JP6221849B2 - 露光方法、微細周期構造体の製造方法、グリッド偏光素子の製造方法及び露光装置 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、スループットが高く、且つ低コストでワークへの微細加工を実現することができる露光方法、微細周期構造体の製造方法、グリッド偏光素子の製造方法及び露光装置を提供することを課題としている。
これにより、スループットが高く且つ低コストで微細周期構造体を製造することができる。
さらに、本発明の微細周期構造体の製造方法の一態様は、上記の露光方法により前記基板を露光する工程と、露光後の前記基板を現像し、前記基板に前記干渉光のパターンに対応する形状を形成する工程と、を備える。
これにより、スループットが高く且つ低コストで微細周期構造体を製造することができる。
これにより、スループットが高く且つ低コストでグリッド偏光素子を製造することができる。
これにより、実用上問題のない水準の消光比を得ることができ、グリッド偏光素子としての性能を確保することができる。
このように、光分岐素子で分岐した2つの光の干渉角度を所望の角度に変更することができるので、基板に形成されるストライプ状の干渉パターン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。
このように、スループットが高く且つ低コストで基板への微細加工が可能となる。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態の露光装置を示す概略構成図である。
図中、符号1は露光装置である。露光装置1は、光源2と、ビームエキスパンダ3と、打ち下ろしミラー4と、シャッター5と、ビーム分岐素子6と、折り返しミラー7a,7bと、集光レンズ8a,8bと、ピンホール9a,9bと、コリメートレンズ10a,10bとを備える。また、露光装置1は、ステージ11と、吸着盤12と、マスク13と、ギャップセンサ14と、コントローラ20と、ステージ駆動回路21とを備える。
シャッター5は、レーザー光出射のON/OFFを切り替えるためのものであり、ミラー4とビーム分岐素子6との間に配置する。このシャッター5の開閉は、コントローラ20が制御する。
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、それぞれ折り返しミラー7a,7bによって光路偏向され、集光レンズ8a,8bに入射する。
2本のレーザー光B3,B4は、図2に示すように、所定の干渉角度2θで交差させる。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を生成し、これをワークWに露光光として照射する。すなわち、ワークW上にストライプ状のラインアンドスペースのパターンを転写する。
マスク13の矩形開口は、コリメートレンズ10a,10bを通過した光のワークW上の照射領域よりも小さく形成されている。この矩形開口のサイズは、有効照射領域と略同サイズであり、例えば20.5mm×13.8mmとする。
レーザー光B3,B4のビーム径(1/e2)は、ビームエキスパンダ3や集光レンズ8a,8b、コリメートレンズ10a,10bでの倍率によって任意に決めることができる。したがって、マスク13のサイズは、当該ビーム径の大きさをはじめ、用途に合わせて適宜交換する。
また、マスク13は、吸着盤12からの距離を調整可能なホルダに保持されており、ワークWへの露光に先立って、吸着盤12に固定するワークWの厚みに応じて任意のギャップDを設けるように、吸着盤12とマスク13との間の距離が調整される。
例えば、光源2の波長λ=266nm、干渉角度15°≦θ≦60°とした場合、干渉領域E1では、隣接するライン間のピッチが154nm〜514nmであるストライプ状の干渉縞が形成される。干渉縞のピッチは、干渉角度θ、光源2の波長λ及び露光環境の屈折率nに依存し、λ/(2n・sinθ)である。すなわち、干渉縞のピッチは、n=1(空気中での露光)とすると、光源2のレーザー光の波長λの半分近くまで短くすることができる。
ステップアンドリピート方式を採用した露光工程では、コントローラ20は、ステージ11のステップ駆動と、シャッター5の開閉制御とを行う。すなわち、コントローラ20は、ワークWを搭載したステージ11を所定位置に移動し、シャッター5を開いてステップ露光した後、シャッター5を閉じてステップ露光を終了し、ステージ11を一定距離移動する。この動作を、予め設定した露光領域を露光するまで繰り返し実行する。このコントローラ20は、基板搬送制御部として動作する。
以上のように、本実施形態では、二光束干渉露光において、干渉領域E1を矩形に整形し、ステップアンドリピート方式によりステージ11上に載置した基板(ワークW)をステージ駆動により搬送しながら、大面積への干渉露光を可能とする。干渉領域E1が矩形であるため、図4に示すように、容易に大面積の基板へのパターン露光が可能となる。
