JP7336933B2 - レーザ照射装置及び樹脂成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ照射装置及び樹脂成形体の製造方法に関するものである。

画像濃度に応じて変調された複数の光ビームを光学系によって記録材料上に集光させ、走査する走査光学系が知られている（例えば特許文献１参照）。この走査光学系では、パルス幅を変調する際に、積算露光量を一定とするために、光ビームの強度を制御している。

特開２００１－２８１５７４号公報

しかしながら、描画パターンの線幅が細い場合、上記のように、積算露光量を一定にしても、当該描画パターンの線幅にばらつきが生じてしまう場合がある、という問題がある。

本発明の解決しようとする課題は、パターンの線幅のばらつきを抑制することができるレーザ照射装置及び樹脂成形体の製造方法を提供することである。

［１］本発明に係るレーザ照射装置は、パルスレーザ光をワークに照射する照射手段と、前記ワーク上で前記パルスレーザ光を移動させる移動手段と、前記ワーク上での前記パルスレーザ光の移動速度を検出する検出手段と、前記照射手段と前記移動手段とを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、一定の移動距離ごとに前記パルスレーザ光を間欠的に照射するように前記照射手段を制御するとともに、前記移動速度が遅いほど前記パルスレーザ光のパルス幅を大きくするように前記照射手段を制御するレーザ照射装置である。

［２］上記発明において、前記移動手段は、前記ワークを前記照射手段に対して相対移動させる移動ユニットであり、前記移動速度は、前記照射手段に対する前記ワークの相対速度であってもよい。

［３］上記発明において、前記制御手段は、前記移動速度が第１の移動速度である時の第１の積算露光量よりも、前記移動速度が前記第１の移動速度よりも遅い第２の移動速度である時の第２の積算露光量が大きくなるように前記照射手段を制御してもよい。

［４］上記発明において、前記移動速度が第１の移動速度である場合、デューティ比が４０％以上６０％以下であり、前記移動速度が第２の移動速度である場合、デューティ比が４０％未満であってもよい。

［５］上記発明において、前記制御手段は、前記パルスレーザ光のラップ率が５０％以上９０％以下となるように前記照射手段を制御してもよい。

［６］上記発明において、前記ワークは、光重合開始剤を含有する樹脂層を含み、前記照射手段は、前記樹脂層に前記パルスレーザ光を照射してもよい。

［７］上記発明において、前記樹脂層上に前記パルスレーザ光によって描画されるパターンの線幅が１０μｍ以下であってもよい。

［８］本発明に係る樹脂成形体の製造方法は、パルスレーザ光を樹脂部に照射して、前記樹脂部上で移動させる樹脂成形体の製造方法であって、一定の移動距離ごとに前記パルスレーザ光を間欠的に照射するとともに、前記樹脂部上での前記パルスレーザ光の移動速度が遅いほど前記パルスレーザ光のパルス幅を大きくする樹脂成形体の製造方法である。

本発明によれば、一定の移動距離ごとにパルスレーザ光を間欠的に照射するとともに、移動速度が遅いほど前記パルス幅を大きくするので、パターンの線幅のばらつきを抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態における露光装置を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施形態における照射ユニットの構成を示す図である。 図３は、本発明の実施形態における制御システムの構成を示すブロック図である。 図４は、ラップ率の定義を説明するための説明図である。 図５は、本発明の実施形態における照射ユニットの移動速度とパルスレーザ光のパルス幅の関係を説明するためのグラフである。 図６は、パルスレーザ光の露光に伴うレジスト材料の化学反応について説明するための図であり、照射ユニットの移動速度が通常の場合を説明するための図である。 図７は、パルスレーザ光の露光に伴うレジスト材料の化学反応について説明するための図であり、照射ユニットの移動速度が遅い場合を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態における露光装置を示す斜視図であり、図２は本実施形態における照射ユニットの構成を示す図であり、図３は本実施形態における制御システムの構成を示すブロック図であり、図４はラップ率の定義を示す説明図である。

