JP2014066818A - 露光装置、露光方法及びマイクロデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】露光対象物を傾斜させることなく、既存の露光装置に露光光の光路変更手段を追加するだけで、露光対象物の側面にほぼ均一な光強度の露光光を照射することができ、垂直を含む任意角度の側面を自由に加工することが可能な露光装置を提供する。
【解決手段】露光対象物１００の側面１０１のレジスト膜１１０を露光するための露光装置であって、透明基板に任意のマスクパターン２２を描画したフォトマスク２０と、マスクパターン２２に露光光を照射する光源１０と、マスクパターン２２を投影するための投影光学系３０と、露光対象物１００の側面１０１と交差する方向に位置し、投影光学系３０を通過した露光光の光路を変更し、露光対象物１００の側面１０１のレジスト膜１１０を露光する光路変更手段４０と、を備えた構成としてある。
【選択図】図２

Description

本発明は、露光対象物の側面のレジスト膜を露光するための露光装置、露光方法、及びこれら装置又は方法によって製造されるマイクロデバイスに関する。

従来から半導体等の製造に用いられているフォトリソグラフィ技術を応用し、例えば、レンズ等の光学素子、アクチュエータ、センサー、導波路、プリンタヘッド、各種ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などのマイクロデバイスを加工することが行われている。

一般的なフォトリソグラフィ加工では、平面の基板上に塗布されたレジスト膜に露光光を垂直に照射して、フォトマスクに描画されたパターンを基板上に転写し、様々なパターンを形成している。

近年、凹凸などの３次元形状を含む露光対象物の側面をフォトリソグラフィ加工することが試みられている。しかし、平面の基板上に塗布されたレジスト膜に露光光を垂直に照射する露光装置では、凹凸などの３次元形状に露光できない領域が生じてしまう問題、露光光のエネルギー密度が均一でないために露光ムラが生じてしまう問題、表面や界面における露光光の反射により、意図しないパターンが転写されてしまう問題などがあった。

このような問題を解消すべく、例えば、特許文献１の図１（ａ）には、表面に凹凸を有する立体サンプル１を露光する際に、露光光２を、立体サンプル１の基板面の法線方向に対して１０°以上６０°以下の角度で入射させる露光方法（以下「斜め露光」という）が記載されている。この露光方法によれば、立体サンプル１の基板面Ａ及び斜面Ｂに入射される露光光の条件が互いに近づき均一化される。これにより、入射する単位面積当たりのエネルギー密度が、垂直入射の場合よりも均一になる。

また、特許文献２の図１（ｂ）には、レジスト膜４の厚みよりも深い凹凸を有する立体サンプル１を露光する際に、光減衰を伴う液体２中に露光光を伝搬させて露光する露光方法が記載されている。この露光方法によれば、液体２の光減衰率を調節することで、立体サンプル１上のレジスト膜４に到達する光強度を、立体の上部にも底部にも適正な値にできる。したがって、均一な光強度分布を持つ光束を照射する従来からの一括露光でありながら、立体サンプル１上のレジスト膜４全体にとって適正な露光強度分布を形成できる。これに加え、斜め露光によって壁面にパターニングを施す場合には、反射光６の強度を減衰させることができ、反射光６の影響を更に低減することが可能となる。

特開２００８−９１７９３号公報 特開２０１１−２１１０６４号公報

しかし、上述した特許文献１及び２の斜め露光を実施するためには、真っ直ぐな露光光に対して立体サンプルを傾斜させる必要があり、実際に露光を行う場合に、以下の構造的、光学的な問題を生じる。

＜ステージの構造・制御に関する問題＞
特許文献１及び２の斜め露光を実施するには、立体サンプルを傾斜させるために、ステージを水平軸に対して数十度も回転させなければならず、一般的な露光装置のステージでは到底実施することができない。仮に、斜め露光専用のステージを設けたとしても、数十度もの回転による過大な負荷が掛かり剛性及び位置決め精度等の低下を招く。

＜焦点合わせ・位置合わせに関する問題＞
立体サンプルを傾斜させるために、露光時の焦点合わせが困難になる。特に、立体サンプルの傾斜方向のアライメントで露光焦点が変わり、焦点合わせの制御が複雑になってしまう。また、立体サンプルを傾斜させるために、アライメントマークの配置によっては認識が困難になる。

＜露光スペースに関する問題＞
立体サンプルのサイズが大きい場合は、投影レンズの作動距離との関係で、傾斜させた立体サンプルの上端が投影レンズに接触してしまい、露光ができない場合も生じる。

＜特許文献１の特有の問題＞
特許文献１のように、単純に露光光を斜めに入射させるだけでは、立体サンプルの側面における反射光が、露光光の光強度分布を不均一にしてしまう悪影響を及ぼす。このような反射光の悪影響を軽減するためには、特許文献２のような、従来行われていなかった特別な工程を追加しなければならない。

＜特許文献２の特有の問題＞
特に、特許文献２では、光減衰を伴う液体に立体サンプルを液浸して斜め露光を行うが、この光減衰を伴う液体は、その後の露光工程において、露光光の光強度を減衰させてしまう。このため、特許文献２の液浸露光を行った後に、立体サンプルの洗浄工程を追加しなければならず、複数の露光工程を連続で行うためには、特許文献２の液浸露光を最後にしなければならないという制限がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、露光対象物を傾斜させることなく、既存の露光装置又は露光対象物の底面に露光光の光路変更手段を追加するだけで、露光対象物の側面にほぼ均一な光強度の露光光を照射することができ、垂直を含む任意角度の側面を自由に加工することが可能な露光装置、露光方法、及びこれら装置又は方法によって製造されるマイクロデバイスの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の露光装置は、露光対象物の側面のレジスト膜を露光するための露光装置であって、露光光を出射するための光源と、前記露光対象物の側面と交差する方向に位置し、前記光源からの露光光の光路を変更し、前記露光対象物の側面のレジスト膜を露光する光路変更手段と、を備えた構成としてある。

