JP6150909B2 - 露光装置 - Google Patents
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Description
本出願は、露光装置（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）、これを用いる露光方法、及びこれを用いる金型の製造方法に関する。
半導体または機能性素子などの製造時にパターンを形成するための方法として、フォトリソグラフィ（Ｐｈｏｔｏ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）などが用いられる。
前記フォトリソグラフィは、基板にフォトマスクの形状を転写して大量にマイクロメートルサイズあるいはナノメートルサイズの微細な形状を製作する方法である。例えば、レジスト（Ｒｅｓｉｓｔ）が塗布された基板上に所定形状やパターンが形成されたフォトマスクを配置して光を照射し、この場合、フォトマスクに存在する形状やパターンにより前記照射された光が選択的に透過したりまたは遮断されたりして基板に塗布されたレジストを選択的に硬化させ、エッチング工程後に前記レジストを除去して基板上に所定形状やパターンを形成することができる。
本出願は、サブマイクロメートルサイズの微細パターンを被照射体金型に容易に形成することができる露光装置及びこれを用いる露光方法を提供する。
以下、添付図面を参照して本出願の露光装置を詳細に説明する。また、本発明を説明するにおいて、係る公知の汎用的な機能または構成に対する詳細な説明は省略する。また、添付の図面は本発明の理解を補助するための概略的なものであって、本発明をさらに明確に説明するために、説明と関係ない部分は省略していて、添付図面により本発明の範囲が制限されない。
本出願は、露光装置に関する。本出願の一実施例は、被照射体の表面に微細パターンを形成するための露光装置及びこれを用いる露光方法を提供する。
例示的な露光装置は、図１に示すように、光源１０と、該光源１０から照射された光の進路に位置しているフォトマスク３０と、前記フォトマスク３０を経た光の進路に位置する載置台４０と、を含む。前記フォトマスク３０は、前記光源１０とは反対側表面に形成された１つ以上の突起部（ｂｕｍｐ）３１１を有し、屈折率が１．２〜２．５、１．３〜２．４または１．４〜２．３の範囲とすることができる。具体的に、前記フォトマスク３０は、突起部３１１及び溝部３１０を含む凹凸表面３１を有することができる。また、前記載置台４０は、被照射体の表面が曲面になるように、前記被照射体を載置可能に形成され得る。前記露光装置は、凹凸表面３１が形成されたフォトマスクを用いてサブマイクロメートルサイズの微細パターンを被照射体に形成することができる。前記露光装置を介して、自動化工程に容易に適用し、被照射体に数百ナノメートル〜数百マイクロメートルサイズの多様なパターンを形成することで、工程の便宜を図ることができる。
また、前記光源１０と突起部３１１は、下記数式１を満たすように形成され得る。
[数式１]
△Φ＝２π（ｎ２−ｎ１）×ｄ／λ
△Φ＝２π（ｎ２−ｎ１）×ｄ／λ
数式１において、△Φは、光源から照射されてフォトマスクの突起部を通過した光と突起部が形成されないフォトマスクの溝部を通過した光との間の位相差であり、ｎ２は、フォトマスクの突起部の屈折率であり、ｎ１は、フォトマスクの突起部が形成されない溝部に充填されている媒質の屈折率であり、ｄは、突起部の高さであり、λは、光源から照射される光の波長である。上記において、λは、前記フォトマスク３０において記述したように照射される光の波長であって、一般的な高圧水銀アークランプのＧ−（４３６ｎｍ）、Ｈ−（４０５ｎｍ）、Ｉ−ｌｉｎｅ（３６５ｎｍ）領域で光の波長とすることができ、または、さらに高い解像度のために、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、Ｆ２（１５７ｎｍ）エキシマレーザを用いる光の波長領域とすることができる。前記光源による突起部３１１の高さｄは、πの整数倍に相当するように厚さを制御することで、位相差を調節することができる。理論上、△Φ位相差が数式１さえ満たせれば、突起部３１１の高さがいずれであっても構わないが、実際工程を考慮した場合、例えば、０．２〜１０μｍとすることができる。