本実施形態における露光装置１は、マスク（又はレチクル）等を介することなく、基板５０に加工光を直接的に照射する直接描画型の露光装置である。基板５０の表面には化学増幅型のレジスト層５１が形成されており、露光装置１はレジスト層５１の上に加工光を照射しながら走査してレジスト層５１の上にパターンを描画する。その後、レジスト層５１がアルカリ溶液等の現像液ですすがれることで基板５０の表面にパターンが現像される。本実施形態では、レジスト層５１は、光重合開始剤として光酸発生剤を含有している。本実施形態における露光装置１が本発明における「レーザ照射装置」の一例に相当し、本実施形態におけるレジスト層５１を有する基板５０が本発明における「ワーク」の一例に相当し、本実施形態におけるレジスト層５１が本発明における「樹脂層」及び「樹脂部」の一例に相当し、本実施形態における光酸発生剤が本発明における「光重合開始剤」の一例に相当し、現像後のレジスト層５１が本発明における「樹脂成形体」の一例に相当する。

露光装置１は、図１～図３に示すように、ステージ１０と、移動ユニット２０と、照射ユニット３０と、制御装置４０と、を備えている。本実施形態における移動ユニット２０が本実施形態における「移動手段」の一例に相当し、本実施形態における照射ユニット３０が本実施形態における「照射手段」の一例に相当し、本実施形態における制御装置４０が本実施形態における「制御手段」の一例に相当する。

ステージ１０は、露光対象の基板５０が載置されて当該基板５０を保持するための台である。このステージ１０は、基板５０を保持する保持板１１と、当該保持板１１を支持する脚部１２と、を備えている。特に図示しないが、保持板１１には、基板５０を吸着保持する吸着機構が埋設されており、この吸着機構により基板５０を保持板１１に固定することが可能となっている。なお、本実施形態では、吸着機構は保持板１１に埋設されているが、これに限定されず、吸着機構が保持板１１と基板５０との間に配置されていてもよい。

移動ユニット２０は、照射ユニット３０を水平方向（図中のＸＹ方向）及び垂直方向（図中のＺ方向）に移動させるユニットである。本実施形態では、移動ユニット２０は、基板５０の表面において、露光すべきパターンに沿って照射ユニット３０を移動（走査）させる。すなわち、本実施形態の露光装置１では、走査方式としてベクタースキャン方式を採用している。なお、露光装置１の走査方式は、ベクタースキャンに限定されず、例えば、ラスタースキャン方式等であってもよい。

移動ユニット２０は、図２に示すように、Ｙ軸移動機構２１と、Ｘ軸移動機構２２と、Ｚ軸移動機構２３と、を備えている。

Ｙ軸移動機構２１は、Ｘ軸移動機構２２をＹ方向に移動させる機構であり、一対のＹ軸レール２１１と、ガントリ２１２と、Ｙ軸アクチュエータ２１３と、Ｙ軸センサ２１４と、を備えている。

一対のＹ軸レール２１１は、Ｙ方向に沿ってステージ１０上に固定されている。ガントリ２１２はこのＹ軸レール２１１にスライド可能に設けられている。このガントリ２１２は、Ｙ軸レール２１１上に設けられた一対の柱状の支持部２１２ａと、一対の支持部２１２ａを連結している連結部２１２ｂを有している。

Ｙ軸アクチュエータ２１３は、ガントリ２１２を移動（スライド）させることができ、Ｙ軸センサ２１４は、ガントリ２１２の位置を検出することができる。特に限定されないが、Ｙ軸アクチュエータ２１３の一例としては、ボールネジ機構を備えた電動モータ等を例示することができ、Ｙ軸センサ２１４の一例としては、ロータリエンコーダやリニアエンコーダ等を例示することができる。

Ｘ軸移動機構２２は、Ｚ軸移動機構２３をＸ方向に移動させる機構であり、ガントリ２１２の連結部２１２ｂに設けられている。このＸ軸移動機構２２は、Ｘ軸レール２２１と、Ｘ軸ステージ２２２と、Ｘ軸アクチュエータ２２３と、Ｘ軸センサ２２４と、を備えている。

Ｘ軸レール２２１は、Ｘ方向に沿って連結部２１２ｂに固定されている。Ｘ軸ステージ２２２は、Ｘ軸レール２２１にスライド可能に設けられている。Ｘ軸アクチュエータ２２３は、Ｘ軸ステージ２２２を移動（スライド）させることができ、Ｘ軸センサ２２４は、Ｘ軸ステージ２２２の位置を検出することができる。特に限定されないが、Ｘ軸アクチュエータ２２３としてＹ軸アクチュエータ２１３と同様のアクチュエータを用いることができ、Ｘ軸センサ２２４としてＹ軸センサ２１４と同様のセンサを用いることができる。