上記構成からなる本発明の露光装置では、光源から出射された露光光は、例えば、フォトマスクに描画されたマスクパターンの透光部を透過して投影光学系に入射される。投影光学系は、マスクパターン（遮光パターン）の像を光路変更手段に投影する。光路変更手段は、後述する光の回折や反射によって入射された露光光の光路を変更し、露光対象物の側面のレジスト膜にマスクパターンの像を転写する。

このような本発明の露光装置によれば、露光対象物の側面と交差する方向に位置する光路変更手段を用いて、露光光の光路を任意の角度に変更することができ、凹凸などの３次元形状を構成する側面に、ほぼ均一な光強度の露光光を照射することが可能となる。また、光路変更手段として、後述する回折格子パターンや光学的反射部材などを、露光対象物の側面と交差する方向に配置すればよく、上述した特許文献１及び２のように、ステージを焦点方向（Ｚ軸）に大きく駆動させて露光対象物を傾斜させる必要は一切ない。

したがって、本発明によれば、既存の露光装置の仕様、露光対象物の立体形状に応じた光路変更手段を設計し、この光路変更手段を露光対象物の側面と交差する方向に配置することで、既存の露光装置を用いた露光対象物の側面露光が可能となる。また、露光対象物を傾斜させることなく側面露光を行うことができるので、上述した従来の諸問題を全て解決することが可能となる。

好ましくは、上述した本発明の露光装置において、透明基板に任意のマスクパターンを描画したフォトマスクと、前記マスクパターンを投影するための投影光学系とを備え、前記光路変更手段が、前記露光光に含まれる所定の波長の光を所定の回折次数の角度で回折させるピッチで形成された回折格子パターンを有する構成にするとよい。

具体的には、前記回折格子パターンが、前記露光光に含まれる所定の波長の光を所定の回折次数の角度で回折させる反射型の回折格子パターンであり、前記回折格子パターンの上方に配置した前記露光対象物の側面のレジスト膜を回折光で露光する構成、又は、前記回折格子パターンが、前記露光光に含まれる所定の波長の光を所定の回折次数の角度で回折させる透過型の回折格子パターンであり、前記回折格子パターンの下方に配置した前記露光対象物の側面のレジスト膜を回折光で露光する構成とする。

上記構成によれば、所定のピッチＰで形成された回折格子パターンに露光光を入射させることで、この露光光に含まれる所定の波長λの光を、所定の回折次数の角度θ＝ａｒｃｓｉｎ（λ／Ｐ）で回折させることができる。この角度θの回折光を露光対象物の側面に照射することで、露光対象物の側面のレジスト膜を露光することが可能となる。

好ましくは、前記光路変更手段が、前記露光光を所定の角度で反射させる光学的反射部材を有する構成としてもよい。

例えば、透明基板に任意のマスクパターンを描画したフォトマスクと、前記マスクパターンを投影するための投影光学系とを備え、前記光学的反射手段が、前記露光光を所定の角度で反射させるマイクロミラーアレイであり、前記マイクロミラーアレイの上方に配置した前記露光対象物の側面のレジスト膜を反射光で露光する構成とする。

上記構成によれば、マイクロミラーアレイを構成する多数のミラーを所定の角度に傾けることで、露光光を任意の角度θで反射させることができる。この角度θの反射光を露光対象物の側面に照射することで、露光対象物の側面のレジスト膜を露光することが可能となる。

また例えば、前記光学的反射手段が、前記露光光を所定の角度で反射させる多数の可動式マイクロミラーを配列したデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）であり、前記デジタルマイクロミラーデバイスの上方に配置した前記露光対象物の側面のレジスト膜を反射光で露光する構成としてもよい。

上記構成によれば、デジタルマイクロミラーデバイスを構成する所定領域のミラー素子をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、任意のパターンの転写に必要な領域の露光光のみを角度θで反射させることができる。この角度θの反射光を露光対象物の側面に照射することで、露光対象物の側面のレジスト膜を露光することが可能となる。

好ましくは、透明基板に任意のマスクパターンを描画したフォトマスクと、前記マスクパターンを投影するための投影光学系とを備え、前記露光対象物の側面のレジスト膜に投影される前記マスクパターンの横幅ｗが下記式（１）、縦長ｌが下記式（２）を充足するように、前記マスクパターンの横幅Ｗ、縦長Ｌを設定した構成にするとよい。
ｗ＝β・Ｗ・（ｃｏｓθ／ｓｉｎ（θ−α））…（１）
ｌ＝β・Ｌ…（２）
但し、βは前記投影光学系のレンズ倍率、θは前記光路変更手段により光路変更された光の角度、αは垂直を基準にした前記側面の傾斜角である。

本発明のように、露光対象物の側面と交差する方向に位置する光路変更手段を用いて、露光光の光路を任意の角度に変更する場合は、露光対象物の側面のレジスト膜に投影されるマスクパターンの横幅ｗ及び縦長ｌが、投影レンズの倍率βに影響を受けるほか、横幅ｗが、光路変更手段により光路変更された光の角度θ、露光対象物の側面の傾斜角αに影響を受けることになる。

そこで、露光対象物の側面のレジスト膜に投影されるマスクパターンの横幅ｗが上記式（１）、縦長ｌが上記式（２）を充足するように、フォトマスクのマスクパターンの横幅Ｗ、縦長Ｌを設定することで、側面のレジスト膜に所望する寸法形状のマスクパターンを投影することができ、垂直を含む任意角度の側面を自由に加工することが可能となる。

上記目的を達成するために、本発明の露光方法は、露光対象物の側面のレジスト膜を露光するための露光方法であって、前記側面と交差する方向に光路変更手段を設け、前記光路変更手段によって露光光の光路を変更し、前記露光対象物の側面のレジスト膜を露光するようにしてある。

