。
なお、同心円のみならず、楕円など、互いに交わることのない複数の閉曲線を平板型フォトマスク15に形成し、これら閉曲線の隣り合うふたつを、直線部分あるいは曲線部分で連結するようにしてもよい。
In addition, a radial straight line passing through the center point connecting the adjacent circles of the concentric circle pattern on the mask, or an extension line thereof is an axial direction (vertical direction) on the surface of the cylindrical ultraviolet photosensitive material 17, and an axial direction. Is transferred as a linear portion connecting the circumferential portions adjacent to each other.
In addition, not only concentric circles but also a plurality of closed curves such as ellipses that do not intersect with each other may be formed in the flat photomask 15, and two adjacent closed curves may be connected by a straight line portion or a curved portion.

ここで、傾斜角度45°のミラー面を有するすり鉢開口穴形状反射型ミラー18を用いた場合、図8の反射点P及びPを経由する基準面から円筒型被照射体表面までの光路長は、
+r=d+r=D・・・・・・(1)
と示され、すり鉢開口穴形状反射型ミラー面のいかなる位置で反射された紫外線であっても、同じ光路長で円筒型被照射体表面に照射される。
Here, when the mortar opening hole shape reflection type mirror 18 having a mirror surface with an inclination angle of 45 ° is used, the optical path from the reference surface via the reflection points P 1 and P 2 in FIG. 8 to the surface of the cylindrical irradiation object The length is
d 1 + r 1 = d 2 + r 2 = D (1)
The ultraviolet ray reflected at any position of the mortar opening hole shape reflection type mirror surface is irradiated onto the surface of the cylindrical irradiation object with the same optical path length.

また、ミラー面の半径方向は、紫外線は傾斜角度45°の直線上で反射されるため等倍投影露光となるが、ミラー面の円周方向は、円周の半径に応じた縮小投影露光となる。半径方向は単位長さに定め、ミラー円筒型被照射体表面を任意の角度θで切り取った円周上には、Pで紫外線が反射された場合でrθ、Pで紫外線が反射された場合ではrθの長さの円周上ミラー面の光が集光される。 Further, the radial direction of the mirror surface is the same size projection exposure because ultraviolet rays are reflected on a straight line with an inclination angle of 45 °, but the circumferential direction of the mirror surface is a reduced projection exposure according to the radius of the circumference. Become. Radially defined unit length, on the circumference of a circle cut mirror cylindrical irradiation object surface at any angle theta, ultraviolet rays reflected by r 1 theta, P 2 in the case where ultraviolet rays are reflected by P 1 In this case, the light on the circumferential mirror surface having a length of r 2 θ is collected.

すり鉢開口穴形状反射型ミラーの開口半径が円筒型被照射体の半径と一致する反射点Pでは縮小率は1となり、理論上は等倍投影露光となる。このため、反射点PとPを経由した紫外線は、
θ/(r+r)θ:rθ/(r+r)θ=r/(r+r):r/(r+r)・・・・・ (2)
で示される割合で縮小される。
式(2)より、平板型フォトマスクのパターンエリアにて、比較的外側に配置されたパターンの方が、より高い縮小率で投影されることが分かる。
At the reflection point P 0 where the aperture radius of the mortar opening hole-shaped reflective mirror coincides with the radius of the cylindrical irradiated body, the reduction ratio is 1, and theoretically, the projection exposure is the same magnification. For this reason, the ultraviolet rays passing through the reflection points P 1 and P 2 are
r 0 θ / (r 0 + r 1 ) θ: r 0 θ / (r 0 + r 2 ) θ = r 0 / (r 0 + r 1 ): r 0 / (r 0 + r 2 ) (2 )
Reduced at the rate indicated by.
From equation (2), it can be seen that the pattern arranged relatively outside in the pattern area of the flat photomask is projected at a higher reduction ratio.