Ｚ軸移動機構２３は、Ｘ軸ステージ２２２上に設けられており、Ｚ軸レール２３１と、Ｚ軸アクチュエータ２３３と、Ｚ軸センサ２３４と、を備えている。

Ｚ軸レール２３１は、Ｚ方向に沿ってＸ軸ステージ２２２上に固定されている。照射ユニット３０は、Ｚ軸レール２３１にスライド可能に設けられている。Ｚ軸アクチュエータ２３３は、照射ユニット３０を移動（スライド）させることができ、Ｚ軸センサ２３４は、照射ユニット３０の位置を検出することができる。特に限定されないが、Ｚ軸アクチュエータ２３３としてＹ軸アクチュエータ２１３と同様のアクチュエータを用いることができ、Ｚ軸センサ２３４としてＹ軸センサ２１４と同様のセンサを用いることができる。

また、本実施形態の移動ユニット２０は、照射ユニット３０からのパルスレーザ光Ｌの合焦機能を有している。露光装置１は、パルスレーザ光Ｌの合焦状態を検出する検出部（不図示）を有しており、当該検出部の検出結果に基づいて、移動ユニット２０が、集光レンズ３３の焦点位置を基板５０の表面上に一致させるように、照射ユニット３０をＺ軸方向に移動させる。

なお、本実施形態では、ステージ１０を固定して移動ユニット２０によって照射ユニット３０を移動させることで、基板５０を照射ユニット３０に対して相対移動させているが、特にこれに限定されない。ステージ１０の保持板１１を移動可能とし、照射ユニット３０を固定して基板５０をＸＹＺ方向に移動させることで、照射ユニット３０に対して基板５０を相対移動させてもよい。或いは、ステージ１０の保持板１１及び照射ユニット３０の双方を移動可能とすることで、基板５０を照射ユニット３０に対して相対移動させてもよい。また、照射ユニット３０とステージ１０との間にミラーを介在させて、当該ミラーを駆動させながらパルスレーザ光Ｌを反射することで、露光すべきパターンに沿ってパルスレーザ光Ｌを移動（走査）させてもよい。

照射ユニット３０は、図２に示すように、レーザ光源３１と、コリメータレンズ３２と、集光レンズ３３と、を有している。レーザ光源３１は、レジスト層５１を形成するレジスト材料を感光させることができるパルスレーザ光Ｌを間欠的に出射する。このパルスレーザ光Ｌの出力は、特に限定されないが、０．１ｍＷ以上１０Ｗ以下とすることができる。

このレーザ光源３１は、制御装置４０からパルス信号Ｓ_Ｐを入力された時に、一定の出力でパルスレーザ光Ｌを出射する。レーザ光源３１としては、特に限定されないが、半導体レーザ（レーザーダイオード）等を用いることができる。

また、照射ユニット３０は、パルスレーザ光Ｌのパルス幅を検出するために、ハーフミラー３４と、集光レンズ３５と、受光ユニット３６と、を有している。

なお、レーザ光源３１、コリメータレンズ３２、集光レンズ３３、ハーフミラー３４、集光レンズ３５、及び、受光ユニット３６は、照射ユニット３０の筐体３７（図１参照）に固定されている。

露光装置１は、照射ユニット３０を移動ユニット２０によって基板５０に対して相対移動させながら、パルスレーザ光Ｌを間欠的に基板５０の表面に照射することで、レジスト層５１に所望のパターンを描画する。このとき、レーザ光源３１から出射されたパルスレーザ光Ｌは、コリメータレンズ３２によって平行光にされる。平行光にされたパルスレーザ光Ｌは、ハーフミラー３４において分岐される。ハーフミラー３４を透過したパルスレーザ光Ｌは、集光レンズ３３によって集光されて基板５０の表面で結像する。一方、ハーフミラー３４で反射したパルスレーザ光Ｌｒは、集光レンズ３５を透過して受光ユニット３６に入射する。

制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、及び、入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータである。この制御装置４０は、図３に示すように、駆動制御部４１と、演算部４２と、レーザ制御部４３と、を機能的に有している。

