JP4219716B2 - 露光装置の露光方法、及び露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置に関するものである。より詳しくは、例えば、液晶ディスプレイの基板や一般の回路基板に光ビームを照射し、所定のパターン形状をパターニングする光ファイバアレイを用いた露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶ディスプレイや半導体集積回路の露光パターン形成に使用されるパターニング装置としては、所定のマスクパターンを基板上に投影する投影露光法を採用したパターニング装置が広く知られている。しかしながら、このようなパターニング装置の場合には、通常は１機種について高価なフォトマスクを複数枚必要とする。したがって、大量生産の場合には、１つ１つの製品にフォトマスク代を振り分ければそれほど大きな金額になることはないものの、近年のユーザの価値観の多様化に伴い製品仕様が多様化しており、少量多品種生産の場合には、フォトマスクの費用が製品の価格に直接はね返ってくることになる。また、従来のフォトマスクを用いる手法では、露光パターンの修正にはフォトマスクを作り直す必要があり、金銭的にも時間的にも膨大なコストがかかる。さらに、フォトマスクの設計には一定の期間を必要とするため、市場のニーズに迅速に対応することができない等の課題があった。
【０００３】
上記課題の解決策として、配線パターン等のＣＡＤデータに基づいて、フォトマスクを介することなく収束したレーザビームや電子ビーム等を基板に照射することにより露光を行う直描式のパターニング装置が提案されている。また、このようなパターニング装置として、レーザビーム等を基板の露光面まで導くために光ファイバアレイを用いる方式のパターニング装置としての投影露光装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
ここで、従来の投影露光装置が露光を行う方法について説明する。図９は、従来の投影露光装置の構成を示す断面図である。露光光源１０１から発する光束１０２を、光ファイバ群１０３に導入する。光ファイバ群１０３は途中で１本１本の光ファイバ素線１０４ａ・１０４ｂ…に分ける。各光ファイバ素線１０４ａ・１０４ｂ…の射出口には、それぞれ毎にシャッター１０５…を設ける。光ファイバ素線１０４ａ・１０４ｂ…から射出された前記シャッター１０５…を出た光束は、対応する位置に配列した別の光ファイバ素線１０６ａ・１０６ｂ…に入るようにする。投影光学系１０７により前記光ファイバ素線１０６ａ・１０６ｂ…の射出口端面１０８の光像が形成される位置またはその近傍に、被露光基板１０９の表面に形成した感光性材料１１０が位置するようにする。移動ステージおよび位置・角度制御用ステージ１１１の駆動を制御して光ファイバ素線１０６ａ・１０６ｂ…の射出口端面１０８及び投影光学系１０７と被露光基板１０９とを相対的に移動させると共に、この相対移動に伴ってシャッター１０５および光学要素を制御して光ファイバ素線１０６ａ・１０６ｂ…の射出端面１０８に明暗の分布を形成することで、被露光基板１０９における感光性材料１１０の所要の位置に当該射出口端面１０８の明暗分布に対応する所要の光の強弱分布を形成する。該感光性材料１１０は射出口端面１０８の明暗配列に対応する形で露光される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３１３２５１号公報（公開日：平成１３年１１月９日）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の投影露光装置は、高解像度かつ微細な露光パターンを形成するために、一般にステッパ等で用いられているような広視野および高開口数を有する投影光学系、すなわち光ファイバ素線から出射された光を集光し、感光性材料に照射する集光レンズを必要としている。上記特許文献１に記載の投影露光装置においては、光ファイバ素線１０６ａ・１０６ｂ…から出射された光束を投影光学系１０７によって集光し、感光性材料１１０上に結像している。
【０００７】
感光性材料上に結像する光束のスポット径が数μｍ〜サブμｍオーダーとなるように集光するためには、広視野および高開口数を有する集光レンズを用いる必要がある。一方で、パターニングを高速化するためには、光ファイバ素線を多数並べた光ファイバアレイを用いることが有効である。しかしながら、光ファイバ素線を一列に長く配列するほど、集光レンズが光ファイバアレイから出射された光束を数μｍ〜サブμｍオーダーのスポット径に集光するために必要とする視野は大きくなるのに対して、広視野かつ高開口数を有し、低収差である集光レンズの設計および作製は困難であるという問題点を有している。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、設計および作製が困難である広視野、高開口数の集光レンズを用いることなく、光ファイバアレイから出射された光束を、感光性材料上に径が数μｍ〜サブμｍオーダーのスポットとなるように集光することが可能な露光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の露光装置は、上記課題を解決するために、光源と、該光源から出射された光を入射し、被露光物に向けて出射する複数の光ファイバが配列された光ファイバアレイとを備えた露光装置において、上記光ファイバは、光を出射する出射側の先端に光を集光する集光手段を有していることを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、光ファイバアレイに配列された複数の光ファイバは、出射側の先端に集光手段を有しているため、被露光物に向けて出射する光を集光することができる。これにより、集光レンズ等を別に設ける必要はないため、光ファイバの配列形状を考慮した集光レンズの設計または製造を行う必要がなく、装置の簡略化を図ることができる。また、広視野および高開口数を有する集光レンズ等を用いることなく、例えば、被露光物上に径が数μｍ〜サブμｍオーダーのスポットとなるように集光することができる。
【００１１】
本発明の露光装置は、上記構成に加え、上記集光手段は、上記光ファイバの出射側の先端をレンズ形状に加工することによって形成されていることを特徴としている。また、上記集光手段は、上記光ファイバの出射側の先端に固定されたレンズであることを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、光ファイバの出射側の先端をレンズ状に加工することによって形成された集光手段や、光ファイバの出射側の先端に固定されたレンズが、集光レンズの役割を果たすため、装置の簡略化を図ることができるとともに、出射する光を容易に集光することができる。また、光ファイバの出射側の先端にレンズを設けることにより、被露光物上に径が数μｍ〜サブμｍオーダーのスポットとなるように集光することができる。
【００１３】
本発明の露光装置は、上記課題を解決するために、光源と、該光源から出射された光を入射し、被露光物に向けて出射する複数の光ファイバが配列された光ファイバアレイとを備えた露光装置において、上記光ファイバは、光を出射する出射側の先端に、上記光源から出射された光の波長以下の大きさの開口部を有することを特徴としている。
【００１４】
光ファイバアレイに配列された複数の光ファイバの先端にある開口部の大きさは、光源から出射された光の波長以下の大きさであるため、光源から出射された光を透過しない。しかしながら、上記構成によれば、例えば、開口部の近傍にエバネッセント場が形成され、光の回折限界を超えるような超微細スポットのエバネッセント光が漏れ出してくるため、エバネッセント光を用いて被露光物を露光することにより、開口部の大きさ程度の超微細パターンを形成することができる。
【００１５】
本発明の露光装置は、上記構成に加え、上記光ファイバは、上記開口部からエバネッセント光を出射することを特徴としている。上記構成によれば、超微細スポットのエバネッセント光を用いて被露光物を露光することにより、開口部の大きさ程度の超微細パターンを形成することができる。
【００１６】
本発明の露光装置は、上記構成に加え、上記光ファイバは、偏波面保存光ファイバであることを特徴としている。上記開口部が非対称性を有する場合には、光ファイバから出射された光に偏波依存性が現れる場合がある。これに対して、上記構成によれば、偏波面保存光ファイバに入射した光の偏光状態を保存したまま出射することが可能となるため、偏波依存性が現れることを回避することができる。
【００１７】
本発明の露光装置は、上記構成に加え、上記光ファイバは偏波面保存光ファイバであり、隣り合う偏波面保存光ファイバの偏波方向が互いに９０°ずれて配列されていることを特徴としている。例えば光源にレーザを用いた場合には、隣り合う光ファイバの出射光が干渉し、干渉縞等の不要なノイズが発生する場合がある。これに対して、上記構成によれば、隣り合う偏波面保存光ファイバから出射された光の干渉を防止し、干渉縞の発生を回避することができる。これにより不要なノイズの発生を防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の第１の実施の形態について図１ないし図６に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態における露光装置１の概略的構成を示す斜視図である。図１に示すように、本実施の形態における露光装置１は、光源２、フライアイレンズ３、光変調器４、倍率変換光学系５、光ファイバアレイ６、ステージ７を備えている。
