JP2020060690A - 光照射方法、機能素子の製造方法および光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大型化することなく、サブμｍオーダーからμｍオーダーまでの間の所望のピッチを有するパターン光を、短いタクトタイムで精度良く照射することができる光照射方法、機能素子の製造方法および光照射装置を提供する。【解決手段】光照射方法は、３００ｎｍ以下の波長の光を出力するコヒーレントな光源からの出力光を波面整形後に２以上に分岐させ、分岐した出力光を２０°以下の干渉角度で交差させて干渉光を発生させる工程と、基板を干渉光に対して連続して搬送させながら、干渉光を基板に照射する工程と、を含む。【選択図】 図１

Description

本発明は、微細パターンを基板上に実現するための光照射方法、機能素子の製造方法および光照射装置に関する。

従来、露光技術として、コンタクト露光、ステッパ、直描露光といった露光技術が知られている。しかしながら、これらの代表的な露光技術は、焦点深度が小さいという共通点を持ち、対象とするワークは平面に限られる。
一方、焦点深度の大きい露光方法として、干渉露光が知られている。例えば特許文献１には、分岐させた２本のレーザービームを所定の干渉角度で交差させて干渉光（干渉縞）を発生させ、当該干渉光を基板に照射する二光束干渉露光方法が開示されている。この特許文献１に記載の技術は、ステージをステップ的に駆動し、複数回の露光をワーク上においてオーバーラップ（重ね合わせ露光）させることで、ワークのある範囲で露光強度分布が一定となるようにする技術である。ここでは、複数回の露光において干渉縞同士が重なり合うように各露光内の干渉縞を走査制御している。

特許第４５１４３１７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、長尺範囲の均一露光が可能ではあるが、ワークをステップ的に搬送しながら小区画ずつ露光するため、タクトタイムが長くなる。また、二光束干渉露光方法は、通常、レーザービームと同程度のピッチ或いはそれ以下のサブミクロンオーダー（サブμｍオーダー）のピッチを有する干渉光を発生させ、その干渉光を基板に照射する方法であり、当該ピッチを、例えばミクロンオーダー（μｍオーダー）まで広げた干渉光を照射する点については考慮されていない。

ここで、従来の露光装置の構成について説明する。
図６は、従来の露光装置１００の概略構成図の一例である。この図６に示す露光装置１００は、コヒーレント光源の出力光をビームスプリッタ１０１によって２つに分岐し、これらの光をそれぞれミラー１０２ａ、１０２ｂによって反射する。そして、反射された光をそれぞれ集光レンズ１０３ａ、１０３ｂで集光した後、ピンホール１０４ａ、１０４ｂを通し、さらにコリメートレンズ１０５ａ、１０５ｂによってコリメートし、所定の干渉角度θで交差させて干渉光を発生させ、ワークＷに照射する。

分岐した２つのビームを干渉させてストライプ状の干渉縞を形成する場合、干渉縞のピッチｐは、λ／（２ｎ・ｓｉｎθ）で表すことができる。すなわち、ピッチｐを大きくしたい場合には、光源の出力光の波長λを大きくするか、干渉角度θを小さくする必要がある。
干渉角度θを小さくするためには、２本の分岐ビームのなす角（２θ）を小さくする必要がある。しかしながら、従来の露光装置１００は、ワークＷの直上にスペイシャルフィルタ（ピンホール集光系）を構築している。このスペイシャルフィルタは、集光レンズ（１０３ａ、１０３ｂ）とピンホール（１０４ａ、１０４ｂ）とによって構成され、有限の大きさを持つ。スペイシャルフィルタは、ビームの波面からノイズを取り除くために必要な素子であり、このスペイシャルフィルタが無いと、ビームの波面にノイズが残り、露光した際にノイズがそのまま転写されてしまうことから、二光束干渉露光では必須の素子であると考えられている。

図６に示すように、スペイシャルフィルタは、２つの分岐ビームそれぞれに対応して設けられる。
したがって、干渉角度θを小さくしていくと、図７に示すように、２つのスペイシャルフィルタ同士、あるいは一方のスペイシャルフィルタと他方の分岐ビームとが互いに干渉してしまい、干渉角度θは、ある大きさ（例えば３０°程度）よりも小さくすることができない。このように、干渉角度θには下限がある。従来の露光装置１００においては、レーザービームと同程度のピッチ或いはそれ以下のピッチを実現することが一般的であり、干渉角度θは３０°以上に設定される。具体的には、干渉角度θの実用的な範囲は、３０°〜６０°程度の範囲となる。

従来の露光装置１００において、図８に示すように、スペイシャルフィルタからワークＷまでの距離を長くとれば、上述したスペイシャルフィルタ同士、あるいはスペイシャルフィルタと分岐ビームとの干渉を生じさせずに、干渉角度θを小さくすることが可能である。しかしながら、この場合、装置の大型化を招く。また、光路長が長くなるため、干渉光の干渉縞が不安定となるといった問題も発生する。

そこで、本発明は、装置を大型化することなく、サブμｍオーダーからμｍオーダーまでの間の所望のピッチを有するパターン光を、短いタクトタイムで精度良く照射することができる光照射方法、機能素子の製造方法および光照射装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る光照射方法の一態様は、３００ｎｍ以下の波長の光を出力するコヒーレントな光源からの出力光を波面整形後に２以上に分岐させ、分岐した前記出力光を２０°以下の干渉角度で交差させて干渉光を発生させる工程と、基板を前記干渉光に対して連続して搬送させながら、前記干渉光を前記基板に照射する工程と、を含む。