一例において、図２は、凹凸表面３１から発生する光の干渉現象を模式的に示す図である。図２のように、凹凸表面３１の突出した部分、すなわち突起部３１１とパターンの陥没した部分、すなわち溝部３１０の境界面で突起部３１１の媒質と溝部３１０に充填されている媒質との屈折率差により入射された光の位相差が発生することになり、この場合、本出願に係る露光装置のフォトマスク３０は、前記数式１の条件を満たすことができる。前記媒質は、空気とすることができ、この場合、光に対する屈折率は１とすることができる。
前記数式１において、△Φがπの整数倍である場合、局所的に弱め合う干渉（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が発生し、この場合、パターンの溝部３１０及び突起部３１１の境界の局所的な領域で光の強度が０（ｚｅｒｏ）に近いヌル点（ｎｕｌｌ ｐｏｉｎｔ）が形成される。これにより、前記ヌル点では、光が後述する感光材２１に到達できない場合と同じような効果が示され、これによりヌル点が形成された領域に微細パターンが形成される。
図４は、ヌル点が形成された領域の干渉現象をさらに詳しく示す図であり、図５は、干渉現象により現像を行った後に微細パターンが形成された感光材２１を示す図である。
本出願では、前記感光材２１が紫外線領域、例えばＩ−ｌｉｎｅ３５０〜３８０ｎｍの波長の光を吸収するように選択され、前記照射される光が水銀ランプの場合、前記感光材２１の吸収波長及び照射される光の波長の２つ要因により、マスク３０の突起部３１１と感光材２１とが接触する際にヌル点が形成され、よって、工程条件の選択幅が広くなるので、工程の自由度が高い効果を得ることができる。
また、一般のブランクマスク（ｂｌａｎｋ ｍａｋｓ）を用いて１μｍ以下、すなわち、サブマイクロメートルサイズのパターンを形成する場合、露光時の光源の波長とフォトマスクと基板との間の間隔などから得られる最小線幅及びパターンの解像度を考慮して高価な極紫外線光源を用いることになるが、本出願に係る露光装置では低価な紫外線ランプを光源として用いても、サブマイクロメートルサイズのパターンの形成を容易に形成することができる。
一例において、本出願に係る露光装置は、載置台に表面が曲面をなす状態で存在する被照射体２０をさらに含むことができる。前記被照射体または載置台は光の進路に位置し、具体的に光がフォトマスク３０を経た後の進路に位置することができる。また、前記被照射体２０または載置台４０はロール形状を有することができる。具体的に、一例において前記被照射体２０は、円筒状の金型とすることができる。この場合、図１に示すように、前記露光装置の前記載置台４０は前記円筒状金型２０を中心軸を中心に回転させることができる回転装置とすることができる。また、前記露光装置はフォトマスク３０を移送する移送装置５０をさらに含むことができる。前記円筒状金型２０は、露光装置の設計の便宜及び露光効果を考慮して固定された状態で０．０１〜５００ｍｍ／ｓの範囲で一定な速度で回転することができ、前記金型２０の回転速度と均衡を維持しながらマスク３０が移送装置５０により移送されるので、円筒状金型２０の全領域にかけて露光工程を行うことができる。
一例において、被照射体２０は円筒状を有し、その表面には感光材層２１が形成される。図１のように、感光材２１がコーティングされた円筒状金型が前記フォトマスク３０上部で回転されると、このとき、前記フォトマスク３０は移送装置５０により水平方向に移送され、下部の光源１０から照射された光がフォトマスク３０を経て、前記感光材２１に照射される。例えば、感光材はポジ型レジストまたはネガ型レジストとすることができる。ポジ型レジスト（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｒｅｓｉｓｔ）の場合には後述するヌル点が形成された部分のみ現像が行われ、ネガ型レジスト（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｒｅｓｉｓｔ）の場合にはヌル点が形成された部分のみ現像が行われないので、本出願では所望する形状に適切な感光材を選択して使用することができる。
本明細書において、用語「被照射体」は、微細パターンが形成された物体を意味し、その形状や素材は特に限定されない。例えば、被照射体は、平面または曲面を有する金型とすることができる。具体的に、例えば被照射体は円筒状の金型とすることができるが、これに限定されない。一例において、前記被照射体は、被照射体の表面上に微細パターンを形成させるために、感光材が表面にコーティングされた金型とすることができる。よって、以下の記載において、用語「被照射体」は、金型、または感光材が表面に形成された金型の両方を意味する。