駆動制御部４１は、移動ユニット２０のＹ軸アクチュエータ２１３、Ｘ軸アクチュエータ２２３、及び、Ｚ軸アクチュエータ２３３を制御する。この駆動制御部４１により、照射ユニット３０は、ＸＹ方向に水平移動しながら、同時に、Ｚ方向に垂直移動する。すなわち、照射ユニット３０は、レジスト層５１上を走査しながら、レジスト層５１との相対的な距離を調整される。

この駆動制御部４１は、Ｘ軸制御信号Ｓ_１をＸ軸アクチュエータ２２３に出力し、Ｙ軸制御信号Ｓ_２をＹ軸アクチュエータ２１３に出力し、Ｚ軸制御信号Ｓ_３をＺ軸アクチュエータ２３３に出力する。Ｘ軸アクチュエータ２２３とＹ軸アクチュエータ２１３の駆動は、所望の描画パターンに基づいて制御される。

Ｚ軸アクチュエータ２３３の駆動は、パルスレーザ光Ｌがレジスト層５１の表面と合焦するように制御される。Ｚ軸センサ２３４は、Ｚ方向に沿った移動距離Ｌ_Ｚを駆動制御部４１に出力し、駆動制御部４１は当該移動距離Ｌ_Ｚを合焦のための制御に用いる。

演算部４２は、照射ユニット３０の水平方向の移動距離Ｌ_Ｈと、照射ユニット３０の水平方向の移動速度ｖ_Ｈと、を演算する。そして、演算部４２は、演算した移動距離Ｌ_Ｈ及び移動速度ｖ_Ｈをレーザ制御部４３に出力する。

本実施形態では、Ｘ軸センサ２２４は、照射ユニット３０のＸ方向に沿った移動距離Ｌ_ｘを演算部４２に入力し、一方で、Ｙ軸センサ２１４から照射ユニット３０のＹ方向に沿った移動距離Ｌ_ｙを演算部４２に入力する。

演算部４２は、当該移動距離Ｌ_ｘ，Ｌ_ｙに基づいて、照射ユニット３０の水平方向の移動距離Ｌ_Ｈと、照射ユニット３０の水平方向の移動速度ｖ_Ｈと、を演算する。一例を挙げれば、移動距離Ｌ_Ｈは、（Ｌ_ｘ ^２＋Ｌ_ｙ ^２）^１／２を演算することで算出する。移動速度ｖ_Ｈは、一例を挙げれば、時間ｔでＬ_Ｈを除する（（Ｌ_ｘ ^２＋Ｌ_ｙ ^２）^１／２／ｔ）ことで算出する。あるいは、移動距離Ｌ_Ｈは、Ｌ_Ｈを時間ｔで微分することで算出してもよい。本実施形態におけるＹ軸センサ２１４とＸ軸センサ２２４と演算部４２が本発明における「検出手段」の一例に相当する。本実施形態における水平方向の移動速度ｖ_Ｈが、本発明における「ワーク上でのパルスレーザ光の移動速度」及び「ワークの照射手段に対する相対速度」の一例に相当する。

レーザ制御部４３は、レーザ光源３１を制御する。具体的には、レーザ制御部４３は、レーザ光源３１のパルスレーザ光Ｌを出射する間隔と、パルスレーザ光Ｌのパルス幅と、を制御する。

本実施形態では、レーザ制御部４３は、照射ユニット３０が水平方向に一定の距離Ｌ_{ｃｏｎｓｔ}を移動するごとに、照射ユニット３０にパルス信号Ｓ_Ｐを出力し、一定の出力のパルスレーザ光Ｌを出射するように制御する。

また、レーザ制御部４３は、演算部４２から入力された移動速度ｖ_Ｈに応じて、パルスレーザ光Ｌのパルス幅（パルスのオン時間）Ｗ_Ｐを変更するように照射ユニット３０を制御する。本実施形態では、レーザ制御部４３は、移動速度ｖ_Ｈ（ｍｍ／ｓｅｃ）が遅い（小さい）ほど、パルス幅Ｗ_Ｐ（μｓｅｃ）を大きくするようにレーザ光源３１を制御する。但し、パルス幅Ｗ_Ｐは、移動速度ｖ_Ｈが最も大きくなった時の一定距離Ｌ_{ｃｏｎｓｔ}（μｍ）の通過時間を超えないように変更する。

