JP7499260B2 - 回折格子、回折格子の製造方法およびフォトマスク - Google Patents
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Description
以下に、実施の形態1における回折格子およびその製造方法を説明するが、その前に、回折格子の製造に用いられる成型部材、および、成型部材の製造に用いられるフォトマスクについて説明を行う。
以下に図1を用いて、実施の形態1における露光装置1を説明する。図1に示されるように、露光装置1は、光源2、ステージ4、および、光源2とステージ4との間に設けられた投影光学機構3を備える。露光処理時には、光源2と投影光学機構3との間にフォトマスク(レチクル)5が挿入され、ステージ4上に、例えばシリコンからなる基板(半導体基板)7と、基板7上に形成されたレジスト膜6aとの積層体が搭載される。
図2は、実施の形態1におけるフォトマスク5の一部であるマスクパターン5bの平面図を示している。実施の形態1におけるフォトマスク5には、後述の図6に示されるように、複数のマスクパターン5a~5cが設けられているが、ここではマスクパターン5bを代表して説明を行う。
図3は、レジスト膜6aに対する露光量と、現像処理後のレジストパターン6bの厚さとの一般的な関係を示している。なお、グラフ中の破線は、基板7上にレジスト膜6aを塗布した直後におけるレジスト膜6aの厚さを示している。
以下に図6~図12を用いて、成型部材8およびその製造方法について説明する。なお、フォトマスク5のマスクパターン5bおよびレジストパターン6bの形状など、一部の構造およびその製造方法については上述のように説明を行っているので、ここでは重複する詳細な説明は省略する。
まず、図1に示される露光装置1を用意し、ステージ4上に基板7とレジスト膜6aとの積層体を搭載する。なお、基板7上にレジスト膜6aを塗布した後には、例えば50~100℃のプリベーク処理を行っておくことが好ましい。
実施の形態1においては、3行×3列のような奇数行×奇数列の複数回の露光処理が行われる。
図7~図9の露光処理が終了した後、レジスト膜6aに対して現像処理が行われる。これにより、図10または図11に示されるレジストパターン6bが形成される。その後、レジストパターン6bに対して、例えば150~200℃のポストベークが施される。図10または図11に示されるレジストパターン6bは、それぞれレジスト膜6aがネガ型またはポジ型であった場合のものである。
以下に図13~図17を用いて、回折格子15およびその製造方法について説明する。なお、ここではレジスト膜6aがネガ型であった場合を例示し、図11に示される成型部材8を用いて説明する。
まず、図13に示されるように、レジストパターン6b(成型部材8)の表面上に、例えば電界メッキ法によって、例えばニッケルからなる金属膜9を形成する。金属膜9を構成する材料は、ニッケルに限定されず、電解メッキ法に一般的に用いられている金属材料であればよい。金属膜9は、レジストパターン6bの表面形状に沿って形成され、複数の頂部TP1および複数の底部BP1を含む複数の溝GR1を覆うように形成される。
次に、図14に示されるように、成型部材8から金属膜9を剥離する。このようにして用意された金属膜9の表面形状は、レジストパターン6bの表面形状を反転させた鋸歯形状となっている。すなわち、金属膜9の表面形状は、複数の頂部TP2および複数の底部BP2を含む複数の溝GR2からなり、金属膜9の底部BP2は、レジストパターン6bの頂部TP1に対応し、金属膜9の頂部TP2は、レジストパターン6bの底部BP1に対応する。このため、溝GR2の周期および溝GR2を構成する斜面の斜度などの寸法は、図12で説明した溝GR1に関する寸法と同様となる。
次に、図15に示されるように、例えば青板ガラスまたは白板ガラスからなり、且つ、その表面形状が凸面である凸面基板(基板)10を用意する。次に、凸面基板10の表面に、例えばエポキシ樹脂のような樹脂材料からなる接着層11を形成する。なお、ステップS6は、上述のステップS1~S5の前に行われてもよいし、後に行われてもよい。