したがって、マスクパターンを設計する場合には、パターンエリア中心からの距離に応じて円周方向の縮小率を考慮して、寸法調整を行わなければならない。
さらに、反射点における縮小率の違いは、紫外線の照射量にも変化を与える。円周方向の半径が大きいミラー面が、より多くの光量を集光させることから、平板型フォトマスクの外側に配置されたパターンの方が、より強い照射強度で露光される。通常、コンタクトアライナーなどの紫外線露光装置は、フォトマスクに均等な光量の紫外線が照射されるように光学系が設計されている。
Therefore, when designing a mask pattern, the dimensions must be adjusted in consideration of the reduction rate in the circumferential direction according to the distance from the center of the pattern area.
Furthermore, the difference in the reduction ratio at the reflection point also changes the amount of ultraviolet irradiation. Since the mirror surface with a large radius in the circumferential direction collects a larger amount of light, the pattern arranged outside the flat photomask is exposed with a higher irradiation intensity. In general, an ultraviolet exposure apparatus such as a contact aligner has an optical system designed so that a photomask is irradiated with an equal amount of ultraviolet rays.

この実施例では、円柱状の紫外線感光性材料17表面に紫外線が均一な強度で照射されるように、図4に示した紫外線強度調整機構2によって、面内の紫外線強度分布を制御しておかなければならない。
すなわち、マスクパターンの外周側の円ほど、円柱状の紫外線感光性材料17表面の対応する円パターンに照射される紫外線強度が増大することから、透過する紫外線を紫外線強度調整機構2により低減することが必要である。
In this embodiment, the ultraviolet intensity distribution in the surface is controlled by the ultraviolet intensity adjusting mechanism 2 shown in FIG. 4 so that the ultraviolet ray is irradiated onto the surface of the cylindrical ultraviolet photosensitive material 17 with a uniform intensity. There must be.
That is, the ultraviolet intensity applied to the corresponding circular pattern on the surface of the columnar ultraviolet photosensitive material 17 increases as the circle on the outer peripheral side of the mask pattern increases, so that the transmitted ultraviolet light is reduced by the ultraviolet intensity adjusting mechanism 2. is required.

紫外線強度の具体的な調整方法としては、紫外線ランプの半径方向の出力強度分布をそのまま生かす方法や、紫外線の透過強度を調整できる濃淡フィルターやレンズ等の挿入、フォトマスクの紫外線吸収材料の材質や厚みを変化させるグレースケール化、すり鉢開口穴形状反射型ミラー面の反射率を変化させるコーティングなど、様々な方法が考えられる。   Specific methods of adjusting the UV intensity include the method of utilizing the output intensity distribution in the radial direction of the UV lamp as it is, the insertion of a density filter and lens that can adjust the UV transmission intensity, the material of the UV absorbing material of the photomask, Various methods are conceivable, such as a gray scale that changes the thickness, and a coating that changes the reflectivity of the mortar opening hole-shaped reflective mirror surface.

図7では傾斜角度45°のミラー面を有するすり鉢開口穴形状反射型ミラー18を用いた円筒表面への投影露光の一例を示したが、フォトマスク15の前後に平凸レンズを挿入することで、立体構造体表面にパターンを全方向で縮小投影して転写することができる。平凸レンズは、片側が凸レンズになっており、反対側が平面になっているレンズである。   FIG. 7 shows an example of projection exposure onto a cylindrical surface using a mortar opening hole-shaped reflective mirror 18 having a mirror surface with an inclination angle of 45 °, but by inserting plano-convex lenses before and after the photomask 15, It is possible to transfer the pattern by reducing and projecting the pattern on the surface of the three-dimensional structure in all directions. A plano-convex lens is a lens in which one side is a convex lens and the opposite side is a plane.

図9に示した例では、マスク20を透過した平行紫外線は、平凸レンズ21によって集光され、すり鉢開口穴形状反射型ミラー24に入射される。
このミラー24によって反射された光は、集光しながら立体構造体22の表面に照射される。レンズ面から反射ミラー24、そして立体構造基材22の表面に塗布したレジスト等の紫外線感光性材料23までの距離に合わせて、平凸レンズ21の凸レンズ形状を最適化することで、立体構造基材22の表面に塗布した紫外線感光性材料23上に結像させることもできる。
In the example shown in FIG. 9, the parallel ultraviolet light that has passed through the mask 20 is collected by the plano-convex lens 21 and is incident on the mortar opening hole-shaped reflective mirror 24.
The light reflected by the mirror 24 is irradiated onto the surface of the three-dimensional structure 22 while condensing. By optimizing the convex lens shape of the plano-convex lens 21 according to the distance from the lens surface to the reflecting mirror 24 and the ultraviolet photosensitive material 23 such as a resist coated on the surface of the three-dimensional structure base 22, It is also possible to form an image on the ultraviolet photosensitive material 23 coated on the surface 22.