本出願の実施形態において、前記フォトマスク３０は、例えば、突起部３１１が１つ以上存在することができ、前記突起部３１１はストライプ形状、曲線形状、多角形の形状またはこれらが互いに交差する形状を有することができるが、これに限定されない。本出願において、前記ストライプ形状は、上述の微細パターンの突出した部分、すなわち突起部３１１が所定間隔で平行に配置された形状を意味する。一例において、前記多角形の形状は、図９に示すパターンのように、１つ以上の四角形状のパターンが格子状に隣接して配置されている形状として示される。また、前記ストライプ、曲線または多角形の形状は互いに交差する形態で形成される。例えば、多角形の形状にストライプ形状または曲線形状が互いに連結されて交差する形態で形成され得る。交差する形状は、特に限定されず、発明が適用される技術分野に応じて適切に製造することができる。
前記フォトマスク３０を構成する素材は、特に限定されない。例えば、フォトマスクは、紫外線透過可能な可撓性素材を含むことができる。前記可撓性素材としては、例えば、シリコン系樹脂が用いられ、具体的にポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｉｌｏｘａｎｅ、ＰＤＭＳ）樹脂などが用いられる。
前記フォトマスク３０がシリコン系樹脂を含む場合、３００ｎｍ波長領域で優れた光透過性を有し、フォトリソグラフィ工程で有用に用いられる。また、基材との密着性に優れて前記フォトマスク３０と感光材との接触時に優れた接触性を示し、ヌル点の形成による光の干渉効果をより良好に発揮することができる。
従来のブランクフォトマスクを用いるフォトリソグラフィの場合、パターンの解像度及び信頼性の確保のためには、パターンの最小線幅ＣＤ（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）ＣＤ≒（λｇ）１／２を得るために、感光材層とフォトマスクとの間の空気層を最小化させて２つの界面間の接触を最大化しなければならない。すなわち、一般の接触露光方式の場合、パターンの最小線幅ＣＤはフォトマスクと感光材層との距離ｇ１／２に比例するためである。このために適当な圧力で２つの界面の接触を改善する工程が必要であるが、フォトマスクと感光材層を導入した基板が全部硬い素材であるため、外部の異物やフォトマスク及び感光材層の表面粗さなどにより、２つの界面の完璧な接触が困難になる。そのため、ｐｏｌｙ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｉｌｏｘａｎｅ）（ＰＤＭＳ）のような透明（〜３００ｎｍ以上の波長の紫外線で７０〜８０％の高い透過率を有する）であり、弾性がある金型をマスクとして用いたフォト工程技術が提案されている。弾性高分子は、素材の有する低い弾性係数（Ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ、Ｙｏｕｎｇ’ｓ ｍｏｄｕｌｕｓ）によりＰＤＭＳのようなシリコン系弾性高分子を素材としたフォトマスクの場合、感光材層と極めて密接な接触を容易に得ることができる。
一例において、前記フォトマスク３０と被照射体２０とが接触する場合、前記フォトマスク３０の突起部３１１は前記金型２０にコーティングされている感光材と接触することができる。本出願のフォトマスク３０は、前記のように凹凸表面３１の突起部３１１が感光材と接触することで、上述の干渉現象を起こして金型２０の表面にサブマイクロサイズの微細パターンを形成することができる。
また、図１に示すように、前記露光装置は、光源１０の直進光学系（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ ｌｅｎｓ）とフォトマスク３０との間に、光源から照射された光が透過されてフォトマスク側に照射できる開口部が形成されたスリット６０をさらに含むことができる。また、図３に示すように、載置台４０を覆っていて、光源から照射された光がフォトマスク３０を経て被照射体２０に照射できる開口部が形成されたスリット６０がさらに存在することができる。前記スリット６０は、載置台４０に載置されている被照射体２０に照射されることができ、具体的に感光材層２１が形成された被照射体２０の感光材層２１に照射できる。