先行文献1では、図7(a)に示すように、ガウシアンビームを分岐素子によって2本に分岐し、これらの光をそれぞれミラーで偏向し、集光レンズで集光したあと、ピンホールを通してそのビーム径を拡大し基板に照射する。しかしながら、この場合、基板に照射されるビームは球面波であるため、このとき形成される露光パターンは、ピッチの類型誤差が露光エリアの縁に向かうほど増大する状態となり、図7(b)に示すように、双曲線状となる。等間隔のラインパターンが必要とされる用途では、ピッチの累積誤差はピッチの1/10以下に抑えることが好ましいことから、図7(b)の点線に示すように、パターン有効エリアはビームの中央付近に限定することが好ましい。
別の例として、以下、本実施形態と先行文献2とを比較して説明する。先行文献2の様態を図9(a)に示す。この方式は、ステップアンドリピート方式を採用した二光束干渉露光方法において、本実施形態のようにマスク13によって露光エリアを矩形に整形しない場合の装置構成である。
以上のように、本実施形態では、二光束干渉露光においてステップアンドリピート方式を採用するので、装置を大型化することなく大面積への露光が可能となる。したがって、装置の大型化に伴うコストを削減することができる。
このように、スループットが高く且つ低コストにて、ワークWへの微細加工を実現することができる。
また、矩形状の光透過部を有する遮光部材であるマスク13を基板上に配置するので、比較的容易に干渉領域を矩形に整形することができる。さらに、このとき、基板とマスク13との間にギャップDを設けるため、両者が密着することに起因するパーティクル等の付着を防止することができる。
FBGは光ファイバセンサの一種で、温度や歪みの計測に用いられている。FBGは光ファイバなどに形成された屈折率の周期構造であり、図10(b)に示すように、屈折率nと、nとは異なる屈折率n’が交互に並んだ状態となっている。この構造は、ファイバ内を伝播する光のうち、ある特定の波長の光のみを反射させ、それ以外の波長の光を透過させる性質を持っている。また、反射する波長λbは屈折率の周期Λとファイバの有効屈折率neに依存し、λb=2neΛの関係が成り立つ。したがって、温度や歪みなどによって周期構造に変化が生じると、ファイバ内を伝播する光の波長の変調として温度や歪みなどを計測することができ、温度センサ、または歪みセンサとして利用することができる。
偏光光を得る偏光素子は、偏光サングラスのような身近な製品を始めとして偏光フィルタや偏光フィルム等の光学素子として各種のものが知られており、液晶ディスプレイ等のディスプレイデバイスでも使用されている。偏光素子には、偏光光を取り出す方式から幾つかのものに分類されるが、その一つにワイヤーグリッド偏光素子がある。
このような偏光素子の性能を示す基本的な指標は、消光比ERと透過率TRである。消光比ERは、偏光素子を透過した偏光光の強度のうち、s偏光光の強度(Is)に対するp偏光光の強度(Ip)の比である(Ip/Is)。また、透過率TRは、通常、入射するs偏光光とp偏光光の全エネルギーに対する出射p偏光光のエネルギーの比である(TR=Ip/(Is+Ip))。理想的な偏光素子は、消光比ER=∞、透過率TR=50%ということになる。
図11は、グリッド偏光素子の製造方法を示す概略図である。
先ず、図11(a)に示すように、透明基板30上に格子用薄膜40を作成する。ここで、格子用薄膜40の材質は、例えば無機誘電体である。次に、図11(b)に示すように、格子用薄膜40の上にフォトレジスト50を塗布する。
そして、この状態で本実施形態の露光方法によりフォトレジスト50を露光し、現像を行う。これにより、図11(c)に示すように、フォトレジストのパターン51を得る。このパターン51は格子状となっている。
最後に、図11(e)に示すように、レジストパターン51を除去する。すると、格子42が得られ、グリッド偏光素子が完成する。格子42は、一定の方向に延びるパターン41を、間隔をおいて平行に多数配置した構造であるので、ラインアンドスペースとしばしば呼ばれる。
図12は、デッドゾーンが無い場合の消光比を横軸にとり、デッドゾーンを含めた場合の消光比を縦軸にとった場合の、消光比の推移を示すグラフである。ここでは、1ショットの大きさを20.5mm×13.8mm、透過率をいずれの場合も40%としている。
図12において、符号aはデッドゾーンの面積比が0%、符号bは面積比0.1%、符号cは面積比0.2%、符号dは面積比0.3%、符号eは面積比0.4%、符号fは面積比0.5%、符号gは面積比0.6%、符号hは面積比0.7%、符号iは面積比0.8%、符号jは面積比0.9%、符号kは面積比1.0%、符号lは面積比2.0%、符号mは面積比3.0%、符号nは面積比4.0%、符号oは面積比5.0%の消光比の推移を示している。