また、これとは逆に図10に示されるように、平凹レンズ27(片側が凹レンズになっており、反対側が平面になっているレンズ)を挿入すると、平板型フォトマスク26のパターンを拡大して、立体構造基材29の表面に転写させることができる。
図10には前述の図7と同じパターン形状を有する平板型フォトマスク26を使用した場合において、立体構造基材29の表面への紫外線の導入経路を模式的に示した。
On the contrary, as shown in FIG. 10, when a plano-concave lens 27 (a lens having a concave lens on one side and a flat surface on the other side) is inserted, the pattern of the flat photomask 26 is enlarged. Thus, it can be transferred to the surface of the three-dimensional structure substrate 29.
FIG. 10 schematically shows an ultraviolet ray introduction path to the surface of the three-dimensionally structured substrate 29 when the flat plate photomask 26 having the same pattern shape as that of FIG. 7 is used.

このように、平凸レンズや平凹レンズを併用することで、平板型フォトマスクのパターンを縮小もしくは拡大して立体構造体の表面に投影し、感光した紫外線感光性材料を現像することによって、立体構造の表面に微細凹凸構造を形成することができる。   In this way, by using a plano-convex lens and a plano-concave lens in combination, the pattern of the flat photomask is reduced or enlarged and projected onto the surface of the three-dimensional structure, and the photosensitive ultraviolet photosensitive material is developed, thereby developing the three-dimensional structure. A fine concavo-convex structure can be formed on the surface.

光学的な収差を調整するために、図9や図10にて例示した凸レンズや凹レンズの他に、両凸レンズや両凹レンズ、ミラー等の光学部品を複数枚組み合わせて、リレーレンズ等のように投影像の縮尺を任意の割合で調整してもよい。
また、すり鉢開口穴形状反射型ミラーのミラー表面を凸形もしくは凹形に加工することにより、立体構造体の鉛直方向にパターンを拡大もしくは縮小して投影することができる。
In order to adjust optical aberration, in addition to the convex lens and concave lens illustrated in FIGS. 9 and 10, a plurality of optical components such as a biconvex lens, a biconcave lens, and a mirror are combined and projected like a relay lens. The scale of the image may be adjusted at an arbitrary ratio.
Further, by processing the mirror surface of the mortar opening hole-shaped reflective mirror into a convex shape or a concave shape, the pattern can be projected in an enlarged or reduced direction in the vertical direction of the three-dimensional structure.

図11は、図7で例示したマスクパターンを、凸型すり鉢開口穴形状反射型ミラー35で反射し、拡大したパターンを立体構造基材33の表面に転写した場合の模式図である。
この場合、平板型フォトマスク32に描かれたパターンは、凸型すり鉢開口穴形状反射型ミラー35によってパターン中心を通る軸方向に拡大される。
FIG. 11 is a schematic diagram when the mask pattern illustrated in FIG. 7 is reflected by the convex mortar opening hole-shaped reflective mirror 35 and the enlarged pattern is transferred to the surface of the three-dimensional base material 33.
In this case, the pattern drawn on the flat photomask 32 is enlarged in the axial direction passing through the center of the pattern by the convex mortar opening hole-shaped reflective mirror 35.