上記方法によれば、上述した本発明の露光装置と同様に、露光対象物の側面と交差する方向に位置する光路変更手段を用いて、露光光の光路を任意の角度に変更することができ、凹凸などの３次元形状を構成する側面に、ほぼ均一な光強度の露光光を照射することが可能となる。また、光路変更手段として、上述した回折格子パターンや光学的反射部材などを、露光対象物の側面と交差する方向に配置すればよく、上述した特許文献１及び２のように、ステージを駆動させて露光対象物を傾斜させる必要は一切ない。

したがって、本発明によれば、既存の露光装置の仕様、露光対象物の立体形状に応じた光路変更手段を設計し、この光路変更手段を露光対象物の側面と交差する方向に配置することで、既存の露光装置を用いた露光対象物の側面露光が可能となる。また、露光対象物を傾斜させることなく側面露光を行うことができるので、上述した従来の諸問題を全て解決することが可能となる。

好ましくは、前記光路変更手段が、前記露光対象物の側面に連続する底面上に形成された反射型の回折格子パターンであり、前記回折格子パターンを、前記露光光に含まれる所定の波長の光を所定の回折次数の角度で回折させるピッチで形成するとよい。

上記方法によれば、例えば、凹凸などの側面と底面とが連続する３次元形状を含む露光対象物を露光する場合、この露光対象物に露光光を垂直に照射すると、底面上に形成した回折格子パターンが、所定の波長の光を所定の回折次数の角度で回折させ、側面のレジスト膜に入射させる。これにより、底面に連続する側面のレジスト膜を露光することができる。特に、凹凸が連続するような３次元形状を露光する場合、複数の底面上に形成した回折格子パターンによって、複数の側面の各レジスト膜を一括露光することが可能である。

上記目的を達成するために、本発明のマイクロデバイスは、前記露光対象物としてのマイクロデバイスであって、上述した本発明の露光装置又は露光方法により側面をパターニングしたことを特徴とする。

上述した本発明の露光装置又は露光方法によれば、レンズ等の光学素子、アクチュエータ、センサー、導波路、プリンタヘッド、各種ＭＥＭＳなどのマイクロデバイスを構成する側面を自由に加工することが可能となり、垂直を含む任意角度の側面に、機械的、電気的又は光学的な構造を持たせることができる。

本発明の露光装置、露光方法、及びこれら装置又は方法によって製造されるマイクロデバイスによれば、露光対象物を傾斜させることなく、既存の露光装置又は露光対象物の底面に露光光の光路変更手段を追加するだけで、露光対象物の側面にほぼ均一な光強度の露光光を照射することができ、垂直を含む任意角度の側面を自由に加工することが可能となる。

凹凸などの３次元形状を含む露光対象物の具体例を示す拡大図である。 本発明の実施形態に係る露光装置を示す概略図である。 本発明の第１実施形態に係る露光装置の主要部を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る露光装置の主要部を示す概略図である。 同図（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る露光装置の主要部を示す概略図である。 本発明の第４実施形態に係る露光装置の主要部を示す概略図である。 本発明の第５実施形態に係る露光方法を説明するための概略図である。 本実施形態の露光装置により加工された露光対象物の側面形状を例示するものであり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は端面図である。 本実施形態の露光装置により加工された露光対象物の側面形状を例示するものであり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は端面図である。 本実施形態の露光装置により加工された露光対象物の側面形状を例示するものであり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は端面図である。 本実施形態の露光装置により加工された露光対象物の側面形状を例示するものであり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は端面図である。 本実施形態の露光装置により加工された露光対象物の側面形状を例示するものであり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は端面図である。 本実施形態の露光装置により加工された露光対象物の側面形状を例示するものであり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は端面図である。 本実施形態の露光装置による楕円面の加工を示す概略図である。 本実施形態の露光装置による球面の加工を示す概略図である。

以下、本発明に係る露光装置、露光方法及びマイクロデバイスの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜露光対象物＞
まず、本実施形態の露光装置、露光方法の露光対象物について、図１を参照しつつ説明する。本実施形態の露光装置、露光方法は、露光対象物の側面を加工するものであり、凹凸が連続する３次元形状の露光対象物１００を図１に例示する。

この露光対象物１００には、８つの側面１０１Ａ〜１０１Ｄ（図中の墨塗り箇所を参照）と、３つの底面１０２とが含まれている。露光対象物１００の裏面を除く表面全体には、レジスト膜が塗布してある。本実施形態の露光装置、露光方法は、底面１０２に連続していない側面１０１Ａ、１０１Ｄ、及び底面１０２に連続する側面１０１Ｂ、１０１Ｃのレジスト膜を露光する。

なお、図１に示す露光対象物１００の形状は、露光する側面の態様を説明するための便宜的な例示に過ぎず、以下に述べる本実施形態の露光装置、露光方法は、あらゆる形状の露光対象物の側面の加工に適用することが可能である。また、本実施形態の露光装置、露光方法は、図１に示す側面１０１Ａ〜１０１Ｄのような垂直面に限らず、任意の傾斜面、曲面、段差面などを露光することができる。さらに、側面１０１Ａ〜１０１Ｄに塗布するレジスト膜は、露光された部分が現像で無くなるポジレジスト、又は露光された部分が現像で残るネガレジストのいずれでもよい。

＜露光装置及び露光方法の概要＞
次に、本実施形態の露光装置及び露光方法の概要について、図２を参照しつつ説明する。同図において、本実施形態の露光装置１は、主として、光源１０、フォトマスク２０、投影光学系３０、光路変更手段４０を備えた構成となっている。光路変更手段４０には、傾斜した側面を有する露光対象物１００が載置してある。

光源１１は、ウエハ基板４１上のレジスト膜を露光するための露光光を放出する。光源１１としては、例えば、半導体レーザー、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、エキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザー、Ｆ２エキシマレーザー、極端紫外線（ＥＵＶ）など、各種波長の露光光を出射可能なものを用いることができる。

フォトマスク２０は、ガラス又は石英などの透明基板に、クロム薄膜の遮光領域２１を形成し、この遮光領域２１に囲まれたマスクパターン２２を有する。マスクパターン２２は、遮光領域２１に囲まれた透光部２２ａ内に、クロム薄膜で所望の遮光パターン２２ｂを描画した構成となっている。

