JP4521539B2

JP4521539B2 - 露光方法

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Publication number: JP4521539B2
Application number: JP2004174807A
Authority: JP
Inventors: 敏行堀内; 浩平橋本; 翔武内; 敏治松岡; 信夫佐々木
Original assignee: Tokyo Denki University
Current assignee: Tokyo Denki University
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-05-18
Also published as: JP2005331893A

Description

本発明は、円柱面状、円錐面状、鼓面状、樽面状、瓢箪面状などの側面を持つ被露光試料の側表面に繰り返しパターンを露光するための露光方法に関するものである。

光リソグラフィ技術は、半導体ウエハなどの被露光試料の表面にレジストなどの感光性材料を付し、可視光や紫外光などによって該感光性材料の特定の場所を露光し、現像により露光した場所もしくは非露光の場所のみに前記感光性材料を残すことにより感光性材料の微細パターンを形成する技術である。

通常、光リソグラフィは半導体ウエハなどの平面度の良い平板状の被露光試料の表面に対して行われ、円柱面状、円錐面状、鼓面状、樽面状、瓢箪面状などの側面を持つ被露光試料の側表面に光リソグラフィを施す方法は確立されていない。

円柱状の被露光試料の側表面に露光を施す研究段階の方法としては、焦点深度が深いＸ線近接露光を用いる図８に示す方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

この方法では、図８に示すように、円柱状の被露光試料４１をチャック４２で保持し、ラインアンドスペースパターン４３を有するＸ線マスク４４を該被露光試料４１に近接して配置し、シンクロトロン放射光（ＳＲ光）のＸ線４５を照射する。

被露光試料４１の軸線に対してラインアンドスペースパターン４３は形成しようとする螺旋パターンのリードに合わせてわずかに傾けて配置し、露光後、該被露光試料４１を回転ステージ４６により軸周りに矢印４７のごとく１８０度回転させて反対側からも同様にラインアンドスペースパターン４３を露光する。

しかし、Ｘ線近接露光は、Ｘ線マスクが高価格であるため、少量多品種生産には向かない。

また、図８のようにラインアンドスペースパターン４３の方向がほぼ被露光試料４１の軸に直角の方向の場合にはよいが、ラインアンドスペースパターン４３の方向が軸方向に近い場合には、被露光試料４１の中心部から離れて側面に近くなる程、精度良くパターンを転写することが難しくなり、真横に相当する部分ではパターンが解像しなくなる。

さらに、１８０度回転させて反対側から露光する時に、最初に露光した側の全部が反対側に行ってしまうため、位置を合わせることが難しく、両側から露光したパターンがつなぎ目でずれてしまうという問題もある。

一方、レーザ光の走査露光により円柱状の被露光試料の側表面に露光を施す、図９に示す方法も考えられている（例えば、非特許文献２参照）。

この方法では、図９に示すように、円柱状や円筒状の被露光試料５１を直線、回転ステージ５２によって矢印５３のごとく回転させたり、矢印５４のごとく直線移動してレーザビーム５５に対して走査し、被露光試料５１の側表面を任意の形状に露光する。

レーザビーム５５は、レーザ光源５６から射出されてビームピンホール５７で整形され、写真引き伸ばし機用レンズ５８を用いて絞っている。

レーザビーム５５を走査するには、被露光試料５１を回転させたり、直線移動させたりする代りにレーザビーム５５の位置をミラーなどによって動かして走査してもよく、被露光試料５１の回転および／または移動とレーザビーム５５の移動とを組み合わせて走査してもよい。

しかしながら、この方法は微小なビームで広い側表面を順次走査露光する方法であるため、露光に時間がかかり、量産品の製造には適さない。

従来の方法には、上記のように各方法それぞれに問題点があるため、より良い方法として、図２に例を示す投影露光装置を用いた方法が考えられる。

図２は、原図基板１上のパターン２を、投影光学系３を介して被露光試料４の側表面上に投影露光する装置の例を示している。投影光学系３はレンズでも良く、ミラーを用いた投影光学系でも良く、レンズとミラーを組み合わせた投影光学系でもよい。

