JP2011253151A

JP2011253151A - 回転傾斜露光装置

Info

Publication number: JP2011253151A
Application number: JP2010128744A
Authority: JP
Inventors: Masatake Miura; 真毅三浦; Kengo Okochi; 健吾大河内
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2011-12-15

Abstract

【課題】ステージの回転により生じる液体の波（液面の乱れ）や気泡の影響を受けることがない回転傾斜露光装置を提供すること。
【解決手段】モータ２２により回転するステージ２１上に、マスクＭをレジストＲに密着させたワークＷが置かれ、これらが液体容器３０の液体中に浸されている。光出射部１０から出射する露光光は液体容器３０の底面から入射し、この露光光の光軸に対しステージ２１の表面は斜めに配置される。このため、ワークＷのレジストＲは斜め方向からの光により露光され、レジストＲにはマスクＭのパターンに応じた円錐や角錐状の立体形状のパターンが形成される。液体中にワークＷを浸しているので、大気中で露光するよりレジストＲの表面に緩やかな斜面を形成することができ、また、液体容器３０の底面（側面でもよい）から光を入射させているので、液面の乱れや気泡の影響を受けることがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、レジストの膜厚方向においてテーパ状に露光することが可能な、回転傾斜露光装置に関する。

露光装置は、ＬＳＩ（大規模集積回路）を中心として様々な用途に用いられている。特に、最近では、ナノテクノロジ技術の進歩に誓い、電気回路や半導体素子の他、ディスプレーやＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）等の各種の分野への応用が広がっている。
ある分野では、例えば、図４（ａ）（ｂ）に示すように、レジストで円錐や四角錐形状の斜面を持った立体構造を作ることが望まれている。このようにして形成した立体構造のレジストは、例えば、液晶パネルのバックライトの導光板の作成用の、インプリント用モールドの母型として使用される。
このような立体構造を形成するための露光装置として、回転傾斜露光装置が提案されている（例えば非特許文献１、特許文献１、特許文献２参照）。

図５に回転傾斜露光装置の構成の一例を示す。
回転傾斜露光装置は、光出射部１０と回転ステージ部２０を備える。
光出射部１０は、ショートアーク型のランプ１、楕円集光鏡２、第１の平面鏡３、インテグレータレンズ４、シャッタ機構５、第２の平面鏡６、コリメータレンズ７などを備える。
ランプ１は露光光を含む光を放射する。ランプ１から放射された光は、集光鏡２により反射されて集光され、第１の平面鏡３を介してインテグレータレンズ４に入射する。インテグレータレンズ４はフライアイレンズとも言い、光照射面での照度分布を均一にするはたらきをする。インテグレータレンズ４から出射した光は、シャッタ機構５、第２の平面鏡６を介して、光を平行光にするコリメータレンズ７に入射し、平行光となって光出射部１０から出射する。なお、コリメータレンズ７の代わりにコリメータミラーを用いても良い。
回転ステージ部２０は、被照射物（ワーク）Ｗを載せるステージ２１と、このステージを回転させる回転モータ２２を有する。回転モータ２２の回転軸２３は、ステージ２１の中心に接続されている。回転モータ２２が動作すると、回転軸２３を介してステージ２１が回転する。

回転ステージ部２０は、光出射部１０から出射する光の光軸に対して斜めに配置される。
ステージ２１に載せる被照射物Ｗは、パターンを形成したマスクＭにレジストＲを塗布したものや、銅板や石英などの基板に塗布したレジストＲに、マスクＭを押し当てたものである。いずれにしてもマスクＭとレジストＲは密着している。
なお、本発明においては、いずれの被照射物Ｗも、上記のようにマスクＭとレジスタＲを密着させたものであって、上記のような被照射物Ｗを「パターンを形成したマスクをレジスト（Ｒ）に密着させた被照射物」ともいう。なお、以下では被照射物をワークＷともいう。
被照射物（ワーク）ＷはマスクＭを、光出射部１０からの光が照射される側（レジストＲや基板をステージ２１側）にしてステージ２１に載せる。ステージ２１が回転することにより、ワークが回転する。
露光処理は、ステージ２１に載せたワークＷを、光軸に対してあらかじめ設定された角度で傾けた状態で回転させながら、光出射部１０から光を照射することにより行う。