次に、図16に示されるように、金属膜9の裏面が凸面基板10の表面に対向するように、凸面基板10の表面上に金属膜9を設置する。その後、Z方向において、金属膜9の表面側から金属膜9に荷重を加えることで、凸面基板10の表面形状に沿うように、凸面基板10の表面に、接着層11を介して金属膜9が貼り付けられる。荷重を加える手段としては、荷重分布が均一になるように、例えば空気圧または水圧などを用いた圧力印加方法が用いられる。
次に、図17に示されるように、例えば青板ガラスまたは白板ガラスからなり、且つ、その表面形状が凹面である凹面基板(基板)12を用意する。次に、凹面基板12の表面に、例えばエポキシ樹脂のような樹脂材料からなる樹脂層13を形成する。なお、ステップS8は、上述のステップS1~S7の前に行われてもよいし、後に行われてもよい。
次に、図18に示されるように、凸面基板10上に接着層11を介して貼り付けられた金属膜9の表面と、凹面基板12上に形成した樹脂層13の表面とが対向するように、凸面基板10と凹面基板12とを設置し、樹脂層13に金属膜9を貼り付ける。その後、樹脂層13を硬化させる。
次に、図19に示されるように、凸面基板10、接着層11および金属膜9を剥離する。このようにして用意された樹脂層13の表面形状は、金属膜9の表面形状を反転させた鋸歯形状となっている。すなわち、樹脂層13の表面形状は、複数の頂部TP3および複数の底部BP3を含む複数の溝GR3からなり、樹脂層13の底部BP3は、金属膜9の頂部TP2に対応し、樹脂層13の頂部TP3は、金属膜9の底部BP2に対応する。このため、溝GR3の周期および溝GR3を構成する斜面の斜度などの寸法は、金属膜9の寸法と同様となる。
次に、図20に示されるように、樹脂層13の表面形状に沿うように、樹脂層13の表面に、例えば蒸着法によって、例えばアルミまたは金の薄膜からなる反射膜14を形成する。反射膜14を構成する金属材料は、アルミまたは金に限られず、高い反射率を有する材料であればよい。これにより、凹面基板12、その表面形状が鋸歯形状である樹脂層13、および、反射膜14を含む回折格子15が得られる。
以下に図22を用いて、実施の形態1における回折格子15の使用例として、分光分析装置20について説明する。
以下に図5、図23および図24を用いて、実施の形態2における成型部材8を説明する。なお、以下の説明では、実施の形態1との相違点を主に説明する。図5に示されるように、実施の形態2では、ステップS1~S3の代わりに、ステップS21~S23が行われる。
実施の形態2におけるステップS21は、フォトマスク50に設けられているマスクパターン50a以外は、実施の形態1におけるステップS1とほぼ同様である。
図24に示されるように、まず、マスクパターン50aを用いて、レジスト膜6aに対して露光処理を行う。1度の露光処理によって、レジスト膜6aの一部の領域である露光領域80aが露光される。次に、レジスト膜6a(ステージ4)をY方向へ移動させ、他の露光領域80aを順次露光する。実施の形態1と同様に境界領域BRを懸念して、このような複数回の露光処理の回数は、3回以上の奇数回であることが好ましい。
次に、実施の形態1のステップS3と同様に、レジスト膜6aに対して現像処理が行われる。これにより、図10または図11に示されるレジストパターン6bが形成される。その後、レジストパターン6bに対して、例えば150~200℃のポストベークが施される。
2 光源
3 投影光学機構
4 ステージ
5 フォトマスク(レチクル)
5a~5c マスクパターン
6a レジスト膜
6b レジストパターン
7 基板(半導体基板)
8 成型部材
8a~8c 露光領域
9 金属膜
10 凸面基板(基板)
11 接着層
12 凹面基板(基板)
13 樹脂層
14 反射膜
15 回折格子(光学素子)