原図基板１は石英などの透過基板にクロムなどの不透過材料で遮光部を形成したレチクルまたはマスクでもよく、金属や半導体などの不透過薄板または不透過薄膜に貫通穴を設けたステンシルマスクでもよく、写真フィルムを用いて透過部と不透過部を設けたレチクルまたはマスクでもよく、透過部と不透過部があれば任意である。

光源５から発せられる露光光線を、必要に応じて照明光学系７により光束を調整した後、原図基板１に当てて照明し、該原図基板１上のパターン２を投影光学系３により投影露光して被露光試料４の側表面上に光像８を作る。そして、該側表面上に塗布するなどして付したレジストなどの感光性材料を、前記光像８の強度分布に応じて感光させる。

平面状の原図基板１上のパターン２は、投影光学系３によって結像面となる平面上に投影され、光像８は該結像面を中心に投影光学系３の焦点深度の範囲であれば明瞭な明暗コントラストで形成される。

したがって、被露光試料４を回転ステージ１０に取り付けて、一度の露光により該被露光試料４の前記原図基板１と対向する投影光学系３の焦点深度範囲内の側表面にパターン２を投影露光し、投影露光の度毎に該被露光試料４を矢印１１のごとく回転させて露光を繰り返せば、該被露光試料４の側表面を全周にわたって投影露光することができる。ここで、１２は投影光学系３の光軸１２である。

被露光試料４上に投影される光像８の寸法は、原図基板１上のパターン２の寸法に投影光学系３の投影倍率を乗じた寸法となる。

この方法によれば、投影光学系３の焦点深度範囲内に入る被露光試料４の側表面を一度に露光することができるため、微小なビームで順次露光して行く走査露光よりも能率的で生産性が高い。

図５は、原図基板１上のパターン２を円柱状の被露光試料４の側表面に付した感光性材料上に投影露光する場合の説明図である。円柱状の被露光試料４に感光性材料９としてネガ型レジストが塗布されており、基板１ａに遮光体１ｂを付した原図基板１上にパターン２として、５本の等間隔透過スペースパターン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅからなるラインアンドスペースパターンが設けられている場合を想定している。

被露光試料４の側表面の感光性材料９に前記スペースパターン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを投影露光したとすると、図５（ａ）に示す部分３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅが感光し、感光部分３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅの寸法は、原図基板１上のスペースパターン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの寸法に投影光学系３の投影倍率を乗じた寸法となる。３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄは非感光部である。

光像８ができる結像面に対し、主光線が投影光学系３の光軸１２に平行になるように照射されるとすると、感光性材料９は、図５（ａ）に示すように、投影光学系３の光軸１２に平行な方向に感光する。

このため、露光後、現像して得られる感光性材料９のパターン３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅの断面形状は、図５（ｂ）に示すように、側壁が投影光学系３の光軸１２の方向に対称になり、露光領域の中心から離れるにつれて、側表面の法線３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅに対して傾いた断面形状を持つパターンが形成されてしまう。

また、このような形でパターンが形成されると、原図基板１上のスペースパターン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅが等間隔のパターンであっても、被露光試料４の側表面に形成されるパターン３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅの円周方向に測った間隔は、該側表面の投影光学系３の光軸１２に対する傾斜角に応じて不等間隔となってしまう。

ところで、被露光試料４を回転ステージ１０に取り付けるには、回転ステージ１０上に設けたチャックで被露光試料４を掴んだり、回転ステージ１０上に設けた合わせ面に被露光試料４を押し付けて固定したり、回転ステージ１０と被露光試料４のいずれか片方に位置決め穴、他方に位置決め突起を設け、該位置決め穴に該位置決め突起をはめ込んだり、被露光試料４の外周を位置決め突起として利用し、回転ステージ１０の穴にはめ込んだりすることが必要である。

しかしながら、被露光試料４を固定する際、該被露光試料４の幾何学的な中心軸と、回転ステージ１０の回転中心軸とが、必ずしも精度良く合致するとは限らない。

チャックで被露光試料４を掴んで固定する場合には、複数の爪の動きにばらつきがあり、偏芯する。また、回転ステージ１０上に設けた合わせ面に被露光試料４を押し付けて固定する場合には押し付け強さ、押し付け方向、固定時の締め付けのばらつきによって被露光試料４の位置がばらつく。位置決め穴に位置決め突起をはめ込む場合は、着脱可能なすきまばめとするため、はめあい隙間の分だけ取り付け位置がばらつく。さらに、位置決め穴や位置決め突起の形状や寸法の不確かさに起因する位置決め穴中心軸や位置決め突起中心軸のずれも影響する。