これにより、例えばμｍオーダーまでピッチを広げた干渉光（干渉縞）を発生させ、基板に照射することができる。また、基板を干渉光に対して連続して搬送させながら、当該干渉光を基板に照射するので、高速で大面積に干渉光を照射することができるとともに、乱れのない周期的な光強度分布を得ることができる。さらに、波面整形後の光を２以上に分岐させ、上記の干渉角度を交差させて干渉光を発生させるため、従来の二光束干渉露光方法のように、基板の直上で波面整形する必要がない。したがって、従来の二光束干渉露光方法において干渉角度を小さくした場合に生じる光路長の増大、それに伴う装置大型化の問題が生じない。すなわち、光路長を短く維持したまま干渉角度を小さくすることができ、装置の小型化を実現することができる。

また、本発明に係る機能素子の製造方法の一態様は、表面に機能材料層を有する機能素子基板を準備する工程と、３００ｎｍ以下の波長の光を出力するコヒーレントな光源からの出力光を波面整形後に２以上に分岐させ、分岐した前記出力光を２０°以下の干渉角度で交差させて干渉光を発生させる工程と、前記機能素子基板を前記干渉光に対して連続して搬送させながら、前記干渉光を前記機能材料層に照射して、当該機能材料層に前記干渉光の干渉縞に従った物性を付与し、または形状を形成する工程と、を含む。

これにより、例えばμｍオーダーまでピッチを広げた干渉光（干渉縞）を発生させ、機能素子基板の機能材料層に照射することができる。したがって、適切に当該干渉縞に従った物性を付与し、または形状を形成することができる。また、機能素子基板を干渉光に対して連続して搬送させながら、当該干渉光を機能材料層に照射するので、高速で大面積に干渉光を照射することができるとともに、乱れのない周期的な光強度分布を得ることができる。さらに、波面整形後の光を２以上に分岐させ、上記の干渉角度を交差させて干渉光を発生させるため、従来の二光束干渉露光方法のように、機能材料層の直上で波面整形する必要がない。したがって、従来の二光束干渉露光方法において干渉角度を小さくした場合に生じる光路長の増大、それに伴う装置大型化の問題が生じない。すなわち、光路長を短く維持したまま干渉角度を小さくすることができ、装置の小型化を実現することができる。

さらに、本発明に係る機能素子の製造方法の一態様は、基板上に機能材料層を有する機能素子基板を準備する工程と、前記機能材料層上に感光性材料層を形成する工程と、３００ｎｍ以下の波長の光を出力するコヒーレントな光源からの出力光を波面整形後に２以上に分岐させ、分岐した前記出力光を２０°以下の干渉角度で交差させて干渉光を発生させる工程と、前記機能素子基板を前記干渉光に対して連続して搬送させながら、前記干渉光を前記感光性材料層に照射して、当該感光性材料層を露光する工程と、前記露光後の前記感光性材料層における前記干渉光の照射領域若しくは非照射領域を除去して、前記感光性材料層に前記干渉光の干渉縞に対応する形状を形成する工程と、前記現像後の前記感光性材料層の形状に従って、前記機能材料層をエッチングにより除去し、前記基板上に微細周期構造体を形成する工程と、を含む。

これにより、例えばμｍオーダーまでピッチを広げた干渉光（干渉縞）を発生させ、機能素子基板上の感光性材料層に照射して当該感光性材料層を露光することができる。そして、現像工程、エッチング工程を経ることにより、ミクロンオーダーのピッチを有する微細周期構造体を基板上に形成することができる。また、機能素子基板を干渉光に対して連続して搬送させながら、当該干渉光を感光性材料層に照射するので、高速で大面積に干渉光を照射することができるとともに、乱れのない周期的な露光強度分布を得ることができる。さらに、波面整形後の光を２以上に分岐させ、上記の干渉角度を交差させて干渉光を発生させるため、従来の二光束干渉露光方法のように、機能素子基板の直上で波面整形する必要がない。したがって、従来の二光束干渉露光方法において干渉角度を小さくした場合に生じる光路長の増大、それに伴う装置大型化の問題が生じない。すなわち、光路長を短く維持したまま干渉角度を小さくすることができ、装置の小型化を実現することができる。

また、上記の機能素子の製造方法において、前記波面整形をスペイシャルフィルタによって行ってもよい。この場合、比較的簡易な構成で、ビームの波面から適切にノイズを取り除くことができる。
さらに、上記の機能素子の製造方法において、前記干渉光を発生させる工程では、前記スペイシャルフィルタにより波面整形した前記出力光を２以上に分岐させ、分岐した前記出力光を、ミラー素子の組み合わせにより２０°以下の干渉角度で交差させてもよい。このように、分岐した光をミラー素子の組み合わせにより所望の角度で交差させるので、干渉角度を例えば数度まで小さくすることができるなど、自由度が高い。

さらに、上記の機能素子の製造方法において、前記微細周期構造体は、互いに平行に伸びる多数の線状部を有し、隣り合う前記線状部の間のピッチが０．５μｍ以上であってもよい。このように、光源から出射される光の波長よりも大きいピッチを容易に実現することができる。
また、上記の機能素子の製造方法において、前記ピッチが１μｍ以上であってもよい。このように、ミクロンオーダーのピッチを容易に実現することができる。