投影光学系３０は、マスクパターン２２を構成する遮光パターン２２ｂの像を光路変更手段４０上に投影するためのレンズ等によって構成してある。光源１１から出射された露光光は、マスクパターン２２の透光部２２ａを透過して、投影光学系３０に入射される。投影光学系３０は、マスクパターン２２の透光部２２ａを透過した光を光路変更手段４０上に照射し、ここに遮光パターン２２ｂの像を投影する。

光路変更手段４０は、露光対象物１００の側面１０１と交差する方向に位置し、投影光学系３０を通過した露光光の光路を変更し、側面１０１に塗布したレジスト膜１１０を露光する。図２には、露光光を反射して光路を変更する構成の光路変更手段４０を例示したが、図４に示すように、露光光を透過して光路を変更する構成とすることも可能である。光路変更手段４０の具体的な構成は、後に図３〜図７を参照して詳述する。

＜マスクパターンと投影図形の関係＞
上述したように、本実施形態の露光装置及び露光方法は、マスクパターン２２（遮光パターン２２ｂ）の像を投影光学系３０で光路変更手段４０上に投影し、光路変更手段４０によって露光光の光路を変更することで、露光対象物１００の側面１０１に塗布したレジスト膜１１０に、マスクパターン２２の像を転写している。

ここで、図２に示すように、マスクパターン２２の像は、そのままの寸法で光路変更手段４０及び側面１０１に投影されるものではなく、投影光学系３０のレンズ倍率β、光路変更手段４０により光路変更された光の角度（反射角又は回折角）θ、側面１０１の垂直を基準にした傾斜角αに影響を受けた大きさで投影される。

すなわち、投影光学系３０に入射されたマスクパターン２２の像は、投影光学系３０のレンズ倍率βにより等倍、拡大又は縮小され、光路変更手段４０上に投影される。その後、光路変更手段４０上に投影されたマスクパターン２２’の像は、光路変更手段４０により光路変更された光の角度θ、及び側面１０１の傾斜角αの影響を受け、その寸法を変化させて側面１０１のレジスト膜１１０に転写される（図２中の符号２２”を参照）。

このため、本実施形態では、上記β、θ及びαの影響を考慮して、フォトマスク２０に形成するマスクパターン２２の横幅Ｗ、縦長Ｌを設定している。具体的には、露光対象物１００の側面１０１のレジスト膜１１０に投影されるマスクパターン２２”の横幅ｗが下記式（１）、縦長ｌが下記式（２）を充足するように、フォトマスク２０のマスクパターン２２の横幅Ｗ、縦長Ｌを設定している。

ｗ＝β・Ｗ・（ｃｏｓθ／ｓｉｎ（θ−α））…（１）
ｌ＝β・Ｌ…（２）

すなわち、本実施形態では、最初に側面１０１に転写されるマスクパターン２２”の横幅ｗ、縦長ｌを決定し、その後、上記式（１）、（２）の関係に基づいて、横幅ｗ、縦長ｌの値からフォトマスク２０に形成するマスクパターン２２の横幅Ｗ、縦長Ｌを逆算しているのである。このような横幅Ｗ、縦長Ｌのマスクパターン２２を用いることにより、所望する横幅ｗ、縦長ｌのマスクパターン２２”を側面１０１に転写することが可能となる。

＜第１実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態に係る露光装置について、図３を参照しつつ説明する。本実施形態は、図２に示す露光装置の光路変更手段の具体的構成を例示するものであり、光源１０、フォトマスク２０及び投影光学系３０の図示は省略する。

図３において、本実施形態では、露光光の光路変更手段５０として、反射型の回折格子パターン５２を適用した構成となっている。この光路変更手段５０は、ガラス又は石英などの透明基板５１の裏面５１ｂに、クロム薄膜のライン５２Ａ、５２Ａ、５２Ａ…と、スペース５２Ｂ、５２Ｂ、５２Ｂ…と、を所定のピッチＰで交互に形成した回折格子パターン５２を設けた構成としてある。また、透明基板５１の平坦な表面５１ａには、露光対象物１００が載置される。これにより、回折格子パターン５２が、露光対象物１００の側面１０１と交差する方向に位置する。

＜＜回折格子パターンのピッチの選定＞＞
回折格子パターン５２を所定のピッチＰで形成することにより、露光光に含まれる所定の波長λの光を、所定の回折次数（ｎ＝±１、±２…）の角度θ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎλ／Ｐ）で回折させることができる。露光に用いる光の波長λ及び回折次数ｎが定まれば、回折格子パターン５２のピッチＰはｎλ／ｓｉｎθにより求めることができる。本実施形態では、波長λの光の１次回折光を露光に用いており、その回折角はθ＝ａｒｃｓｉｎ（λ／Ｐ）となる（図面を簡略化するため、露光に用いない−１次回折光は図示せず）。

本実施形態のように１次回折光を露光に用いる場合、好ましくは、回折格子パターン５２のピッチＰとスペース５２Ｂの幅との比率（Ｄｕｔｙ）を調整し、２次回折光が消失する構成にするとよい。このような構成とした場合は、２次回折光が側面１０１の露光に与える影響をなくすことができる。なお、３次以上の高次回折光は、回折角θが大きく、光の強度も小さいので、側面１０１の露光に与える影響はほとんどない。

＜＜作用効果＞＞
上記構成からなる本実施形態の露光装置では、まず、図２に示すように、投影光学系３０を通過した露光光を光路変更手段５０に垂直に入射させると、投影レンズの倍率βに応じたマスクパターン２２’の像が光路変更手段５０上に投影される。

次いで、図３に示すように、光路変更手段５０に垂直に入射させた露光光のうち、所定の波長λの光が回折格子パターン５２に回折され、所定の回折次数（ｎ＝１）の角度θに光路変更される。その後、光路変更された回折光が、露光対象物１００の側面１０１に塗布されたレジスト膜１１０に照射される。これにより、角度θ及び傾斜角α（本実施形態ではα＝０°）の影響を受けた所望する寸法のマスクパターン２２”の像（図２を参照）が、側面１０１のレジスト膜１１０に転写される。