被露光試料４の幾何学的な中心軸と、回転ステージ１０の回転中心軸とが合致しないと、被露光試料４の露光結果に不都合が生じる。被露光試料４が円柱状の場合を例にとってこの不都合について説明する。

図６は被露光試料４の幾何学的な中心軸と回転ステージ１０の回転中心軸とが合致しない場合の不都合を説明する図であり、被露光試料４の回転軸に直角な断面を示している。

被露光試料４が、外形円の幾何学的な中心Ｏに対してｘ方向に距離ｅ_ｘ、ｙ方向に距離ｅ_ｙだけ偏芯した点Ｏ’を回転中心として回転ステージ１０により回転させられるとする。回転ステージ１０は回転角度を制御して動かすステージであり、前記回転中心Ｏ’まわりの回転角が制御される。

したがって、図６において、被露光試料４の断面上で点Ｏ’に最も近い点Ａ付近が角度θ回転すると、被露光試料４の側表面の動きは弧ＡＡ’となり、ＡＡ’＝ｒ_Ａθとなる。ここで、ｒ_ＡはＯ’Ａ間の距離である。

また、被露光試料４の断面上で点Ｏ’から最も遠い点Ｂ付近が角度θ回転すると、被露光試料４の側表面の動きは弧ＢＢ’となり、ＢＢ’＝ｒ_Ｂθとなる。ここで、ｒ_ＢはＯ’Ｂ間の距離である。

被露光試料４の断面を真円とし、半径をｒ、回転中心Ｏ’の被露光試料４の中心Ｏに対する偏芯量をｅとすれば、ｒ_Ａ＝ｒ−ｅ、ｒ_Ｂ＝ｒ＋ｅであり、ＢＢ’−ＡＡ’＝２ｅθとなる。

このため、被露光試料４を一定の回転角θだけ回転させても、Ａ部では被露光試料４の側表面が少ししか動かず、Ｂ部では被露光試料４の側表面が多く動くという現象を生じる。

したがって、被露光試料４を回転させて側表面に繰り返してパターンを形成すると、Ａ部ではパターンが密になり、Ｂ部ではパターンが疎になるという不都合が生じる。

次に、被露光試料４を回転させ、側表面に繰り返してパターンを形成する場合を考える。図７は被露光試料４の側表面にパターンを単純に接続して投影露光する方法の説明図である。

図７（ａ）は、スペースパターン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの露光により被露光試料４の側表面上に付した感光性材料９の対応する部分３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅが感光した状態を示す。ここで、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅは非感光部分である。

露光後、感光部分３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅに非感光部分３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅの１個分を加えた円周長さ分だけ、被露光試料４を回転させ、再度露光を行えば、今度は図７（ｂ）に示すように、部分３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、３７ｅが感光する。３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、３８ｅは非感光部分である。

このようにして被露光試料４を露光すると、例えば、感光性材料９がネガ型レジストの場合、露光後に現像を行うと、感光部分３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅおよび３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、３７ｅに対応して、被露光試料４の側表面には図７（ｃ）に示すように感光性材料９のパターン３９として、３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ、３９ｅ、３９ｆ、３９ｇ、３９ｈ、３９ｉ、３９ｊが形成される。

しかしながら、パターン３９のピッチを測定すると、露光面が円柱面をなしているため、最初の露光時に露光領域中央付近で露光されて形成されるパターン３９ｂ−３９ｃや３９ｃ−３９ｄの間隔と、露光領域の端で露光されて形成されるパターン３９ａ−３９ｂや３９ｄ−３９ｅの間隔とが異なってしまう。同様に、２回目の露光時に露光領域中央付近で露光されて形成されるパターン３９ｇ−３９ｈや３９ｈ−３９ｉの間隔と、露光領域の端で露光されて形成されるパターン３９ｆ−３９ｇや３９ｉ−３９ｊの間隔とが異なってしまう。