また、本発明に係る光照射装置の一態様は、３００ｎｍ以下の波長の光を出力するコヒーレントな光源と、前記光源からの出力光を２以上に分岐させ、分岐した前記出力光を波面整形後に２０°以下の干渉角度で交差させて干渉光を発生させる干渉光学系と、前記干渉光が照射される基板が載置され、当該基板を前記干渉光に対して搬送するステージと、前記基板を前記干渉光に対して連続して搬送させながら、前記干渉光を前記基板に照射するよう、前記光源および前記ステージを制御する制御部と、を備える。
これにより、例えばμｍオーダーまでピッチを広げた干渉光（干渉縞）を発生させ、基板に照射することができる。また、基板を干渉光に対して連続して搬送させながら、当該干渉光を基板に照射するので、高速で大面積に干渉光を照射することができるとともに、乱れのない周期的な光強度分布を得ることができる。さらに、波面整形後の光を２以上に分岐させ、上記の干渉角度を交差させて干渉光を発生させるため、従来の二光束干渉露光を行う装置のように、基板の直上にスペイシャルフィルタを配置して波面整形する必要がない。したがって、従来装置において干渉角度を小さくした場合に生じる光路長の増大、それに伴う装置大型化の問題が生じない。すなわち、光路長を短く維持したまま干渉角度を小さくすることができ、装置の小型化を実現することができる。

また、上記の光照射装置において、前記干渉光学系は、前記光源の出力光を波面整形するスペイシャルフィルタを含む光整形素子と、前記光整形素子により整形された前記出力光を２以上に分岐する光分岐素子と、前記光分岐素子により分岐されたそれぞれの前記出力光を前記干渉角度で交差させるべく、当該分岐されたそれぞれの前記出力光を前記基板へ向けて偏向するミラー素子と、を備えてもよい。
このように、光整形素子を光分岐素子の前段に配置し、基板の直上には配置しない構成とすることで、光路長を短く維持したまま干渉角度を例えば数度まで小さくすること可能となる。したがって、装置の小型化を実現することができる。

さらに、上記の光照射装置において、前記ミラー素子は、前記干渉角度を調整可能な角度可変ミラーを含んでもよい。この場合、干渉角度を所望の角度に調整することができるので、干渉光のピッチを自在に変更することができ、様々な用途に適用することができる。
また、上記の光照射装置において、前記干渉光学系は、マッハツェンダ干渉計、マイケルソン干渉計およびフィゾー干渉計のいずれかを含んでもよい。これにより、比較的容易に所望のピッチを実現することが可能となる。
また、本発明に係る機能素子の一態様は、上記のいずれかの機能素子の製造方法により製造する。これにより、サブμｍオーダーからμｍオーダーまでの間の所望のピッチを有する高精度なパターンが形成された機能素子とすることができる。

本発明によれば、装置を大型化することなく、サブμｍオーダーからμｍオーダーまでの間の所望のピッチを有するパターン光を、短いタクトタイムで精度良く照射することができる。

本実施形態の光照射装置（露光装置）を示す概略構成図である。 ワークに照射される干渉光の干渉縞の一例である。 ウェハへの露光方法の一例である。 ９０°配向時のドットパターニングを示す図である。 １２０°配向時のドットパターニングを示す図である。 従来の露光装置の一例である。 従来の露光装置の干渉角度変更時を示す図である。 従来の露光装置の干渉角度を下限に近づけた状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の光照射装置（露光装置）１を示す概略構成図である。
露光装置１は、光源２と、干渉光学系１０と、を備える。光源２は、３００ｎｍ以下の波長の光を出力するコヒーレントな光源である。干渉光学系１０は、光源２からの出力光を２以上に分岐させ、分岐した出力光を２０°以下の干渉角度で交差させて干渉光を発生させる。
また、露光装置１は、ステージ１１と、吸着盤１２と、コントローラ（制御部）２０と、ステージ駆動回路２１と、を備える。ステージ１１は、干渉光が照射されるワークＷを載置し、ワークＷを干渉光に対して搬送する。コントローラ２０は、ワークＷを干渉光に対して連続して搬送させながら干渉光をワークＷに照射するよう、光源２およびステージ１１を制御する。

ここで、干渉光学系１０は、光源２の出力光を波面整形するスペイシャルフィルタ４を含む光整形素子と、光整形素子により整形された出力光を２以上に分岐する光分岐素子と、光分岐素子により分岐されたそれぞれの光を２０°以下の干渉角度で交差させるべく、当該分岐されたそれぞれの光を基板へ向けて偏向するミラー素子と、を備える。
具体的には、干渉光学系１０は、図１に示すように、ビームエキスパンダ３と、スペイシャルフィルタ４と、コリメートレンズ５と、ビーム分岐素子６と、固定ミラー７と、可変ミラー８と、ハーフミラー９と、を備える。ここで、スペイシャルフィルタ４は、集光レンズ４ａと、ピンホール４ｂを、を備える。図１において、ビームエキスパンダ３、スペイシャルフィルタ４およびコリメートレンズ５が光整形素子に対応し、ビーム分岐素子６が光分岐素子に対応し、固定ミラー７、可変ミラー８およびハーフミラー９がミラー素子に対応している。