【００２０】
光源２は、露光装置１がパターニングを行うための光ビームを出射するものである。フライアイレンズ３は、光源２から出射された光ビームの強度分布を均一化するものである。光変調器４は、パターニングするための記録情報に基づき、フライアイレンズ３にて強度分布が均一化された光ビームの反射率を変化させることによって光ビームを変調するようになっている。本実施の形態においては、光変調器４としてデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を例に用いている。このため、光変調器４にて光ビームが反射される光学系になっている。なお、光変調器４としては、ＤＭＤに限定されることはなく、例えば液晶デバイスを用いることもできる。この場合、フライアイレンズ３からの光ビームを透過する光学系となり、液晶デバイスにて透過率を変化させることによって光ビームを変調する。倍率変換光学系５は、光変調器４にて反射された光ビームの倍率を変換するものであり、光ビームの倍率を変換した後に光ファイバアレイ６に導くようになっている。光ファイバアレイ６は、複数の光ファイバ素線（光ファイバ）６ａ・６ｂ…からなっている。倍率変換光学系５から導かれた光ビームは、光ファイバアレイ６の光ビームを入射する側の端部（入射側端部）の各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…に入射される。光ファイバ素線６ａ・６ｂ…に入射した光ビームは、各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…内を通り、光ファイバアレイ６の光ビームを出射する側の端部（出射側端部）の各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…から出射され、基板８上のレジスト（図示せず）に照射されるようになっている。また、各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…は、出射側端部に後述する集光部（集光手段）を有しており（図６参照）、各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…から出射された光は、集光部にて集光され基板８上のレジスト（被露光物）（図示せず）に照射されるようになっている。ステージ７は、基板８を設置するものであるとともに、ステージ７が移動することにより、基板８に対して光ファイバアレイ６を相対的に移動させるようになっている。
【００２１】
図２（ａ）は、光変調器４の構造を模式的に示した平面図であり、図２（ｂ）は、光ファイバアレイ６の入射側端部における光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の配列構造を模式的に示した断面図である。図２（ａ）に示すように、光変調器４は、角度調節可能な多数のマイクロミラー４ａ・４ｂ…を２次元的に配列した構造となっており、個々のマイクロミラー４ａ・４ｂ…の１辺の長さは１０〜２０μｍ程度である。また、図２（ｂ）に示すように、光ファイバアレイ６の入射側端部には、マイクロミラー４ａ・４ｂ…の縦横の配列と同じ数の光ファイバ素線６ａ・６ｂ…が２次元的に配列されている。上記マイクロミラー４ａ・４ｂ…と光ファイバ素線６ａ・６ｂ…とは、例えば１つのマイクロミラー４ａが反射した光ビームを１つの光ファイバ素線６ａにて入射するように、各マイクロミラー４ａ・４ｂ…と光ファイバ素線６ａ・６ｂ…とが１対１に対応して配列されている。そして、各マイクロミラー４ａ・４ｂ…の角度を制御することにより、光の反射角度を調節し、光ファイバ素線６ａ・６ｂ…に光ビームを入射させるか否かを決定することができるようになっている。また、各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の径は、通常１００μｍ〜ｍｍオーダーであり、マイクロミラー４ａ・４ｂ…のサイズとは異なっている。したがって、光変調器４と光ファイバアレイ６との間に倍率変換光学系５を設けることによって、マイクロミラー４ａ・４ｂ…と光ファイバ素線６ａ・６ｂ…とのサイズ比に応じて光束の倍率を変換し、光変調器４の各マイクロミラー４ａ・４ｂ…を反射した光の全てが、対応する光ファイバ素線６ａ・６ｂ…に入射するようになっている。
【００２２】
図３は、光ファイバアレイ６の出射側端部における光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の配列構造を模式的に示した断面図である。図３に示すように、光ファイバアレイ６の出射側端部は、全ての光ファイバ素線６ａ・６ｂ…が１列に並べられた構造を有している。すなわち、入射側端部では２次元的な配列を有していた光ファイバ素線６ａ・６ｂ…が、出射側端部においては１次元的な配列を有している。配列の変更は、光ファイバ素線６ａ・６ｂ…を入射側端部と出射側端部との間にて並べ替えられることによって行うことができる。なお、光ファイバアレイ６の入射側端部に配列される光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の配列形状は、２次元的な配列に限定されることはなく、１次元的な配列とすることもできる。
【００２３】
次に、上記構成を有する露光装置１の光ファイバ素線６ａ・６ｂ…から出射された光ビームを基板８上のレジストに照射し、レジストに露光パターンを形成する工程の一例について説明する。
【００２４】
光源２から出射された光ビームは、フライアイレンズ３により強度を均一化された後に光変調器４へ入射する。光変調器４では、パターニングを行うための情報に基づいて各マイクロミラー４ａ・４ｂ…の反射角度が調節され、光ビームを倍率変換光学系５へと反射する。光変調器４にて反射された光ビームは、倍率変換光学系５にて倍率を変換された後に、光ファイバアレイ６の入射側端部に入射する。光ファイバアレイ６の入射側端部への光の入射光は、光変調器４の各マイクロミラー４ａ・４ｂ…から反射された光ビームが、各マイクロミラー４ａ・４ｂ…と１対１で対応している各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…に入射するように行われる。光ファイバアレイ６に入射した光ビームは、光ファイバ素線６ａ・６ｂ…内を通り、光ファイバアレイ６の出射側端部へ到達する。そして、光ファイバアレイ６の出射側端部から光ビームが出射され、基板８上に塗布されたレジストに照射される。レジストへの光ビームの照射は、各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の出射側端部の集光部にて光ビームを集光することによって行われる。また、レジストに照射された光ビームがレジスト面上において集光されるように、基板８と光ファイバアレイ６との距離が調整されている。レジスト面上に集光した光ビームの径を変化させるために、基板８と光ファイバアレイ６との距離を変化させる構成を設けてもよい。さらに、基板８が反る等の場合であっても、一定の光ビーム径を維持するために、光ファイバアレイ６の先端位置を自動的に制御するサーボ機構を設けてもよい。
【００２５】
なお、本実施の形態における露光装置１は、ステージ７を移動させることにより、基板８と光ファイバアレイ６とを相対的に移動させるようになっている。ここで、基板８と光ファイバアレイ６とが相対移動する走査方向をＸ方向とし、ステージ７の面と平行な面上におけるＸ方向に対して直角な方向をＹ方向とし、ＸＹ平面に対して垂直な方向をＺ方向とする。
【００２６】
上述のように基板８上のレジストに光ビームを集光するとともに、ステージ７をＸ方向に走査することによりパターニングが行われる。また、パターニングは、形成する露光パターンの形状に応じて光変調器４を制御し、光ビームをＯＮ／ＯＦＦすることによって行われる。これにより、レジストに同時に多数の線状の露光パターンを形成することができる。
【００２７】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態における露光装置１を用いた露光を行った際のパターニングの例を模式的に示した平面図である。図４（ａ）は最も単純な例を示すものである。図４（ａ）に示すパターニングは、光ファイバアレイ６の出射側端部の各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…から光ビームを照射し、レジストに集光しながら、ステージ７をＸ方向に走査することにより露光パターン９の形成を行っている。また、図４（ａ）に示すパターニングによって形成された露光パターン９の間隔（ピッチ）は、レジストに集光された光ビームのピッチ、すなわち光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の中心点のピッチとなっている。
【００２８】