また、最初の露光に対応してできるパターン３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ、３９ｅと２回目の露光に対応してできるパターン３９ｆ、３９ｇ、３９ｈ、３９ｉ、３９ｊとの間隔、すなわちパターン３９ｅとパターン３９ｆとの間隔は、回転ステージ１０の回転中心と該被露光試料４の断面の幾何学的な中心との不合致、該被露光試料４の断面の真円からのずれ、回転ステージ１０の回転誤差やばらつきなどに起因して、特異な寸法となり、同時露光で形成されたパターン３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ、３９ｅや３９ｆ、３９ｇ、３９ｈ、３９ｉ、３９ｊに挟まれたパターン間隔とは必ずしも合致しない。

回転軸部品の側表面の一部に軸方向のラインアンドスペースパターンを形成し、エンコーダのマークとして利用する場合には、パターンの間隔が不均一になると、マークの通過数や通過時間間隔をカウントして該回転軸の回転速度や回転角度を計測すると、該回転軸部品が実際は等速で回転しているにもかかわらず、見掛け上、１回転する間に速度の増減が繰り返されているかのように計測されたり、実際と異なる角度回転したかのごとく計測されたりする不都合が生じる。

また、回転軸部品の側表面の一部に軸受溝を作るのに利用する場合には、パターンの間隔が不均一になると、溝の位置間隔が分布を持つこととなるため、全周で支持力が一様とならず、しかも、回転に伴って該回転軸部品の円周上における支持力の強弱分布が移動する。そのため、回転に同期した微振動が発生したり、該回転軸部品を使用する機械の他部と共振したり、振動音が発生するといった不都合が起こる。
ＤｉｇｅｓｔｏｆＰａｐｅｒｓ，ＭｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００３，２００３年，ｐ．１５６，１５７２００２年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集，２００２年，ｐ．５６４

本発明が解決しようとする課題は、被露光試料を回転させながら、繰り返し露光にする場合に、被露光試料の側表面に高い間隔精度でパターンを形成できる露光方法を提供することである。

本発明は、光源から発せられる露光光線を原図基板上の繰り返しパターンに照射して、前記繰り返しパターンを投影光学系により幾何学的な中心軸を有する回転対称体からなる被露光試料の側表面に投影露光する工程と、
前記被露光試料の側表面が前記繰り返しパターンの１周期に相当する距離に前記投影光学系の倍率を乗じた距離または該距離の前記繰り返しパターンの繰り返し回数未満の整数倍だけ回転するように前記被露光試料を前記幾何学的な中心軸周りに回転させる工程と、を含み、
前記両工程を交互に繰り返して、前記被露光試料の側表面上の同一露光箇所を、前記原図基板上の繰り返しパターンのうちの複数のパターンによって重畳して露光し、且つ、前記繰り返しパターンへの１回の露光時間は適正な露光時間の約１／同一露光箇所を繰り返して露光する回数とすることを特徴とする露光方法である。

あるいは、光源から発せられる露光光線を原図基板上の繰り返しパターンに照射して、前記繰り返しパターンを投影光学系により幾何学的な中心軸を有する回転対称体からなる被露光試料の側表面に投影露光する工程と、
前記被露光試料の側表面が前記繰り返しパターンの繰り返し回数の約数でなく、且つ、前記繰り返しパターンの繰り返し回数未満の倍数に相当する距離に前記投影光学系の倍率を乗じた距離だけ回転するように前記被露光試料を前記幾何学的な中心軸周りに回転させる工程と、を含み、
前記両工程を交互に繰り返して、前記被露光試料の側表面上の同一露光箇所を、前記原図基板上の繰り返しパターンのうちの複数のパターンによって重畳して露光し、且つ、前記繰り返しパターンへの１回の露光時間は適正な露光時間の約１／同一露光箇所を繰り返して露光する回数とすることを特徴とする露光方法である。

本発明によると、円柱面状、円錐面状、鼓面状、樽面状、瓢箪面状などの側面を持つ被露光試料の側表面に繰り返しパターンを高い間隔精度で露光することができる。

したがって、回転軸部品の側表面の一部に軸方向のラインアンドスペースパターンを形成してエンコーダのマークとして利用し、出来上がったマークの通過数や通過時間間隔をカウントして該回転軸の回転速度や回転角度を計測すれば、従来よりも高精度で該回転速度や回転角度を計測できるようになる。