本実施形態において、干渉光学系１０は、マッハツェンダ干渉計の構成を利用している。
つまり、露光装置１は、ビーム分岐素子６の前段にスペイシャルフィルタ４を配置し、光源２からの出力光をスペイシャルフィルタ４により波面整形した後にビーム分岐素子６によって２以上に分岐させ、分岐した出力光をミラー素子の組み合わせにより２０°以下の干渉角度で交差させ、干渉光を発生する。

このように、本実施形態における露光装置１は、ビーム分岐素子６の前段にスペイシャルフィルタ４を有し、ワークＷの直上にはスペイシャルフィルタが設けられていない。
スペイシャルフィルタは、ビームの波面からノイズを取り除くために必要な素子であり、集光レンズとピンホールとによって構成される。このスペイシャルフィルタがワークＷの直上に無いと、ビームの波面にノイズが残り、露光した際にノイズがそのまま転写されてしまうことから、二光束干渉露光では必須の素子であると考えられている。
本実施形態では、ワークＷの直上にスペイシャルフィルタが設けられていないため、波面ノイズ等の影響を受け、露光パターンが乱れるおそれがある。

図２は、ワークＷに照射される干渉光の一例である。ワークＷの直上にスペイシャルフィルタを設けていない場合、この図２に示すように、乱れのない所望の干渉縞Ｎ０の他に、ミラー等の汚れによる波面ノイズの影響を受けて乱れた干渉縞Ｎ１や、不要な干渉縞Ｎ２が生じる場合がある。このような干渉縞の乱れは、結果として微細周期構造体の線状部に欠陥やバラツキにつながる。
そこで、本実施形態における露光装置１は、ワークＷを干渉光に対して連続して搬送させながら干渉光をワークＷに照射する。これにより、ワークＷの直上にスペイシャルフィルタが設けられていなくても、ワークＷ上では乱れのない周期的な露光強度分布を得ることができ、微細周期構造体の線状部における欠陥やバラツキを抑制することができる。露光装置１における露光方法については、後で詳述する。

以下、露光装置１が備える各部の構成について、具体的に説明する。
光源２は、３００ｎｍ以下の波長のコヒーレント光を出射するコヒーレント光源であり、例えば、波長λが２６６ｎｍのレーザー光を出射する半導体励起固体レーザーとすることができる。光源２が出射したレーザー光Ｂ０は、ビームエキスパンダ３によってそのビーム径が拡大され、スペイシャルフィルタ４によってビーム波面の乱れを取り除く波面整形が施された後、コリメートレンズ５によってコリメートされる。
ビーム分岐素子６は、１本のレーザー光を分岐して２本のレーザー光Ｂ１、Ｂ２を生成する。このビーム分岐素子６は、例えばハーフミラーとすることができる。ビーム分岐素子６により生成された２本のレーザー光Ｂ１、Ｂ２は、それぞれ固定ミラー７、可変ミラー８によって折り返され、ハーフミラー９に入射する。

固定ミラー７によって折り返されてハーフミラー９に入射したレーザー光は、ハーフミラー９を通過してレーザー光Ｂ３となる。また、可変ミラー８によって折り返されてハーフミラー９に入射したレーザー光は、ハーフミラー９によって反射されてレーザー光Ｂ４となる。そして、これら２本のレーザー光Ｂ３、Ｂ４は、所定の交差角度（２θ）で交差される。これにより、ワーク（基板）Ｗの上部で二つのレーザー光Ｂ３、Ｂ４の干渉による干渉縞が発生する。露光装置１は、この干渉光をワークＷの光照射面に露光光として照射する。すなわち、露光装置１は、１回の露光でワークＷ上にストライプ状のラインアンドスペースの干渉縞を転写する。

ここで、干渉縞における隣接するライン間のピッチｐは、２本のビームのなす角である交差角度２θによって可変である。具体的には、ピッチｐは、干渉角度θ、光源２の出力光の波長λおよび露光環境の屈折率ｎに依存し、ｐ＝λ／（２ｎ・ｓｉｎθ）の関係式が成り立つ。なお、屈折率ｎは、空気中での露光の場合、ｎ＝１である。
本実施形態では、光源２の波長λを３００ｎｍ以下、干渉角度θを２０°以下（０＜θ≦２０°）とし、露光装置１は、ピッチｐが０．５μｍ以上、好ましくは１μｍ以上であるストライプ状の干渉縞を形成する。なお、可変ミラー８は、光入射面の角度を調整可能な角度可変ミラーとすることができ、干渉角度θは、可変ミラー８の光入射面の角度を調整することで、自在に調整することができる。

ワークＷは、ステージ１１に設けられた吸着盤１２上に固定可能である。ここで、ワークＷは、例えば、基板の表面に機能材料層が設けられた機能素子基板上に、感光性材料層（例えば、フォトレジスト等）が形成された基板とすることができる。また、ワークＷは、表面に感光性材料層が形成された基板であってもよい。
例えば、基板に塗布された感光性材料層であるレジストが、光照射部分が現像液に溶解するポジ型である場合、干渉光によって露光し現像することにより、光照射されていない箇所が残存したレジストパターンを得ることができる。一方、レジストが、光照射部分が架橋して現像液に溶解しなくなるネガ型である場合には、干渉光によって露光し現像することにより、光照射された箇所が現像後に残存したレジストパターンを得ることができる。