図４（ｂ）および図４（ｃ）には、図４（ａ）に示す露光パターン９のピッチよりも狭いピッチにて露光パターン９を形成する方法が示されている。図４（ｂ）では、光ファイバアレイ６の出射側端部に配列された光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の配列方向がＸ方向に傾けられている。光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の配列方向をＸ方向に傾けた状態で、レジストに光ビームを集光するとともに、ステージ７をＸ方向に走査することによって、図４（ａ）に示す露光パターン９のピッチよりも狭いピッチにて露光パターン９を形成することができる。また、図４（ｃ）に示すパターニングでは、図４（ａ）に示すパターニングを行った後に、所望の露光パターン９のピッチ分だけステージ７をＹ方向に移動させた後に、同様の露光を行っている。ステージ７を移動させてパターニングを行うことにより、図４（ａ）に示す露光パターン９のピッチよりも狭いピッチにて露光パターン９を形成することができる。また、ステージ７のＹ方向への移動を繰り返すことにより、微小なピッチの露光パターン９を繰り返し形成することが可能となる。
【００２９】
一方、図４（ａ）に示す露光パターン９のピッチよりも広いピッチにて露光パターン９を形成する場合、図４（ａ）または図４（ｂ）に示す光ファイバ素線６ａ・６ｂ…のうちのいくつかの光ファイバ素線を間引いた後に、上記と同様の露光を行うことにより実現することができる。また、露光パターン９のピッチの幅を所望の幅とするための微調整は、光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の配列方向をＸ方向に傾ける際の角度を調整することによって行えばよい。
【００３０】
なお、光変調器４から反射された２次元の光ビームパターンを、そのまま光ファイバアレイ６から出射してレジストをパターニングする場合には、ステップアンドリピートによってレジストを露光するため、ステップ毎に光ファイバアレイ６とステージ７との位置決めを行う必要がある。しかしながら、上述の光ファイバ素線６ａ・６ｂ…が１列に並べられた配列を有する光ファイバアレイ６を用いた露光装置１では、１次元の光ビームパターンを出射してレジストを露光するようになっており、１次元の光ビームパターンを高速で相対的に走査する場合であっても、高精度のステージ７を用いれば走査中の位置決めは不要となる。その結果、パターニングを高速化することができる。すなわち、パターニングの対象範囲全域に対して、連続走査によるパターニングを行うことによって、位置決めの回数を削減することができ、最も効率的なパターニングを実現することができる。
【００３１】
また、光ファイバアレイは、その入射側端部における光ファイバ素線の配列が上述のように１列に配列されているものに限定されることはなく、例えば、図５に示すように、光ファイバ素線の列が複数列配列されている光ファイバアレイとしても同様に露光することができる。図５は、光ファイバアレイ１０の出射側端部における光ファイバ素線１０ａ・１０ｂ…の配列構造を模式的に示した断面図である。図５に示すように、Ｙ方向に配列された光ファイバ列が、Ｘ方向に複数列設けられている。また、Ｘ方向に設けられた光ファイバ列の各列は、互いにずれるようにして配列されており、図５に示す光ファイバアレイ１０においては、所望の露光パターン１１の最小ピッチをｗとした場合、各列はＹ方向にｗずれるようにして順に配列されている。
【００３２】
また、図５において光ファイバ素線１０ａ・１０ｂ…の径をφとした場合、各列の隣り合う光ファイバ素線１０ａ・１０ｂ…同士が接しているため、隣接する光ファイバ素線１０ａ・１０ｂ…の中心間の距離（配列ピッチ）はφとなる。そして、本実施の形態における光ファイバアレイ１０は、φがｗの整数倍となっており、例えば、図５に示す光ファイバアレイ１０では４倍、すなわちφ＝４ｗとなっている。このため、Ｘ方向に順に配列された光ファイバ列の５列目は、１列目の光ファイバ列よりもＹ方向に４ｗずれた状態で配列される。すなわち、光ファイバ素線１本分ずれた状態で配列されることになる。したがって、光ファイバ列をＸ方向に４列設けることにより、ピッチがｗの露光パターン１１をＹ方向に連続して形成することができる。
【００３３】
上記構成を有する露光装置１は、光ファイバアレイ１０の出射側端部の各光ファイバ素線１０ａ・１０ｂ…から光ビームを出射し、基板８上のレジストに集光しながら、ステージ７をＸ方向に走査することによって露光パターン１１を形成する。また、露光パターン１１の形成の際には、ステージ７の走査と連動して光ファイバ列毎に光変調器４のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを制御することによって、所望の形状に露光パターン１１を形成することができる。すなわち、ステージ７の走査を一度行うだけで、Ｙ方向に隣接する光ファイバ素線１０ａ・１０ｂ…の中心間の距離φよりも小さなピッチｗの露光パターン１１を複数形成し、しかも所望の形状に露光パターン１１を形成することが可能となる。
【００３４】
なお、上記整数倍は、４倍に限定されることはない。φ＝ｎｗ（ｎは整数）を満たせば何倍でもよく、所望の露光パターンのピッチに応じて設定すればよい。さらに、φ＝ｎｗのときには、Ｙ方向に配列された光ファイバ列をＸ方向にｎ列配列することにより、最も無駄のない光ファイバアレイ１０を実現することができ、ピッチがｗの露光パターンをＹ方向に連続して形成することができる。
【００３５】
また、光ファイバアレイに配列された光ファイバ列は、光ファイバ素線の径が露光パターンの最小ピッチの整数倍であるものに限定されることはない。光ファイバ素線の径が露光パターンの最小ピッチの整数倍でない場合、隣り合う光ファイバ素線同士が接していない構成とすることによって、隣り合う光ファイバ素線の中心間の距離が露光パターンの最小ピッチの整数倍となるように設定すればよい。これにより、図５に示す光ファイバアレイ１０と同様に光ファイバ素線の中心間の距離よりも小さなピッチの露光パターンを形成することができる。
【００３６】
次に、上記集光部の詳細について図６に基づき説明する。なお、説明は一例として上記光ファイバアレイ６に配列された光ファイバ素線６ａを用いて行うものとする。図６（ａ）〜（ｆ）は、光ファイバ素線６ａの出射側の先端部を概略的に示す側面図である。図６（ａ）〜（ｆ）に示すように、本実施の形態における光ファイバ素線６ａは、出射側の先端に例えば集光部１２ａ〜１２ｆのいずれかを有している。集光部１２ａ〜１２ｆは、光ビームを集光する機能を有しており、光ファイバ素線６ａから出射する光ビームを集光するようになっている。
【００３７】
集光部１２ａ〜１２ｆは、次のような構成である。集光部１２ａは図６（ａ）に示すように球面形状であり、集光部１２ｂは図６（ｂ）に示すように非球面の曲面形状であり、集光部１２ｃは図６（ｃ）に示すように円錐形状であり、集光部ｄは図６（ｄ）に示すように楔形形状であり、集光部ｅは図６（ｅ）に示すように半円柱形状である。上記集光部１２ａ〜１２ｅの形状は、光ファイバ素線６ａのコアの先端をレンズ形状に加工することにより形成されており、全て集光作用を有するレンズとなっている。また、集光部１２ｆは、集光作用を有するボールレンズ等のレンズであり、図６（ｆ）に示すように、光ファイバ素線６ａの先端に接着剤等で固定されている。
【００３８】
接着剤としては、透光性の樹脂を用いることが望ましい。光利用効率の観点から、透過率はなるべく高いことが望ましいが、９０％あるいはそれ以下の値であっても使用することができる。光学システム全体として透過率を判断すればよい。また、接着剤層に光を透過させる場合、その屈折率を考慮する必要がある。光ファイバ素線のコア部、ボールレンズ、空気などの屈折率と併せて光学設計を行い、所望の集光特性が得られるように接着剤の材質を選定すればよい。しかし、接着剤は、透光性の樹脂に限定されることはなく、透光性でない樹脂を用いる場合には、光路からはずれた部分のみで接着すればよい。
【００３９】
集光部１２ａおよび１２ｆのように集光部が球面形状であれば光ビームを集光しレジストに微小スポットを照射することができる。また、集光部１２ｂまたは１２ｃのように集光部を非球面の曲面形状または円錐形状とすることにより、光ビームを集光しレジストに微小スポットを照射することができるとともに、より収差を低減することができる。また、集光部１２ｄまたは１２ｅのように集光部を楔型形状または半円柱形状とすることにより、１方向のみ集光することが可能となる。集光部を楔形形状や半円柱形状とした場合、Ｙ方向の光ビームを集光することが望ましく、これによりＸ方向に露光パターンを形成する場合に、走査範囲を低減することができる。
【００４０】
上記のように、光ファイバアレイ６の出射側端部に配列された光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の１本１本に集光部１２ａ〜１２ｆのいずれかを設けることにより、ステッパで用いられている広視野かつ高開口数の集光レンズを用いることなく、数μｍ〜サブμｍオーダーの光ビームスポットを生成することが可能となる。また、集光レンズの視野によって光ファイバアレイ６の長さが制限されることを回避することができる。
【００４１】
〔実施の形態２〕
本発明の第２の実施の形態について図７および図８に基づいて説明する。本実施の形態では、光ファイバ素線の各先端に集光部を有する構成ではなく、集光作用を有する開口部を有する構成である。本実施の形態における露光装置の構成は、上記実施の形態１にて説明した露光装置１の構成と、集光部以外の構成については同じであり、露光についても同様に行うことができる。このため、説明の便宜上、上記実施の形態１にて示した部材に関する説明を省略し、本実施の形態においては開口部について主に説明するものとする。なお、説明は一例として上記光ファイバアレイ６に配列された光ファイバ素線６ａを用いて行うものとする。