このような本実施形態の露光装置によれば、所定のピッチＰで形成された回折格子パターン５２に露光光を垂直に入射させることで、この露光光に含まれる所定の波長λの光を、所定の回折次数の角度θで回折させることができる。この角度θの回折光を露光対象物１００の側面１０１に照射することで、側面１０１に塗布したレジスト膜１１０を露光することが可能となる。

特に、回折格子パターン５２は、透明基板５１にクロム薄膜のラインアンドスペース５２Ａ、５２Ｂを描画した簡単な構成であるため、極めて容易に製造することができる。これに加え、回折格子パターン５２のピッチＰを調整することで、側面１０１に入射させる回折光の角度θを精密に制御することが可能である。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る露光装置について、図４を参照しつつ説明する。本実施形態も、図２に示す露光装置の光路変更手段の具体的構成を例示するものであり、光源１０、フォトマスク２０及び投影光学系３０の図示は省略する。

図４において、本実施形態では、露光光の光路変更手段６０として、透過型の回折格子パターン６２を適用した構成としてある。この光路変更手段６０は、ガラス又は石英などの透明基板６１の表面６１ａに、クロム薄膜のライン６２Ａ、６２Ａ、６２Ａ…と、スペース６２Ｂ、６２Ｂ、６２Ｂ…と、を所定のピッチＰで交互に形成した回折格子パターン６２を設けた構成となっている。

このような光路変更手段６０は、図２に示す投影光学系３０と、図示しないステージとの間に配設してあり、その下方に配置した露光対象物１００の側面１０１に塗布したレジスト膜１１０を回折光で露光する。回折格子パターン６２は、投影光学系３０から垂直に入射した露光光を透過させ、この露光光に含まれる所定の波長λの光を、所定の回折次数（ｎ＝１）の角度θで回折させるピッチＰで形成してある。

このような本実施形態の露光装置によれば、第１実施形態と同様に、角度θの回折光を露光対象物１００の側面１０１に照射することで、側面１０１に塗布したレジスト膜１１０を露光することが可能となる。また、第１実施形態と同様に、回折格子パターン６２を極めて容易に製造することができ、そのピッチＰを調整することで、側面１０１に入射させる回折光の角度θを精密に制御することが可能である。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る露光装置について、図５（ａ）、（ｂ）を参照しつつ説明する。本実施形態も、図２に示す露光装置の光路変更手段の具体的構成を例示するものであり、光源１０、フォトマスク２０及び投影光学系３０の図示は省略する。

図５（ａ）において、本実施形態では、露光光の光路変更手段として、マイクロミラーアレイ（光学的反射部材）７０を適用した構成としてある。このマイクロミラーアレイ７０は、多数のマイクロミラー７１、７１、７１…を水平方向にマトリックス状に配列した構成となっている。各マイクロミラー７１は、それぞれ鏡面処理した反射面７１ａ、７１ａ、７１ａ…を有しており、各反射面７１ａは、いずれも同じ角度に傾斜している。このようなマイクロミラーアレイ７０の上には、露光対象物１００が載置され、各マイクロミラー７１が、露光対象物１００の側面１０１と交差する方向に位置する。

＜＜作用効果＞＞
上記構成からなるマイクロミラーアレイ７０は、図２に示す光路変更手段４０のように投影光学系３０の下方に配置してある。第１及び第２実施形態と同様に、投影光学系３０からの露光光をマイクロミラーアレイ７０に垂直に入射させると、投影レンズの倍率βに応じたマスクパターン２２’の像がマイクロミラーアレイ７０上に投影される。

次いで、図５（ａ）に示すように、マイクロミラーアレイ７０に入射させた露光光は全て、各マイクロミラー７１の反射面７１ａに反射され、反射角θに光路変更される。その後、光路変更された反射光が、露光対象物１００の側面１０１に塗布されたレジスト膜１１０に照射される。これにより、反射角θ及び傾斜角α（本実施形態ではα＝０°）の影響を受けた所望する寸法のマスクパターン２２”の像（図２を参照）が、側面１０１のレジスト膜１１０に転写される。

このような本実施形態の露光装置によれば、マスクパターン２２の透光部２２ａを透過した露光光の全てを、マイクロミラーアレイ７０で反射させて、露光対象物１００の側面１０１に塗布したレジスト膜１１０を露光することができる。したがって、上述した第１及び第２実施形態と比較して、側面１０１に塗布したレジスト膜１１０を露光する際の光量を増大させることができ、露光時間を短縮することが可能となる。

ここで、本実施形態のマイクロミラーアレイ７０は、各マイクロミラー７１の反射面７１ａの角度が固定されているので、露光光の反射角θを変更する場合には、図５（ｂ）に示すように、各マイクロミラー７２の反射面７２ａの角度が異なる他のマイクロミラーアレイ７０’を用いて露光を行えばよい。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る露光装置について、図６を参照しつつ説明する。本実施形態も、図２に示す露光装置の光路変更手段の具体的構成を例示するものであり、光源１０、投影光学系３０の図示は省略する。

ここで、上述した第１〜第３実施形態では、任意のマスクパターン２２を形成したフォトマスク２０、及びマスクパターン２２を投影するための投影光学系３０が必須であったが、本実施形態の露光装置では、これらフォトマスク２０及び／又は投影光学系３０を用いずに、任意形状のパターンを露光対象物１００の側面１０１に塗布したレジスト膜１１０に転写することができる。

＜＜光路変更手段の構成＞＞
図６において、本実施形態では、露光光の光路変更手段として、デジタルマイクロミラーデバイス（光学的反射部材）８０を適用した構成としてある。このデジタルマイクロミラーデバイス８０は、多数の可動マイクロミラー８１、８１、８１…を水平方向にマトリックス状に配列した構成となっている。