20 分光分析装置
21 白色光源
22a、22b 集光レンズ
23 容器
24 試料
25 スリット
26 検出器
50 フォトマスク(レチクル)
50a~50c マスクパターン
80a 露光領域
BP1~BP3 底部
BR 境界領域
CC1 凹部
CV1、CV2 凸部
GR1~GR3 溝
LB 遮光部
LI1、LI2 光
OP 開口部
OPa~OPc 第1箇所~第3箇所
S1~S11、S21~S23 ステップ
TP1~TP3 頂部
Claims (10)
- (a)第1基板と、前記第1基板上に形成され、且つ、複数の溝からなる表面形状を有するレジストパターンと、を備えた成型部材を用意する工程、
(b)前記複数の溝を覆うように、前記レジストパターンの表面に第1金属膜を形成する工程、
(c)前記成型部材から前記第1金属膜を剥離することで、前記レジストパターンの表面形状と反転する表面形状を有する前記第1金属膜を用意する工程、
(d)その表面形状が凸面である第2基板を用意する工程、
(e)前記第2基板の表面上に、接着層を形成する工程、
(f)前記(a)~(e)工程後、前記第1金属膜の裏面が前記第2基板の表面に対向するように、前記第2基板の表面上に前記第1金属膜を設置する工程、
(g)前記(f)工程後、前記第1金属膜の表面側から前記第1金属膜に荷重を加えることで、前記第2基板の表面形状に沿うように、前記第2基板の表面に、前記接着層を介して前記第1金属膜を貼り付ける工程、
(h)その表面形状が凹面である第3基板を用意する工程、
(i)前記第3基板の表面上に、樹脂層を形成する工程、
(j)前記(g)~(i)工程後、前記第1金属膜の表面が前記樹脂層の表面に対向するように、前記樹脂層に前記第1金属膜を貼り付けることで、前記樹脂層の表面形状を前記第1金属膜の表面形状と反転させる工程、
を有し、
前記複数の溝は、複数の第1底部および複数の第1頂部を含み、
前記複数の第1底部および前記複数の第1頂部は、平面視における第1方向において交互に繰り返され、且つ、それぞれ前記第1方向と直交する第2方向に延在し、
前記第1方向において互いに隣接する前記第1底部の間隔は、段階的に変化し、
前記(a)工程は、
(a1)光源、ステージ、および、前記光源と前記ステージとの間に設けられた投影光学機構を備える露光装置を用意する工程、
(a2)前記ステージ上に、前記第1基板と、前記第1基板上に形成されたレジスト膜との積層体を搭載する工程、
(a3)前記光源と前記投影光学機構との間に、少なくとも第1マスクパターンを有するフォトマスクを挿入する工程、
(a4)前記(a1)~(a3)工程後、前記光源からの光を前記フォトマスクへ照射し、前記第1マスクパターンを透過した光を、前記投影光学機構を介して前記レジスト膜に転写する第1露光処理を行う工程、
(a5)前記(a4)工程後、前記レジスト膜に対して現像処理を行うことで、前記レジストパターンを形成する工程、
を有し、
前記ステージを前記第2方向へ移動することで、前記(a4)工程は、3回以上の奇数回行われ、
前記レジスト膜のうち、3回以上の奇数回行われる前記第1露光処理によって露光される領域は、それぞれ前記第2方向において隣接し、
前記フォトマスクは、複数の第1開口部が形成された遮光膜を有し、
前記第1マスクパターンは、前記複数の第1開口部からなり、
前記複数の第1開口部の各々は、第1箇所、および、前記第1方向において前記第1箇所と連結して通じている第2箇所を含み、
前記第1方向のうち前記第1箇所から前記第2箇所へ向かう方向において、前記第1箇所および前記第2箇所の各々の前記第2方向における長さは、段階的に長くなり、
前記第1方向において、前記第2箇所の長さは、前記第1箇所の長さよりも長く、
前記第2箇所の開口面積は、前記第1箇所の開口面積よりも大きい、回折格子の製造方法。 - 請求項1に記載の回折格子の製造方法において、
前記第1方向において互いに隣接する前記第1底部の間隔は、段階的に広くなっている、回折格子の製造方法。 - 請求項2に記載の回折格子の製造方法において、