【００４２】
図７は、本実施の形態における光ファイバ素線６ａの出射側の先端部を概略的に示す側面図である。図７に示すように、光ファイバ素線６ａは、出射側の先端のコア１４がテーパ状に形成されており、光ファイバ素線６ａの先端には、光源２から出射された光ビームの波長以下の大きさを有する開口部１５が残るようにテーパ状に形成されたコア１４の周囲に金属１６がコーティングされている。
【００４３】
開口部１５は、光源２から出射された光ビームの波長以下の大きさを有するため、通常、光源２から出射された光ビームは開口部１５からは出射されない。しかし、開口部１５のごく近傍（例えば、波長オーダー程度）にはエバネッセント場が形成されるため、開口部１５からは光の回折限界を超える超微細スポットのエバネッセント光が漏れ出してくる。エバネッセント光とは、光が全反射したときの光波のように、境界面からの距離に対して指数関数的に減衰しエネルギーを持たなくなる（伝搬しなくなる）光波のことである。したがって、光ファイバアレイ６を基板８上に塗布されたレジストに対して数１０〜数１００ｎｍの距離に近づけることにより、開口部１５の大きさ程度の超微細パターンのパターニングが可能となる。
【００４４】
なお、エバネッセント光を用いたパターニングにおいて、光ファイバ素線６ａの開口部１５の形状が、円形のような完全対称形でなく、楕円形、長円形、矩形等の非対称性を有する場合は、出射されるエバネッセント光に偏波依存性が現れる場合がある。すなわち、開口部１５の長手方向に偏光されて開口に入射した光は、コーティングした金属１６の自由電子と相互作用を起こし、自由電子を振動させやすい長手方向の偏波は反射され、開口部１５を透過しにくくなる。このため、開口部１５の短手方向に偏光した光を用いることが望ましい。この場合、各光ファイバ素線として偏波面保存光ファイバ素線を用いることが望ましい。偏波面保存光ファイバ素線を用いて短手方向に偏波方向を保存したまま開口に光を入射させることにより、開口部１５での光のロスを低減できる。なお、偏波依存性とは、開口部の形状と偏波の方向によって、光が開口部を通りやすかったり、通りにくかったりすることを指す。また、偏波面保存光ファイバ素線とは、偏波方向を変化させないで光を伝送できる光ファイバ素線のことである。
【００４５】
また、上記実施の形態１および実施の形態２において、光源２にレーザ等を用いた場合等には、隣り合う光ファイバ素線同士の出射光が干渉し、干渉縞等の不要なノイズを発生する場合がある。このため、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、光ファイバ素線として偏波面保存光ファイバ素線１７ａ・１７ｂ…を用いて、偏波面保存光ファイバ素線１７ａ・１７ｂ…の偏波方向を、隣り合う偏波面保存光ファイバ素線１７ａ・１７ｂ…同士で互いに９０°ずつ異ならせるように配列することが望ましい。図８（ａ）は偏波面保存光ファイバ素線１７ａ・１７ｂ…の列が１列に配列された場合を示し、図８（ｂ）は偏波面保存光ファイバ素線１７ａ・１７ｂ…の列が複数配列された場合を示しており、共に隣り合う各偏波面保存光ファイバ素線１７ａ・１７ｂ…の偏波方向は９０°異なるように配列されている。これにより、光ファイバ素線から出射する光の干渉を防止し、干渉縞の発生を回避することができる。
【００４６】
また、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかる露光装置は、光ファイバは、光を出射する出射側の先端に光を集光する集光手段を有している構成である。上記構成によれば、集光レンズ等を別に設ける必要はないため、光ファイバの配列形状を考慮した集光レンズの設計または製造を行う必要がなく、装置の簡略化を図ることができる。また、広視野および高開口数を有する集光レンズ等を用いることなく、例えば、被露光物上に径が数μｍ〜サブμｍオーダーのスポットとなるように集光することができるという効果を奏する。
【００４８】
上記の露光装置において、上記集光手段は、上記光ファイバの出射側の先端をレンズ形状に加工することによって形成されている構成としてもよい。また、上記集光手段は、上記光ファイバの出射側の先端に固定されたレンズである構成としてもよい。上記構成によれば、装置の簡略化を図ることができるとともに、出射する光を容易に集光することができる。また、光ファイバの出射側の先端にレンズを設けることにより、被露光物上に径が数μｍ〜サブμｍオーダーのスポットとなるように集光することができるという効果を奏する。
【００４９】
以上のように、本発明にかかる露光装置は、光ファイバは、光を出射する出射側の先端に、上記光源から出射された光の波長以下の大きさの開口部を有する構成である。上記構成によれば、例えば、開口部の近傍にエバネッセント場が形成され、光の回折限界を超えるような超微細スポットのエバネッセント光が漏れ出してくるため、エバネッセント光を用いて被露光物を露光することにより、開口部の大きさ程度の超微細パターンを形成することができるという効果を奏する。
【００５０】
上記の露光装置において、上記光ファイバは、上記開口部からエバネッセント光を出射する構成としてもよい。上記構成によれば、超微細スポットのエバネッセント光を用いて被露光物を露光することにより、開口部の大きさ程度の超微細パターンを形成することができるという効果を奏する。
【００５１】
上記の露光装置において、上記光ファイバは、偏波面保存光ファイバである構成としてもよい。上記構成によれば、偏波面保存光ファイバに入射した光の偏光状態を保存したまま出射することが可能となるため、偏波依存性が現れることを回避することができるという効果を奏する。
【００５２】
上記の露光装置において、上記光ファイバは偏波面保存光ファイバであり、隣り合う偏波面保存光ファイバの偏波方向が互いに９０°ずれて配列されている構成としてもよい。上記構成によれば、隣り合う偏波面保存光ファイバから出射された光の干渉を防止し、干渉縞の発生を回避することができる。これにより不要なノイズの発生を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態における光ファイバアレイを用いた露光装置の概略的構成を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、光変調器の構造を模式的に示した平面図であり、図２（ｂ）は、光ファイバアレイの入射側端部における光ファイバ素線の配列構造を模式的に示した断面図である。
【図３】上記光ファイバアレイの出射側端部における光ファイバ素線の配列構造を模式的に示した断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の露光装置を用いたパターニングの例を模式的に示した平面図である。
【図５】上記光ファイバアレイの出射側端部における光ファイバ素線の他の配列構造を模式的に示した断面図である。
【図６】上記光ファイバアレイの出射側端部における光ファイバ素線の先端部の概略を示した側面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態における光ファイバアレイの出射側端部における光ファイバ素線の先端部の概略を示した側面図である。
【図８】図８（ａ），（ｂ）は、光ファイバアレイの出射側端部における光ファイバ素線として偏波面保存光ファイバ素線を用いた場合の、偏波面保存光ファイバ素線の配列構造および偏波方向を模式的に示した断面図である。
【図９】従来の投影露光装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 露光装置
２ 光源
６ 光ファイバアレイ
６ａ・６ｂ 光ファイバ素線（光ファイバ）
１０ 光ファイバアレイ
１０ａ・１０ｂ 光ファイバ素線（光ファイバ）
１２ａ〜１２ｆ 集光部（集光手段）
１５ 開口部
１７ａ・１７ｂ 偏波面保存光ファイバ素線（偏波面保存光ファイバ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置に関するものである。より詳しくは、例えば、液晶ディスプレイの基板や一般の回路基板に光ビームを照射し、所定のパターン形状をパターニングする光ファイバアレイを用いた露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶ディスプレイや半導体集積回路の露光パターン形成に使用されるパターニング装置としては、所定のマスクパターンを基板上に投影する投影露光法を採用したパターニング装置が広く知られている。しかしながら、このようなパターニング装置の場合には、通常は１機種について高価なフォトマスクを複数枚必要とする。したがって、大量生産の場合には、１つ１つの製品にフォトマスク代を振り分ければそれほど大きな金額になることはないものの、近年のユーザの価値観の多様化に伴い製品仕様が多様化しており、少量多品種生産の場合には、フォトマスクの費用が製品の価格に直接はね返ってくることになる。また、従来のフォトマスクを用いる手法では、露光パターンの修正にはフォトマスクを作り直す必要があり、金銭的にも時間的にも膨大なコストがかかる。さらに、フォトマスクの設計には一定の期間を必要とするため、市場のニーズに迅速に対応することができない等の課題があった。