一方、図12で示したような凹型すり鉢開口穴形状反射型ミラー40を用いた場合には、平板型フォトマスク37上のパターンはパターン中心を通る軸方向に縮小され、立体構造基材38の表面に形成された紫外線感光性材料39に投影される。もちろん、この実施例でも、平凸レンズや平凹レンズと共に、凸型もしくは凹型すり鉢開口穴形状反射型ミラーを併用し、円周方向と鉛直方向の倍率を変えてパターンを投影する場合がある。   On the other hand, when the concave mortar opening hole shape reflecting mirror 40 as shown in FIG. 12 is used, the pattern on the flat photomask 37 is reduced in the axial direction passing through the pattern center, It is projected onto the ultraviolet photosensitive material 39 formed on the surface. Of course, in this embodiment as well, there is a case where a convex or concave mortar opening hole reflection mirror is used in combination with a plano-convex lens or a plano-concave lens, and the pattern is projected while changing the magnification in the circumferential direction and the vertical direction.

次に、図13に基づいて、円筒基材47の表面に塗布したポジティブ型紫外線感光性樹脂46への紫外線立体投影露光する場合の具体例について説明する。   Next, based on FIG. 13, a specific example in the case of performing ultraviolet three-dimensional projection exposure on the positive ultraviolet photosensitive resin 46 applied to the surface of the cylindrical base material 47 will be described.

すり鉢開口穴形状反射型ミラー47には、紫外線照射に対する耐久性と同時に、高い反射率を確保する必要がある。
また、紫外線光源はユニオン光学社製両面マスクアライナーPEM−800を用いたため、出力される紫外線の主な波長:λは436、405、365nmである。
これらの波長の紫外線を10%以下の損失で反射させるためには、ミラー反射面の表面粗度はλ/20が適当であると算出し、最大高さ:Rmax=20nm以下でミラーを加工した。
The mortar opening hole-shaped reflective mirror 47 needs to ensure high reflectivity as well as durability against ultraviolet irradiation.
Moreover, since the ultraviolet light source used the double-sided mask aligner PEM-800 by Union Optical Co., Ltd., the main wavelengths of output ultraviolet light: λ are 436, 405, and 365 nm.
In order to reflect ultraviolet rays of these wavelengths with a loss of 10% or less, it is calculated that the surface roughness of the mirror reflecting surface is λ / 20, and the mirror was processed with the maximum height: Rmax = 20 nm or less. .

この場合、アルミニウムを超精密機械加工して作製したミラーの表面粗度はRmax=18nmで、形状精度(直進性)はピーク値:PV=50nmであった。両面マスクアライナーの露光ステージ上には、すり鉢開口穴形状反射型ミラー47と最終的に紫外線が照射される真鍮円筒基材45、リレーレンズ44、平板型フォトマスク43を、図13に示されているように配置した。   In this case, the surface roughness of the mirror produced by ultraprecision machining of aluminum was Rmax = 18 nm, and the shape accuracy (straightness) was a peak value: PV = 50 nm. On the exposure stage of the double-sided mask aligner, a mortar opening hole-shaped reflective mirror 47, a brass cylindrical base material 45 to be finally irradiated with ultraviolet rays, a relay lens 44, and a flat plate photomask 43 are shown in FIG. Arranged to be.

最下部の基準ステージには、すり鉢開口穴形状反射型ミラー47が配置され、その中央には、紫外線感光性樹脂46を塗布した直径5mmの円筒基材47を垂直に立てて固定し、その直上に、色収差やザイデル収差を補正するために計4枚のリレーレンズ44を配置した。シミュレーション結果により、線幅100μmのパターンは比較的正確に形状を投影できることを確認した。   A mortar opening hole-shaped reflective mirror 47 is arranged on the lowermost reference stage, and a cylindrical base material 47 having a diameter of 5 mm coated with an ultraviolet photosensitive resin 46 is vertically fixed at the center and fixed directly above. In addition, a total of four relay lenses 44 are arranged to correct chromatic aberration and Seidel aberration. From the simulation results, it was confirmed that the pattern having a line width of 100 μm can project the shape relatively accurately.

リレーレンズ44の上方には、5inch角の平板型フォトマスク43を配置した。
なお、このフォトマスク43の紫外線透過部分は石英製で、遮光部はCr層で形成されており、リレーレンズ44と平板型フォトマスク43の位置は三軸方向に微調整できるようになっている。
Above the relay lens 44, a flat photomask 43 having a 5-inch angle is arranged.
The ultraviolet transmissive portion of the photomask 43 is made of quartz, and the light shielding portion is formed of a Cr layer. The positions of the relay lens 44 and the flat plate photomask 43 can be finely adjusted in three axial directions. .