具体的には、予め、所定の範囲の移動速度ｖ_Ｈ毎に最適なパルス幅Ｗ_Ｐをそれぞれ求め、当該移動速度ｖ_Ｈに対するパルス幅Ｗ_Ｐの対応表を作成して、レーザ制御部４３に保存しておく。そして、レーザ制御部４３は、入力された移動速度ｖ_Ｈに対応するパルス幅Ｗ_Ｐを対応表から選択し、レーザ光源３１に選択したパルス幅Ｗ_Ｐを有するパルスレーザ光Ｌを出射させる。特に限定されないが、パルス幅はレーザドライバ等で変調することができる。

なお、パルス幅Ｗ_Ｐの値の決定方法は、上記の対応表を用いた方法のみに限定されない。例えば、移動速度ｖ_Ｈが小さいほどパルス幅Ｗ_Ｐが大きくなる関数を用いてもよい。この関数は、例えば、移動速度ｖ_Ｈに反比例した変数を現在のパルス幅Ｗ_Ｐに乗じる演算を行うものであってもよく、この関数により算出された値を、次に出射されるパルスレーザ光Ｌのパルス幅Ｗ_Ｐに設定してもよい。

また、レーザ制御部４３が実行するパルス幅の制御方式としては、例えば、フィードバック制御を例示することができる。本実施形態では、受光ユニット３６でパルスレーザ光Ｌのパルス幅を検出し、検出したパルス幅とレーザ制御部４３が設定しているパルス幅との差分を、次に出射するパルスレーザ光Ｌにフィードバックして補正を行っている。

本実施形態では、パルスレーザ光Ｌのラップ率Ｒ_Ｌ（％）を、５０％以上９０％以下（５０％≦Ｒ_Ｌ≦９０％）の範囲に設定することが好ましい。本実施形態では、レーザ制御部４３によって、ラップ率Ｒ_Ｌ（％）が上記範囲内の値になるように、照射ユニット３０のレーザ光源３１を制御することができる。例えば、ラップ率Ｒ_Ｌを８０％に設定することができる。

図４は、ラップ率の定義を示す説明図である。ここでいうラップ率Ｒ_Ｌとは、パルスレーザ光Ｌの個々のパルスレーザ光（単パルスレーザ光）のレジスト層５１の表面に到達した瞬間の被照射領域同士の重なりの程度を示す値である。このような被照射領域は、個々のパルスレーザ光の集光径を直径とする円と仮定することができる。なお、本実施形態では、被照射領域上でのパルスレーザ光Ｌの照射形状を円としているが、これに限定されず、照射形状は楕円や多角形であってもよい。

図４において、Ｐ_ｎは被照射領域Ｃ_ｎの中心点、Ｐ_ｎ＋１は被照射領域Ｃ_ｎ＋１の中心点、Ｄは被照射領域Ｃ_ｎ及び被照射領域Ｃ_ｎ＋１の直径、Ｐは中心点Ｐ_ｎと中心点Ｐ_ｎ＋１との間の距離（中心間距離）である。また、ｌは中心点Ｐ_ｎと中心点Ｐ_ｎ＋１とを通過する仮想直線であり、Ｘは被照射領域Ｃ_ｎ及び被照射領域Ｃ_ｎ＋１が重なる領域における仮想直線ｌの長さである（換言すると、被照射領域Ｃ_ｎ＋１の左端から、被照射領域Ｃ_ｎの右端までの距離である）。

具体的には、本実施形態では、ラップ率Ｒ_Ｌは、下記（１）式のように定義することができる。ここで、被照射領域Ｃ_ｎの形状と被照射領域Ｃ_ｎ＋１の形状は、互いに直径が等しい円であるため、（１）式中のＸは、下記（２）式のように直径Ｄと中心間距離Ｐの差となる。
Ｒ_Ｌ＝Ｘ／Ｄ …（１）
Ｘ＝Ｄ－Ｐ …（２）

ラップ率Ｒ_Ｌを５０％以上とすることで、レジスト層５１の表面に十分な光量をより確実に照射することができる。ラップ率Ｒ_Ｌを９０％以下とすることで、積算露光量が局所的に大きくとなることを一層抑制することができる。従って、ラップ率Ｒ_Ｌを上記範囲内に制御することで、パターンの線幅のばらつきを一層抑制することができる。