ステージ１１は、ワークＷ面に対してＸＹ方向に移動する自由度を有しており、コントローラ２０は、ステージ駆動回路２１を駆動制御することで、ステージ１１をＸＹ方向に移動することが可能である。すなわち、ワークＷは、ステージ１１がＸＹ方向に移動されることでＸＹ方向に移動する。ここで、Ｘ方向とは図１の左右方向であり、Ｙ方向とは図１の紙面垂直方向である。

なお、特に図示しないが、例えば光源２とビームエキスパンダ３との間にはシャッターが配置されていてもよい。このシャッターは、レーザー光出射のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。シャッターの開閉は、コントローラ２０が制御することができる。
また、可変ミラー８は、光入射面の角度のほか、取付位置が可変であってよい。可変ミラー８の角度および取付位置の少なくとも一方を変化させることにより、干渉角度θを所望の角度に調整することができ、干渉縞のピッチを自在に調整することができる。
さらに、露光装置１においては、ハーフミラー９を通過、ないしハーフミラー９により分岐したビームの一部は、ワークＷには照射されないため、このビームを受けるためのダンパを設けてもよい。

さらに、本実施形態では、露光装置１において、ワークＷの直上に、ビームを成形するためのマスクを配置してもよい。マスクは、例えば矩形状の開口部（光透過部）を有する遮光部材により構成することができる。ここで、光透過部の形状は、任意の形状とすることができる。また、このマスクは、ワークＷに対して所定のギャップを設けて配置することができる。この場合、ステージ１１および吸着盤１２にギャップセンサを埋め込み、当該ギャップセンサによって吸着盤１２とマスクとの間の距離を測定するようにしてもよい。なお、当該マスクは、ギャップを設けずにワークＷ上に直接配置してもよい。また、マスクによってビームを成形せずに、そのままワークＷに照射してもよい。

次に、露光装置１における露光方法について説明する。
本実施形態では、露光装置１は、干渉縞と平行な第一方向には基板を干渉光に対して連続的に搬送するスキャン露光を行い、第一方向に略直交する第二方向には、複数回の露光において干渉縞の周期が一致するように、干渉光の照射領域の一部を重ね合わせる。
なお、本実施形態では、第一方向がＹ方向であり、第二方向がＸ方向である場合について説明する。

第一方向への露光を行う露光工程では、コントローラ２０は、ステージ１１を連続的に移動させながら、干渉光を照射する。つまり、コントローラ２０は、シャッターを開状態に制御したまま、ステージ１１を移動させる。
例えば図３に示すように、ワークＷの左下の位置から露光を開始し、先ず−Ｙ方向（図３の下方向）にワークＷを搬送して、干渉光の照射領域をワークＷに対して相対的に移動させながら一列目を露光する。すなわち、ワークＷの左下の位置から＋Ｙ方向（図３の上方向）に連続的に露光領域を移動し、ワークＷの左上の位置まで露光する。
なお、図３は、干渉光の照射領域をマスクによって矩形状に成形した場合の例を示している。

ワークＷの一列目を露光した後は、コントローラ２０は、一旦シャッターを閉状態に制御し、ワークＷを−Ｘ方向（図３の左方向）および−Ｙ方向に搬送し、干渉光の照射領域が二列目の上端に位置するようにする。そして、コントローラ２０は、シャッターを開状態に制御して、＋Ｙ方向（図３の上方向）にワークＷを搬送して、干渉光の照射領域をワークＷに対して相対的に移動させながら二列目を露光する。すなわち、二列目については、上端の位置から−Ｙ方向（図３の下方向）に連続的に露光領域を移動しながら露光する。このとき、Ｘ方向の各列の露光において、干渉光の照射領域同士を干渉縞の周期（ピッチ同士）が重なるように重ね合わせる。
以上の動作をワークＷのＸ方向左端から右端まで繰り返し、ワークＷ全体を露光する。これにより、ワークＷの全面に対して繋ぎ目のないシームレスな露光が可能となり、ワークＷ全体を精度良く露光することができる。

このように、基板上に微細周期構造体を有する機能素子を製造する際には、先ず、基板上に機能材料層を有する機能素子基板を準備し、機能材料層上に感光性材料層を形成する。次に、３００ｎｍ以下の波長の光を出力するコヒーレントな光源からの出力光を２以上に分岐させ、分岐した前記出力光を２０°以下の干渉角度θで交差させて干渉光を発生させる。このとき、上記干渉光を発生させる工程では、スペイシャルフィルタにより波面整形した出力光を２以上に分岐させ、分岐した出力光をミラー素子の組み合わせにより２０°以下の干渉角度θで交差させる。
そして、機能素子基板を干渉光に対して連続して搬送させながら、干渉光を感光性材料層に照射して、当該感光性材料層を露光する。また、露光後の感光性材料層における干渉光の照射領域若しくは非照射領域を除去して、感光性材料層に干渉光の干渉縞に対応する形状を形成する。次に、現像後の感光性材料層の形状に従って、機能材料層をエッチングにより除去し、基板上に微細周期構造体を形成する。

このとき形成される微細周期構造体は、互いに平行に伸びる多数の線状部を有する。また、隣り合う線状部の間のピッチｐは、光源からの出力光の波長λと干渉角度θとによって決まる。例えば、波長λ＝２６６ｎｍの光を出射する光源を用いて、干渉角度θ≦１５°とした場合、ピッチｐ≧５１４ｎｍが得られる。このように、０．５μｍ以上のピッチｐを実現することができる。また、例えば、波長λ＝２６６ｎｍの光を出射する光源を用いて、干渉角度θ≦７°とした場合、ピッチｐ≧１０９１ｎｍが得られる。このように、１μｍ以上のピッチを実現することができる。