この図12からも分かるように、デッドゾーンの面積比が0%である場合には消光比ERは200となり、面積比が0.4%である場合には消光比ERが100程度に低下する。
以上から、干渉角度θが15°〜60°、デッドゾーン(非干渉領域)幅が0〜70μm、デッドゾーンの面積比を0.4%未満とすることにより、グリッド偏光素子の消光比を100以上とすることができることがわかる。
一般に、グリッド偏光素子として実用上問題ない水準の消光比は100以上とされていることから、非干渉領域の面積をA、干渉領域の面積をBとしたとき、デッドゾーン面積比=[(A/B)×100]が0.4%未満となるようにすればよい。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
この第2の実施形態は、上述した第1の実施形態において、基板搬送方向に有効照射領域E0を並べる際、干渉領域E1同士は重畳させず、非干渉領域E2同士を重畳させているのに対し、非干渉領域E2を隣接する干渉領域E1に重畳させるようにしたものである。
図14は、第2の実施形態における露光方法を示す図である。
図14(a)に示すように、m回目の露光における有効照射領域E0内の干渉領域E1と、(m−1)回目の露光における有効照射領域E0内の干渉領域E1とは重畳せず、且つm回目の露光における有効照射領域E0内の干渉領域E1と、(m−1)回目の露光における有効照射領域E0内の非干渉領域E2、及びm回目の露光における有効照射領域E0内の非干渉領域E2と、(m−1)回目の露光における有効照射領域E0内の干渉領域E1とが重畳するようにワークWを搬送する。
この第2の実施形態においても、上述した第1の実施形態と同様に、基板搬送方向において隣接する各有効照射領域E0の各干渉領域E1同士は重畳させないため、各干渉領域E1同士を重畳させる図9の露光方法に比べ、ショット回数を減少させることができ、スループットを向上させることができる。
なお、この場合にも、基板搬送方向において隣接する各干渉領域E1の間には非干渉領域E2が介在する場合がある。この非干渉領域E2はデッドゾーンとなるため、デッドソーンの存在が問題視される用途においては、非干渉領域E2を可能な範囲で小さくすることが望ましい。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
この第3の実施形態は、上述した第1及び第2の実施形態において、マスク13をワークW上にギャップDを設けて配置しているのに対し、ギャップDを設けずにマスク13をワークW上に直接配置するようにしたものである。
本実施形態では、マスク13をワークW上に接触させた状態で露光を行う。この場合、図2で説明したような光線の回り込みがなされないため、干渉領域E1の両エッジに非干渉領域E2は形成されない。すなわち、有効照射領域E0と干渉領域E1とは同面積となる。
このように、マスク13をワークWにコンタクトさせた状態で配置するので、上述した第1及び第2の実施形態と比較して、非干渉領域E2分だけ露光有効エリアを広くすることができる。したがって、その分ショット回数を少なくすることができ、スループットを向上させることができる。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
この第4の実施形態は、上述した第1〜第3の実施形態において、ストライプ状の干渉パターンを基板に照射しているのに対し、格子状の干渉パターンを基板に照射するようにしたものである。
本実施形態では、図16(a)に示すように、往路(実線矢印)と復路(破線矢印)とでそれぞれ干渉パターンを照射する。往路では、第1〜第3の実施形態における露光方法と同様に、Y方向に伸びるストライプ状の干渉パターンを基板の全体に照射する(図16(b))。この往路で基板に照射されるパターンを第1の干渉パターンとする。
このように、第1の干渉パターンと第2の干渉パターンとが重畳して照射された部分は、格子状のパターンが照射されることになる。
往路では、第1〜第3の実施形態の露光方法と同じ方法で第1の干渉パターンを基板に照射する。復路では、図16(a)に示すように、往路で最後の列(n列目)を照射する際の基板搬送方向が+X方向であった場合、基板を−X方向に搬送しつつ、n列目に対して第2の干渉パターンを照射する。そして、往路において基板を+Y方向に順次に搬送していた場合、n列目の照射が終了すると−Y方向に基板を搬送し、(n−1)列目に対する第2の干渉パターンの照射を開始する。このとき、(n−1)列目に対しては、+X方向(往路と180°反対方向)に基板を搬送しつつ第2の干渉パターンを照射する。この(n−1)列目に対しても、往路で照射した干渉パターンに対して90°回転した干渉パターンを照射する。