【０００３】
上記課題の解決策として、配線パターン等のＣＡＤデータに基づいて、フォトマスクを介することなく収束したレーザビームや電子ビーム等を基板に照射することにより露光を行う直描式のパターニング装置が提案されている。また、このようなパターニング装置として、レーザビーム等を基板の露光面まで導くために光ファイバアレイを用いる方式のパターニング装置としての投影露光装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
ここで、従来の投影露光装置が露光を行う方法について説明する。図９は、従来の投影露光装置の構成を示す断面図である。露光光源１０１から発する光束１０２を、光ファイバ群１０３に導入する。光ファイバ群１０３は途中で１本１本の光ファイバ素線１０４ａ・１０４ｂ…に分ける。各光ファイバ素線１０４ａ・１０４ｂ…の射出口には、それぞれ毎にシャッター１０５…を設ける。光ファイバ素線１０４ａ・１０４ｂ…から射出された前記シャッター１０５…を出た光束は、対応する位置に配列した別の光ファイバ素線１０６ａ・１０６ｂ…に入るようにする。投影光学系１０７により前記光ファイバ素線１０６ａ・１０６ｂ…の射出口端面１０８の光像が形成される位置またはその近傍に、被露光基板１０９の表面に形成した感光性材料１１０が位置するようにする。移動ステージおよび位置・角度制御用ステージ１１１の駆動を制御して光ファイバ素線１０６ａ・１０６ｂ…の射出口端面１０８及び投影光学系１０７と被露光基板１０９とを相対的に移動させると共に、この相対移動に伴ってシャッター１０５および光学要素を制御して光ファイバ素線１０６ａ・１０６ｂ…の射出端面１０８に明暗の分布を形成することで、被露光基板１０９における感光性材料１１０の所要の位置に当該射出口端面１０８の明暗分布に対応する所要の光の強弱分布を形成する。該感光性材料１１０は射出口端面１０８の明暗配列に対応する形で露光される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３１３２５１号公報（公開日：平成１３年１１月９日）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の投影露光装置は、高解像度かつ微細な露光パターンを形成するために、一般にステッパ等で用いられているような広視野および高開口数を有する投影光学系、すなわち光ファイバ素線から出射された光を集光し、感光性材料に照射する集光レンズを必要としている。上記特許文献１に記載の投影露光装置においては、光ファイバ素線１０６ａ・１０６ｂ…から出射された光束を投影光学系１０７によって集光し、感光性材料１１０上に結像している。
【０００７】
感光性材料上に結像する光束のスポット径が数μｍ〜サブμｍオーダーとなるように集光するためには、広視野および高開口数を有する集光レンズを用いる必要がある。一方で、パターニングを高速化するためには、光ファイバ素線を多数並べた光ファイバアレイを用いることが有効である。しかしながら、光ファイバ素線を一列に長く配列するほど、集光レンズが光ファイバアレイから出射された光束を数μｍ〜サブμｍオーダーのスポット径に集光するために必要とする視野は大きくなるのに対して、広視野かつ高開口数を有し、低収差である集光レンズの設計および作製は困難であるという問題点を有している。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、設計および作製が困難である広視野、高開口数の集光レンズを用いることなく、光ファイバアレイから出射された光束を、感光性材料上に径が数μｍ〜サブμｍオーダーのスポットとなるように集光することが可能な露光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の露光装置は、上記課題を解決するために、光源と、該光源から出射された光を入射し、被露光物に向けて出射する複数の光ファイバが配列された光ファイバアレイとを備えた露光装置において、上記光ファイバは、光を出射する出射側の先端に光を集光する集光手段を有していることを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、光ファイバアレイに配列された複数の光ファイバは、出射側の先端に集光手段を有しているため、被露光物に向けて出射する光を集光することができる。これにより、集光レンズ等を別に設ける必要はないため、光ファイバの配列形状を考慮した集光レンズの設計または製造を行う必要がなく、装置の簡略化を図ることができる。また、広視野および高開口数を有する集光レンズ等を用いることなく、例えば、被露光物上に径が数μｍ〜サブμｍオーダーのスポットとなるように集光することができる。
【００１１】
本発明の露光装置は、上記構成に加え、上記集光手段は、上記光ファイバの出射側の先端をレンズ形状に加工することによって形成されていることを特徴としている。また、上記集光手段は、上記光ファイバの出射側の先端に固定されたレンズであることを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、光ファイバの出射側の先端をレンズ状に加工することによって形成された集光手段や、光ファイバの出射側の先端に固定されたレンズが、集光レンズの役割を果たすため、装置の簡略化を図ることができるとともに、出射する光を容易に集光することができる。また、光ファイバの出射側の先端にレンズを設けることにより、被露光物上に径が数μｍ〜サブμｍオーダーのスポットとなるように集光することができる。
【００１３】
本発明の露光装置は、上記課題を解決するために、光源と、該光源から出射された光を入射し、被露光物に向けて出射する複数の光ファイバが配列された光ファイバアレイとを備えた露光装置において、上記光ファイバは、光を出射する出射側の先端に、上記光源から出射された光の波長以下の大きさの開口部を有することを特徴としている。
【００１４】
光ファイバアレイに配列された複数の光ファイバの先端にある開口部の大きさは、光源から出射された光の波長以下の大きさであるため、光源から出射された光を透過しない。しかしながら、上記構成によれば、例えば、開口部の近傍にエバネッセント場が形成され、光の回折限界を超えるような超微細スポットのエバネッセント光が漏れ出してくるため、エバネッセント光を用いて被露光物を露光することにより、開口部の大きさ程度の超微細パターンを形成することができる。
【００１５】
本発明の露光装置は、上記構成に加え、上記光ファイバは、上記開口部からエバネッセント光を出射することを特徴としている。上記構成によれば、超微細スポットのエバネッセント光を用いて被露光物を露光することにより、開口部の大きさ程度の超微細パターンを形成することができる。
【００１６】
本発明の露光装置は、上記構成に加え、上記光ファイバは、偏波面保存光ファイバであることを特徴としている。上記開口部が非対称性を有する場合には、光ファイバから出射された光に偏波依存性が現れる場合がある。これに対して、上記構成によれば、偏波面保存光ファイバに入射した光の偏光状態を保存したまま出射することが可能となるため、偏波依存性が現れることを回避することができる。
【００１７】
本発明の露光装置は、上記構成に加え、上記光ファイバは偏波面保存光ファイバであり、隣り合う偏波面保存光ファイバの偏波方向が互いに９０°ずれて配列されていることを特徴としている。例えば光源にレーザを用いた場合には、隣り合う光ファイバの出射光が干渉し、干渉縞等の不要なノイズが発生する場合がある。これに対して、上記構成によれば、隣り合う偏波面保存光ファイバから出射された光の干渉を防止し、干渉縞の発生を回避することができる。これにより不要なノイズの発生を防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の第１の実施の形態について図１ないし図６に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態における露光装置１の概略的構成を示す斜視図である。図１に示すように、本実施の形態における露光装置１は、光源２、フライアイレンズ３、光変調器４、倍率変換光学系５、光ファイバアレイ６、ステージ７を備えている。
【００２０】