以上説明したように、露光装置１は、波長３００ｎｍ以下の光を波面整形後に２以上に分岐し、２０°以下の干渉角度θで交差させて発生させた干渉光を用いて干渉露光を行う。したがって、露光装置１は、干渉光のピッチとして、サブμｍオーダーからμｍオーダーまでのピッチを実現することができ、隣り合う線状部の間のピッチが０．５μｍ以上、好ましくは１μｍ以上である微細周期構造体を容易に製造することができる。

本実施形態では、スペイシャルフィルタ４をワークＷの直上に配置せずに、ビーム分岐素子６の前段に配置し、波面整形後の光をワークＷ上において２０°以下の小さい干渉角度θで交差させ干渉光を発生させる構成としている。具体的には、コヒーレントな光を波面整形後に２以上に分岐させ所定の干渉角度θで干渉縞を発生させ、干渉光を発生させるための干渉光学系１０として、マッハツェンダ干渉系の構成を利用する。これにより、干渉角度θの下限値を撤廃することができ、干渉角度θを従来と比較して大幅に小さくすることが可能となる。
従来の二光束干渉露光方法では、スペイシャルフィルタを、ワークの直上で交差するそれぞれの光路上に配置する。そのため、干渉角度θを小さくしていくと、２つのスペイシャルフィルタ同士が物理的に干渉、あるいは一方のスペイシャルフィルタと他方の分岐ビームとが互いに干渉してしまい、干渉角度θは、ある大きさよりも小さくすることができない。このように、従来の二光束干渉露光方法は、スペイシャルフィルタ同士の配置上の制約によって干渉角度θの下限値（３０°程度）が存在する。

これに対して本実施形態では、スペイシャルフィルタ４をワークＷの直上に配置せずに、ビーム分岐素子６の前段に配置する。スペイシャルフィルタ４は、ビーム分岐前の光路上に１つのみ配置するため、干渉角度θを小さくしても従来の二光束干渉露光方法のようなスペイシャルフィルタ同士の物理的な干渉は生じない。したがって、本実施形態では、従来の二光束干渉露光方法では実現が不可能であった干渉角度θの下限値の撤廃を実現することができ、干渉角度θを従来と比較して大幅に小さくすることが可能となる。例えば、干渉角度θを１５°未満に設定することも容易である。したがって、コヒーレントな光源として波長λが３００ｎｍ以下の光を出射する光源を使用した場合であっても、０．５μｍ以上のピッチ、さらにはμｍオーダーのピッチを有する干渉縞を容易に形成することができる。

ここで、光源の波長λが３００ｎｍ未満である意義について説明する。
例えば波長λ＝５３２ｎｍのレーザー光を出射する光源を用いれば、干渉角度θ＝３０°としても０．５μｍ以上のピッチを実現することができる。しかしながら、フォトレジストなどの感光性材料を対象ワークとする場合、フォトレジストを構成する樹脂材料として紫外波長域の吸収が高いものが多いことから、光源としては紫外帯域のレーザーを用いる必要がある。したがって、波長λは２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度のものを採用することになる。このように、波長λには上限がある。
すなわち、従来の二光束干渉露光により作製可能な干渉縞のピッチは、干渉角度θの下限値および波長λの上限値の存在により、概ね０．５μｍ未満ということになる。

本実施形態では、上述したように干渉角度θの下限値の撤廃が可能であり、干渉角度θを例えば数度まで小さくすることも可能である。そのため、仮に波長λに上限値が存在する場合であっても、０．５μｍ以上のピッチ、さらにはμｍオーダーのピッチを有する干渉縞を容易に形成することができる。つまり、フォトレジストなどの感光性材料を対象ワークとし、光源からの出力光の波長λが２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度に制限される場合であっても、０．５μｍ以上のピッチ、さらにはμｍオーダーのピッチを有する干渉縞を容易に形成することができる。

さらに、従来の二光束干渉露光方法では、上記の干渉を生じさせずに干渉角度θを小さくするためには、スペイシャルフィルタからワークＷまでの距離を長くとるしかない。しかしながら、この場合、装置の大型化を招く。また、光路長が長くなるため、干渉光の干渉縞が不安定となるといった問題も発生する。
これに対して、本実施形態では、上述したように従来の二光束干渉露光方法のようなスペイシャルフィルタ同士の物理的な干渉は生じないため、当該干渉を回避するために、光路長を長くする必要もない。つまり、光路長を短く維持したまま干渉角度θを小さくすることができる。したがって、装置の小型化を実現することができる。

また、本実施形態における露光装置１は、上述したように、スキャン露光方式を採用して露光を行う。したがって、ワークＷの直上にスペイシャルフィルタが設けられていなくても、ワークＷ上では乱れのない周期的な露光強度分布を得ることができ、微細周期構造体の線状部における欠陥やバラツキを抑制することができる。また、露光装置１は、スキャン露光方式を採用することで、大面積を高速で露光することができる。このように、露光装置１は、大面積の基板に対して高速でシームレスな露光を精度良く行うことができる。