図14によって平板型フォトマスク43のパターンについて説明する。
平板型フォトマスク43のパターンは同心円パターンを基調としており、直径20mmの範囲に円状パターン、丸ドットパターン、螺旋パターンが配置されている。パターンの大きさは最小50μmで最大100μmである。中央の十字パターンは、露光位置調整用のアライメントマークである。
The pattern of the flat photomask 43 will be described with reference to FIG.
The pattern of the flat photomask 43 is based on a concentric pattern, and a circular pattern, a round dot pattern, and a spiral pattern are arranged in a range of 20 mm in diameter. The size of the pattern is a minimum of 50 μm and a maximum of 100 μm. The cross pattern at the center is an alignment mark for adjusting the exposure position.

次に上記の平板型フォトマスク43を使用した際の、紫外線露光実験の手順を説明する。
(1)直径5mmの真鍮円筒基材47の表面をダイヤモンドバイトとダイヤモンド混合砥粒にて研磨し、表面粗度を10μm以下とした。
(2)真鍮円筒基材45を高速で回転させながら、薄め液にて濃度を調整したShipley社製の紫外線感光性樹脂MICROPOSIT S1830をスプレーコーティング法にて塗布した。
(3)ホットプレートによって真鍮円筒基材47を150℃で20分間加熱し、表面に塗布された紫外線感光性樹脂の溶媒を蒸発させ、全円周方向に紫外線感光性樹脂層46を成膜した。
(4)充分な時間を掛けて室温まで冷却した後、すり鉢開口穴形状反射型ミラー47の中央に真鍮円筒基材45を垂直に立てて配置した。
(5)すり鉢開口穴形状反射型ミラー47、リレーレンズ44、平板型フォトマスク43を両面マスクアライナーの露光ステージ上に配置し、それぞれの位置を調整した。
(6)紫外線を10〜30秒間照射した後、専用の現像液MICROPOSIT MF−319に2〜3分間浸して現像した。この工程によって、紫外線が照射された部分の紫外線感光性樹脂は除去されて、紫外線が遮蔽された部分が樹脂構造体として残る。
Next, the procedure of an ultraviolet exposure experiment when using the above-described flat photomask 43 will be described.
(1) The surface of a brass cylindrical base material 47 having a diameter of 5 mm was polished with a diamond bit and diamond mixed abrasive grains, and the surface roughness was 10 μm or less.
(2) While rotating the brass cylindrical base material 45 at a high speed, an ultraviolet photosensitive resin MICROPOSIT S1830 manufactured by Shipley, whose concentration was adjusted with a thinning solution, was applied by a spray coating method.
(3) The brass cylindrical base material 47 was heated at 150 ° C. for 20 minutes with a hot plate to evaporate the solvent of the ultraviolet photosensitive resin applied to the surface, and the ultraviolet photosensitive resin layer 46 was formed in the entire circumferential direction. .
(4) After taking a sufficient time to cool to room temperature, a brass cylindrical base material 45 was placed vertically in the center of the mortar opening hole-shaped reflective mirror 47.
(5) A mortar opening hole-shaped reflective mirror 47, a relay lens 44, and a flat plate photomask 43 were arranged on an exposure stage of a double-sided mask aligner, and their positions were adjusted.
(6) After irradiating with ultraviolet rays for 10 to 30 seconds, development was performed by immersing in a special developer MICROPOSIT MF-319 for 2 to 3 minutes. By this step, the ultraviolet photosensitive resin in the portion irradiated with ultraviolet rays is removed, and the portion shielded from ultraviolet rays remains as a resin structure.

このような工程により得られたパターンを光学顕微鏡により観察したところ、直径50、75、100μmの丸ドットパターンと、線幅50、100μmの螺旋パターンが、真鍮円筒表面に転写されていた。   When the pattern obtained by such a process was observed with an optical microscope, a round dot pattern with a diameter of 50, 75, and 100 μm and a spiral pattern with a line width of 50 and 100 μm were transferred to the brass cylinder surface.