一方、フォトマスク３０は、図３に示すように、光源と載置台との間に光の進路に形成されることができ、後述するように、載置台４０または被照射体２０を覆うように形成することもできる。後者の場合、前記スリット６０は、載置台４０または被照射体２０を覆うフォトマスク３０を覆うように形成するか、または前記フォトマスク３０が載置台４０または被照射体２０を覆うスリット６０を覆うように形成することができる。前記のようにスリット６０をさらに含むことで、前記光源の光をより効率的に被照射体に、フォトマスク３０と感光材２１との接触面（Ａ）に伝達することができ、これにより工程の効率をより向上させることができる。すなわち、前記スリットを介して、円筒状基材に塗布されている感光材層に露光される領域を拡大することができ、感光材層に入射する光源の入射角度により所望しない干渉パターンが形成されることを防止し、信頼性の高い微細パターンを実現することができる。
さらに、一例において、前記露光装置は、光源１０と前記スリット６０との間に直進光レンズまたは集光レンズ７０を含むことができる。また、前記露光装置は、前記光源に基準にして前記スリット６０の反対側に位置する反射体８０を含むことができる。
図６は、本出願の露光装置のまた他の実施例を示す図である。
図６のように、本出願のまた他の実施形態において、前記フォトマスク３０は、ロール形状を有する載置台４０または被照射体２０を覆うように配置されることができ、フォトマスク３０を含む載置台４０または被照射体２０を回転させながら円周方向に紫外線直進光とスリットを用いて露光できるように設けられる。すなわち、前記載置台４０または被照射体２０は回転可能に設けられ、載置台４０上に被照射体２０が載置されていて、これを覆うようにフォトマスク３０が設けられる。
上記のように、フォトマスク３０が被照射体２０を覆ったままで露光工程を行う場合、別途の移送装置５０なしに、載置台４０だけで工程を行うことができるため、工程を効率的に行うことができる。
この場合、前記被照射体２０の直径は、特に制限されないが、前記フォトマスク３０の長さを考慮して調節することができ、好ましくは継手を最小化できるように調節することができる。前記「継手」は、マスク３０が前記金型２０を円周方向に覆う場合、互いに接するマスク３０の両端を連結する部分を意味する。
本出願の一実施形態において、図７のように、前記露光装置において光源は、載置台４０または被照射体２０を覆っているフォトマスク３０の外側に沿って２つ以上配置され得る。前記光源の個数は、前記光源から照射される光が前記載置台４０または被照射体２０の円周領域をすべて照射することができれば、特に制限されず、工程コスト及び効率性などを考慮して自由に調節することができる。
本出願において、前記光源１０は特に制限されず、例えば紫外線の照射ランプとすることができる。
本出願は、さらに上述の露光装置を使用した露光方法を提供する。
例示的な前記露光方法は、前記露光装置を用いて被照射体２０の表面を露光することを含む。すなわち、載置台４０に被照射体２０を位置させ、光源から光を照射してフォトマスク３０を媒介として被照射体２０を露光することを含む。
本出願の露光方法では、前記被照射体２０またはフォトマスク３０を、移送装置５０を介して移動させながら前記露光過程を行うことができる。
また、前記被照射体２０は、感光材２１がコーティングされている円筒状金型とすることができ、フォトマスク３０が前記円筒状金型を覆っている状態で露光を行うことができる。この場合、上述のように、光源は載置台４０または被照射体２０を覆っているフォトマスク３０の外側に沿って２つ以上配置され得る。すなわち、複数の光源を用いて、円筒状の金型を覆っているフォトマスクに、光を照射することができる。
一例において、前記露光過程で照射される光の波長は、高圧水銀アークランプのＧ−（４３６ｎｍ）、Ｈ−（４０５ｎｍ）、Ｉ−ｌｉｎｅ（３６５ｎｍ）領域において光の波長（前記中心波長から±３０ｎｍ波長の範囲を含む）とすることができ、また、さらに高い解像度のために、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、Ｆ２（１５７ｎｍ）エキシマレーザを用いる波長領域とすることができる。上記において、水銀アークランプのＩ−ｌｉｎｅ（３６５ｎｍ）の光を用いる場合、３〜２５ｍＷ／ｃｍ２、例えば、５〜２０ｍＷ／ｃｍ２、または１０〜１５ｍＷ／ｃｍ２の光量で０．０１〜５分間、例えば、０．０２〜１分または０．０５〜０．５分間照射することができる。