光源２は、露光装置１がパターニングを行うための光ビームを出射するものである。フライアイレンズ３は、光源２から出射された光ビームの強度分布を均一化するものである。光変調器４は、パターニングするための記録情報に基づき、フライアイレンズ３にて強度分布が均一化された光ビームの反射率を変化させることによって光ビームを変調するようになっている。本実施の形態においては、光変調器４としてデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を例に用いている。このため、光変調器４にて光ビームが反射される光学系になっている。なお、光変調器４としては、ＤＭＤに限定されることはなく、例えば液晶デバイスを用いることもできる。この場合、フライアイレンズ３からの光ビームを透過する光学系となり、液晶デバイスにて透過率を変化させることによって光ビームを変調する。倍率変換光学系５は、光変調器４にて反射された光ビームの倍率を変換するものであり、光ビームの倍率を変換した後に光ファイバアレイ６に導くようになっている。光ファイバアレイ６は、複数の光ファイバ素線（光ファイバ）６ａ・６ｂ…からなっている。倍率変換光学系５から導かれた光ビームは、光ファイバアレイ６の光ビームを入射する側の端部（入射側端部）の各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…に入射される。光ファイバ素線６ａ・６ｂ…に入射した光ビームは、各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…内を通り、光ファイバアレイ６の光ビームを出射する側の端部（出射側端部）の各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…から出射され、基板８上のレジスト（図示せず）に照射されるようになっている。また、各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…は、出射側端部に後述する集光部（集光手段）を有しており（図６参照）、各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…から出射された光は、集光部にて集光され基板８上のレジスト（被露光物）（図示せず）に照射されるようになっている。ステージ７は、基板８を設置するものであるとともに、ステージ７が移動することにより、基板８に対して光ファイバアレイ６を相対的に移動させるようになっている。
【００２１】
図２（ａ）は、光変調器４の構造を模式的に示した平面図であり、図２（ｂ）は、光ファイバアレイ６の入射側端部における光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の配列構造を模式的に示した断面図である。図２（ａ）に示すように、光変調器４は、角度調節可能な多数のマイクロミラー４ａ・４ｂ…を２次元的に配列した構造となっており、個々のマイクロミラー４ａ・４ｂ…の１辺の長さは１０〜２０μｍ程度である。また、図２（ｂ）に示すように、光ファイバアレイ６の入射側端部には、マイクロミラー４ａ・４ｂ…の縦横の配列と同じ数の光ファイバ素線６ａ・６ｂ…が２次元的に配列されている。上記マイクロミラー４ａ・４ｂ…と光ファイバ素線６ａ・６ｂ…とは、例えば１つのマイクロミラー４ａが反射した光ビームを１つの光ファイバ素線６ａにて入射するように、各マイクロミラー４ａ・４ｂ…と光ファイバ素線６ａ・６ｂ…とが１対１に対応して配列されている。そして、各マイクロミラー４ａ・４ｂ…の角度を制御することにより、光の反射角度を調節し、光ファイバ素線６ａ・６ｂ…に光ビームを入射させるか否かを決定することができるようになっている。また、各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の径は、通常１００μｍ〜ｍｍオーダーであり、マイクロミラー４ａ・４ｂ…のサイズとは異なっている。したがって、光変調器４と光ファイバアレイ６との間に倍率変換光学系５を設けることによって、マイクロミラー４ａ・４ｂ…と光ファイバ素線６ａ・６ｂ…とのサイズ比に応じて光束の倍率を変換し、光変調器４の各マイクロミラー４ａ・４ｂ…を反射した光の全てが、対応する光ファイバ素線６ａ・６ｂ…に入射するようになっている。
【００２２】
図３は、光ファイバアレイ６の出射側端部における光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の配列構造を模式的に示した断面図である。図３に示すように、光ファイバアレイ６の出射側端部は、全ての光ファイバ素線６ａ・６ｂ…が１列に並べられた構造を有している。すなわち、入射側端部では２次元的な配列を有していた光ファイバ素線６ａ・６ｂ…が、出射側端部においては１次元的な配列を有している。配列の変更は、光ファイバ素線６ａ・６ｂ…を入射側端部と出射側端部との間にて並べ替えられることによって行うことができる。なお、光ファイバアレイ６の入射側端部に配列される光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の配列形状は、２次元的な配列に限定されることはなく、１次元的な配列とすることもできる。
【００２３】
次に、上記構成を有する露光装置１の光ファイバ素線６ａ・６ｂ…から出射された光ビームを基板８上のレジストに照射し、レジストに露光パターンを形成する工程の一例について説明する。
【００２４】
光源２から出射された光ビームは、フライアイレンズ３により強度を均一化された後に光変調器４へ入射する。光変調器４では、パターニングを行うための情報に基づいて各マイクロミラー４ａ・４ｂ…の反射角度が調節され、光ビームを倍率変換光学系５へと反射する。光変調器４にて反射された光ビームは、倍率変換光学系５にて倍率を変換された後に、光ファイバアレイ６の入射側端部に入射する。光ファイバアレイ６の入射側端部への光の入射光は、光変調器４の各マイクロミラー４ａ・４ｂ…から反射された光ビームが、各マイクロミラー４ａ・４ｂ…と１対１で対応している各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…に入射するように行われる。光ファイバアレイ６に入射した光ビームは、光ファイバ素線６ａ・６ｂ…内を通り、光ファイバアレイ６の出射側端部へ到達する。そして、光ファイバアレイ６の出射側端部から光ビームが出射され、基板８上に塗布されたレジストに照射される。レジストへの光ビームの照射は、各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の出射側端部の集光部にて光ビームを集光することによって行われる。また、レジストに照射された光ビームがレジスト面上において集光されるように、基板８と光ファイバアレイ６との距離が調整されている。レジスト面上に集光した光ビームの径を変化させるために、基板８と光ファイバアレイ６との距離を変化させる構成を設けてもよい。さらに、基板８が反る等の場合であっても、一定の光ビーム径を維持するために、光ファイバアレイ６の先端位置を自動的に制御するサーボ機構を設けてもよい。
【００２５】
なお、本実施の形態における露光装置１は、ステージ７を移動させることにより、基板８と光ファイバアレイ６とを相対的に移動させるようになっている。ここで、基板８と光ファイバアレイ６とが相対移動する走査方向をＸ方向とし、ステージ７の面と平行な面上におけるＸ方向に対して直角な方向をＹ方向とし、ＸＹ平面に対して垂直な方向をＺ方向とする。
【００２６】
上述のように基板８上のレジストに光ビームを集光するとともに、ステージ７をＸ方向に走査することによりパターニングが行われる。また、パターニングは、形成する露光パターンの形状に応じて光変調器４を制御し、光ビームをＯＮ／ＯＦＦすることによって行われる。これにより、レジストに同時に多数の線状の露光パターンを形成することができる。
【００２７】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態における露光装置１を用いた露光を行った際のパターニングの例を模式的に示した平面図である。図４（ａ）は最も単純な例を示すものである。図４（ａ）に示すパターニングは、光ファイバアレイ６の出射側端部の各光ファイバ素線６ａ・６ｂ…から光ビームを照射し、レジストに集光しながら、ステージ７をＸ方向に走査することにより露光パターン９の形成を行っている。また、図４（ａ）に示すパターニングによって形成された露光パターン９の間隔（ピッチ）は、レジストに集光された光ビームのピッチ、すなわち光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の中心点のピッチとなっている。
【００２８】
図４（ｂ）および図４（ｃ）には、図４（ａ）に示す露光パターン９のピッチよりも狭いピッチにて露光パターン９を形成する方法が示されている。図４（ｂ）では、光ファイバアレイ６の出射側端部に配列された光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の配列方向がＸ方向に傾けられている。光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の配列方向をＸ方向に傾けた状態で、レジストに光ビームを集光するとともに、ステージ７をＸ方向に走査することによって、図４（ａ）に示す露光パターン９のピッチよりも狭いピッチにて露光パターン９を形成することができる。また、図４（ｃ）に示すパターニングでは、図４（ａ）に示すパターニングを行った後に、所望の露光パターン９のピッチ分だけステージ７をＹ方向に移動させた後に、同様の露光を行っている。ステージ７を移動させてパターニングを行うことにより、図４（ａ）に示す露光パターン９のピッチよりも狭いピッチにて露光パターン９を形成することができる。また、ステージ７のＹ方向への移動を繰り返すことにより、微小なピッチの露光パターン９を繰り返し形成することが可能となる。
【００２９】
一方、図４（ａ）に示す露光パターン９のピッチよりも広いピッチにて露光パターン９を形成する場合、図４（ａ）または図４（ｂ）に示す光ファイバ素線６ａ・６ｂ…のうちのいくつかの光ファイバ素線を間引いた後に、上記と同様の露光を行うことにより実現することができる。また、露光パターン９のピッチの幅を所望の幅とするための微調整は、光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の配列方向をＸ方向に傾ける際の角度を調整することによって行えばよい。
【００３０】