各可動マイクロミラー８１は、それぞれが図示しない電極と支軸とを有しており、個別に電圧を印加することで、所定の角度に傾斜動作することが可能である。本実施形態では、電圧の印加時に、各可動マイクロミラー８１が所定の角度に傾斜動作し（図中のＯＮ状態を参照）、電圧の非印加時に、各可動マイクロミラー８１が水平になるようにしてある（図中ＯＦＦ状態）。そして、各可動マイクロミラー８１の反射面８１ａ、８１ａ、８１ａ…はそれぞれ鏡面処理してあり、傾斜動作（ＯＮ）させた任意の可動マイクロミラー８１のみが、入射した露光光を反射角θで反射して光路変更する。

このようなデジタルマイクロミラーデバイス８０の上には、露光対象物１００が載置され、各可動マイクロミラー８１が、露光対象物１００の側面１０１と交差する方向に位置する。

＜＜フォトマスク及び投影光学系を用いない露光＞＞
上述したように、本実施形態の露光装置では、図２に示す配置構成からフォトマスク２０及び投影光学系３０を省略し、上から順に光源１０とデジタルマイクロミラーデバイス８０との配置構成で、露光対象物１００の側面１０１に塗布したレジスト膜１１０を露光する。この場合の光源１０は、上述した第１〜第３実施形態と異なり、平行光を出射する構成のものを用いる。すなわち、本実施形態の露光装置は、光源１０から出射した平行光で、フォトマスク２０の役割を果たすデジタルマイクロミラーデバイス８０を直接照明し、側面１０１のレジスト膜１１０を露光する構成としてある。以下、本実施形態の露光手順について説明する。

まず、デジタルマイクロミラーデバイス８０の各可動マイクロミラー８１をＯＮ／ＯＦＦ制御して、側面１０１のレジスト膜１１０に転写すべきパターン形状に対応する所定の可動マイクロミラー８１、８１、８１…のみを傾斜動作（ＯＮ）させる。これにより、デジタルマイクロミラーデバイス８０が、任意のマスクパターン２２を形成したフォトマスク２０と同様に機能する。

すなわち、傾斜動作（ＯＮ）させた可動マイクロミラー８１は、側面１０１に露光光を提供するマスクパターン２２の透過部２２ａに相当し、水平状態（ＯＦＦ）を保つ可動マイクロミラー８１は、側面１０１に露光光を提供しない遮光領域２１及び遮光パターン２２ｂに相当する。したがって、水平状態（ＯＦＦ）を保つ可動マイクロミラー８１によって所望するパターンが形成されるように、所定の可動マイクロミラー８１を傾斜動作（ＯＮ）させれば、フォトマスク２０と同様に、任意のパターンを側面１０１のレジスト膜１１０に転写することができる。

このようにＯＮ／ＯＦＦ制御した各可動マイクロミラー８１に、光源１０からの露光光（マスクパターン２２なしの光強度分布が一様な平行光）を垂直に入射させる。すると、傾斜動作（ＯＮ）させた可動マイクロミラー８１のみが、入射した露光光を反射角θで反射し、その光路を変更する。その後、光路変更された反射光が、露光対象物１００の側面１０１に塗布されたレジスト膜１１０に照射され、所望するパターンが側面１０１のレジスト膜１１０に転写される。

なお、水平状態（ＯＦＦ）を保つ可動マイクロミラー８１に入射した露光光は、入射時と同じく垂直に反射され、入射時と同じ光路を辿って光源１０へ戻ることになる。

このような本実施形態の露光装置によれば、フォトマスク２０を用いずに、任意形状のパターンを側面１０１のレジスト膜１１０に転写することが可能となり、フォトマスク２０を製作する手間、時間及び費用を削減することができる。

また、各可動マイクロミラー８１をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、種々のパターン形状に対応することができ、フォトマスク２０と比較して、デジタルマイクロミラーデバイス８０は、汎用性に優れている。さらに、上述した第３実施形態と同様に、側面１０１に塗布したレジスト膜１１０を露光する際の光量を増大させることができるので、露光時間を短縮することが可能となる。これに加え、所定の可動マイクロミラー８１をＯＮ／ＯＦＦ制御することで形成したパターン形状は、投影光学系３０のレンズ倍率βの影響を受けず、そのまま露光対象物１００の側面１０１に転写することができる。

＜＜フォトマスクを選択的に用いた露光＞＞
上述したように、本実施形態の露光装置では、図２に示すフォトマスク２０及び投影光学系３０の両方を省略して、露光対象物１００の側面１０１を露光することができる。しかし、このような構成及び方法に限定されるものではなく、投影光学系３０を備えた露光装置において、フォトマスク２０を選択的に用いて露光する構成及び方法としてもよい。

例えば、露光対象物１００の上面及び底面（図６中の側面１０１以外の面）を露光する工程では、通常通り、任意のマスクパターン２２を描画したフォトマスク２０と投影光学系３０とを用いて露光を行う。一方、露光対象物１００の側面１０１を露光する工程では、フォトマスク２０を用いずに、光源１０からの露光光を投影光学系３０に直接入射させて露光を行うか、又は、光源１０と投影光学系３０との間に、遮光領域２１及び遮光パターン２２ｂが設けられていない素ガラスレチクルを介在させて露光を行う。

このように、投影光学系３０を備えた露光装置において、フォトマスク２０を選択的に用いる構成及び方法とした場合は、露光対象物１００の各面に対応する異なる露光工程を、１台の露光装置で実施することができ、任意の立体形状を有する露光対象物１００の各面を効率よく露光することが可能となる。

＜＜フォトマスク及び投影光学系を用いた露光＞＞
なお、上述した具体例では、いずれもフォトマスク２０を用いないで露光する場合について説明したが、これに限定されるものではない。露光対象物１００の側面１０１を露光するのに必要な領域の可動マイクロミラー８１、８１、８１…を全て傾斜動作させれば、デジタルマイクロミラーデバイス８０は、第３実施形態のマイクロミラーアレイ７０と同様に機能するので、この場合は、任意のマスクパターン２２を形成したフォトマスク２０を用いて、露光対象物１００の側面１０１を露光することができる。