一例において、前記被照射体２０は、感光材がコーティングされている円筒状の金型２０とすることができる。前記感光材２１は特に制限されないが、紫外線領域、例えば３６５ｎｍのＩ−ｌｉｎｅ ３５０ｎｍ〜３８０ｎｍの波長の光を吸収することができる感光材２１とすることができ、前記感光材２１は０．１〜１０μｍ、例えば、０．２〜１μｍまたは０．３〜０．８μｍの厚さで前記円筒状金型２０にコーティングすることができる。感光材２１が上述の厚さ範囲を超えて厚くコーティングされた場合、相対的に光の照射時間が長くなって経済的な工程進行が困難となる問題が存在する。
一実施形態において、前記露光方法は、前記露光過程において円筒状金型２０を前記金型２０の中心軸を中心に回転させながら行うことができる。
前記感光材２１がコーティングされた円筒状金型２０が前記フォトマスク３０上部で回転すると、その場合、前記フォトマスク３０は水平方向に移送されることになり、下部の光源１０から照射された光がフォトマスク３０を経て、前記感光材２１に照射される。
前記円筒状金型２０は、露光装置の設計の便宜及び露光効果を考慮して固定された状態で回転し、これに連動して下部フォトマスクが含まれた透明基材が０．０１〜５００ｍ／ｓの範囲で一定の速度で回転することができ、前記円筒状金型２０の回転速度と均衡を維持しながらフォトマスク３０が移送されるので、円筒状金型２０の全領域にかけて露光工程が行われる。
前記露光方法の、また他の実施形態において、前記露光方法は、フォトマスク３０が前記円筒状の金型２０を覆っている状態で露光過程を行うことができる。上記のように、フォトマスク３０が円筒状金型２０を覆ったままで露光工程を行う場合、前記フォトマスク３０の別途移送なしに、円筒状金型２０の回転だけで工程を行うことができ、経済的な工程が可能となる。
この場合、複数の光源を用いて円筒状の金型２０を覆っているフォトマスク３０に光を照射して前記露光過程を行うことができ、この場合、別途の回転なしに、同一効果の露光効果を得ることができる。
例示的な前記露光方法では、一例として、本出願の露光方法は、前記円筒状金型２０に感光材２１をコーティングする前に、円筒状金型２０を準備して洗浄する段階をさらに含み、また、円筒状金型２０に感光材２１をコーティングした後、前記感光材２１を乾燥する段階をさらに含む。前記乾燥段階は、例えば、９５℃条件で５分間行うことができる。
また、一例において、本出願の露光方法は、露光後にエッチング工程をさらに行うことができる。例えば、前記エッチングは乾式または湿式エッチングを行うことができる。
また、本出願は、金型の製造方法に関する。例示的な金型の製造方法は、上述の露光装置を用いて被照射体の表面を露光して前記被照射体の表面に微細パターンを形成することを含む。すなわち、前記製造方法は、上述の本出願に係る露光装置または露光方法で製造される。また、上述のように、前記被照射体は円筒状を有し、その表面には感光材層が形成され得る。一例において、上述の露光装置を介してサブマイクロサイズのパターンを形成することができる。具体的に前記パターンは、１つ以上の線で構成され、線幅は０．１〜１０μｍの範囲内とすることができる。また、前記線の高さまたは深さは０．０５〜５μｍの範囲内とすることができる。一方、前記線は、ポジ型レジスト（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｒｅｓｉｓｔ）を用いて形成する場合、ヌル点が形成された部分のみ現像が行われて、凸の突起部の形態に形成される。また、ネガ型レジスト（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｒｅｓｉｓｔ）を用いて形成する場合、ヌル点が形成された部分のみ現像が行われないので、前記線が凹んだ溝部の形態に形成される。これにより、ポジ型レジストの場合は、凸の突起部の線幅が上述の数値を満たすことができ、ネガ型レジストの場合は、凹んだ溝部の線幅が上述の数値を満たすことができる。
本出願に係る露光装置によれば、サブマイクロメートルサイズの微細パターンを円筒状金型に効率的に形成することができる。また、本出願では、可撓性素材で形成されたマスクを用いて、上記微細パターンを多様な大きさの大面積に形成することができ、円筒状金型の曲面に互いに異なる形状のパターンを分割または独立して形成することができ、工程自由度に優れた効果を有する。