図６を用いて、露光のプロセスについて説明する。
図６（ａ）は、露光を開始した時点の状態を示す図である。マスクＭの黒い部分はパターンが形成され光が透過されない部分である。レジストＲのハッチングの部分は光が照射されて露光されている部分である。上記したように、マスクＭを光が入射する側に向けておいたワークＷに対して、斜めに光が照射されるので、レジストＲは傾斜して露光される。
図６（ｂ）は、被照射物が（ａ）から１８０°回転した状態を示す図である。レジストＲの露光された領域が増え、露光されない領域は、マスクＭのパターンを底辺として徐々に細くなる。
図６（ｃ）は、被照射物を１回転させて露光を終え、現像した状態を示す図であり、マスクＭを下にして示している。使用したレジストＲがポジ型レジストであれば、同図に示すように、光が照射された部分のレジストＲが現像液に溶けて、マスクＭに形成したパターンの形状を底面とする斜面を待った立体パターンが形成される。マスクＭに形成したパターンの形状が円であれば円錐形状になり、マスクＭのパターンの形状が四角であれば四角錐形状になる。
使用したレジストがネガ型レジストの場合は、露光されない部分のレジストが現像液に溶ける。したがって、残ったレジストには、例えば円錐状や角錐状の空洞が形成される。

形成されるレジストによる立体構造の傾斜角θは、回転傾斜露光装置の回転ステージ部２０の、光軸に対する傾斜角度を変えることにより変えることができる。
しかし、実際には、形成されるレジストの傾斜角θには限界がある。大気中で露光を行うと、大気（空気）の屈折率（＝１）と樹脂であるレジストの屈折率（＝約１．６）の関係から、図７（ａ）に示すように、例えばワークＷに対し入射角８９°の光を照射したとしても、レジストＲへの光の入射角度は約３８°になり、形成されるレジストの傾斜角θは約５２°にしかならない。詳しくは、マスクＭの材質がガラス（屈折率約１．８）の場合、ワークに対して入射角８９°の光が照射された場合、大気からマスクＭへの入射角が約３４°、マスクＭからレジストＲへの入射角が約３８°となる。
即ち、大気中ではレジストに５２°よりも緩やかな斜面を形成することができない。なお、レジストには様々な種類があるが、屈折率については大きな違いはなく、種類を変えたとしても同様の問題が生じる。

この問題を解決する手段の一つとして、特許文献２には、回転ステージを液浸用液体容器の中に配置し、ワークを液浸させる液浸露光装置が示されている。水の屈折率は約１．３と空気の屈折率１よりも大きいため、液体として水を用い、水中で露光を行えば、レジストＲへの光の入射角を大きくすることができる。
図７（ｂ）に示すように、（ａ）と同じ条件であれば、レジストＲへの光の入射角度は約５３°になり、形成されるレジストの傾斜角は約３７°になる。詳しくは、ワークに対して入射角８９°の光が照射された場合、水からマスクＭへの入射角が約４６°、マスクＭからレジストＲへの入射角が約５３°となる。即ち、大気中での露光よりも緩やかな斜面を形成することができる。

特開２００５−１７３１２９号公報特開２００８−２６５５４号公報

Ｍ.Ｈ.Ｈａｎ，ｅｔ．ａｌ．「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆ３ＤＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈＳｉｎｇｌｅｕｖＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＳｔｅｐ」ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＳｃｉｎｃｅＶｏｌ．２，Ｎｏ．４，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２００２