なお、光変調器４から反射された２次元の光ビームパターンを、そのまま光ファイバアレイ６から出射してレジストをパターニングする場合には、ステップアンドリピートによってレジストを露光するため、ステップ毎に光ファイバアレイ６とステージ７との位置決めを行う必要がある。しかしながら、上述の光ファイバ素線６ａ・６ｂ…が１列に並べられた配列を有する光ファイバアレイ６を用いた露光装置１では、１次元の光ビームパターンを出射してレジストを露光するようになっており、１次元の光ビームパターンを高速で相対的に走査する場合であっても、高精度のステージ７を用いれば走査中の位置決めは不要となる。その結果、パターニングを高速化することができる。すなわち、パターニングの対象範囲全域に対して、連続走査によるパターニングを行うことによって、位置決めの回数を削減することができ、最も効率的なパターニングを実現することができる。
【００３１】
また、光ファイバアレイは、その入射側端部における光ファイバ素線の配列が上述のように１列に配列されているものに限定されることはなく、例えば、図５に示すように、光ファイバ素線の列が複数列配列されている光ファイバアレイとしても同様に露光することができる。図５は、光ファイバアレイ１０の出射側端部における光ファイバ素線１０ａ・１０ｂ…の配列構造を模式的に示した断面図である。図５に示すように、Ｙ方向に配列された光ファイバ列が、Ｘ方向に複数列設けられている。また、Ｘ方向に設けられた光ファイバ列の各列は、互いにずれるようにして配列されており、図５に示す光ファイバアレイ１０においては、所望の露光パターン１１の最小ピッチをｗとした場合、各列はＹ方向にｗずれるようにして順に配列されている。
【００３２】
また、図５において光ファイバ素線１０ａ・１０ｂ…の径をφとした場合、各列の隣り合う光ファイバ素線１０ａ・１０ｂ…同士が接しているため、隣接する光ファイバ素線１０ａ・１０ｂ…の中心間の距離（配列ピッチ）はφとなる。そして、本実施の形態における光ファイバアレイ１０は、φがｗの整数倍となっており、例えば、図５に示す光ファイバアレイ１０では４倍、すなわちφ＝４ｗとなっている。このため、Ｘ方向に順に配列された光ファイバ列の５列目は、１列目の光ファイバ列よりもＹ方向に４ｗずれた状態で配列される。すなわち、光ファイバ素線１本分ずれた状態で配列されることになる。したがって、光ファイバ列をＸ方向に４列設けることにより、ピッチがｗの露光パターン１１をＹ方向に連続して形成することができる。
【００３３】
上記構成を有する露光装置１は、光ファイバアレイ１０の出射側端部の各光ファイバ素線１０ａ・１０ｂ…から光ビームを出射し、基板８上のレジストに集光しながら、ステージ７をＸ方向に走査することによって露光パターン１１を形成する。また、露光パターン１１の形成の際には、ステージ７の走査と連動して光ファイバ列毎に光変調器４のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを制御することによって、所望の形状に露光パターン１１を形成することができる。すなわち、ステージ７の走査を一度行うだけで、Ｙ方向に隣接する光ファイバ素線１０ａ・１０ｂ…の中心間の距離φよりも小さなピッチｗの露光パターン１１を複数形成し、しかも所望の形状に露光パターン１１を形成することが可能となる。
【００３４】
なお、上記整数倍は、４倍に限定されることはない。φ＝ｎｗ（ｎは整数）を満たせば何倍でもよく、所望の露光パターンのピッチに応じて設定すればよい。さらに、φ＝ｎｗのときには、Ｙ方向に配列された光ファイバ列をＸ方向にｎ列配列することにより、最も無駄のない光ファイバアレイ１０を実現することができ、ピッチがｗの露光パターンをＹ方向に連続して形成することができる。
【００３５】
また、光ファイバアレイに配列された光ファイバ列は、光ファイバ素線の径が露光パターンの最小ピッチの整数倍であるものに限定されることはない。光ファイバ素線の径が露光パターンの最小ピッチの整数倍でない場合、隣り合う光ファイバ素線同士が接していない構成とすることによって、隣り合う光ファイバ素線の中心間の距離が露光パターンの最小ピッチの整数倍となるように設定すればよい。これにより、図５に示す光ファイバアレイ１０と同様に光ファイバ素線の中心間の距離よりも小さなピッチの露光パターンを形成することができる。
【００３６】
次に、上記集光部の詳細について図６に基づき説明する。なお、説明は一例として上記光ファイバアレイ６に配列された光ファイバ素線６ａを用いて行うものとする。図６（ａ）〜（ｆ）は、光ファイバ素線６ａの出射側の先端部を概略的に示す側面図である。図６（ａ）〜（ｆ）に示すように、本実施の形態における光ファイバ素線６ａは、出射側の先端に例えば集光部１２ａ〜１２ｆのいずれかを有している。集光部１２ａ〜１２ｆは、光ビームを集光する機能を有しており、光ファイバ素線６ａから出射する光ビームを集光するようになっている。
【００３７】
集光部１２ａ〜１２ｆは、次のような構成である。集光部１２ａは図６（ａ）に示すように球面形状であり、集光部１２ｂは図６（ｂ）に示すように非球面の曲面形状であり、集光部１２ｃは図６（ｃ）に示すように円錐形状であり、集光部ｄは図６（ｄ）に示すように楔形形状であり、集光部ｅは図６（ｅ）に示すように半円柱形状である。上記集光部１２ａ〜１２ｅの形状は、光ファイバ素線６ａのコアの先端をレンズ形状に加工することにより形成されており、全て集光作用を有するレンズとなっている。また、集光部１２ｆは、集光作用を有するボールレンズ等のレンズであり、図６（ｆ）に示すように、光ファイバ素線６ａの先端に接着剤等で固定されている。
【００３８】
接着剤としては、透光性の樹脂を用いることが望ましい。光利用効率の観点から、透過率はなるべく高いことが望ましいが、９０％あるいはそれ以下の値であっても使用することができる。光学システム全体として透過率を判断すればよい。また、接着剤層に光を透過させる場合、その屈折率を考慮する必要がある。光ファイバ素線のコア部、ボールレンズ、空気などの屈折率と併せて光学設計を行い、所望の集光特性が得られるように接着剤の材質を選定すればよい。しかし、接着剤は、透光性の樹脂に限定されることはなく、透光性でない樹脂を用いる場合には、光路からはずれた部分のみで接着すればよい。
【００３９】
集光部１２ａおよび１２ｆのように集光部が球面形状であれば光ビームを集光しレジストに微小スポットを照射することができる。また、集光部１２ｂまたは１２ｃのように集光部を非球面の曲面形状または円錐形状とすることにより、光ビームを集光しレジストに微小スポットを照射することができるとともに、より収差を低減することができる。また、集光部１２ｄまたは１２ｅのように集光部を楔型形状または半円柱形状とすることにより、１方向のみ集光することが可能となる。集光部を楔形形状や半円柱形状とした場合、Ｙ方向の光ビームを集光することが望ましく、これによりＸ方向に露光パターンを形成する場合に、走査範囲を低減することができる。
【００４０】
上記のように、光ファイバアレイ６の出射側端部に配列された光ファイバ素線６ａ・６ｂ…の１本１本に集光部１２ａ〜１２ｆのいずれかを設けることにより、ステッパで用いられている広視野かつ高開口数の集光レンズを用いることなく、数μｍ〜サブμｍオーダーの光ビームスポットを生成することが可能となる。また、集光レンズの視野によって光ファイバアレイ６の長さが制限されることを回避することができる。
【００４１】
〔実施の形態２〕
本発明の第２の実施の形態について図７および図８に基づいて説明する。本実施の形態では、光ファイバ素線の各先端に集光部を有する構成ではなく、集光作用を有する開口部を有する構成である。本実施の形態における露光装置の構成は、上記実施の形態１にて説明した露光装置１の構成と、集光部以外の構成については同じであり、露光についても同様に行うことができる。このため、説明の便宜上、上記実施の形態１にて示した部材に関する説明を省略し、本実施の形態においては開口部について主に説明するものとする。なお、説明は一例として上記光ファイバアレイ６に配列された光ファイバ素線６ａを用いて行うものとする。
【００４２】
図７は、本実施の形態における光ファイバ素線６ａの出射側の先端部を概略的に示す側面図である。図７に示すように、光ファイバ素線６ａは、出射側の先端のコア１４がテーパ状に形成されており、光ファイバ素線６ａの先端には、光源２から出射された光ビームの波長以下の大きさを有する開口部１５が残るようにテーパ状に形成されたコア１４の周囲に金属１６がコーティングされている。
【００４３】
開口部１５は、光源２から出射された光ビームの波長以下の大きさを有するため、通常、光源２から出射された光ビームは開口部１５からは出射されない。しかし、開口部１５のごく近傍（例えば、波長オーダー程度）にはエバネッセント場が形成されるため、開口部１５からは光の回折限界を超える超微細スポットのエバネッセント光が漏れ出してくる。エバネッセント光とは、光が全反射したときの光波のように、境界面からの距離に対して指数関数的に減衰しエネルギーを持たなくなる（伝搬しなくなる）光波のことである。したがって、光ファイバアレイ６を基板８上に塗布されたレジストに対して数１０〜数１００ｎｍの距離に近づけることにより、開口部１５の大きさ程度の超微細パターンのパターニングが可能となる。
【００４４】