得られた現像後のレジストパターンを光学顕微鏡により観察し、その結果を図15に示す。平板上のマスクパターンが、すり鉢開口穴形状反射型ミラーを介して円筒基材表面に明確に転写されたことが確認でき、微細凹凸構造のエッジ部分も明瞭であった。また、平板型フォトマスク上では真円形状であった丸ドットパターンが円周方向の縮小投影によって楕円形状として転写されたことが確認された。
直径100μmの真円丸ドットパターンは短径58μm、直径100μmの長円として転写されている。図14に示したように平板型フォトマスク上で直径100μmの真円丸ドットパターンは中心から半径4.35mmの円周上に配置されている。また、縮小率が1となる円筒型被照射体の半径は2.50mmであることから、縮小率は2.50/4.35≒0.57となり、線幅100μmのパターンは0.57×100μm=57μmの線幅まで縮小投影される。この値は図15に例示した長円転写パターンの短直径の値と一致している。
The obtained resist pattern after development was observed with an optical microscope, and the results are shown in FIG. It was confirmed that the mask pattern on the flat plate was clearly transferred to the surface of the cylindrical base material through the mortar opening hole shape reflection type mirror, and the edge portion of the fine concavo-convex structure was also clear. It was also confirmed that the round dot pattern, which was a perfect circle on the flat photomask, was transferred as an ellipse by reduction projection in the circumferential direction.
A perfect circle dot pattern having a diameter of 100 μm is transferred as an ellipse having a minor diameter of 58 μm and a diameter of 100 μm. As shown in FIG. 14, on the flat photomask, a round dot pattern having a diameter of 100 μm is arranged on the circumference having a radius of 4.35 mm from the center. Further, since the radius of the cylindrical irradiation object with a reduction ratio of 1 is 2.50 mm, the reduction ratio is 2.50 / 4.35≈0.57, and the pattern with a line width of 100 μm is 0.57 × The projection is reduced to a line width of 100 μm = 57 μm. This value coincides with the value of the short diameter of the oval transfer pattern illustrated in FIG.

本発明に係る光立体露光方法は、例えば、血管内への挿入を前提として、デバイス自体の形状が円筒状であることが望ましいカテーテルのようなアクチュエータや、線状基材に半導体素子や光学素子の機能を付与するオン・ファイバー・デバイスの開発において、立体表面の配線や流路パターンの形成技術として極めて有用である。
また、ロールツーロールインプリントにおける円筒モールドの製作においても、円筒モールドが周方向に一回転した際の継ぎ目が無いシームレスな微細凹凸構造を加工するプロセスにも幅広く対応することができる。
The optical stereoexposure method according to the present invention includes, for example, an actuator such as a catheter in which the shape of the device itself is preferably cylindrical on the premise of insertion into a blood vessel, a semiconductor element or an optical element on a linear substrate In the development of an on-fiber device that gives this function, it is extremely useful as a technique for forming a three-dimensional surface wiring or a flow path pattern.
Also, in the production of a cylindrical mold in roll-to-roll imprinting, a wide range of processes for processing a seamless fine concavo-convex structure without a seam when the cylindrical mold rotates once in the circumferential direction can be widely handled.