このように、本実施形態では、例えばマッハツェンダ干渉計の構成を利用した干渉光学系１０を利用して干渉光を発生させるため、従来の二光束干渉露光方法のようなスペイシャルフィルタ同士の干渉、および当該干渉を回避するための光路長の増大を招くことなく、干渉角度θを小さくすることができる。したがって、サブμｍオーダーからμｍオーダーまでの所望の干渉縞のピッチを容易に実現することができる。また、本実施形態では、上記の干渉光学系１０に高精度のステージを組み合わせて、干渉縞の方向と同一方向について、ステージを連続的に移動させながら干渉光を照射するスキャン露光を行う。したがって、本実施形態における干渉光学系１０のようにスペイシャルフィルタをワークＷの直上に配置しない場合でも、ワークＷ上に乱れのない周期的な露光強度分布を得ることができ、露光パターンの品質を向上させることができる。

以上のように、本実施形態では、干渉光のピッチとして、サブμｍオーダーからμｍオーダーまでのピッチを１つの光学系で容易に実現することができる。また、上記のオーダーのピッチを有するパターン光を、大面積に、シームレスに、短いタクトタイムで、ワーク平坦度に依存することなく照射することができる。
本実施形態における光照射方法は、例えば、回折格子、フォトマスク、ナノインプリントのモールド、ＬＥＤのＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）基板等の製造方法に適用することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態では、ストライプ状の干渉光を基板に照射する場合について説明した。第２の実施形態では、格子状の干渉光を基板に照射する場合について説明する。
本実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、干渉縞が延在する第一方向においてスキャン露光を行い、干渉縞が延在する方向と略直交する第二方向において重ね合わせ露光を行う。そして、本実施形態では、ワークＷに対して複数回（２回）露光を行う。その際、１回目の露光では、上述したようにＹ方向のストライプ状の干渉縞となる干渉光をワークＷ全体に照射する。そして、２回目の露光では、１回目の干渉光に対して干渉縞を所定角度回転させてワークＷ全体に照射する。

配向角度を９０°とした場合、図４に示すように、ワークＷの全面に格子状のパターンを形成することができる。例えば、基板に塗布された感光性材料層（レジスト等）が、光照射部分が現像液に溶解するポジ型である場合は、上記の露光方法を用いて露光することにより、格子状に光照射された箇所が溶解して、四角柱または円柱が残存したレジストパターンを得ることができる。この場合、四角柱状または円柱状の微細パターン（ドットパターン）は正方配列で配列される。一方、感光性材料層が、光照射部分が架橋して現像液に溶解しなくなるネガ型である場合は、この露光方法を用いて露光することにより、格子状に光照射された箇所が現像後に残存し、四角や丸等の形状の凹部を有するパターンを形成することができる。

なお、配向角度δは９０°に限定されるものではなく、０°＜δ≦９０°の範囲内で任意に設定可能である。当該配向角度を変化させることで、ワークＷに照射する干渉光の形状を変化させることができる。例えば、配向角度は１２０°であってもよい。この場合、図５に示すように、１回目の露光と２回目の露光とで干渉縞の長手方向が１２０°交差し、ドットパターンはＸＹ平面図において略楕円となる。そして、楕円柱状のドットパターンは、三方配列で配列される。
なお、２回目以降の露光を行う際には、干渉光を回転させてもよいし、ワークＷを保持するステージ１１を回転させてもよい。ステージ１１を回転させる方法の方が、容易に複数回干渉露光を実現することができ好ましい。

以上のように、ワークＷに対して２回の露光を行うことで、つなぎ目のないドットパターンもしくはホールパターンを作製することが可能となる。
本実施形態における光照射方法は、例えば、マイクロレンズアレイ等の製造方法に適用することができる。

（変形例）
上記各実施形態においては、露光装置１が有する干渉光学系１０の構成として、マッハツェンダ干渉計の構成を利用する場合について説明した。しかしながら、干渉光学系１０は、スペイシャルフィルタにより波面整形した光源からの出力光を２以上に分岐させ、分岐した出力光をミラー素子の組み合わせにより２０°以下の干渉角度で交差可能な構成であればよい。つまり、ビーム分岐素子の前段にスペイシャルフィルタが配置された構成であればよく、例えば、マイケルソン干渉計やトワイマン・グリーン干渉計、フィゾー干渉計の構成を利用することもできる。

また、上記各実施形態においては、干渉露光工程、現像工程およびエッチング工程を経て、基板上に微細周期構造体を形成する場合について説明した。しかしながら、ワークＷは、表面に感光性材料層が形成された基板に限定されない。例えば、表面に機能材料層を有する機能素子基板を準備し、干渉光を機能材料層に照射して、当該機能材料層に干渉光の干渉縞に従った物性を付与し、または形状を形成するようにしてもよい。この場合、例えば、ファイバブラッググレーティング（以下、ＦＢＧ）のような屈折率の周期構造を製造したり、高出力パルスレーザーによるレーザーアブレーションを利用して、干渉光の干渉縞に対応する形状を直接、機能材料層に加工したり、光硬化性樹脂を露光し、硬化させて、干渉光の干渉縞に対応する形状の微細構造を得るようにしたりすることができる。