上記したように、露光光のレジストへの入射角を大きくする（すなわち、形成するレジストの傾斜角θを小さくする）ためには、回転ステージを液体容器（液体が水の場合は、以下では水槽とも呼ぶ）の中に配置し、レジストを塗布したマスクを液浸させることが有効である。
しかし、液体容器中でステージが回転すると、図８（ａ）に示すように、この回転によって液体容器３０中の液体が揺れ、液面に乱れ（波）が発生する。液面が乱れた状態で光照射を行うと、入射する露光光が波面で屈折し、被照射物に入射する光の入射角度が乱れる。入射角度が乱れると、レジストに形成される斜面の角度の精度が悪くなる。

この対策として、波が立たぬように、液体容器に光透過性の蓋をすることが考えられる。しかし、これには次のような問題がある。図８（ｂ）を用いて説明する。
蓋４０は、液面との間に気泡が残らないように取り付けなければならない。なぜなら、蓋４０と液面との間に気泡が残ると入射光が屈折するので、レジストに入射する光の入射角度が変化してしまう。しかし、実際には、液面との間に気泡が残らないように蓋を取り付けることは難しい。
また、レジストの中には、露光されると窒素などの気体を発生するものがある。気泡が残らないように蓋４０をしても、露光中に気体が発生すると、液面と蓋の間に気泡が溜まり、上記したように、入射光が屈折しレジストに入射する光の入射角度が変化する。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、回転ステージを液浸用液体容器の中に配置する回転傾斜液浸露光装置において、ステージの回転により生じる液体の波（液面の乱れ）や気泡の影響を受けることがない回転傾斜露光装置を提供することを目的とする。

回転ステージを浸す液体の液体容器の底面または側面、すなわち、液体の上面（液面）以外の面（液体容器を構成する面の内、液面より下側の面）に設けた平面状の光透過性ガラスで形成された光透過窓を介して、回転ステージ上に置かれた被照射物に光を照射すれば、液面に生ずる波や気泡に影響されることなく被照射物に光を照射することができる。
以上に基づき、本発明においては、露光光を出射する光出射部と、パターンを形成したマスクをレジストに密着させた被照射物が、該マスクを光出射部からの光が入射する側にして置かれたステージと、上記ステージを上記光出射部からの光に対して傾斜した状態で回転させるステージ回転機構とを備え、上記ステージを、液体容器に溜められた液体中に浸している回転傾斜露光装置において、上記光出射部からの光を、上記液体容器の底面または側面に設けた平面状の光透過性ガラスを介して、上記ステージに置いた被照射物に照射する。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）光出射部からの光を、上記液体容器の底面または側面に設けた平面状の光透過性ガラスを介して照射するようにしたので、液体の波の影響を受けることなく、光を照射することができる。したがって液体の中でステージを回転しても、入射光の入射角度が変化することがない。
（２）蓋を設ける必要がなく、露光中にレジストから気体が発生しても気泡が溜まることがないので、入射光の入射角度が変化することがない。

本発明の回転傾斜液浸露光装置の第１の実施例の構成を示す図である。本発明の回転傾斜液浸露光装置の第２の実施例の構成を示す図である。本発明の回転傾斜液浸露光装置のその他の構成例を示す図である。レジストで形成された円錐や四角錐形状の立体構造の一例を示す図である。回転傾斜露光装置の構成の一例を示す図である。回転傾斜露光装置による露光のプロセスを説明する図である。被照射物（ワーク）に光を入射したときにレジストＲに形成される傾斜角を説明する図である。水中に回転ステージ部を設けた場合において液面の波立ちや気泡の影響を説明する図である。