なお、エバネッセント光を用いたパターニングにおいて、光ファイバ素線６ａの開口部１５の形状が、円形のような完全対称形でなく、楕円形、長円形、矩形等の非対称性を有する場合は、出射されるエバネッセント光に偏波依存性が現れる場合がある。すなわち、開口部１５の長手方向に偏光されて開口に入射した光は、コーティングした金属１６の自由電子と相互作用を起こし、自由電子を振動させやすい長手方向の偏波は反射され、開口部１５を透過しにくくなる。このため、開口部１５の短手方向に偏光した光を用いることが望ましい。この場合、各光ファイバ素線として偏波面保存光ファイバ素線を用いることが望ましい。偏波面保存光ファイバ素線を用いて短手方向に偏波方向を保存したまま開口に光を入射させることにより、開口部１５での光のロスを低減できる。なお、偏波依存性とは、開口部の形状と偏波の方向によって、光が開口部を通りやすかったり、通りにくかったりすることを指す。また、偏波面保存光ファイバ素線とは、偏波方向を変化させないで光を伝送できる光ファイバ素線のことである。
【００４５】
また、上記実施の形態１および実施の形態２において、光源２にレーザ等を用いた場合等には、隣り合う光ファイバ素線同士の出射光が干渉し、干渉縞等の不要なノイズを発生する場合がある。このため、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、光ファイバ素線として偏波面保存光ファイバ素線１７ａ・１７ｂ…を用いて、偏波面保存光ファイバ素線１７ａ・１７ｂ…の偏波方向を、隣り合う偏波面保存光ファイバ素線１７ａ・１７ｂ…同士で互いに９０°ずつ異ならせるように配列することが望ましい。図８（ａ）は偏波面保存光ファイバ素線１７ａ・１７ｂ…の列が１列に配列された場合を示し、図８（ｂ）は偏波面保存光ファイバ素線１７ａ・１７ｂ…の列が複数配列された場合を示しており、共に隣り合う各偏波面保存光ファイバ素線１７ａ・１７ｂ…の偏波方向は９０°異なるように配列されている。これにより、光ファイバ素線から出射する光の干渉を防止し、干渉縞の発生を回避することができる。
【００４６】
また、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかる露光装置は、光ファイバは、光を出射する出射側の先端に光を集光する集光手段を有している構成である。上記構成によれば、集光レンズ等を別に設ける必要はないため、光ファイバの配列形状を考慮した集光レンズの設計または製造を行う必要がなく、装置の簡略化を図ることができる。また、広視野および高開口数を有する集光レンズ等を用いることなく、例えば、被露光物上に径が数μｍ〜サブμｍオーダーのスポットとなるように集光することができるという効果を奏する。
【００４８】
上記の露光装置において、上記集光手段は、上記光ファイバの出射側の先端をレンズ形状に加工することによって形成されている構成としてもよい。また、上記集光手段は、上記光ファイバの出射側の先端に固定されたレンズである構成としてもよい。上記構成によれば、装置の簡略化を図ることができるとともに、出射する光を容易に集光することができる。また、光ファイバの出射側の先端にレンズを設けることにより、被露光物上に径が数μｍ〜サブμｍオーダーのスポットとなるように集光することができるという効果を奏する。
【００４９】
以上のように、本発明にかかる露光装置は、光ファイバは、光を出射する出射側の先端に、上記光源から出射された光の波長以下の大きさの開口部を有する構成である。上記構成によれば、例えば、開口部の近傍にエバネッセント場が形成され、光の回折限界を超えるような超微細スポットのエバネッセント光が漏れ出してくるため、エバネッセント光を用いて被露光物を露光することにより、開口部の大きさ程度の超微細パターンを形成することができるという効果を奏する。
【００５０】
上記の露光装置において、上記光ファイバは、上記開口部からエバネッセント光を出射する構成としてもよい。上記構成によれば、超微細スポットのエバネッセント光を用いて被露光物を露光することにより、開口部の大きさ程度の超微細パターンを形成することができるという効果を奏する。
【００５１】
上記の露光装置において、上記光ファイバは、偏波面保存光ファイバである構成としてもよい。上記構成によれば、偏波面保存光ファイバに入射した光の偏光状態を保存したまま出射することが可能となるため、偏波依存性が現れることを回避することができるという効果を奏する。
【００５２】
上記の露光装置において、上記光ファイバは偏波面保存光ファイバであり、隣り合う偏波面保存光ファイバの偏波方向が互いに９０°ずれて配列されている構成としてもよい。上記構成によれば、隣り合う偏波面保存光ファイバから出射された光の干渉を防止し、干渉縞の発生を回避することができる。これにより不要なノイズの発生を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態における光ファイバアレイを用いた露光装置の概略的構成を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、光変調器の構造を模式的に示した平面図であり、図２（ｂ）は、光ファイバアレイの入射側端部における光ファイバ素線の配列構造を模式的に示した断面図である。
【図３】上記光ファイバアレイの出射側端部における光ファイバ素線の配列構造を模式的に示した断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の露光装置を用いたパターニングの例を模式的に示した平面図である。
【図５】上記光ファイバアレイの出射側端部における光ファイバ素線の他の配列構造を模式的に示した断面図である。
【図６】上記光ファイバアレイの出射側端部における光ファイバ素線の先端部の概略を示した側面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態における光ファイバアレイの出射側端部における光ファイバ素線の先端部の概略を示した側面図である。
【図８】図８（ａ），（ｂ）は、光ファイバアレイの出射側端部における光ファイバ素線として偏波面保存光ファイバ素線を用いた場合の、偏波面保存光ファイバ素線の配列構造および偏波方向を模式的に示した断面図である。
【図９】従来の投影露光装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 露光装置
２ 光源
６ 光ファイバアレイ
６ａ・６ｂ 光ファイバ素線（光ファイバ）
１０ 光ファイバアレイ
１０ａ・１０ｂ 光ファイバ素線（光ファイバ）
１２ａ〜１２ｆ 集光部（集光手段）
１５ 開口部
１７ａ・１７ｂ 偏波面保存光ファイバ素線（偏波面保存光ファイバ）
Claims (8)
- 光源と、該光源から出射された光を入射し、被露光物に向けて出射する複数の光ファイバが配列された光ファイバアレイとを備えた露光装置の露光方法において、
上記光ファイバは、光を出射する出射側の先端に光を集光する集光手段を有し、
上記複数の光ファイバは、走査方向ｘに対して傾斜した１次元的な配列を有するか、又は２次元的な配列からなり走査方向ｘに垂直に設けられた光ファイバ列の各列は所望の露光パターンの最小ピッチをｗとした場合、該各列は上記走査方向ｘに直交するｙ方向に沿ってｗずれるようにして順に配された配列を有し、
上記複数の光ファイバにて被露光物を走査方向ｘに沿って走査しながら露光することにより、走査方向ｘに直交するｙ方向に複数の光ファイバを１次元的配列又は２次元的に直交格子配列したときよりも狭いピッチで複数の線状に同時露光することを特徴とする露光装置の露光方法。 - 上記集光手段は、上記光ファイバの出射側の先端をレンズ形状に加工することによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置の露光方法。
- 上記集光手段は、上記光ファイバの出射側の先端に固定されたレンズであることを特徴とする請求項１に記載の露光装置の露光方法。
- 光源と、該光源から出射された光を入射し、被露光物に向けて出射する複数の光ファイバが配列された光ファイバアレイとを備えた露光装置の露光方法において、
上記光ファイバは、光を出射する出射側の先端に、上記光源から出射された光の波長以下の大きさの開口部を有し、
上記複数の光ファイバは、走査方向ｘに対して傾斜した１次元的な配列を有するか、又は２次元的な配列からなり走査方向ｘに垂直に設けられた光ファイバ列の各列は所望の露光パターンの最小ピッチをｗとした場合、該各列は上記走査方向ｘに直交するｙ方向に沿ってｗずれるようにして順に配された配列を有し、
上記複数の光ファイバにて被露光物を走査方向ｘに沿って走査しながら露光することにより、走査方向ｘに直交するｙ方向に複数の光ファイバを１次元的配列又は２次元的に直交格子配列したときよりも狭いピッチで複数の線状に同時露光することを特徴とする露光装置の露光方法。 - 上記光ファイバは、上記開口部からエバネッセント光を出射することを特徴とする請求項４に記載の露光装置の露光方法。
- 上記光ファイバは、偏波面保存光ファイバであることを特徴とする請求項４又は５に記載の露光装置の露光方法。
- 上記光ファイバは偏波面保存光ファイバであり、隣り合う偏波面保存光ファイバの偏波方向が互いに９０°ずれて配列されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の露光装置の露光方法。
- 請求項１〜７のいずれか１項に記載の露光装置の露光方法に用いられることを特徴とする露光装置。
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