1: 紫外線照射ランプ
2: 紫外線強度調節手段
3: 紫外線平行化手段
4: フォトマスク位置調整機構
5: フォトマスク固定ステージ
6: フォトマスク固定機能、
7、15、20、26、32、37、43: 平板型フォトマスク
8、21: 平凸レンズ
9、16、22、27、33、38: 立体構造基材
10、17、23、29、34、39、46: 紫外線感光性材料
11、47: すり鉢開口穴形状反射型ミラー
12: 立体構造基材固定機構
13: ギャップ調整機構
14: 台座
18、24、30: 傾斜角度45°のすり鉢開口穴形状反射型ミラー
19: 光線
22: 平凸レンズ
25、31、41: 光線
28: 平凹レンズ
35: 凸型すり鉢開口穴形状反射型ミラー
36: 光線
40: 凹型すり鉢開口穴形状反射型ミラー
42: 紫外線
44: リレーレンズ
45: 真鍮円筒基材
1: UV irradiation lamp 2: UV intensity adjusting means 3: UV collimating means 4: Photomask position adjusting mechanism 5: Photomask fixing stage 6: Photomask fixing function,
7, 15, 20, 26, 32, 37, 43: Flat type photomask 8, 21: Plano-convex lens 9, 16, 22, 27, 33, 38: Three-dimensional structure base material 10, 17, 23, 29, 34, 39, 46: UV photosensitive material 11, 47: Mortar opening hole shape reflection type mirror 12: Three-dimensional base material fixing mechanism 13: Gap adjusting mechanism 14: Pedestal 18, 24, 30: Mortar opening hole shape with an inclination angle of 45 ° Reflective mirror 19: Light beam 22: Plano-convex lenses 25, 31, 41: Light beam 28: Plano-concave lens 35: Convex mortar opening hole-shaped reflection mirror 36: Light beam 40: Recessed mortar opening hole-shaped reflection mirror 42: Ultraviolet light 44: Relay lens 45: Brass cylindrical base material

Claims (7)

マスク面上に、所定のパターンを有する平板型フォトマスク面上に光を照射し、その透過光をすり鉢形状の開口穴を有する立体反射型ミラーによって反射させて、立体構造体の表面に塗布した光感光性材料に照射するとともに、該立体構造体を間欠的に供給することにより、該立体構造体の表面上に、前記マスク面上のパターンを、継ぎ目が無く、しかも軸方向に連続したパターンとして際限なく転写するようにした光投影露光装置。   On the mask surface, light is irradiated onto a flat plate photomask surface having a predetermined pattern, and the transmitted light is reflected by a three-dimensional reflection type mirror having a mortar-shaped opening hole and applied to the surface of the three-dimensional structure. By irradiating the photosensitive material and intermittently supplying the three-dimensional structure, the pattern on the mask surface is seamless on the surface of the three-dimensional structure, and the pattern is continuous in the axial direction. As a light projection exposure apparatus that can be transferred indefinitely. 請求項1に記載の光投影露光装置において、
前記平板型フォトマスクは、互いに交わることのない複数の閉曲線及び該閉曲線の隣り合うふたつを連結する連結部を組み合わせたパターンを有する光投影露光装置。
The light projection exposure apparatus according to claim 1,
The flat plate photomask is a light projection exposure apparatus having a pattern in which a plurality of closed curves that do not intersect with each other and a connecting portion that connects two adjacent closed curves are combined.
請求項1または2に記載の光投影露光装置において、
前記平板型フォトマスクは、光を透過する部分と遮蔽する部分とから構成されており、光感光性材料を塗布した立体構造体に対して位置合わせができるようにした光投影露光装置。
The light projection exposure apparatus according to claim 1 or 2,
The flat type photomask is composed of a light transmitting part and a light shielding part, and is a light projection exposure apparatus that can be aligned with a three-dimensional structure coated with a photosensitive material.
請求項1ないし3に記載の光投影露光装置において、
前記平板型フォトマスク面上に照射される光は、光発生装置より放射された後、前記平板型フォトマスクの前後に配置されたレンズによって平行化もしくは集束化もしくは拡散化されるようにした光投影露光装置。
The light projection exposure apparatus according to claim 1, wherein
The light radiated on the flat photomask surface is emitted from a light generator and then collimated, focused, or diffused by lenses arranged before and after the flat photomask. Projection exposure apparatus.
請求項1ないし4に記載の光投影露光装置において、前記立体反射型ミラーは、金属もしくはガラス材を基材としてすり鉢形状の開口穴を加工し、その内周壁断面は直線もしくは曲面形状を有しており、該内周壁に前記光を反射する材質が被覆されている光投影露光装置。   5. The light projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the three-dimensional reflection type mirror processes a mortar-shaped opening hole using a metal or glass material as a base material, and an inner peripheral wall section has a straight or curved surface shape. A light projection exposure apparatus in which the inner peripheral wall is coated with a material that reflects the light. 請求項1ないし5に記載の光投影露光装置において、
前記立体反射型ミラーは、その内周壁の断面形状によって、前記平板型フォトマスクを透過した光を、平行光、集束光及び発散光のいずれかとして反射し、前記マスク面上のパターンを等倍もしくは縮小もしくは拡大して、前記立体構造体の表面に塗布した光感光性材料を感光させるようにした光投影露光装置。
The light projection exposure apparatus according to claim 1,
The three-dimensional reflection type mirror reflects the light transmitted through the flat plate photomask as one of parallel light, focused light, and divergent light according to the cross-sectional shape of its inner peripheral wall, and the pattern on the mask surface is the same size. Alternatively, a light projection exposure apparatus in which the photosensitive material applied on the surface of the three-dimensional structure is exposed by being reduced or enlarged.
マスク面上に、所定のパターンを有する平板型フォトマスクを位置決めする工程と、
すり鉢形状の開口穴を有する立体反射型ミラーの内部に、表面に光感光性材料を塗布した立体構造体を位置決めする工程と、
前記平板型フォトマスクの面上に光を照射する工程と、
その透過光を前記立体反射型ミラーによって反射させ、前記立体構造体の表面に塗布された光感光性材料に露光させる工程と、
前記位置決めした立体構造体を間欠的に供給工程とからなり、
前記マスク面上のパターンを、継ぎ目が無く、しかも軸方向に連続したパターンとして際限なく転写する光投影露光方法。
Positioning a flat photomask having a predetermined pattern on the mask surface;
Positioning a three-dimensional structure in which a photosensitive material is applied on the surface inside a three-dimensional reflection type mirror having a mortar-shaped opening hole;
Irradiating light on the surface of the flat photomask;
Reflecting the transmitted light by the three-dimensional reflection type mirror and exposing the photosensitive material applied to the surface of the three-dimensional structure;
The positioning three-dimensional structure consists of a supply step intermittently,
A light projection exposure method in which a pattern on the mask surface is transferred indefinitely as a seamless pattern and a continuous pattern in the axial direction.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102566260A (en) * 2011-12-30 2012-07-11 西安交通大学 Method for rapidly processing graphical surface of ultralong grating ruler rolling die
JP2016206399A (en) * 2015-04-22 2016-12-08 株式会社サーマプレシジョン Exposure equipment