また、回転軸部品の側表面に空気軸受溝を作るのに利用すると、溝の位置間隔が均一になるため、全周の支持力を一様にすることができる。したがって、回転に同期した微振動の発生や該回転軸を使用する機械の他部との共振が少なくなり、振動音の発生が少なくなる。

本発明の露光方法を実施するための最良の形態を図１に基づいて説明する。図２に示した構成の投影露光装置を用い、原図基板１上に図５に示したような５本の等間隔透過スペースパターン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅからなるラインアンドスペースパターンが設けられており、投影光学系３を介して円柱状の被露光試料４の側表面上に前記パターン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを投影露光する場合を考える。

光像８ができる結像面に、主光線が投影光学系３の光軸１２に平行になるように照射されるとし、被露光試料４の側表面に感光性材料９としてネガ型レジストが塗布されているとすると、図１（ａ）に示すように、原図基板１上のスペースパターン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅに対応する部分１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅがほぼ投影光学系３の光軸１２に平行な方向に感光する。

感光性材料９の感光部分１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅの寸法は、ほぼ原図基板１上のスペースパターン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの寸法に投影光学系３の投影倍率を乗じた寸法となる。

しかし、被露光試料４の側表面が曲面の場合、該側表面の法線は場所により投影光学系３の光軸１２に対して傾いた方向となるため、結像光線の主光線は被露光試料４の側表面に対して垂直ではなくなり、場所により倍率がわずかにずれる。

本発明の露光方法では、つぎに、従来と異なり、図１（ｂ）に示すように、形成する繰り返しパターンの単位となる要素パターンの分、すなわち、繰り返しパターンの１周期分だけ被露光試料４を回転させて露光を行う。

すなわち、原図基板１上の繰り返しスペースパターン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの繰り返し単位分すなわち繰り返しパターンの１周期分の寸法に露光光学系すなわちこの場合は投影光学系３の投影倍率を乗じた寸法だけ、被露光試料４の側表面が回転するように、被露光試料４を回転させて露光を行う。

今度は感光性材料９のうちの部分１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅが感光する。部分１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄは、図１（ａ）に示した感光部分１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅとほぼ重なる。

この後、図１（ｃ）に示すように、再度、形成する繰り返しパターンの単位となる要素パターンの分、すなわち、繰り返しパターンの１周期分だけ被露光試料４を回転させて露光を行う。

今度は感光性材料９のうちの部分１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅが感光する。部分１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄは、図１（ｂ）に示した部分１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅとほぼ重なるとともに、部分１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、図１（ａ）に示した部分１６ｃ、１６ｄ、１６ｅとほぼ重なる。

この後、さらに、図１（ｄ）に示すように、再度、形成する繰り返しパターンの単位となる要素パターンの分、すなわち、繰り返しパターンの１周期分だけ被露光試料４を回転させて露光を行う。

今度は感光性材料９のうちの部分１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅが感光する。感光部分１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、図１（ｃ）に示した部分１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅとほぼ重なるとともに、１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、図１（ｂ）に示した部分１７ｃ、１７ｄ、１７ｅとほぼ重なり、同時に、１９ａ、１９ｂは、図１（ａ）に示した部分１６ｄ、１６ｅとほぼ重なる位置となる。

この後、さらに、図１（ｅ）に示すように、再度、形成する繰り返しパターンの単位となる要素パターンの分、すなわち、繰り返しパターンの１周期分だけ被露光試料４を回転させて露光を行う。

今度は感光性材料９のうちの部分２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅが感光する。感光部分２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、図１（ｄ）に示した部分１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ部分とほぼ重なるとともに、２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、図１（ｃ）に示した部分１８ｃ、１８ｄ、１８ｅとほぼ重なり、２０ａ、２０ｂは、図１（ｂ）に示した部分１７ｄ、１７ｅとほぼ重なり、同時に、２０ａは、図１（ａ）に示した部分１６ｅとほぼ重なる。

したがって、感光性材料９の部分１６ｅは、引き続き行う図１（ｂ）に示す露光により部分１７ｄを重ねて露光され、図１（ｃ）に示す露光により部分１８ｃを重ねて露光され、図１（ｄ）に示す露光により部分１９ｂを重ねて露光され、図１（ｅ）に示す露光により部分２０ａを重ねて露光され、合計５回露光される。