次に、上記のような露光装置１を用いたレジスト層５１の露光方法（加工方法）を説明する。図５は、本発明の実施形態における照射ユニット３０の移動速度ｖ_Ｈと、パルスレーザ光のパルス幅Ｗ_Ｐの関係を説明するグラフである。図５（ａ）（上側のグラフ）は照射ユニット３０の移動速度ｖ_Ｈと経過時間ｔとの関係を示すグラフであり、図５（ｂ）（下側のグラフ）はパルスレーザ光のパルス幅Ｗ_Ｐと経過時間ｔとの関係を示すグラフである。図５の各グラフにおいて、Ｐはパルスレーザ光Ｌの出力を表しており、Ｗ_Ｐはパルス幅を表しており、Ｗ_ｆはパルスのオフ時間を表しており、Ｔはパルス周期を表している。ここで、Ｗ_Ｐ、Ｗ_ｆ、及びＴは変数である。なお、図５（ｂ）は、本実施形態におけるパルス幅Ｗ_ｐの制御を簡単に説明するための図であり、周期Ｔ、パルス幅Ｗ_ｐ、オフ時間Ｗ_ｆ等の値を正確に示しているわけではない。

図５では、照射ユニット３０が等速移動した後に、一旦減速し、再び等速移動に戻る場合における、パルス幅Ｗ_Ｐの変化を説明している。図５では、等速移動時の速度をｖ_Ｈ１、減速時及び加速時の速度をｖ_Ｈ２としている。本実施形態における等速移動時の速度ｖ_Ｈ１が本発明における「第１の移動速度」の一例に相当し、本実施形態における減速時及び加速時の速度ｖ_Ｈ２が本発明における「第２の移動速度」の一例に相当する。

図５に示すように、照射ユニット３０が一定（通常）の速度ｖ_Ｈ１で移動している場合には、レーザ制御部４３は、パルス幅Ｗ_Ｐを一定に制御している。一方で、照射ユニット３０が減速する区間では、レーザ制御部４３は、移動速度ｖ_Ｈ２の減少に応じてパルス幅Ｗ_Ｐを増加させている。逆に、照射ユニット３０が加速する区間では、レーザ制御部４３は、移動速度ｖ_Ｈ２の増加に応じてパルス幅Ｗ_Ｐを減少させている。

照射ユニット３０が一定（通常）の速度ｖ_Ｈ１で移動している場合には、レーザ制御部４３は、デューティ比ＤＲ（％）が４０％以上６０％以下（４０％≦ＤＲ≦６０％）となるように照射ユニット３０のレーザ光源３１を制御する。ここで、デューティ比とは、周期的にパルス波を出したときの１周期Ｔ（μｓｅｃ）に対するパルス幅（μｓｅｃ）の比を意味しており、下記（３）式で表される。なお、下記（３）式では、Ｗ_Ｐはパルス幅を表し、Ｔはパルス周期を表している。すなわち、Ｔは、パルスのオン時間Ｗ_Ｐとオフ時間Ｗ_ｆの合計（Ｔ＝Ｗ_Ｐ＋Ｗ_ｆ）である。また、オフ時間Ｗ_ｆは、パルス幅Ｗ_Ｐの増減に伴って変化する変数である。
ＤＲ＝Ｗ_Ｐ／Ｔ …（３）

この場合のように、照射ユニット３０が比較的高速で移動している場合には、デューティ比ＤＲを４０％以上とすることで、照射ユニット３０が高速で移動してパルスに鈍りが生じたとしても（即ち、パルスレーザ光Ｌの立ち上がりに遅れが生じたとしても）、レジスト層５１の表面に十分な光量をより確実に照射することができる。また、デューティ比ＤＲを６０％以下とすることで、照射ユニット３０が高速で移動した場合にも、パルスレーザ光Ｌが連続的に照射されにくくなる（すなわち、パルスレーザ光Ｌがオフとなる時間をより確実に確保し、個々のパルスレーザ光を区切ることができる）ため、積算露光量が局所的に大きくなることを一層抑制することができる。

一方で、照射ユニット３０の移動速度が小さい場合（図５中の移動速度がｖ_Ｈ２となる場合）には、パルスレーザ光Ｌの照射間隔（周期）が長くなることから、デューティ比Ｄは４０％未満となる。本実施形態では、このような場合に、照射ユニット３０の移動速度がｖ_Ｈ１である時よりもパルス幅Ｗ_Ｐを大きくしている。