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5938749A (en) * 1982-08-30 1984-03-02 Dainippon Printing Co Ltd Exposure method
JPH04291256A (en) * 1991-03-19 1992-10-15 Fujitsu Ltd Photomask
JPH06259814A (en) * 1993-03-03 1994-09-16 Brother Ind Ltd Mask for exposure and optical recording medium
JPH11311863A (en) * 1998-02-24 1999-11-09 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Plotting device and method for attaching balance weight
JP2000112141A (en) * 1998-02-13 2000-04-21 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Plotting device and method for mounting balancing weight
JP2001100427A (en) * 1999-09-29 2001-04-13 Seiko Instruments Inc Exposure method for curved surface and exposure device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5938749A (en) * 1982-08-30 1984-03-02 Dainippon Printing Co Ltd Exposure method
JPH04291256A (en) * 1991-03-19 1992-10-15 Fujitsu Ltd Photomask
JPH06259814A (en) * 1993-03-03 1994-09-16 Brother Ind Ltd Mask for exposure and optical recording medium
JP2000112141A (en) * 1998-02-13 2000-04-21 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Plotting device and method for mounting balancing weight
JPH11311863A (en) * 1998-02-24 1999-11-09 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Plotting device and method for attaching balance weight
JP2001100427A (en) * 1999-09-29 2001-04-13 Seiko Instruments Inc Exposure method for curved surface and exposure device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102566260A (en) * 2011-12-30 2012-07-11 西安交通大学 Method for rapidly processing graphical surface of ultralong grating ruler rolling die
JP2016206399A (en) * 2015-04-22 2016-12-08 株式会社サーマプレシジョン Exposure equipment

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