また、フォトマスク２０を用いる場合は、露光対象物１００の側面１０１と、その他の面（上面及び底面）とを同時に露光することも可能である。この場合、例えば、フォトマスク２０に、側面１０１を露光するための第１領域と、その他の面を露光するための第２領域とを設ける。フォトマスク２０の第１領域は、デジタルマイクロミラーデバイス８０に対応しており、遮光パターンを描画せずに透光部のみとする。一方、フォトマスク２０の第２領域は、露光対象物１００のその他の面（上面及び底面）に対応しており、透光部中に任意の遮光パターンが描画してある。

このような第１及び第２領域を設けたフォトマスク２０を用いれば、露光対象物１００の側面１０１と、その他の面（上面及び底面）とを同時に露光することが可能となり、任意の立体形状を有する露光対象物１００の各面を効率よく露光することができるようになる。

＜＜その他＞＞
また、上述した実施形態のデジタルマイクロミラーデバイス８０は、電圧の印加、非印加で、各可動マイクロミラー８１が一定角度の傾斜状態又は水平状態の２態様となる構成としたが、これに限定されるものではなく、印加する電圧値を調整することにより、可動マイクロミラーの傾斜角を制御することが可能なデジタルマイクロミラーデバイスを用いてもよい。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る露光方法について、図７を参照しつつ説明する。本実施形態の露光方法は、図１に示す露光対象物１００の底面１０２に、反射型の回折格子パターン（光路変更手段）を設け、この底面１０２に連続する側面１０１Ｂ、１０１Ｃを露光するものである。

このため、本露光方法は、図２に示す露光装置を用いて実施するが、底面１０２に連続する側面１０１Ｂ、１０１Ｃのみを露光する場合には、第１〜第４実施形態のような独立の光路変更手段５０〜８０は必須ではない。底面１０２に連続しない側面１０１Ａ、１０１Ｄと、底面１０２に連続する側面１０１Ｂ、１０１Ｃとを一括露光する場合に、独立の光路変更手段５０〜８０を併用する。なお、図７において、本露光方法の実施に用いる光源１０、フォトマスク２０、投影光学系３０の図示は省略する。

図７において、本実施形態の露光方法では、あらかじめ露光対象物１００の底面１０２に、露光光の光路変更手段としての回折格子パターン９０を形成する。この回折格子パターン９０は、第１実施形態と同様の反射型であり、底面１０２に、クロム薄膜のライン９０Ａ、９０Ａ、９０Ａ…と、スペース９０Ｂ、９０Ｂ、９０Ｂ…と、を所定のピッチＰで交互に形成した構成となっている。このような回折格子パターン９０は、底面１０２と連続する２つの側面１０２Ｂ、１０２Ｃと交差する方向に位置する。

回折格子パターン９０のピッチＰは、上述した第１実施形態と同様の手法により選定する。回折格子パターン９０を所定のピッチＰで形成することにより、露光光に含まれる所定の波長λの光を、所定の回折次数（±１、±２…）の角度θ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎλ／Ｐ）で回折させることが可能となる。本実施形態では、第１実施形態と同様に、波長λの光の１次回折光を露光に用いており、その回折角はθ＝ａｒｃｓｉｎ（λ／Ｐ）となる。また、回折格子パターン９０のピッチＰとスペース９０Ｂの幅との比率（Ｄｕｔｙ）を調整し、２次回折光が消失する構成にするとよい。なお、本実施形態では、＋１次回折光で側壁１０１Ｂ、−１次回折光で側壁１０１Ｃを一括露光するが、図面を簡略化するために−１次回折光は図示しない。

＜＜作用効果＞＞
本実施形態の露光方法では、まず、図２に示すように、投影光学系３０からの露光光を露光対象物１００の表面に垂直に入射させると、底面１０２の回折格子パターン９０上に、投影レンズの倍率βに応じたマスクパターン２２’の像が投影される。

次いで、図７に示すように、回折格子パターン９０に入射した露光光のうち、所定の波長λの光が、所定の回折次数（ｎ＝１）の角度θに光路変更される。その後、光路変更された回折光が、底面１０２に連続する側面１０１Ｂ、１０１Ｃに塗布されたレジスト膜１１０にそれぞれ照射される。これにより、角度θ及び傾斜角α（本実施形態ではα＝０°）の影響を受けた所望する寸法のマスクパターン２２”の像（図２を参照）が、側面１０１Ｂ、１０１Ｃのレジスト膜１１０に転写される。

このような本実施形態の露光方法によれば、露光対象物１００の底面１０２に形成した回折格子パターン９０に露光光を垂直に入射させることで、この露光光に含まれる所定の波長λの光を、所定の回折次数（ｎ＝１）の角度θで回折させることができる。この角度θの回折光を露光対象物１００の側面１０１Ｂ、１０１Ｃにそれぞれ照射することで、側面１０１Ｂ、１０１Ｃに塗布したレジスト膜１１０を一括露光することが可能となる。

＜側面の加工例＞
上述した第１〜第５実施形態に係る露光装置又は露光方法により加工可能な露光対象物の側面形状を、図８〜図１３に例示する。

本実施形態に係る露光装置又は露光方法によれば、露光対象物１００の側面を、図８（ａ）、（ｂ）及び図９（ａ）、（ｂ）に示すような任意の曲面１０３Ａ、１０３Ｂに加工することが可能である。このような任意の曲面１０３Ａ、１０３Ｂを、上述したフォトリソグラフィで加工する場合は、本出願人が特願２０１１−０４５００２で提案した未解像ドットの集合によって描画したマスクパターンを用いればよい。

未解像ドットとは、マスクパターンを描画する１つの点（ドット）であり、露光装置の限界解像力以下の大きさのものをいう。マスクパターンの各部を描画する未解像ドットの単位面積当たりの個数を連続的に変化させることで、マスクパターン全体が所定の透過率分布となるようにする。これにより、マスクパターンを透過した露光光が、所望する三次元形状を形成するような所定の光強度分布を呈するようになる。