結果的に、レーザ制御部４３は、移動速度がｖ_Ｈ１である時の積算露光量（Ｊ／ｃｍ^２）が、移動速度がｖ_Ｈ１よりも小さいｖ_Ｈ２である時の積算露光量（Ｊ／ｃｍ^２）より小さくなるように照射ユニット３０を制御している。

照射ユニット３０が等速移動する場合としては、描画パターンの直線の部分を描画している場合を挙げられる。すなわち、照射ユニット３０が直線運動している時に、照射ユニット３０が等速移動する。一方で、照射ユニット３０が減速及び加速する場合としては、例えば、描画パターンに折れ線や曲線が含まれる場合が挙げられる。この場合、照射ユニット３０は、水平面内において、方向転換や曲線的な移動等が必要となるため、方向転換や曲線的な移動等をする際に局所的な減速及び加速が生じやすい傾向がある。

このように、照射ユニット３０の局所的な減速が生じた場合に、パルスレーザ光のパルス幅を一定とすると、化学増幅型のレジスト材料が十分に反応しないことがある。レジスト材料が十分に反応しない場合、所望の線幅を一部のパターンで得ることができないため、線幅のばらつきが生じてしまう。

この場合のレジスト材料の化学反応について、図６及び図７を参照して説明する。図６はパルスレーザ光のパルス幅を一定とした露光において通常の移動速度（例えば、上記の一定の速度ｖ_Ｈ２）で照射ユニットを移動させた場合のレジスト材料の化学反応についての説明図であり、図７は図６の露光において照射ユニットの移動速度を図６の場合よりも遅くした場合（例えば、移動速度を上記の移動速度ｖ_Ｈ２とした場合）のレジスト材料の化学反応についての説明図である。なお、いずれの場合も一定の距離を移動するごとにパルスレーザ光を出射するように制御している。

化学増幅型のレジストは光が当たらなかった場所も、パルスレーザ光の照射時に発生した酸が拡散することで、現像時にアルカリ溶液に溶けだすことが可能である。照射ユニットの移動速度が速い場合（通常の場合）には、一定の距離を移動する時間も短く、パルスレーザ光の照射間隔（周期）も短くなる。そのため、図６に示すように、パルスレーザ光は、レジスト材料に短い間隔で照射されるため、酸の発生過程で連鎖的反応が進み、アルカリ溶液への溶解性の増幅作用が得られる。結果として、現像時にアルカリ溶液に溶けだす領域を十分に確保できる。

一方で、照射ユニットの移動速度が遅い場合には、一定の距離を移動する時間が増加し、パルスレーザ光の照射間隔（周期）が長くなってしまう。そのため、図７に示すように、酸の発生過程で連鎖的反応が生じず、反応が単発的になることから、上記のような増幅作用が生じず、現像後のパターンはアルカリ溶液に溶けだす領域が減ってしまう。結果として、現像後のパターンに局所的に線幅が細くなる部分が生じてしまう。

この現象は目的とする現像後のパターンの線幅が１０μｍ以下である場合に特に顕著である。この場合には、パルスレーザ光の集光径が分子サイズに近づき、レーザを照射したときの光重合開始剤に光が当たる確率が低下し、酸が放出される際の連鎖的反応が特に起きにくくなるためである。

また、パルスレーザ光の代わりに連続発振方式（ＣＷ方式）のレーザを用いた場合にも、照射ユニットの減速が生じると過剰露光が生じてしまうため、現像後のパターンに局所的に線幅が太くなる部分が生じてしまう。

これに対して、本実施形態では、レーザ制御部４３は、照射ユニット３０の移動速度ｖ_Ｈが速くなる区間（図５中の移動速度がｖ_Ｈ１である区間）の積算露光量よりも、当該移動速度ｖ_Ｈが遅くなる区間（図５中の移動速度がｖ_Ｈ２である区間）の積算露光量が大きくなるように制御している。これにより、照射ユニット３０の移動速度ｖ_Ｈが小さい区間においても、レジスト層５１のレジスト材料を連続的に反応させることが可能となるため、パターンの線幅のばらつきを抑制することができる。特に、パターンの線幅を１０μｍ以下とする場合においても、当該線幅のばらつきを抑制することができる。

なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、上記の実施形態では、レーザ照射装置の一例として、露光装置１を例示したがこれに限定されず、他の加工装置であってもよい。例えば、材料の紫外線硬化に用いられる紫外線照射装置、及び、３Ｄプリンタ等の加工装置に用いてもよい。

また、上記の実施形態では照射ユニット３０をＺ軸方向に移動させることで、パルスレーザ光Ｌを合焦させているが、これに限定されない。例えば、基板５０をＺ軸方向に移動させてもよい。または、集光レンズ３３のみをＺ軸方向に移動させてもよい。

また、上記の実施形態では、受光ユニット３６においてパルス幅を検出しているが、これに限定されず、ハーフミラー３４にパルス幅を検出できる機構を設けてもよい。また、上記の実施形態では、受光ユニット３６は、ハーフミラー３４において分岐されたパルスレーザ光Ｌに基づきパルス幅を検出しているが、これに限定されず、パルスレーザ光Ｌのレジスト層５１の表面における反射光に基づきパルスレーザ光Ｌのパルス幅を検出してもよい。

１…露光装置
１０…ステージ
１１…保持板
１２…脚部
２０…移動ユニット
２１…Ｙ軸移動機構
２１１…一対のＹ軸レール
２１２…ガントリ
２１２ａ…支持部
２１２ｂ…連結部
２１３…Ｙ軸アクチュエータ
２１４…Ｙ軸センサ
２２…Ｘ軸移動機構
２２１…Ｘ軸レール
２２２…Ｘ軸ステージ
２２３…Ｘ軸アクチュエータ
２２４…Ｘ軸センサ
２３…Ｚ軸移動機構
２３１…Ｚ軸レール
２３３…Ｚ軸アクチュエータ
２３４…Ｚ軸センサ
３０…照射ユニット
３１…レーザ光源
３２…コリメータレンズ
３３…集光レンズ
３４…ハーフミラー
３５…集光レンズ
３６…受光ユニット
３７…筐体
４０…制御装置
４１…駆動制御部
４２…演算部
４３…レーザ制御部
５０…基板
５１…レジスト層
Ｌ…パルスレーザ光

Claims (6)

1. パルスレーザ光をワークに照射する照射手段と、
   前記ワーク上で前記パルスレーザ光を移動させる移動手段と、
   前記ワーク上での前記パルスレーザ光の移動速度を検出する検出手段と、
   前記照射手段と前記移動手段とを制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   一定の移動距離ごとに前記パルスレーザ光を間欠的に照射するように前記照射手段を制御し、
   前記移動速度が遅いほど前記パルスレーザ光のパルス幅を大きくするように前記照射手段を制御し、
   前記パルスレーザ光のラップ率が５０％以上９０％以下となるように前記照射手段を制御するレーザ照射装置。
2. 請求項１に記載のレーザ照射装置であって、
   前記制御手段は、前記移動速度が第１の移動速度である時の第１の積算露光量よりも、前記移動速度が前記第１の移動速度よりも遅い第２の移動速度である時の第２の積算露光量が大きくなるように前記照射手段を制御するレーザ照射装置。
3. 請求項２に記載のレーザ照射装置であって、
   前記移動速度が第１の移動速度である場合、デューティ比が４０％以上６０％以下であり、
   前記移動速度が第２の移動速度である場合、デューティ比が４０％未満であるレーザ照射装置。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザ照射装置であって、
   前記ワークは、光重合開始剤を含有する樹脂層を含み、
   前記照射手段は、前記樹脂層に前記パルスレーザ光を照射するレーザ照射装置。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ照射装置であって、
   前記樹脂層上に前記パルスレーザ光によって描画されるパターンの線幅が１０μｍ以下であるレーザ照射装置。
6. パルスレーザ光を樹脂部に照射して、前記樹脂部上で移動させる樹脂成形体の製造方法であって、
   一定の移動距離ごとに前記パルスレーザ光を間欠的に照射するとともに、
   前記樹脂部上での前記パルスレーザ光の移動速度が遅いほど前記パルスレーザ光のパルス幅を大きくし、
   前記パルスレーザ光のラップ率を５０％以上９０％以下とする樹脂成形体の製造方法。

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