以下、実施例及び比較例を介して前記記述した内容をより詳細に説明するが、本出願の発明の範囲が下記提示された実施例によって制限されない。
＜フォトマスクの製造＞
Ｇ−ｌｉｎｅ専用ＡＺ １５１８（ＡＺ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）感光材を希釈なしに１５００ｒｐｍの速度で、スピンコーティングによりガラス基板（１１０ｍｍ×１１０ｍｍ）に塗布後、９５℃で３分間乾燥して最終感光層の厚さが約３．５μｍ程度になるようにフィルムを製作し、一般のフォトリソグラフィ工程を介してパターンを製作した。Ｋａｒｌ Ｓｕｓｓ ＭＡ６ Ｍａｓｋ Ａｌｉｇｎｅｒ装備を用いて２０ｍＷ／ｃｍ２で３．５秒間露光後、現像液（ＣＰＤ１８）で約５分間現像して蒸留水で洗浄及び乾燥してフォトパターンを完成する。
Ｇ−ｌｉｎｅ専用ＡＺ １５１８（ＡＺ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）感光材を希釈なしに１５００ｒｐｍの速度で、スピンコーティングによりガラス基板（１１０ｍｍ×１１０ｍｍ）に塗布後、９５℃で３分間乾燥して最終感光層の厚さが約３．５μｍ程度になるようにフィルムを製作し、一般のフォトリソグラフィ工程を介してパターンを製作した。Ｋａｒｌ Ｓｕｓｓ ＭＡ６ Ｍａｓｋ Ａｌｉｇｎｅｒ装備を用いて２０ｍＷ／ｃｍ２で３．５秒間露光後、現像液（ＣＰＤ１８）で約５分間現像して蒸留水で洗浄及び乾燥してフォトパターンを完成する。
ポリジメチルシロキサン樹脂で形成されたフォトマスク、すなわち、ＰＤＭＳ（Ｓｙｌｇａｒｄ １８、ＤＯＷＣＯＲＮＩＮＧ）マスクモールドはＰＤＭＳベースレジンとＰｔ触媒が含有された硬化剤を質量比９：１で混ぜた後、３０分ほどレジンと硬化剤とが均一に混ざるように撹拌する。その後、フッ素系シラン物質で離型処理を行ったマイクロ構造を有するＰＲパターン上部に注ぎ込む（離型処理は必ず必要ではないが、鋳型として用いるＰＲパターンを繰返し使用するために離型処理した方が有利である）。その後、気泡が抜けてマイクロ構造物内部をＰＤＭＳレジン混合物が完璧に満たすように２時間程度放置後、６０〜７０℃対流オーブンで約３〜４時間完全硬化させる。その後、常温で冷却した後、硬化された複製ＰＤＭＳパターン構造物をＰＲパターンで離型剥離させて完成する。図８は、実施例に使用されたＰＤＭＳモールドマスクのパターンの形状であって、横縦方向それぞれ１００μｍの正方形が横縦方向１０μｍ間隔で四角配列構造を有する。
＜平板状金型のフォト工程＞
石英基板にＧ−ｌｉｎｅ専用ＡＺ １５１８（ＡＺ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）感光材をＰＧＭＥＡ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ ａｃｅｔａｔｅ）を体積比７５％に希釈した溶液を準備し、１５００〜２０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングにより４００ｎｍ厚さの感光層を塗布する。上記において、準備したポリジメチルシロキサン樹脂で形成されたフォトマスクを接触させ、Ｋａｒｌ Ｓｕｓｓ ＭＡ６ Ｍａｓｋ Ａｌｉｇｎｅｒ装備を用いて１５〜２０ｍＷ／ｃｍ２で１．５〜５秒露光後、現像液（ＣＰＤ１８）で約１０秒間現像し、洗浄及び乾燥して、図９に示すように、サブマイクロメートル厚さの微細パターンを形成することができる。工程条件によるパターン線幅の変化を確認するために、図１０のように、露光時間によるパターンの線幅が互いに反比例関係にあることが分かった。
石英基板にＧ−ｌｉｎｅ専用ＡＺ １５１８（ＡＺ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）感光材をＰＧＭＥＡ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ ａｃｅｔａｔｅ）を体積比７５％に希釈した溶液を準備し、１５００〜２０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングにより４００ｎｍ厚さの感光層を塗布する。上記において、準備したポリジメチルシロキサン樹脂で形成されたフォトマスクを接触させ、Ｋａｒｌ Ｓｕｓｓ ＭＡ６ Ｍａｓｋ Ａｌｉｇｎｅｒ装備を用いて１５〜２０ｍＷ／ｃｍ２で１．５〜５秒露光後、現像液（ＣＰＤ１８）で約１０秒間現像し、洗浄及び乾燥して、図９に示すように、サブマイクロメートル厚さの微細パターンを形成することができる。工程条件によるパターン線幅の変化を確認するために、図１０のように、露光時間によるパターンの線幅が互いに反比例関係にあることが分かった。