前記第1方向において互いに隣接する2つの前記第1底部のうちの一方と、前記2つの前記第1底部の間に位置する前記第1頂部との間の距離は、前記2つの前記第1底部のうちの他方と、前記2つの前記第1底部の間に位置する前記第1頂部との間の距離よりも長い、回折格子の製造方法。 - 請求項1に記載の回折格子の製造方法において、
前記フォトマスクは、前記遮光膜に形成された複数の第2開口部からなる第2マスクパターンを更に有し、
前記複数の第2開口部の各々は、第3箇所、および、前記第1方向において前記第3箇所と連結して通じている第4箇所を含み、
前記第1方向のうち前記第3箇所から前記第4箇所へ向かう方向において、前記第3箇所および前記第4箇所の各々の前記第2方向における長さは、段階的に長くなり、
前記第1方向において、前記第3箇所の長さは、前記第2箇所の長さよりも長く、且つ、前記第4箇所の長さよりも短く、
前記第3箇所の開口面積は、前記第2箇所の開口面積よりも大きく、且つ、前記第4箇所の開口面積よりも小さく、
前記(a4)工程は、前記第1露光処理の前または後に、前記光源からの光を前記フォトマスクへ照射し、前記第2マスクパターンを透過した光を、前記投影光学機構を介して、前記レジスト膜のうち前記第1露光処理が行われる領域とは別の領域に転写する第2露光処理を行う工程を更に有し、
前記(a4)工程では、前記第1方向において前記第2箇所および前記第3箇所が連結して通じるように、前記第1マスクパターンおよび前記第2マスクパターンの各々の位置が調整される、回折格子の製造方法。 - 請求項1に記載の回折格子の製造方法において、
前記第1箇所および前記第2箇所の各々の前記第2方向において段階的に長くなる長さのうち、最も長い距離は、前記露光装置の解像限界以下である、回折格子の製造方法。 - 請求項1に記載の回折格子の製造方法において、
(k)前記(j)工程後、前記樹脂層の表面に、金属材料からなる反射膜を形成する工程、
を更に有する、回折格子の製造方法。 - 第1開口部が形成された遮光膜を有し、
前記第1開口部は、第1箇所、および、平面視における第1方向において前記第1箇所と連結して通じている第2箇所を含み、
前記第1方向のうち前記第1箇所から前記第2箇所へ向かう方向において、前記第1箇所および前記第2箇所の各々の前記第1方向と直交する第2方向における長さは、段階的に長くなり、
前記第1方向において、前記第2箇所の長さは、前記第1箇所の長さよりも長く、
前記第2箇所の開口面積は、前記第1箇所の開口面積よりも大きい、フォトマスク。 - 請求項7に記載のフォトマスクにおいて、
前記第2方向において互いに隣接するように、前記遮光膜には、複数の前記第1開口部が形成されている、フォトマスク。 - 請求項8に記載のフォトマスクにおいて、
前記複数の第1開口部からなる第1マスクパターンと、前記遮光膜に形成された複数の第2開口部からなる第2マスクパターンと、を更に有し、
前記複数の第2開口部の各々は、第3箇所、および、前記第1方向において前記第3箇所と連結して通じている第4箇所を含み、
前記第1方向のうち前記第3箇所から前記第4箇所へ向かう方向において、前記第3箇所および前記第4箇所の各々の前記第2方向における長さは、段階的に長くなり、
前記第1方向において、前記第3箇所の長さは、前記第2箇所の長さよりも長く、且つ、前記第4箇所の長さよりも短く、
前記第3箇所の開口面積は、前記第2箇所の開口面積よりも大きく、且つ、前記第4箇所の開口面積よりも小さい、フォトマスク。 - 請求項7に記載のフォトマスクにおいて、
前記第1箇所は、各々の平面形状が四角形である複数の第1窓からなり、
前記第1箇所から前記第2箇所へ向かう方向において、その開口面積が段階的に大きくなるように、前記複数の第1窓は、互いに連結して通じている、フォトマスク。
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