上記のような未解像ドットの集合によって描画したマスクパターンを用いれば、本実施形態に係る露光装置又は露光方法により、図１０（ａ）、（ｂ）及び図１１（ａ）、（ｂ）のような任意の傾斜面１０４Ａ、１０４Ｂを加工することも可能である。

さらに、粗密なく描画された通常の遮光部（図２の符号２２ｂを参照）と、単位面積当たりの個数を連続的に変化させた未解像ドットとを組み合わせたマスクパターンを用いれば、図１２（ａ）、（ｂ）及び図１３（ａ）、（ｂ）のような垂直面１０５Ａと傾斜面１０５Ｂとからなる任意の段差面を加工することができる。

＜楕円面、球面の加工＞
上述した第１〜第５実施形態に係る露光装置又は露光方法は、図２〜図７に示すような平坦な側面の加工に限定されるものではない。例えば、図１４に示すような楕円面からなる露光対象物１００、図１５に示すような球面からなる露光対象物１００の外周面を任意の三次元形状に加工することも可能である。

１ 露光装置
１０ 光源
１１ 反射鏡
２０ フォトマスク
２１ 遮光領域
２２ マスクパターン
２２ａ 透光部
２２ｂ 遮光パターン
３０ 投影光学系
４０、５０、６０ 光路変更手段
５１、６１ 透明基板
５２、６２ 回折格子パターン
５２Ａ、６２Ａ ライン
５２Ｂ、６２Ｂ スペース
７０、７０’ マイクロミラーアレイ（光学的反射部材）
７１、７２ マイクロミラー
７１ａ、７２ａ 反射面
８０ デジタルマイクロミラーデバイス（光学的反射部材）
８１ 可動マイクロミラー
８１ａ 反射面
９０ 回折格子パターン（光路変更手段）
９０Ａ ライン
９０Ｂ スペース
１００ 露光対象物
１０１Ａ〜１０１Ｄ 側面
１０２ 底面
１１０ レジスト膜
１０３Ａ、１０３Ｂ 任意の曲面
１０４Ａ、１０４Ｂ 任意の傾斜面
１０５Ａ 垂直面
１０５Ｂ 傾斜面

Claims (12)

1. 露光対象物の側面のレジスト膜を露光するための露光装置であって、
   露光光を出射する光源と、
   前記露光対象物の側面と交差する方向に位置し、前記投影光学系を通過した露光光の光路を変更し、前記露光対象物の側面のレジスト膜を露光する光路変更手段と、
   を備えたことを特徴とする露光装置。
2. 透明基板に任意のマスクパターンを描画したフォトマスクと、前記マスクパターンを投影するための投影光学系とを備え、
   前記光路変更手段が、前記露光光に含まれる所定の波長の光を所定の回折次数の角度で回折させるピッチで形成された回折格子パターンを有する、請求項１に記載の露光装置。
3. 前記回折格子パターンが、前記露光光に含まれる所定の波長の光を所定の回折次数の角度で回折させる反射型の回折格子パターンであり、前記回折格子パターンの上方に配置した前記露光対象物の側面のレジスト膜を回折光で露光する、請求項２に記載の露光装置。
4. 前記回折格子パターンが、前記露光光に含まれる所定の波長の光を所定の回折次数の角度で回折させる透過型の回折格子パターンであり、前記回折格子パターンの下方に配置した前記露光対象物の側面のレジスト膜を回折光で露光する、請求項２に記載の露光装置。
5. 前記光路変更手段が、前記露光光を所定の角度で反射させる光学的反射部材を有する、請求項１に記載の露光装置。
6. 透明基板に任意のマスクパターンを描画したフォトマスクと、前記マスクパターンを投影するための投影光学系とを備え、
   前記光学的反射手段が、前記露光光を所定の角度で反射させるマイクロミラーアレイであり、前記マイクロミラーアレイの上方に配置した前記露光対象物の側面のレジスト膜を反射光で露光する、請求項５に記載の露光装置。
7. 前記光学的反射手段が、前記露光光を所定の角度で反射させる多数の可動式マイクロミラーを配列したデジタルマイクロミラーデバイスであり、前記デジタルマイクロミラーデバイスの上方に配置した前記露光対象物の側面のレジスト膜を反射光で露光する、請求項５に記載の露光装置。
8. 透明基板に任意のマスクパターンを描画したフォトマスクと、前記マスクパターンを投影するための投影光学系とを備え、
   前記露光対象物の側面のレジスト膜に投影される前記マスクパターンの横幅ｗが下記式（１）、縦長ｌが下記式（２）を充足するように、前記マスクパターンの横幅Ｗ、縦長Ｌを設定した、請求項１〜７のいずれか１項に記載の露光装置。
   
   ｗ＝β・Ｗ・（ｃｏｓθ／ｓｉｎ（θ−α））…（１）
   ｌ＝β・Ｌ…（２）
   
   但し、βは前記投影光学系のレンズ倍率、θは前記光路変更手段により光路変更された光の角度、αは垂直を基準にした前記側面の傾斜角である。
9. 露光対象物の側面のレジスト膜を露光するための露光方法であって、
   前記側面と交差する方向に光路変更手段を設け、前記光路変更手段によって露光光の光路を変更し、前記露光対象物の側面のレジスト膜を露光することを特徴とする露光方法。
10. 前記光路変更手段が、前記露光対象物の側面に連続する底面上に形成された反射型の回折格子パターンであり、前記回折格子パターンが、前記露光光に含まれる所定の波長の光を所定の回折次数の角度で回折させるピッチで形成された、請求項９に記載の露光方法。
11. 請求項１〜８のいずれか１項に記載された露光装置により側面をパターニングした、前記露光対象物としてのマイクロデバイス。
12. 請求項９又は１０に記載された露光方法により側面をパターニングした、前記露光対象物としてのマイクロデバイス。