＜平板状金型のエッチング工程＞
真空スパッタリング方法を介して５００〜８００ｎｍ厚さを、Ａｌ薄膜を基底伝導層薄膜に成長させた石英基板に前記フォト工程と同じ工程を介してサブマイクロパターンを形成し、ＩＣＰ−ＲＩＥ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ−ｒｅａｃｔｉｖｅ−ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いる乾式エッチング（Ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰ／ＲＩ ｐｏｗｅｒ ３００／３０Ｗ、Ｇａｓ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ：ＢＣｌ３３５、Ｃｌ２ １５ｓｃｃｍ）とリン酸系アルミニウムエッチング溶液を用いるＡｌ層のエッチングを介して金型化が進行されることを図１１のように、示すことができる。
真空スパッタリング方法を介して５００〜８００ｎｍ厚さを、Ａｌ薄膜を基底伝導層薄膜に成長させた石英基板に前記フォト工程と同じ工程を介してサブマイクロパターンを形成し、ＩＣＰ−ＲＩＥ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ−ｒｅａｃｔｉｖｅ−ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いる乾式エッチング（Ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰ／ＲＩ ｐｏｗｅｒ ３００／３０Ｗ、Ｇａｓ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ：ＢＣｌ３３５、Ｃｌ２ １５ｓｃｃｍ）とリン酸系アルミニウムエッチング溶液を用いるＡｌ層のエッチングを介して金型化が進行されることを図１１のように、示すことができる。
最終的に、フッ素系気体を用いる乾式エッチング（Ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ２ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰ／ＲＩ ｐｏｗｅｒ １０００／５０Ｗ、Ｇａｓ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ：Ｃ４Ｆ８＝３０ｓｃｃｍ、Ｅｔｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ）または１４％希釈されたフッ酸を用いる湿式エッチング石英基材にサブマイクロ形状が刻印された平板状の金型を、図１１のように製作することができる。
図１による露光装置を準備した。直径が１０ｍｍである円筒状石英金型を洗浄して、前記円筒状金型にＧ−ｌｉｎｅ専用ＡＺ １５１８（ＡＺ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）感光材をＰＧＭＥＡ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ ａｃｅｔａｔｅ）を体積比５０％に希釈し、ガラス金型のディップコーティング方法を用いて３５０〜４００ｎｍ厚さにコーティングした被照射体を準備した。ポリジメチルシロキサン樹脂で突起部幅１００μｍ、溝部幅１０μｍ、高さが３．５μｍの凹凸表面を有する複数の四角形状のパターンが形成されたフォトマスクに前記凹凸表面の突起部が感光材層と接触するように位置させた。その後、フォトマスクを水平方向に移送させ、前記被照射体を回転させながらマスク下部の光源、高圧水銀アークランプ（３６５ｎｍの波長）の光を２０ｍＷ／ｃｍ２の照射量で移送速度０．１ｍｍ／ｓで約５．２分間照射して露光工程を行った。露光を除いた現像、洗浄乾燥及びエッチング工程は、実施例１と同じ方法で行い、製作された金型の光学、電子顕微鏡のイメージを図１２に示した。