このように、容易に基板上に格子状のパターンを形成することができる。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。
この第5の実施形態は、上述した第1〜第4の実施形態において、折り返しミラー7a,7bが固定ミラーであったのに対し、角度可変ミラーとしたものである。
図18は、第5の実施形態の露光装置を示す概略構成図である。
この露光装置1は、図1の露光装置1において折り返しミラー7a,7bを角度可変ミラー7a´,7b´としたことを除いては、図1に示す露光装置1と同様の構成を有する。したがって、ここでは図1と同一構成を有する部分には同一符号を付し、構成の異なる部分を中心に説明する。
図19は、角度可変ミラー7a´及び7b´の機構を示す図である。角度可変ミラー7a´と7b´とは同一構成を有するため、ここでは角度可変見ミラー7a´の機構についてのみ図示している。
この干渉角度θは、駆動部(アクチュエータ)22を用いて調整する。駆動部22は、ミラー反射ビームB5のなす直線上に配置されたフレームに作用し、干渉角度θを調整する。なお、駆動部22は、T字フレームTに作用して干渉角度θを調整する構成であってもよい。
Claims (7)
- コヒーレント光源の出力光を2以上に分岐した光を所定の干渉角度で交差させて干渉光を発生し、当該干渉光の基板への照射と前記基板の搬送とを繰り返して前記基板を露光する露光方法であって、
矩形状又は略矩形状の光透過部を有する遮光部材を前記基板の上に所定ギャップを設けて配置することで、1ショットで前記干渉光が照射される基板上の領域である干渉光照射領域を、矩形状又は略矩形状に整形するとともに、前記干渉光照射領域の端部に、前記2以上に分岐した光の一部である非干渉光が照射する非干渉光照射領域を形成し、
前記基板をステップ的に搬送しながら露光するに際し、基板搬送方向に隣接する前記干渉光照射領域の端部に形成された非干渉光照射領域同士を重畳させるか、又は前記干渉光照射領域を、基板搬送方向に隣接する前記干渉光照射領域の端部に形成された前記非干渉光照射領域に重畳させ、各ショットでの前記干渉光照射領域同士を、前記基板上で基板搬送方向に重畳させずに隣接させることを特徴とする露光方法。 - 前記請求項1に記載の露光方法により前記基板を露光し、該基板に前記干渉光のパターンに対応する物性を付与し、または形状を形成する工程を備えることを特徴とする微細周期構造体の製造方法。
- 前記請求項1に記載の露光方法により前記基板を露光する工程と、
露光後の前記基板を現像し、前記基板に前記干渉光のパターンに対応する形状を形成する工程と、を備えることを特徴とする微細周期構造体の製造方法。 - 透明基板上に無機誘電体からなる無機誘電体層を形成する工程と、
前記無機誘電体層の上に感光性材料からなる感光層を形成する工程と、
前記請求項1に記載の露光方法により前記感光層を露光する工程と、
露光後の前記感光層を現像し、前記感光層に前記干渉光のパターンに対応する形状を形成する工程と、
前記感光層に形成したパターンに従って、前記無機誘電体層をエッチングにより除去し、微細周期構造を有する無機誘電体からなるグリッド層を形成する工程と、を備えることを特徴とするグリッド偏光素子の製造方法。 - 前記干渉光照射領域の面積に対する非干渉光照射領域の面積の割合が、0.4%未満となるように露光することを特徴とする請求項4に記載のグリッド偏光素子の製造方法。
- コヒーレント光を出力する光源と、
前記光源の出力光を2以上に分岐した光を所定の干渉角度で交差させて干渉光を発生する光学系素子と、
基板の上に所定ギャップを設けて配置され、前記光学系素子によって発生した干渉光が透過する矩形状又は略矩形状の光透過部を有する遮光部材と、
前記遮光部材の光透過部を透過した前記干渉光の基板への照射と前記基板の搬送とを繰り返し、前記基板を露光する基板搬送制御部と、を備え、
前記基板搬送制御部は、前記遮光部材の光透過部を介して矩形状又は略矩形状に整形された前記干渉光が照射される基板上の干渉光照射領域を、各ショットにおいて基板上で基板搬送方向に重畳させずに隣接させるべく、前記基板をステップ的に搬送するに際し、基板搬送方向に隣接する前記干渉光照射領域の端部に形成された、前記2以上に分岐した光の一部である非干渉光が照射する非干渉光照射領域同士を重畳させるか、又は前記干渉光照射領域を、基板搬送方向に隣接する前記干渉光照射領域の端部に形成された前記非干渉光照射領域に重畳させることを特徴とする露光装置。 - 前記光学系素子は、
前記光源の出力光を2以上に分岐する光分岐素子と、
前記光分岐素子で分岐したそれぞれの光を所望の干渉角度で交差させるべく、分岐したそれぞれの光を前記基板へ向けて偏向する角度可変ミラーと、を備えることを特徴とする請求項6に記載の露光装置。
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