図１に、本発明の回転傾斜液浸露光装置の第１の実施例の構成を示す。同図（ａ）は本実施例の装置の全体構成を示した図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）の点線で囲まれた液浸部分の拡大図である。
同図（ａ）に示すように本実施例の回転傾斜露光装置は、光出射部１０と、液浸用液体容器３０内に回転ステージ部２０を設けた液浸部分１１を備える。
光出射部１０は、ショートアーク型のランプ１、楕円集光鏡２、第１の平面鏡３、インテグレータレンズ４、第２の平面鏡６、コリメータレンズ７などを備える。なお、図５に示したシャッタ機構は省略して示している。
ランプ１は露光光を含む光を放射する。ランプ１から放射された光は、集光鏡２により反射されて集光され、第１の平面鏡３を介してインテグレータレンズ４に入射する。インテグレータレンズ４から出射した光は、不図示のシャッタ機構、第２の平面鏡６を介して光を平行光にするコリメータレンズ７に入射し、平行光となって光出射部１０から出射する。

回転ステージ部２０は、同図（ｂ）に示すように、被照射物を載せるステージ２１と、このステージを回転させるモータ２２を有する。回転モータ２２の回転軸２３は、動力伝達リンク２４を介してステージ２１の回転中心に設けられたステージ駆動軸２５に接続されている。モータ２２が動作すると、動力伝達リンク２４を介してステージ２１が回転する。
ステージ２１は、先端角度が調整可能な傾斜軸受け２６に支持され、液浸用液体容器３０内に取り付けられる。液浸用液体容器３０内には、ワークＷのレジストＲと屈折率が近い液体が溜められており、ステージ２１は全体が液体内に浸されている。
本実施例においては、この液体は水であり、液浸用液体容器３０のことを水槽と呼ぶ。なお、液体には水以外にグリセリン（Ｃ_３Ｈ_５（ＯＨ）_３）（屈折率１．４７）や、液浸顕微鏡に用いられるアニソール（ＣＨ_３ＯＣ_６Ｈ_５）（屈折率１．５）などが考えられる。

水槽３０は底面（下面）に、露光光（紫外線）を透過する平面状の紫外線透過性ガラスよりなる光透過窓３１が設けられる。光出射部１０からの光は、この水槽３０の下面の光透過窓３１から照射する。水槽３０の下面から入射した光がワークＷに照射されるように、ステージ２１の表面は水槽３０の下面にむけて、また、光出射部１０から出射する光の光軸に対して斜めに配置する。なお、ステージ２１の角度は、傾斜軸受けにより変更可能である。
例えば、レジストＲに形成される斜面の傾斜角θを４５°としたい場合は、ワークに対して約６３°の入射角で光を照射する必要がある。このように、所望のレジストＲの傾斜角θと、ワークＷに入射する光の入射角度の関係を、使用する液体やレジストの屈折率に基づく計算や実験によりあらかじめ求めておき、ワークＷへそのような入射角が得られるようにステージ２１の角度を設定する。
ステージ２１に載せるワークＷは、前述したように、レジストＲ上にパターンを形成したマスクＭを載せたものであり、マスクＭを光出射部１０からの光が入射する側にして、即ちマスクＭ側を水槽の下面に向けてステージ２１に載せる。ワークはステージ２１に設けた固定部材（図示せず）によりステージ２１に固定し、落下を防ぐ。

ステージ２１が回転することによりワークＷが回転する。露光処理は、ステージ２１に載せたワークＷを、光軸に対してあらかじめ設定された角度で傾けた状態で回転させながら、光出射部１０から光を照射することにより行う。
図１では水槽３０の下面より光照射を行うので、ステージ２１が回転して水槽３０内の液体の表面に波が生じても（液面が乱れても）、被照射物に入射する光には影響がなく、入射角度が変化することがない。また、露光中にレジストＲから気体が発生したとしても、気泡は水面に上がって逃げて行き、ワークＷに入射する光に影響を与えることがない。
例えば、図１に示した装置を用いて、直径が約５０ｍｍの回転ステージ２１を１秒間に１回転の回転速度で回転させ、約２０秒間露光を行った。回転ステージ２１の回転により水面は高低差が生じた。しかし、水槽の下面から光を照射することにより、この水面の高低差の影響なく露光処理を行うことができた。