図６による露光装置を用いたことを除き、実施例２と同じ方法で露光工程を行った。
図７による露光装置を用いたことを除き、実施例２と同じ方法で露光工程を行った。
フォトマスクのパターンを一辺の長さが２００μｍの複数の正六角形が突起部で１０μｍ間隔の溝部を有する六角配列構造のパターンが形成されたことを除き、実施例２と同じ方法で露光工程を行った。
図１３は、実施例５によって製造されたパターンが形成された円筒状金型を撮影したＳＥＭ写真である。
図１３は、実施例５によって製造されたパターンが形成された円筒状金型を撮影したＳＥＭ写真である。
１０ 光源
２０ 被照射体
２１ 感光材
３０ フォトマスク
３１ 凹凸表面
３１０ 溝部
３１１ 突起部
４０ 載置台
５０ 移送装置
６０ スリット
７０ 集光レンズ
８０ 反射体
Ａ 接触面
２０ 被照射体
２１ 感光材
３０ フォトマスク
３１ 凹凸表面
３１０ 溝部
３１１ 突起部
４０ 載置台
５０ 移送装置
６０ スリット
７０ 集光レンズ
８０ 反射体
Ａ 接触面
Claims (21)
- 光源と、前記光源から照射された光の進路に位置し、前記光源とは反対側表面に形成された１つ以上の突起部を有し、屈折率が１．２〜２．５の範囲内である高分子材料からなるフォトマスクと、前記フォトマスクを経た光の進路に位置し、被照射体の表面が曲面になるように前記被照射体を載置できるように形成された載置台と、を含み、
前記フォトマスクと光が照射される前記被照射体は互いに接触して、
構成される露光装置。 - 光源と突起部は、下記数式１を満たすように形成されている、請求項１に記載の露光装置：
[数式１]
△Φ＝２π（ｎ２−ｎ１）×ｄ／λ
数式１において、△Φは、光源から照射されてフォトマスクの突起部を通過した光と突起部が形成されないフォトマスクの溝部を通過した光との間の位相差であり、ｎ２は、フォトマスクの突起部の屈折率であり、ｎ１は、フォトマスクの突起部が形成されない溝部に充填されている媒質の屈折率であり、ｄは、突起部の高さであり、λは、光源から照射される光の波長である。 - 載置台に、表面が曲面をなす状態で存在する被照射体をさらに含む、請求項１に記載の露光装置。
- 載置台がロール形状を有する、請求項１に記載の露光装置。
- 被照射体が円筒状金型である、請求項３に記載の露光装置。
- フォトマスクの突起部がストライプ形状、曲線形状、多角形の形状またはこれらが互いに交差する形状を有する、請求項１に記載の露光装置。
- フォトマスクが可撓性を有する、請求項１に記載の露光装置。
- 光源とフォトマスクとの間に、光源から照射された光が透過されてフォトマスク側に照射される開口部が形成されたスリットがさらに存在する、請求項１に記載の露光装置。
- 載置台を覆い、光源から照射された光がフォトマスクを経て被照射体に照射される開口部が形成されたスリットがさらに存在する、請求項１に記載の露光装置。
- 光源から照射された光を集光して開口部側に照射されるようにする集光レンズをさらに含む、請求項８に記載の露光装置。
- フォトマスクがロール形状を有する載置台を覆うように配置されている、請求項４に記載の露光装置。
- 載置台が回転可能になるように設けられている、請求項１１に記載の露光装置。
- 光源は、載置台を覆っているフォトマスクの外側に沿って２つ以上配置されている、請求項１１に記載の露光装置。
- 請求項１に記載の露光装置を用いて被照射体の表面を露光することを含む、露光方法。
- 被照射体は、感光材がコーティングされている円筒状の金型であり、フォトマスクが前記円筒状の金型を覆っている状態で露光を行う、請求項１４に記載の方法。
- 複数の光源を用いて、円筒状の金型を覆っているフォトマスクに光を照射する、請求項１５に記載の方法。
- 露光後にエッチング工程をさらに行う、請求項１４に記載の方法。
- 請求項１に記載の露光装置を用いて被照射体の表面を露光して前記被照射体の表面にパターンを形成することを含む、金型の製造方法。
- 被照射体は円筒状を有し、その表面には感光材層が形成されている、請求項１８に記載の金型の製造方法。
- パターンは１つ以上の線で構成され、線幅は０．１〜１０μｍの範囲内にある、請求項１８に記載の金型の製造方法。
- パターンは１つ以上の線で構成され、前記線の高さまたは深さは０．０５〜５μｍの範囲内にある、請求項１８に記載の金型の製造方法。
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