さらに、形成する繰り返しパターンの単位となる要素パターンの分、すなわち、繰り返しパターンの１周期分だけ被露光試料４を回転させて露光を行い、順次、被露光試料４の全周を露光する。

そうすると、感光性材料９は、部分１６ｅに続いて部分１７ｅ、１８ｅ、１９ｅ、・・・の順に、合計５回ずつ露光されて行く。

感光性材料９に加える１回の露光毎の露光時間は、同じ場所が５回ずつ露光されることを考慮し、１度の露光で露光する場合に適正な露光時間の約１／５とする。

このように、被露光試料４のほぼ同じ場所に露光時間を短くした露光を同じ回数ずつ加えて全周を露光すると、被露光試料４が円柱面であるため露光領域内で露光面が部分的に結像面からずれることによるパターン光像強度分布の相違や、露光領域内で露光面が部分的に投影光学系３に対して傾斜することによる露光面に当る光の角度の相違、によるパターン断面形状のばらつき、被露光試料４を軸回りに回転させる中心が、幾何学的中心とずれることに起因するパターン露光位置のばらつき、被露光試料４を軸回りに回転させる機構のガタや回転角の制御誤差などに起因するパターン位置のばらつきなど、パターンの位置やピッチの変動に影響を与える各種のばらつきが平均化され、誤差が相殺される。

そのため、被露光試料４の側表面に形成される感光性材料９のパターン２１は、図３に示すように、被露光試料４の全周にわたって断面形状が均一になり、そのピッチは、図７に示した従来の方法と比べると格段に均一化される。

繰り返しパターンの露光をずらして行く被露光試料４の回転移動間隔は、必ずしも、形成する繰り返しパターンの単位となる要素パターンの分、すなわち、繰り返しパターンの１周期分でなくてもよく、繰り返しパターンの単位となる要素パターンの周期の整数倍でもあってもよい。

被露光試料４の側表面上に形成される光像の寸法は原図基板１上のパターン２の寸法に投影光学系３の投影倍率を乗じた寸法となるので、上記被露光試料４の回転移動間隔は、原図基板１上の繰り返しパターン２の１周期に相当する距離に露光光学系の倍率、すなわちこの場合は投影光学系３の投影倍率を乗じた距離の整数倍に相当する。

前記整数は、一度に露光する繰り返しパターン２の露光領域内での繰り返し数の約数でない方がよい。

被露光試料４の回転移動間隔を、繰り返しパターン２の単位となる要素パターンの周期に原図基板１上に配置されたパターン２の繰り返し数の約数を乗じた値とすると、一度に露光されるパターン群のつなぎ目に別のパターン群がオーバーラップして重ならないで露光される場合が生じるため、平均化のされ方が劣る。

上記の説明に示したパターンのように、被露光試料４の軸方向または軸方向に近い方向を向くパターンを該被露光試料４の側表面上に多数繰り返して露光し、パターン間の距離間隔を均一にしたい場合に、本発明はとくに有効である。

しかし、本発明を適用するに当り、原図基板１上に配置された繰り返しパターンの形状が任意でよいことは言うまでもない。

被露光試料４の回転と露光の繰り返しは任意の手段で行えばよく、プログラムを組んでコンピュータで制御し、自動的に露光するようにしてもよい。

なお、被露光試料４の側表面に感光性材料９を付して露光し、露光後現像を行うリソグラフィプロセスを想定して説明したが、現像を行わずに露光により感光性材料９の性質を変化させることだけが必要な場合や、感熱性材料９が見かけ上光に感応するのを利用したい場合などにも本発明を適用できる。

また、以上の説明は原図基板１上に配置された繰り返しパターンを投影露光によって被露光試料４上に露光する場合を例に取って説明したが、透過部と遮光部とを有するフォトマスク、Ｘ線マスク、ステンシルマスク、写真フィルムなど任意の原図基板を用いて近接露光や密着露光を行う場合にも本発明が有効であることは明らかである。これらの場合は以上の説明において、露光光学系の倍率を１と考えればよい。

実際に、外径２１．５８ｍｍ、内径５．８３ｍｍ、長さ３０ｍｍの円筒状被露光試料４の外筒面上にネガ型レジストを塗布し、不透過の背景内に幅１００μｍ、長さ１０ｍｍの透過スペースパターンを５本設けた写真フィルム製の原図基板１を用いて、被露光試料４の外筒面上に丁度３６０本のスペースパターンを形成できる投影倍率（０．９４１６倍）の投影光学系３を用いて露光を行った。