さらに、上記各実施形態においては、二光束干渉露光について説明したが、ビームを３以上に分岐させ、それらを一度に基板へと照射する、所謂多光束干渉露光を採用してもよい。ビームの分岐手段には、例えば、レーザーを複数のビームに分岐させる回折光学素子を用いることができる。例えば、ビームを４分岐させて、分岐ビームと基板の法線がなす４つの面が９０°ずつ配向し、かつ、基板に入射する際に向かい合う２つの分岐ビームがなす角度が所定の干渉角度となるように、光学部品を配置すれば、２つのビームの干渉縞を９０°回転させて重畳させる方法と同様の結果を得ることができる。

また、上記各実施形態においては、干渉縞に直交する第二方向について、重ね合わせ露光を行う場合について説明したが、第二方向の露光方法については、一切制約はない。例えば、矩形アパーチャ等を用いてビーム中央のみをワークＷに照射させるようにし、ステップ＆リピート方式によりパターン列を隙間なく並べて露光してもよい。ただし、重ね合わせ露光を行う方が、シームレスな露光が可能となるため好ましい。

１…露光装置（光照射装置）、２…光源、３…ビームエキスパンダ、４…スペイシャルフィルタ、４ａ…集光レンズ４ａ、４ｂ…ピンホール、５…コリメートレンズ、６…ビーム分岐素子、７…固定ミラー、８…可変ミラー、９…ハーフミラー、１０…干渉光学系、１１…ステージ、１２…吸着盤、２０…コントローラ（制御部）、２１…ステージ駆動回路、Ｗ…ワーク

Claims (12)

1. ３００ｎｍ以下の波長の光を出力するコヒーレントな光源からの出力光を波面整形後に２以上に分岐させ、分岐した前記出力光を２０°以下の干渉角度で交差させて干渉光を発生させる工程と、
   基板を前記干渉光に対して連続して搬送させながら、前記干渉光を前記基板に照射する工程と、を含むことを特徴とする光照射方法。
2. 表面に機能材料層を有する機能素子基板を準備する工程と、
   ３００ｎｍ以下の波長の光を出力するコヒーレントな光源からの出力光を波面整形後に２以上に分岐させ、分岐した前記出力光を２０°以下の干渉角度で交差させて干渉光を発生させる工程と、
   前記機能素子基板を前記干渉光に対して連続して搬送させながら、前記干渉光を前記機能材料層に照射して、当該機能材料層に前記干渉光の干渉縞に従った物性を付与し、または形状を形成する工程と、を含むことを特徴とする機能素子の製造方法。
3. 基板上に機能材料層を有する機能素子基板を準備する工程と、
   前記機能材料層上に感光性材料層を形成する工程と、
   ３００ｎｍ以下の波長の光を出力するコヒーレントな光源からの出力光を波面整形後に２以上に分岐させ、分岐した前記出力光を２０°以下の干渉角度で交差させて干渉光を発生させる工程と、
   前記機能素子基板を前記干渉光に対して連続して搬送させながら、前記干渉光を前記感光性材料層に照射して、当該感光性材料層を露光する工程と、
   前記露光後の前記感光性材料層における前記干渉光の照射領域若しくは非照射領域を除去して、前記感光性材料層に前記干渉光の干渉縞に対応する形状を形成する工程と、
   前記現像後の前記感光性材料層の形状に従って、前記機能材料層をエッチングにより除去し、前記基板上に微細周期構造体を形成する工程と、を含むことを特徴とする機能素子の製造方法。
4. 前記波面整形をスペイシャルフィルタによって行うことを特徴とする請求項３に記載の機能素子の製造方法。
5. 前記干渉光を発生させる工程は、
   前記スペイシャルフィルタにより波面整形した前記出力光を２以上に分岐させ、分岐した前記出力光を、ミラー素子の組み合わせにより２０°以下の干渉角度で交差させることを特徴とする請求項４に記載の機能素子の製造方法。
6. 前記微細周期構造体は、互いに平行に伸びる多数の線状部を有し、隣り合う前記線状部の間のピッチが０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に機能素子の製造方法。
7. 前記ピッチが１μｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載の機能素子の製造方法。
8. ３００ｎｍ以下の波長の光を出力するコヒーレントな光源と、
   前記光源からの出力光を波面整形後に２以上に分岐させ、分岐した前記出力光を２０°以下の干渉角度で交差させて干渉光を発生させる干渉光学系と、
   前記干渉光が照射される基板が載置され、当該基板を前記干渉光に対して搬送するステージと、
   前記基板を前記干渉光に対して連続して搬送させながら、前記干渉光を前記基板に照射するよう、前記光源および前記ステージを制御する制御部と、を備えることを特徴とする光照射装置。
9. 前記干渉光学系は、
   前記光源の出力光を波面整形するスペイシャルフィルタを含む光整形素子と、
   前記光整形素子により整形された前記出力光を２以上に分岐する光分岐素子と、
   前記光分岐素子により分岐されたそれぞれの前記出力光を前記干渉角度で交差させるべく、当該分岐されたそれぞれの前記出力光を前記基板へ向けて偏向するミラー素子と、を備えることを特徴とする請求項８に記載の光照射装置。
10. 前記ミラー素子は、前記干渉角度を調整可能な角度可変ミラーを含むことを特徴とする請求項９に記載の光照射装置。
11. 前記干渉光学系は、マッハツェンダ干渉計、マイケルソン干渉計およびフィゾー干渉計のいずれかを含むことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の光照射装置。
12. 請求項２から７のいずれか１項に記載の機能素子の製造方法により製造されたことを特徴とする機能素子。

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