図２に、本発明の回転傾斜液浸露光装置の第２の実施例の構成を示す。
本実施例の装置は、図１の装置が水槽３０の下面から光を照射するものであるのに対し、水槽３０の側面から光を照射するものである。
そのため、水槽３０の側面に平面状の紫外線透過性ガラスよりなる光透過窓３１が設けられており、ステージ２１の表面は水槽３０の側面に設けた光透過窓３１から入射する光の光軸に対して斜めに設置されている。
それ以外の構成は図１の装置と基本的には同じであり、同一のものには同一の符号が付されている。すなわち、図１に示したものと同様に、ランプ１、楕円集光鏡２、第１の平面鏡３、インテグレータレンズ４、コリメータレンズ７等を有する光出射部１０と、液体容器（水槽）３０内に設けられたステージ２１と、モータ２２等から構成される回転ステージ部２０から構成される液浸部分１１を備え、ステージ２１の表面上に、マスクＭが光入射側になるように置かれたワークＷが載せられている。
なお、本実施例では、光を水槽３０の側面から入射させているので、光出射部１０に図１に示した第２平面鏡は設けられていない。

本実施例では、水槽３０の側面より光照射を行うので、第１の実施例の場合と同様に、ステージ２１が回転して水槽内の液体の表面に波が生じても（液面が乱れても）、ワークＷに人射する光には影響がなく、入射角度が変化することがない。露光中にレジストＲから気体が発生したとしても、気泡は水面に上がって逃げて行き、被照射物に入射する光に影響を与えることがない。
図１は水槽の底面から光を照射する構成であり、図２は水槽の側面から光を入射する構成を示しており、いずれも水槽の形状は直方体を想定しているが、それ以外の形状でもよい。

図３（ａ）は、水槽３０の側面と底面との間に、斜めに平面状の紫外線透過性ガラスである光透過窓３１を形成したものである。ステージ２１の表面はこの光透過窓３１から入射す光の光軸に対して斜めに配置され、ステージ２１上のワークＷには、この斜めに設けた光透過窓３１から光が照射される。
図３（ｂ）は、水槽３０の側面と上面との間に、斜めに平面状の紫外線透過性ガラスである光透過窓３１を形成したものである。ステージ２１上のワークＷには、この斜めに設けた光透過窓３１から光が照射される。
さらに、図３（ｃ）は、水槽の底面に段差（凹凸）を設け、その凹部を平面状の紫外線透過性ガラスの光透過窓３１で形成し、そこから光を照射する用に構成したものである。
このように水槽３０（液体容器）の形状はいろいろなものが考えられる。しかし、ステージ２１の回転により波や高低差が生じるのは液面（水面）であり、また露光によりレジストから発生する気泡が移動する方向は液面（水面）の方向であるので、要は、液体の上面（液面、水面）以外の面、すなわち、容器を構成する面において、液面より下側の面に設けた光透過窓から、光を照射するように構成すればよい。

１ショートアーク型のランプ
２集光鏡
３第１の平面鏡
４インテグレータレンズ
６第２の平面鏡
７コリメータレンズ
１０光出射部
１１液浸部分
２０回転ステージ部
２１ステージ
２２モータ
２３回転軸
２４動力伝達リンク
２５ステージ駆動軸
２６傾斜軸受け
３０液体容器（水槽）
３１光透過窓
Ｍマスク
Ｒレジスト
Ｗ被照射物（ワーク）

Claims

露光光を出射する光出射部と、
パターンを形成したマスクをレジストに密着させた被照射物が、該マスクを上記光出射部からの光が入射する側にして置かれるステージと、
上記ステージを上記光出射部からの光に対して傾斜した状態で回転させるステージ回転機構とを備え、上記ステージを、液体容器に溜められた液体中に浸した回転傾斜露光装置であって、
上記光出射部からの光を、上記液体容器の底面または側面に設けた平面状の光透過性ガラスを介して、上記ステージに置いた上記被照射物に照射する
ことを特徴とする回転傾斜露光装置。