一度に露光する時必要な露光時間の約１／５の露光時間で露光しては被露光試料４を１°回転し、３６０回露光した。一度に５本のスペース部が被露光試料４上に投影され、露光部は被露光試料４が１°回転する毎にスペース１個分ずつずらされて行き、最終的にそれぞれの露光部が５回ずつ露光される。

使用したのがネガ型レジストであるため、現像すると、投影露光されたスペース部にレジストが残り、ラインパターンが形成される。

被露光試料４の円周上でパターンピッチを測定した結果を図４に示す。本発明の適用により、本来１８７．８μｍとなるべきパターンピッチは約±２％以下の小さい誤差とできた。

本発明によらずに、一度に５本のスペースずつ７２回に分けて露光し、３６０本のスペースを露光した場合には、パターンピッチが約±１６％も大きくばらついてしまった。したがって、本発明の改善効果は極めて高い。

本発明の露光方法の実施形態原図基板上のパターンを、投影光学系を介して被露光試料の側表面上に投影露光する投影露光装置の例本発明の露光方法により円柱状被露光試料の側表面の全周に形成した感光性材料のパターン断面形状本発明の露光方法により円柱状被露光試料の側表面の全周に形成した感光性材料のパターンピッチの均一性投影露光により円柱状被露光試料の側表面パターンを露光する説明図被露光試料の幾何学的な中心軸と、回転ステージの回転中心軸とが合致しない場合の不都合を説明する図パターンを単純に接続して円柱状被露光試料の側表面に形成する従来の方法の説明図円柱状の被露光試料の側表面にＸ線近接露光によってパターンを形成する方法の説明図円柱状の被露光試料の側表面にレーザ光の走査露光を施す方法の説明図

１：原図基板
２：パターン
３：投影光学系
４：被露光試料
５：光源
７：照明光学系
８：光像
９：感光性材料
１０：回転ステージ
１２：光軸
１６ａ〜１６ｅ：感光部
１７ａ〜１７ｅ：感光部
１８ａ〜１８ｅ：感光部
１９ａ〜１９ｅ：感光部
２０ａ〜２０ｅ：感光部
２１：感光性材料のパターン
３３ａ〜３３ｅ：感光部
３５ａ〜３５ｅ：感光部
３９ａ〜３９ｊ：感光性材料のパターン

Claims

光源から発せられる露光光線を原図基板上の繰り返しパターンに照射して、前記繰り返しパターンを投影光学系により幾何学的な中心軸を有する回転対称体からなる被露光試料の側表面に投影露光する工程と、
前記被露光試料の側表面が前記繰り返しパターンの１周期に相当する距離に前記投影光学系の倍率を乗じた距離または該距離の前記繰り返しパターンの繰り返し回数未満の整数倍だけ回転するように前記被露光試料を前記幾何学的な中心軸周りに回転させる工程と、を含み、
前記両工程を交互に繰り返して、前記被露光試料の側表面上の同一露光箇所を、前記原図基板上の繰り返しパターンのうちの複数のパターンによって重畳して露光し、且つ、前記繰り返しパターンへの１回の露光時間は適正な露光時間の約１／同一露光箇所を繰り返して露光する回数とすることを特徴とする露光方法。
光源から発せられる露光光線を原図基板上の繰り返しパターンに照射して、前記繰り返しパターンを投影光学系により幾何学的な中心軸を有する回転対称体からなる被露光試料の側表面に投影露光する工程と、
前記被露光試料の側表面が前記繰り返しパターンの繰り返し回数の約数でなく、且つ、前記繰り返しパターンの繰り返し回数未満の倍数に相当する距離に前記投影光学系の倍率を乗じた距離だけ回転するように前記被露光試料を前記幾何学的な中心軸周りに回転させる工程と、を含み、
前記両工程を交互に繰り返して、前記被露光試料の側表面上の同一露光箇所を、前記原図基板上の繰り返しパターンのうちの複数のパターンによって重畳して露光し、且つ、前記繰り返しパターンへの１回の露光時間は適正な露光時間の約１／同一露光箇所を繰り返して露光する回数とすることを特徴とする露光方法。